CN112792597A - 一种主轴的换刀机构、电主轴和机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主轴的换刀机构、电主轴和机床，包括：轴芯，端部设有刀柄安装孔；卡夹组件，包括卡夹本体、施力部件、第一滑块和第二滑块，卡夹本体设置于刀柄安装孔中，并连接于轴芯，卡夹本体包括刀柄连接部，刀柄连接部与刀柄安装孔之间限定出供刀柄插入的空间，刀柄连接部设有沿径向设置的滑块导向孔，第一滑块和第二滑块均设置于滑块导向孔，施力部件能够将第一滑块和第二滑块向两侧撑开以夹紧嵌入空间中的刀柄。本发明摒弃现有技术中通过拉爪进行刀柄连接的技术方案，不再需要打刀机构，结构更加简单，拆卸更加方便，也大大增加了主轴的设计空间。

Description

一种主轴的换刀机构、电主轴和机床

技术领域

本发明用于机械加工领域，特别是涉及一种主轴的换刀机构、电主轴和机床。

背景技术

当前制造业大量使用数控机床，车床、铣床、钻床等设备，数控机床对主轴高精度高速提出了更高的需求。在刀柄使用中，与机床主轴的连接技术，起到重要作用,要求主轴拉刀机构稳定高效，方便快捷。

现有技术中，刀柄与主轴一般通过拉爪进行连接，并配合打刀机构实现换刀。这种结构形式需要额外在主轴末端设置打刀机构，结构复杂，稳定性和可靠性不佳，并大大限制了主轴的设计空间。而且，采用拉爪连接对于刀柄的磨损较大，夹紧力和拉紧力较弱，精度无法保证而且不能满足大扭矩的重载加工需求。

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，提供一种主轴的换刀机构、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，一种主轴的换刀机构，包括：

轴芯，端部设有刀柄安装孔；

卡夹组件，包括卡夹本体、施力部件、第一滑块和第二滑块，所述卡夹本体设置于所述刀柄安装孔中，并连接于所述轴芯，所述卡夹本体包括刀柄连接部，所述刀柄连接部与所述刀柄安装孔之间限定出供刀柄插入的空间，所述刀柄连接部设有沿径向设置的滑块导向孔，所述第一滑块和第二滑块均设置于所述滑块导向孔，所述施力部件能够将所述第一滑块和第二滑块向两侧撑开以夹紧嵌入所述空间中的刀柄。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述施力部件包括连接螺柱，所述连接螺柱通过正向螺纹与所述第一滑块连接，所述连接螺柱通过反向螺纹与所述第二滑块连接，所述刀柄安装孔的孔壁上设有调节所述连接螺柱的扳手过孔。

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，所述刀柄连接部于所述第一滑块的下方设有第一轴向销钉孔，所述第一轴向销钉孔中设有第一销钉，所述第一滑块与所述第一销钉相配合，所述第一滑块沿滑块导向孔缩回时将所述第一销钉沿所述第一轴向销钉孔向下方顶出。

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，所述刀柄连接部于所述第二滑块的下方设有第二轴向销钉孔，所述第二轴向销钉孔中设有第二销钉，所述第二滑块与所述第二销钉相配合，所述第二滑块沿滑块导向孔缩回时将所述第二销钉沿所述第二轴向销钉孔向下方顶出。

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，所述第一销钉、第二销钉的顶部设有尖头或圆顶，所述第一销钉和第一轴向销钉孔之间设有密封圈，所述第二销钉和第二轴向销钉孔之间设有密封圈。

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，还包括：

密封环，套接于所述轴芯，并将所述扳手过孔遮蔽，所述密封环设有通孔，所述密封环能够绕所述轴芯转动以使所述通孔对准或错开所述扳手过孔。

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，所述密封环采用金属环，所述密封环与所述轴芯间隙配合，所述密封环内部设于所述轴芯抵接的垫片，所述密封环开设行程槽，所述行程槽中设有与所述轴芯连接的限位部件。

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，所述卡夹本体包括轴芯连接部，所述轴芯连接部设有法兰凸台，所述法兰凸台边缘设有限位凹槽，所述轴芯于刀柄安装孔的孔底设有卡接仓，所述卡接仓中设有与弹性圆柱销，所述卡接仓的底部开设卡接过孔，所述轴芯连接部的法兰凸台穿过所述卡接过孔嵌入所述卡接仓，并在转动后实现轴向定位，所述轴芯连接部的限位凹槽与所述弹性圆柱销配合实现周向定位。

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主轴的换刀机构。

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：连接或更换刀具时，刀柄嵌入刀柄连接部与刀柄安装孔之间限定出的空间，而后施力部件将第一滑块和第二滑块向两侧撑开以夹紧嵌入空间中的刀柄，实现刀柄在轴芯上的稳定连接。本发明摒弃现有技术中通过拉爪进行刀柄连接的技术方案，不再需要打刀机构，结构更加简单，拆卸更加方便，也大大增加了主轴的设计空间。

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是本发明主轴的换刀机构的一个实施例结构示意图；

图2是图1所示的一个实施例卡夹组件结构示意图；

图3是图1所示的一个实施例第一滑块和第二滑块向内侧缩回释放刀柄时结构示意图；

图4是图1所示的一个实施例密封环结构示意图；

图5是图1所示的一个实施例轴芯端部仰视图结构示意图；

图6是图1所示的一个实施例轴芯连接部结构示意图；

图7是图1所示的一个实施例轴芯连接部旋转前后与弹性圆柱销配合结构示意图。

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1给出了本发明实施例的参考方向坐标系，以下结合图1所示的方向，对本发明的实施例进行说明。

参见图1，本发明的实施例提供了一种主轴的换刀机构，包括轴芯1和卡夹组件2。主要用于HSK-C型刀柄3在轴芯1上的连接。HSK-C型刀柄3是现有技术中常见刀柄，主要结构特点是：HSK-C型刀柄端部设有刀柄端孔31，刀柄端孔31的侧壁设有刀柄侧孔32。

具体的，参见图1、图2，轴芯1端部设有刀柄安装孔11，刀柄安装孔11可以设计为与刀柄3匹配的锥形。卡夹组件2包括卡夹本体21、施力部件22、第一滑块23和第二滑块24，卡夹本体21设置于刀柄安装孔11中，并连接于轴芯1，卡夹本体21包括刀柄连接部25，刀柄连接部25位于刀柄安装孔11中，刀柄连接部25与刀柄安装孔11之间限定出供刀柄插入的空间，空间呈环状，刀柄连接部25设有沿径向设置的滑块导向孔26，第一滑块23和第二滑块24均设置于滑块导向孔26，施力部件22能够将第一滑块23和第二滑块24向两侧撑开以夹紧嵌入空间中的刀柄3。

连接或更换刀具时，刀柄3嵌入刀柄连接部25与刀柄安装孔11之间限定出的空间，刀柄连接部25插入刀柄端孔31，而后施力部件22将第一滑块23和第二滑块24向两侧撑开以夹紧嵌入空间中的刀柄3，实现刀柄在轴芯1上的稳定连接。本发明摒弃现有技术中通过拉爪进行刀柄连接的技术方案，不再需要打刀机构，结构更加简单，拆卸更加方便，也大大增加了主轴的设计空间。

在一些实施例中，施力部件22可采用压缩弹性部件，例如弹簧，弹簧依靠自身张力将第一滑块23和第二滑块24向两侧撑开以夹紧嵌入空间中的刀柄。换刀时，将刀柄向下牵拉，刀柄与第一滑块23和第二滑块24抵接，并压缩弹簧，第一滑块23和第二滑块24回缩，刀柄退出刀柄安装孔11。

在一些实施例中，参见图1、图2，施力部件22包括连接螺柱，连接螺柱采用双头螺柱，第一滑块23和第二滑块24均设有螺孔，第一滑块23和第二滑块24连接在连接螺柱的两端，连接螺柱通过正向螺纹与第一滑块23连接，连接螺柱通过反向螺纹与第二滑块24连接，刀柄安装孔11的孔壁上设有调节连接螺柱的扳手过孔12。利用刀柄上的刀柄侧孔32，通过扳手向连接螺柱施加不同方向的扭矩，第一滑块23和第二滑块24会同时收紧或者同时张开，达到拆卸刀柄和拉紧刀柄的效果。第一滑块23和第二滑块24通过连接螺柱向两侧撑开或向内回缩，连接螺柱扭矩越大，给刀柄提供的拉力就越大。相较于压缩弹簧，连接螺柱能够为第一滑块23和第二滑块24提供刚性支撑，具有极高的拉紧力，稳定夹持刀柄，拆卸方便，结构紧凑可靠，具有良好的刀柄夹持能力，使用寿命长，可靠性高。

进一步的，参见图1、图2、图3，刀柄连接部25于第一滑块23的下方设有第一轴向销钉孔，第一轴向销钉孔中设有第一销钉27，第一滑块23与第一销钉27相配合，第一滑块23沿滑块导向孔26缩回时将第一销钉27沿第一轴向销钉孔向下方顶出。拆卸刀柄3时，扳手对连接螺柱施加扭矩，第一滑块23和第二滑块24会同时向里收紧，此时，第一滑块23与第一销钉27接触，第一销钉27会随着第一滑块23的收紧将刀柄3轻松顶出。换言之，通过第一销钉27与第一滑块23的联动，通过连接螺柱的驱动力在第一滑块23和第二滑块24释放刀柄的同时，将刀柄3向外顶出。

进一步的，参见图1、图2、图3，刀柄连接部25于第二滑块24的下方设有第二轴向销钉孔，第二轴向销钉孔中设有第二销钉28，第二滑块24与第二销钉28相配合，第二滑块24沿滑块导向孔26缩回时将第二销钉28沿第二轴向销钉孔向下方顶出。与第一销钉27类似的，拆卸刀柄3时，扳手对连接螺柱施加扭矩，第一滑块23和第二滑块24会同时向里收紧，此时，第二滑块24与第二销钉28接触，第二销钉28会随着第二滑块24的收紧，与第一销钉27一起将刀柄3轻松顶出。第二销钉28与第一销钉27对称布置，使刀柄3受力更加均衡，避免歪斜，使刀柄更加顺利的退出刀柄安装孔11。

在一些实施例中，参见图2，为了避免滑块与销钉配合出现卡滞，第一销钉27、第二销钉28的顶部设有尖头或圆顶，第一滑块23和第二滑块24底部设有斜面。第一销钉27和第一轴向销钉孔之间设有密封圈29，第二销钉28和第二轴向销钉孔之间设有密封圈29。密封圈29与轴向销钉孔有一定的压缩量，销钉不会轻易窜动。

在一些实施例中，参见图1、图4，换刀机构还包括密封环210，密封环210套接于轴芯1，并将扳手过孔12遮蔽，通过密封环210将扳手过孔12密封住，防止水汽或者切削削等进入锥孔。同时，密封环210设有通孔211，密封环210能够绕轴芯1转动以使通孔211对准或错开扳手过孔12。即当需要更换刀具时，调整密封环210的方向，使密封环210的通孔211对准扳手过孔12，扳手过孔12露出，以供扳手向连接螺柱施加扭矩，使得滑块同时向内侧收缩。当换刀完成后，调整密封环210的方向，使密封环210的通孔211错开扳手过孔12，将轴芯1扳手过孔12盖上，主轴可正常加工。

进一步的，在一些实施例中，参见图4，密封环210采用金属环，以保证结构的稳定性，密封环210与轴芯1间隙配合，避免旋转密封环210时磨损轴芯1。密封环210内部设于轴芯1抵接的垫片212，密封环210开设行程槽213，行程槽213中设有与轴芯1连接的限位部件214。限位部件214起到限位作用，使得密封环210可实现主轴装拆刀柄时，在规定的角度内旋转。

卡夹本体21可以与轴芯1螺纹连接或卡扣连接，例如在一些实施例中，参见图1、图5-图7，卡夹本体21包括轴芯连接部215，轴芯连接部215位于刀柄连接部25的上端，轴芯连接部215设有一个或多个沿径向凸起的法兰凸台216，法兰凸台216边缘设有限位凹槽217，轴芯1于刀柄安装孔11的孔底设有卡接仓13，用于卡接法兰凸台216，卡接仓13中设有与弹性圆柱销14，卡接仓13的底部开设卡接过孔15，卡接过孔15可以设计为与法兰凸台216的形状相匹配，轴芯连接部215的法兰凸台216穿过卡接过孔15嵌入卡接仓13，并在转动后(例如旋转90°)与卡接过孔15错开实现轴向定位，轴芯连接部215的限位凹槽217与弹性圆柱销14配合实现周向定位。由于卡夹本体21的法兰凸台216设计，以及限位凹槽217与弹性圆柱销14的小过盈配合，实现了装配可靠便捷。

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主轴的换刀机构。卡夹组件2对刀柄的拉紧力远大于自动换刀，并且拆卸刀柄时，顶出销钉对刀柄的磨损很小。不管是装刀还是卸刀，整个过程更加安全可靠。电主轴替代了原有的自动换刀系统，结构简单、零件少，即保证结构的可靠性，又兼顾了换刀的快捷要求，使用寿命长，可靠性高。

本发明的实施例还提供了一种机床，包括以上任一实施例的电主轴。机床包括但不限于车床、铣床、钻床等设备。

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 (10)

1.一种主轴的换刀机构，其特征在于，包括：

轴芯，端部设有刀柄安装孔；

卡夹组件，包括卡夹本体、施力部件、第一滑块和第二滑块，所述卡夹本体设置于所述刀柄安装孔中，并连接于所述轴芯，所述卡夹本体包括刀柄连接部，所述刀柄连接部与所述刀柄安装孔之间限定出供刀柄插入的空间，所述刀柄连接部设有沿径向设置的滑块导向孔，所述第一滑块和第二滑块均设置于所述滑块导向孔，所述施力部件能够将所述第一滑块和第二滑块向两侧撑开以夹紧嵌入所述空间中的刀柄。

2.根据权利要求1所述的主轴的换刀机构，其特征在于，所述施力部件包括连接螺柱，所述连接螺柱通过正向螺纹与所述第一滑块连接，所述连接螺柱通过反向螺纹与所述第二滑块连接，所述刀柄安装孔的孔壁上设有调节所述连接螺柱的扳手过孔。

3.根据权利要求2所述的主轴的换刀机构，其特征在于，所述刀柄连接部于所述第一滑块的下方设有第一轴向销钉孔，所述第一轴向销钉孔中设有第一销钉，所述第一滑块与所述第一销钉相配合，所述第一滑块沿滑块导向孔缩回时将所述第一销钉沿所述第一轴向销钉孔向下方顶出。

4.根据权利要求3所述的主轴的换刀机构，其特征在于，所述刀柄连接部于所述第二滑块的下方设有第二轴向销钉孔，所述第二轴向销钉孔中设有第二销钉，所述第二滑块与所述第二销钉相配合，所述第二滑块沿滑块导向孔缩回时将所述第二销钉沿所述第二轴向销钉孔向下方顶出。

5.根据权利要求4所述的主轴的换刀机构，其特征在于，所述第一销钉、第二销钉的顶部设有尖头或圆顶，所述第一销钉和第一轴向销钉孔之间设有密封圈，所述第二销钉和第二轴向销钉孔之间设有密封圈。

6.根据权利要求2所述的主轴的换刀机构，其特征在于，还包括：

密封环，套接于所述轴芯，并将所述扳手过孔遮蔽，所述密封环设有通孔，所述密封环能够绕所述轴芯转动以使所述通孔对准或错开所述扳手过孔。

7.根据权利要求6所述的主轴的换刀机构，其特征在于，所述密封环采用金属环，所述密封环与所述轴芯间隙配合，所述密封环内部设于所述轴芯抵接的垫片，所述密封环开设行程槽，所述行程槽中设有与所述轴芯连接的限位部件。

8.根据权利要求1所述的主轴的换刀机构，其特征在于，所述卡夹本体包括轴芯连接部，所述轴芯连接部设有法兰凸台，所述法兰凸台边缘设有限位凹槽，所述轴芯于刀柄安装孔的孔底设有卡接仓，所述卡接仓中设有与弹性圆柱销，所述卡接仓的底部开设卡接过孔，所述轴芯连接部的法兰凸台穿过所述卡接过孔嵌入所述卡接仓，并在转动后实现轴向定位，所述轴芯连接部的限位凹槽与所述弹性圆柱销配合实现周向定位。

9.一种电主轴，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的主轴的换刀机构。

10.一种机床，其特征在于，包括权利要求9所述的电主轴。

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