CN117245436B - 一种具有五轴联动功能的五轴头架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有五轴联动功能的五轴头架，具体涉及五轴联动机床领域，包括主轴机构，主轴机构设置在机床机架上，主轴机构包括安装座，安装座上固定安装有主轴外壳，主轴外壳的内部转动安装有主轴头架，主轴头架的底端安装有刀柄组件，刀柄组件包括夹块和锁紧螺母，夹块沿锁紧螺母内部环形设置若干组，且各组夹块之间形成有槽缝，若干组夹块中贯穿设有刀具，刀具的顶端通过夹块及锁紧螺母夹紧定位时，主轴头架、刀柄组件和刀具为一体。本发明通过冲入空气并从槽缝顶部排向底部，形成反冲气流，有效避免废屑进入槽缝内部，解决了因固体废屑流入夹块内壁，导致夹块在夹紧刀具工作时出现打滑现象，提高刀柄组件的定位效果。

Description

一种具有五轴联动功能的五轴头架

技术领域

本发明涉及五轴联动机床技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有五轴联动功能的五轴头架。

背景技术

五轴联动机床的主轴通过刀柄夹持组件固定刀具，为了夹持不同直径的刀具，刀柄夹持组件包括多个夹块和锁紧螺母，多个夹块之间留有槽缝，安装时，先将多个夹块放入锁紧螺母内，然后将刀具穿过多个夹块中间，锁紧螺母与主轴螺纹连接，旋转锁紧螺母带动多个夹块向内移动收缩进行夹紧刀具。

叶轮的中心具有轴孔，用于连接驱动轴，大型叶轮的轴孔深度较大，以便与驱动轴稳定连接。

在加工大型叶轮的轴孔时，需采用大直径的刀具，因此，夹块之间的槽缝空间较大，为了润滑、降低加工温度和清理废屑，目前采用向刀具喷淋切削液，此时，切削液也会进入轴孔内，随着刀具不断加深进行加工轴孔，刀柄夹持组件逐渐靠近叶轮的轴孔，切削液的流动受到轴孔槽底的封闭面阻挡产生反向流动，而切削液供给流速是不变的，因此，刀具在逐渐深入的过程中，流速不变，流动空间减小的情况下，液体压力增大，反流动能增加，使得切屑液会携带废屑从刀头的排屑槽中反向喷出，废屑会随着切屑液进入槽缝内，并残留在槽缝中，在后续更换刀具时，槽缝中部分残余的废屑会随着切屑液流动至夹块内壁夹持面（夹块夹持刀具的配合面）上，在重新安装并锁紧刀具时，由于残留切削液以及其携带的废屑附着在夹块的夹持面上，会影响夹块对刀具的锁紧效果。

发明内容

本发明提供的一种具有五轴联动功能的五轴头架，所要解决的问题是：现有的五轴联动机床在加工叶轮的深轴孔时，废屑会随着切屑液进入夹块内壁夹持面上，影响刀柄夹持组件对刀具的锁紧效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有五轴联动功能的五轴头架，包括主轴机构，主轴机构设置在机床机架上，主轴机构包括安装座，安装座上固定安装有主轴外壳，主轴外壳的内部转动安装有主轴头架，主轴头架的底端安装有刀柄组件，刀柄组件包括夹块和锁紧螺母，夹块沿锁紧螺母内部环形设置若干组，且各组夹块之间形成有槽缝，若干组夹块中贯穿设有刀具，刀具的顶端通过夹块及锁紧螺母夹紧定位时，主轴头架、刀柄组件和刀具为一体，主轴头架上安装有冲入机构或阻挡机构，且冲入机构或阻挡机构均用于阻挡废屑进入槽缝内部；冲入机构包括流体供应组件，主轴头架的外周开设有导流孔，流体供应组件通过导流孔向主轴头架的内腔冲入流体，并使该流体沿槽缝喷出。

在一个优选的实施方式中，冲入机构还包括固定套和内衬套，内衬套固定设于主轴头架的外周，固定套转动套设于内衬套的外周，固定套的外周开设有连通口，内衬套的外周开设有流动腔，且流动腔与连通口之间连通，流动腔与导流孔之间设有流动口，固定套与内衬套内外套接，使流动腔处于较为封闭的空腔状态，流动腔与连通口之间连通，流体从连通口进入流动腔，再通过流动口从流动腔进入主轴头架内腔中。

在一个优选的实施方式中，流体供应组件包括泵箱，泵箱的底部与固定套之间连接有排出管，泵箱的顶部连通设有进液口，进液口向泵箱内部通入的流体为液体，泵箱的输送泵通过三通管还连接进液口，进液口连接水罐，通过连通进液口向流动腔内部冲入清洁水，再通过导流孔使清洁水喷向槽缝，可将槽缝内部少量进入的废屑从槽缝底部冲出。

在一个优选的实施方式中，泵箱的顶部还连通设有进气口，进气口向泵箱内部通入的流体为气体，泵箱内部的输送泵通过排出管向流动腔内部冲入空气，通过流动口和导流孔向槽缝内部喷气，在加工过程中，空气从槽缝顶部排向底部，形成反冲气流，有效避免废屑进入槽缝内部。

在一个优选的实施方式中，连通口的内部固定设有输送筒，输送筒的内部开设有输送通道，输送筒的一端位于流动腔的内部，输送筒位于流动腔内部的一端外周设有导流面，气体经过输送通道的内部，输送通道的出口端深入流动腔内部并靠近流动口，输送气体时，为了降低流动腔内部气流反冲输送筒的作用力，倾斜的导流面可将气流导向外周。

在一个优选的实施方式中，固定套由两组半环座合并组成，固定套内壁的顶端和底端均固定设有阻挡软垫，内衬套对应阻挡软垫的位置开设有适配槽，且阻挡软垫沿适配槽的内部滑动，主轴外壳的两侧均固定安装有直线驱动机构，直线驱动机构的输送轴与半环座之间固定连接连杆，直线驱动机构用于带动固定套横向移动，两组半环座合并后形成封闭的环形固定套，由两组直线驱动机构通过对应连杆分别带动两组半环座横向移动，自动将两组半环座卡在内衬套上，阻挡软垫采用软胶垫，两组半环座在合并时，阻挡软垫沿内衬套表面滑动至适配槽内，且阻挡软垫体积小于适配槽体积，阻挡软垫不与适配槽内壁接触，内衬套在旋转时阻挡软垫不会与适配槽摩擦，在向流动腔内部充入气体时，阻挡软垫起到一定的封闭效果。

在一个优选的实施方式中，阻挡机构对应槽缝设置，且阻挡机构用于封闭槽缝的底部。

在一个优选的实施方式中，阻挡机构为封堵机构，封堵机构包括夹紧片，且夹紧片填充于夹块与锁紧螺母之间，夹紧片的底部固定连接有连接片，连接片的两侧均固定设有弹性片，且连接片及弹性片均填充于槽缝内部，连接片的底端设有封堵片，且封堵片位于槽缝底部，封堵片用于从底部阻挡槽缝，将封堵机构放入锁紧螺母内，夹紧片对应在锁紧螺母内壁底端的无螺纹处，连接片卡入槽缝内部，并在连接片的两侧设置具有弹性的弹性片，以适应槽缝的宽度变化。

在一个优选的实施方式中，连接片的底端固定连接滑块，封堵片的中部开设有滑槽，滑块滑动设于滑槽的内部，滑槽的内部底端固定设有螺孔定位片，滑块与螺孔定位片之间通过螺栓定位，为了完全覆盖槽缝底部，封堵片可横向调整，拧下螺孔定位片上的螺栓，滑块可在滑槽内部横向滑动进行调整，螺孔定位片上开设多个定位螺孔，调整完毕后，将螺栓拧入对应的定位螺孔并挤压定位滑块。

在一个优选的实施方式中，阻挡机构为衬套机构，衬套机构包括夹紧套，夹紧套的底部固定连接外衬套，夹紧套填充于夹块与锁紧螺母之间，衬套机构放入锁紧螺母内部，夹紧套对应在锁紧螺母内壁底端的无螺纹处，外衬套伸出至锁紧螺母外部，外衬套底端设有弹性口，刀具从弹性口穿过再进入多组夹块之间，外衬套包裹刀具顶端的无排屑槽部分，以此阻挡排屑槽带上来的废屑。

本发明的有益效果在于：

本发明通过泵箱内部的输送泵及排出管向流动腔内部冲入空气，通过流动口和导流孔向槽缝内部喷气，在加工过程中，空气从槽缝顶部排向底部，形成反冲气流，有效避免废屑进入槽缝内部，解决了因固体废屑流入夹块内壁，导致夹块在夹紧刀具工作时出现打滑现象，提高刀柄组件的定位效果。

本发明通过输送通道将气体输送至流动腔内，再通过流动口及导流孔进入主轴头架内腔，为了降低流动腔内部气流反冲输送筒的作用力，倾斜的导流面可将气流导向外周。

本发明通过两组直线驱动机构通过对应连杆分别带动两组半环座横向移动，自动将两组半环座卡在内衬套上，两组半环座在合并时，阻挡软垫沿内衬套表面滑动至适配槽内，且阻挡软垫不与适配槽内壁接触，在向流动腔内部充入气体时，阻挡软垫起到一定的封闭效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的主轴机构结构示意图。

图3为本发明的泵箱结构示意图。

图4为本发明的内衬套结构示意图。

图5为本发明的固定套结构示意图。

图6为本发明的直线驱动机构安装示意图。

图7为本发明的输送筒结构示意图。

图8为本发明的封堵机构安装示意图。

图9为本发明的封堵机构结构示意图。

图10为本发明的封堵片正剖面结构示意图。

图11为本发明的封堵片底部结构示意图。

图12为本发明的衬套机构安装示意图。

图13为本发明的衬套机构结构示意图。

附图标记为：1、机床机架；2、主轴机构；3、安装座；31、泵箱；32、进液口；33、进气口；34、排出管；4、主轴头架；41、固定套；411、连通口；412、输送筒；4121、输送通道；4122、导流面；413、阻挡软垫；414、直线驱动机构；415、连杆；42、内衬套；421、流动腔；422、流动口；43、导流孔；5、刀柄组件；51、夹块；52、锁紧螺母；6、刀具；7、封堵机构；71、夹紧片；72、连接片；721、弹性片；722、滑块；73、封堵片；731、滑槽；732、螺孔定位片；8、衬套机构；81、夹紧套；82、外衬套。

实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

参照说明书附图1-图7，一种具有五轴联动功能的五轴头架，包括主轴机构2，主轴机构2设置在机床机架1上，主轴机构2包括安装座3，安装座3上固定安装有主轴外壳，主轴外壳的内部转动安装有主轴头架4，主轴头架4的底端安装有刀柄组件5，刀柄组件5包括夹块51和锁紧螺母52，夹块51沿锁紧螺母52内部环形设置若干组，且各组夹块51之间形成有槽缝，若干组夹块51中贯穿设有刀具6，刀具6的顶端通过夹块51及锁紧螺母52夹紧定位时，主轴头架4、刀柄组件5和刀具6为一体，主轴头架4上安装有冲入机构或阻挡机构，且冲入机构或阻挡机构均用于阻挡废屑进入槽缝内部；冲入机构包括流体供应组件，主轴头架4的外周开设有导流孔43，流体供应组件通过导流孔43向主轴头架4的内腔冲入流体，并使该流体沿槽缝喷出。

需要说明的是，机床机架1上安装了主轴机构2和工作台，工作台设置在主轴机构2下方，工作台用于放置加工件，本实施例中的加工件为大直径叶轮，本实施例的主轴机构2可沿Y轴直线运行，工作台可沿X轴和Z轴直线运行，同时在工作台上设置固定座，固定座设置2个旋转轴，使固定座可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+100度至-100度或者﹣100度至﹢100，固定座的中间还设有一个回转台，回转台可以环绕Y轴回转，定义为B轴，夹块51与锁紧螺母52都有一定的锥度，该锥度优选为16度，将刀具6旋入多组夹块51之间，锁紧螺母52外套在夹块51上，随着锁紧螺母52顺时针旋转，锁紧螺母52轴向移动，带动夹块51进行轴向移动，因为有锥度的存在，多组夹块51被挤压向内收缩，减小多组夹块51之间的夹持孔径，从而夹紧刀具6。

进一步地，冲入机构还包括固定套41和内衬套42，内衬套42固定设于主轴头架4的外周，固定套41转动套设于内衬套42的外周，固定套41的外周开设有连通口411，内衬套42的外周开设有流动腔421，且流动腔421与连通口411之间连通，流动腔421与导流孔43之间设有流动口422。

需要说明的是，固定套41与内衬套42内外套接，使流动腔421处于较为封闭的空腔状态，流动腔421与连通口411之间连通，流体从连通口411进入流动腔421，再通过流动口422从流动腔421进入主轴头架4内腔中。

进一步地，流体供应组件包括泵箱31，泵箱31的底部与固定套41之间连接有排出管34。

进一步地，泵箱31的顶部连通设有进气口33，进气口33向泵箱31内部通入的流体为气体。

需要说明的是，泵箱31内部安装输送泵，输送泵的进口通过三通管连接进气口33，进气口33通过管道连接气罐，输送泵通过进气口33抽取气罐内的气体，气罐内的气体为经过过滤的空气，使输送泵抽取的气体无固体杂质，避免外部气体中杂质通过输送泵输送至主轴头架4内腔中。

进一步地，连通口411的内部固定设有输送筒412，输送筒412的内部开设有输送通道4121，输送筒412的一端位于流动腔421的内部，输送筒412位于流动腔421内部的一端外周设有导流面4122。

需要说明的是，气体经过输送通道4121的内部，输送通道4121的出口端深入流动腔421内部并靠近流动口422，输送气体时，内衬套42跟随主轴头架4旋转，固定套41相对主轴头架4为静止状态，当输送通道4121将气体输送至流动腔421内，再通过流动口422及导流孔43进入主轴头架4内腔，为了降低流动腔421内部气流反冲输送筒412的作用力，倾斜的导流面4122可将气流导向外周。

进一步地，固定套41由两组半环座合并组成，固定套41内壁的顶端和底端均固定设有阻挡软垫413，内衬套42对应阻挡软垫413的位置开设有适配槽，且阻挡软垫413沿适配槽的内部滑动，主轴外壳的两侧均固定安装有直线驱动机构414，直线驱动机构414的输送轴与半环座之间固定连接连杆415，直线驱动机构414用于带动固定套41横向移动。

需要说明的是，两组半环座合并后形成封闭的环形固定套41，由两组直线驱动机构414通过对应连杆415分别带动两组半环座横向移动，自动将两组半环座卡在内衬套42上，阻挡软垫413采用软胶垫，两组半环座在合并时，阻挡软垫413沿内衬套42表面滑动至适配槽内，且阻挡软垫413体积小于适配槽体积，阻挡软垫413不与适配槽内壁接触，内衬套42在旋转时阻挡软垫413不会与适配槽摩擦，在向流动腔421内部充入气体时，阻挡软垫413起到一定的封闭效果，在更换主轴头架4时，拉动两组半环座分离，即可将主轴头架4拆下。

在本实施例中，实施场景具体为：泵箱31内部的输送泵通过排出管34向流动腔421内部冲入空气，通过流动口422和导流孔43向槽缝内部喷气，在加工过程中，空气从槽缝顶部排向底部，形成反冲气流，有效避免废屑进入槽缝内部，解决了因固体废屑流入夹块51内壁，导致夹块51在夹紧刀具6工作时出现打滑现象，提高刀柄组件5的定位效果。

本实施例还提供一种能够进行有效清洁的设备，具体为：泵箱31的顶部连通设有进液口32，进液口32向泵箱31内部通入的流体为液体。

在本实施例中，实施场景具体为：泵箱31的输送泵通过三通管还连接进液口32，进液口32连接水罐，通过连通进液口32向流动腔421内部冲入清洁水，再通过导流孔43使清洁水喷向槽缝，在加工结束后，将槽缝内部少量进入的废屑从槽缝底部冲出，保证槽缝内部无残余固体废屑。

参照说明书附图8-图11，本实施例还提供一种阻挡机构，所述阻挡机构对应槽缝设置，且阻挡机构用于从封闭槽缝的底部。

进一步地，阻挡机构为封堵机构7，封堵机构7包括夹紧片71，且夹紧片71填充于夹块51与锁紧螺母52之间，夹紧片71的底部固定连接有连接片72，连接片72的两侧均固定设有弹性片721，且连接片72及弹性片721均填充于槽缝内部，连接片72的底端设有封堵片73，且封堵片73位于槽缝底部，封堵片73用于从底部阻挡槽缝。

需要说明的是，将封堵机构7放入锁紧螺母52内，夹紧片71对应在锁紧螺母52内壁底端的无螺纹处，连接片72卡入槽缝内部，并在连接片72的两侧设置具有弹性的弹性片721，以适应槽缝的宽度变化。

进一步地，连接片72的底端固定连接滑块722，封堵片73的中部开设有滑槽731，滑块722滑动设于滑槽731的内部，滑槽731的内部底端固定设有螺孔定位片732，滑块722与螺孔定位片732之间通过螺栓定位。

需要说明的是，为了完全覆盖槽缝底部，封堵片73可横向调整，拧下螺孔定位片732上的螺栓，滑块722可在滑槽731内部横向滑动进行调整，螺孔定位片732上开设多个定位螺孔，调整完毕后，将螺栓拧入对应的定位螺孔并挤压定位滑块722。

在本实施例中，实施场景具体为：封堵片73处于夹块51底部并阻挡槽缝底部，采用此方式锁紧螺母52的底部凸出较小，不会接触到工件影响加工行程，适用于长度较短且直径较大的刀具6。

参照说明书附图12-图13，本实施例还提供了另一种阻挡机构，具体为：阻挡机构为衬套机构8，衬套机构8包括夹紧套81，夹紧套81的底部固定连接外衬套82，夹紧套81填充于夹块51与锁紧螺母52之间。

在本实施例中，实施场景具体为：将衬套机构8放入锁紧螺母52内部，夹紧套81对应在锁紧螺母52内壁底端的无螺纹处，外衬套82伸出至锁紧螺母52外部，外衬套82底端设有弹性口，刀具6从弹性口穿过再进入多组夹块51之间，外衬套82包裹刀具6顶端的无排屑槽部分，以此阻挡排屑槽带上来的废屑，此方式适用于长度较长且直径较小的刀具6。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有五轴联动功能的五轴头架，包括主轴机构（2），所述主轴机构（2）设置在机床机架（1）上，所述主轴机构（2）包括安装座（3），所述安装座（3）上固定安装有主轴外壳，所述主轴外壳的内部转动安装有主轴头架（4），所述主轴头架（4）的底端安装有刀柄组件（5），其特征在于：所述刀柄组件（5）包括夹块（51）和锁紧螺母（52），所述夹块（51）沿锁紧螺母（52）内部环形设置若干组，且各组夹块（51）之间形成有槽缝，若干组所述夹块（51）中贯穿设有刀具（6），所述刀具（6）的顶端通过夹块（51）及锁紧螺母（52）夹紧定位时，所述主轴头架（4）、刀柄组件（5）和刀具（6）为一体，所述主轴头架（4）上安装有冲入机构或阻挡机构，且冲入机构或阻挡机构均用于阻挡废屑进入槽缝内部；

所述冲入机构包括流体供应组件，所述主轴头架（4）的外周开设有导流孔（43），所述流体供应组件通过导流孔（43）向主轴头架（4）的内腔冲入流体，并使该流体沿槽缝喷出；

所述冲入机构还包括固定套（41）和内衬套（42），所述内衬套（42）固定设于主轴头架（4）的外周，所述固定套（41）转动套设于内衬套（42）的外周，所述固定套（41）的外周开设有连通口（411），所述内衬套（42）的外周开设有流动腔（421），且流动腔（421）与连通口（411）之间连通，所述流动腔（421）与导流孔（43）之间设有流动口（422）;

所述阻挡机构对应槽缝设置，且阻挡机构用于封闭槽缝的底部，所述阻挡机构为封堵机构（7）或衬套机构（8）；

所述封堵机构（7）包括夹紧片（71），且夹紧片（71）填充于夹块（51）与锁紧螺母（52）之间，所述夹紧片（71）的底部固定连接有连接片（72），所述连接片（72）的两侧均固定设有弹性片（721），且连接片（72）及弹性片（721）均填充于槽缝内部，所述连接片（72）的底端设有封堵片（73），且封堵片（73）位于槽缝底部，所述封堵片（73）用于从底部阻挡槽缝；

所述衬套机构（8）包括夹紧套（81），所述夹紧套（81）的底部固定连接外衬套（82），所述夹紧套（81）填充于夹块（51）与锁紧螺母（52）之间。

2.根据权利要求1所述的一种具有五轴联动功能的五轴头架，其特征在于：所述流体供应组件包括泵箱（31），所述泵箱（31）的底部与固定套（41）之间连接有排出管（34），所述泵箱（31）的顶部连通设有进液口（32），所述进液口（32）向泵箱（31）内部通入的流体为液体。

3.根据权利要求2所述的一种具有五轴联动功能的五轴头架，其特征在于：所述泵箱（31）的顶部还连通设有进气口（33），所述进气口（33）向泵箱（31）内部通入的流体为气体。

4.根据权利要求3所述的一种具有五轴联动功能的五轴头架，其特征在于：所述连通口（411）的内部固定设有输送筒（412），所述输送筒（412）的内部开设有输送通道（4121），所述输送筒（412）的一端位于流动腔（421）的内部，所述输送筒（412）位于流动腔（421）内部的一端外周设有导流面（4122）。

5.根据权利要求4所述的一种具有五轴联动功能的五轴头架，其特征在于：所述固定套（41）由两组半环座合并组成，所述固定套（41）内壁的顶端和底端均固定设有阻挡软垫（413），所述内衬套（42）对应阻挡软垫（413）的位置开设有适配槽，且阻挡软垫（413）沿适配槽的内部滑动，所述主轴外壳的两侧均固定安装有直线驱动机构（414），所述直线驱动机构（414）的输送轴与半环座之间固定连接连杆（415），所述直线驱动机构（414）用于带动固定套（41）横向移动。

6.根据权利要求1所述的一种具有五轴联动功能的五轴头架，其特征在于：所述连接片（72）的底端固定连接滑块（722），所述封堵片（73）的中部开设有滑槽（731），所述滑块（722）滑动设于滑槽（731）的内部，所述滑槽（731）的内部底端固定设有螺孔定位片（732），所述滑块（722）与螺孔定位片（732）之间通过螺栓定位。