CN110947981A - 新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，包括壳体、拉杆接杆、活塞、旋转接头、刀柄，设置于壳体上的漏水孔、活塞盖、缸体，以及设置于壳体内部的主轴、拉杆、定子、转子、拉爪和碟簧；所述刀柄通过拉爪连接至拉杆右端；本装置密封性好；主轴内部拉杆与拉杆接杆连接牢固，传动可靠，大大提高了回转精度，从而降低了主轴高速运转时的震动问题，提高了切削加工时工件的光洁度并延长了轴承的使用寿命；拉杆接杆穿过活塞中心与拉杆连接，主轴不需要穿过活塞而伸出，故装置的轴向尺寸可大大减短，不但节约了成本，也降低了主轴的加工难度。

Description

新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，尤其涉及新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴。

背景技术

随着近年来汽车、航空、航天等工艺产品设计制造中轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为先进制造技术的重要发展趋势。高速电主轴是高速加工机床的核心部件，电主轴内的刀具夹紧松开装置的工作原理为：气(液)缸提供松开刀具需要的动力，碟簧提供夹紧刀具需要的拉力。放开刀具时，气(液)缸推动活塞向下运动，进而推动刀具拉杆向下运动来实现送刀动作。夹紧刀具时，活塞向上运动，拉杆在蝶形弹簧的弹力作用下向上运动，进而拉紧刀具。电主轴采用电机直接驱动主轴转动的方式，实现了机床主轴的零传动，电主轴具有结构紧凑、易于平衡、传动效率高等优点。

然而，由于电主轴各个零部件的配合非常紧密，在运行时一旦其中有一个零件损坏，将会影响整个电主轴的运行。

目前市场上的加工中心内置打刀、中心出水电主轴因结构特殊，容易造成漏水、震动等问题，从而导致轴承过早损坏，电主轴的使用寿命缩短。

发明内容

为解决现有电主轴结构的以上弊端，实现防止电主轴漏水、降低震动、提高主轴及刀具使用寿命，并提高主轴加工精度的目的，本发明提供一种新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，具体的技术方案如下所述：

新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，包括壳体、拉杆接杆、活塞、旋转接头、刀柄，

设置于壳体上的漏水孔、活塞盖、缸体，

以及设置于壳体内部的主轴、拉杆、定子、转子、拉爪和碟簧；

所述刀柄通过拉爪连接至拉杆下端；

所述旋转接头连接至拉杆接杆上端；

所述拉杆位于主轴空腔内；

所述活塞外套于拉杆接杆外周，所述拉杆接杆外圆设置台阶，活塞卡在拉杆接杆外圆台阶的上部，缸体外套于活塞外周；

缸体两端分别与壳体和活塞盖连接，活塞、活塞盖和缸体三者构成了打刀缸，油腔位于打刀缸内部，油腔中的液压油推动活塞向下移动，活塞推动拉杆接杆、拉杆向下移动，从而实现打刀的目的；

所述旋转接头、拉杆接杆、拉杆和刀柄顺次连接，旋转接头、拉杆接杆、拉杆和刀柄内设置空腔，旋转接头上端为进水口，旋转接头的进水口、拉杆接杆、拉杆和刀柄的空腔连通并同轴，当主轴工作时，冷却水从旋转接头的进水口通入，水流通过拉杆接杆、拉杆中心的小孔流到下端的刀柄内部，最后经过刀具流出，达到了中心出水、冷却刀具的目的。

电机转子是将永磁体贴于转子的外圆周部位，与热转于壳体内部的定子构成永磁同步电机；

优选的，所述拉杆接杆和活塞延伸出壳体外部。

优选的，所述拉杆与拉杆接杆采用长螺纹连接，径向采用两个对称分布的螺钉锁紧，将碟簧预压在拉杆接杆下端面与拉杆台阶面之间；并且拉杆上端面与拉杆接杆的内端面压紧，当松刀时拉杆上端面与螺纹同时承受松刀所需的力。

优选的，本发明提供的电主轴结构中，拉杆接杆与主轴内孔采用小间隙配合连接，采用十字键槽传动，拉杆接杆外圆设置十字键槽，主轴端部设置与十字键槽配合的凹凸结构，拉杆接杆十字键槽槽口部分与主轴的凸出部分相扣，避开了拉杆接杆上下移动的阻碍，使得拉杆接杆可以自由上下移动，轴向组成精密的滑动配合，在以往传动方式的基础上增加了主轴直接驱动拉杆接杆来传递动力，实现了传动的可靠性以及拉动和拉刀功能。

本发明提供的电主轴结构还包括活塞感应套、松拉刀感应套、活塞传感器、松刀传感器、拉刀传感器；

所述活塞感应套和松拉刀感应套分别固定设置于拉杆接杆上；

所述活塞盖上端设置第一支架，所述活塞传感器安置于第一支架上；

所述活塞盖上端还设置第二支架，所述松刀传感器和拉刀传感器安置于第二支架上。

所述感应套外圆是台阶式，传感器能够感应感应套的突出位置，传感器自带导线与LED灯，当感应到的时候传感器的指示灯就会发亮，这样在松刀、拉刀和活塞回位三个位置处，三个传感器就会分别发亮，直观地反应主轴的工作状态。

具体地，所述松拉刀感应套与拉杆接杆用紧定螺钉紧固。

优选的，还设置了压紧在松拉刀感应套下端面和拉杆接杆台阶之间的第一O形圈，此处设置O形圈可避免冷却刀具渗漏的水进入主轴内部，并且松拉刀感应套将大部分水甩出，形成第一道密封。

更进一步的，在壳体内部、主轴的后端设置后密封螺母，后螺母凸台与壳体内腔端面槽构成迷宫密封，形成第二道密封，将水挡在壳体的腔中，然后顺着漏水孔流出。

优选的，所述拉杆上端面与拉杆接杆内凹台之间设置第二O形圈压紧，避免冷却水从此处流出；冷却水从旋转接头的进水口进入，流经与之相连的拉杆接杆内孔，再经过拉杆中心的小孔流到下端的刀柄内部，最后经过刀具流出。

所述拉杆接杆外圆设置凹槽，在凹槽内放置第三O形圈，所述第三O形圈与主轴内孔配合，增强了配合的严密性。

优选的，所述拉杆接杆上端外圆与活塞之间放置有两个低摩擦系数的耐磨带，以起到辅助支撑的作用，保证了接杆的回转精度。有效的延长了轴承的使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用了包括第一O形圈、第二O形圈和迷宫密封组成的多道形式密封，大大提高密封效果，从而延长了主轴的使用寿命；

(2)主轴内部拉杆与拉杆接杆连接牢固，传动可靠，大大提高了回转精度，从而降低了主轴高速运转时的震动问题，提高了切削加工时工件的光洁度并延长了轴承的使用寿命；

(3)本发明提供的电主轴结构中，采用拉杆接杆从活塞中心穿过，外部直接与旋转接头连接，内部与拉杆连接，防止冷却刀具的冷却液的泄露，避免电机因受潮而烧坏；

(4)拉杆接杆下端外圆与主轴内孔小间隙配合，上端外圆与活塞之间放置两个低摩擦系数的耐磨带，起到辅助支撑的作用，保证了接杆的回转精度，有效的延长了轴承的使用寿命；

(5)拉杆接杆穿过活塞中心与拉杆连接，主轴不需要穿过活塞而伸出，故装置的轴向尺寸可大大减短，这样不但节约了成本，也降低了主轴的加工难度，具有经济性；

(6)主轴上端在活塞及拉杆接杆上分别安装感应套，可以比较直观地反应松刀拉刀情况及活塞的回位情况，保证回转的可靠性，避免了因活塞不回位仓促启动造成的摩擦和损坏现象。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明提供的永磁同步电主轴结构图；

图2为本发明提供的永磁同步电主轴中拉杆接杆与主轴十字键槽传动结构侧向图；

图3为本发明提供的永磁同步电主轴中拉杆接杆与主轴十字键槽传动结构横向图；

图4为传统电主轴中拉杆接杆与主轴相互结构示意图；

图5为本发明提供的永磁同步电主轴中拉杆接杆与主轴的相互结构示意图。

其中，1-主轴，2-后密封螺母，3-拉杆接杆，4-活塞，5-活塞传感器，6-活塞感应套，7-松拉刀感应套，8-第一O形圈，9-拉刀传感器，10-松刀传感器，11-第二O形圈，12-拉杆，13-第三O形圈，14-壳体，15-漏水孔，16-耐磨带，17-活塞盖，18-定子，19-转子，20-拉爪，21-刀柄，22-旋转接头，23-第一支架，24-第二支架，25-碟簧，26-缸体，27-油缸，28-螺钉。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，体现各组件相对位置关系，并非限定本装置的使用方向。

新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，包括壳体14、拉杆接杆3、活塞4、刀柄21、旋转接头22，

设置于壳体14上的漏水孔15、活塞盖17、缸体26，

以及设置于壳体14内部的主轴1、拉杆12、定子18、转子19、拉爪20和碟簧25；

所述刀柄21通过拉爪20连接至拉杆12下端；

所述旋转接头22连接至拉杆接杆3上端；

所述拉杆12位于主轴1空腔内；

所述活塞4外套于拉杆接杆3外周，所述拉杆接杆3外圆设置台阶，活塞4卡在拉杆接杆3外圆台阶的上部，缸体26外套于活塞4外周；

缸体26两端分别与壳体14和活塞盖17连接，活塞4、活塞盖17和缸体26三者构成了打刀缸，油腔27位于打刀缸内部，油腔27中的液压油推动活塞向下移动，活塞推动拉杆接杆3、拉杆12向下移动，从而实现打刀的目的；

所述旋转接头22、拉杆接杆3、拉杆12和刀柄21顺次连接，旋转接头22、拉杆接杆3、拉杆12和刀柄21内设置空腔，旋转接头上端为进水口，旋转接头的进水口、拉杆接杆、拉杆和刀柄的空腔连通并同轴，当主轴工作时，冷却水从旋转接头22的进水口通入，水流通过拉杆接杆3、拉杆12中心的小孔流到下端的刀柄21内部，最后经过刀具流出，达到了中心出水、冷却刀具的目的。

电机转子19是将永磁体贴于转子的外圆周部位，与热装于壳体14内部的定子18构成永磁同步电机；

优选的，所述拉杆接杆3和活塞4延伸出壳体14外部。

优选的，所述拉杆12与拉杆接杆3采用长螺纹连接，径向采用两个对称分布的螺钉28锁紧，将碟簧25预压在拉杆接杆3下端面与拉杆12台阶面之间；并且拉杆12上端面与拉杆接杆3的内端面压紧，当松刀时拉杆12上端面与螺纹同时承受松刀所需的力。

市场上现有的电主轴结构，拉杆只是在碟簧的弹力下拉紧刀柄，靠刀柄锥面与主轴锥面的摩擦力以主轴刀柄转动，再由刀柄带动拉杆及拉杆接杆转动，这种传动方式难免出现因接杆部太长造成传动时发生跳动而影响加工精度的问题。而本发明提供的电主轴结构中，拉杆接杆3与主轴1内孔小间隙配合，采用十字键槽传动，拉杆接杆3外圆设置十字键槽，主轴1端部设置与十字键槽配合的凹凸结构，拉杆接杆3与主轴十字键槽配合传动结构如图2和图3所示。拉杆接杆3十字键槽槽口部分与主轴的凸出部分相扣，避开了拉杆接杆3上下移动的阻碍，使得拉杆接杆3可以自由上下移动，轴向组成精密的滑动配合，在以往传动方式的基础上增加了主轴直接驱动拉杆接杆3来传递动力，实现了传动的可靠性以及拉动和拉刀功能。所述拉杆接杆3外圆设置凹槽，在凹槽内放置第三O形圈13，所述第三O形圈13与主轴1内孔配合，增强了配合的严密性。

拉杆接杆3与主轴1的连接传动可靠、配合严密。

本发明提供的电主轴结构还包括活塞感应套6、松拉刀感应套7、活塞传感器5、拉刀传感器9、松刀传感器10；

所述活塞感应套6和松拉刀感应套7分别固定设置于拉杆接杆3上；

所述活塞盖17上端设置第一支架23，所述活塞传感器5安置于第一支架23上；

所述活塞盖17上端还设置第二支架24，所述拉刀传感器9和松刀传感器10安置于第二支架24上。

所述感应套外圆是台阶式，传感器能够感应感应套的突出位置，传感器自带导线与LED灯，当感应到的时候传感器的指示灯就会发亮，这样在松刀、拉刀和活塞回位三个位置处，三个传感器就会分别发亮，直观地反应主轴的工作状态。

具体地，所述松拉刀感应套7与拉杆接杆3用紧定螺钉紧固。

优选的，还设置了压紧在松拉刀感应套7下端面和拉杆接杆3台阶之间的第一O形圈8，此处设置O形圈可避免冷却刀具渗漏的水进入主轴内部，并且松拉刀感应套7将大部分水甩出，形成第一道密封。

更进一步的，在壳体14内部、主轴的后端设置后密封螺母2，后密封螺母2凸台与壳体14内腔端面槽构成迷宫密封，形成第二道密封，将水挡在壳体14的腔中，然后顺着漏水孔15流出。

优选的，所述拉杆12上端面与拉杆接杆3内凹台之间设置第二O形圈11压紧，避免冷却水从此处流出；冷却水从旋转接头的进水口进入，流经与之相连的拉杆接杆3内孔，再经过拉杆12中心的小孔流到右端的刀柄21内部，最后经过刀具流出。

三道O形圈的设置保证了本装置的密封性。

优选的，所述拉杆接杆3上端外圆与活塞4之间放置有两个低摩擦系数的耐磨带16，以起到辅助支撑的作用，保证了接杆的回转精度。有效的延长了轴承的使用寿命。

本装置的使用过程如下：当主轴停止，需要换刀时，油腔27中的液压油推动活塞4向下移动，进而活塞4推动拉杆接杆3、拉杆12以及拉杆连接的拉爪20向下移动，在推力的作用下，碟簧25由于主轴上端内孔台阶的阻挡被压缩，而拉杆和拉爪20继续向下移动，当拉爪的四个瓣爪进入主轴前端的空腔时会自动张开，从而实现打刀的动作。

本发明提供的电主轴结构上采用拉杆接杆直接从活塞内部伸出，不再是传统电主轴的通过活塞内孔、接杆再通过轴孔伸出的结构，如图4所示；本发明提供的结构，如图5所示，使得主轴在长度上大大缩短，不仅节省了材料，降低了加工成本，也降低了主轴的加工难度；同时因为主轴不再穿过活塞中心，相关的部件可以适当地减少尺寸，节约安装空间。

当活塞4、活塞感应套6向下移动时，带动拉杆接杆3、松拉刀感应套7、拉杆12向下移动，当到达某一位置(松刀)时，松刀传感器10指示灯亮；当拉杆接杆3、松拉刀感应套7、拉杆12向上移动，推动活塞4、活塞感应套6向上移动，当拉紧刀具时，拉刀传感器9指示灯亮。此时，拉杆接杆3、松拉刀感应套7、拉杆12不再移动，而活塞4、活塞感应套6继续向左移动，当与活塞盖接触时，活塞4、活塞感应套6停止移动，此时活塞传感器5指示灯亮，表示活塞已经回位，与拉杆接杆3已经脱离，机床可以启动开始工作了；避免了因活塞不回位、与拉杆接杆3摩擦而损坏的现象发生，具有直观性。

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.新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，包括壳体、拉杆接杆、活塞、旋转接头、刀柄，

设置于壳体上的漏水孔、活塞盖、缸体，

以及设置于壳体内部的主轴、拉杆、定子、转子、拉爪和碟簧；

所述刀柄通过拉爪连接至拉杆下端；

所述旋转接头连接至拉杆接杆上端；

所述拉杆位于主轴空腔内；

所述活塞外套于拉杆接杆外周，所述拉杆接杆外圆设置台阶，活塞卡在拉杆接杆外圆台阶的上部，缸体外套于活塞外周；

缸体两端分别与壳体和活塞盖连接，活塞、活塞盖和缸体三者构成了打刀缸，油腔位于打刀缸内部，油腔中的液压油推动活塞向下移动，活塞推动拉杆接杆、拉杆向下移动，从而实现打刀的目的；

所述旋转接头、拉杆接杆、拉杆和刀柄顺次连接，旋转接头、拉杆接杆、拉杆和刀柄内设置空腔，旋转接头上端为进水口，旋转接头的进水口、拉杆接杆、拉杆和刀柄的空腔连通并同轴，主轴工作时，冷却水从旋转接头的进水口通入，水流通过拉杆接杆、拉杆中心的小孔流到下端的刀柄内部，最后经过刀具流出。

2.根据权利要求1所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，所述拉杆接杆和活塞延伸出壳体外部。

3.根据权利要求2所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，所述拉杆与拉杆接杆采用长螺纹连接，径向采用两个对称分布的螺钉锁紧，将碟簧预压在拉杆接杆下端面与拉杆台阶面之间；拉杆上端面与拉杆接杆的内端面压紧。

4.根据权利要求3所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，拉杆接杆与主轴内孔采用小间隙配合连接，采用十字键槽传动，拉杆接杆外圆设置十字键槽，主轴端部设置与十字键槽配合的凹凸结构，拉杆接杆十字键槽槽口部分与主轴的凸出部分相扣。

5.根据权利要求4所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，还包括活塞感应套、松拉刀感应套、活塞传感器、松刀传感器、拉刀传感器；

所述活塞感应套和松拉刀感应套分别固定设置于拉杆接杆上；

所述活塞盖上端设置第一支架，所述活塞传感器安置于第一支架上；

所述活塞盖上端还设置第二支架，所述松刀传感器和拉刀传感器安置于第二支架上。

6.根据权利要求5所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，还设置了压紧在松拉刀感应套下端面和拉杆接杆台阶之间的第一O形圈。

7.根据权利要求6所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，在壳体内部、主轴的后端设置后密封螺母，后螺母凸台与壳体内腔端面槽构成迷宫密封，形成第二道密封，将水挡在壳体的腔中，然后顺着漏水孔流出。

8.根据权利要求7所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，所述拉杆上端面与拉杆接杆内凹台之间设置第二O形圈并压紧，避免冷却水从此处流出。

9.根据权利要求8所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，所述拉杆接杆外圆设置凹槽，在凹槽内放置第三O形圈。

10.根据权利要求9所述新型数控加工中心内置打刀、中心出水永磁同步电主轴，其特征在于，所述拉杆接杆上端外圆与活塞之间放置有两个低摩擦系数的耐磨带。

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