CN115570423A - 一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头，包括连接机构、传动机构、C轴定向机构、小直角头主轴、第一箱体和第二箱体，连接机构包括过渡盘、连接盘、上牙盘和下牙盘，过渡盘和连接盘通过若干拉头油缸和若干定位键实现相互抓紧和松开，传动机构包括上下依次连接设置的主拉钉、刀柄、连杆式膜片联轴器、过渡套、第一伞齿轮和第二伞齿轮，小直角头主轴的中心线与刀柄的中心线垂直，C轴定向机构设置在刀柄与第一箱体之间。该加长直角头可有效解决加长直角头的发热问题，将直角头最高转速提升至5000~6000rpm，适合深腔高速高精加工，既可达到长度自由的深腔加工，又具备高速性，能够有效提升数控加工中心的加工效率。

Description

一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头

技术领域

本发明涉及数控机床附件头技术领域，具体是一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头。

背景技术

特种零件的深腔高速加工一直是行业内令人头疼的问题，滑枕由于尺寸限制很难伸入，深镗铣头普遍可伸入长度不足，尤其是转速不高，对加工效率影响很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头，可有效解决加长直角头的发热问题，将直角头最高转速提升至5000～6000rpm，适合深腔高速高精加工，既可达到长度自由的深腔加工，又具备高速性，能够有效提升数控加工中心的加工效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头，包括连接机构、传动机构、C轴定向机构、小直角头主轴、第一箱体和第二箱体，所述的第二箱体固定在所述的第一箱体的底部，所述的小直角头主轴安装在所述的第二箱体内，所述的小直角头主轴的外侧前后安装有前轴承和后轴承，其特征在于，所述的连接机构包括过渡盘、连接盘、上牙盘和下牙盘，所述的过渡盘安装在机床滑枕上,所述的上牙盘安装在所述的过渡盘的下侧，所述的连接盘固定在所述的下第一箱体的顶部，所述的连接盘的外径大于所述的第一箱体的顶部的外径，所述的连接盘的外侧壁固定有定位销套，所述的下牙盘安装在所述的连接盘的内侧，所述的上牙盘与所述的下牙盘定心配合，所述的过渡盘设置在所述的连接盘的上侧，所述的过渡盘上安装有若干拉头油缸，所述的连接盘上安装有与所述的若干拉头油缸一一对应的若干小拉钉，所述的过渡盘和所述的连接盘之间连接设置有若干定位键,所述的过渡盘和所述的连接盘通过所述的若干拉头油缸和若干定位键实现相互抓紧和松开，所述的传动机构包括上下依次连接设置的主拉钉、刀柄、联轴器、过渡套、第一伞齿轮和第二伞齿轮，所述的主拉钉用于连接机床主轴，所述的主拉钉安装在所述的刀柄的上部，所述的刀柄上开设有与机床主轴键块相适配的键槽，所述的联轴器为采用加长设计的连杆式膜片联轴器，所述的联轴器的上端与所述的刀柄的下部连接，所述的联轴器的下端经所述的过渡套与所述的第一伞齿轮的轴端定心连接，所述的第一伞齿轮的轴端的外侧上下安装有上轴承和下轴承，所述的第二伞齿轮与所述的第一伞齿轮啮合，所述的第二伞齿轮与所述的小直角头主轴连接，所述的小直角头主轴的中心线与所述的刀柄的中心线垂直，所述的C轴定向机构设置在所述的刀柄与所述的第一箱体之间，所述的C轴定向机构用于在机床主轴抓取所述的刀柄时，实现对所述的刀柄的轴向定位。

本发明高速加长直角头立卧两用，可以用在立式龙门加工中心上，也可以用在卧式加工中心上，通用性强。用于立式龙门加工中心时，连接盘的下表面用作立式安装面；用于卧式加工中心时，固定在连接盘的外侧壁的定位销套可用作卧式安装面，此时需在第一箱体尾端安装V型块用于辅助支撑。本发明高速加长直角头适合深腔高速高精加工，既可达到长度自由的深腔加工，又具备高速性，能够有效提升数控加工中心的加工效率。

本发明高速加长直角头应用于立式龙门加工中心或卧式加工中心时，过渡盘和连接盘通过若干拉头油缸和若干定位键实现相互抓紧和松开，通过上牙盘和下牙盘传递切削抗力。机床主轴拉紧主拉钉时，与之相连接的刀柄被机床主轴抓紧，机床主轴键块插入刀柄的键槽中，机床主轴带动刀柄旋转，机床主轴动力通过刀柄及与之相连接的联轴器，经过渡套、第一伞齿轮、第二伞齿轮，最终传递到小直角头主轴上，实现动力传递。

国内外类似细长轴加长直角头通过传动轴传动，最高转速普遍不超过1500rpm，常规设计中直角头的刀柄与机床主轴接口处都设有轴承和轴承座，传动轴外侧也需安装多组轴承和轴承座，在高速旋转时会产生热量，并且，传动轴与相关零部件的连接处的发热也比较严重，造成直角头温升过高，从而降低了直角头所能达到的最大转速，此外，加长的箱体造成直角头的输入端与输出端之间存在同心偏差和角度误差。本发明高速加长直角头中的刀柄采用特殊的安装设计，刀柄没有采用轴承固定，直接被机床主轴抓取，相当于机床主轴抓取了一个刀具，不会带来温升影响，有效解决了加长直角头的发热问题，将直角头最高转速提升至5000～6000rpm。本发明高速加长直角头采用加长设计的连杆式膜片联轴器平衡刀柄部分和第一伞齿轮的轴端这两个部分同心度问题，提升直角头转速。本发明所采用的联轴器质量轻、刚性好，无需通过轴承固定，允许微量的同心误差和角度偏差，最高转速高，发热小。本发明高速加长直角头的输入端与输出端采用加长设计的连杆式膜片联轴器连接，极大程度降低了传统设计中连接处的发热问题，降低了传动环节的转动惯量，提升了直角头的最高转速，对零件的加工要求和装配要求也有所降低。

由于本发明高速加长直角头的刀柄没有采用轴承固定，刀柄被机床主轴直接抓取，若刀柄在头库中由于偏重等问题发生旋转，则机床再次抓头时，机床主轴键块无法插入刀柄的键槽中，从而导致自动抓头不成功，出现加工中心报警。本发明通过C轴定向机构实现对刀柄的轴向定位，以避免上述问题的出现，使直角头能够完成自动上头动作。

作为优选，所述的C轴定向机构包括刹车环、控制环、第一限位环、第二限位环、弹簧座和若干弹簧，所述的刀柄的中部上下一体设置有台阶部和径向连接部，所述的第一限位环固定在所述的径向连接部的下侧，所述的第一限位环的外沿位于所述的弹簧座的下方,所述的弹簧座套设在所述的第一限位环的外侧并固定在所述的第一箱体的顶部，所述的若干弹簧沿所述的弹簧座的周向等间隔安装布设，所述的第二限位环固定在所述的弹簧座的下侧,所述的第二限位环的内沿位于所述的第一限位环的下方，所述的控制环可上下移动地设置在所述的弹簧座的内侧，所述的控制环位于所述的若干弹簧的正上方，所述的控制环的上部为向上突起的顶压环，所述的顶压环的顶面为与机床主轴的下端面相适配的顶压面，所述的刹车环套设在所述的台阶部的外侧并位于所述的控制环的内侧，所述的刹车环的外侧设有第一斜面，所述的第一斜面自上而下斜向所述的刹车环的径向内侧，所述的控制环的内侧设有与所述的第一斜面相适配的第二斜面，所述的台阶部上开设有若干轴向螺纹孔和若干径向通孔，每个所述的径向通孔位于一个所述的轴向螺纹孔的径向外侧并与该轴向螺纹孔相通，所述的刹车环的内侧壁开设有与所述的若干径向通孔位置相对的环槽，每个所述的径向通孔内装设有一个钢珠，每个所述的钢珠的外侧伸入所述的环槽内，每个所述的轴向螺纹孔内安装有一根紧定螺钉，每个所述的钢珠由一根所述的紧定螺钉压紧。上述C轴定向机构结构紧凑，定位效果好，可确保机床顺利抓头。机床松头时，机床主轴松开刀柄，机床主轴上移，机床主轴的下端面上移并松开顶压面，控制环在若干弹簧的作用下上移，控制环内侧的第二斜面与刹车环外侧的第一斜面接触并贴紧，同时由于钢珠的外侧伸入环槽内，刹车环和刀柄可视为一体件，刀柄在摩擦力作用下无法自动旋转，通过高度设计使此时机床主轴键块未完全脱离刀柄的键槽，从而刀柄在刹车环、控制环的摩擦力作用下实现定向；机床主轴抓取刀柄时，机床主轴的下端面顶住控制环上的顶压面，控制环下移并压缩若干弹簧，控制环内侧的第二斜面与刹车环外侧的第一斜面分开，从而使刀柄的转动不受控制环影响，此时机床主轴可带动刀柄高速旋转。

进一步地，将所述的第一限位环的外沿的上表面与所述的弹簧座的下表面之间的间距记为h1，将所述的第一限位环的外沿的下表面与所述的第二限位环的上表面之间的间距记为h2，将所述的联轴器的允许伸缩长度范围记为±A，则h1＝h2，且h1＜A，以保护联轴器，避免联轴器因过变形而损坏。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头立卧两用，可以用在立式龙门加工中心上，也可以用在卧式加工中心上，通用性强。本发明高速加长直角头极大程度降低了传统设计中连接处的发热问题，降低了转动惯量，将直角头最高转速提升至5000～6000rpm，对零件的加工要求和装配要求也有所降低。本发明高速加长直角头适合深腔高速高精加工，既可达到长度自由的深腔加工，又具备高速性，能够有效提升数控加工中心的加工效率。

附图说明

图1为实施例中用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头的内部结构示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3为图2中B处放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例的用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头，如图1～图3所示，包括连接机构、传动机构、C轴定向机构、小直角头主轴3、第一箱体1和第二箱体2，第二箱体2固定在第一箱体1的底部，小直角头主轴3安装在第二箱体2内，小直角头主轴3的外侧前后安装有前轴承31和后轴承32，连接机构包括过渡盘11、连接盘12、上牙盘13和下牙盘14，过渡盘11安装在机床滑枕(图中未示出)上，上牙盘13安装在过渡盘11的下侧，连接盘12固定在下第一箱体1的顶部，连接盘12的外径大于第一箱体1的顶部的外径，连接盘12的外侧壁固定有定位销套15，下牙盘14安装在连接盘12的内侧，上牙盘13与下牙盘14定心配合，过渡盘11设置在连接盘12的上侧，过渡盘11上安装有若干拉头油缸(图中未示出)，连接盘12上安装有与若干拉头油缸一一对应的若干小拉钉(图中未示出)，过渡盘11和连接盘12之间连接设置有若干定位键(图中未示出),过渡盘11和连接盘12通过若干拉头油缸和若干定位键实现相互抓紧和松开，传动机构包括上下依次连接设置的主拉钉41、刀柄4、联轴器5、过渡套51、第一伞齿轮52和第二伞齿轮53，主拉钉41用于连接机床主轴(图中未示出)，主拉钉41安装在刀柄4的上部，刀柄4上开设有与机床主轴键块(图中未示出)相适配的键槽(图中未示出)，联轴器5为采用加长设计的连杆式膜片联轴器，联轴器5的上端与刀柄4的下部连接，联轴器5的下端经过渡套51与第一伞齿轮52的轴端定心连接，第一伞齿轮52的轴端的外侧上下安装有上轴承54和下轴承55，第二伞齿轮53与第一伞齿轮52啮合，第二伞齿轮53与小直角头主轴3连接，小直角头主轴3的中心线与刀柄4的中心线垂直，C轴定向机构设置在刀柄4与第一箱体1之间，C轴定向机构用于在机床主轴抓取刀柄4时，实现对刀柄4的轴向定位。

C轴定向机构包括刹车环61、控制环62、第一限位环63、第二限位环64、弹簧座65和若干弹簧66，刀柄4的中部上下一体设置有台阶部42和径向连接部43，第一限位环63固定在径向连接部43的下侧，第一限位环63的外沿位于弹簧座65的下方，弹簧座65套设在第一限位环63的外侧并固定在第一箱体1的顶部，弹簧座65与第一箱体1之间设置有调整垫67，若干弹簧66沿弹簧座65的周向等间隔安装布设，第二限位环64固定在弹簧座65的下侧,第二限位环64的内沿位于第一限位环63的下方，控制环62可上下移动地设置在弹簧座65的内侧，控制环62位于若干弹簧66的正上方，控制环62的上部为向上突起的顶压环621，顶压环621的顶面为与机床主轴的下端面相适配的顶压面622，刹车环61套设在台阶部42的外侧并位于控制环62的内侧，刹车环61的外侧设有第一斜面611，第一斜面611自上而下斜向刹车环61的径向内侧，控制环62的内侧设有与第一斜面611相适配的第二斜面623，台阶部42上开设有若干轴向螺纹孔44和若干径向通孔45，每个径向通孔45位于一个轴向螺纹孔44的径向外侧并与该轴向螺纹孔44相通，刹车环61的内侧壁开设有与若干径向通孔45位置相对的环槽612，每个径向通孔45内装设有一个钢珠46，每个钢珠46的外侧伸入环槽612内，每个轴向螺纹孔44内安装有一根紧定螺钉47，每个钢珠46由一根紧定螺钉47压紧。

将第一限位环63的外沿的上表面与弹簧座65的下表面之间的间距记为h1，将第一限位环63的外沿的下表面与第二限位环64的上表面之间的间距记为h2，将联轴器5的允许伸缩长度范围记为±A，则h1＝h2，且h1＜A。也就是说，联轴器5拉长时，其允许伸长范围为﹢A；联轴器5压缩时，其允许压缩范围为-A，h1＝h2的值控制在±A范围内。

上述高速加长直角头还包括能够使该高速加长直角头正常使用的其它组件，均为本领域的常规技术手段。本发明中未加限定的装置或组件均采用本领域中的常规技术手段。

上述高速加长直角头立卧两用，可以用在立式龙门加工中心上，也可以用在卧式加工中心上，通用性强。用于立式龙门加工中心时，连接盘12的下表面用作立式安装面16；用于卧式加工中心时，固定在连接盘12的外侧壁的定位销套15可用作卧式安装面17，此时需在第一箱体1尾端安装V型块用于辅助支撑。

上述高速加长直角头应用于立式龙门加工中心或卧式加工中心时，过渡盘11和连接盘12通过若干拉头油缸和若干定位键实现相互抓紧和松开，通过上牙盘13和下牙盘14传递切削抗力。机床主轴拉紧主拉钉41时，与之相连接的刀柄4被机床主轴抓紧，机床主轴键块插入刀柄4的键槽中，机床主轴带动刀柄4旋转，机床主轴动力通过刀柄4及与之相连接的联轴器5，经过渡套51、第一伞齿轮52、第二伞齿轮53，最终传递到小直角头主轴3上，实现动力传递。由于刀柄4采用特殊的安装设计，刀柄4没有采用轴承固定，直接被机床主轴抓取，相当于机床主轴抓取了一个刀具，不会带来温升影响，有效解决了加长直角头的发热问题，将直角头最高转速提升至5000～6000rpm。

机床松头时，机床主轴松开刀柄4，机床主轴上移，机床主轴的下端面上移并松开顶压面622，控制环62在若干弹簧66的作用下上移，控制环62内侧的第二斜面623与刹车环61外侧的第一斜面611接触并贴紧，同时由于钢珠46的外侧伸入环槽612内，刹车环61和刀柄4可视为一体件，刀柄4在摩擦力作用下无法自动旋转，通过高度设计使此时机床主轴键块未完全脱离刀柄4的键槽，从而刀柄4在刹车环61、控制环62的摩擦力作用下实现定向；机床主轴抓取刀柄4时，机床主轴的下端面顶住控制环62上的顶压面622，控制环62下移并压缩若干弹簧66，控制环62内侧的第二斜面623与刹车环61外侧的第一斜面611分开，从而使刀柄4的转动不受控制环62影响，此时机床主轴可带动刀柄4高速旋转。

Claims (3)

1.一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头，包括连接机构、传动机构、C轴定向机构、小直角头主轴、第一箱体和第二箱体，所述的第二箱体固定在所述的第一箱体的底部，所述的小直角头主轴安装在所述的第二箱体内，所述的小直角头主轴的外侧前后安装有前轴承和后轴承，其特征在于，所述的连接机构包括过渡盘、连接盘、上牙盘和下牙盘，所述的过渡盘安装在机床滑枕上, 所述的上牙盘安装在所述的过渡盘的下侧，所述的连接盘固定在所述的下第一箱体的顶部，所述的连接盘的外径大于所述的第一箱体的顶部的外径，所述的连接盘的外侧壁固定有定位销套，所述的下牙盘安装在所述的连接盘的内侧，所述的上牙盘与所述的下牙盘定心配合，所述的过渡盘设置在所述的连接盘的上侧，所述的过渡盘上安装有若干拉头油缸，所述的连接盘上安装有与所述的若干拉头油缸一一对应的若干小拉钉，所述的过渡盘和所述的连接盘之间连接设置有若干定位键,所述的过渡盘和所述的连接盘通过所述的若干拉头油缸和若干定位键实现相互抓紧和松开，所述的传动机构包括上下依次连接设置的主拉钉、刀柄、联轴器、过渡套、第一伞齿轮和第二伞齿轮，所述的主拉钉用于连接机床主轴，所述的主拉钉安装在所述的刀柄的上部，所述的刀柄上开设有与机床主轴键块相适配的键槽，所述的联轴器为采用加长设计的连杆式膜片联轴器，所述的联轴器的上端与所述的刀柄的下部连接，所述的联轴器的下端经所述的过渡套与所述的第一伞齿轮的轴端定心连接，所述的第一伞齿轮的轴端的外侧上下安装有上轴承和下轴承，所述的第二伞齿轮与所述的第一伞齿轮啮合，所述的第二伞齿轮与所述的小直角头主轴连接，所述的小直角头主轴的中心线与所述的刀柄的中心线垂直，所述的C轴定向机构设置在所述的刀柄与所述的第一箱体之间，所述的C轴定向机构用于在机床主轴抓取所述的刀柄时，实现对所述的刀柄的轴向定位。

2.根据权利要求1所述的一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头，其特征在于，所述的C轴定向机构包括刹车环、控制环、第一限位环、第二限位环、弹簧座和若干弹簧，所述的刀柄的中部上下一体设置有台阶部和径向连接部，所述的第一限位环固定在所述的径向连接部的下侧，所述的第一限位环的外沿位于所述的弹簧座的下方,所述的弹簧座套设在所述的第一限位环的外侧并固定在所述的第一箱体的顶部，所述的若干弹簧沿所述的弹簧座的周向等间隔安装布设，所述的第二限位环固定在所述的弹簧座的下侧, 所述的第二限位环的内沿位于所述的第一限位环的下方，所述的控制环可上下移动地设置在所述的弹簧座的内侧，所述的控制环位于所述的若干弹簧的正上方，所述的控制环的上部为向上突起的顶压环，所述的顶压环的顶面为与机床主轴的下端面相适配的顶压面，所述的刹车环套设在所述的台阶部的外侧并位于所述的控制环的内侧，所述的刹车环的外侧设有第一斜面，所述的第一斜面自上而下斜向所述的刹车环的径向内侧，所述的控制环的内侧设有与所述的第一斜面相适配的第二斜面，所述的台阶部上开设有若干轴向螺纹孔和若干径向通孔，每个所述的径向通孔位于一个所述的轴向螺纹孔的径向外侧并与该轴向螺纹孔相通，所述的刹车环的内侧壁开设有与所述的若干径向通孔位置相对的环槽，每个所述的径向通孔内装设有一个钢珠，每个所述的钢珠的外侧伸入所述的环槽内，每个所述的轴向螺纹孔内安装有一根紧定螺钉，每个所述的钢珠由一根所述的紧定螺钉压紧。

3.根据权利要求2所述的一种用于深腔加工的立卧两用高速加长直角头，其特征在于，将所述的第一限位环的外沿的上表面与所述的弹簧座的下表面之间的间距记为h1，将所述的第一限位环的外沿的下表面与所述的第二限位环的上表面之间的间距记为h2，将所述的联轴器的允许伸缩长度范围记为±A，则h1= h2，且h1＜A。

Images