CN110842226A - 一种基于中心水冷和中心吹气的机械主轴 - Google Patents

一种基于中心水冷和中心吹气的机械主轴 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其包括有钢筒，钢筒内设有前轴承组件、后轴承组件和轴承隔环组件，轴承隔环组件的中心处穿设有中空状的转子，转子的前端安装有刀柄，钢筒的后端设有背盖，背盖的后端固定有油缸，油缸的后端固定有油缸盖，油缸内设有中空状的活塞，转子的后端穿过活塞，转子内穿设有中空状的拉杆，拉杆上套设有碟簧组件，通过控制活塞前后滑动而令拉杆执行松刀和夹刀动作，拉杆的后端连通有水路接头，油缸盖上设有中心气路接口，活塞和转子的侧壁开设有依次连通的侧向气路，拉杆的侧壁开设有第一侧孔。本发明使得主轴中心通道既能完成中心吹气，又能进行中心水冷，进而实现气流清洁、内部降温。

Description

一种基于中心水冷和中心吹气的机械主轴
技术领域
本发明涉及主轴，尤其涉及一种基于中心水冷和中心吹气的机械主轴。
背景技术
机械主轴是用于进行精密加工的动力装置，一般应用于精密机床等设备中。主轴在工作过程中，一般会采用中心吹气的方式，可以在松刀、换刀过程中，利用中心吹出的气流起到清洁作用，防止尘屑等进入主轴内部，但是当主轴执行夹刀动作后，其中心气路关闭，此时中心气路处于闲置状态，而主轴内部，特别是前端靠近刀柄的部分，其内部热量较大，因得不到良好的降温，导致主轴无法较长时间工作，而且无法满足大载荷、高速加工要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种通过巧妙的结构设计，使得主轴中心通道既能完成中心吹气，又能进行中心水冷，进而实现气流清洁、内部降温等多种作用的机械主轴。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其包括有钢筒，所述钢筒内设有前轴承组件、后轴承组件和轴承隔环组件，所述前轴承组件和后轴承组件分别设于所述轴承隔环组件的前后两端，所述轴承隔环组件的中心处穿设有中空状的转子，所述转子的前后两端分别穿过所述前轴承组件和后轴承组件，所述转子的前端安装有刀柄，所述钢筒的后端设有背盖，所述背盖的后端固定有油缸，所述油缸的后端固定有油缸盖，所述油缸内设有中空状的活塞，所述转子的后端穿过所述活塞，所述转子内穿设有中空状的拉杆，所述活塞用于向所述拉杆施加向前滑动的推力，所述拉杆上套设有碟簧组件，所述碟簧组件用于驱使所述拉杆向后滑动，通过控制所述活塞前后滑动而令所述拉杆执行松刀和夹刀动作，所述拉杆的后端连通有水路接头，所述油缸盖上设有中心气路接口，所述活塞和所述转子的侧壁开设有依次连通的侧向气路，所述拉杆的侧壁开设有第一侧孔，当所述拉杆向后滑动并执行夹刀动作时，通过所述水路接头向所述拉杆的中心管路内注入冷却水，当所述拉杆向前滑动并执行松刀动作时，所述水路接头停止注入冷却水，并且所述中心气路接口、所述侧向气路、所述第一侧孔和所述拉杆的中心管路依次连通，所述中心气路接口注入的气流经由所述拉杆的中心管路和所述刀柄向外吹出。
优选地，所述转子的侧部开设有条状槽孔，所述条状槽孔沿所述转子的长度方向延伸，所述拉杆的侧部固定有挡块，所述挡块穿过所述条状槽孔且二者滑动连接，所述活塞的内壁形成有内台阶部，所述内台阶部位于所述挡块的后侧，当所述活塞向前滑动时，所述内台阶部对所述挡块施加推力，进而驱使所述拉杆向前滑动。
优选地，所述拉杆的侧壁开设有多个第二侧孔，所述转子的侧壁内开设有多个倒L形通道，所述倒L形通道与所述第二侧孔一一对应，所述刀柄的侧部形成有环状凸缘，所述倒L形通道的后端开口朝向所述拉杆的侧部，所述倒L形通道的前端开口朝向所述环状凸缘，当所述拉杆向后滑动并执行夹刀动作时，所述环状凸缘覆盖于所述倒L形通道的前端开口，当所述拉杆向前滑动并执行松刀动作时，所述第二侧孔和所述倒L形通道依次连通，所述拉杆中心管路内的气流经由所述第二侧孔和所述倒L形通道向外吹出。
优选地，多个倒L形通道沿所述转子的周向均匀分布。
优选地，所述钢筒的后端设有过渡环，所述背盖固定于所述过渡环的后端。
优选地，所述转子上固定有紧固螺母和限位螺母，所述紧固螺母位于所述过渡环的前侧且二者之间设有间隙，所述限位螺母位于所述过渡环与所述活塞之间，且所述限位螺母与所述过渡环之间以及所述限位螺母与所述活塞之间分别设有间隙。
优选地，所述过渡环上开设有多个弹簧安装孔，所述弹簧安装孔内穿设有螺栓，所述弹簧安装孔内形成有环状内沿，所述螺栓穿过所述环状内沿且二者滑动连接，所述螺栓的前端与所述钢筒固定连接，所述螺栓上套设有弹簧，所述弹簧夹设于所述环状内沿与所述螺栓的端帽之间，借由所述弹簧施加的弹力而令所述过渡环前后浮动。
优选地，所述钢筒内设有轴承压板，所述轴承压板抵挡于所述前轴承组件的前端，所述钢筒的前端固定有防尘环，所述防尘环抵挡于所述轴承压板的前端，所述防尘环的内侧固定有气环，所述转子上套设有防水盖且二者固定连接，所述转子穿过所述气环且二者之间设有间隙，所述防水盖位于所述气环的前侧且二者之间设有间隙，所述钢筒的外侧壁形成有环状肩部，所述环状肩部上设有气封接口，所述钢筒的侧壁内开设有气封通道，所述气封通道贯穿于所述防尘环和所述气环，所述气封接口注入的气流经由所述气封通道、所述转子与所述气环之间的间隙以及所述防水盖与所述气环之间的间隙吹出，进而在所述防水盖与所述气环之间形成气封。
优选地，所述环状肩部上开设有前端冷却液入口和前端冷却液出口，所述钢筒的外侧壁开设有前端冷却通道，所述前端冷却通道位于所述转子组件的外侧，且所述前端冷却通道连通于所述前端冷却液入口与前端冷却液出口之间，所述钢筒的外侧套设有水冷外套，所述水冷外套覆盖于所述前端冷却通道。
优选地，所述环状肩部上开设有环喷液入口，所述钢筒内开设有环喷液通道，所述防尘环上嵌设有多个万向喷嘴，所述环喷液通道连通于所述环喷液入口与所述万向喷嘴之间。
本发明公开的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴中，在所述拉杆的后端设置了水路接头，在所述油缸盖上设置了中心气路接口，在执行松刀动作时，所述中心气路接口注入的气流依次经过所述侧向气路、所述第一侧孔和所述拉杆的中心管路和所述刀柄向外吹出，进而在主轴前端起到清洁作用，当主轴执行夹刀动作时，通过所述水路接头向所述拉杆的中心管路内注入冷却水，利用中心冷却水在内部对主轴进行冷却降温。相比现有技术而言，本发明通过巧妙的结构设计，使得主轴中心通道既能完成中心吹气，又能进行中心水冷，在实现气流清洁基础上，还能够实现内部冷却降温，较好地满足了用户需要和市场需求。
附图说明
图1为本发明机械主轴的局部剖视图一；
图2为本发明机械主轴的局部剖视图二；
图3为转子的结构图；
图4为转子的剖视图；
图5为本发明机械主轴的局部剖视图三；
图6为本发明机械主轴的局部剖视图四；
图7为过渡环的结构图；
图8为本发明机械主轴的局部剖视图五；
图9为本发明机械主轴的局部剖视图六；
图10为本发明机械主轴的局部剖视图七；
图11为本发明机械主轴的局部剖视图八；
图12为钢筒的立体图；
图13为本发明机械主轴的局部剖视图九；
图14为本发明机械主轴的后端结构图；
图15为感应环的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，结合图1至图15所示，其包括有钢筒1，所述钢筒1内设有前轴承组件2、后轴承组件3和轴承隔环组件4，所述前轴承组件2和后轴承组件3分别设于所述轴承隔环组件4的前后两端，所述轴承隔环组件4的中心处穿设有中空状的转子5，所述转子5的前后两端分别穿过所述前轴承组件2和后轴承组件3，所述转子5的前端安装有刀柄6，所述钢筒1的后端设有背盖7，所述背盖7的后端固定有油缸8，所述油缸8的后端固定有油缸盖9，所述油缸8内设有中空状的活塞10，所述转子5的后端穿过所述活塞10，所述转子5内穿设有中空状的拉杆11，所述活塞10用于向所述拉杆11施加向前滑动的推力，所述拉杆11上套设有碟簧组件12，所述碟簧组件12用于驱使所述拉杆11向后滑动，通过控制所述活塞10前后滑动而令所述拉杆11执行松刀和夹刀动作，所述拉杆11的后端连通有水路接头13，所述油缸盖9上设有中心气路接口90，所述活塞10和所述转子5的侧壁开设有依次连通的侧向气路100，所述拉杆11的侧壁开设有第一侧孔110，当所述拉杆11向后滑动并执行夹刀动作时，通过所述水路接头13向所述拉杆11的中心管路内注入冷却水，当所述拉杆11向前滑动并执行松刀动作时，所述水路接头13停止注入冷却水，并且所述中心气路接口90、所述侧向气路100、所述第一侧孔110和所述拉杆11的中心管路依次连通，所述中心气路接口90注入的气流经由所述拉杆11的中心管路和所述刀柄6向外吹出。
上述结构中，在所述拉杆11的后端设置了水路接头13，在所述油缸盖9上设置了中心气路接口90，在执行松刀动作时，所述中心气路接口90注入的气流依次经过所述侧向气路100、所述第一侧孔110和所述拉杆11的中心管路和所述刀柄6向外吹出，进而在主轴前端起到清洁作用，当主轴执行夹刀动作时，通过所述水路接头13向所述拉杆11的中心管路内注入冷却水，利用中心冷却水在内部对主轴进行冷却降温。相比现有技术而言，本发明通过巧妙的结构设计，使得主轴中心通道既能完成中心吹气，又能进行中心水冷，在实现气流清洁基础上，还能够实现内部冷却降温，较好地满足了用户需要和市场需求。
为提高冷却降温效果，可以在刀柄6的侧部设置可供冷却水排出的出水孔。
为了在松刀时驱使所述拉杆11向前滑动，本实施例中，所述转子5的侧部开设有条状槽孔50，所述条状槽孔50沿所述转子5的长度方向延伸，所述拉杆11的侧部固定有挡块51，所述挡块51穿过所述条状槽孔50且二者滑动连接，所述活塞10的内壁形成有内台阶部52，所述内台阶部52位于所述挡块51的后侧，当所述活塞10向前滑动时，所述内台阶部52对所述挡块51施加推力，进而驱使所述拉杆11向前滑动。
作为一种优选方式，所述拉杆11的侧壁开设有多个第二侧孔111，所述转子5的侧壁内开设有多个倒L形通道53，所述倒L形通道53与所述第二侧孔111一一对应，所述刀柄6的侧部形成有环状凸缘60，所述倒L形通道53的后端开口朝向所述拉杆11的侧部，所述倒L形通道53的前端开口朝向所述环状凸缘60，当所述拉杆11向后滑动并执行夹刀动作时，所述环状凸缘60覆盖于所述倒L形通道53的前端开口，当所述拉杆11向前滑动并执行松刀动作时，所述第二侧孔111和所述倒L形通道53依次连通，所述拉杆11中心管路内的气流经由所述第二侧孔111和所述倒L形通道53向外吹出。
进一步地，多个倒L形通道53沿所述转子5的周向均匀分布。
上述结构中，多个倒L形通道53吹出的气流可以在主轴的前端形成环形气封，进而在换刀、松刀时起到清洁作用。
本实施例中，所述钢筒1的后端设有过渡环14，所述背盖7固定于所述过渡环14的后端。
进一步地，所述转子5上固定有紧固螺母15和限位螺母16，所述紧固螺母15位于所述过渡环14的前侧且二者之间设有间隙，所述限位螺母16位于所述过渡环14与所述活塞10之间，且所述限位螺母16与所述过渡环14之间以及所述限位螺母16与所述活塞10之间分别设有间隙。
在此基础上，所述过渡环14上开设有多个弹簧安装孔140，所述弹簧安装孔140内穿设有螺栓141，所述弹簧安装孔140内形成有环状内沿142，所述螺栓141穿过所述环状内沿142且二者滑动连接，所述螺栓141的前端与所述钢筒1固定连接，所述螺栓141上套设有弹簧143，所述弹簧143夹设于所述环状内沿142与所述螺栓141的端帽之间，借由所述弹簧143施加的弹力而令所述过渡环14前后浮动。
上述结构可使得所述活塞10向前运动过程中，对所述转子5施加推力，在所述过渡环14、弹簧143、紧固螺母15和限位螺母16的配合作用下，不仅能限制所述转子5的行程，还可以利用三者之间的间隙，使得所述转子5处于浮动状态，特别是在夹刀过程中，可有效避免松刀过程中所述转子5被夹紧，进而实现了浮动夹刀，用以保证主轴的精度和使用寿命免受影响。
在此基础上，本发明还在主轴前端设置了气封结构，具体是指，所述钢筒1内设有轴承压板17，所述轴承压板17抵挡于所述前轴承组件2的前端，所述钢筒1的前端固定有防尘环18，所述防尘环18抵挡于所述轴承压板17的前端，所述防尘环18的内侧固定有气环19，所述转子5上套设有防水盖20且二者固定连接，所述转子5穿过所述气环19且二者之间设有间隙，所述防水盖20位于所述气环19的前侧且二者之间设有间隙，所述钢筒1的外侧壁形成有环状肩部21，所述环状肩部21上设有气封接口22，所述钢筒1的侧壁内开设有气封通道23，所述气封通道23贯穿于所述防尘环18和所述气环19，所述气封接口22注入的气流经由所述气封通道23、所述转子5与所述气环19之间的间隙以及所述防水盖20与所述气环19之间的间隙吹出，进而在所述防水盖20与所述气环19之间形成气封。
主轴在运转过程中，其前端的发热量较大，为了对主轴前端有效降温，本实施例优选采用水冷方式，具体是指，所述环状肩部21上开设有前端冷却液入口24和前端冷却液出口25，所述钢筒1的外侧壁开设有前端冷却通道26，所述前端冷却通道26位于所述转子组件2的外侧，且所述前端冷却通道26连通于所述前端冷却液入口24与前端冷却液出口25之间，所述钢筒1的外侧套设有水冷外套27，所述水冷外套27覆盖于所述前端冷却通道26。
本发明还采用环喷方式对加工区域进行喷水清洁，具体是指，所述环状肩部21上开设有环喷液入口28，所述钢筒1内开设有环喷液通道29，所述防尘环18上嵌设有多个万向喷嘴30，所述环喷液通道29连通于所述环喷液入口28与所述万向喷嘴30之间。
为了准确、可靠地检测主轴的动作状态，本实施例中，所述拉杆11上套设有感应环112且二者固定连接，所述油缸盖9的后端固定有3个感应开关113，3个感应开关113的感应端均朝向所述感应环112，且3个感应开关113沿前后方向依次设置，所述感应环112的外侧形成有感应凸缘114，当所述拉杆11执行夹刀动作、松刀动作或者所述刀柄6上无刀时，3个感应开关113分别与所述感应凸缘114对齐。所述主轴的控制系统根据3个感应开关113反馈的电信号判断得出所述拉杆11执行夹刀动作、松刀动作以及所述刀柄6上是否安装刀具，进而实现闭环控制。
作为一种优选方式，所述感应环112与所述拉杆11通过螺丝115固定连接，所述转子5的侧壁开设有可供所述螺丝115穿过的避空槽孔55，且所述螺丝115能够在所述避空槽孔55内前后活动。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，包括有钢筒(1)，所述钢筒(1)内设有前轴承组件(2)、后轴承组件(3)和轴承隔环组件(4)，所述前轴承组件(2)和后轴承组件(3)分别设于所述轴承隔环组件(4)的前后两端，所述轴承隔环组件(4)的中心处穿设有中空状的转子(5)，所述转子(5)的前后两端分别穿过所述前轴承组件(2)和后轴承组件(3)，所述转子(5)的前端安装有刀柄(6)，所述钢筒(1)的后端设有背盖(7)，所述背盖(7)的后端固定有油缸(8)，所述油缸(8)的后端固定有油缸盖(9)，所述油缸(8)内设有中空状的活塞(10)，所述转子(5)的后端穿过所述活塞(10)，所述转子(5)内穿设有中空状的拉杆(11)，所述活塞(10)用于向所述拉杆(11)施加向前滑动的推力，所述拉杆(11)上套设有碟簧组件(12)，所述碟簧组件(12)用于驱使所述拉杆(11)向后滑动，通过控制所述活塞(10)前后滑动而令所述拉杆(11)执行松刀和夹刀动作，所述拉杆(11)的后端连通有水路接头(13)，所述油缸盖(9)上设有中心气路接口(90)，所述活塞(10)和所述转子(5)的侧壁开设有依次连通的侧向气路(100)，所述拉杆(11)的侧壁开设有第一侧孔(110)，当所述拉杆(11)向后滑动并执行夹刀动作时，通过所述水路接头(13)向所述拉杆(11)的中心管路内注入冷却水，当所述拉杆(11)向前滑动并执行松刀动作时，所述水路接头(13)停止注入冷却水，并且所述中心气路接口(90)、所述侧向气路(100)、所述第一侧孔(110)和所述拉杆(11)的中心管路依次连通，所述中心气路接口(90)注入的气流经由所述拉杆(11)的中心管路和所述刀柄(6)向外吹出。
2.如权利要求1所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，所述转子(5)的侧部开设有条状槽孔(50)，所述条状槽孔(50)沿所述转子(5)的长度方向延伸，所述拉杆(11)的侧部固定有挡块(51)，所述挡块(51)穿过所述条状槽孔(50)且二者滑动连接，所述活塞(10)的内壁形成有内台阶部(52)，所述内台阶部(52)位于所述挡块(51)的后侧，当所述活塞(10)向前滑动时，所述内台阶部(52)对所述挡块(51)施加推力，进而驱使所述拉杆(11)向前滑动。
3.如权利要求1所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，所述拉杆(11)的侧壁开设有多个第二侧孔(111)，所述转子(5)的侧壁内开设有多个倒L形通道(53)，所述倒L形通道(53)与所述第二侧孔(111)一一对应，所述刀柄(6)的侧部形成有环状凸缘(60)，所述倒L形通道(53)的后端开口朝向所述拉杆(11)的侧部，所述倒L形通道(53)的前端开口朝向所述环状凸缘(60)，当所述拉杆(11)向后滑动并执行夹刀动作时，所述环状凸缘(60)覆盖于所述倒L形通道(53)的前端开口，当所述拉杆(11)向前滑动并执行松刀动作时，所述第二侧孔(111)和所述倒L形通道(53)依次连通，所述拉杆(11)中心管路内的气流经由所述第二侧孔(111)和所述倒L形通道(53)向外吹出。
4.如权利要求3所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，多个倒L形通道(53)沿所述转子(5)的周向均匀分布。
5.如权利要求1所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，所述钢筒(1)的后端设有过渡环(14)，所述背盖(7)固定于所述过渡环(14)的后端。
6.如权利要求5所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，所述转子(5)上固定有紧固螺母(15)和限位螺母(16)，所述紧固螺母(15)位于所述过渡环(14)的前侧且二者之间设有间隙，所述限位螺母(16)位于所述过渡环(14)与所述活塞(10)之间，且所述限位螺母(16)与所述过渡环(14)之间以及所述限位螺母(16)与所述活塞(10)之间分别设有间隙。
7.如权利要求6所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，所述过渡环(14)上开设有多个弹簧安装孔(140)，所述弹簧安装孔(140)内穿设有螺栓(141)，所述弹簧安装孔(140)内形成有环状内沿(142)，所述螺栓(141)穿过所述环状内沿(142)且二者滑动连接，所述螺栓(141)的前端与所述钢筒(1)固定连接，所述螺栓(141)上套设有弹簧(143)，所述弹簧(143)夹设于所述环状内沿(142)与所述螺栓(141)的端帽之间，借由所述弹簧(143)施加的弹力而令所述过渡环(14)前后浮动。
8.如权利要求1所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，所述钢筒(1)内设有轴承压板(17)，所述轴承压板(17)抵挡于所述前轴承组件(2)的前端，所述钢筒(1)的前端固定有防尘环(18)，所述防尘环(18)抵挡于所述轴承压板(17)的前端，所述防尘环(18)的内侧固定有气环(19)，所述转子(5)上套设有防水盖(20)且二者固定连接，所述转子(5)穿过所述气环(19)且二者之间设有间隙，所述防水盖(20)位于所述气环(19)的前侧且二者之间设有间隙，所述钢筒(1)的外侧壁形成有环状肩部(21)，所述环状肩部(21)上设有气封接口(22)，所述钢筒(1)的侧壁内开设有气封通道(23)，所述气封通道(23)贯穿于所述防尘环(18)和所述气环(19)，所述气封接口(22)注入的气流经由所述气封通道(23)、所述转子(5)与所述气环(19)之间的间隙以及所述防水盖(20)与所述气环(19)之间的间隙吹出，进而在所述防水盖(20)与所述气环(19)之间形成气封。
9.如权利要求8所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，所述环状肩部(21)上开设有前端冷却液入口(24)和前端冷却液出口(25)，所述钢筒(1)的外侧壁开设有前端冷却通道(26)，所述前端冷却通道(26)位于所述转子组件(2)的外侧，且所述前端冷却通道(26)连通于所述前端冷却液入口(24)与前端冷却液出口(25)之间，所述钢筒(1)的外侧套设有水冷外套(27)，所述水冷外套(27)覆盖于所述前端冷却通道(26)。
10.如权利要求8所述的基于中心水冷和中心吹气的机械主轴，其特征在于，所述环状肩部(21)上开设有环喷液入口(28)，所述钢筒(1)内开设有环喷液通道(29)，所述防尘环(18)上嵌设有多个万向喷嘴(30)，所述环喷液通道(29)连通于所述环喷液入口(28)与所述万向喷嘴(30)之间。
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