CN113427285B - 一种角度头和机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角度头和机床，包括：机体组件，包括机体和刀柄输入轴，机体设有第一轴孔，刀柄输入轴通过第一轴承支承于第一轴孔，并在轴端设置第一传动齿轮；角轴箱组件，包括角轴箱、传动机构和输出轴组件，角轴箱沿刀柄输入轴的轴向延伸一定长度，输出轴组件设置于角轴箱的远端，输出轴组件的轴线与刀柄输入轴的轴线互成一定夹角，传动机构设置于角轴箱，用于第一传动齿轮到输出轴组件的动力传递；其中，角轴箱的近端与机体装配连接，角轴箱能够调整在机体上绕刀柄输入轴的转动角度以使输出轴组件对齐加工角度。当角度头安装到机床后，可通过转动角轴箱来以此将输出轴组件可调整至任意角度以对齐加工角度，整个调试过程变得尤为简单。

Description

一种角度头和机床

技术领域

本发明用于机械加工领域，特别是涉及一种角度头和机床。

背景技术

角度头作为一种机床附件，主要为主轴驱动传输扭矩，转向钻孔、攻牙、倒角、铣槽等，现有的角度头主要包括以下几种方案：

1.依据特定机床改造，能够直接搭配组装，从一定程度上节省了部分结构零件的设计及装配，相对结构更为紧凑。但需要主轴的对刀角度来设计角度头的换刀角度，更换其它机台后不可使用，故大大限制了角度头的通用配合度；

2.中、重型角度头可完美的适用于机外铣槽、钻孔等，可替代四轴加工，节省加工成本。但对于侧面需钻孔、攻牙、倒角、铣槽等小内径的机体产品，由于体积大，悬伸短，进入小径腔体加工则出现干涉，孔距深等要素将该类型的角度头拒之置外；

3.在众多角度头的结构来看，密封性能较差，从而导致产品加工中存在铁屑、水、尘等杂质进入到轴芯内部，导致轴承卡死等异常，出现轴承异响，产品发热等，影响整个产品的精度及寿命。

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，提供一种角度头和机床。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种角度头，包括：

机体组件，包括机体和刀柄输入轴，所述机体设有第一轴孔，所述刀柄输入轴通过第一轴承支承于所述第一轴孔，并在轴端设置第一传动齿轮；

角轴箱组件，包括角轴箱、传动机构和输出轴组件，所述角轴箱沿所述刀柄输入轴的轴向延伸一定长度，所述输出轴组件设置于所述角轴箱的远端，所述输出轴组件的轴线与所述刀柄输入轴的轴线互成一定夹角，所述传动机构设置于所述角轴箱，用于所述第一传动齿轮到所述输出轴组件的动力传递；

其中，所述角轴箱的近端与所述机体装配连接，所述角轴箱能够调整在所述机体上绕所述刀柄输入轴的转动角度以使所述输出轴组件对齐加工角度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述机体设有角轴箱安装座，所述角轴箱安装座具有轴向端面和径向周面，所述角轴箱的近端套装于所述角轴箱安装座的径向周面，并通过紧固件锁紧于所述角轴箱安装座的轴向端面。

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，所述角轴箱安装座的轴向端面设有环形槽，所述环形槽的截面呈T形，所述角轴箱的近端设有凸缘，所述凸缘设有螺钉，所述螺钉与所述环形槽内的螺母块连接。

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，所述角轴箱与所述径向周面之间设有润滑块。

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：

换刀机构，包括定位块、定位销、换刀挡板、弹性部件和角度卡盘，所述角度卡盘呈环状并设有缺口，所述角度卡盘紧固安装于所述刀柄输入轴，所述定位销沿所述刀柄输入轴的轴向安装于所述定位块，所述定位块与所述机体连接，所述换刀挡板可浮动的套装于所述定位销，所述换刀挡板在所述弹性部件的作用下抬起并卡入所述角度卡盘的缺口。

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，所述输出轴组件包括输出旋转轴、夹头和锁紧螺母，所述输出旋转轴设有夹头安装孔，所述输出旋转轴在所述夹头安装孔的端部设有螺母安装孔，所述锁紧螺母内置安装于所述螺母安装孔，并将所述夹头锁紧于所述夹头安装孔中。

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，所述角轴箱的远端设有第二轴孔，所述输出旋转轴的端部穿过所述第二轴孔，并沿所述输出旋转轴的轴向向外凸出于所述角轴箱，所述锁紧螺母沿所述输出旋转轴的轴向向外凸出于所述输出旋转轴，所述输出旋转轴与所述角轴箱之间设有密封所述第二轴孔的迷宫密封结构。

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，所述角轴箱设有角轴箱座和角轴箱盖，所述角轴箱座和角轴箱盖可拆卸连接，所述角轴箱座和角轴箱盖沿所述刀柄输入轴的轴向延伸一定长度，并在内部限定出安装所述传动机构的内腔，所述传动机构包括多个传动轴，所述传动轴通过第二轴承支承于所述内腔中，所述传动轴的轴线与所述输出轴组件的轴线平行，多个所述传动轴沿所述刀柄输入轴的轴向分布，相邻的所述传动轴通过第二传动齿轮传动，位于所述角轴箱近端的第一个所述传动轴设有第一锥齿轮，所述第一传动齿轮包括与所述第一锥齿轮传动配合的第二锥齿轮。

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，所述角轴箱座和角轴箱盖偏置于所述刀柄输入轴的轴线一侧。

第二方面，一种机床，包括第一方面中任一实现方式所述的角度头。

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：机体、刀柄输入轴、第一轴承和第一传动齿轮合装为一体，形成机体组件，角轴箱、传动机构和输出轴组件合装为一体，形成角轴箱组件，将两部分直接组装即可为完整的角度头产品。当角度头安装到机床后，可通过转动角轴箱来以此将输出轴组件可调整至任意角度以对齐加工角度，整个调试过程变得尤为简单，在整个调整对刀角度的过程中无零件直接接触磨损，长时间状态下依旧能够保持产品的配合精度。

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是本发明角度头的一个实施例结构示意图；

图2是图1中A处局部放大图；

图3是图1中B处局部放大图；

图4是图1中P向视图。

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。

本发明的实施例提供了一种角度头，作为一种机床附件，主要为主轴驱动传输扭矩，转向钻孔、攻牙、倒角、铣槽等，其更能适应于小径深腔的加工，进而替代传统的电火花等工序。该角度头连接端为7:24或1:10刀柄锥，通过与高速电主轴锥孔配合(锥面接触率≥85％)，主轴在高速旋转下，由于刀柄锥与主轴内锥依旧紧密贴合，故能够把主轴的扭矩传递给刀柄，使得刀柄高速旋转且保持足够的精度，同时保证产品加工的稳定性。

具体的，参见图1，角度头包括机体组件和角轴箱组件，机体组件包括机体105和刀柄输入轴102，机体105设有第一轴孔，刀柄输入轴102通过第一轴承104支承于第一轴孔，并在轴端设置第一传动齿轮106。刀柄输入轴102的另一端设有刀柄锥102-1和拉钉101，刀柄锥102-1与高速电主轴锥孔完美贴合，依托拉钉101与主轴的拉刀系统相连接，通过拉力将刀柄锥102-1与主轴锥孔拉紧，并通过锥面接触将主轴扭矩有效传递到刀柄输入轴102，刀柄输入轴102两端用第一轴承104支起并高速旋转。

角轴箱组件包括角轴箱107、传动机构和输出轴组件1013，角轴箱107沿刀柄输入轴102的轴向延伸一定长度，输出轴组件1013设置于角轴箱107的远端，输出轴组件1013的轴线与刀柄输入轴102的轴线互成一定夹角，传动机构设置于角轴箱107，用于第一传动齿轮106到输出轴组件1013的动力传递。刀柄输入轴102的动力通过第一传动齿轮106、传动机构传递至输出轴组件1013，以增加悬伸段长度但不影响传递精度，更有利于伸入至深腔中加工。

其中，角轴箱107的近端与机体105装配连接，角轴箱107能够调整在机体105上绕刀柄输入轴102的转动角度以使输出轴组件1013对齐加工角度。

机体105、刀柄输入轴102、第一轴承104和第一传动齿轮106合装为一体，形成机体105组件，角轴箱107、传动机构和输出轴组件1013合装为一体，形成角轴箱107组件，将两部分直接组装即可为完整的角度头产品。当角度头安装到机床后，可通过转动角轴箱107来以此将输出轴组件1013可调整至任意角度以对齐加工角度，整个调试过程变得尤为简单，在整个调整对刀角度的过程中无零件直接接触磨损，长时间状态下依旧能够保持产品的配合精度。

参见图1，为了方便角轴箱107调整装配角度，机体105设有角轴箱安装座，角轴箱安装座具有轴向端面103-9和径向周面103-10，径向周面103-10与第一轴孔同轴设置，角轴箱107的近端套装于角轴箱安装座的径向周面103-10，并通过紧固件锁紧于角轴箱安装座的轴向端面103-9，当角度头安装到机床后，可通过转动角轴箱107绕径向周面103-10转动，来以此将输出轴组件1013可调整至任意角度以对齐加工角度。

进一步的，参见图1，角轴箱107与径向周面103-10之间设有润滑块103-5，润滑块103-5可使用树脂类材料制成，由于润滑块103-5的存在，使得调节更为省心、便捷，且长时间使用不磨损。

角轴箱107可通过螺栓直接锁紧于角轴箱安装座的轴向端面103-9，例如在一些实施例中，参见图1、图2，角轴箱安装座的轴向端面103-9设有环形槽，环形槽沿角轴箱107轴向端面103-9的周向延伸，环形槽的截面呈T形，环形槽中设有螺母块103-7，角轴箱107的近端设有凸缘，凸缘设有螺钉103-8，螺钉103-8与环形槽内的螺母块103-7连接，从而将角轴箱107锁紧于角轴箱安装座的轴向端面103-9。环形槽、螺母块103-7和螺钉103-8的锁紧形式，能够满足角轴箱107任意角度的锁紧要求。而且在调整角轴箱107角度时，仅需旋松螺钉103-8即可，不必将螺钉103-8和螺母块103-7完全分离，大大减少了角轴箱107的角度调节工作量。

此外，角轴箱107与角轴箱安装座的轴向端面103-9之间可通过设置垫片来调节第一传动齿轮106与传动机构的啮合间隙，按机械装备准则来定，齿轮啮合需保证齿面的接触率，保证接触率的前提下最为直观的方式为调整齿轮配合的间隙量。若齿轮间隙调节不恰当，间隙量太大则启动和停止时会出现齿面碰撞的声音，造成极大的异响；若间隙量太小，则易造成齿轮卡死，运转不顺畅，出现发热等异常，故需要合理的调整齿轮配合间隙，本申请的设计将产品分为上、下两个组装件，在调隙区域内只需使用塞尺或其他形式的工装增减齿轮配合的距离，通过外设产品检测齿轮运转的顺畅度。从而使调试更为简单。

在一些实施例中，参见图1、图2，角度头还包括换刀机构，换刀机构包括定位块103-4、定位销103-2、换刀挡板103-1、弹性部件103-3和角度卡盘103-6，角度卡盘103-6呈环状并设有缺口，角度卡盘103-6紧固安装于刀柄输入轴102，定位销103-2沿刀柄输入轴102的轴向安装于定位块103-4，定位块103-4与机体105连接，换刀挡板103-1可浮动的套装于定位销103-2，换刀挡板103-1在弹性部件103-3的作用下抬起并卡入角度卡盘103-6的缺口。角度头安装于机床前，换刀挡板103-1在弹性部件103-3的作用下抬起并卡入角度卡盘103-6的缺口，从而将角度头的主体结构和定位销103-2限定于特定夹角，待角度头安装于机床后，定位销103-2插入机床对应的销孔中，机床抵住换刀挡板103-1并压缩弹性部件103-3，从而使得换刀挡板103-1与角度卡盘103-6分离，此时刀柄输入轴102可在主轴的驱动下旋转工作。若需更换其他机台使用，则只需将换刀挡板103-1与角度卡盘103-6分离，并将角度卡盘103-6环形旋转调整至对应的对刀角度后释放换刀挡板103-1即可。结合转动角轴箱107调整输出轴组件1013加工角度方向的结构形式，整个调试过程变得尤为简单，在整个调整对刀角度的过程中无零件直接接触磨损，长时间状态下依旧能够保持产品的配合精度。自动换刀的设定使角度头完全适应于不同机台的对刀角度，减少调机工时，提升加工效率。

输出轴组件1013用于携带刀具进行钻孔、攻牙、倒角、铣槽等，输出轴组件1013可采用多种形式的刀柄夹紧结构，例如在一些实施例中，参见图1、图3，输出轴组件1013包括输出旋转轴1013-3、夹头1013-2和锁紧螺母1013-1，输出旋转轴1013-3通过轴承1010支承于角轴箱107，后盖板1013-4预紧轴承1010，且可以用来旋转但依旧可保持密封的特性。输出旋转轴1013-3与刀柄输入轴102互成夹角，例如90°，输出旋转轴1013-3设有夹头安装孔，输出旋转轴1013-3在夹头安装孔的端部设有螺母安装孔，锁紧螺母1013-1内置安装于螺母安装孔，并将夹头1013-2锁紧于夹头安装孔中，最终夹头1013-2在锁紧螺母1013-1轴向力的作用下夹紧内部的刀柄。前端将锁紧螺母1013-1设计为内置结构，同时锁紧螺母1013-1的扳手位也设置在轴芯内部，极大节省操作空间。从而缩短了整个产品的径向延伸长度，从而缩小了可加工的腔体直径。其中，夹头1013-2可使用ER8夹头，使得使用通用度高，可替换性高。

进一步的，参见图1，角轴箱107的远端设有第二轴孔，输出旋转轴1013-3的端部穿过第二轴孔，并沿输出旋转轴1013-3的轴向向外凸出于角轴箱107，锁紧螺母1013-1沿输出旋转轴1013-3的轴向向外凸出于输出旋转轴1013-3，输出旋转轴1013-3与角轴箱107之间设有密封第二轴孔的迷宫密封结构。本实施例通过在输出旋转轴1013-3端设定导向面及迷宫密封结构，同时将旋转输出轴、锁紧螺母1013-1逐次外凸，形成阶梯式结构，当外部喷水冷却时可将巨大部分冷却液反溅至外，同时又有导向面的存在，可将所有的切削液流出，保证切削液不进入轴承内，在接近内部结构的位置设定迷宫密封，绝对杜绝尘、铁屑的进入，最终保证轴承运转的稳定性。

参见图1，角轴箱107的轴向延伸部分设有角轴箱座和角轴箱盖1012，角轴箱座和角轴箱盖1012可拆卸连接，角轴箱座和角轴箱盖1012沿刀柄输入轴102的轴向延伸一定长度，并在内部限定出安装传动机构的内腔。

其中，传动机构可采用沿刀柄输入轴102轴向延伸的传动轴，沿刀柄输入轴102轴向延伸的传动轴两端分别与第一传动齿轮106、输出轴组件1013传动配合，实现动力传递。

传动机构还可以采用多个与输出轴组件1013的轴线平行的多个传动轴109组合，具体的，参见图1，传动机构包括多个传动轴109，传动轴109通过第二轴承1010支承于内腔中，传动轴109的轴线与输出轴组件1013的轴线平行，多个传动轴109沿刀柄输入轴102的轴向分布，相邻的传动轴109通过第二传动齿轮1011传动。其中，传动轴109的具体数量可根据角轴箱107的延伸长度来确定，换言之，角轴箱107的延伸长度越长，则传动轴109的数量越多。位于角轴箱107近端的第一个传动轴109设有第一锥齿轮108，第一传动齿轮106包括与第一锥齿轮108传动配合的第二锥齿轮。刀柄输入轴102通过轴端的第二锥齿轮与第一个传动轴109的第一锥齿轮108转啮合进行90°转向输出。再通过传动轴109、第二传动齿轮1011与第二轴承1010进行逐级传递以增加悬伸段长度但不影响传递精度，更有利于伸入至深腔中加工。

其中，传动轴109两端分别安装于角轴箱座和角轴箱盖1012，传动机构可直接放入到角轴箱107中，角轴箱盖1012封住即可完成组装，拆卸也亦是如此简单。而且，本实施例也大大缩小了角度头的整体外形。结合图4，假设装刀直径Φ4mm，刀具伸出量保证在10mm,钻孔深度至少5mm，则腔体轮廓至少可保证在

内，极大缩小了角度头的整体外形，使其可充分适应于小径腔体加工，将适应性变得更为广泛。

参见图1，在一些实施例中，角轴箱座和角轴箱盖1012偏置于刀柄输入轴102的轴线一侧，这样保证输出轴组件1013的加工位置尽量能够靠近刀柄输入轴102的轴线，使得机床的加工进给动作更加灵巧、可控。

本发明的实施例还提供了一种机床，包括以上任一实施例中的角度头。

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 (8)

1.一种角度头，其特征在于，包括：

机体组件，包括机体和刀柄输入轴，所述机体设有第一轴孔，所述刀柄输入轴通过第一轴承支承于所述第一轴孔，并在轴端设置第一传动齿轮；

角轴箱组件，包括角轴箱、传动机构和输出轴组件，所述角轴箱沿所述刀柄输入轴的轴向延伸一定长度，所述输出轴组件设置于所述角轴箱的远端，所述输出轴组件的轴线与所述刀柄输入轴的轴线互成一定夹角，所述传动机构设置于所述角轴箱，用于所述第一传动齿轮到所述输出轴组件的动力传递，所述输出轴组件包括输出旋转轴、夹头和锁紧螺母，所述输出旋转轴设有夹头安装孔，所述输出旋转轴在所述夹头安装孔的端部设有螺母安装孔，所述锁紧螺母内置安装于所述螺母安装孔，并将所述夹头锁紧于所述夹头安装孔中，所述角轴箱的远端设有第二轴孔，所述输出旋转轴的端部穿过所述第二轴孔，并沿所述输出旋转轴的轴向向外凸出于所述角轴箱，所述锁紧螺母沿所述输出旋转轴的轴向向外凸出于所述输出旋转轴，所述输出旋转轴与所述角轴箱之间设有密封所述第二轴孔的迷宫密封结构，输出旋转轴端设定导向面；

其中，机体、刀柄输入轴、第一轴承和第一传动齿轮合装为一体，形成机体组件，角轴箱、传动机构和输出轴组件合装为一体，形成角轴箱组件，所述角轴箱的近端与所述机体装配连接，所述角轴箱能够调整在所述机体上绕所述刀柄输入轴的转动角度以使所述输出轴组件对齐加工角度。

2.根据权利要求1所述的角度头，其特征在于，所述机体设有角轴箱安装座，所述角轴箱安装座具有轴向端面和径向周面，所述角轴箱的近端套装于所述角轴箱安装座的径向周面，并通过紧固件锁紧于所述角轴箱安装座的轴向端面。

3.根据权利要求2所述的角度头，其特征在于，所述角轴箱安装座的轴向端面设有环形槽，所述环形槽的截面呈T形，所述角轴箱的近端设有凸缘，所述凸缘设有螺钉，所述螺钉与所述环形槽内的螺母块连接。

4.根据权利要求2所述的角度头，其特征在于，所述角轴箱与所述径向周面之间设有润滑块。

5.根据权利要求1所述的角度头，其特征在于，还包括：

换刀机构，包括定位块、定位销、换刀挡板、弹性部件和角度卡盘，所述角度卡盘呈环状并设有缺口，所述角度卡盘紧固安装于所述刀柄输入轴，所述定位销沿所述刀柄输入轴的轴向安装于所述定位块，所述定位块与所述机体连接，所述换刀挡板可浮动的套装于所述定位销，所述换刀挡板在所述弹性部件的作用下抬起并卡入所述角度卡盘的缺口。

6.根据权利要求1所述的角度头，其特征在于，所述角轴箱设有角轴箱座和角轴箱盖，所述角轴箱座和角轴箱盖可拆卸连接，所述角轴箱座和角轴箱盖沿所述刀柄输入轴的轴向延伸一定长度，并在内部限定出安装所述传动机构的内腔，所述传动机构包括多个传动轴，所述传动轴通过第二轴承支承于所述内腔中，所述传动轴的轴线与所述输出轴组件的轴线平行，多个所述传动轴沿所述刀柄输入轴的轴向分布，相邻的所述传动轴通过第二传动齿轮传动，位于所述角轴箱近端的第一个所述传动轴设有第一锥齿轮，所述第一传动齿轮包括与所述第一锥齿轮传动配合的第二锥齿轮。

7.根据权利要求6所述的角度头，其特征在于，所述角轴箱座和角轴箱盖偏置于所述刀柄输入轴的轴线一侧。

8.一种机床，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的角度头。

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