CN109047799B - 具有装配多种卡盘功能的铣削主轴装置 - Google Patents

Abstract

一种具有装配多种卡盘功能的铣削主轴装置，包括主轴主体、法兰盘或刀柄法兰、卡盘或刀柄卡盘；主轴主体包括主轴、拉杆、弹性件、拉爪、上端盖、下端盖、上密封件、下密封件、上卡位件、下卡位件、第一上轴承、第二上轴承、第一下轴承、第二下轴承、第三下轴承和主轴外壳。主轴内部轴线处为阶梯孔，底部内部为内锥面，外部为外锥面，阶梯孔与主轴锥面交界处设置收容部，顶部设置换刀槽；拉杆安装在阶梯孔内，下端与拉爪配合；拉爪的下端与刀柄法兰上部夹头安装在收容部处；压杆安装在换刀槽内；卡盘通过螺栓连接的方式固定于法兰盘上。本发明适合于加工不同尺寸规格的车削及铣削加工方式，并且换刀简便。

Description

具有装配多种卡盘功能的铣削主轴装置

技术领域

本发明涉及主轴装置，更详细而言，涉及具备能装配多种不同规格卡盘能力的铣削主轴装置。

背景技术

传统的主轴装置只适用于一种加工方式。在车削过程中，主轴通过卡盘夹持工件做旋转运动，刀具做进给运动；而在铣削中，主轴通过内锥面与刀柄的外锥面接触配合，从而带动铣削刀具旋转，而工件做进给运动，即相应的直线运动或旋转运动。

若主轴既可夹持刀具进行铣削加工，又可装夹工件进行车削加工，则能实现机床的一机多用，从而大大节省空间、降低投入。尤其对于桌面机床，由于桌面机床本身尺寸和结构偏小，占空间小，如果能够设计一种即能装夹普通刀柄，又能装配卡盘的主轴，则可以扩大桌面机床的功能，提高效率。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种既能够适用于铣削加工模式，又能适用于车削加工模式的主轴，且更换刀具或卡盘简便的主轴装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：

具有装配多种卡盘功能的铣削主轴装置由主轴主体20、刀柄法兰6、法兰盘19、卡盘7、刀柄卡盘21、刀柄17组成；

所述的刀柄法兰6为三段式结构，上部为符合相关刀柄标准的外锥面，下部为带有三个均匀分布的通孔圆盘，中部带有两个可配合主轴2下端端面键的键槽的圆环柱形状。刀柄法兰6下部圆盘的形状与尺寸应符合卡盘7上端面的形状和尺寸，以便通过螺栓进行连接固定。刀柄法兰6的上部的外锥面与主轴2的配合锥面接触配合，并通过拉钉22与刀柄法兰6连接，之后与主轴2固定。刀柄法兰6的下端面与卡盘7上端面的端盖配合，且通过螺栓连接固定。刀柄法兰6中部圆环柱形状的键槽与主轴2下端设置的端面键配合，以传递车削或铣削时产生的扭矩。刀柄法兰6通过上部的外锥面与主轴2的内锥面接触，刀柄法兰6下部圆盘通过螺栓连接卡盘7固定。此种技术方案为车削主轴模式，可适用于车床的小负荷加工模式。

所述的法兰盘19为上部带有阶梯孔的圆盘类零件，且在阶梯孔处为可与主轴2下部端面键配合的键槽，其阶梯回转面为一与主轴2下端外锥面锥度相同的内锥面，即主轴2的外锥面与法兰盘19的内锥面接触配合，此接触方式可保证主轴2与法兰盘19二者的共轴线能力，进一步保证主轴与卡盘同轴，提高加工精度。法兰盘19下部端面有与主轴2下部端面相配合的三个均布的沉头通孔及螺纹孔，通孔的形状和尺寸与主轴2下部端面的孔一致，以便通过螺纹实现主轴2与法兰盘19的连接固定，法兰盘19下部端面有与卡盘7上端面的端盖相配合的4个螺纹孔，通过螺栓连接卡盘7与法兰盘19。此种结构为车削主轴模式，可适用于车床的大负荷加工模式。

所述的刀柄卡盘21为四段式结构，上部与外圆锥形状，中部为圆环柱体，第三段为圆柱体，第四段为卡盘结构，其中上部、中部和第三段为一体式结构，第三段有与卡盘主体结构连接的螺纹通孔。刀柄卡盘21通过上部的外圆锥与主轴2连接，之后通过第三段的螺纹通孔与卡盘主体结构连接。这种技术方案通过刀柄卡盘21直连卡盘主体结构，不用通过卡盘的上端面的端盖连接，提供了工艺系统的刚度，加工精度更高。此种技术方案为车削主轴模式，可适用于车床的中型负荷加工模式。

所述的主轴2的下端部的内孔为内锥面，外部为外锥面，通过外锥可以实现与法兰盘19或刀柄法兰6的同轴度，从而提高加工精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、一根主轴可根据加工需求装配不同型号的卡盘或刀柄。

2、主轴在更换卡盘或刀柄时便捷。

附图说明

图1为本发明的第一主轴装置的剖视图。

图2为本发明第一主轴装置中的主轴主体的剖视图。

图3为本发明第一主轴装置的刀柄法兰的半剖视图。

图4为本发明第一主轴装置的刀柄法兰的端面视图。

图5为本发明的第二主轴装置的剖视图。

图6为本发明第二主轴装置的换刀时的剖视图。

图7为本发明的第三主轴装置的剖视图。

图8为本发明第三主轴装置的法兰盘剖视图。

图9为本发明第三主轴装置的法兰盘端面视图。

图10为本发明的第四主轴装置的剖视图。

图中：1a—第一主轴装置；1b—第二主轴装置；1c—第三主轴装置；1d—第四主轴装置；2—主轴；3—拉杆；4—弹性件；5—拉爪；6—刀柄法兰；7—卡盘；8—上端盖；9—下端盖；10—上密封件；11—下密封件；12—上卡位件；13—下卡位件；14a—第一上轴承；14b—第二上轴承；15a—第一下轴承；15b—第二下轴承；15c—第三下轴承；16—主轴外壳；17—刀柄；18—压杆；19—法兰盘；20—主轴主体；21—刀柄卡盘；22—拉钉。

具体实施方式

参阅图1所示，第一主轴装置1a包括主轴主体20、刀柄法兰6和卡盘7。

参阅图2所示，所述的主轴主体20包括有主轴2、拉杆3、弹性件4、拉爪5、上端盖8、下端盖9、上密封件10、下密封件11、上卡位件12、下卡位件13、第一上轴承14a、第二上轴承14b、第一下轴承15a、第二下轴承15b、第三下轴承15c、主轴外壳16。

所述的主轴2为一圆柱孔状结构，内部孔结构包含一段阶梯孔、圆环键槽、内锥面，其上部为圆环键槽，底部为配合刀柄17外锥面连接的内锥面，内锥面的锥度、深度与刀柄17上部外锥面的锥度和深度相匹配，即可与刀柄17的结构接触配合，从而使主轴2与刀柄17接触，实现同轴。阶梯孔与配合锥面交界处为一收容部，主轴2上下两轴段的外侧分别有卡位部结构，顶部为换刀槽，底部端面有两个端面键槽，以便通过键与刀柄法兰6连接。主轴2底部为外锥面，以便保证与法兰盘19配合时保证主轴2与法兰盘19共轴线。

所述的拉杆3为带有轴肩的长轴类零件。所述的拉爪5为具有弹性的爪形零件，无外力限制时拉爪5张开。上端盖8和下端盖9均为带有中心通孔的端盖类零件，大端面处设置与主轴外壳16内部两端端面位置和大小相同的均布通孔。上端盖8设置用于容纳上密封件10的凹槽；下端盖9设置用于容纳下密封件11的凹槽。

所述主轴外壳16为第一主轴装置1a安装的载体，内部有五个端面，内部最上方端面和最下方端面分别设置均匀分布的螺纹孔。

上密封件10装入上端盖8的凹槽内，下密封件11装入下端盖9的凹槽内。上端盖8以及下端盖9通过螺栓分别固定在主轴外壳16的上端和下端，实现对主轴主体20的密封。

第一上轴承14a、第二上轴承14b从主轴2上部穿过，且定位在主轴2外端的轴肩位置，上卡位件12固定在主轴2的上方卡位部处，且与主轴2的上端轴肩及主轴外壳16内部上方的端面相配合，对第一上轴承14a、第二上轴承14b起到定位作用；第一下轴承15a、第二下轴承15b、第三下轴承15c装在主轴2的下端轴肩位置处，下卡位件13固定在主轴2的下方卡位部上，与主轴2的下端轴肩及主轴外壳16内部下方的端面相配合，对第一下轴承15a、第二下轴承15b、第三下轴承15c起到定位作用。上述配合使主轴2获得轴向定位及径向定位。

拉杆3安装在主轴2的阶梯孔内，弹性件4安装在主轴2的阶梯孔的阶梯面以及拉杆3的轴肩之间。拉杆3下端有螺纹，与拉爪5通过螺纹孔连接，拉爪5爪部的上平面与刀柄法兰6上部夹头的下平面配合接触，拉钉22与刀柄法兰6通过螺纹方式连接，当拉爪5收缩的时候，拉爪5拉紧拉钉22，从而起到拉紧刀柄法兰6的作用。拉爪5的爪部与刀柄法兰6上部夹头安装在主轴2的收容部处。

参阅图3和图4所示，刀柄法兰6为三段一体式结构，上部为符合相关刀柄标准的外锥面，中部为环形圆柱状且带有两个可配合主轴2下端端面键的键槽，下部为带有三个均匀分布的通孔圆盘。刀柄法兰6下端面的形状与尺寸应符合卡盘7上端面的形状和尺寸，以便通过螺栓进行连接固定。刀柄法兰6的上部锥面与主轴2的配合锥面接触配合，拉钉22与刀柄法兰6通过螺纹方式连接。刀柄法兰6的下端面与卡盘7的上端面螺纹孔配合，且通过螺栓连接固定。刀柄法兰6中部的键槽与主轴2下端的端面键配合，以传递车削或铣削时产生的扭矩。

第一主轴装置1a主要用于车床的小负荷加工模式。

参阅图5所示，第二主轴装置1b包括有主轴主体20、符合相关BT标准的刀柄17，刀柄17可直接装夹铣削刀具。

参阅图6所示，刀柄17与拉钉22以螺纹方式连接，更换刀柄17时，可在主轴2的换刀槽中安装压杆18。下压压杆18可使得拉杆3的轴肩带动弹性件4产生压缩作用，从而使拉爪5向下移动。拉爪5爪部下落至主轴2的收容部处时，拉爪5会张开，并不再限制刀柄17的轴向移动。此时可为第二主轴装置1b更换刀柄17。若刀柄定位完毕后，松开压杆18，此时弹性件4由于弹性作用会发生回弹，恢复回原位，并通过拉杆3的轴肩带动带动拉爪5向上运动，从而使拉爪5的爪部返回阶梯孔内且爪部产生收紧作用，并拉紧拉钉22，从而拉紧刀柄17。执行换刀动作时，可将刀柄17更换为固定有卡盘7的刀柄法兰6，使第二主轴装置1b转变为第一主轴装置1a。此时机床由铣削加工模式变为小负荷车削加工模式。

第二主轴装置1b主要用于铣削加工模式。

参阅图7所示，第三主轴装置1c包括主轴主体20和法兰盘19和卡盘7。法兰盘19为一带有阶梯孔的圆盘类一体式结构，且在阶梯处为可与主轴2下部端面键配合的键槽。法兰盘19的阶梯处为一与主轴2下端外锥面锥度相同的内锥面。法兰盘19的上端面阶梯处端面有与主轴2下部端面相配合的螺纹通孔，通孔的形状和尺寸与主轴2下部端面的孔一致，可通过螺纹实现主轴2与法兰盘19的连接固定。法兰盘19下端面有3个均布的沉头通孔及螺纹孔，且下端面与刀柄法兰6下端面的结构相同。

参阅图8和图9所示，法兰盘19的上端面与主轴2下端面配合，端面键插入键槽中，通过螺栓连接固定，并使螺栓头埋入沉头孔内。主轴2下端外锥面与法兰盘19的内锥面配合，保证二者的共轴线，进一步保证主轴与卡盘7同轴，提高加工精度。卡盘7上端面与法兰盘19下端面配合，并通过螺栓连接固定。

第三主轴装置1c主要用于大载荷车削加工模式。若需加工长轴类零件，则可将主轴2中的拉杆3、弹性件4及拉爪5取出。

参阅图10所示，第四主轴装置1d包括主轴主体20和刀柄卡盘21。

所述的刀柄卡盘21为四段式结构，上部与外圆锥形状，中部为圆环柱体，第三段为圆柱体，第四段为卡盘结构，其中上部、中部和第三段为一体式结构，第三段有与卡盘连接的螺纹通孔。刀柄卡盘21通过上部的外圆锥与主轴2接触，拉钉22与刀柄卡盘21通过螺纹方式连接，当拉爪5收缩的时候，拉爪5拉紧拉钉22，从而使刀柄卡盘21与主轴2连接。刀柄卡盘21通过第三段的螺纹通孔与卡盘主体结构连接。这种技术方案通过刀柄卡盘21直连卡盘主体结构，不用通过卡盘端盖连接，提供了工艺系统的刚度，加工精度更高。执行换刀动作时，可将刀柄17更换为刀柄卡盘21，使第二主轴装置1b转变为第四主轴装置1d。此时机床由铣削加工模式变为中负荷车削加工模式。

第四主轴装置1d可通过主轴2上部的键槽获取动力，进而主轴装置旋转。为此，若进行小负荷的车削加工，则选用第一主轴装置1a；若进行铣削加工，则第二主轴装置1b；若进行大负荷的车削加工，则选用第三主轴装置1c、若进行中负荷的车削加工，则选用第四主轴装置1d。

第一主轴装置1a，第二主轴装置1b和第四主轴装置1d可通过更换刀具的方式相互转化，提高了更换的效率。第三主轴装置1c可通过卸除刀柄法兰6或刀柄17，并安装带有卡盘7的法兰盘19的方式，从第一主轴装置1a，第二主轴装置1b或第四主轴装置1d转化得来。相应的，卸除带有卡盘7的法兰盘19并安装刀柄法兰6或刀柄17即可将第三主轴装置1c转化为第一主轴装置1a，第二主轴装置1b或第四主轴装置1d。

Claims (1)

1.一种具有装配多种卡盘功能的铣削主轴装置，其特征在于：包括有第一主轴装置（1a）、第二主轴装置（1b）、第三主轴装置（1c）和第四主轴装置（1d）；

所述的第一主轴装置（1a）包括主轴主体（20）、刀柄法兰（6）和卡盘（7）；

所述的主轴主体（20）包括有主轴（2）、拉杆（3）、弹性件（4）、拉爪（5）、上端盖（8）、下端盖（9）、上密封件（10）、下密封件（11）、上卡位件（12）、下卡位件（13）、第一上轴承（14a）、第二上轴承（14b）、第一下轴承（15a）、第二下轴承（15b）、第三下轴承（15c）、主轴外壳（16）；

所述的主轴（2）为一圆柱孔状结构，内部孔结构包含一段阶梯孔、圆环键槽、内锥面，其上部为圆环键槽，底部为配合刀柄（17）外锥面连接的内锥面，内锥面的锥度、深度与刀柄（17）上部外锥面的锥度和深度相匹配，即可与刀柄（17）的结构接触配合，从而使主轴（2）与刀柄（17）接触，实现同轴；阶梯孔与配合锥面交界处为一收容部，主轴（2）上下两轴段的外侧分别有卡位部结构，顶部为换刀槽，底部端面有两个端面键槽，以便通过键与刀柄法兰（6）连接；主轴（2）底部为外锥面，以便保证与法兰盘（19）配合时保证主轴（2）与法兰盘（19）共轴线；

所述的拉杆（3）为带有轴肩的长轴类零件；所述的拉爪（5）为具有弹性的爪形零件，无外力限制时拉爪（5）张开；上端盖（8）和下端盖（9）均为带有中心通孔的端盖类零件，大端面处设置与主轴外壳（16）内部两端端面位置和大小相同的均布通孔；上端盖（8）设置用于容纳上密封件（10）的凹槽；下端盖（9）设置用于容纳下密封件（11）的凹槽；

所述主轴外壳（16）为第一主轴装置（1a）安装的载体，内部有五个端面，内部最上方端面和最下方端面分别设置均匀分布的螺纹孔；

上密封件（10）装入上端盖（8）的凹槽内，下密封件（11）装入下端盖（9）的凹槽内；上端盖（8）以及下端盖（9）通过螺栓分别固定在主轴外壳（16）的上端和下端，实现对主轴主体（20）的密封；

第一上轴承（14a）、第二上轴承（14b）从主轴（2）上部穿过，且定位在主轴（2）外端的轴肩位置，上卡位件（12）固定在主轴（2）的上方卡位部处，且与主轴（2）的上端轴肩及主轴外壳（16）内部上方的端面相配合，对第一上轴承（14a）、第二上轴承（14b）起到定位作用；第一下轴承（15a）、第二下轴承（15b）、第三下轴承（15c）装在主轴（2）的下端轴肩位置处，下卡位件（13）固定在主轴（2）的下方卡位部上，与主轴（2）的下端轴肩及主轴外壳（16）内部下方的端面相配合，对第一下轴承（15a）、第二下轴承（15b）、第三下轴承（15c）起到定位作用；上述配合使主轴（2）获得轴向定位及径向定位；

拉杆（3）安装在主轴（2）的阶梯孔内，弹性件（4）安装在主轴（2）的阶梯孔的阶梯面以及拉杆（3）的轴肩之间；拉杆（3）下端有螺纹，与拉爪（5）通过螺纹孔连接，拉爪（5）爪部的上平面与刀柄法兰（6）上部夹头的下平面配合接触，拉钉（22）与刀柄法兰（6）通过螺纹方式连接，当拉爪（5）收缩的时候，拉爪（5）拉紧拉钉（22），从而起到拉紧刀柄法兰（6）的作用；拉爪（5）的爪部与刀柄法兰（6）上部夹头安装在主轴（2）的收容部处；

刀柄法兰（6）为三段一体式结构，上部为符合相关刀柄标准的外锥面，中部为环形圆柱状且带有两个可配合主轴（2）下端端面键的键槽，下部为带有三个均匀分布的通孔圆盘；刀柄法兰（6）下端面的形状与尺寸应符合卡盘（7）上端面的形状和尺寸，以便通过螺栓进行连接固定；刀柄法兰（6）的上部锥面与主轴（2）的配合锥面接触配合，拉钉（22）与刀柄法兰（6）通过螺纹方式连接；刀柄法兰（6）的下端面与卡盘（7）的上端面螺纹孔配合，且通过螺栓连接固定；刀柄法兰（6）中部的键槽与主轴（2）下端的端面键配合，以传递车削或铣削时产生的扭矩；第一主轴装置（1a）主要用于车床的小负荷加工模式；

所述的第二主轴装置（1b）包括有主轴主体（20）和刀柄（17），刀柄（17）能直接装夹铣削刀具；

刀柄（17）与拉钉（22）以螺纹方式连接，更换刀柄（17）时，可在主轴（2）的换刀槽中安装压杆（18）；下压压杆（18）可使得拉杆（3）的轴肩带动弹性件（4）产生压缩作用，从而使拉爪（5）向下移动；拉爪（5）爪部下落至主轴（2）的收容部处时，拉爪（5）会张开，并不再限制刀柄（17）的轴向移动；此时可为第二主轴装置（1b）更换刀柄（17）；若刀柄定位完毕后，松开压杆（18），此时弹性件（4）由于弹性作用会发生回弹，恢复回原位，并通过拉杆（3）的轴肩带动带动拉爪（5）向上运动，从而使拉爪（5）的爪部返回阶梯孔内且爪部产生收紧作用，并拉紧拉钉（22），从而拉紧刀柄（17）；执行换刀动作时，可将刀柄（17）更换为固定有卡盘（7）的刀柄法兰（6），使第二主轴装置（1b）转变为第一主轴装置（1a）；此时机床由铣削加工模式变为小负荷车削加工模式；第二主轴装置（1b）主要用于铣削加工模式；

所述的第三主轴装置（1c）包括主轴主体（20）和法兰盘（19）和卡盘（7）；

法兰盘（19）为一带有阶梯孔的圆盘类一体式结构，且在阶梯处为可与主轴（2）下部端面键配合的键槽；法兰盘（19）的阶梯处为一与主轴（2）下端外锥面锥度相同的内锥面；法兰盘（19）的上端面阶梯处端面有与主轴（2）下部端面相配合的螺纹通孔，通孔的形状和尺寸与主轴（2）下部端面的孔一致，可通过螺纹实现主轴（2）与法兰盘（19）的连接固定；法兰盘（19）下端面有3个均布的沉头通孔及螺纹孔，且下端面与刀柄法兰（6）下端面的结构相同；

法兰盘（19）的上端面与主轴（2）下端面配合，端面键插入键槽中，通过螺栓连接固定，并使螺栓头埋入沉头孔内；主轴（2）下端外锥面与法兰盘（19）的内锥面配合，保证二者的共轴线，进一步保证主轴与卡盘（7）同轴，提高加工精度；卡盘（7）上端面与法兰盘（19）下端面配合，并通过螺栓连接固定；

第三主轴装置（1c）主要用于大载荷车削加工模式；若需加工长轴类零件，则可将主轴（2）中的拉杆（3）、弹性件（4）及拉爪（5）取出；

所述的第四主轴装置（1d）包括主轴主体（20）和刀柄卡盘（21）；

所述的刀柄卡盘（21）为四段式结构，上部与外圆锥形状，中部为圆环柱体，第三段为圆柱体，第四段为卡盘结构，其中上部、中部和第三段为一体式结构，第三段有与卡盘连接的螺纹通孔；刀柄卡盘（21）通过上部的外圆锥与主轴（2）接触，拉钉（22）与刀柄卡盘（21）通过螺纹方式连接，当拉爪（5）收缩的时候，拉爪（5）拉紧拉钉（22），从而使刀柄卡盘（21）与主轴（2）连接；刀柄卡盘（21）通过第三段的螺纹通孔与卡盘主体结构连接；这种技术方案通过刀柄卡盘（21）直连卡盘主体结构，不用通过卡盘端盖连接，提供了工艺系统的刚度，加工精度更高；执行换刀动作时，可将刀柄（17）更换为刀柄卡盘（21），使第二主轴装置（1b）转变为第四主轴装置（1d）；此时机床由铣削加工模式变为中负荷车削加工模式；

第四主轴装置（1d）能通过主轴（2）上部的键槽获取动力，进而主轴装置旋转；为此，若进行小负荷的车削加工，则选用第一主轴装置（1a）；若进行铣削加工，则选用第二主轴装置（1b）；若进行大负荷的车削加工，则选用第三主轴装置（1c）、若进行中负荷的车削加工，则选用第四主轴装置（1d）；

第一主轴装置（1a），第二主轴装置（1b）和第四主轴装置（1d）能通过更换刀具的方式相互转化，提高了更换的效率；第三主轴装置（1c）能通过卸除刀柄法兰（6）或刀柄（17），并安装带有卡盘（7）的法兰盘（19）的方式，从第一主轴装置（1a）、第二主轴装置（1b）或第四主轴装置（1d）转化得来；相应的，卸除带有卡盘（7）的法兰盘（19）并安装刀柄法兰（6）或刀柄（17）能将第三主轴装置（1c）转化为第一主轴装置（1a）、第二主轴装置（1b）或第四主轴装置（1d）。