CN105834807A - 一种具有消隙机构的刀柄定位结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有消隙机构的刀柄定位结构，包括用于固定安装在主轴或主轴箱上的至少两个限位销钉、用于固定安装在刀具的刀柄上的限位块；所述限位块包括一固定部和至少两个连接臂；固定部设有一通孔，每个连接臂上设有限位孔；每个连接臂上设有一径向孔，每个径向孔的一端与限位孔连通，每个径向孔中设有一消隙机构；每个限位销钉对应插接于一个限位孔中，每个限位销钉的侧壁与球体相抵触。本发明具有锁紧效果好的特点，同时能有效提高双销钉定位车刀柄的连接刚性。进一步地，它通过施加静态预紧力消除了车加工启动及停止时产生的抖动现象。

Description

一种具有消隙机构的刀柄定位结构

技术领域

本发明涉及一种刀柄定位结构，特别是涉及一种具有消隙机构的刀柄定位结构。

背景技术

随着航空航天(铝合金、钛合金)、汽车、精密模具(石墨电极、紫铜电极)、重工业(大型铸件、钢件)、3C(铝合金、塑料)等代表性行业对加工效率(加工成本)和加工精度的要求，以车铣复合加工中心为代表的多轴联动机床，因能在单次装夹中完成车、铣、钻、镗、攻丝等多种工序，近年得到长足发展，车铣复合加工中心的出现为提供零件的加工精度及效率提供了一种有效的解决方案。相对与以往车床与加工中心(或雕铣机、钻攻机)将车与铣、钻、镗、攻丝工序分别加工，车铣复合加工中心同一机台满足各种加工需求，效率高、精度高、设备综合采购费用低。现有技术中的车铣复合加工中心多为传统加工中心加载转台组合而成，车铣复合加工中心的车刀和铣刀共用一个主轴。根据加工情况不同，主轴需随时切换车铣加工状态，主轴车削加工时：主轴需保持静止状态，主轴铣削加工时：主轴需处于旋转状态。

目前，现有技术中出现各种类型的主轴锁紧结构：1、采用了弹簧碟片的变形特性和锥度锁紧结构。缺点：通过主轴内部的弹簧碟片作刹车片及锥度摩擦锁紧，调试装配过程复杂，因气压动力不足多采用油压制动，易产生泄露等污染；2、端面齿锁紧装置互相咬合且锥面锁紧装置实现锁紧。缺点：主轴内部布置有上下配套的端面齿，导致主轴轴距过长，且齿形高速产生较大风阻和噪声无法进行高速高精加工。3、利用刀柄定位锁紧锁紧结构。缺点：利用刀柄简单连接主轴或机床主轴箱上的静止位置，锁紧效果不佳，刚性不足。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有消隙机构的刀柄定位结构，具有锁紧效果好的特点，同时能有效提高双销钉定位车刀柄的连接刚性。进一步地，它通过施加静态预紧力消除了车加工启动及停止时产生的抖动现象。

为解决上述问题，本发明的目的所采用的技术方案如下：

一种具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于：包括用于安装在主轴或主轴箱上的至少两个限位销钉、用于安装在刀具的刀柄上的限位块；

所述限位块包括一个与刀柄相匹配的固定部和沿固定部的周缘向外延伸出的至少两个连接臂；所述固定部的中心位置开设有一个供刀具的刀头穿过的通孔，每个所述连接臂上开设有一个沿轴向贯通的限位孔；每个所述连接臂上开设有至少一个径向孔，每个所述径向孔的一端与所述限位孔连通，其另一端与外部空气连通；

每个所述径向孔中设有一消隙机构，所述消隙机构包括堵头、压缩弹簧和球体，所述堵头设置在径向孔中、并位于径向孔的与外部空气连通的端部，所述球体设置在径向孔的与所述限位孔连通的端部，所述球体的一部分伸入限位孔中；所述压缩弹簧设置在所述堵头与所述球体之间；

每个所述限位销钉对应插接于一个所述限位孔中，每个所述限位销钉的侧壁与所述球体相抵触。

作为优选，将所述通孔的圆心与所述限位孔的圆心之间的直线记为第一过圆心线，将经过限位孔的圆心并与所述第一过圆心线垂直的直线记为第二过圆心线；将第二过圆心线与限位孔的圆周右端连接之处记为右连接点；所述径向孔的轴线与第二过圆心线重合，所述径向孔与所述右连接点分别位于所述第一过圆心线的两侧。

作为优选，每个所述径向孔与所述限位孔的连接处设有一弧形限位结构；该弧形限位结构具有一个与径向孔连通的穿出孔，该穿出孔的的半径小于球体的半径。

作为优选，所述限位销钉的数量为两个，与之对应，所述连接臂及限位孔的数量为两个。

作为优选，所述固定部通过多个固定螺钉与所述刀具的刀柄固定连接。

作为优选，所述固定螺钉的数量为六个。

作为优选，每个限位销钉与所述主轴或主轴箱之间以螺纹连接的方式固定连接。

作为优选，所述限位孔为沉孔，所述沉孔的开口处呈倒圆角结构。

作为优选，所述球体为钢珠。

作为优选，所述的两个连接臂之间的夹角为90°-160°。

作为优选，所述的两个连接臂之间的夹角为100°-120°。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明包括用于安装在主轴或主轴箱上的至少两个限位销钉、用于安装在刀具的刀柄上的限位块，每个所述径向孔中设有一消隙机构，每个所述限位销钉对应插接于一个所述限位孔中，每个所述限位销钉的侧壁与所述球体相抵触。因此，本发明具有锁紧效果好的特点，同时能有效提高双销钉定位车刀柄的连接刚性。

2、当限位块随刀柄沿顺时钟方向旋转时，此时刀柄受车刀施力，刀柄上限位块的限位孔与限位销钉抵触，定位销钉与限位孔侧壁的抵触点与所述右连接点重合。车刀与工件接触时由于受力有冲击，使车刀与工件刚接触时及车刀与工件刚离开时处于受力及受力消失的状态，故直接导致车刀柄出现冲击抖动。由于所述径向孔的轴线与第二过圆心线重合，所述径向孔与所述右连接点分别位于所述第一过圆心线的两侧，通过设置在径向孔中的消隙机构对于车刀柄连接后的限位销钉提供一个工件加工前的静态预紧力，该预紧力可使得工件加工前后的静态或动态切换过程存在的刀柄抖动现象完全消除，进一步提高固定刚性、并通过施加静态预紧力消除了车加工启动及停止时产生的抖动现象。

3、本发明每个所述径向孔与所述限位孔的连接处设有一弧形限位结构。该弧形限位结构具有一个与径向孔连通的穿出孔，该穿出孔的的半径小于球体的半径。这样设计，使得球体的整体无法穿出该穿出孔，从而对球体进行更好的限位，保证了消隙机构的稳定性。

附图说明

图1是实施例1所述的刀柄定位结构的分体结构示意图。

图2是实施例1所述的限位块与刀具装配后的侧视图。

图3是实施例1所述的限位块与刀具装配后的仰视图。

图4是实施例1所述的限位块与刀具装配后的局部剖示图。

图5是图4中的A-A向剖示图。

其中，100、主轴箱；200、刀柄；300、刀头；1、限位销钉；2、限位块；21、固定部；211、通孔；22、连接臂；221、限位孔；222、径向孔；3、消隙机构；31、堵头；32、压缩弹簧；33、球体；4、弧形限位结构；51、第一过圆心线；52、第二过圆心线；53、右连接点；6、固定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1:

参照图1-5，本实施例提供一种具有消隙机构的刀柄定位结构，包括用于安装在主轴或主轴箱100上的两个限位销钉1、用于安装在刀具的刀柄200上的限位块2；

所述限位块2包括一个与刀柄200相匹配的固定部21和沿固定部21的周缘向外延伸出的两个连接臂22；所述固定部21的中心位置开设有一个供刀具的刀头300穿过的通孔211，每个所述连接臂22上开设有一个沿轴向贯通的限位孔221；每个所述连接臂22上开设有一个径向孔222，每个所述径向孔222的一端与所述限位孔221连通，其另一端与外部空气连通；

每个所述径向孔222中设有一消隙机构3，所述消隙机构3包括堵头31、压缩弹簧32和球体33，所述堵头31设置在径向孔222中、并位于径向孔222的与外部空气连通的端部，所述球体33设置在径向孔222的与所述限位孔221连通的端部，所述球体33的一部分伸入限位孔221中；所述压缩弹簧32设置在所述堵头31与所述球体33之间；

每个所述限位销钉1对应插接于一个所述限位孔221中，每个所述限位销钉1的侧壁与所述球体33相抵触。

作为优选，将所述通孔211的圆心与所述限位孔221的圆心之间的直线记为第一过圆心线51，将经过限位孔221的圆心并与所述第一过圆心线51垂直的直线记为第二过圆心线52；将第二过圆心线52与限位孔221的圆周右端连接之处记为右连接点53；所述径向孔222的轴线与第二过圆心线52重合，所述径向孔222与所述右连接点53分别位于所述第一过圆心线51的两侧。当限位块2随刀柄沿顺时钟方向旋转时，此时刀柄受车刀施力，刀柄上限位块2的限位孔221与限位销钉1抵触，定位销钉与限位孔221侧壁的抵触点与所述右连接点53重合。车刀与工件接触时由于受力有冲击，使车刀与工件刚接触时及车刀与工件刚离开时处于受力及受力消失的状态，故直接导致车刀柄出现冲击抖动。由于所述径向孔222的轴线与第二过圆心线52重合，所述径向孔222与所述右连接点53分别位于所述第一过圆心线51的两侧，通过设置在径向孔222中的消隙机构3对于车刀柄连接后的限位销钉1提供一个工件加工前的静态预紧力，该预紧力可使得工件加工前后的静态或动态切换过程存在的刀柄抖动现象完全消除，进一步提高固定刚性、并通过施加静态预紧力消除了车加工启动及停止时产生的抖动现象。

作为优选，每个所述径向孔222与所述限位孔221的连接处设有一弧形限位结构4。该弧形限位结构4具有一个与径向孔222连通的穿出孔，该穿出孔的的半径小于球体33的半径。这样设计，使得球体33的整体无法穿出该穿出孔，从而对球体33进行更好的限位，保证了消隙机构3的稳定性。

作为优选，所述固定部21通过多个固定螺钉6与所述刀具的刀柄固定连接。所述固定螺钉6的数量为六个。每个限位销钉1与所述主轴或主轴箱100之间以螺纹连接的方式固定连接。所述限位孔221为沉孔。所述沉孔的开口处呈倒圆角结构。所述球体33为钢珠。所述的两个连接臂22之间的夹角为110°。

本实施例的装配过程为：当车铣复合加工中心需由铣削状态切换为车削状态时，车铣复合加工中心主轴上的刀柄需由普通铣刀柄切换为作为轴芯定位机构的车刀柄。主轴通过刀库配合先卸下铣刀柄，然后再通过刀库配合装载车刀柄。刀柄定位机构的装载过程为刀柄和限位块2上的沉孔分别导入轴芯锥孔和限位销钉1上。主轴自刀柄到位后，刀柄带动限位块2上的沉孔往上移动，与限位销钉1装配到位。此时刀柄与轴芯过盈刚性连接、限位块2与限位销钉1过盈刚性连接，综上，所述刀柄定位机构作为一个连接部件将轴芯与主轴或主轴箱100刚性连接，从而达到主轴进行车削加工时能达到使轴芯处于静止状态的目的。

实施例2：

本实施例的特点是：所述限位销钉的数量为三个，与之对应，所述连接臂及限位孔的数量为三个。其它与实施例1相同。

实施例3：

本实施例的特点是：所述的两个连接臂之间的夹角为120°。其它与实施例1相同。

实施例4：

本实施例的特点是：所述的两个连接臂之间的夹角为100°。其它与实施例1相同。

实施例5：

本实施例的特点是：所述固定螺钉的数量为四个。其它与实施例1相同。

实施例6：

本实施例的特点是：所述固定螺钉的数量为八个。其它与实施例1相同。

其它实施例：

所述刀柄的接口形式为BT,实际应用过程中包括HSK、BBT、ISO等一切形式的刀柄接口。所述的两个连接臂之间的夹角为90°、130°、140°、150°、160°。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于：包括用于固定安装在主轴或主轴箱上的至少两个限位销钉、用于固定安装在刀具的刀柄上的限位块；

所述限位块包括一个与刀柄相匹配的固定部和沿固定部的周缘向外延伸出的至少两个连接臂；所述固定部的中心位置开设有一个供刀具的刀头穿过的通孔，每个所述连接臂上开设有一个沿轴向贯通的限位孔；每个所述连接臂上开设有至少一个径向孔，每个所述径向孔的一端与所述限位孔连通，其另一端与外部空气连通；

每个所述径向孔中设有一消隙机构，所述消隙机构包括堵头、压缩弹簧和球体，所述堵头设置在径向孔中、并位于径向孔的与外部空气连通的端部，所述球体设置在径向孔的与所述限位孔连通的端部，所述球体的一部分伸入限位孔中；所述压缩弹簧设置在所述堵头与所述球体之间；

每个所述限位销钉对应插接于一个所述限位孔中，每个所述限位销钉的侧壁与所述球体相抵触。

2.根据权利要求1所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，将所述通孔的圆心与所述限位孔的圆心之间的直线记为第一过圆心线，将经过限位孔的圆心并与所述第一过圆心线垂直的直线记为第二过圆心线；将第二过圆心线与限位孔的圆周右端连接之处记为右连接点；所述径向孔的轴线与第二过圆心线重合，所述径向孔与所述右连接点分别位于所述第一过圆心线的两侧。

3.根据权利要求1所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，每个所述径向孔与所述限位孔的连接处设有一弧形限位结构；该弧形限位结构具有一个与径向孔连通的穿出孔，该穿出孔的的半径小于球体的半径。

4.根据权利要求1所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，所述限位销钉的数量为两个，与之对应，所述连接臂及限位孔的数量为两个。

5.根据权利要求1所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，所述固定部通过多个固定螺钉与所述刀具的刀柄固定连接。

6.根据权利要求1所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，每个限位销钉与所述主轴或主轴箱之间以螺纹连接的方式固定连接。

7.根据权利要求1所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，所述限位孔为沉孔，所述沉孔的开口处呈倒圆角结构。

8.根据权利要求1所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，所述球体为钢珠。

9.根据权利要求1所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，所述的两个连接臂之间的夹角为90°-160°。

10.根据权利要求9所述的具有消隙机构的刀柄定位结构，其特征在于，所述的两个连接臂之间的夹角为100-120°。