CN107838440A - 一种具有中心出水推杆换刀装置的电主轴 - Google Patents
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Abstract
一种具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，包括主轴系统组件、轴芯组件、换刀气缸组件及刀具安装组件，轴芯组件包括中心出水导向体、芯轴，中心出水导向体嵌设于换刀气缸组件中部；换刀气缸组件包括入气孔、换刀气缸本体及活塞组件；换刀气缸本体上部具有入气孔，下部设有通孔；活塞组件设于换刀气缸本体内；活塞组件穿过通孔抵接小活塞，中心出水导向体贯穿活塞组件及小活塞，并延伸至芯轴的顶端凹槽内；中心出水导向体与芯轴中部设有供冷却水流动的通道。本发明的具有中心出水推杆换刀装置的电主轴将具有中心出水方式的电主轴与气缸组件进行了有机结合，并简化了具有中心出水结构的推杆换刀结构，在打刀时提高主轴运动的精度及稳定性能。
Description
技术领域
本发明一种电机主轴，尤其涉及一种具有中心出水推杆换刀装置的电主轴。
背景技术
电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，电主轴通常由无外壳电机、主轴、轴承、主轴单元壳体、驱动模块和冷却装置等组成。为了提高加工精度，主轴的使用寿命，正确地选择切削参数尤为重要。因此，电主轴需要设计便于更换和维护的推杆换刀结构。目前，采用中心出水方式的电主轴普遍存在推杆换刀结构复杂，导向不准确的技术问题。
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中心出水推杆换刀装置的电主轴，以达到简化中心出水方式电主轴的安装结构，导向准确。本实用发明的目的采用如下技术方案实现：
一种具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，包括主轴系统组件、轴芯组件、换刀气缸组件及刀具安装组件，所述换刀气缸组件设于所述主轴系统组件上部，所述刀具安装组件设于所述轴芯组件下部；所述主轴系统组件包括机体组件及定子，所述定子设于所述机体组件内部，所述轴芯组件贯通所述定子；所述轴芯组件包括中心出水导向体、芯轴，所述中心出水导向体嵌设于所述换刀气缸组件中部；所述换刀气缸组件包括入气孔、换刀气缸本体及活塞组件；所述活塞组件设于所述换刀气缸本体内；所述换刀气缸本体上部设有入气孔，下部设有通孔，所述活塞组件穿过所述通孔抵接小活塞，所述中心出水导向体贯穿所述活塞组件及所述小活塞，并延伸至所述芯轴的顶端凹槽内；所述入气孔通入压缩气体，驱动所述活塞组件带动小活塞运动，小活塞下端面抵接芯轴上端面，驱动芯轴向下移动进而驱动所述刀具安装组件完成卸刀；所述中心出水导向体与所述芯轴中部设有供冷却水流动的通道。
进一步地，所述活塞组件包括一级活塞、二级活塞、三级活塞；所述一级活塞底部抵接于所述二级活塞上部，所述二级活塞抵接所述三级活塞上部，所述三级活塞抵接所述小活塞上部。
进一步地，所述一级活塞、二级活塞、三级活塞及小活塞上部均设有压缩气体导向孔；所述压缩气体通过一级活塞的压缩气体导向孔及一级活塞与中心出水导向体的配合间隙进入二级活塞的压缩气体导向孔，并由二级活塞与中心出水导向体的配合间隙进入三级活塞的压缩气体导向孔，由三级活塞与中心出水导向体的配合间隙进入小活塞的压缩气体导向孔。
进一步地，所述芯轴包括拉杆组件及轴套；所述轴套套设于所述拉杆外表面；所述拉杆内部设有供所述冷却水流动的通道；所述顶端凹槽设于所述拉杆上端。
进一步地，所述刀具安装组件包括滑动芯、拉爪及刀柄；所述滑动芯上端抵接所述拉杆组件，下端套接有所述拉爪；所述滑动芯的下端设有与所述拉爪抵接的锥形配合面；所述滑动芯向上移动时能利用所述锥形配合面撑开所述拉爪；所述拉爪下端的外表面设有凸台；在所述拉爪被撑开时，所述凸台能配合所述轴套固定所述刀柄。
进一步地，所述滑动芯轴内部设有供冷却水流动的通道。
进一步地，所述滑动芯轴下端设有换刀凸台，所述刀柄设有与所述换刀凸台相适配的换刀压槽；所述滑动芯向下移动时，所述换刀凸台抵接所述换刀压槽，并推动所述刀柄完成卸刀。
进一步地，所述主轴系统组件还设有位置传感器，所述位置传感器能够检测主轴的无刀、拉刀、松刀位置。
进一步地，所述位置传感器具有三个，所述拉杆组件设有拉杆凸台，三个所述位置传感器通过检测拉杆组件运动时所述拉杆凸台所处的位置，判断主轴处于无刀、拉刀、松刀的状态。
进一步地，所述芯轴的顶端凹槽的深度大于所述小活塞上下移动的最大距离；所述中心出水导向体内部还设有第一压缩气体通道，与所述芯轴的顶端凹槽相配合的外表面设有第一压力槽，所述第一压力槽与所述第一压缩气体通道连通。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过将中心出水导向体嵌设于换刀气缸组件中部；活塞组件设于换刀气缸本体内；中心出水导向体贯穿活塞组件及小活塞，并延伸至芯轴的顶端凹槽内；中心出水导向体与芯轴中部设有供冷却水流动的通道，将具有中心出水方式的电主轴与气缸组件进行了有机结合，并且换刀气缸沿着轴线对芯轴施加作用力，采用顶端凹槽对运动进行引导并避免冷却水溢出，简化了具有中心出水结构的推杆换刀结构，并在推杆换刀时提高主轴运动的精度及稳定性能。
附图说明
图1为本发明具有中心出水推杆换刀装置的电主轴的主视图；
图2为图1电主轴的A处放大示意图；
图3为图1电主轴的B处放大示意图；
图4为图1电主轴的换刀气缸组件的放大示意图；
图5为图1电主轴的位置传感器的设置示意图；
图6为图1电主轴的轴芯台阶的示意图。
图中：1、主轴系统组件；11、机体组件；12、定子；13、钢水套组件；131、第二压缩气体入孔；132、第二压缩气体通道；133、溢流孔；134、形腔；135、压缩气孔；14、第一导气套；141、第二压力槽；15、位置传感器；2、轴芯组件；21、中心出水导向体；211、第一冷却水通道；212、第一压缩气体入孔；213、第一压缩气体通道；214、第一压力槽；215、入水孔；22、芯轴；221、拉杆组件；2211、凹槽；2212、第二冷却水通道；2213、拉杆凸台；222、轴套；223、轴芯台阶；224、碟簧；3、换刀气缸组件；31、入气孔；32、活塞组件；321、一级活塞；322、二级活塞；323、三级活塞；33、换刀气缸本体；331、气缸顶盖；3311、第一泄气孔；332、第一缸体；3321、第二泄气孔；333、第二缸体；3331、第三泄气孔；334、隔板；34、小活塞；4、刀具安装组件；41、滑动芯；411、换刀凸台；42、拉爪；421、凸台；43、刀柄；431、换刀压槽。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如说明书附图1-2、4所示，本发明公开了一种具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，包括主轴系统组件1、轴芯组件2、换刀气缸组件3及刀具安装组件4，换刀气缸组件3设于主轴系统组件1上部，刀具安装组件4设于芯轴22下部；主轴系统组件1包括机体组件11及定子12，定子12设于机体组件11内部，轴芯组件2贯通定子12；轴芯组件2包括中心出水导向体21、芯轴22，中心出水导向体21嵌设于换刀气缸组件3中部；换刀气缸组件3包括入气孔31及换刀气缸本体33及活塞组件32；活塞组件32设于换刀气缸本体33内；换刀气缸本体33上部具有入气孔31，下部设有通孔，活塞组件32穿过通孔抵接小活塞34，中心出水导向体21贯穿活塞组件32及小活塞34，并延伸至芯轴22的顶端凹槽2211内；入气孔31可通入压缩气体，驱动活塞组件32带动小活塞34运动，小活塞34下端面抵接芯轴22上端面，驱动芯轴22向下移动并驱动刀具安装组件4完成卸刀；芯轴22套接有碟簧224，中心出水导向体21与芯轴22中部设有供冷却水流动的通道。
在本发明的进一步优化方案中，如说明书附图4所示，活塞组件32包括一级活塞321、二级活塞322、三级活塞323；一级活塞321底部抵接于二级活塞322上部，二级活塞322抵接三级活塞323上部，三级活塞323抵接小活塞34上部。一级活塞321、二级活塞322、三级活塞323及小活塞34上部均设有压缩气体导向孔；压缩气体可通过一级活塞321的压缩气体导向孔及一级活塞321与中心出水导向体21的配合间隙进入二级活塞322的压缩气体导向孔，并由二级活塞322与中心出水导向体21的配合间隙进入三级活塞323的压缩气体导向孔，由三级活塞323与中心出水导向体21的配合间隙进入小活塞34的压缩气体导向孔。
换刀气缸本体33是由气缸顶盖331、第一缸体332、第二缸体333及隔板334构成，气缸顶盖331的顶部设有入气孔31及嵌设中心出水导向体21的安装槽；气缸顶盖331底部抵接于第一缸体332的上壁面，并且气缸顶盖331与第一缸体332形成第一层腔体；第一缸体332底部抵接与隔板334上壁面，第一缸体332与隔板334形成了第二层腔体，隔板334远离第一缸体332的壁面抵接第二缸体333形成第三层腔体。第二缸体333的底部具有容纳腔并抵接于钢水套组件13形成第四层腔体。一级活塞321、二级活塞322、三级活塞323、小活塞34分别位于第一层腔体、第二层腔体、第三层腔体、第四层腔体内部。其中，气缸顶盖331与第一缸体332抵接部位、第一缸体332与隔板334抵接部位分别设有第一泄气孔3311、第二泄气孔3321；第二缸体333底部设有第三泄气孔3331。
在本发明的进一步优化方案中，如说明书附图1、3所示，芯轴22包括拉杆组件221及轴套222；轴套222套设于拉杆外表面；拉杆组件221内部设有供冷却水流动的通道；顶端凹槽2211设于拉杆组件221上端。刀具安装组件4包括滑动芯41、拉爪42及刀柄43；滑动芯41上端抵接拉杆组件221，下端套接有拉爪42；滑动芯41的下端设有与拉爪42抵接的锥形配合面；滑动芯41向上移动时能利用锥形配合面撑开拉爪42；拉爪42下端的外表面设有凸台421；在拉爪42被撑开时，凸台421能配合轴套222固定刀柄43。滑动芯41内部设有供冷却水流动的通道。滑动芯41下端设有换刀凸台411，刀柄43设有与换刀凸台411相适配的换刀压槽431；滑动芯41向下移动时，换刀凸台411抵接换刀压槽431，并推动刀柄43完成卸刀。
本发明进一步优化的方案中，如说明书附图6所示，在芯轴22内部开设一轴芯台阶223，拉杆组件221在沿轴套222内壁下行过程中，下行至合适的打刀(即推杆换刀)位置时，拉杆组件221与轴芯内壁台阶接触，阻止其继续下行，防止拉杆组件221打刀过量，从而防止碟簧224组因过大压力疲劳受损，极大地提高了主轴拉杆组件221使用寿命，使本发明能够长期稳定完成打刀换刀过程。
在本发明的进一步优化方案中，如说明书附图5所示，主轴系统组件1还设有位置传感器15，位置传感器15能够检测主轴的无刀、拉刀、松刀位置。位置传感器15具有三个，拉杆组件221设有三个拉杆凸台2213，三个位置传感器15通过检测拉杆凸台2213所处的三个位置，判断主轴处于无刀、拉刀、松刀的状态。芯轴22的顶端凹槽2211的深度大于小活塞34上下移动的最大距离；中心出水导向体21内部还设有第一压缩气体通道213，与芯轴22的顶端凹槽2211相配合的外表面设有第一压力槽214，第一压力槽214与第一压缩气体通道213连通。
在以往的主轴发明中，拉杆螺母与拉杆组件221采用螺纹连接的方式进行装配，位置传感器15检测拉杆螺母位置并传递信号。本发明不再使用拉杆螺母，而是在拉杆组件221上端部设计拉杆突台，用于位置传感器15的信号检测。在主轴打刀拉刀过程中，拉杆组件221沿轴芯组件2轴向方向运动，在钢水套组件13上装有位置传感器15，用于检测主轴的无刀、拉刀、松刀位置，极大地简化了主轴打刀拉刀信号检测机构，便于制造加工，缩短了产品加工制造周期。
当主轴需要更换刀具时，停止主轴工作，在换刀气缸组件3顶部的入气孔31通入压缩空气，压缩空气由气缸顶盖331的内部通孔进入气缸顶盖331和第一缸体332所构成的第一层腔体，逐渐充满第一层腔体的压缩气体迫使一级活塞321向下运动，第一层腔体内原有气体由第一缸体332的第一泄气孔3311排出，同时压缩气体也通过中心出水导向体21和一级活塞321的配合间隙及一级活塞321的压缩气体导向孔进入第二缸和隔板334所构成的第二层腔体，充盈的压缩气体和一级活塞321共同作用于二级活塞322使之向下运动，第二层腔体内原有气体由隔板334的第二泄气孔3321排出，同理，二级活塞322和压缩气体共同推动三级活塞323向下运动，第三层腔体原有气体由第二缸体333的第三泄气孔3331排出，再由三级活塞323和压缩气体共同推动小活塞34向下运动，由第二缸体333和钢水套组件13所构成的第四层腔体内部原有气体由压缩气孔135排出，向下运动的小活塞34与拉杆组件221接触，从而推动拉杆组件221下移，拉杆组件221推动滑动芯41下移，拉爪42向内闭合松开刀柄43，同时滑动芯41推出刀柄43，完成卸刀动作；当主轴需要拉刀时，停止换刀气缸组件3压缩气体的通入并在钢水套的压缩气孔135通入压缩空气，此时拉杆组件的压缩碟簧224复位，使得拉杆组件221和滑动芯41上移，拉爪42进入刀柄43内孔并向外张开拉住刀柄43，拉杆组件221的上移也推动了换刀气缸组件3小活塞34上移，压缩空气使得小活塞34和拉杆组件221分离，继续上行的小活塞34进而推动一级、二级、三级活塞上移，此时各腔体内的原有空气从泄气孔排出。并且第一、二、三层腔体由换刀气缸组件3的各个泄气孔吸入气体防止真空的产生，完成换刀气缸组件3的复位和拉刀动作。
本发明进一步优化的方案中，如说明书附图2所示，中心出水导向体21沿轴线设有供冷却水流动的第一冷却水通道211，芯轴22沿轴线设有供冷却水流动的第二冷却水通道2212；中心出水导向体21上设有第一压缩气体入孔212、与第一压缩气体入孔212连通的第一压缩气体通道213及与第一压缩气体通道213连通的第一压力槽214；第一压力槽214沿中心出水导向体21表面分布且位于凹槽2211内；主轴系统组件1设有第二压缩气体入孔131、与第二压缩气体入孔131连接的第二压缩气体通道132及与第二压缩气体通道132连接的第一导气套14，第一导气套14环绕芯轴22外壁面设置，第一导气套14与芯轴22外壁面贴合表面设有第二压力槽141。中心出水导向体21与芯轴22间隙配合。第二压缩气体入孔131通入的压缩气体压力大于第一压缩气体入孔212通入的压缩气体压力。第二压缩气体入孔131、第二压缩气体通道132均设于钢水套组件13内。中心出水导向体21顶部还具有入水孔215，入水孔215与供冷却水流动的第一冷却水通道211连通。
钢水套组件13包括溢流孔133，压缩气体充满第一压力槽214后，进而充满钢水套组件13、轴芯组件2构成的形腔134，再经由溢流孔133排出。第一压力槽214具有多个，均布于中心出水导向体21表面。芯轴22连接滑动芯41，且滑动芯41内部具有与芯轴22第二冷却水通道2212连通的通孔，滑动芯41内部通孔与芯轴22外圆面使用密封圈密封。具有内部通孔的刀柄43与滑动芯41连接，其刀柄43内部通孔与滑动芯41内部通孔连通。
本实施例在中心出水导向体21顶部设有用于中心出水的入水孔215和第一压缩气体入孔212。在钢水套组件13顶部设有第二压缩气体入孔131和溢流孔133。在启动中心出水功能前，必须先将压缩气体持续地通入第一压缩气体入孔212和第二压缩气体入孔131，这两道压缩气体分别形成中心出水的第一道动压气体密封和第二道动压气体密封，防止水漏入主轴内部。当向中心出水导向体21顶部入水孔215通入冷却水时，本发明主轴开始中心出水，流过中心出水导向体21的冷却水以一定的流速流入转动的芯轴22内部通孔，芯轴22与中心出水导向体21为间隙配合，由于有第一道动压气体密封，并不会有过量的水通过第一道动压气体密封，少量渗过第一道动压气体密封的冷却液会随着第二道动压气体密封经钢水套组件13由溢流孔133流出，通过芯轴22内部通孔的冷却液流入滑动芯41内部通孔，滑动芯41内部通孔与芯轴22外圆面使用密封圈密封，随后冷却液进入刀柄43内部通孔向外喷出，对刀具和工件加工表面进行冷却，带走大量切削热，减少刀具损耗，能够更为长久地保持刀具的精度，同时流出刀柄43的冷却液也能对轴芯组件2进行冷却，使主轴运转精度大幅提高，并且大幅延长主轴使用寿命。本发明在加工易产生粉尘微粒的工件时，中心出水能够有效地沉淀粉尘，防止粉尘污染。在对工件进行镜面铣削时，冷却液能够冲开切屑，有效地防止切屑刮花已加工的镜面。
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)
1.一种具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，包括主轴系统组件、轴芯组件、换刀气缸组件及刀具安装组件，所述换刀气缸组件设于所述主轴系统组件上部，所述刀具安装组件设于所述轴芯组件下部；所述主轴系统组件包括机体组件及定子，所述定子设于所述机体组件内部，所述轴芯组件贯通所述定子；其特征在于：所述轴芯组件包括中心出水导向体、芯轴，所述中心出水导向体嵌设于所述换刀气缸组件中部；所述换刀气缸组件包括入气孔、换刀气缸本体及活塞组件；所述活塞组件设于所述换刀气缸本体内；所述换刀气缸本体上部设有入气孔，下部设有通孔，所述活塞组件穿过所述通孔抵接小活塞，所述中心出水导向体贯穿所述活塞组件及所述小活塞，并延伸至所述芯轴的顶端凹槽内；所述入气孔通入压缩气体，驱动所述活塞组件带动小活塞运动，小活塞下端面抵接芯轴上端面，驱动芯轴向下移动进而驱动所述刀具安装组件完成卸刀；所述中心出水导向体与所述芯轴中部设有供冷却水流动的通道。
2.如权利要求1所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述活塞组件包括一级活塞、二级活塞、三级活塞；所述一级活塞底部抵接于所述二级活塞上部，所述二级活塞抵接所述三级活塞上部，所述三级活塞抵接所述小活塞上部。
3.如权利要求2所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述一级活塞、二级活塞、三级活塞及小活塞上部均设有压缩气体导向孔；所述压缩气体通过一级活塞的压缩气体导向孔及一级活塞与中心出水导向体的配合间隙进入二级活塞的压缩气体导向孔，并由二级活塞与中心出水导向体的配合间隙进入三级活塞的压缩气体导向孔，由三级活塞与中心出水导向体的配合间隙进入小活塞的压缩气体导向孔。
4.如权利要求1所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述芯轴包括拉杆组件及轴套；所述轴套套设于所述拉杆外表面；所述拉杆内部设有供所述冷却水流动的通道；所述顶端凹槽设于所述拉杆上端。
5.如权利要求4所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述刀具安装组件包括滑动芯、拉爪及刀柄；所述滑动芯上端抵接所述拉杆组件，下端套接有所述拉爪；所述滑动芯的下端设有与所述拉爪抵接的锥形配合面；所述滑动芯向上移动时能利用所述锥形配合面撑开所述拉爪；所述拉爪下端的外表面设有凸台；在所述拉爪被撑开时，所述凸台能配合所述轴套固定所述刀柄。
6.如权利要求5所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述滑动芯轴内部设有供冷却水流动的通道。
7.如权利要求5所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述滑动芯轴下端设有换刀凸台，所述刀柄设有与所述换刀凸台相适配的换刀压槽；所述滑动芯向下移动时，所述换刀凸台抵接所述换刀压槽，并推动所述刀柄完成卸刀。
8.如权利要求4所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述主轴系统组件还设有位置传感器，所述位置传感器能够检测主轴的无刀、拉刀、松刀位置。
9.如权利要求8所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述位置传感器具有三个，所述拉杆组件设有拉杆凸台，三个所述位置传感器通过检测拉杆组件运动时所述拉杆凸台所处的位置，判断主轴处于无刀、拉刀、松刀的状态。
10.如权利要求1所述具有中心出水推杆换刀装置的电主轴，其特征在于：所述芯轴的顶端凹槽的深度大于所述小活塞上下移动的最大距离；所述中心出水导向体内部还设有第一压缩气体通道，与所述芯轴的顶端凹槽相配合的外表面设有第一压力槽，所述第一压力槽与所述第一压缩气体通道连通。
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