CN114310416A - 一种拉爪为一体型的新型主轴拉刀机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉爪为一体型的新型高速主轴拉刀机构，其结构包括：主轴轴芯、BT刀柄、拉钉、一体型拉爪、喷水顶杆、梯形槽拉头、拉刀杆、喷水顶杆螺纹联接套、顶推弹簧、碟簧前垫、碟簧组、碟簧中间垫圈、中导水杆、轴芯后盖、中间联接环、后联接压环、旋转联接器安装杆、轴承支撑环、隔环、后导水杆。本新型主轴拉刀机构，针对于高端数控机床卧式加工中心主轴而设计，采用一体型拉爪具有良好的旋转动态平衡性可效提高主轴转速；松拉刀动作的稳定性，可有效辅助提高卧式加工中心的自动换刀的稳定性，结合高压喷切削水的新加工工艺，可有效提高加工效率，改善切削性能，提高刀具寿命，减少刀具损耗，节约加工成本。

Description

一种拉爪为一体型的新型主轴拉刀机构

技术领域

本发明涉及机床零部件领域，具体是指一种应用于卧式加工心主轴，拉爪为一体型且主轴中心能喷水，主轴前端能喷气的新型高速主轴拉刀机构。

背景技术

卧式加工中心，数控镗床相对立式加工中心，无论从技术难度还是复杂性都有高很多的技术壁垒，国内数控机床厂家大多集中在中低端的立式加工中心生产，而生产卧式加工中心的厂家屈指可数，能生产高精度的卧式加工中心就更少，但卧式加工中心相对立式加工中心有很多优越性，首先工作台是开放式，方便加工工件安装，可以加装大型旋转工作台，可以加装交换工作台提高加工效率，可以加装大型刀库完成复杂加工工艺；发展高端数控机床是国家的战略需求，而要发展卧式加工中心，须要有很多基础技术研究去支持，有很多细节须改善创新：

针对卧式加工中心主轴内拉刀机构的拉爪，国内机床常用为普通分体式拉爪：拉爪分三部分：拉爪爪片，有螺纹的拉爪拉栓部分(分内牙或外牙两种)与环形弹簧。卧式加工中心主轴水平设置，拉刀机构同样水平状态时，主轴锥孔内容易积水，环形弹簧稍长时就容易生锈，(不锈钢弹簧疲劳寿命不如弹簧钢) 另外在松刀时，环形弹簧弹性扎箍使拉爪爪片前端张开，环形弹簧失效或弹力较小时，张开的拉爪爪片，上面的两片在自重作用，拉爪前端就会下垂，就会卡滞刀柄拉钉，自动换刀机械手拔刀时，就可能出现掉刀，或卡住刀拔不出的情况；

针对卧式加工中心切削加工，一般都是主轴前端加装喷水管，喷水冷却，但还是达不到很强冷却效果，大幅提高切削效率的作用；

针对卧式加工中心自动换刀，保证换刀过程稳定顺遂，拉爪改善是一方面，刀柄锥柄及主轴锥孔必须清洁，接触才能稳定，才能保证加工精度；

因此，一种应用于卧式加工中心、拉爪能长时间稳定作松拉刀动作、主轴中心能高压喷水，主轴前端能喷气的新型主轴拉刀机构亟待研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为配合高端卧式加工中心发展的要求，提供一种拉爪为一体型能长时间稳定作松拉刀动作、主轴中心能高压喷水，主轴前端能喷气的新型主轴拉刀机构。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种应用一体型拉爪，主轴中心能高压喷水，主轴前端能喷气的新型主轴拉刀机构，在拉紧刀状态结构如下：包括主轴轴芯，所述主轴轴芯前锥孔装配BT 刀柄，所述BT刀柄锥柄小端装配刀柄拉钉，所述刀柄拉钉被一体式拉爪内径凹槽前凸台轴向往主轴后端拉住，接触面角度为90度，所述一体型拉爪套在拉刀杆外径上，所述一体型拉爪后部分圆环整体部分内径与拉刀杆外径之间间隙配合，所述一体型拉爪被拉刀杆前端的梯形槽拉头直角台阶面卡住往主轴后端拉住，所述梯形槽拉头与拉刀杆之间螺纹联接，所述一体型拉爪收缩在主轴轴芯内径孔内，一体型拉爪外径前部分收缩进主轴轴芯内孔一段距离，一体型拉爪前后两部分外径对应主轴轴芯内径上有台阶分开的两部分内径，间隙配合，所述拉刀杆从中心孔串起碟簧前垫圈、两个碟簧组、及碟簧中间隔圈，所述拉刀杆串起的拉刀机构安装在主轴轴芯内孔内，所述轴芯后盖作后移限位，所述轴芯后盖与主轴轴芯之间螺纹联接，所述拉刀杆伸出轴芯的后端部分依次安装有中间联接环、旋转联接器安装杆、后联接压环，所述中间联接环与拉刀杆后端部之间用螺栓联接，所述中间联接环、旋转联接器安装杆、后联接压环之间用螺栓串联接，所述旋转联接器安装杆后部外径有轴承支撑环与隔环，所述旋转联接器安装杆后端内孔有安装旋转联接器的左牙内螺纹，所述旋转联接器安装杆后端轴径上有两个孔，用于导入气源，所述梯形槽拉头、拉刀杆、旋转联接器安装杆的中心孔内依次安装有喷水顶杆、喷水顶杆联接螺纹套、顶推弹簧、中导水杆、后导水杆，所述喷水顶杆被顶推弹簧顶推保持接触刀柄拉钉后端面。

本发明与现有技术相比的优点在于：此型主轴拉刀机构，采用一体型拉爪与应用主轴中心高压喷水的高速切削加工新工艺，并能喷水喷气分开，结合叁者优点，应用于高端数控机床，有效保证提高主轴高速动态平衡，提高加工效率，表面加工精度，并稳定自动运转，能创造出卓越的价值；优点如下：

一，此新型拉刀机构的拉爪为一体型拉爪，松拉刀动作可靠，拉刀动作时，一体型拉爪外径前部分在自身弹性作用下，径向收缩，后被梯形槽拉头卡住一体型拉爪内径中间凸台，拉进主轴轴芯内径内，拉进一段距离后拉紧刀柄拉钉；松刀动作时，拉刀杆前移，同样梯形槽拉头卡住一体型拉爪内径中间凸台，一体型拉爪一起前移，移动至一体型拉爪后一部分环形整体部分接触主轴轴芯内径台阶后，一体型拉爪被卡住，不再前移动，一体型拉爪外径前部分刚好全部伸出拉爪外径套内孔，松开刀柄拉钉，拉刀杆再前移，梯形槽拉头斜角面会撑开一体型拉爪前部分，喷水顶杆顶动刀柄拉钉，此新型拉爪动作可靠，有效保证自动换刀的稳定性，较小故障率；

二，此新型拉刀机构的拉爪为一体型拉爪，主轴高速旋转时，具有良好的动态平衡，有效辅助提高主轴转速；

三，此新型拉刀机构能从旋转联接器安装杆后端径向安装旋转联接器导入喷气，后能从主轴轴芯的前端面与主轴锥孔喷出，加工中心自动换刀时，清洁气源喷出，清洁刀柄与主轴锥孔，保证刀柄锥柄与主轴锥孔接触的稳定性，保护换刀后刀具加工的稳定性，保证加工精度，且喷水与喷气互不混合干扰；

四，此新型拉刀机构能从旋转联接器安装杆后端孔轴向安装旋转联接器导入高压喷水到刀柄中心，再到刀具刃口高压喷出，是一种新型高速切削技术，高速切削刀具中心高压喷水运作原理：刀具高速切削工件会产生高温水蒸汽而工件表面的水蒸汽会隔绝切削液附着，导致冷却工件或刀具的效果不到20％，唯有把切削液加压至1000PSI(70BAR)以上，切削液才能直接接触工件和刀具，到最有效率的降温效果，当刀具不容易过热时，就可以大幅度提升线速度，及进给率；主轴中心主高压喷水产生后果，没有铁屑缠绕，直接断屑排出；带走切削时摩擦高温热量，延长刀具使用寿命，直接优势：1直接大幅提高加工效率 50％，2大幅提高刀具使用寿命，节约生产成本；3减少刀痕，获得良好的加工表面质量。

结论，此新型拉刀机构有效辅助提高国内高端数控卧式加工中心的自动换刀的稳定性，提高加工效率，改善切削性能，提高刀具寿命，减少刀具损耗，节约加工成本。

作为改进，所述拉刀机构的一体型拉爪与拉刀杆之间没有螺纹联接，一体型拉爪前后移动靠拉刀杆前端梯形槽拉头卡住一体型拉爪内径中间凸台一起移动。

作为改进，所述拉刀机构的一体型拉爪与原来普通分体型拉爪完全不一样的动作原理，一体型拉爪被拉刀杆前端梯形槽拉头卡住前移，一体型拉爪环形整体部分轴向被主轴轴芯内孔台阶轴向限位停止移动后，拉刀杆继续前移，一体型拉爪前中部分被拉刀杆前端梯形槽拉头斜角撑开，完成一体型拉爪张开动作，常用普通分体型拉爪靠环形弹簧弹性箍扎才能张开。

作为改进，所述拉刀机构的气通道与水通首互不干扰，相互独立，各通道联通接口处均有O形圈密封，喷水通道的喷水顶杆与刀柄刀钉之间，设计有弹簧顶推，保证喷水顶杆与刀柄刀钉持续密封接触。

作为改进，所述拉刀机构的拉刀杆后端大直径端轴向有透气孔，保证松拉刀动作，碟簧安装空间变化不压缩空气。

附图说明

图1是为常用普通型拉爪外形与结构图。

图2是一种应用于高端卧式加工心主轴拉刀机构的一体型拉爪结构图。

图3是一种拉爪为一体型的主轴新型拉刀机构。

图4是一种拉爪为一体型的主轴新型拉刀机构后端结构示意图。

图5是一种拉爪为一体型的主轴新型拉刀机构拉紧刀状态示意图。

图6是一种拉爪为一体型的主轴新型拉刀机构松刀过程1示意图。

图7是一种拉爪为一体型的主轴新型拉刀机构松刀状态示意图。

如图-3所示：1、主轴轴芯，2、BT刀柄，3、拉钉，4、一体型拉爪，5、喷水顶杆，6、梯形槽拉头， 7、拉刀杆，8、喷水顶杆螺纹联接套，9、顶推弹簧，10、碟簧前垫，11、碟簧组，12、碟簧中间垫圈， 13、中导水杆，14、轴芯后盖，15、中间联接环，16、后联接压环，17、旋转联接器安装杆，18、轴承支撑环，19、隔环，20、后导水杆，A、一体型拉爪内径前凸台与拉钉接触面，B、刀柄拉钉后端面，C、一体型拉爪内径中间凸台与拉刀杆环形槽直角接触面，D、一体型拉爪内径中间凸台与拉刀杆环形槽后斜角接触面，E、主轴轴芯内径台阶面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明在具体实施时，为解决上述问题，本新型拉刀机构的拉爪为一体型拉爪，外形如图-2，本新型拉爪外型可分为前中后三部分，其中前中两部分分割八瓣，后一部分为圆环整体，外径形状：后一部分圆环外径大于前中端部分被分割部分整体的外径，中间部分外径小于前后两部分，内径形状：整体中间通孔，一体型拉爪前端部分整体内径加工有一段凹槽，中间部分与前端部分之间是一个中间凸台；

本发明气源通道为，旋转联接器安装杆后端外径上安装旋转联接器导入气源，从旋转联接器安装杆后径向孔导入到旋转联接器安装杆内孔与后导水杆外径之间空间，到拉刀杆内径与中导水杆外径之间空间，从拉刀杆前径向孔导入到拉刀杆外径与主轴轴芯内径之间空间，后进主轴轴芯壁内小孔，导入到主轴前端与锥孔吹出，通道所有联接处均有O形圈密封，参考图-4；

本发明高压水通道为，旋转联接器安装杆后端轴向内径孔安装旋转联接器导入高压切削水，经后导水杆内径孔，中导水杆内径孔，顶推弹簧安装孔，顶推杆联接螺母内孔，喷水顶杆内孔到刀柄拉钉内孔，到刀柄中心孔，从刀具中心喷出，通道所有联接处均有O形圈密封,参考图-4；

本发明的工作原理：本新型主轴拉刀机构松刀过程：从本新型主轴拉刀机构中拉紧刀柄的状态，参考图-5示,拉刀杆后端安装的后联接压环，承受松刀油缸活塞顶推力F作用，拉刀杆往主轴前端移动，一体型拉爪被拉刀杆前端梯形槽拉头斜角台阶面(D)顶推前移，至一体型拉爪外径前端部分全部伸出主轴轴芯小内径孔，一体型拉爪后圆环整体部分会被轴向卡在拉爪外径套内径台阶(E)不再前移动，即图6所示状态，后拉刀杆继续前移，一体型拉爪前中部分会被被拉刀杆前端梯形槽拉头斜角台阶面(D)撑开，这就完成一体型拉爪张开的动作，拉刀杆前端顶动刀柄拉钉，完成松刀过程，即图7所示状态；

本新型主轴拉刀机构拉紧刀过程：拉爪在张开状态，也即松刀油缸一直在压住后联接压环，压缩碟簧状态，刀柄在加工中心自动换刀过程，刀柄被机械手塞进主轴孔内，到位感应到信号后，主轴松刀油缸电磁阀换向，松刀油缸活塞后退，拉刀杆在碟簧恢复变形过程中被顶推住后主轴后端后退，拉刀杆环梯形槽拉头斜角台阶面(D)，顶推一体型拉爪张开的作用力消失，张开状态的一体型拉爪前部分自身弹性径向收缩，到内径中间凸台会卡进拉刀杆前端梯形槽拉头环槽内，拉刀杆梯形槽直角台阶面(C)卡住一体型拉爪中间内径凸台前直角面后移，一体型拉爪(A)面拉住刀柄拉钉往后移，一体型拉爪外径前部分被进主轴轴芯小内径孔内一段距离，拉紧刀柄后，一体型拉爪不再后移，拉刀杆不再后移，主轴松刀油缸活塞脱离后联接压环，完成一体型拉爪拉紧刀柄过程，图7到图5过程。

本发明的新型主轴拉刀机构，针对于高端数控机床卧式加工中心主轴而设计，采用一体型拉爪具有良好的旋转动态平衡性可效提高主轴转速；松拉刀动作的稳定性，可有效辅助提高卧式加工中心的自动换刀的稳定性，结合高压喷切削水的新加工工艺，可有效提高加工效率，改善切削性能，提高刀具寿命，减少刀具损耗，节约加工成本。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种拉爪为一体型拉爪的新型主轴拉刀机构，其特征在于所述主轴轴芯(1)前锥孔装配BT刀柄(2)，所述BT刀柄锥柄小端装配刀柄拉钉(3)，所述刀柄拉钉被一体式拉爪(4)内径凹槽前凸台轴向往主轴后端拉住，接触面角度为90度，所述一体型拉爪套在拉刀杆(7)外径上，所述一体型拉爪后部分圆环整体部分内径与拉刀杆外径之间间隙配合，所述一体型拉爪被拉刀杆前端的梯形槽拉头(6)直角台阶面(C)卡住往主轴后端拉住，所述梯形槽拉头与拉刀杆之间螺纹联接，所述一体型拉爪收缩在主轴轴芯内径孔内，一体型拉爪外径前部分收缩进主轴轴芯内孔一段距离，一体型拉爪前后两部分外径对应主轴轴芯内径上有台阶(E)分开的两部分内径，间隙配合，所述拉刀杆从中心孔串起碟簧前垫圈(10)、两个碟簧组(11)、及碟簧中间隔圈(12)，所述拉刀杆串起的拉刀机构安装在主轴轴芯内孔内，所述轴芯后盖(14)作后移限位，所述轴芯后盖与主轴轴芯之间螺纹联接，所述拉刀杆伸出轴芯的后端部分依次安装有中间联接环(15)、旋转联接器安装杆(17)、后联接压环(16)，所述中间联接环与拉刀杆后端部之间用螺栓联接，所述中间联接环、旋转联接器安装杆、后联接压环之间用螺栓串联接，所述旋转联接器安装杆后部外径有轴承支撑环(18)与隔环(19)，所述旋转联接器安装杆后端内孔有安装旋转联接器的左牙内螺纹，所述旋转联接器安装杆后端轴径上有两个孔，用于导入气源，所述梯形槽拉头、拉刀杆、旋转联接器安装杆的中心孔内依次安装有喷水顶杆(5)、喷水顶杆联接螺纹套(8)、顶推弹簧(9)、中导水杆(13)、后导水杆(20)，所述喷水顶杆被顶推弹簧顶推保持接触刀柄拉钉后端面。

2.根据权利要求1所述的一种拉爪为一体型拉爪的新型主轴拉刀机构，其特征在于：所述一体型拉爪内径的中间凸台卡在拉刀杆前端梯形槽拉头环形槽内(C，D之间)，拉刀杆前端梯形槽拉头环形槽能卡住一体型拉爪前后移动；一体型拉爪后圆环整体部分内径孔与拉刀杆间隙配合，一体型拉爪与拉刀杆之间没有螺纹联接。

3.根据权利要求1所述的一种拉爪为一体型拉爪的新型主轴拉刀机构，其特征在于：所述一体型拉爪与拉爪外径套之间，一体型拉爪收缩在主轴轴芯孔，一体型拉爪外径前部分收缩进拉爪外径套内孔一段距离，一体型拉爪前后两部分外径分别对应主轴轴芯内径上有台阶面(E)分开的两部分，间隙配合，一体型拉爪前移时，当一体型拉爪前端部分外径会全部伸出拉爪外径套时，主轴轴芯台阶面(E)刚好能卡住一体型拉爪后端部分圆环整体，让一体型拉爪不能再前移。

4.根据权利要求1所述的一种拉爪为一体型拉爪的新型主轴拉刀机构，其特征在于：所述拉刀机构的气通道与水通首互不干扰，相互独立，各通道联通接口处均有O形圈密封，喷水通道的喷水顶杆与刀柄刀钉之间，设计有弹簧顶推，保证喷水顶杆与刀柄刀钉持续密封接触。

5.根据权处要求1所述的一种拉爪为一体型拉爪的新型主轴拉刀机构，其特征在于：所述拉刀机构的拉刀杆后端大直径端轴向有透气孔，保证松拉刀动作，碟簧安装空间变化不产生气压差。

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