CN105499610A - 铣车复合加工中心的一体化复合主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铣车复合加工中心的一体化复合主轴，包括主轴箱体、前端盖、后端盖、主轴轴芯、主轴驱动机构、锁紧装置和松拉刀机构。通过由液压控制前后移动的活塞盘、固定在主轴轴芯的环形转动盘之间的第一环形齿盘、第二环形齿盘进行咬合，使主轴转角重复定位进度进一步提高，并且咬合后，继续移动将环形转动盘压紧在前轴承压盖上，实现了主轴芯的增强刚性的功效。

Description

铣车复合加工中心的一体化复合主轴

技术领域

本发明涉及一种铣车复合加工中心的一体化复合主轴。

背景技术

目前应用铣车一体主轴技术的地区主要在欧洲和日本，他们都是电主轴为主，电主轴内装一个高分辨率高重复定位精度的编码器，解决每次准停的转角重复定位精度0.003度内；主轴内再装一个碟刹或圆周抱紧刹车增加刀具的刚性。

铣削主轴是要求主轴具备应有的旋转性能，并具重复装刀后刀具的五个自由度（XYZ移动绕XY旋转）的重复定位精度高。车削则要求刀具重复装刀后刀具的六个自由度重复定位精度高，绕Z旋转的转角重复定位精度要求高，并且刀具要求刚性好，即主轴拥有刹车功能使车削刀具不叠加在铣削主轴由轴承支承的径轴向刚度上，相当于一个刚性的刀架。

但目前，现有的铣车复合加工中心不是存在车削精度不高的问题，就是采用国外极为复杂的结构，其制造成本、维护成本高，不能更为广泛地使用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种结构精度高、成本低、易用的铣车复合加工中心的一体化复合主轴。

本发明所采用的技术方案是：

铣车复合加工中心的一体化复合主轴，包括主轴箱体、前端盖、后端盖、主轴轴芯、主轴驱动机构、锁紧装置和松拉刀机构，主轴箱体上设置有主轴孔，前端盖和后端盖分别安装于主轴孔前、后两端，前端盖和后端盖分别设置有与主轴孔同轴的轴向通孔，主轴轴芯穿装于所述的主轴孔中，主轴轴芯的前端通过前轴承支撑安装于前端盖的轴向通孔中，前轴承通过前轴承压盖安装在主轴孔前端，主轴轴芯的后端通过后轴承支撑安装于所述后端盖的轴向通孔中，前端盖的内侧设有与主轴同轴的环形油腔，环形油腔与液压控制通道连通，环形油腔上安装有环形活塞盘，环形活塞盘连接有回拉和转角基准定位机构，环形活塞盘的顶端固定有第一环形齿盘，主轴轴芯上同轴安装有环形转动盘，该环形转动盘位于前轴承压盖与环形活塞盘之间，环形转动盘的底端固定有可与第一环形齿盘相互咬合的第二环形齿盘，前轴承压盖的前端面为与环形转动盘45的背面对应的刹车接触面，前轴承压盖的前端面与环形转动盘的背面之间的位置关系有当两者脱离时，存在松开状态间隙。

优选地，第一环形齿盘和第二环形齿盘分别位于环形活塞盘和环形转动盘边沿位置上，前轴承压盖的前端面与环形转动盘背面之间形成有斜面变形机构，环形转动盘紧贴前轴承压盖端面时，连接主轴轴芯的环形转动盘中心位置向下变形轴向位移进行补偿。

主轴轴芯的锥孔外侧边缘上有与刀柄上的角度定位槽对应的角度定位键，其中一个角度定位键的一侧为带键槽的弹性部，该弹性部的外侧上有外凸顶接位，外凸顶接位与角度定位槽的内壁顶接，该角度定位键的另一侧为基准抵接部，在弹性部与对应的角度定位槽的相互顶压作用下，使基准抵接部与角度定位槽相应内侧的紧密接触。

本发明的有益效果是：采用前述的结构，通过由液压控制前后移动的活塞盘、固定在主轴轴芯的环形转动盘之间的第一环形齿盘、第二环形齿盘进行咬合，使主轴转角重复定位进度进一步提高，并且咬合后，继续移动将环形转动盘压紧在前轴承压盖上，实现了主轴芯的增强刚性的功效，同时，可以通过环形活塞盘连接的回拉和转角基准定位机构，在液压为零时，回拉活塞盘，从而使两个咬合的齿盘脱离，另外，通过回拉和转角基准定位机构，能够实现活塞盘只能滑移不能转动、作为齿盘转角的基准，本结构精度高、成本低、通用、易普及。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是本发明主轴与刀柄之间的拆分结构示意图；

图2是本发明主轴的立体结构示意图；

图3是本发明主轴轴芯、锁紧装置的结构示意图（松开状态）；

图4是本发明主轴轴芯、锁紧装置的结构示意图（锁紧状态）；

图5是图3的A部放大图；

图6是图4的B部放大图；

图7是本发明整个主轴的剖视结构示意图；

图8是本发明安装刀柄后的主轴局部剖视图；

图9是本发明关于角度定位键的主轴结构示意图；

图10是本发明图8的I部放大示意图；

图11是角度定位键的剖视结构示意图。

具体实施方式

参照图1-图11，本发明的铣车复合加工中心的一体化复合主轴，包括主轴箱体1、前端盖2、后端盖3、主轴轴芯4、主轴驱动机构5、锁紧装置6和松拉刀机构7。

其中，鉴于后端盖3、主轴驱动机构5和松拉刀机构7并非本申请的发明点，而且，均可以采用通用的现有技术进行替代，因此，该几个部件及机构不在此一一具体说明。其中，主轴驱动机构5是通过联轴器或皮带传动给主轴，提供主轴的动力来源，另外，主电机有准停功能，角度重复定位是0.04度。

具体描述和改进如下：主轴箱体1上设置有主轴孔10，前端盖2和后端盖3分别安装于主轴孔10前、后两端，前端盖2和后端盖3分别设置有与主轴孔10同轴的轴向通孔，主轴轴芯4穿装于所述的主轴孔10中，主轴轴芯4的前端通过前轴承81支撑安装于前端盖2的轴向通孔中，前轴承81通过前轴承压盖91安装在主轴孔10前端，主轴轴芯4的后端通过后轴承82支撑安装于所述后端盖3的轴向通孔中，并由后轴承压盖95封装，前端盖2的内侧设有与主轴同轴的环形油腔20，环形油腔20与液压控制通道21连通，环形油腔20上安装有环形活塞盘25，环形活塞盘25连接有回拉和转角基准定位机构，环形活塞盘25的顶端固定有第一环形齿盘26，主轴轴芯4上同轴安装有环形转动盘45，该环形转动盘45位于前轴承压盖91与环形活塞盘25之间，环形转动盘45的底端固定有可与第一环形齿盘26相互咬合的第二环形齿盘46，前轴承压盖91的前端面为与环形转动盘45的背面对应的刹车接触面92，前轴承压盖91的前端面与环形转动盘45的背面之间的位置关系还有当两者脱离时，存在松开状态间隙80，在实施例中，该松开状态间隙可以为0.05mm。

优先地，参考图3-图8，第一环形齿盘26和第二环形齿盘46分别位于环形活塞盘25和环形转动盘45边沿位置上，前轴承压盖91的前端面与环形转动盘45背面之间形成有斜面变形机构，当环形转动盘45紧贴、紧压在前轴承压盖91的前端面时，连接主轴轴芯4的环形转动盘45中心位置向下变形轴向位移进行补偿。当刹车后，前轴承压盖91的前端面（刹车盘）与环形转动盘45靠紧，且通过斜面变形机构的斜面变形量抵消刹车过程中对轴承轴向位移量的影响，以保证刹车牢固的同时不影响轴承的使用寿命，车削再产生轴向抗力可由环形转动盘承受，通过斜面反推增强轴向刚度。

其中，所述斜面变形机构最为优选的实施方式是前轴承压盖91的中心位置稍低，逐渐向边缘上提的刹车接触斜面结构，环形转动盘45为可变形时薄片，其中心部位与主轴轴芯4紧固，边缘的第二环形齿盘46受到第一环形齿盘26向上紧压时，环形转动盘的中心部位可以向下变形，使主轴轴芯向下微移，以上结构制作简便，成本低廉。

另外，进一步地，所述回拉和转角基准定位机构为一端安装在前端盖2内侧的环形油腔20中，另一端与环形活塞盘25固定连接的环形回拉弹簧片28，一方面可在油压为零时回拉脱离两个齿盘之间的咬合，另一方面弹片还固定了环形活塞盘25只能滑移不能转动、作为齿盘转角的基准。

当然，该回拉和转角基准定位机构除了可以为如图中的实施方式之外，还可以是其它方式，比如回位机构为与环形油腔20相对的，方向相反的另一液压腔体，而转角基准定位机构又可以是比如设置在活塞盘与前端盖之间的导槽、导轨之类的机构，在此不再一一举例。

另外，鉴于本发明的目的是提高铣车复合加工中心的一体化复合主轴的结构精度，因此，进一步优选地，不但可以对以上结构进行改进，还可以对其它结构进行改进，以从各方面提高其结构精度。比如，在目前市面上广泛使用的使用BT刀柄的主轴结构，参考各图，结合图9、图10和图11，当主轴轴芯4为BT刀柄的主轴轴芯结构，前述的BT刀柄是指锥度为7:24的通用刀柄，刀柄100的非刀具安装端的端面为刀柄后端面110，刀柄后端面110的中心位置设有圆锥台120，主轴轴芯4靠近刀柄后端面110一端的端面为主轴轴芯前端面，主轴轴芯前端面中心部位设有锥孔130，锥孔130的形状与圆锥台120相匹配，刀柄后端面110的圆周上沿轴向方向设有两个对称的用于角向定位的角度定位槽150，锥孔130外侧边缘上有与角度定位槽150对应的角度定位键155。当然，该刀柄可以是不限于上述的BT型结构，还可以是CAT型、SK型、DIN型以及其它类似的规格。

该结构的改进之处是，其中一个角度定位键155的一侧为带键槽156的弹性部158，该弹性部的外侧上有外凸顶接位157，外凸顶接位157与角度定位槽150的内壁顶接，该角度定位键155的另一侧为基准抵接部159。

优选地，所述一侧为带键槽弹性部的角度定位键155的自由状态宽度大于角度定位槽150的容纳宽度，受压状态宽度等于或者小于角度定位槽150的容纳宽度。

当将刀柄安装在主轴上使用时，圆锥台安装于锥孔内，在弹性部与对应的角度定位槽的相互顶压作用下，使基准抵接部与角度定位槽相应内侧紧密接触，以此基准抵接部的角度位置作为转角重复定位的基准，实现进一步的高精密度的转角重复定位。

当然，上述实施方式并不是对本发明的唯一限定，其它等同技术方案也应当在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.铣车复合加工中心的一体化复合主轴，包括主轴箱体、前端盖、后端盖、主轴轴芯、主轴驱动机构、锁紧装置和松拉刀机构，主轴箱体上设置有主轴孔，前端盖和后端盖分别安装于主轴孔前、后两端，前端盖和后端盖分别设置有与主轴孔同轴的轴向通孔，主轴轴芯穿装于所述的主轴孔中，主轴轴芯的前端通过前轴承支撑安装于前端盖的轴向通孔中，前轴承通过前轴承压盖安装在主轴孔前端，主轴轴芯的后端通过后轴承支撑安装于所述后端盖的轴向通孔中，其特征在于：前端盖的内侧设有与主轴同轴的环形油腔，环形油腔与液压控制通道连通，环形油腔上安装有环形活塞盘，环形活塞盘连接有回拉和转角基准定位机构，环形活塞盘的顶端固定有第一环形齿盘，主轴轴芯上同轴安装有环形转动盘，该环形转动盘位于前轴承压盖与环形活塞盘之间，环形转动盘的底端固定有可与第一环形齿盘相互咬合的第二环形齿盘，前轴承压盖的前端面为与环形转动盘的背面对应的刹车接触面，前轴承压盖的前端面与环形转动盘的背面之间的位置关系有当两者脱离时，存在松开状态间隙。

2.根据权利要求1所述的铣车复合加工中心的一体化复合主轴，其特征在于：第一环形齿盘和第二环形齿盘分别位于环形活塞盘和环形转动盘边沿位置上，前轴承压盖的前端面与环形转动盘背面之间形成有斜面变形机构，环形转动盘紧贴前轴承压盖端面时，连接主轴轴芯的环形转动盘中心位置向下变形轴向位移进行补偿。

3.根据权利要求2所述的铣车复合加工中心的一体化复合主轴，其特征在于：所述斜面变形机构为前轴承压盖的中心位置稍低，逐渐向边缘上提的刹车接触斜面结构，环形转动盘为可变形薄片，其中心部位与主轴轴芯紧固，边缘的第二环形齿盘受到第一环形齿盘向上紧压时，环形转动盘的中心部位向下变形，使主轴轴芯向下微移。

4.根据权利要求1、2或者3所述的铣车复合加工中心的一体化复合主轴，其特征在于：所述回拉和转角基准定位机构为一端安装在前端盖内侧的环形油腔中，另一端与环形活塞盘固定连接的环形回拉弹簧片。

5.根据权利要求1、2或者3所述的铣车复合加工中心的一体化复合主轴，其特征在于：主轴轴芯的锥孔外侧边缘上有与刀柄上的角度定位槽对应的角度定位键，其中一个角度定位键的一侧为带键槽的弹性部，该弹性部的外侧上有外凸顶接位，外凸顶接位与角度定位槽的内壁顶接，该角度定位键的另一侧为基准抵接部，在弹性部与对应的角度定位槽的相互顶压作用下，使基准抵接部与角度定位槽相应内侧的紧密接触。

6.根据权利要求5所述的铣车复合加工中心的一体化复合主轴，其特征在于：所述一侧为带键槽弹性部的角度定位键的自由状态宽度大于角度定位槽的容纳宽度，受压状态宽度等于或者小于角度定位槽的容纳宽度。