CN107186530B - 车铣复合主轴 - Google Patents
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Abstract
一种车铣复合主轴，具有：主轴壳体，所述主轴壳体具有第一贯通部；驱动轴，所述驱动轴可旋转地保持于所述第一贯通部上，并具有用于与动力源连接的动力输入端与用于与刀具连接的动力输出端；离合机构，所述离合机构具有旋转齿盘、锁紧齿盘与固定齿盘，所述旋转齿盘由所述驱动轴驱动旋转，所述固定齿盘固定连接于所述主轴壳体上；所述锁紧齿盘套设于所述旋转齿盘外部，并沿所述驱动轴的轴向可滑动地与所述固定齿盘逐渐啮合/暂时分离而使所述旋转齿盘与所述固定齿盘逐渐接合/暂时分离。本发明提供了一种具有车铣一体的驱动能力与分度控制功能的车铣复合主轴。
Description
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，具体地来说，是一种车铣复合主轴。
背景技术
在机械加工中，车削与铣削是最为基本而重要的加工成型手段。车削是指工件旋转而刀具在平面内作直线或曲线移动的切削加工，铣削是指刀具旋转而工件固定或可进给的切削加工。显然，车削与铣削是截然不同的两种加工方式。
鉴于二者的区别，现有的机床亦相应区分为车床与铣床，难以实现二者的通用。随着技术的发展，亦出现了一些可实现复合加工的数控设备，即数控加工中心。然而，这类数控加工中心亦多采用车削轴与铣削轴分置的布置方式，成本十分高昂，一般的加工厂难以负担。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种车铣复合主轴，具有车削与铣削的一体驱动能力，并具有分度控制功能。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种车铣复合主轴，具有：
主轴壳体，所述主轴壳体具有第一贯通部；
驱动轴，所述驱动轴可旋转地保持于所述第一贯通部上，并具有用于与动力源连接的动力输入端与用于与刀具连接的动力输出端；
离合机构，所述离合机构具有旋转齿盘、锁紧齿盘与固定齿盘，所述旋转齿盘由所述驱动轴驱动旋转，所述固定齿盘固定连接于所述主轴壳体上；
所述锁紧齿盘套设于所述旋转齿盘外部，并沿所述驱动轴的轴向可滑动地与所述固定齿盘逐渐啮合/暂时分离而使所述旋转齿盘与所述固定齿盘逐渐接合/暂时分离。
作为上述技术方案的改进，所述主轴壳体、所述驱动轴、所述旋转齿盘与所述固定齿盘包围而成一环形容腔，所述环形容腔与所述锁紧齿盘组成一活塞缸，所述锁紧齿盘可滑动地保持于所述环形容腔内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述锁紧齿盘上设有至少一个复位弹簧，所述复位弹簧两端分别连接所述主轴壳体与所述锁紧齿盘。
作为上述技术方案的进一步改进，所述锁紧齿盘通过第一拉杆与所述复位弹簧连接，所述第一拉杆与所述复位弹簧一一对应连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述复位弹簧沿所述驱动轴的旋转圆周均匀分布。
作为上述技术方案的进一步改进，所述锁紧齿盘上设有用于检测所述锁紧齿盘位置的位移传感器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述锁紧齿盘连接有用于驱动所述锁紧齿盘沿述驱动轴的轴向线性移动的驱动机构。
作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动轴具有第二贯通部，所述第二贯通部与所述第一贯通部轴向平行，所述第二贯通部两端分别设有所述动力输入端与所述动力输出端，所述第二贯通部具有第二拉杆，所述第二拉杆一端固连于所述动力输入端，另一端用于紧固刀具夹头。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二拉杆通过滑动部与所述动力输入端连接，所述第二拉杆与所述滑动部可沿所述第二贯通部的轴向一体地线性移动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述滑动部具有滑动套环与线性滑块：
所述滑动套环可滑动地套设于所述驱动轴与所述第一贯通部之间，并与所述线性滑块通过定位销轴固定连接；
所述线性滑块可滑动地保持于所述第二贯通部内及可滑动地连接于所述动力输入端上，并与所述第二拉杆固定连接；
所述驱动轴上具有沿其径向开设的第三贯通部，所述定位销轴可沿所述第二贯通部的轴向线性移动地保持于所述第三贯通部上。
本发明的有益效果是：
具有主轴壳体、驱动轴与离合机构，离合机构具有旋转齿盘、锁紧齿盘与固定齿盘，旋转齿盘由驱动轴驱动旋转，固定齿盘固定连接于主轴壳体上，锁紧齿盘设于旋转齿盘外部并可滑动地使所述旋转齿盘与固定齿盘逐渐接合/暂时分离，由此而锁紧或松脱驱动轴，使驱动轴具有静止与高速旋转的快速切换，从而满足车削与铣削的不同需要，并具有分度控制功能，提供了一种具有车铣一体的驱动能力与分度控制功能的车铣复合主轴。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1提供的车铣复合主轴的结构第一示意图；
图2是本发明实施例1提供的车铣复合主轴的结构第二示意图；
图3是图2中车铣复合主轴的A-A剖视示意图；
图4是图2中车铣复合主轴的B-B剖视示意图；
图5是图4中车铣复合主轴的M处放大示意图。
主要元件符号说明：
1000-车铣复合主轴，0100-主轴壳体，0110-第一贯通部，0120-第一端套，0200-驱动轴，0210-第二贯通部，0220-动力输入端，0221-突出部，0230-动力输出端，0240-第二拉杆，0250-滑动部，0251-滑动套环，0252-线性滑块，0252a-第四贯通部，0252b-螺纹孔，0253-定位销轴，0260-第三贯通部，0300-离合机构，0310-旋转齿盘，0320-锁紧齿盘，0330-固定齿盘，0340-环形容腔，0350-复位弹簧，0360-第一拉杆，2000-刀具夹头。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对车铣复合主轴进行更全面的描述。附图中给出了车铣复合主轴的优选实施例。但是，车铣复合主轴可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对车铣复合主轴的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在车铣复合主轴的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请结合参阅图1～3，车铣复合主轴1000具有主轴壳体0100、驱动轴0200与离合机构0300，通过离合控制而分别满足铣刀与车刀的装夹使用要求，同时具有分度控制功能，解决车铣的通用性问题。以下详述车铣复合主轴1000的各个主要部件。
车铣复合主轴1000具有主轴壳体0100，主轴壳体0100具有第一贯通部0110。具体地，主轴壳体0100用于实现车铣复合主轴1000与机床的结构连接，并承受各种载荷，是主要的承载部。第一贯通部0110为孔状容腔，用于容纳车铣复合主轴1000的各个部件，尤其是驱动轴0200。
车铣复合主轴1000还具有驱动轴0200，驱动轴0200用于实现自动力源至刀具的动力传递，是主要的传动部。具体地，驱动轴0200可旋转地保持于第一贯通部0110上，并具有用于与动力源连接的动力输入端0220与用于与刀具连接的动力输出端0230。
在一个示范性的实施例中，第一贯通部0110具有支撑部，用于支撑驱动轴0200。驱动轴0200上套设有轴承，并一体保持于支撑部上。于此，驱动轴0200可旋转地保持于轴承上，而实现自由旋转。
动力输入端0220可采用多种结构形式，实现动力源的输出轴与驱动轴0200之间的轴端连接。在一个示范性的实施例中，动力输入端0220可采联轴部或联轴器的结构形式，其一端固定连接于驱动轴0200，另一端具有用于卡接动力源的输出轴的紧固孔。
动力输出端0230可采用多种结构形式，用于紧固刀具而实现刀具与驱动轴0200的固定连接。在一个示范性的实施例中，动力输出端0230可采紧固孔的结构形式，紧固孔用于供刀具夹头2000或刀具插入锁紧。其中，刀具夹头2000用于固定刀具，特别是铣刀的紧固常常需要涉及刀具夹头2000。
驱动轴0200可具有多种构造，优选地，驱动轴0200具有第二贯通部0210，第二贯通部0210与第一贯通部0110轴向平行第二贯通部0210使驱动轴0200形成中空结构，有助于降低驱动轴0200的自重而改善驱动轴0200的旋转运动特性。
其中，第二贯通部0210两端分别设有动力输入端0220与动力输出端0230。具体地，动力输入端0220紧固于第二贯通部0210一端，动力输入端0220与第二贯通部0210可以多种连接方式实现连接。例如，动力输入端0220与第二贯通部0210可以是过盈配合，亦可以是螺纹连接紧固。
其中，第二贯通部0210具有第二拉杆0240，第二拉杆0240一端固连于动力输入端0220，另一端用于紧固刀具夹头2000。具体地，在铣削加工中，铣刀安装于刀具夹头2000上，随驱动轴0200高速旋转而对工件施加切削力，铣刀及刀具夹头2000存在飞脱甩出风险。刀具夹头2000经第二拉杆0240紧固，由于第二拉杆0240与动力输出端0230的双重限制，避免了刀具夹头2000的甩出风险。
根据切削加工的方式要求，车铣复合主轴1000可夹持铣刀或车刀，而分别实现铣削或车削加工。在铣削加工中，铣刀需经刀具夹头2000与第二拉杆0240紧固；在车削加工中，车刀并不转动，是否紧固对其无重要影响。且根据铣刀的规格不同，刀具夹头2000亦具有不同的规格，要求第二拉杆0240实现对应匹配。
请结合参阅图3～4，优选地，第二拉杆0240通过滑动部0250与动力输入端0220连接，第二拉杆0240与滑动部0250可沿第二贯通部0210的轴向一体地线性移动，用以解决刀具匹配问题。
具体地，第二拉杆0240可滑动地保持于第二贯通部0210上，从而可进退地与刀具夹头2000/刀具接合或分离，既可满足不同规格的刀具夹头2000的紧固要求，又可适应车刀与铣刀的使用状态之差异。举一例于下以说明实际应用的工况状态。
当车铣复合主轴1000用于铣削时，第二拉杆0240滑动地贯入于刀具夹头2000，刀具夹头2000上设有铣刀。此时，动力输入端0220、驱动轴0200、第二拉杆0240与刀具夹头2000均固定为一体，而具有一体的运动状态，保证铣削加工的输出稳定；
当车铣复合主轴1000用于车削时，第二拉杆0240滑动地退出刀具夹头2000，以便刀具夹头2000从动力输出端0230取下，并换上所需使用的车刀，此后第二拉杆0240与车刀保持分离。
其中，第二拉杆0240的线性滑动可以多种结构形式实现，例如是伸缩缸、线性轴承等。
优选地，滑动部0250具有滑动套环0251与线性滑块0252。其中，滑动套环0251可滑动地套设于驱动轴0200与第一贯通部0110之间，并线性滑块0252通过定位销轴0253固定连接；线性滑块0252可滑动地保持于第二贯通部0210内及可滑动地连接于动力输入端0220上，并与第二拉杆0240固定连接；驱动轴0200上具有沿其径向开设的第三贯通部0260，定位销轴0253可沿第二贯通部0210的轴向线性移动地保持于第三贯通部0260上。
在一个示范性的实施例中，第一贯通部0110接近动力输入端0220的一端具有第一端套0120，第一端套0120固定于主轴壳体0100上。滑动套环0251可旋转地套设于第一端套0120内部，滑动套环0251经定位销轴0253与线性滑块0252连接为一体。动力输入端0220具有突出部0221，线性滑块0252具有第四贯通部0252a与螺纹孔0252b，突出部0221可滑动地保持于第四贯通部0252a上，螺纹孔0252b用于与第二拉杆0240固连。第三贯通部0260沿驱动轴0200的轴向之尺寸大于定位销轴0253沿该方向的尺寸，而保证定位销轴0253可于第三贯通部0260内滑动。
在此，滑动套环0251、定位销轴0253与线性滑块0252沿驱动轴0200之轴向线性运动，而使第二拉杆0240接近或远离动力输出端0230，以满足车削与铣削的不同要求。
请结合参阅图4～5，车铣复合主轴1000还具有离合机构0300，离合机构0300具有旋转齿盘0310、锁紧齿盘0320与固定齿盘0330。其中，旋转齿盘0310由驱动轴0200驱动旋转，固定齿盘0330固定于主轴壳体0100上；锁紧齿盘0320套设于旋转齿盘0310外部，并沿驱动轴0200的轴向可滑动地与固定齿盘0330逐渐啮合/暂时分离而使旋转齿盘0310与固定齿盘0330逐渐接合/暂时分离。
具体地，旋转齿盘0310、锁紧齿盘0320与固定齿盘0330形成三片式端面齿盘构造。锁紧齿盘0320与固定齿盘0330上分设啮合齿，以啮合齿的啮合位置不同而实现分度调节。锁紧齿盘0320沿驱动轴0200的轴向滑动地接近或远离固定齿盘0330，发挥离合控制的功能。
在一个示范性的实施例中，旋转齿盘0310与锁紧齿盘0320之间可具有键连接，使二者具有沿驱动轴0200轴向的相对运动，并具有一体旋转的运动特性。类似地，旋转齿盘0310与驱动轴0200之间亦具有相类之键连接，而具有轴向的相对运动与一体旋转运动。
当锁紧齿盘0320滑动接近而逐渐与固定齿盘0330啮合时，锁紧齿盘0320被固定齿盘0330锁紧，无法发生旋转运动。旋转齿盘0310受锁紧齿盘0320之牵绊，亦无法发生旋转运动。进而，旋转齿盘0310阻碍驱动轴0200之旋转，使驱动轴0200亦保持静止。在此情形下，连接于动力输出端0230的刀具保持不动，满足车削加工的要求。
当锁紧齿盘0320滑动远离而与固定齿盘0330分离时，锁紧齿盘0320、旋转齿盘0310与驱动轴0200具有一体的旋转运动，连接于动力输出端0230的刀具受驱动轴0200驱动而可高速旋转，满足铣削加工的要求。在此过程中，亦可同步实现车铣复合主轴1000的分度调节。
优选地，主轴壳体0100、驱动轴0200、旋转齿盘0310与固定齿盘0330包围而成一环形容腔0340，环形容腔0340与锁紧齿盘0320组成一活塞缸，锁紧齿盘0320可滑动地保持于环形容腔0340内。
具体地，锁紧齿盘0320在环形容腔0340内充当活塞，当锁紧齿盘0320两端具有压差时，锁紧齿盘0320即可发生线性运动而实现离合切换。
进一步优选，锁紧齿盘0320上设有至少一个复位弹簧0350，复位弹簧0350两端分别连接主轴壳体0100与锁紧齿盘0320。优选地，复位弹簧0350为复数个，并沿驱动轴0200的旋转圆周均匀分布。
进一步优选，锁紧齿盘0320通过第一拉杆0360与复位弹簧0350连接，第一拉杆0360与复位弹簧0350一一对应连接。
其中，环形容腔0340具有流体输入端与流体输出端。流体输入端与流体输出端可分居锁紧齿盘0320两端，而直接形成压差，形成双作用活塞缸结构；流体输入端与流体输出端亦可位于锁紧齿盘0320的同侧，复位弹簧0350的弹性力充当锁紧齿盘0320某一方向(接近或远离)的驱动力。
优选地，锁紧齿盘0320上设有用于检测锁紧齿盘0320位置的位移传感器，以保证锁紧齿盘0320的位置精确，保证足够的锁紧力或分离度。其中，位移传感器可以是接近开关、光栅尺等。
在另一个实施例中，锁紧齿盘0320连接有用于驱动锁紧齿盘0320沿驱动轴0200的轴向线性移动的驱动机构。其中，驱动机构可以是其他伸缩缸、电动推杆等结构形式。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种车铣复合主轴，其特征在于，具有：
主轴壳体，所述主轴壳体具有第一贯通部；
驱动轴，所述驱动轴可旋转地保持于所述第一贯通部上，并具有用于与动力源连接的动力输入端与用于与刀具连接的动力输出端；
离合机构，所述离合机构具有旋转齿盘、锁紧齿盘与固定齿盘，所述旋转齿盘由所述驱动轴驱动旋转，所述固定齿盘固定于所述主轴壳体上；
所述锁紧齿盘套设于所述旋转齿盘外部，并沿所述驱动轴的轴向可滑动地与所述固定齿盘逐渐啮合/暂时分离而使所述旋转齿盘与所述固定齿盘逐渐接合/暂时分离；
所述主轴壳体、所述驱动轴、所述旋转齿盘与所述固定齿盘包围而成一环形容腔，所述锁紧齿盘可滑动地保持于所述环形容腔内，所述环形容腔具有流体输入端和流体输出端，所述流体输入端和所述流体输出端位于所述锁紧齿盘的同侧，所述锁紧齿盘上设有至少一个复位弹簧，所述复位弹簧两端分别连接所述主轴壳体和所述锁紧齿盘，所述复位弹簧的弹性力作为所述锁紧齿盘沿靠近所述固定齿盘的方向或远离所述固定齿盘的方向的驱动力。
2.根据权利要求1所述的车铣复合主轴，其特征在于，所述锁紧齿盘通过第一拉杆与所述复位弹簧连接，所述第一拉杆与所述复位弹簧一一对应连接。
3.根据权利要求1所述的车铣复合主轴，其特征在于，所述复位弹簧沿所述驱动轴的旋转圆周均匀分布。
4.根据权利要求1所述的车铣复合主轴，其特征在于，所述锁紧齿盘上设有用于检测所述锁紧齿盘位置的位移传感器。
5.根据权利要求1所述的车铣复合主轴，其特征在于，所述锁紧齿盘连接有用于驱动所述锁紧齿盘沿述驱动轴的轴向线性移动的驱动机构。
6.根据权利要求1所述的车铣复合主轴，其特征在于，所述驱动轴具有第二贯通部，所述第二贯通部与所述第一贯通部轴向平行，所述第二贯通部两端分别设有所述动力输入端与所述动力输出端，所述第二贯通部具有第二拉杆，所述第二拉杆一端固连于所述动力输入端，另一端用于紧固刀具夹头。
7.根据权利要求6所述的车铣复合主轴，其特征在于，所述第二拉杆通过滑动部与所述动力输入端连接，所述第二拉杆与所述滑动部可沿所述第二贯通部的轴向一体地线性移动。
8.根据权利要求7所述的车铣复合主轴，其特征在于，所述滑动部具有滑动套环与线性滑块：
所述滑动套环可滑动地套设于所述驱动轴与所述第一贯通部之间，并与所述线性滑块通过定位销轴固定连接；
所述线性滑块可滑动地保持于所述第二贯通部内及可滑动地连接于所述动力输入端上，并与所述第二拉杆固定连接；
所述驱动轴上具有沿其径向开设的第三贯通部，所述定位销轴可沿所述第二贯通部的轴向线性移动地保持于所述第三贯通部上。
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