CN114310413A - 一种数控机床的拉马式主轴推刀缸及数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数控机床的拉马式主轴推刀缸及数控机床，其中，拉马式主轴推刀缸包括：活塞与缸体之间安装有活塞弹簧，拉爪设置在缸体内，缸盖、缸体和拉爪依次通过缸盖螺栓紧固在一起，主轴单元的锁紧螺帽设置在拉爪内，拉马式主轴推刀缸通过螺栓和弹簧固定在数控机床的轴承座上，弹簧套设在螺栓上；当装刀或卸刀时，推动活塞向前运动，拉马式主轴推刀缸受到活塞的反作用力，相对于轴承座做后移运动，直到拉爪拉住锁紧螺帽；此时活塞继续往前推，最终推动刀具的安装装置张开口，等待装入新刀具，在上述过程中，把主轴上承受的推刀力转移给了拉马式主轴推刀缸上；这将大大提高使用寿命，保证主轴精度的稳定性，从而提高了生产效率和加工精度。

Description

一种数控机床的拉马式主轴推刀缸及数控机床

技术领域

本发明属于机械技术领域，尤其涉及一种数控机床的拉马式主轴推刀缸及数控机床。

背景技术

随着数控机床技术的不断发展和更新迭代，切削刀具的装载和拆卸由传统的人工作业方式逐渐转变为机电自动化，甚至渐渐出现了全自动换刀的局面。这样，不仅降低了现场操机人员的劳动强度，同时消除了安全隐患，而且提高了生产效率，降低了生产成本。

现代数控机床的装刀和卸刀通常是由液压缸或气压缸作为动力源来完成，从原理角度分析，当具有一定压力的媒介(液压油或压缩空气)进入液压缸或气压缸的腔体内，继而推动活塞作直线运动；然后活塞杆推动机床主轴的拉刀机构，并克服拉刀机构内蝶形弹簧的预紧力，使得拉爪张开。此时，手动或自动将刀具插入主轴锥孔内，液压缸或气压缸腔体内的压力媒介便卸压，同时活塞后退并返回到初始位置，然后刀具便被拉刀机构紧紧抓牢。这样，便实现了一次完整的装刀(或卸刀)过程。

然而，根据力的传递原理可知，整个过程活塞所施加给主轴拉刀机构的推刀力，最终由主轴轴承承受。而活塞所产生的推刀力一般从几百公斤力到几吨力，如此大的负荷频繁施加在主轴轴承上，将大大降低主轴轴承的使用寿命；特别是对于高转速主轴，这是产生高速轴承失效的主因之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种数控机床的拉马式主轴推刀缸及数控机床的技术方案，以解决上述技术问题。

本发明第一方面公开了一种数控机床的拉马式主轴推刀缸，所述拉马式主轴推刀缸包括：活塞、缸盖、缸体、活塞弹簧、缸盖螺栓、拉爪、弹簧和螺栓；

所述活塞与所述缸体之间安装有所述活塞弹簧，所述拉爪设置在缸体内，所述缸盖、缸体和拉爪依次通过缸盖螺栓紧固在一起，数控机床的主轴单元的一部分设置在所述拉爪内，所述拉马式主轴推刀缸通过所述螺栓和弹簧固定在数控机床的轴承座上，所述弹簧套设在所述螺栓上；

当装刀或卸刀时，推动所述活塞向前运动，所述拉马式主轴推刀缸受到所述活塞的反作用力，相对于所述轴承座做后移运动，带动所述拉爪向后移动，并通过拉爪拉住主轴单元的一部分之后，停止后移；此时活塞继续向前推，最终推动刀具的安装装置张开口，等待装入新刀具，在上述过程中，把主轴上承受的推刀力转移给了所述拉马式主轴推刀缸上；

当装刀或卸刀完成后，所述拉马式主轴推刀缸的活塞在活塞弹簧的作用力下回到初始状态。

根据本发明第一方面的技术方案，所述拉马式主轴推刀缸还包括：调整垫片，所述调整垫片设置于缸体和拉爪之间，用于支撑所述拉爪，同时还用于调节所述拉马式主轴推刀缸的推刀距离。

根据本发明第一方面的技术方案，所述主轴单元包括：锁紧螺帽、拉刀杆和主轴；所述拉刀杆设置在主轴的锥孔里，所述锁紧螺帽安装在所述主轴的末端，用于锁紧主轴单元前端的零部件；所述数控机床的主轴单元的一部分设置在所述拉爪内，即所述锁紧螺帽11设置在所述拉爪内。

根据本发明第一方面的技术方案，所述调整垫片的厚度为3-4mm，所述锁紧螺帽11和所述拉爪6之间的间隙为0.8-1.2mm。

根据本发明第一方面的技术方案，所述活塞弹簧为多个，并沿圆周方向等分角度安装。

根据本发明第一方面的技术方案，所述螺栓为六角螺栓，所述螺栓和弹簧沿圆周方向等分角度固定安装所述弹簧用于使所述拉马式主轴推刀缸回到初始位置状态。

根据本发明第一方面的技术方案，所述拉爪由4个爪瓣组成，所述拉爪的爪瓣具有张开和收缩的功能。

根据本发明第一方面的技术方案，所述主轴单元还包括：蝶形弹片组、刀具拉爪和主轴轴承；

所述蝶形弹片组套设在所述拉刀杆上；所述刀具拉爪即为所述刀具的安装装置，设置在所述拉刀杆的另一端；所述主轴轴承套置在所述拉刀杆上，用于支撑所述拉刀杆。

根据本发明第一方面的技术方案，所述拉马式主轴推刀缸还包括具有一定压力的媒介，所述媒介进入所述拉马式主轴推刀缸的腔内，用于推动活塞向前运动。

本发明第二方面提供一种数控机床，包括第一方面任一项所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸。

可见，本发明提出的方案，在机床主轴装刀或卸刀时，避免推刀力最终施加在主轴轴承上，在推刀液压缸或气压缸上设计一个拉马式的机构及本申请所公开的数控机床的拉马式主轴推刀缸，尤其是应用在主轴上，使得承受推刀力的对象转移到主轴的轴芯零件上。这样，在装刀或卸刀时，主轴轴承不再受到任何的轴向载荷和径向载荷，这将大大提高其使用寿命，保证主轴精度的稳定性，从而提高了生产效率和加工精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的一种数控机床的拉马式主轴推刀缸的主视图的剖面图；

图2为根据本发明实施例的一种数控机床的拉马式主轴推刀缸的左视图；

图3为根据本发明实施例的一种数控机床的拉马式主轴推刀缸的右视图；

图4为根据本发明实施例的一种数控机床的拉马式主轴推刀缸的A-A剖视图；

图5为根据本发明实施例的一种数控机床的拉马式主轴推刀缸的B-B剖视图；

图6为根据本发明实施例的一种数控机床的拉马式主轴推刀缸的刀具拉爪结构示意图。

图中，1-活塞、2-缸盖、3-缸体、4-活塞弹簧、5-缸盖螺栓、6-拉爪、7-调整垫片、8-弹簧、9-螺栓、10-轴承座、11-锁紧螺帽、12-拉刀杆、13-蝶形弹片组、14-刀具拉爪、15-主轴轴承、16-主轴、17-刀具的拉钉、18-刀具的刀柄。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在数控机床的设计中，主轴松拉刀具的动力机构通常设计为推刀缸，由于推刀缸的设计简单而紧凑，一般安装在主轴单元内部并成为主轴单元的一部分。

通常设计下的推刀缸的装刀或卸刀过程如下：当装刀或卸刀的指令进入NC后(NC为数控系统)，具有一定压力的媒介，如液压油，进入推刀缸的液压腔内，同时推动活塞1往前运动；继而活塞1推动拉刀机构的拉刀杆12，同时克服蝶形弹簧组13的预紧力，使得拉刀杆12继续往前运动，然后推动拉爪14也往前移动，最终使刀具拉爪14张开，此时所有动作完成，等待装入新刀具。此时的推刀力也传递给主轴轴承15上。

普通的推刀缸是将推力施加给拉刀机构，并克服拉刀机构的蝶形弹片组的预紧力，最终使得拉爪张开。在这个过程中，推刀缸的推力最终是传递到主轴轴承上，这便使主轴轴承承受非正常的高载荷，如果机床施行频繁的换刀动作，那么主轴轴承将频繁的承受这种高载荷，如此，主轴轴承的寿命将大大降低，精度也会渐渐丧失。

实施例1：

本发明公开了一种数控机床的拉马式主轴推刀缸，具体如图1所示，所述拉马式主轴推刀缸包括：活塞1、缸盖2、缸体3、活塞弹簧4、缸盖螺栓5、拉爪6、弹簧8和螺栓9；

所述活塞1与所述缸体3之间安装有所述活塞弹簧4，所述拉爪6设置在缸体3内，所述缸盖2、缸体3和拉爪6依次通过缸盖螺栓5紧固在一起，主轴单元的一部分设置在所述拉爪6内；

在一些实施例中，所述一部分即为锁紧螺帽，所述拉马式主轴推刀缸通过所述螺栓9和弹簧8固定在数控机床的轴承座10上，所述弹簧8套设在所述螺栓9上；

当装刀或卸刀时，推动所述活塞1向前运动，所述拉马式主轴推刀缸受到所述活塞1的反作用力，相对于所述轴承座10做后移运动，直到所述拉爪6拉住所述数控机床的主轴单元的一部分即锁紧螺帽之后，停止后移；此时活塞1继续往前推，最终推动刀具的安装装置张开口，等待装入新刀具，在上述过程中，把主轴上承受的推刀力转移给了所述拉马式主轴推刀缸上；

当装刀或卸刀完成后，所述拉马式主轴推刀缸的活塞1在活塞弹簧4的作用力下回到初始状态。

在一些实施例中，所述拉马式主轴推刀缸还包括：调整垫片7，所述调整垫片设置于缸体3和拉爪6之间，用于支撑所述拉爪6，同时还用于调节所述拉马式主轴推刀缸的推刀距离。

其中，所述调整垫片7的厚度为3-4mm,整垫片的厚度是现配尺寸，范围在3-4mm之间。在实际装配时，现配的调整垫片的具体尺寸，必须满足锁紧螺帽11和拉爪6之间的间隙为0.8-1.2mm，当机床加工时，刀具被主轴抓紧，刀具和主轴一起发生高速旋转运动，但是拉马式推刀缸是静止的。所以装配时要有间隙，否则就会摩擦干涉；但是间隙过大也不好，因为推刀缸内的活塞行程有限，若间隙过大，很可能发生拉刀杆的松刀行程变短，导致刀具无法松开，一般优选为1mm，经过试验验证为最优值。

所述调整垫片7的厚度是现配尺寸，范围在3-4mm之间，在实际装配时，现配的调整垫片的具体尺寸，必须满足锁紧螺帽11和拉爪6之间的间隙为1mm时，测量调整垫片的具体尺寸，一般为3-4mm。

如图1所示，所述数控机床的主轴单元包括：锁紧螺帽11、拉刀杆12、主轴16；所述拉刀杆12设置在主轴16的锥孔里，所述锁紧螺帽11安装在所述主轴16的末端，用于锁紧主轴单元前端的零部件；具体可用于固定和锁紧前端所有零件，如轴承、齿轮、隔垫等的轴向位置，防止其发生轴向位移；

所述数控机床的主轴单元的一部分设置在所述拉爪内，即所述锁紧螺帽11设置在所述拉爪内。

根据上述实施例，具体地，所述活塞弹簧4为多个，并沿圆周方向等分角度安装，一般优选为5个活塞弹簧，当然也可以是6个。

在一些实施例，所述螺栓9为六角螺栓，所述螺栓9和弹簧8沿圆周方向等分角度固定安装所述弹簧8用于使所述拉马式主轴推刀缸回到初始位置状态；其中所述螺栓9和弹簧8个数相同，弹簧8和螺栓9成套使用，一般设计为六等分或八等分，等分数量不能过少，以免影响稳定性。其中，螺栓9的作用是支撑住整个拉马式主轴推刀缸，并可以使其沿着这些螺栓作轴向位移运动。而弹簧8的作用是待推刀缸完成推刀动作后，并内部压力卸荷，通过这些弹簧的压缩力使得推刀缸恢复到初始状态的位置；如果螺栓和弹簧的数量过少，则支撑不住推刀缸，也无法让推刀缸恢复到初始状态位置，当然过多也不好，经济效果差，维修和安装麻烦，一般优选为螺栓9和弹簧8分别为6个；当然如果主轴过大，配套的拉马式主轴推刀缸也随之增大，为保证强度，也可以选择螺栓9和弹簧8分别为8个。

其中，所述拉爪6和刀具拉爪14的结构相同，以刀具拉爪14结构为例，具体刀具拉爪14结构形式如图6所示，刀具的刀柄部位18、刀具的拉钉17；拉爪由4个爪瓣组成，其中刀具拉爪14通过拉刀杆12的轴向位移，刀具拉爪14的口部实现张开和收缩的动作，进而实现拉住刀具的拉钉17和松开拉钉17，刀具的拉钉17一端镶嵌在刀具拉爪14的爪瓣内，一端与刀具的刀柄部位18连接。

所述主轴单元还包括：蝶形弹片组13、刀具拉爪14、主轴轴承15和主轴16

所述蝶形弹片组13套设在所述拉刀杆12上；所述刀具拉爪14设置在所述拉刀杆12的另一端；所述主轴轴承15套置在所述拉刀杆12上，用于支撑所述拉刀杆12。

所述拉马式主轴推刀缸还包括具有一定压力的媒介，所述媒介进入所述拉马式主轴推刀缸的腔内，用于推动活塞1向前运动。

实施例2：

本发明公开的一种数控机床的拉马式主轴推刀缸，尤其是应用于主轴上，可以将施加到主轴轴承上的推力转移到其他地方，从而有效保护主轴轴承。

以数控机床为例，如图1所示，为数控机床的拉马式主轴推刀缸的主视图的剖面图；

所述数控机床具体包括：拉马式主轴推刀缸和主轴单元；

其中，

拉马式主轴推刀缸主要包括：活塞1、缸盖2、缸体3、活塞弹簧4、缸盖螺栓5、拉爪6、调整垫片7、弹簧8和螺丝9；

主轴单元主要包括：锁紧螺帽11、拉刀杆12、蝶形弹片组13、-刀具拉爪14、主轴轴承15、主轴16等；

具体说明拉马式主轴推刀缸的动作原理和作用：

图2为拉马式主轴推刀缸的左视图即外侧图；图3为拉马式主轴推刀缸的右视图即内侧图；如图2-3可知，活塞1与缸体3之间安装有圆周方向五等分角度的活塞弹簧4，用于活塞1返回动作时的作用力；缸盖2、缸体3、调整垫片7和拉爪6通过缸盖螺栓5紧固；

调整垫片7有个设计厚度尺寸，可以为3-4㎜。实际现配时，以拉马式推刀缸的拉马与主轴单元上的末端锁紧螺母之间形成0.8-1.2㎜的间隙为基准，计算所得该厚度尺寸，并作为调整垫片7最终的使用尺寸。

其中，当没有调整垫片7时，缸体3有内部有凸缘，所述拉爪6的一端直接抵在缸体3的凸缘上，防止窜动；

优选的方式是，增加调整垫片7，调整垫片7安装在缸体3内，抵在缸体的凸缘上，所述拉爪6的一端抵在的调整垫片7上，防止窜动；

后期装配时会将主轴单元的锁紧螺帽11装入拉爪6内；整个推刀缸通过一圈六个螺栓9和弹簧8固定在轴承座10上，弹簧8的作用是让推刀缸移动后可以回到初始位置状态。

当设计为拉马式主轴推刀缸的情况时：

图4为拉马式主轴推刀缸的A-A剖视图，图5为拉马式主轴推刀缸的B-B剖视图；如图4-5所示，当装刀或卸刀的指令进入NC后，具有一定压力的媒介(以液压油为例)进入推刀缸的液压腔内，同时推动活塞1往前运动；当活塞1推动拉刀机构的拉刀杆12时，拉马式主轴推刀缸受到活塞1的反作用力，并克服缸体3上一圈六个弹簧8的预紧力，相对于轴承座10作后移运动，直到拉爪6拉住主轴单元的锁紧螺帽11后停止后移；此时活塞1继续往前推动拉刀机构的拉刀杆12，继而克服蝶形弹簧组13的预紧力，最终推动刀具拉爪14张开，此时所有动作完成，等待装入新刀具。在推刀的整个过程中，由于推刀缸的拉爪6紧紧拉住主轴单元的锁紧螺帽11，也把原本承受在主轴轴承上的推刀力转移给了拉爪6和锁紧螺帽11上，由于这个动作设计利用了拉马工具的使用原理，故将称之为拉马式主轴推刀缸。

如果推刀缸的行程过长或过短，可以相应地增加或减小调整垫片7的厚度尺寸，便可以调整推刀距离，简单而方便。

当新刀具装入或卸刀完成指令进入NC后，油压卸荷，拉马式主轴推刀缸内的活塞1在一圈五个活塞弹簧4的作用力下往后移动并回到初始状态；拉马式主轴推刀缸在一圈六个弹簧8的作用力下往前移动并回到初始状态，此时拉爪6也与主轴单元的锁紧螺母11分离。主轴即可以处于正常的旋转状态。

实施例3：

一种数控机床，具体包括实施例1-2所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸。

综上，本发明各个方面的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明提供了一种数控机床的拉马式主轴推刀缸及数控机床，在机床主轴装刀或卸刀时，避免推刀力最终施加在主轴轴承上，在推刀液压缸或气压缸上设计一个拉马式的机构及本申请所公开的数控机床的拉马式主轴推刀缸，尤其是应用在主轴上，使得承受推刀力的对象转移到主轴的轴芯零件上。这样，在装刀或卸刀时，主轴轴承不再受到任何的轴向载荷和径向载荷，这将大大提高其使用寿命，保证主轴精度的稳定性，从而提高了生产效率和加工精度。

请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述拉马式主轴推刀缸包括：活塞、缸盖、缸体、活塞弹簧、缸盖螺栓、拉爪、弹簧和螺栓；

所述活塞与所述缸体之间安装有所述活塞弹簧，所述拉爪设置在缸体内，所述缸盖、缸体和拉爪依次通过缸盖螺栓紧固在一起，数控机床的主轴单元的一部分设置在所述拉爪内，所述拉马式主轴推刀缸通过所述螺栓和弹簧固定在数控机床的轴承座上，所述弹簧套设在所述螺栓上；

当装刀或卸刀时，推动所述活塞向前运动，所述拉马式主轴推刀缸受到所述活塞的反作用力，相对于所述轴承座做后移运动，带动所述拉爪向后移动，并通过拉爪拉住主轴单元的一部分之后，停止后移；此时活塞继续向前推，最终推动刀具的安装装置张开口，等待装入新刀具，在上述过程中，把主轴上承受的推刀力转移给了所述拉马式主轴推刀缸上；

当装刀或卸刀完成后，所述拉马式主轴推刀缸的活塞在活塞弹簧的作用力下回到初始状态。

2.根据权利要求1所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述拉马式主轴推刀缸还包括：调整垫片，所述调整垫片设置于缸体和拉爪之间，用于支撑所述拉爪，同时还用于调节所述拉马式主轴推刀缸的推刀距离。

3.根据权利要求2所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述主轴单元包括：锁紧螺帽、拉刀杆和主轴；所述拉刀杆设置在主轴的锥孔里，所述锁紧螺帽安装在所述主轴的末端，用于锁紧主轴单元前端的零部件；所述数控机床的主轴单元的一部分设置在所述拉爪内，即所述锁紧螺帽11设置在所述拉爪内。

4.根据权利要求3所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述调整垫片的厚度为3-4mm，所述锁紧螺帽11和所述拉爪6之间的间隙为0.8-1.2mm。

5.根据权利要求1所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述活塞弹簧为多个，并沿圆周方向等分角度安装。

6.根据权利要求1所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述螺栓为六角螺栓，所述螺栓和弹簧沿圆周方向等分角度固定安装所述弹簧用于使所述拉马式主轴推刀缸回到初始位置状态。

7.根据权利要求1所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述拉爪由4个爪瓣组成，所述拉爪的爪瓣具有张开和收缩的功能。

8.根据权利要求7所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述主轴单元还包括：蝶形弹片组、刀具拉爪和主轴轴承；

所述蝶形弹片组套设在所述拉刀杆上；所述刀具拉爪即为所述刀具的安装装置，设置在所述拉刀杆的另一端；所述主轴轴承套置在所述拉刀杆上，用于支撑所述拉刀杆。

9.根据权利要求8所述的数控机床的拉马式主轴推刀缸，其特征在于，所述拉马式主轴推刀缸还包括具有一定压力的媒介，所述媒介进入所述拉马式主轴推刀缸的腔内，用于推动活塞向前运动。

10.一种数控机床,其特征在于，所述数控机床上设置有如权利要求1-9任一项所述的拉马式主轴推刀缸。

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