CN114799237B - 一种电主轴及数控机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电主轴及数控机床，涉及数控机床技术领域，包括主轴，主轴的前端设置有插刀孔，主轴的轴心上滑动设置有一拉杆，主轴与拉杆之间设置有驱动拉杆往复滑动的驱动件，还包括夹刀机构，夹刀机构包括：多个活动夹头，其分别沿主轴的径向滑动设置于主轴上并贯穿插刀孔；多个活动杆，其与各活动夹头一一对应地连接；转动件，其共轴转动设置在主轴上，其包括环形部以及多个螺旋引导面，环形部上开设有多个倾斜的引导槽，各引导槽与各活动杆一一对应地滑动连接；多个触动杆，其连接到拉杆的端部，拉杆驱动各触动杆与各螺旋引导面一一对应地活动抵接配合的过程中驱使转动件转动，以使各活动夹头沿主轴径向滑动至插刀孔内以夹持刀具。

Description

一种电主轴及数控机床
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，具体为一种电主轴及数控机床。
背景技术
数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
电主轴是数控机床中负责操刀的核心部件，其可靠形直接影响着工件的加工精度，因此电主轴夹刀时干脆利索、定心可靠，并且应尽可能减少电主轴的换刀时间，提高机床加工效率。
现有技术中电主轴的夹刀机构大多采用能够铰接活动的夹爪结构来夹持刀具，为保证所夹持的刀具定心可靠，夹爪需要对刀具施加十分大的夹持力，而夹爪自身固有的长杆状的结构特性，在长期频繁换刀的工况下，夹爪容易出现金属疲劳产生细微变形，使电主轴在加工工件过程中出现刀具定心不稳的缺陷，降低了加工精度，工件合格率下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种电主轴及数控机床，以解决上述现有技术中的不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电主轴，包括空心结构的主轴，所述主轴的前端设置有用于插入刀具的插刀孔，所述主轴的轴心上滑动设置有一拉杆，所述主轴与拉杆之间设置有驱动拉杆沿主轴的轴心往复滑动的驱动件，还包括夹刀机构，所述夹刀机构包括：呈环形分布的多个活动夹头，其分别沿主轴的径向滑动设置于主轴上并贯穿插刀孔；多个活动杆，其与各活动夹头一一对应地连接；转动件，其共轴转动设置在主轴上，其包括环形部以及固定连接在环形部上的多个螺旋引导面，所述环形部上开设有多个倾斜的引导槽，各所述引导槽与各活动杆一一对应地滑动连接；多个触动杆，其均通过连接件连接到所述拉杆的端部，所述拉杆驱动各所述触动杆与各螺旋引导面一一对应地活动抵接配合的过程中驱使转动件转动，件转动过程中通过引导槽挤压活动杆，以使各活动夹头沿主轴径向滑动至插刀孔内以夹持刀具。
进一步的，所述主轴上沿径向开设有多个滑槽，各活动夹头与各滑槽一一对应地滑动连接。
进一步的，所述活动杆与对应的活动夹头转动连接。
进一步的，所述转动件还包括限位部，所述限位部用于限制触动杆的活动行程。
进一步的，所述连接件包括连接环、多个第一连接杆以及多个第二连接杆，各所述第一连接杆的一端与各触动杆一一对应地连接，另一个与连接环固定连接，各所述第二连接杆的一端与连接环固定连接，另一个与拉杆的端部固定连接。
进一步的，所述第一连接杆与对应的触动杆转动连接。
进一步的，所述驱动件包括驱动拉杆滑动远离插刀孔的第一驱动单元，以及驱动拉杆滑动靠近插刀孔的第二驱动单元。
进一步的，所述第一驱动单元为碟簧组件，所述碟簧组件的各碟簧两两叠合后再对合。
进一步的，所述第二驱动单元为液压机构。
一种数控机床，包括上述的电主轴。
在上述技术方案中，本发明提供的一种电主轴，夹刀时，将刀具插入到插刀孔内，刀具到位后刀具柄部的环形凹槽对准活动夹头，再通过驱动件驱动拉杆沿轴向运动远离插刀孔，拉杆通过连接件带动触动杆同步运动，触动杆与对应的螺旋引导面活动抵接配合，使得转动件转动，从而使得引导槽的侧壁挤压活动杆的侧面，使得各活动杆及活动夹头沿主轴径向滑动至插刀孔内并卡入到刀具的环形凹槽内，从而将刀具夹持住，各活动夹头夹刀路径为水平路径，活动夹头不易变形，夹刀精度高，且转动件与触发杆、活动杆之间的配合，使得各活动夹头夹刀动作高度一致，夹刀稳定性强。该电主轴的运用大大提高了数控机床加工工件的精度，次品率显著降低。
由于上述电主轴具有上述技术效果，包含该电主轴的数控机床也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电主轴的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的图1中A处结构放大图；
图3为本发明实施例提供的夹刀机构的拆解示意图；
图4为本发明实施例提供的六面加工工件的工作台的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的六面加工工件的工作台的结构俯视图；
图6为本发明实施例提供的夹持单元的机构示意图；
图7为本发明实施例提供的夹持工件时的结构示意图。
附图标记说明：
1、主轴；1.1、插刀孔；1.2、滑槽；2、拉杆；3、定子；4、活动夹头；5、活动杆；6、转动件；6.1、环形部；6.2、引导槽；6.3、螺旋引导面；6.4、限位部；7、触动杆；8、连接件；8.1、连接环；8.2、第一连接杆；8.3、第二连接杆；9、碟簧组件；10、液压机构；11、支撑架；12、放置台；12.1、插槽；13、夹持单元；13.1、结块；13.2、夹持件；13.21、杆体；13.3、驱动机构；13.31、导向杆；13.32、螺杆；13.33、螺母块；13.4、驱动装置；13.5、驱动组件；13.51、第二电机；13.52、第三齿轮；13.53、第四齿轮；13.6、限位件；14、动力单元；14.1、第一齿轮；14.2、外齿圈；14.3、第一电机；14.4、第二齿轮；14.5、弹性单元；15、滑杆。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
请参阅图1-7，本发明实施例提供的一种电主轴1，包括空心结构的主轴1，主轴1的前端设置有用于插入刀具的插刀孔1.1，主轴1的轴心上滑动设置有一拉杆2，主轴1与拉杆2之间设置有驱动拉杆2沿主轴1的轴心往复滑动的驱动件，还包括夹刀机构，夹刀机构包括呈环形分布的多个活动夹头4、多个活动杆5、转动件6以及多个触动杆7，其中，多个活动夹头4分别沿主轴1的径向滑动设置于主轴1上并贯穿插刀孔1.1，多个活动杆5与各活动夹头4一一对应地连接，转动件6共轴转动设置在主轴1上，转动件6包括环形部6.1以及固定连接在环形部6.1上的多个螺旋引导面6.3，环形部6.1上开设有多个倾斜的引导槽6.2，各引导槽6.2与各活动杆5一一对应地滑动连接，多个触动杆7均通过连接件8连接到拉杆2的端部，拉杆2驱动各触动杆7与各螺旋引导面6.3一一对应地活动抵接配合的过程中驱使转动件6转动，件转动过程中通过引导槽6.2挤压活动杆5，以使各活动夹头4沿主轴1径向滑动至插刀孔1.1内以夹持刀具。
具体的，电主轴1还包括定子3，主轴1转动设置在定子3内部，主轴1相当于转子，拉杆2与主轴1共轴，驱动件可选为现有的数控机床的电主轴1常用的拉杆2驱动装置13.4，具体的，驱动件包括驱动拉杆2滑动远离插刀孔1.1的第一驱动单元，以及驱动拉杆2滑动靠近插刀孔1.1的第二驱动单元。进一步的，第一驱动单元为碟簧组件9，碟簧组件9的各碟簧两两叠合后再对合，碟簧组件9的弹力用于驱使拉杆2滑动远离插刀孔1.1，从而驱使夹刀组件夹刀；第二驱动单元为液压机构10，液压机构10驱动拉杆2滑动靠近插刀孔1.1，从而驱使夹刀组件松刀，便于将刀具从主轴1上取下。主轴1上沿径向开设有多个滑槽1.2，各活动夹头4与各滑槽1.2一一对应地滑动连接。转动件6通过其环形部6.1与电主轴1共轴转动连接，进一步的，转动件6还包括限位部6.4，限位部6.4用于限制触动杆7的活动行程，能够避免碟簧组件9的弹力被过度释放掉，使得碟簧组件9拉杆2施加较高的弹力以提升活动夹头4夹刀的夹紧力。
在上述技术方案中，本发明提供的一种电主轴1，夹刀时，将刀具插入到插刀孔1.1内，刀具到位后刀具柄部的环形凹槽对准活动夹头4，再通过驱动件(碟簧组件9)驱动拉杆2沿轴向运动远离插刀孔1.1，拉杆2通过连接件8带动触动杆7同步运动，触动杆7与对应的螺旋引导面6.3活动抵接配合，使得转动件6转动，从而使得引导槽6.2的侧壁挤压活动杆5的侧面，使得各活动杆5及活动夹头4沿主轴1径向滑动至插刀孔1.1内并卡入到刀具的环形凹槽内，从而将刀具夹持住，各活动夹头4夹刀路径为水平路径，活动夹头4不易变形，夹刀精度高，且转动件6与触发杆、活动杆5之间的配合，使得各活动夹头4夹刀动作高度一致，夹刀稳定性强，该电主轴1的运用大大提高了数控机床加工工件的精度，次品率显著降低。在松刀时，只需通过驱动件(液压机构10)驱使拉杆2滑动远离插刀孔1.1，并使碟簧组件9蓄力，插刀孔1.1内更换了新的刀具后，液压机构10复位，碟簧组件9的一部分弹力得以释放，使得拉杆2向靠近插刀孔1.1的方向移动，拉杆2通过夹刀组件夹持刀具。
作为本实施例优选的技术方案，活动杆5与对应的活动夹头4转动连接，如此在转动件6转动时引导槽6.2侧壁与活动杆5侧面活动抵接时，活动杆5与引导槽6.2侧壁之间为转动摩擦，降低了二者之间的摩擦阻力及磨损，有利于夹刀组件保持较高的夹刀精度。
作为本实施例优选的技术方案，连接件8包括连接环8.1、多个第一连接杆8.2以及多个第二连接杆8.3，各第一连接杆8.2的一端与各触动杆7一一对应地连接，另一个与连接环8.1固定连接，各第二连接杆8.3的一端与连接环8.1固定连接，另一个与拉杆2的端部固定连接，连接件8能够使各触动杆7的动作保持高度统一。
作为本实施例优选的技术方案，第一连接杆8.2与对应的触动杆7转动连接，如此圆柱状的触动杆7活动抵接螺旋导向面时，二者之间为滚动摩擦，降低了二者之间的摩擦阻力及磨损，有利于夹刀组件保持较高的夹刀精度。
本发明还提供一种数控机床，包括上述的电主轴1，还包括用于定位工件的六面加工工件的工作台，电主轴1用于加工六面加工工件的工作台上的工件，能够实现工件的六面加工。具体的，参与图4-7，六面加工工件的工作台包括支撑架11、放置台12以及四个呈环形阵列分布的夹持单元13，放置台12相对支撑架11竖向移动设置，放置台12用于放置工件，四个夹持单元13中，相对的两夹持单元13为一组，总共有两组夹持单元13，每个夹持单元13包括结块13.1以及夹持件13.2，结块13.1竖向移动设置在支撑架11上，夹持件13.2滑动且转动地设置在结块13.1上，加工工件时，同组的两夹持单元13的夹持件13.2向工件移动合拢以夹持工件，两组夹持单元13交替夹持工件。
具体的，放置台12相对支撑架11竖向移动设置，即放置台12的高度能够升降，如通过液压装置驱动放置台12升降，优选的，支撑架11上开设有通孔，放置台12的底部固定连接有滑杆15，滑杆15滑动设置于通孔内，工件正确放置到放置台12上后，放置台12上有对工件进行非竖直方向限位的限位结构，如限位孔或限位凸起，使得工件在放置台12上不会偏移、翻转，工件的自重使得工件在竖直方向上相对工作台保持稳定。四个夹持单元13呈环形阵列分布的，四个夹持单元13的中心即为放置台12的中心，四个夹持单元13的结构一致，同组夹持单元13的两个夹持件13.2的移动方向共线且相逆，即同组夹持单元13的两夹持件13.2能够同步滑动合拢或分离，夹持件13.2的相对结块13.1的移动可由现有技术中输出直线往复运动的装置提供，如液压装置、滚珠丝杠等，夹持件13.2相对结块13.1的转动可由现有技术中输出转动动力的装置提供，如电机、液压马达等。夹持件13.2包括杆体13.21和夹持头，夹持头的具体结构依据待加工的工件的形状及特点进行设计，以使得工件再被夹持后工件不会松动。
在上述技术方案中，本发明提供的一种六面加工工件的工作台，两组夹持单元13交替夹持工件：第一组的两夹持单元13的夹持件13.2向工件移动合拢以夹持工件时，第二组夹持单元13以及放置台12下降，使得被夹持的工件能够旋转且被加工，实现被夹持工件的四面加工；然后第二组夹持单元13自动替换第一组夹持单元13夹持工件，使得工件剩下的两面能够被加工，从而实现工件的六面加工。
作为本实施例优选的技术方案，夹持单元13还包括驱动机构13.3，驱动机构13.3用于驱动结块13.1在支撑架11上竖向移动，如驱动机构13.3为液压装置或滚珠丝杠等能够给输出直线往复运动的装置。作为优选的，驱动机构13.3包括导向杆13.31、螺杆13.32、螺母块13.33以及动力单元14，其中，导向杆13.31竖向固定连接在所述结块13.1上，螺杆13.32竖向转动连接在所述结块13.1上，螺杆13.32的轴向与导向杆13.31的长度方向平行，螺母块13.33设置在支撑架11上，螺杆13.32与螺母块13.33螺纹连接，导向杆13.31与螺母块13.33滑动连接，动力单元14用于驱动螺杆13.32转动，螺杆13.32转动时与螺母块13.33之间的螺纹作用使得螺杆13.32能够竖向移动，从使得结块13.1即其上部件能够实现高度升降。
进一步地优选的，四个夹持单元13共用一个动力单元14，动力单元14包括四个第一齿轮14.1、外齿圈14.2以及第一电机14.3，其中，四个第一齿轮14.1与四个螺杆13.32一一对应地共轴固定连接，外齿圈14.2转动设置于支撑架11上，其与四个第一齿轮14.1啮合配合，第一电机14.3用于驱动外齿圈14.2转动，具体的，第一电机14.3的转轴上共轴固定连接有第二齿轮14.4，第二齿轮14.4与外齿圈14.2啮合；螺母块13.33沿对应夹持件13.2相对结块13.1的滑动方向滑动连接在支撑架11上，具体的支撑架11上设置有滑动结构，如滑槽1.2，螺母块13.33上设置有与滑动结构相配合的结构，如滑棱与滑槽1.2的配合，螺母块13.33与支撑架11之间设置有弹性单元14.5，弹性单元14.5恢复形变的过程驱使对应的第一齿轮14.1与外齿圈14.2啮合，弹性单元14.5优选为弹簧，弹簧的一端连接支撑架11，另一端连接螺母块13.33。进一步地，四个夹持单元13的结块13.1上分别设置有一限位件13.6，放置台12的周侧开设有与四个限位件13.6一一对应且插接配合的插槽12.1。进一步地，夹持单元13还包括驱动装置13.4，驱动装置13.4用于驱动夹持件13.2相对结块13.1移动，具体的，驱动装置13.4包括液压缸，液压缸的缸座固定安装在结块13.1上，液压缸的液压杆的输出端与夹持件13.2的杆体13.21转动连接。进一步地，两组夹持单元13中均有至少一个夹持单元13的结块13.1上设置有驱动组件13.5，驱动组件13.5用于驱动对应的夹持件13.2转动，具体的，驱动组件13.5包括第二电机13.51，第二电机13.51的输出轴上共轴固定连接有第三齿轮13.52，结块13.1上转动设置有第四齿轮13.53，夹持件13.2的杆体13.21上沿轴向与第四齿轮13.53滑动连接，第四齿轮13.53不能相对杆体13.21转动，第四齿轮13.53与杆体13.21只能同步转动，第四齿轮13.53与第三齿轮13.52之间传动啮合，如第四齿轮13.53与第三齿轮13.52直接啮合，或者第四齿轮13.53与第三齿轮13.52同时啮合到一个中间齿轮上。
本发明在工作时，首先在各弹性单元14.5的弹力作用下，使得四个螺杆13.32上的第一齿轮14.1均啮合到外齿圈14.2上，且四个夹持单元13上的限位件13.6同时插设在放置台12侧面的插槽12.1内，此时四个夹持单元13及放置台12位于收纳工位，在收纳工位能够使本发明的体积最小化；通过第一电机14.3驱动外齿圈14.2正转，外齿圈14.2带动四个第一齿同步转动，从而使得四个夹持单元13向上移动，同时夹持单元13上的限位件13.6带动放置台12同步向上移动至预设高度；将工件正确放置到工作台上；然后第一组夹持单元13首先夹持工件：两夹持单元13的液压杆同步驱动对应的夹持件13.2移动合拢，当两夹持件13.2合拢夹持到工件时，继续使两个液压杆驱动两夹持件13.2合拢，从而使得结块13.1通过导向杆13.31和螺杆13.32使对应的螺母块13.33向克服弹性单元14.5弹力的方向移动，从而带动两螺杆13.32上的第一齿轮14.1脱离与外齿圈14.2的啮合，且使得两限位件13.6与放置台12上的插槽12.1脱离插接，工件也被两夹持件13.2夹持固定；此时通过第一电机14.3驱动外齿圈14.2反转，外齿圈14.2驱动第二组的夹持单元13及放置台12下降至避让高度：外齿圈14.2通过与之啮合的两个第一齿轮14.1转动，使得对应的螺杆13.32与螺母块13.33发生螺纹作用，从而两夹持单元13下降，同时夹持单元13的限位件13.6插接在放置台12插槽12.1内而带通放置台12同步下降；此时即可通过被夹持工件上方的电主轴1对工件进行加工，通过第一组夹持单元13能够使工件转动：第一组夹持单元13上的第二电机13.51通过第三齿轮13.52、第四齿轮13.53驱动对应的夹持件13.2主动转动，另一夹持单元13的被动转动，即可实现工件转动，可实现工件四面加工；接下来，通过第一电机14.3驱动外齿圈14.2正转，外齿圈14.2通过与之啮合的第一齿轮14.1驱动第二组的夹持单元13及放置台12上升到预设高度，第一组夹持单元13的液压杆同步收缩，对应的两夹持件13.2同步滑动分离，工件被松开并置于放置台12上，此时第一组夹持单元13在各自弹性单元14.5的弹力作用下滑动复位至其上的第一齿轮14.1重新与外齿圈14.2啮合，第一组夹持单元13上的限位件13.6也重新插入放置台12的对应插槽12.1内；紧接着第二组夹持单元13开始夹持工件，当工件为夹紧后，第二组夹持单元13第一齿轮14.1脱离与外齿圈14.2啮合，第一电机14.3反转使第一组夹持单元13及放置台12下降至避让高度，第二组夹持单元13上的第二电机13.51驱动对应的夹持件13.2转动，使工件剩下两未加工的面依次对转上方的电主轴1，从而完成工件剩下两面的加工，实现工件的六面加工；最后，第一电机14.3正转使得第一夹持单元13及放置台12上升至预设高度，通过第二组夹持单元13上的液压缸收缩使工件被松开并置于放置台12上，从放置台12上取下工件即可。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种电主轴，包括空心结构的主轴，所述主轴的前端设置有用于插入刀具的插刀孔，所述主轴的轴心上滑动设置有一拉杆，所述主轴与拉杆之间设置有驱动拉杆沿主轴的轴心往复滑动的驱动件，其特征在于，还包括夹刀机构，所述夹刀机构包括：
呈环形分布的多个活动夹头，其分别沿主轴的径向滑动设置于主轴上并贯穿插刀孔，所述主轴上沿径向开设有多个滑槽，各活动夹头与各滑槽一一对应地滑动连接；
多个活动杆，其与各活动夹头一一对应地连接；
转动件，其共轴转动设置在主轴上，其包括环形部以及固定连接在环形部上的多个螺旋引导面，所述环形部上开设有多个倾斜的引导槽，各所述引导槽与各活动杆一一对应地滑动连接；
多个触动杆，其均通过连接件连接到所述拉杆的端部，所述拉杆驱动各所述触动杆与各螺旋引导面一一对应地活动抵接配合的过程中驱使转动件转动，转动件转动过程中通过引导槽挤压活动杆，以使各活动夹头沿主轴径向滑动至插刀孔内以夹持刀具；
所述连接件包括连接环、多个第一连接杆以及多个第二连接杆，各所述第一连接杆的一端与各触动杆一一对应地连接，另一个与连接环固定连接，各所述第二连接杆的一端与连接环固定连接，另一个与拉杆的端部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种电主轴，其特征在于，所述活动杆与对应的活动夹头转动连接。
3.根据权利要求1所述的一种电主轴，其特征在于，所述转动件还包括限位部，所述限位部用于限制触动杆的活动行程。
4.根据权利要求1所述的一种电主轴，其特征在于，所述第一连接杆与对应的触动杆转动连接。
5.根据权利要求1所述的一种电主轴，其特征在于，所述驱动件包括驱动拉杆滑动远离插刀孔的第一驱动单元，以及驱动拉杆滑动靠近插刀孔的第二驱动单元。
6.根据权利要求5所述的一种电主轴，其特征在于，所述第一驱动单元为碟簧组件，所述碟簧组件的各碟簧两两叠合后再对合。
7.根据权利要求5所述的一种电主轴，其特征在于，所述第二驱动单元为液压机构。
8.一种数控机床，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的电主轴。
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