CN112792365B - 一种电主轴轴芯组件、电主轴和机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴轴芯组件、电主轴和机床，包括轴芯、拉杆和拉爪组件，轴芯设有轴向内孔，拉杆设置于轴向内孔，拉杆前端设有与拉爪组件配合的滑动芯，轴向内孔中于拉爪组件的后方设有油缸组件，油缸组件包括活塞底座、拉杆活塞和拉杆端盖，拉杆穿过活塞底座与拉杆活塞连接，拉杆活塞与拉杆端盖之间形成第一油腔，拉杆活塞与活塞底座之间形成第二油腔，轴芯上设有与第一油腔连通的第一油路，轴芯上设有与第二油腔连通的第二油路。本发明取消了一般轴芯组件中的长度很大的弹性预紧元件，且将油缸设置到轴芯内部，通过高压油路的交替使用，可以实现卸刀、拉刀，同时不需要弹性元件。大大缩短了拉刀机构的长度，为缩小主轴长度提供可靠保证。

Description

一种电主轴轴芯组件、电主轴和机床

技术领域

本发明用于机床工作主轴领域，特别是涉及一种电主轴轴芯组件、电主轴和机床。

背景技术

近年来五轴联动数控加工中心的应用越来越广泛，特别适用于对异性复杂零件进行高效、高质量加工，五轴联动技术对国家航天、航空、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等领域有着重要的影响。

摆头主轴是五轴联动数控加工中心的核心部件之一，摆头主轴安装在摆头上的空间有限，因此要求摆头主轴在满足加工性能的前提下轴向结构尽可能短，而目前导致摆头主轴轴向尺寸较长的主要原因之一就是拉刀机构尺寸过长，经典的OTT轴芯组件的拉刀系统(如图1 所示)由轴向外部油缸提供推力并卸刀，弹性元件提供反向推力实现拉刀，导致拉刀结构十分长。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电主轴轴芯组件、电主轴和机床。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种电主轴轴芯组件，包括轴芯、拉杆和拉爪组件，所述轴芯设有轴向内孔，所述拉杆设置于所述轴向内孔，所述拉杆前端设有与所述拉爪组件配合的滑动芯，所述轴向内孔中于所述拉爪组件的后方设有油缸组件，所述油缸组件包括活塞底座、拉杆活塞和拉杆端盖，所述拉杆穿过所述活塞底座与所述拉杆活塞连接，所述拉杆活塞与所述拉杆端盖之间形成第一油腔，所述拉杆活塞与所述活塞底座之间形成第二油腔，所述轴芯上设有与所述第一油腔连通的第一油路，所述轴芯上设有与所述第二油腔连通的第二油路。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述拉杆设有销钉座，所述销钉座外周面设有销钉孔，所述销钉孔中设有销钉和用于将所述销钉向外顶出的第一弹性部件，所述轴向内孔设有与所述销钉配合的孔位，所述第一油路与所述孔位相连通，所述销钉嵌入所述孔位时所述滑动芯与所述拉爪组件配合并处于拉刀状态。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述销钉的端部具有与所述孔位配合的球面或锥面。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述孔位为能够限制所述销钉径向位置的阶梯孔。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一油腔中设有用于顶推所述拉杆的第二弹性部件。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述轴向内孔中于所述油缸组件的后方设有供油组件，所述供油组件包括导油杆，所述导油杆通过轴承安装于所述轴向内孔，所述导油杆设有第三油路和第四油路，所述第三油路在所述导油杆的外周面形成第一出油口，所述第一油路在所述轴向内孔的内壁面上形成第一进油口，所述导油杆于所述第一出油口两侧套装有过渡连接所述第一出油口和第一进油口的第一密封环，所述第四油路在所述导油杆的外周面形成第二出油口，所述第二油路在所述轴向内孔的内壁面上形成第二进油口，所述导油杆于所述第二出油口两侧套装有过渡连接所述第二出油口和第二进油口的第二密封环。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述轴向内孔中于所述导油杆的外侧设有与所述第一密封环配合的第一导油环，所述第一导油环外侧在对应第一进油口的位置开设第一外槽，所述第一外槽开设若干第一径向孔；所述轴向内孔中于所述导油杆的外侧设有与所述第二密封环配合的第二导油环，所述第二导油环外侧在对应第二进油口的位置开设第二外槽，所述第二外槽开设若干第二径向孔。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一密封环和第二密封环均为橡胶密封环，所述第一密封环的外缘向内侧弯折，所述第一密封环的外缘与第一导油环抵接，所述第二密封环的外缘向内侧弯折，所述第二密封环的外缘与第二导油环抵接。

第二方面，一种电主轴，包括第一方面中任一实现方式所述的电主轴轴芯组件。

第三方面，一种机床，包括第二方面任一实现方式所述的电主轴。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

1.本发明取消了一般轴芯组件中的长度很大的弹性预紧元件，且将油缸设置到轴芯内部，油缸通过高压油路的交替使用，既可以实现卸刀也可以实现拉刀，同时不需要弹性元件。本结构大大缩短了拉刀机构的长度，进而实现大幅缩短主轴轴向距离，为缩小主轴长度提供可靠保证。

2.取消了原有细长的拉杆，且本套发明各个组件的精度以及配合精度均与普通油缸一致，有效降低加工难度和成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中轴芯组件的拉刀系统结构示意图；

图2是本发明一个实施例结构示意图；

图3是图2所示的一个实施例卸刀开始时结构示意图；

图4是图2所示的一个实施例第一油路的油流入第一油腔结构示意图；

图5是图2所示的一个实施例第二油腔的油流入第二油路结构示意图；

图6是图2所示的一个实施例卸刀完成结构示意图；

图7是图2所示的一个实施例拉刀完成结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

其中，图2给出了本发明实施例的参考方向坐标系，以下结合图2所示的方向，对本发明的实施例进行说明。

参见图2，本发明的实施例提供了一种电主轴轴芯组件，包括轴芯1、拉杆2和拉爪组件3，轴芯1设有轴向内孔，拉杆2设置于轴向内孔，拉杆2前端设有与拉爪组件3配合的滑动芯4，滑动芯4通过拉杆顶丝5锁紧，避免反松。轴向内孔中于拉爪组件3的后方设有油缸组件，油缸组件集成于轴芯1的轴向内孔中，油缸组件包括活塞底座6、拉杆活塞7和拉杆端盖8，拉杆2穿过活塞底座6与拉杆活塞7连接，拉杆活塞7与拉杆端盖8之间形成第一油腔9，拉杆活塞 7与活塞底座6之间形成第二油腔10，轴芯1上设有与第一油腔9连通的第一油路11，参见图5，轴芯1上设有与第二油腔10连通的第二油路12。

该电主轴轴芯组件通过对第一油路11、第二油路12的油压的控制来实现2种状态——卸刀、拉刀。

参见图3-图6，初始装配完成时，此时外界油压给路第一油路 11通高压油(第二油路12无油压作为回收油的油路)，高压油通过第一油路11流入第一油腔9，推动拉杆2向前运动，滑动芯4与拉爪组件3配合，拉爪组件3收拢，释放刀杆，保证实现快速卸刀动作，最终进入卸刀完成状态。拉杆2发生轴向运动过程中，第二油腔10 中的油受压通过活塞底座6的孔流入轴芯1的第二油路12流回回收。此过程压力油的通路如图5所示。

从卸刀状态到拉刀状态时，第二油路12通高压油，第一油路11 无油压并进行回收，此时第二油路12的高压油流入活塞底座6内孔进入第二油腔10，带动拉杆活塞7向上动作，实现活塞带动拉杆2 轴向位移，滑动芯4与拉爪组件3配合，刀柄(图中未画出)被拉紧，参见图7，完成拉刀。

本发明具有以下特点：

1.本发明取消了一般轴芯组件中的长度很大的弹性预紧元件，且将油缸设置到轴芯1内部，油缸通过高压油路的交替使用，既可以实现卸刀也可以实现拉刀，同时不需要弹性元件。本结构大大缩短了拉刀机构的长度，进而实现大幅缩短主轴轴向距离，为缩小主轴长度提供可靠保证。

2.取消了原有细长的拉杆2，且本套发明各个组件的精度以及配合精度均与普通油缸一致，有效降低加工难度和成本。

在一些实施例中，参见图2，拉杆2设有销钉座13，销钉座13 外周面设有销钉孔，销钉孔中设有销钉14和用于将销钉14向外顶出的第一弹性部件15，销钉14与销钉孔为间隙配合，第一弹性部件15 可采用弹簧、弹片等，轴向内孔设有与销钉14配合的孔位16，第一油路11与孔位16相连通，销钉14嵌入孔位16时滑动芯4与拉爪组件3配合并处于拉刀状态。孔位16既用于导油，又用于与销钉14适配实现拉杆2定位，避免拉杆2在轴芯1转动过程中发生轴向或周向位移，保证拉刀的稳定性。

具体的，参见图3、图4，第一油路11的高压油进入孔位16，随即高压油克服第一弹性部件15的弹力将销钉14顶入销钉孔内，此阶段可以在第一油腔9内的弹簧力(图中未展示)的作用下或外部轴向拉力作用下，拉杆2发生轴向运动，当在此阶段运动一定微小位移后，进入开始卸刀状态，此时第一油路11的高压油迅速充满第一油腔9，推动拉杆2快速运动，保证拉杆2实现快速卸刀动作，最终进入卸刀完成状态。

从卸刀状态到拉刀状态时，高压油经过第二油路12进入第二油腔10，带动拉杆活塞7向上动作，实现拉杆活塞7带动拉杆2轴向位移，在未达到轴芯1的预设孔位16时，拉杆2就开始受拉力，刀柄(图中未画出)开始被拉紧，当缓慢达到预设的孔位16时，销钉 14卡入，完成拉刀，参见图7，此时即可关闭第二油路12油压。此时即使仍然在通油压，拉杆2也不会有运动趋势。

进一步的，参见图2，销钉14的端部具有与孔位16配合的球面或锥面，圆面或锥面的作用是可以在卸刀过程中存在一段的特殊的卸刀状态，即该状态下，销钉14的球面或锥面与孔位16抵接，刀柄只有在足够的预设的轴向力，以将第一弹性部件压缩，使销钉14完全与孔位16脱离下才可以取出，这样可以避免卸刀过程中刀具突然坠落。通过调整锥面角度可以实现不同的预设卸刀轴向力，也可以在第一油腔9中安设第二弹性部件来顶推拉杆2，以取消上述特殊的卸刀状态，从而直接实现快速卸刀。

孔位16可以设置为圆柱孔或阶梯孔，例如在图3所示的一些实施例中，孔位16为内径尺寸不同的阶梯孔，作用是保证销钉14卡在预设的径向位置，配合更加可靠稳定。

由于将油缸组件设置于轴芯1内部，这为油缸的供油提供了挑战，为此，参见图2，轴向内孔中于油缸组件的后方设有供油组件，来为拉刀、卸刀提供油，供油组件包括导油杆17，导油杆17通过轴承18安装于轴向内孔，轴承18设置一个或多个，当设置多个轴承 18时，相邻轴承18之间设有轴承内环隔套和轴承外环隔套，轴芯1 后端设有轴承压盖。导油杆17设有第三油路19和第四油路20，第三油路19和第四油路20均由导油杆17的后端向前延伸，第三油路 19在导油杆17的外周面形成第一出油口21，第一油路11在轴向内孔的内壁面上形成第一进油口22，导油杆17于第一出油口21两侧套装有过渡连接第一出油口21和第一进油口22的第一密封环23，导油杆17的第三油路19和轴芯1的第一油路11通过第一密封环23过渡连接，实现高压油对于第一油腔9的进油和回油。第四油路20 在导油杆17的外周面形成第二出油口24，参见图5，第二油路12在轴向内孔的内壁面上形成第二进油口25，导油杆17于第二出油口24 两侧套装有过渡连接第二出油口24和第二进油口25的第二密封环 26，导油杆17的第四油路20和轴芯1的第二油路12通过第二密封环26过渡连接，实现高压油对于第二油腔10的进油和回油。

其中，第一密封环23、第二密封环26与轴向内孔直接或间接配合，例如图2所示的一些实施例中，轴向内孔中于导油杆17的外侧设有与第一密封环23配合的第一导油环27，第一导油环27固定安装于轴向内孔，第一导油环27外侧在对应第一进油口22的位置开设第一外槽28，第一外槽28开设若干第一径向孔29；对应的，轴向内孔中于导油杆17的外侧设有与第二密封环26配合的第二导油环30，第二导油环30固定安装于轴向内孔，第二导油环30外侧在对应第二进油口25的位置开设第二外槽31，第二外槽31开设若干第二径向孔32。卸刀过程中，油压给导油杆17的第三油路19通高压油，高压油通过第三油路19进入第一导油环27，并通过第一导油环27的第一径向孔29流入第一导油环27的第一外槽28，再通过轴芯1在该位置的径向孔流入轴芯1的第一油路11。拉杆2发生轴向运动过程中，第二油腔10中的油受压通过活塞底座6的孔流入轴芯1的第二油路12，再流入上面的第二导油环30，最后通过导油杆17的第四油路20流回回收。拉刀过程与上述动作步骤相反，不再赘述。

第一密封环23和第二密封环26用于导油杆17和轴芯1之间的密封过渡连接，第一密封环23和第二密封环26可根据需要选用合适材料，例如在一些实施例中，第一密封环23和第二密封环26均为橡胶密封环，第一密封环23的外缘与第一导油环27抵接，第二密封环26的外缘与第二导油环30抵接。而且，第一密封环23的外缘向内侧弯折，第二密封环26的外缘向内侧弯折，内部的油压越高，密封环与导油环的抵接更加紧密，密封性更佳。

本发明的实施例提供了一种电主轴，包括以上任一实施例中的电主轴轴芯组件。

本发明的实施例提供了一种机床，包括以上任一实施例中的电主轴。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种电主轴轴芯组件，其特征在于，包括轴芯、拉杆和拉爪组件，所述轴芯设有轴向内孔，所述拉杆设置于所述轴向内孔，所述拉杆前端设有与所述拉爪组件配合的滑动芯，所述轴向内孔中于所述拉爪组件的后方设有油缸组件，所述油缸组件包括活塞底座、拉杆活塞和拉杆端盖，所述拉杆穿过所述活塞底座与所述拉杆活塞连接，所述拉杆活塞与所述拉杆端盖之间形成第一油腔，所述拉杆活塞与所述活塞底座之间形成第二油腔，所述轴芯上设有与所述第一油腔连通的第一油路，所述轴芯上设有与所述第二油腔连通的第二油路，所述拉杆设有销钉座，所述销钉座外周面设有销钉孔，所述销钉孔中设有销钉和用于将所述销钉向外顶出的第一弹性部件，所述轴向内孔设有与所述销钉配合的孔位，所述第一油路与所述孔位相连通，所述销钉嵌入所述孔位时所述滑动芯与所述拉爪组件配合并处于拉刀状态。

2.根据权利要求1所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述销钉的端部具有与所述孔位配合的球面或锥面。

3.根据权利要求1所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述孔位为能够限制所述销钉径向位置的阶梯孔。

4.根据权利要求1所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述第一油腔中设有用于顶推所述拉杆的第二弹性部件。

5.根据权利要求1所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述轴向内孔中于所述油缸组件的后方设有供油组件，所述供油组件包括导油杆，所述导油杆通过轴承安装于所述轴向内孔，所述导油杆设有第三油路和第四油路，所述第三油路在所述导油杆的外周面形成第一出油口，所述第一油路在所述轴向内孔的内壁面上形成第一进油口，所述导油杆于所述第一出油口两侧套装有过渡连接所述第一出油口和第一进油口的第一密封环，所述第四油路在所述导油杆的外周面形成第二出油口，所述第二油路在所述轴向内孔的内壁面上形成第二进油口，所述导油杆于所述第二出油口两侧套装有过渡连接所述第二出油口和第二进油口的第二密封环。

6.根据权利要求5所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述轴向内孔中于所述导油杆的外侧设有与所述第一密封环配合的第一导油环，所述第一导油环外侧在对应第一进油口的位置开设第一外槽，所述第一外槽开设若干第一径向孔；所述轴向内孔中于所述导油杆的外侧设有与所述第二密封环配合的第二导油环，所述第二导油环外侧在对应第二进油口的位置开设第二外槽，所述第二外槽开设若干第二径向孔。

7.根据权利要求6所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述第一密封环和第二密封环均为橡胶密封环，所述第一密封环的外缘向内侧弯折，所述第一密封环的外缘与第一导油环抵接，所述第二密封环的外缘向内侧弯折，所述第二密封环的外缘与第二导油环抵接。

8.一种电主轴，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的电主轴轴芯组件。

9.一种机床，其特征在于，包括权利要求8所述的电主轴。

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