CN107159954B - 一种精密旋风铣头机构及其防水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密旋风铣头机构及其防水方法。它包括下支架、主轴箱体、防水盖板、上支架、光栅、伺服电机、防水外圈、防水内圈、主轴皮带轮、刀盘、同步带、轴承、主轴、轴承压盖、刀片。本发明作为精密旋风铣机床的主要机构，刀盘与主轴皮带轮固定连接，主轴皮带轮通过轴承与主轴箱体连接，由伺服电机通过同步带带动主轴皮带轮实现传动，而主轴皮带轮带动刀盘上的刀片转动实现对蜗杆的铣削加工。整个精密旋风铣头机构在设计上结构简单，部件与部件之间连接精密紧凑，主轴设计短，转速高，能够实现蜗杆加工最大的螺旋角；整体结构采用机械密封与气密封结合，防水性能良好，整个装置具有精度高、刚性好、维修方便等方面的优点。

Description

一种精密旋风铣头机构及其防水方法

技术领域

本发明涉及一种精密旋风铣头机构及其防水方法。

背景技术

旋风铣头机构是组成精密螺旋铣床的主要部件，在机器运作的时候主轴部分高速转动带动刀具进行加工时必须在不断浇筑冷却液的，冷却液在剧烈的飞溅的过程中有可能进入主轴轴承内部，或与润滑油混在一起，降低了润滑油的实际效果，对于轴承的实际运行与寿命都会造成一定的影响。现有市场应用中的一些铣床对于轴承的密封处理上都还存在着各式各样的缺陷，完全密封的话会导致主轴内部发热难以扩散，接触部件之间也会相互磨损，这样的配合会大大缩短机构的寿命，影响实际的加工质量；有些也会采取非接触密封，这样减轻了接触摩擦以及发热难以扩散的问题，但是有些结构设计还是不够完美，还是会有粉屑或是冷却液进入主轴内部，进入轴承处，这样的结构仍然需要优化。

旋风铣头机构的主轴内部轴承一般都要用螺母进行预压，这样会增加了主轴的实际长度，而小模数蜗杆在加工过程中需要保证大的螺旋角，这就要求实际的主轴长度应该短一些，才能符合工况。

刀片是伺服刀组机构的主要零件，在实际的生产加工过程中，刀片的磨损是最严重，需要进行不定期的更换维护，所以该部位的设计也需要保证紧固且简单方便拆卸。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计了一种精密旋风铣头机构及其防水方法。

一种精密旋风铣头机构包括下支架、主轴箱体、防水盖板、上支架、光栅、伺服电机、防水外圈、防水内圈、主轴皮带轮、刀盘、同步带、轴承、主轴、轴承压盖、刀片；下支架与主轴箱体下部连接，防水盖板设置在主轴箱体的左侧；上支架、光栅分别与主轴箱体上部连接；铣头机构通过上下支架固定在了加工室内的立柱上，并由其带动进行左右往复移动；伺服电机设置在主轴箱体的右侧上部；主轴皮带轮、同步带、轴承位于主轴箱体内部；所述的防水盖板上设有刀盘口；刀盘口的中心轴与主轴的中心轴是一致的，刀盘设置在刀盘口内并与主轴皮带轮固定；防水盖板的刀盘口内嵌有防水外圈，防水内圈与主轴皮带轮连接；防水内圈位于防水内圈内侧，防水内圈与防水外圈之间间隔着极小的间隙，在铣头机构进行加工时，防水内圈会随着刀盘一起转动，而防水外圈是不动，两者之间不会互相干涉；光栅与同步带连接；主轴皮带轮与同步带啮合；主轴皮带轮、主轴与轴承过盈配合；轴承压盖压紧轴承；刀盘上安装有刀片。铣头机构在进行加工的时候，伺服电机的动力通过同步带传递到主轴皮带轮上，主轴皮带轮、主轴均与轴承过盈配合，刀盘也是固定在主轴皮带轮上，主轴皮带轮的转动就会带动主轴及刀盘转动，实现工件的精密加工。

进一步的，所述的主轴箱体下方有积液排出通道，轴承压盖的下端有一个出水口，内侧有一条外防水槽，主轴外侧有一条内防水槽，外防水槽和内防水槽在装配后组成防水槽；出水口与防水槽连通；

在防水槽两侧各有靠轴承端间隙和靠外端间隙，靠外端间隙的宽度为0.2‐0.3mm,靠轴承端间隙的宽度为0.1‐0.18mm，靠外端间隙与主轴中心轴形成一个倾角，在主轴的高速转动下，根据离心运动的原理，由于这个倾角的存在，会使空气更加快速地从靠外端间隙排出，防水效果更为明显；轴承压盖的两侧各有一个进气口，并且主轴的外端面高度低于轴承压盖的外端面高度，轴承压盖的外端面顶部溅到水的情况下，再往下流的过程中，若主轴的外端面高度高于轴承压盖的外端面高度，水就会被主轴的外端面高出的所阻拦，从而顺着间隙流入防水槽，降低了防水效果，因而主轴的外端面高度设计地低有效地防止这样的情况发生；主轴、轴承压盖、出水口、外防水槽、内防水槽、靠轴承端间隙、靠外端间隙、进气口构成精密旋风铣头机构的气密封装置。

进一步的，所述的防水内圈外周开设有两条矩形槽，与防水外圈构成第一层机械密封机构，主轴皮带轮与主轴箱体相邻的一侧设有阶梯状轴肩；主轴箱体与阶梯状轴肩搭配构成第二层机械密封机构。在第一层机械密封机构中，防水内圈与防水外圈在尽量不互相干涉的条件下，之间地间隙也设计地足够小，同时两条矩形槽的设计层层防护阻拦，达到减少乃至杜绝水进入主轴箱体内部，少量进入其中的也会由积液排出通道排出。

进一步的，所述的轴承一侧顶住主轴箱体与主轴皮带轮，另一侧由主轴与轴承压盖压紧，轴承并非传统的螺母预压。

所述的刀盘上圆周均布四个位置用于固定四块刀片，可直接装卸。在拆换刀片时，主轴与轴承压盖会固定在一起，防止刀片在拆换的过程中由于工具作用在刀盘上的力令主轴皮带轮、主轴与轴承一起发生转动，而无法正常拆换刀片。

进一步的，所述的光栅上有读数头，可读取控制加工的螺旋角。

一种所述精密旋风铣头机构的防水方法，包括以下步骤：

1)工件在主轴内，由刀盘带动刀片加工工件，冷却液不断将掉落的细屑冲走；

2)主轴箱体内积液通过积液排出通道排出主轴箱体；

3)空气由轴承压盖两侧的进气口进入防水槽，主轴高速转动，空气又由靠外端间隙排出，防止液体进入轴承(12)；

4)进入防水槽的液体顺着外防水槽聚到底部，并由下侧的出水口排出主轴箱体。

本发明的应用，优化了实际的蜗杆加工流程，提高了生产效率，同时也保证了蜗杆成品质量。本发明设计将四块刀片固定在刀盘上，由刀盘带动刀片完成切削，这样的结构配合使得刀片更为容易拆换，方便了后期的维修；刀片在刀盘的刀槽正反安装均可，左右旋通用。本发明的防水装置实现多重防护的效果，前防水机构基于机械密封的原理，第一层由防水内圈开了两条矩形槽，与防水外圈构成，主轴箱体与主轴皮带轮之间阶梯状的间隙搭配构成了第二层的机械密封机构；后防水机构是基于空气密封的原理，空气由轴承压盖两侧的进气口进入防水槽，主轴高速转动，空气又由靠外端间隙排出，防止液体进入轴承，而进入防水槽的液体顺着外防水槽聚到底部，并由下侧的出水口排出主轴箱体。本发明轴承非螺母预压，刀盘内置与主轴直接安装，大大缩短主轴的长度，从而也提高了蜗杆能够加工的最大螺旋角，圆径为8mm的蜗杆即可加工出22°的螺旋角，并且主轴转速高，能够达到8000r/min。精密旋风铣头能够实现模数为1.25的最大切削能力，加工出来的蜗杆表面表面粗糙度Ra达到0.6mm，装刀片端面跳动为0.003mm，定位内经跳动为0.003mm。

附图说明

图1为本发明一种精密旋风铣头机构的整体外观示意图；

图2为本发明一种精密旋风铣头机构主轴箱体下半部分结构剖面图；

图3为本发明一种精密旋风铣头机构的主轴与z平面示意图；

图中，下支架1、主轴箱体2、防水盖板3、上支架4、光栅5、伺服电机6、防水外圈7、防水内圈8、主轴皮带轮9、刀盘10、同步带11、轴承12、主轴13、轴承压盖14、刀片15、积液排出通道16、出水口17、外防水槽18、内防水槽19、靠轴承端间隙20、靠外端间隙21、进气口22。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种精密旋风铣头机构包括下支架1、主轴箱体2、防水盖板3、上支架4、光栅5、伺服电机6、防水外圈7、防水内圈8、主轴皮带轮9、刀盘10、同步带11、轴承12、主轴13、轴承压盖14、刀片15；

下支架1与主轴箱体2下部连接，防水盖板3设置在主轴箱体2的左侧；上支架4、光栅5分别与主轴箱体2上部连接，伺服电机6设置在主轴箱体2的右侧上部；主轴皮带轮9、同步带11、轴承12位于主轴箱体2内部；所述的防水盖板3上设有刀盘口；刀盘10设置在刀盘口内并与主轴皮带轮9固定；防水盖板3的刀盘口内嵌有防水外圈7，防水内圈8与主轴皮带轮9连接；防水内圈8位于防水内圈8内侧；光栅5与同步带11连接；主轴皮带轮9与同步带11啮合；主轴皮带轮9、主轴13与轴承12过盈配合；轴承压盖14压紧轴承12；刀盘10上安装有刀片15。

进一步的，所述的主轴箱体2下方有积液排出通道16，轴承压盖14的下端有一个出水口17，内侧有一条外防水槽18，主轴13外侧有一条内防水槽19，外防水槽18和内防水槽19在装配后组成防水槽；出水口17与防水槽连通；

在防水槽两侧各有靠轴承端间隙20和靠外端间隙21，靠外端间隙21的宽度为0.2‐0.3mm,靠轴承端间隙20的宽度为0.1‐0.18mm，靠外端间隙21与主轴13中心轴形成一个倾角；轴承压盖14的两侧各有一个进气口22，并且主轴13的外端面高度低于轴承压盖14的外端面高度；主轴13、轴承压盖14、出水口17、外防水槽18、内防水槽19、靠轴承端间隙20、靠外端间隙21、进气口22构成精密旋风铣头机构的气密封装置。

进一步的，所述的防水内圈8外周开设有两条矩形槽，与防水外圈7构成第一层机械密封机构，主轴皮带轮9与主轴箱体2相邻的一侧设有阶梯状轴肩；主轴箱体2与阶梯状轴肩搭配构成第二层机械密封机构。

进一步的，所述的轴承12一侧顶住主轴箱体与主轴皮带轮9，另一侧由主轴13与轴承压盖14压紧。

所述的刀盘10上圆周均布四个位置用于固定四块刀片15，可直接装卸。

进一步的，所述的光栅5上有读数头，可读取控制加工的螺旋角。

一种所述精密旋风铣头机构的防水方法，包括以下步骤：

1)工件在主轴13内，由刀盘10带动刀片15加工工件，冷却液不断将掉落的细屑冲走；

2)主轴箱体2内积液通过积液排出通道16排出主轴箱体2；

3)空气由轴承压盖14两侧的进气口22进入防水槽，主轴13高速转动，空气又由靠外端间隙21排出，防止液体进入轴承(12)；

4)进入防水槽的液体顺着外防水槽18聚到底部，并由下侧的出水口17排出主轴箱体2。

Claims (5)

1.一种精密旋风铣头机构，其特征在于包括下支架（1）、主轴箱体（2）、防水盖板（3）、上支架（4）、光栅（5）、伺服电机（6）、防水外圈（7）、防水内圈（8）、主轴皮带轮（9）、刀盘（10）、同步带（11）、轴承（12）、主轴（13）、轴承压盖（14）、刀片（15）；

下支架（1）与主轴箱体（2）下部连接，防水盖板（3）设置在主轴箱体（2）的左侧；上支架（4）、光栅（5）分别与主轴箱体（2）上部连接，伺服电机（6）设置在主轴箱体（2）的右侧上部；主轴皮带轮（9）、同步带（11）、轴承（12）位于主轴箱体（2）内部；所述的防水盖板（3）上设有刀盘口；刀盘（10）设置在刀盘口内并与主轴皮带轮（9）固定；防水盖板（3）的刀盘口内嵌有防水外圈（7），防水内圈（8）与主轴皮带轮（9）连接；防水内圈（8）位于防水外圈（7）内侧；光栅（5）与同步带（11）连接；主轴皮带轮（9）与同步带（11）啮合；主轴皮带轮（9）、主轴（13）与轴承（12）过盈配合；轴承压盖（14）压紧轴承（12）；刀盘（10）上安装有刀片（15）；

所述的主轴箱体（2）下方有积液排出通道（16），轴承压盖（14）的下端有一个出水口（17），内侧有一条外防水槽（18），主轴（13）外侧有一条内防水槽（19），外防水槽（18）和内防水槽（19）在装配后组成防水槽；出水口（17）与防水槽连通；

在防水槽两侧各有靠轴承端间隙（20）和靠外端间隙（21），靠外端间隙（21）的宽度为0.2-0.3mm, 靠轴承端间隙（20）的宽度为0.1-0.18mm，靠外端间隙（21）与主轴（13）中心轴形成一个倾角；轴承压盖（14）的两侧各有一个进气口（22），并且主轴（13）的外端面高度低于轴承压盖（14）的外端面高度；主轴（13）、轴承压盖（14）、出水口（17）、外防水槽（18）、内防水槽（19）、靠轴承端间隙（20）、靠外端间隙（21）、进气口（22）构成精密旋风铣头机构的气密封装置；

所述的防水内圈（8）外周开设有两条矩形槽，与防水外圈（7）构成第一层机械密封机构，主轴皮带轮（9）与主轴箱体（2）相邻的一侧设有阶梯状轴肩；主轴箱体（2）与阶梯状轴肩搭配构成第二层机械密封机构。

2.根据权利要求1所述的一种精密旋风铣头机构，其特征在于所述的轴承（12）一侧顶住主轴箱体与主轴皮带轮（9），另一侧由主轴（13）与轴承压盖（14）压紧。

3.根据权利要求1所述的一种精密旋风铣头机构，其特征在于所述的刀盘（10）上圆周均布四个位置用于固定四块刀片（15），可直接装卸。

4.根据权利要求1所述的一种精密旋风铣头机构，其特征在于所述的光栅（5）上有读数头，可读取控制加工的螺旋角。

5.根据权利要求1所述的精密旋风铣头机构的防水方法，其特征在于包括以下步骤：

1）工件在主轴（13）内，由刀盘（10）带动刀片（15）加工工件，冷却液不断将掉落的细屑冲走；

2）主轴箱体（2）内积液通过积液排出通道（16）排出主轴箱体（2）；

3）空气由轴承压盖（14）两侧的进气口（22）进入防水槽，主轴（13）高速转动，空气又由靠外端间隙（21）排出，防止液体进入轴承(12)；

4）进入防水槽的液体顺着外防水槽（18）聚到底部，并由下侧的出水口（17）排出主轴箱体（2）。

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