CN108127453A - 一种主轴电动换刀单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主轴电动换刀单元，属于机床换刀装置领域，包括：机壳、穿接于机壳的丝杠轴以及丝杠螺母；机壳内固定设置有电机，丝杠轴与电机的转子同轴连接；丝杠轴一端伸出电机形成用于与丝杠螺母螺纹配合的丝杠端；机壳设有用于限制丝杠螺母绕丝杠轴周向旋转的导向键；机壳设有用于供丝杠螺母伸出的通孔，丝杠端驱动丝杠螺母穿梭于通孔，在远离丝杠轴或靠近丝杠轴之间切换，比传统的气缸于油缸换刀机构，本发明体积更小，响应速度更快，且推力输出更强，大大提升了换刀效率和生产效率。仅需通过驱动丝杠螺母移动完成卸刀或复位，相比气缸和油缸换刀机构需要保压的状态能耗更低。
Description
技术领域
本发明涉及一种机床换刀装置，尤其涉及一种主轴电动换刀单元。
背景技术
目前，机床电主轴的换刀功能部件主要采用气缸或油缸驱动完成换刀动作，而加工中心用电主轴普遍只是油缸。
压缩空气是机床的必备资源。电主轴采用气缸作为换刀单元使其成本相对较低、控制简单、空间紧凑。但由于气缸换刀结构受限于压缩空气的压力和电主轴的空间结构，气缸输出的推力并不大，通常只能用在HSK50以下的刀柄的电主轴上。
油缸的输出则远远超过气缸，且体积较小。但油缸换刀结构需要配备液压泵站，这就占据了太多机床空间，提供的设备成本也随之升高。更紧要的是，油缸响应速度慢，极大延长了非生产辅助时间。
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主轴电动换刀单元，满足大型铣削电主轴的要求，设备体积小，结构简单紧凑，且响应时间极短，提高电主轴换刀效率和生产效率，减短非生产辅助时间。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种主轴电动换刀单元，包括：
机壳、穿接于所述机壳的丝杠轴以及丝杠螺母；所述机壳内固定设置有电机，所述丝杠轴与所述电机的转子同轴连接；所述丝杠轴一端伸出所述电机形成用于与所述丝杠螺母螺纹配合的丝杠端；所述机壳设有用于限制所述丝杠螺母绕所述丝杠轴周向旋转的导向键；所述机壳设有用于供所述丝杠螺母伸出的通孔，所述丝杠端驱动所述丝杠螺母穿梭于所述通孔，在远离所述丝杠轴或靠近所述丝杠轴之间切换。
进一步地，所述主轴电动换刀单元还包括减速机构；所述减速机构设置于所述丝杠轴与所述电机之间，用于降低所述丝杠轴转速并增加其转矩。
进一步地，所述减速机构包括驱动轴、行星轮以及行星架；所述丝杠轴固定穿接于所述驱动轴并与所述驱动轴同轴设置；所述驱动轴与所述电机的转子固定连接；所述行星轮与所述驱动轴相啮合；所述丝杠轴固定穿设于所述行星架；所述行星架枢接于所述行星轮，以使所述驱动轴带动所述行星轮并通过所述行星轮带动所述行星架与所述丝杠轴转动。
进一步地，所述机壳包括机体以及分别盖设所述机体两端的第一轴承座和第二轴承座，所述电机设置在所述机体内部；所述第一轴承座和所述第二轴承座分别与所述丝杠轴的两端之间设有轴承。
进一步地，所述机壳包括机体以及分别盖设所述机体两端的第一轴承座和第二轴承座，所述电机设置在所述机体内部；所述第一轴承座设置在所述机体的下部，所述第二轴承座设置在所述机体的上部，所述第一轴承座和所述第二轴承座分别与所述丝杠轴的两端之间设有轴承，所述第一轴承座和所述第二轴承座分别于所述驱动轴的两端之间设有轴承；所述行星轮和所述行星架设置于所述丝杠端与所述第一轴承座之间。
进一步地，所述行星轮为若干个；若干个所述行星轮分别环绕于所述驱动轴的外周且等间隔设置，所述行星轮的两端分别与所述驱动轴以及所述齿圈相互捏合；若干个所述行星轮分别等间枢接于所述行星架。
进一步地，若干个所述行星轮分别与所述行星架之间的枢接轴线与所述丝杠轴的旋转轴线距离相等；所述行星轮与所述行星架之间的枢接轴线与所述丝杠轴相互平行。
进一步地，所述机壳还包括安装座；所述安装座盖设于所述机壳靠近所述丝杠端的一侧；所述安装座开设有所述通孔；所述通孔设有所述导向键。
进一步地，所述安装座内设有复位侧接近开关和卸刀侧接近开关；所述卸刀侧接近开关设置在所述复位侧接近开关的下方；所述卸刀侧接近开关和所述复位侧接近开关处于同一竖直平面；所述丝杠螺母设置有用于触发所述复位侧接近开关或所述卸刀侧接近开关的触发机构；通过驱动所述丝杠螺母沿所述丝杠轴的轴线方向往复移动，以使所述触发机构在位于所述复位侧接近开关和所述卸刀侧接近开关之间往复移动。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明采用电机控制丝杠轴旋转以带动丝杠螺母旋转，由于机壳设置有用于限制丝杠螺母旋转的导向键，因此丝杠螺母会在丝杠轴的带动下被丝杠端的螺纹抵推位移，以使丝杠螺母位于通孔上滑移远离或靠近丝杠轴，相应的完成卸刀状态或装刀状态。相比传统的气缸与油缸换刀机构，本发明体积更小，响应速度更快，且推力输出更强，大大提升了换刀效率和生产效率。仅需通过驱动丝杠螺母移动完成卸刀或复位，相比气缸和油缸换刀机构需要保压的状态能耗更低。
附图说明
图1为本发明主轴电动换刀单元结构示意图。
图中：10、机壳；20、丝杠轴；30、丝杠螺母；40、电机；50、减速机构；60、安装座；11、机体；12、第一轴承；13、第二轴承；21、丝杠端；31、触发机构；51、驱动轴；52、行星轮；53、行星架；54、齿圈；61、导向键；62、通孔；63、复位侧接近开关；64、卸刀侧接近开关。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，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。
如图1所示，为了在满足大型铣削电主轴装卸刀要求的情况下，提高换刀效率以及减少装置体积，本发明提供一种主轴电动换刀单元，其包括：机壳10、穿接于机壳10的丝杠轴20以及丝杠螺母30；机壳10内固定设置有电机40，电机40的定子于机壳10内部固接，丝杠轴20与电机40的转子同轴连接，以使电机40能驱动丝杠轴20位于机壳10内部旋转；丝杠轴20一端伸出电机40形成用于与丝杠螺母30螺纹配合的丝杠端21；机壳10设有用于限制丝杠螺母30绕丝杠轴20周向旋转的导向键61；机壳10设有用于供丝杠螺母30伸出的通孔62，丝杠端21驱动丝杠螺母30穿梭于通孔62，在远离丝杠轴20或靠近丝杠轴20之间切换。
在本发明使用过程中，电机40驱动丝杠轴20旋转以带动丝杠螺母30同步旋转，但由于导向键61的存在限制了丝杠螺母30的周向旋转动作，因此，丝杠螺母30会在丝杠端21的推动下沿丝杠轴20的轴线方向滑移，远离或靠近丝杠轴20，以抵推外部主轴的弹性元件完成卸刀或在装刀后复位通过弹性元件拉紧外部加工用的刀柄完成装刀。通过本发明的主轴电动换刀单元结构，相比传统的气缸和油缸换刀结构响应时间更短，能有效提高主轴的换刀效率，并且电机40的输出压力较气缸和油缸更大，能更稳固地拉紧刀柄以满足大型铣削电主轴的要求，结构更为简单紧凑，进而降低了生产成本，也提高了加工效率。
为了使丝杠轴20在旋转过程中输出压力更大，旋转过程更稳定，主轴电动换刀单元还包括减速机构50；减速机构50设置于丝杠轴20与电机40之间，用于降低丝杠轴20转速并增加其转矩。
具体的，减速机构50包括驱动轴51、行星轮52以及行星架53；丝杠轴20固定穿接于驱动轴51并与驱动轴51同轴设置；驱动轴51与电机40的转子固定连接；行星轮52与驱动轴51相啮合；丝杠轴20固定穿设于行星架53；行星架53枢接于行星轮52，形成行星减速结构，以使驱动轴51带动行星轮52并通过行星轮轮52带动行星架53与丝杠轴20转动。
行星减速结构能将电机40的回转数减速到所要的回转数，并能使丝杠轴20得到较大的转矩，能稳定丝杠轴20的转速，使丝杠螺母30相对稳定地滑移，并能加大丝杠螺母30的输出压力。
这里，为了稳定丝杠轴20，机壳10包括机体11以及分别盖设机体11两端的第一轴承座12和第二轴承座13，电机40设置在机体11内部；第一轴承座12和第二轴承座13分别与丝杠轴20的两端之间设有轴承。
作为上述实施方式的又一实施方式，机壳10包括机体11以及分别盖设机体11两端的第一轴承座12和第二轴承座13，电机40设置在机体11内部；第一轴承座12设置在机体11的下部，第二轴承座13设置在机体11的上部，第一轴承座12和第二轴承座13分别与丝杠轴20的两端之间设有轴承，第一轴承座12和第二轴承座13分别于驱动轴51的两端之间设有轴承；行星轮52和行星架53设置于丝杠端21与第一轴承座12之间。
优选的，为了稳定行星轮52的传动过程，第一轴承座12与行星轮52之间还设有齿圈54；齿圈54卡接于第一轴承座12的下部并与行星轮52相互捏合，当电机40驱动驱动轴51旋转，驱动轴51会带动行星轮52与之啮合传动，行星轮52的另一端与齿圈54啮合以稳定其传动过程，行星轮52再带动行星架53转动，丝杠轴20则会与行星轮52同步转动，以驱动丝杠螺母30位移。
优选的，为了进一步稳定内部传动过程，加大丝杠轴20的扭矩，行星轮52为若干个，优选为两个；若干个行星轮52分别环绕于驱动轴51的外周且等间隔设置，若行星轮52为两个，则两行星轮52分别位于驱动轴51相互远离的两侧，行星轮52的两端分别与驱动轴51以及齿圈54相互捏合；若干个行星轮52分别枢接于行星架53。
若干个行星轮52分别与行星架53之间的枢接轴线与丝杠轴20的旋转轴线距离相等；行星轮52与行星架53之间的枢接轴线与丝杠轴20相互平行。
为了使主轴电动换刀单元能方便拆卸维修，机壳10还包括安装座60；安装座60盖设于机壳10靠近丝杠端21的一侧，具体的，安装座60盖设于齿圈54的下部；安装座60开设有通孔62；通孔62设有导向键61。
为了达到精密的位置控制已经自动换刀的效果，安装座60内设有复位侧接近开关63和卸刀侧接近开关64；卸刀侧接近开关64设置在复位侧接近开关63的下方；卸刀侧接近开关64和复位侧接近开关63处于同一竖直平面；丝杠螺母30设置有用于触发复位侧接近开关63或卸刀侧接近开关64的触发机构31；通过驱动丝杠螺母30沿丝杠轴20的轴线方向往复移动，以使触发机构31在位于复位侧接近开关63和卸刀侧接近开关64之间往复移动。
在本发明实施过程中，主轴电动换刀单元的丝杠螺母30与外部主轴的拉杆分离，外部主轴在其弹性元件的作用下，通过拉杆拉紧加工用的刀柄，此时主轴电动换刀单元处于复位状态，触发机构31位于复位侧接近开关63，假设触发信号为1，断开输出信号为0。主轴电动换刀单元处于复位状态时，驱动电机40运转信号，并使驱动轴51正转，驱动轴51带动行星轮52，推动行星架53，进而减速驱动丝杠轴20。安装座60通过导向键61防止丝杠螺母30旋转，丝杠螺母30则在丝杠轴20的螺旋传动作用下移动，进而接触外部主轴的拉杆并推动外部主轴的拉杆，主轴电动换刀单元此时进入卸刀状态，丝杠螺母30在旋转传动机构的自锁作用下保持卸刀状态，持续对拉杆用力，此时，卸刀侧接近开关64信号为1，复位侧接近开关63信号为0。
当主轴电动换刀单元进入卸刀状态时，驱动电机40反转，进而驱动丝杠螺母30向上移动。当丝杠螺母30向上移动到一定的距离，复位侧接近开关63输出为1，同时卸刀侧接近开关64输出为0，此时，电机40停止转动，丝杠螺母30于外部主轴的拉杆完全分离，外部主轴在其弹性元件作用下重新拉紧刀柄，而丝杠螺母30在螺旋传动机构的自锁作用下保持复位状态。
这里，未完成以上动作，丝杠轴20和丝杠螺母30的涉及需满足螺旋副的自锁条件，即螺旋副旋转升角小于摩擦角。
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)
1.一种主轴电动换刀单元，其特征在于，包括：
机壳、穿接于所述机壳的丝杠轴以及丝杠螺母；所述机壳内固定设置有电机，所述丝杠轴与所述电机的转子同轴连接；所述丝杠轴一端伸出所述电机形成用于与所述丝杠螺母螺纹配合的丝杠端；所述机壳设有用于限制所述丝杠螺母绕所述丝杠轴周向旋转的导向键；所述机壳设有用于供所述丝杠螺母伸出的通孔，所述丝杠端驱动所述丝杠螺母穿梭于所述通孔，在远离所述丝杠轴或靠近所述丝杠轴之间切换。
2.如权利要求1所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：所述主轴电动换刀单元还包括减速机构；所述减速机构设置于所述丝杠轴与所述电机之间，用于降低所述丝杠轴转速并增加其转矩。
3.如权利要求2所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：所述减速机构包括驱动轴、行星轮以及行星架；所述丝杠轴固定穿接于所述驱动轴并与所述驱动轴同轴设置；所述驱动轴与所述电机的转子固定连接；所述行星轮与所述驱动轴相啮合；所述丝杠轴固定穿设于所述行星架；所述行星架枢接于所述行星轮，以使所述驱动轴带动所述行星轮并通过所述行星轮带动所述行星架与所述丝杠轴转动。
4.如权利要求1～3中任一项所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：所述机壳包括机体以及分别盖设所述机体两端的第一轴承座和第二轴承座，所述电机设置在所述机体内部；所述第一轴承座和所述第二轴承座分别与所述丝杠轴的两端之间设有轴承。
5.如权利要求3所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：所述机壳包括机体以及分别盖设所述机体两端的第一轴承座和第二轴承座，所述电机设置在所述机体内部；所述第一轴承座设置在所述机体的下部，所述第二轴承座设置在所述机体的上部，所述第一轴承座和所述第二轴承座分别与所述丝杠轴的两端之间设有轴承，所述第一轴承座和所述第二轴承座分别于所述驱动轴的两端之间设有轴承；所述行星轮和所述行星架设置于所述丝杠端与所述第一轴承座之间。
6.如权利要求5所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：所述第一轴承座与所述行星轮之间还设有齿圈；所述齿圈卡接于所述第一轴承座的下部并与所述行星轮相互捏合。
7.如权利要求6所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：所述行星轮为若干个；若干个所述行星轮分别环绕于所述驱动轴的外周且等间隔设置，所述行星轮的两端分别与所述驱动轴以及所述齿圈相互捏合；若干个所述行星轮分别等间枢接于所述行星架。
8.如权利要求7所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：若干个所述行星轮分别与所述行星架之间的枢接轴线与所述丝杠轴的旋转轴线距离相等；所述行星轮与所述行星架之间的枢接轴线与所述丝杠轴相互平行。
9.如权利要求1～3、5～8中任一项所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：所述机壳还包括安装座；所述安装座盖设于所述机壳靠近所述丝杠端的一侧；所述安装座开设有所述通孔；所述通孔设有所述导向键。
10.如权利要求9所述的主轴电动换刀单元，其特征在于：所述安装座内设有复位侧接近开关和卸刀侧接近开关；所述卸刀侧接近开关设置在所述复位侧接近开关的下方；所述卸刀侧接近开关和所述复位侧接近开关处于同一竖直平面；所述丝杠螺母设置有用于触发所述复位侧接近开关或所述卸刀侧接近开关的触发机构；通过驱动所述丝杠螺母沿所述丝杠轴的轴线方向往复移动，以使所述触发机构在位于所述复位侧接近开关和所述卸刀侧接近开关之间往复移动。
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