CN116673754A - 一种用于主轴防过载的机械装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于主轴防过载的机械装置，涉及数控加工中心领域，包括：外套筒，一端与主轴箱连接，外套筒的另一端与压盖连接；内套筒，套设在主轴的外周，内套筒的外壁与外套筒的内壁滑动贴合；液压系统，设置在主轴箱上，液压系统包括单向阀、油腔和溢流阀组件，单向阀通过油腔与溢流阀组件连通；当从单向阀排入液压油时，液压油在内套筒和外套筒之间存储空间为油腔；当主轴回缩时，存储在油腔内液压油通过溢流阀组件排出；该机械装置为防止由过载导致主轴承受过大轴向力，导致主轴损坏的安全保护装置。
Description
技术领域
本发明属于数控加工中心领域，更具体地，涉及一种用于主轴防过载的机械装置。
背景技术
随着技术的发展，数控加工中心、车床等金属切削机床通常配置的主轴箱部件的形式为成组式机械或电主轴，通过安装孔、法兰面安装于主轴箱大件上。这种结构比较简单，安装方便。若在机床运行过程中出现轴向过载，如主轴钻孔切削参数过大、攻丝直径过大和轴向发生碰撞冲击等，主轴组件会承受过高的轴向力。由于主轴与主轴箱之间采用刚性连接，过高的轴向力超出主轴最大轴向抗力后，极易引起主轴轴承的失效，导致主轴组件的损坏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种用于主轴防过载的机械装置，该机械装置为防止由过载导致主轴承受过大轴向力，导致主轴损坏的安全保护装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于主轴防过载的机械装置，包括：
外套筒，一端与主轴箱连接，所述外套筒的另一端与压盖连接；
内套筒，套设在主轴的外周，所述内套筒的外壁与所述外套筒的内壁滑动贴合；
液压系统，设置在所述主轴箱上，所述液压系统包括单向阀、油腔和溢流阀组件，所述单向阀通过所述油腔与所述溢流阀组件连通；
当从所述单向阀排入液压油时，所述液压油在所述内套筒和所述外套筒之间存储空间为所述油腔；
当所述主轴回缩时，存储在所述油腔内所述液压油通过所述溢流阀组件排出。
可选地，所述液压系统还包括：
减压阀，与所述单向阀的进油端连接；
液压管路，设置在所述单向阀的出油端和所述油腔的进油口之间，所述液压管路还连通有压力继电器和蓄能器。
可选地，所述外套筒上设置有第一管接头，所述液压管路通过所述第一管接头与所述油腔连通。
可选地，所述溢流阀组件包括：
溢流管，一端与所述油腔的出油口连通，所述溢流管的另一端与第二管接头连通；
阀芯，设置在所述溢流管内，所述阀芯的一端朝向所述溢流管的出油口，所述阀芯的另一端设置有弹簧，所述弹簧通过支撑垫固定在所述溢流管内，所述支撑垫通过所述弹簧对所述阀芯施加向所述溢流管的出油口方向的力；
调节螺母，与所述支撑垫连接，所述调节螺母转动设置在所述溢流管内，所述调节螺母能够带动所述支撑垫向所述阀芯方向移动。
可选地，所述阀芯的一端呈圆锥体状，所述阀芯的中部沿周向设置有多个进油孔，所述阀芯的中部开设有出油孔，所述出油孔与多个所述进油孔连通。
可选地，所述外套筒沿周向均匀设置有多个导向孔，所述内套筒沿周向设置有与所述导向孔相配合的导向柱。
可选地，所述压盖上设置有与所述主轴相配合的位置传感器，所述位置传感器沿所述压盖的径向方向设置。
可选地，所述主轴在伸缩运动时，所述压盖对所述内套筒进行轴线限位。
可选地，所述外套筒沿周向设置有多个排气孔，所述排气孔与所述主轴箱的通气孔连通。
可选地，所述外套筒和所述内套筒靠近所述油腔的一端分别设置有密封圈。
本发明提供了一种用于主轴防过载的机械装置，其有益效果在于：该用于主轴防过载的机械装置，结构紧凑且合理，通过内套筒、外套筒、液压系统、导向孔导向柱和位置传感器等结构相互配合，实现对主轴的轴向力过载或碰撞冲击的保护；该装置除了适用于数控主轴保护外，也可应用于各类机械结构轴向过载的保护。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种用于主轴防过载的机械装置的外部结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种用于主轴防过载的机械装置的内部安装剖视示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的液压系统的结构示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种用于主轴防过载的机械装置的内部供油和溢流部分的示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的溢流阀组件的结构示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的溢流阀组件的导向部分的示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的溢流阀组件的位置检测部分的示意图。
附图标记说明：
1、主轴箱；2、主轴；3、外套筒；4、压盖；5、内套筒；6、单向阀；7、油腔；8、溢流阀组件；9、减压阀；10、压力继电器；11、蓄能器；12、第一管接头；13、溢流管；14、第二管接头；15、阀芯；16、弹簧；17、支撑垫；18、调节螺母；19、进油孔；20、出油孔；21、导向柱；22、位置传感器。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种用于主轴防过载的机械装置，包括：
外套筒，一端与主轴箱连接，外套筒的另一端与压盖连接；
内套筒，套设在主轴的外周，内套筒的外壁与外套筒的内壁滑动贴合；
液压系统，设置在主轴箱上，液压系统包括单向阀、油腔和溢流阀组件，单向阀通过油腔与溢流阀组件连通；
当从单向阀排入液压油时，液压油在内套筒和外套筒之间存储空间为油腔；
当主轴回缩时，存储在油腔内液压油通过溢流阀组件排出。
具体的，该机械装置在主轴箱上依次连接有外套筒和压盖，而内套筒与主轴在主轴箱内实现伸缩运动，由于主轴沿主轴箱的轴线方向运动，外套筒与内套筒的内外壁为滑动贴合，当机床正常运行时，主轴处于伸出状态时，主轴带动内套筒同步向外运动，内套筒由外套筒向压盖方向移动，这样内套筒与外套筒之间形成了油腔，液压系统的单向阀开始有液压油排入，液压油填满整个油腔；当机床在钻孔或攻丝等工序中轴向切削力过大而造成主轴回缩时，内套筒与主轴同步向内运动，内套筒由压盖向外套筒方向移动，这样内套筒对油腔内液压油进行挤压，液压油从溢流阀组件排出，这样液压油能够减小对主轴的轴向冲击力。
可选地，液压系统还包括：
减压阀，与单向阀的进油端连接；
液压管路，设置在单向阀的出油端和油腔的进油口之间，液压管路还连通有压力继电器和蓄能器。
具体的，在该机械装置的液压系统中，当内套筒伸出时与外套筒形成油腔后，液压油从减压阀进入并经过单向阀，然后通过液压管路进入油腔中，减压阀实现对液压油进油压力的调整，单向阀用于防止主轴在正常工作状态下出现泄压情况，导致主轴和内套筒缺少液压支撑而回缩现象的发生；压力继电器与液压管路连通，用于检测液压系统内的压力，当压力未达到设定值时，压力继电器发出闭合信号，减压阀内处于供油状态，当压力达到设定值时，压力继电器发出断开信号，减压阀内处于停供状态；蓄能器用于液压系统的储能，保证油腔中液压油处于长时间的压力稳定状态。
可选地，外套筒上设置有第一管接头，液压管路通过第一管接头与油腔连通。
具体的，液压管路通过第一管接头将液压油排入油腔内，第一管接头设置在外套筒上，当主轴在主轴箱内伸缩运动时，不会影响到第一管接头与外套筒的连接强度，保证对油腔内液压油供应稳定。
可选地，溢流阀组件包括：
溢流管，一端与油腔的出油口连通，溢流管的另一端与第二管接头连通；
阀芯，设置在溢流管内，阀芯的一端朝向溢流管的出油口，阀芯的另一端设置有弹簧，弹簧通过支撑垫固定在溢流管内，支撑垫通过弹簧对阀芯施加向溢流管的出油口方向的力；
调节螺母，与支撑垫连接，调节螺母转动设置在溢流管内，调节螺母能够带动支撑垫向阀芯方向移动。
具体的，在液压系统中，当内套筒随主轴回缩时，油腔内液压油通过溢流阀组件排出；在主轴遇到的压力大于溢流阀组件的闭合压力时，液压油推动阀芯对弹簧进行挤压，这样溢流管与油腔连通，液压油通过支撑垫和调节螺母的镂空部分流向溢流管的出油口，从油腔排出，在整个液压油的泄压过程中，液压油通过内套筒对主轴进行有效支撑，减小对主轴的轴向冲击力。另外，调节螺母在溢流管内为螺纹连接，可以根据不同主轴可承受的最大轴向抗力，对溢流阀组件的溢流压力进行调节时，只要调节螺母在溢流管中的位置即可，向内旋拧调节螺母，压缩支撑垫和弹簧后，将压力传递至阀芯与油腔接触的圆锥面，可实现溢流压力的增大调节；向外旋拧调节螺母，释放支撑垫和弹簧后，将减小阀芯与油腔接触的圆锥面接触压力，可实现溢流压力的降低调节。
可选地，阀芯的一端呈圆锥体状，阀芯的中部沿周向设置有多个进油孔，阀芯的中部开设有出油孔，出油孔与多个进油孔连通。
具体的，当主轴受到的轴向抗力大于溢流阀组件溢流压力，液压油将阀芯顶开，液压油从不同位置的进油孔进入，然后再从出油孔流出，流向溢流管的出油口，保证油腔的卸油过程更加平顺，并在卸油过程中能够对主轴实现有效支撑，使主轴能够缓慢的缩回，避免主轴损坏。
可选地，外套筒沿周向均匀设置有多个导向孔，内套筒沿周向设置有与导向孔相配合的导向柱。
具体的，在外套筒和内套筒之间设置了导向作用的结构，导向柱在内套筒的端部均匀分布，导向柱作为内套筒中的零件，导向柱的另一端插入外套筒端部的导向孔，当内套筒相对外套筒运动时，由此结构进行导向；这样可通过调整导向柱圆周均布数量，提升内套筒与外套筒的圆周扭转刚性。
可选地，压盖上设置有与主轴相配合的位置传感器，位置传感器沿压盖的径向方向设置。
具体的，位置传感器安装于压盖上，主轴上设置了与位置传感器相配合的圆形凹槽；当主轴伸出并处于正常工作时，主轴的圆形凹槽与位置传感器的感应端相对，位置传感器发出报警断开信号，机床可正常运行；当发生异常主轴回退时，主轴的圆形凹槽与位置传感器的感应端偏离，位置传感器发出报警接通信号，机床报警，停止运行。位置传感器可以采用电感式传感器。
可选地，主轴在伸缩运动时，压盖对内套筒进行轴线限位。
具体的，外套筒的一端通过螺栓与机床的主轴箱进行连接，外套筒的另一端通过螺栓与压盖的一端进行连接，压盖的另一端设置有限位部，在内套筒随主轴向外伸缩时，压盖除了对内套筒的伸出距离进行限位，内套筒的外侧一部分与压盖的内侧滑动贴合，这样压盖还能对内套筒的轴向运动进行限位。
可选地，外套筒沿周向设置有多个排气孔，排气孔与主轴箱的通气孔连通。
具体的，在主轴相对主轴箱做相对伸缩运动时，主轴箱内压力也会随着改变，通过排气孔和通气孔的连通，这样能够在主轴向外伸出时，有气体流入主轴箱内，在主轴向内回缩时，有气体从主轴箱流出。
可选地，外套筒和内套筒靠近油腔的一端分别设置有密封圈。
具体的，在液压油在油腔内存储时，通过密封圈对油腔进行密封，避免液压油外溢，导致该机械装置对主轴的支撑力减弱；在主轴受到轴向力大于溢流阀组件的溢流压力时，液压油能够从溢流管排出，而不会从外套筒或内套筒的连接处流出。
该用于主轴防过载的机械装置，由于切削力过大或发生意外碰撞导致机床主轴承受轴向载荷超限后，主轴可自动回缩，液压油能够减小轴向冲击对主轴的损害，并且位置传感器能够发出报警信号，机床停机；调整机床切削参数或排除碰撞隐患后，主轴在液压油进入到油腔内时，可实现自动复位，当位置传感器检测到主轴伸出到位后，就可以进行切削加工。另外，该机械组件可依据不同的主轴连接尺寸进行定制化设计。
实施例
如图1至图7所示，本发明提供了一种用于主轴防过载的机械装置，包括：
外套筒3，一端与主轴箱1连接，外套筒3的另一端与压盖4连接；
内套筒5，套设在主轴2的外周，内套筒5的外壁与外套筒3的内壁滑动贴合；
液压系统，设置在主轴箱1上，液压系统包括单向阀6、油腔7和溢流阀组件8，单向阀6通过油腔7与溢流阀组件8连通；
当从单向阀6排入液压油时，液压油在内套筒5和外套筒3之间存储空间为油腔7；
当主轴2回缩时，存储在油腔7内液压油通过溢流阀组件8排出。
在本实施例中，液压系统还包括：
减压阀9，与单向阀6的进油端连接；
液压管路，设置在单向阀6的出油端和油腔7的进油口之间，液压管路还连通有压力继电器10和蓄能器11。
在本实施例中，外套筒3上设置有第一管接头12，液压管路通过第一管接头12与油腔7连通。
在本实施例中，溢流阀组件8包括：
溢流管13，一端与油腔7的出油口连通，溢流管13的另一端与第二管接头14连通；
阀芯15，设置在溢流管13内，阀芯15的一端朝向溢流管13的出油口，阀芯15的另一端设置有弹簧16，弹簧16通过支撑垫17固定在溢流管13内，支撑垫17通过弹簧16对阀芯15施加向溢流管13的出油口方向的力；
调节螺母18，与支撑垫17连接，调节螺母18转动设置在溢流管13内，调节螺母18能够带动支撑垫17向阀芯15方向移动。
在本实施例中，阀芯15的一端呈圆锥体状，阀芯15的中部沿周向设置有多个进油孔19，阀芯15的中部开设有出油孔20，出油孔20与多个进油孔19连通。
在本实施例中，外套筒3沿周向均匀设置有多个导向孔，内套筒5沿周向设置有与导向孔相配合的导向柱21。
在本实施例中，压盖4上设置有与主轴2相配合的位置传感器22，位置传感器22沿压盖4的径向方向设置。
在本实施例中，主轴2在伸缩运动时，压盖4对内套筒5进行轴线限位。
在本实施例中，外套筒3沿周向设置有多个排气孔，排气孔与主轴箱1的通气孔连通。
在本实施例中，外套筒3和内套筒5靠近油腔7的一端分别设置有密封圈。
综上，该用于主轴防过载的机械装置，在主轴2从主轴箱1内伸出进行切削加工时，外套筒3与内套筒5之间形成油腔7，这样液压油依次通过减压阀9和单向阀6进入到油腔7内，并且液压油的压力小于溢流阀组件8的溢流压力，液压油能够对内套筒5提供支撑力；当主轴2受到轴向外力大于溢流阀组件8的溢流压力时，液压油将阀芯15顶开，这样油腔7与溢流管13连通，液压油能够通过第二管接头14排出，液压油从油腔7内匀速流出，能够减小回缩的主轴2的轴向冲击力。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，包括：
外套筒，一端与主轴箱连接，所述外套筒的另一端与压盖连接；
内套筒，套设在主轴的外周，所述内套筒的外壁与所述外套筒的内壁滑动贴合；
液压系统，设置在所述主轴箱上，所述液压系统包括单向阀、油腔和溢流阀组件，所述单向阀通过所述油腔与所述溢流阀组件连通；
当从所述单向阀排入液压油时，所述液压油在所述内套筒和所述外套筒之间存储空间为所述油腔；
当所述主轴回缩时，存储在所述油腔内所述液压油通过所述溢流阀组件排出。
2.根据权利要求1所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述液压系统还包括：
减压阀，与所述单向阀的进油端连接；
液压管路，设置在所述单向阀的出油端和所述油腔的进油口之间，所述液压管路还连通有压力继电器和蓄能器。
3.根据权利要求2所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述外套筒上设置有第一管接头，所述液压管路通过所述第一管接头与所述油腔连通。
4.根据权利要求3所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述溢流阀组件包括：
溢流管，一端与所述油腔的出油口连通，所述溢流管的另一端与第二管接头连通；
阀芯，设置在所述溢流管内，所述阀芯的一端朝向所述溢流管的出油口，所述阀芯的另一端设置有弹簧，所述弹簧通过支撑垫固定在所述溢流管内，所述支撑垫通过所述弹簧对所述阀芯施加向所述溢流管的出油口方向的力；
调节螺母，与所述支撑垫连接，所述调节螺母转动设置在所述溢流管内，所述调节螺母能够带动所述支撑垫向所述阀芯方向移动。
5.根据权利要求4所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述阀芯的一端呈圆锥体状，所述阀芯的中部沿周向设置有多个进油孔，所述阀芯的中部开设有出油孔，所述出油孔与多个所述进油孔连通。
6.根据权利要求1所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述外套筒沿周向均匀设置有多个导向孔，所述内套筒沿周向设置有与所述导向孔相配合的导向柱。
7.根据权利要求1所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述压盖上设置有与所述主轴相配合的位置传感器，所述位置传感器沿所述压盖的径向方向设置。
8.根据权利要求1所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述主轴在伸缩运动时，所述压盖对所述内套筒进行轴线限位。
9.根据权利要求1所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述外套筒沿周向设置有多个排气孔，所述排气孔与所述主轴箱的通气孔连通。
10.根据权利要求1所述的用于主轴防过载的机械装置，其特征在于，所述外套筒和所述内套筒靠近所述油腔的一端分别设置有密封圈。
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