CN107234451A - 用于数控铣床的传动主轴结构和数控铣床 - Google Patents

Abstract

一种用于数控铣床的传动主轴结构和数控铣床，属于机械加工设备领域。本发明提出的传动主轴结构是在数控铣床主轴箱体的前提下，通过改变主轴传动结构，改变主轴偏摆问题，增强了机床功能、提高主轴寿命及加工精度，同时减低人工装配难度及操作人员的工作强度。

Description

用于数控铣床的传动主轴结构和数控铣床

技术领域

本发明涉及机械加工设备领域，具体而言，涉及一种用于数控铣床的传动主轴结构和数控铣床。

背景技术

随着经济的发展，社会的进步，提高功效、优化加工时间已经成为必然的行业共识。各种机床设备越来越朝向安全高效、节省能源、使用方便、节约空间、一机多能等特点的方向发展。数控铣床作为加工行业当中重要的一员也不例外。在现有的铣床上，为了获得不同的力矩、转速等加工参数需要人员根据不同的需求而不断改变皮带的位置等，操作繁琐，效率低下，且因结合齿的磨损及离合齿自身结构的刚性不足，使用一段时间后，磨损造成杂音大，易震动，精度降低，造成加工零件的质量低下，不合格率高。

发明内容

在本发明的第一方面，提供了一种传动主轴结构其可改善主轴偏摆的问题，从而提高其寿命。

在本发明的第二方面，提供了一种数控铣床，其操作难度低，噪声小，零件加工精度高。

本发明是这样实现的：

一种用于数控铣床的传动主轴结构。传动主轴结构包括一体化传动轴；

传动轴是与数控铣床的主轴箱的壳体相互脱离的；

数控铣床的主轴箱的箱体设置有上端中心孔，传动轴以上端中心孔为定位基准，传动轴装配于上端中心孔；

数控铣床的主轴与传动轴同轴装配；

上端中心孔传动轴以及主轴同心。

在较佳的一个示例中，主轴箱包括箱体式主轴箱。

在较佳的一个示例中，主轴的制动方式为电磁离合器制动。

在较佳的一个示例中，主轴的制动方式为抱闸制动器制动。

在较佳的一个示例中，传动轴以上端中心孔为定位基准并通过轴承安装在主轴箱的壳体内。

在较佳的一个示例中，轴承采用双轴承结构或多轴承结构。

在较佳的一个示例中，数控铣床的主轴箱的壳体安装有主轴编码器。

在较佳的一个示例中，主轴箱的主轴转动方式为链传动或带传动。

在较佳的一个示例中，数控铣床的主轴箱的壳体设置有轴承支撑座，传动轴的上端延伸并安装轴承支撑座内。

一种数控铣床，包括前述的传动主轴结构。

上述方案的有益效果：

本发明提出的传动主轴结构可以大大简化数控铣床的传动结构。其中，将现有的主轴和传动轴由分体变成整体结构，且以主轴箱体的中心为中心，保证装配时主轴的同心度，保证了主轴在加工产品时的刚性，同时降低了故障率，装配或维修也变得非常简单。

另外，主轴箱可增加安装主轴编码器，让机床，如数控铣床具备攻丝能力。

主轴的制方式可以是采用电磁离合器的形式，为自动控制，避免了人工手动换刀的操作强度。

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为本发明实施例提供的主轴箱的整体外形结构示意图；

图2a示出了图1中所示的主轴箱的传动A部的壳体的结构示意图；

图2b示出了图1中所示的主轴箱的箱体的结构示意图；

图3示出了图1中所示的主轴箱的壳体结构示意图；

图4示出了图1中所示的主轴箱的丝杆组结构示意图；

图5示出了图1中所示的主轴箱的主轴组结构示意图。

图标：100-主轴箱；101-外壳；102-主轴；103-动力源；104-第一容纳腔；105-第二容纳腔；106-马达皮带轮；107-从动皮带轮；108-传动轴；109-编码器；110-丝杆；201-传动A部的壳体；202-箱体；203-丝杆下轴承座；204-丝杆上轴承座；205-从动皮带轮轴承；206-丝杆轮；207-上轴承座压盖；208-离合器；209-打刀装置；300-主轴组；301-第一轴承；302-第二轴承；401-过渡座；402-调整板；500-传动轴结构；600-丝杆组；601-皮带轮松紧调整块；700-圆螺母；800-止动太阳垫圈。

具体实施方式

铣床(milling machine)主要指用铣刀在工件上通过铣削动作加工多种表面的机床。铣床是一种用途广泛的机床。在铣床上可以加工平面(水平面、垂直面、竖直面)、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮)、螺旋形表面(螺纹、螺旋槽)及各种曲面。此外，铣床还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。

通常铣刀以旋转运动为主运动，工件(和)铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。

铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。

为了加工不同复杂零件，铣床需要高效、高精时，因而也需求不同的传动轴转速。目前，铣床的传动轴调速多为手动调速，需要人工来操作，费时耗工。因需要不同的转数，主轴箱结构复杂，主轴箱内配件多，故障较多。传统的传动轴存在结构缺陷，导致传动轴传动的刚性降低，容易造成机械松动及故障，使加工的产品精度差。另外，装配时容易造成偏差，使传动轴运转时容易产生刮擦，杂音大，传动轴偏摆严重，影响加工精度。其次，更换刀具的难度大。

本发明是在以上数控铣床的主轴箱前提下，通过改变主轴传动结构，以改善以上不良问题，如提高设备寿命及加工精度，同时减低人工装配难度及操作人员的工作强度。此外，通过附加功能性组件拓展机床的功能。

请一并参阅图1至图5。

本发明中，提供的是一体化的传动轴结构，其可增加传动刚性，减少故障率，降低主轴传动装配的难度，提高主轴寿命及加工精度，同时增加附件能拓展机床的功能。

一体化的传动轴结构设计将原有的分体设计的主轴和传动轴改变为整体结构，且以主轴箱的箱体的中心为中心，保证装配时主轴的同心度，保证了主轴在加工产品时的刚性，同时降低了故障率，装配或维修也变得非常简单。

其次，通过增加安装主轴编码器，让机床具备攻丝能力。主轴制动采用电磁离合器的形式，为自动控制，避免了人工手动换刀的操作强度。

本实施例中，传动轴和主轴保持同心度装配，从而形成整体结构的传动轴结构。

主轴以主轴箱的箱体的中心为基准，安装在主轴箱的箱体内。主轴的上端延伸至主轴箱的传动A部的壳体内，并且与传动轴保持同心度装配。

本实施例中，传动轴的固定是通过轴承被安装在主轴箱的箱体的上端中心。传动轴的固定还可以采用其他方式，例如在主轴箱的传动A部的壳体(罩壳)的上端面增加一个轴承支撑座，传动轴上端可以延伸，且安装在罩壳上端面的轴承座内，使传动轴的刚性进一步增强。使用的轴承可以采用多个轴承结构。

前述的主轴传动结构可以是应用在箱体式主轴箱，也可以应用在其他类型的主轴箱上。

主轴通过传动轴传动，而传动的载体可以采用皮带轮。皮带轮可以是单槽或多槽，可以是固定比1/1，也可以其他变比，以适合更多的加工领域。

主轴制动形式可以采用其他形式，包括手动机械制动，抱闸制动等。

在所述传动轴结构中，传动轴和主轴保持同心度装配，通过将整体结构的传动轴结构安装在主轴箱内，并且以箱体的中心为基准进行安装，从而实现了传动轴、主轴以及主轴箱箱体三者同心，因此，主轴的传动刚性更强，主轴更不易发生磨损，也不易产生噪音。所述的同心是指，作为进行回转运动的传动轴和主轴，两者的回转中心轴线在同一直线。主轴箱的箱体在设计和制造时具有一个设计的中心线。传动轴、主轴安装于主轴箱后，两者前述回转中心轴与中心线位于同一直线，即共线。

本发明实施例提供的传动轴结构500适用于铣床，其被安装在铣床的主轴箱100内，用以传递动力，并通过道具实现零件的加工。

传动轴结构500中的各个组件相互配合，形成具有较好刚性的传动结构体。并且其整体结构更加简洁、紧凑，因而也更易装配和安装。

基于前述之内容，本发明提供了一种传动轴结构500。传动轴结构500设置于主轴箱100内。

铣床包括主轴箱100、底座、床身、工作台、立柱、铣头和拉刀等等。其中，床身固定在底座，工作台设置于床身，立柱的下端与床身连接，立柱的上端与铣头连接，拉刀设置于铣头。以上，底座、床身、工作台、立柱、铣头和拉刀，可以是发明人利用已知的手段实现的技术，在此不再赘述。

图1为主轴箱100的整体外形结构示意图；图3示出了主轴箱100的内部结构示意图。参阅图1和图3，主轴箱100具有外壳101、动力源103、传动轴结构500、丝杆组600。

如图2a、图2b和图3所示，外壳101具有空腔，可以是冲压成型。外壳101具有独立的两个空间，即第一容纳腔104和第二容纳腔105。外壳101大体上分为两部分，分别为传动A部的壳体201和箱体202。主轴箱100内设置实体支撑结构，以便对适当的组件如由轴承、支座等固定提供着力点和固定面。

动力源103可以是各种可以输出动力的上位机。例如，动力源103可以是电动机、或发动机、或其他动力机械。本发明实施例中，动力源103输出旋转动能和扭矩，且动力源103可选择为如图3所示的电动马达。作为一种具体的示例，电动马达型号为Y112M_4P-4KW。基于安装的便利性以及调试的方便，动力源103通过调整板402连接至外壳101。进一步地，主轴箱还可以设置皮带轮松紧调整块601。皮带轮松紧调整块601与调整板402共同配合，从而对皮带轮进行调整。

图3示出了主轴箱100的内部结构。如图3所示，外壳101内设置有传动轴结构500，并且其可以接受和传递动力源103传递的旋转作用。

如图3所示，传动轴结构500主要包括传动轴108、主轴102。传动轴108、主轴102同心度装配，形成一体化传动轴结构。

主轴102的传动方式具有马达皮带轮106、从动皮带轮107、以及离合器208。

其中，马达皮带轮106是作为接受并传递动力源103的动力而被提供的，并且动力源103的动力通过马达皮带轮106而进行传递。

马达皮带轮106与动力源103的连接方式，根据动力源103的类型可进行选择性的调整。例如，当动力源103为电动机时，电动机的输出轴与马达皮带轮106连接，具体而言，马达皮带轮106套设在电动机(马达)输出轴。马达皮带轮106与输出轴连接，并且马达皮带轮106随着输出轴转动。马达皮带轮106与输出轴具有相同的转动速度，且同时开始转动，同时停止转动。马达皮带轮106可以多种方式连接至输出轴，以方便更换、且能够与输出轴同步转动为宜。本实施例中，马达皮带轮106与动力源103(如电动机)的输出轴直接连接，且共轴。

在本发明的一些示例中，马达皮带轮106还可以通过其他中间件与前述的输出轴连接，以便传递动力。在这样一些实例中，马达皮带轮106与输出轴也可以间接连接，且不共轴。

进一步地，主轴箱100还可设置与传动轴结构500相互配合的旋转编码器109。旋转编码器109匹配用于匹配测量马达(或马达皮带轮106)的转动机械参考量，转动机械参考量包括马达的输出轴的旋转角位移、角速度中的一种或两种。通过安装编码器109增加机床(如铣床)的实用功能，例如控制转动的速度和时间等等。

其中，从动皮带轮107通过从动皮带轮轴承205以可旋转的方式被布置在外壳101内，从动皮带轮轴承205则通过外壳101内的支撑体固定。

从动皮带轮107与马达皮带轮106相互匹配以皮带实现传动。从动皮带轮107接受马达皮带轮106传递的动力(由动力源103输出)动力，并且向下游传递动力。从动皮带轮107向下游传递动力的接受动力目标可以是各种下位机或机构，以便通过传递的动力执行不同的动作。例如，从动皮带轮107传递的动力可以驱动传动轴，继而驱动主轴，以实现使刀具、工件夹具转动。

本实施例中，马达皮带轮106和从动皮带轮107通过带传动(如同步带、三角皮带)的方式实现动力的传递。马达皮带轮106和从动皮带轮107的传动方式还可有多种选择，可以根据适当的要求进行选择。

例如，马达皮带轮106与从动皮带轮107通过同步带传动。在同步带传动的示例中，马达皮带轮106和从动皮带轮107均为齿轮，并且通过同步带连接。马达皮带轮106的转动由同步带传递，并驱动从动皮带轮107转动。通过采用同步带传动，马达皮带轮106和从动皮带轮107可以适当地间隔期望距离，以便获得较好的传动比，并且更易于布置两者(马达皮带轮106和从动皮带轮107)，从而改进其结构。

在本发明的其他一些示例中，马达皮带轮106和从动皮带轮107还可以通过啮合的方式进行传动，即马达皮带轮106和从动皮带轮107均采用为齿轮，并且相互啮合配合。

需要说明的是，马达皮带轮106和从动皮带轮107的尺寸大小，可以根据需要的传动比、空间结构布局、整体刚性等方面进行选择调整。例如，当马达皮带轮106和从动皮带轮107通过带传动时，两者之间的距离，以及直径的大小可以进行调整。本发明实施例中，马达皮带轮106的直径小于从动皮带轮107的直径，以便从动皮带轮107获得稳定、大力矩的动力输出。另一示例中，马达皮带轮106和从动皮带轮107均为齿轮时，两者的齿数、齿距、直径等也可以进行适当的调整。

较佳地，主轴箱100的外壳101还可连接调节件。作为一种可选的示例，调节件为调整块(图未标)。调整件用于调节马达皮带轮106的转动中心线与从动皮带轮107的转动中心线之间的距离。在一些实例中，马达皮带轮106和从动皮带轮107通过可伸缩的传动带而进行带传动。调节件调整马达皮带轮106和从动皮带轮107之间的距离，同时也改变传动带的长度，以改变传动的力学特性。

其中，传动轴108是被从动皮带轮107驱动而进行转动的。传动轴108和从动皮带轮107同时转动、同时静止。具体地，传动轴108与从动皮带轮107同轴连接、且同步转动。传动轴108和从动皮带轮107的相对固定，可以通过螺母和垫圈来实现。例如，传动轴108以螺纹连接的方式套接圆螺母700(型号M50*1.5)，并且圆螺母700匹配设置止动太阳垫圈800(型号如M50)。止动太阳垫圈800位于从动皮带轮107和圆螺母700之间，其分别与两者摩擦接触。作为一种示例，从动皮带轮107沿轴向设置圆柱形孔，传动轴108的一部分位于前述的圆柱形孔内，并且与从动皮带轮107固定连接。即从动皮带轮107与传动轴108同轴设置，并且传动轴108由从动皮带轮107带动进行旋转。

其中，主轴102是可用于夹持，并驱动铣床刀具转动的部件。本发明实施例中，主轴102可以是通过包含于主轴组300的形式提供，并且被限制在外壳101内。主轴组300的结构请参阅图4。主轴102通过第一轴承301和第二轴承302被约束并以可旋转的方式布置在外壳101内，具体是被设置在如图2a、图2b所示的第二容纳腔105内。主轴组300的一种可选示例是R主轴组、NT30主轴组。

主轴102和传动轴108相互配合进行传动。主轴102与传动轴108同轴设置，主轴102和传动轴108可相互独立地转动，或者同步转动，更具体而言是，主轴102由传动轴108驱动进行旋转运动。主轴102和传动轴108的配合方式，例如可以是：传动轴108沿轴向贯穿设置有轴孔，主轴102同轴穿设于轴孔，且传动轴108外固定套设有轴承，传动轴108与轴承的转动体同步地转动。轴承是被固定在主轴箱100内的，具体地是，轴承由设置于主轴箱100内的支撑体固定。支撑体可以是金属凸起。

其中，主轴102和传动轴108的相互配合由离合器208进行调节。离合器208的一种示例是，离合器，更具体而言是佳科离合器，其型号为JBK-F1-2.5KGφ20。主轴102和传动轴108通过离合器匹配相互分离和接触，进而实现停止和转动。离合器与主轴102同轴布置，且离合器与主轴102同步转动。主轴102和传动轴108通过离合器匹配相互分离和接触的方式可以是：离合器设置接触面。接触面可选地接触或远离传动轴108，并且接触面与传动轴108接触时通过摩擦而同步转动。

换言之，在一种工作模式下，离合器的接触面远离传动轴108，从而主轴102和传动轴108相互独立。旋转的传动轴108不会将旋转动力传递给主轴102。此时，主轴102停止转动，因而，可以进行工件、刀具更换等操作。在另一种工作模式下，离合器的接触面与传动轴108接触，并且两者之间具有适当的摩擦力。摩擦力的大小足以使旋转的传动轴108带动主轴102转动。

本发明实施例中，马达皮带轮106的转动中心线、从动皮带轮107的转动中心线、传动轴108的转动中心线以及主轴102的转动中心线均相互平行。各个旋转组件，具有相互平行的转动中心线，可以更好地进行传动。应当理解的是，前述的各个转动中心线也可以是不平行的，但以传动轴108的转动中心线以及主轴102的转动中心线共线为限，具体可根据传动需求调整。

较佳地，外壳101设置有相互间隔的第一容纳腔104(右侧容纳腔)和第二容纳腔105(左侧容纳腔)。马达皮带轮106设置于第一容纳腔104，从动皮带轮107、传动轴108、主轴102、离合器208均设置于第二容纳腔105内。外壳101设置相互独立的两个空间，且在其中分别布置构成传动轴结构500的组件，以便提高传动轴结构500的安装便利性，同时更易于主轴102定位。

此外，主轴箱100还可以设置与主轴组300相匹配的机构。例如，本发明实施例中，主轴箱100设置与图1和图5所示的打刀装置209。打刀装置209可以通过过渡座401与外壳101连接，具体是，由过渡座401与传动A部的壳体201连接。打刀装置209与动力源103(马达)大部分位于外壳101外，且均设置于传动A部的壳体201，进一步地，打刀装置209与马达同向设置。

打刀装置209的一种示例是气动打刀缸，其可用于与铣床的固定于主轴102的刀具向作用。普通铣床的刀柄通过拉杆由人工进行夹紧，这就增加了操作难度。本发明实施例中，主轴102通过弹性件的弹性变形和恢复，来实现刀柄的张开和夹紧，以固定或拆卸刀具。弹性件的弹性形变需要提供一个动力装置来给予力的输出。本发明实施例中，以打刀缸提供弹性件的变形作用力。打刀缸可以是液压式和气动时的，可根据需要进行选择。气动打刀缸的成本低、易于维修，且不会产生如液压打刀缸的漏油问题，因而，其是一种更优的选择。

进一步地，主轴箱100还包括丝杆组600，丝杆组600通过丝杆110(如Z轴滚珠丝杆110)以及与丝杠配套的结构件以实现主轴箱100目标部件的升降活动。丝杆组600的结构如图5所示。丝杆110的两端分别套设轴承(如6004深沟球轴承)，并且两端的轴承通过轴承座(丝杆110下轴承座和丝杆110上轴承座)被约束固定，而轴承座则被固定于外壳101。

其中，丝杆110上轴承座还匹配安装有上轴承座压盖207。丝杆110的其中一个末端，即邻近丝杆110上轴承座的部分还设置有螺母和匹配垫圈。螺母套设于前述的末端，并通过螺纹啮合固定。螺母位于上轴承座压盖207和丝杆110上轴承座之间，并且螺母通过垫圈增强稳定性。其中，螺母可采用AN04型号，垫圈可采用AW04型号。

丝杆110还套设置有与其同步转动的轮，即丝杆轮206。丝杆轮206例如可以是同步带轮(或Z轴同步带轮)，其型号可以是5M，Z36。Z轴同步带轮可通过双圆键(型号，5*5*30)被约束在丝杆110的光滑部(未设置螺纹)。

本发明实施例中，采用一体化的传动结构设计的传动轴结构500。其具有较好的传动刚性。主轴箱100采用前述的传动轴结构500，可以减少传动过程中的故障率，且装配传动轴结构500更方便。基于前述主轴箱100的铣床，具有较好的可扩展性，通过增加附件可提高其功能性，同时由于传动轴结构500的传动刚性较大，可提高铣床主轴102的寿命和加工精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于数控铣床的传动主轴结构，其特征在于，所述传动主轴结构包括一体化传动轴；

所述传动轴是与所述数控铣床的主轴箱的壳体相互脱离的，

所述数控铣床的主轴箱的箱体设置有上端中心孔，所述传动轴以所述上端中心孔为定位基准，所述传动轴装配于所述上端中心孔；

所述数控铣床的主轴与所述传动轴同轴装配；

所述上端中心孔所述传动轴以及所述主轴同心。

2.根据权利要求1所述的传动主轴结构，其特征在于，所述主轴箱包括箱体式主轴箱。

3.根据权利要求1所述的传动主轴结构，其特征在于，所述主轴的制动方式为电磁离合器制动。

4.根据权利要求1所述的传动主轴结构，其特征在于，所述主轴的制动方式为抱闸制动器制动。

5.根据权利要求1所述的传动主轴结构，其特征在于，所述传动轴以所述上端中心孔为定位基准并通过轴承安装在所述主轴箱的壳体内。

6.根据权利要求5所述的传动主轴结构，其特征在于，所述轴承采用双轴承结构或多轴承结构。

7.根据权利要求1所述的传动主轴结构，其特征在于，所述数控铣床的主轴箱的壳体安装有主轴编码器。

8.根据权利要求1所述的传动主轴结构，其特征在于，所述主轴箱的主轴转动方式为链传动或带传动。

9.根据权利要求1所述的传动主轴结构，其特征在于，所述数控铣床的主轴箱的壳体设置有轴承支撑座，所述传动轴的上端延伸并安装所述轴承支撑座内。

10.一种数控铣床，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的传动主轴结构。