CN204234750U - 数控铣床/加工中心主轴保护装置及其主轴结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开数控铣床/加工中心主轴保护装置，包括行程开关，上、下连接板，与下连接板固定的触发凸台，设置于上、下连接板之间的弹簧，以及用于引发触发凸台触发行程开关的引发装置；引发装置相对的两端分别与上、下连接板连接；本实用新型还公开了数控铣床/加工中心主轴结构，包括前述主轴保护装置，主轴，主轴端面键，设置于主轴内的拉杆，顺序连接于拉杆上的主轴拉钉、刀柄、刀座和刀具；主轴与上连接板固定，主轴端面键均与下连接板固定，刀具键槽与主轴端面键固定连接；该保护装置和主轴结构具有结构简单、易于加工、便于装卸、使用方便、成本低和能够对刀具干涉位置进行灵敏准确反应并及时对主轴进行制动的优点。

Description

数控铣床/加工中心主轴保护装置及其主轴结构

技术领域

本实用新型涉及机床领域，尤其是涉及数控铣床/加工中心主轴保护装置及包括该保护装置的主轴结构。

背景技术

数控铣床/加工中心特别是高性能的数控机床，主轴是其关键部件，价格较高。如图1所示，现有机床的主轴结构包括主轴13，设置于主轴13的内孔内的拉杆15，顺序设置于拉杆15下方的主轴拉钉16、刀柄17、刀座18和刀具19，刀座18与主轴下端面20配合，刀座上的刀具键槽22与固定在主轴下端面上的主轴端面键14配合，数控机床用刀具（刀具一般包括刀柄、刀具键槽和刀具）一般直接通过主轴拉钉和主轴端面键固定安装在主轴上，在机床调试、机床的操作培训和机床加工过程中，如不慎误操作使机床刀具和工件发生撞击则会使主轴发生严重损坏，会造成很大损失。机床刀具对刀失误，MDI方式（指手动输入方式）操作机床时的误操作及刀具加工干涉是主轴发生撞击的主要原因。现有解决主轴撞击问题的方法，一般为通过传感器或行程开关的电气控制方式，当主轴过于接近工件时，产生触发信号，进而对主轴运动进行制动。但由于实际加工环境中加工零件的形状和加工过程复杂，特别是对于可摆动的加工中心主轴，其主轴运动轨迹复杂，采用传感器和行程开关的电气控制方式的防护方式，则存在如下问题：

1. 传感器和行程开关的空间安装设置难度较大，主轴刀具长度或直径发生变化后其空间位置需要调整，以至使用不便；

2. 主轴摆动后传感器和行程开关触发点位置难以对复杂刀具干涉位置进行反应；

3. 当工件形状复杂时容易发生误反应。

发明内容

本实用新型的任务之一是克服上述已有技术的不足，提供一种结构简单、易于加工、便于装卸、使用方便、成本低和能够对刀具干涉位置进行准确、及时反应的数控铣床/加工中心主轴保护装置；本发明的任务之二是提供一种结构简单、易于加工、便于装卸、使用方便、成本低和能够对刀具干涉位置进行灵敏准确反应并及时对主轴进行制动的带有主轴保护装置的数控铣床/加工中心主轴结构。

本实用新型的任务一通过下述技术方案来实现：

数控铣床/加工中心主轴保护装置，包括与主轴固定连接且能够与数控铣床/加工中心的电气控制模块通信的行程开关，用于触发行程开关的触发凸台，与主轴下端面配合的上连接板，与刀座固定连接的下连接板，以及设置于上连接板和下连接板之间的弹簧；触发凸台与下连接板固定，保护装置还包括用于在刀具受撞时引发下连接板向上移动而带动触发凸台触发行程开关的引发装置；引发装置相对的两端分别与上连接板和下连接板连接，上、下连接板上均设有与刀柄对应的供刀柄穿过的内孔。

本实用新型的任务一的进一步改进方案包括：

所述触发凸台可为与下连接板固定连接的独立结构，也可为与下连接板一体成型的一体结构。

所述引发装置包括用于支承所述上连接板和所述下连接板且能够在刀具受撞时破坏的支承结构。

所述弹簧为拉簧，拉簧的两端分别与所述上连接板和所述下连接板固定连接；或弹簧为压簧。

所述支承结构包括能够在主轴和所述上、下连接板由于撞击力而发生塑性变形前就断裂的脆性支承块。

所述支承结构可为一块脆性支承块或其中一段为脆性材料的支承块，所述保护装置包括均匀分布于上连接板和下连接板之间的多块支承块；或所述支承结构由多块支承块搭设而成，其搭设的结构，在受到撞击力时能够发生破坏，而使下连接板能够在撞击发生时，向上移动。

所述上连接板上表面设有限位凸台，且限位凸台位于靠近主轴中心轴线的一侧，限位凸台的上表面与主轴下端面之间设有间隙，所述保护装置还包括设置于刀柄和主轴之间的能够缓冲刀柄与主轴之间作用力的带有内孔的刀柄衬套，刀柄衬套的下端带有能够卡接于主轴下端面和限位凸台之间的向外折弯的衬套沿。

所述刀柄衬套采用橡胶制成，所述行程开关为微动行程开关。

所述限位凸台的下表面上设有突出于所述下连接板的下表面的用于限制下连接板能够向上移动的最大位置的凸起；限位凸台的下表面为平面，平面突出于下连接板下表面构成凸起，或者仅限位凸台的下表面的一部份突出于下连接板的下表面。

所述保护装置还包括用于固定连接主轴拉钉和刀柄的拉钉连接块，所述行程开关上设有行程开关保护罩。

所述上连接板上设有与主轴上的主轴螺孔对应的第一螺孔，所述下连接板上设有与第一螺孔对应的第一通孔，一固定螺钉依次穿过第一通孔、第一螺孔和主轴螺孔，而将上连接板和下连接板固定在主轴上，下连接板在所述支承结构破坏后能够沿固定螺钉向上移动。

本实用新型数控铣床/加工中心主轴保护装置的有益效果是：结构简单，主要结构为上、下连接板、行程开关、触发凸台和引发装置，易于加工、组装，成本低，使用方便，可通过螺丝或螺杆固定在主轴端面上，无需设计新的主轴，只需在现有主轴的主轴下端面上开设螺孔，即可将保护装置设置于主轴上，无需使用时（比如调试完成后），只需取下螺丝或螺杆即可对保护装置进行拆卸，通过材料和/或结构的设置使引发装置容易在刀具受到撞击时破坏，而能够及时触发行程开关，便于机床电气控制模块及时控制主轴制动，而对主轴进行保护。

本实用新型的任务二通过下述技术方案来实现：

数控铣床/加工中心主轴结构，包括前述数控铣床/加工中心主轴保护装置，主轴，主轴端面键，设置于主轴的内孔内的拉杆，顺序连接于拉杆上的主轴拉钉、刀柄、刀座和刀具；主轴与所述上连接板固定连接，主轴端面键均与下连接板固定连接，刀座上的刀具键槽与主轴端面键固定连接。

或者数控铣床/加工中心主轴结构，包括前述数控铣床/加工中心主轴保护装置，主轴，主轴端面键，设置于主轴的内孔内的拉杆，顺序连接于拉杆上的主轴拉钉、刀柄、刀座和刀具；主轴下端面上设有主轴螺孔，主轴端面键上设有与主轴螺孔对应的端面螺孔，所述固定螺钉依次穿过端面螺孔、所述第一通孔、所述第一螺孔和主轴螺孔，而将主轴端面键和保护装置固定在主轴上；主轴下端面与上连接板的上表面配合，刀座上的刀具键槽均与下连接板的下表面配合，且刀具键槽与主轴端面键固定连接；所述行程开关设置于主轴上，且与所述触发凸台正对。

本实用新型数控铣床/加工中心主轴结构的有益效果是：结构简单，易于加工，成本低，使用方便，只需在原有主轴的基础上增加前述主轴保护装置，可通过螺丝或螺杆固定在主轴端面上，无需设计新的主轴，只需在现有主轴的主轴下端面上开设螺孔或利用现有主轴下端面上的螺孔，即可将保护装置设置于主轴上，无需使用时（比如调试完成后），只需取下螺丝或螺杆即可对保护装置进行拆卸，即可还原为现有结构，通过材料和/或结构的设置使引发装置容易在刀具受到撞击时破坏，而能够及时触发行程开关，机床电气控制模块再及时控制主轴制动，从而对主轴进行保护。

附图说明

图1是现有数控铣床/加工中心主轴结构示意图。

图2是本实用新型数控铣床/加工中心主轴保护装置的结构示意图；

图3是本实用新型数控铣床/加工中心主轴结构的结构示意图；

其中：1-行程开关，2-触发凸台，3-上连接板，4-下连接板，5-弹簧，6-支承结构，7-固定螺钉，8-限位凸台，9-刀柄衬套，10-衬套沿，11-拉钉连接块，12-行程开关保护罩，13-主轴，14-主轴端面键，15-拉杆，16-主轴拉钉，17-刀柄，18-刀座，19-刀具，20-主轴下端面，21-紧固螺钉，22-刀具键槽，23-加固螺钉。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述:

实施例1：

如图2和图3所示，本实用新型数控铣床/加工中心主轴保护装置，包括与主轴13固定连接且能够与数控铣床/加工中心的电气控制模块通信的行程开关1，用于触发行程开关1的触发凸台2，与主轴下端面20配合的上连接板3，与刀座18固定连接的下连接板4，以及设置于上连接板3和下连接板4之间的弹簧5；触发凸台2与下连接板4固定，保护装置还包括用于在刀具19受撞时引发下连接板4向上移动而带动触发凸台2触发行程开关1的引发装置；引发装置相对的两端分别与上连接板3和下连接板4连接，上、下连接板上均设有与刀柄17对应的供刀柄17穿过的内孔。其中触发凸台2可为与下连接板4固定连接的独立结构，也可为与下连接板一体成型的一体结构。优选行程开关1为微动行程开关。

其中引发装置包括用于支承上连接板3和下连接板4且能够在刀具19受撞时破坏的支承结构6。优选支承结构6包括能够在主轴13和上、下连接板由于撞击力而发生塑性变形前就断裂的脆性支承块。

其中支承结构6可为一块脆性支承块或其中一段为脆性材料的支承块，保护装置包括均匀分布于上连接板3和下连接板4之间的多块支承块；或支承结构6由多块支承块搭设而成，其搭设的结构，在受到撞击力时能够发生破坏，而使下连接板能够在撞击发生时，向上移动。其中支承块可为“[”形结构或“S”形结构，其上、下两端通过紧固螺钉21分别与上连接板3和下连接板4固定。

优选上连接板3与主轴下端面20紧配合，上连接板3和下连接板4之间由支承块连接，支承块由抗拉强度较小的脆性材料构成(如灰铸铁HT350)，支承块的形状设计和材料选择，应当在主轴13和上、下连接板由于撞击力发生塑性变形前就断裂。而上、下连接板其材料应有较大的屈服强度（如选用40Cr合金钢）。

其中弹簧5可为拉簧，拉簧的两端分别与上连接板3和下连接板4固定连接，刀具19受到撞击时，支承结构在撞击力的作用下破坏，下连接板与上连接板的支承作用消失，拉簧收缩，拉动下连接板向上移动，下连接板上的触发凸台触发行程开关，机床的电气控制模块控制主轴制动，保护过程简单、快捷，便于实时对主轴进行保护；弹簧5也可为压簧，刀具19受到撞击时，支承结构在撞击力的作用下破坏，下连接板与上连接板的支承作用消失，下连接板在撞击力的作用下向上移动，下连接板上的触发凸台触发行程开关，机床的电气控制模块控制主轴制动，此种方式结构简单，压簧只有在撞击发生时，才受到较大压力，利于弹性的的维持，使压簧能够持久有效，灵敏反应。但弹簧为压簧时，撞击时，主轴也会受到一定的力，因此更优选弹簧为拉簧。

优选上连接板3上表面设有限位凸台8，且限位凸台8位于靠近主轴13中心轴线的一侧，限位凸台8的上表面与主轴下端面20之间设有间隙，保护装置还包括设置于刀柄17和主轴13之间的能够缓冲刀柄与主轴之间作用力的带有内孔的刀柄衬套9，刀柄衬套9的下端带有能够卡接于主轴下端面20和限位凸台8之间的向外折弯的衬套沿10；刀具受到撞击时，刀柄和上连接板也受到一定的力，设置刀柄衬套能够对这一部份力进行缓冲，使保护装置能够更好的保护主轴内孔，衬套沿的设置一方面起到了对刀柄衬套进行限位的作用，使其不能上下窜动，另一方面也在刀具受到撞击时，缓冲上连接板对主轴下端面的作用力。优选刀柄衬套9采用橡胶制成。

限位凸台8的下表面上设有突出于下连接板4的下表面的用于限制下连接板4向上移动的最大位置的凸起；限位凸台的上表面凹低于上连接板3上表面所处的平面，限位凸台的下表面为平面，平面突出于下连接板4下表面构成凸起，或者仅限位凸台的下表面的一部份突出于下连接板4的下表面。限位凸台8一方面起到固定刀柄衬套9的作用，可对其衬套沿10进行限位，同时还可加强刀柄衬套9连接部分，如其上设有凸起，则还可对下连接板的上移位置进行限位，如弹簧为拉簧时，可限制拉簧拉动下连接板移动的位置。因为保护机构在主轴上使用时，与主轴13的刀具19在自动换刀时，主轴拉钉16、刀具19、刀柄17、刀座18会被一起经换刀装置拔出或顶入，固定刀柄衬套会受力，因此刀柄衬套靠近刀座18的一侧不能太薄，限位凸台8对刀柄衬套9起到加强作用。

优选保护装置还包括用于固定连接主轴拉钉16和刀柄17的拉钉连接块11。

优选行程开关上设有行程开关保护罩12；行程开关保护罩保护行程开关1，避免加工时切削液和切削进入，避免开关信号失效。

优选上连接板3上设有与主轴13上的主轴螺孔对应的第一螺孔，下连接板4上设有与第一螺孔对应的第一通孔，一固定螺钉7依次穿过第一通孔、第一螺孔和主轴螺孔，而将上连接板3和下连接板4固定在主轴13上，下连接板4在支承结构6破坏后能够沿固定螺钉7向上移动；固定螺钉7既起到了固定相关结构的作用，相对于下连接板来说，又起到了导杆的作用，使得分别固定和单独设置导杆的方式，结构更为简单。可以在上连接板3上相对的位置上设置两个第一螺孔，相应的在下连接板4上相对位置上相对的位置上设置两个第一通孔，通过两个固定螺钉7从相对的位置上将保护装置固定在主轴上；为了加强对保护装置的固定，还可在上连接板3和下连接板4上分别再增设两个第一螺孔和两个第一通孔，并且也用固定螺钉7穿过相应的第一通孔、第一螺孔和主轴螺孔，优选四个第一通孔和第一螺孔均均匀分布在供刀柄17穿过的内孔之外，这样能将保护装置更为紧固的固定在主轴上。

安装时，将现有的设置于主轴下端面上的刀座、刀具和主轴端面键从主轴上取下，将本实用新型主轴保护装置安装到主轴上，再将刀座、刀具和主轴端面键固定于下连接板上，将行程开关接入电气控制模块即可，此保护装置的设置，会使原刀具的刀尖点位置下移，如机床为加工中心带自动换刀机构，需要通过修改机床参数，改变换刀点Z坐标位置，以便机床自动换刀。

本实用新型主轴保护装置可用于应对误操作产生激烈的撞击，如可用于对机床进行调试或操作培训的过程中，当机床调试或操作培训结束后，也可将此保护装置拆除，进行一般刀具安装加工；此保护装置安装时只需要在主轴下端面加工螺孔，对原结构变化小，使用方便，当数控铣床/加工中心在加工过程中，由于误操作，主轴发生撞击时对机床主轴进行自动保护，使系统产生反应将机床制动及产生报警。

实施例2：

本实施例包括实施例1中述及的数控铣床/加工中心主轴保护装置，以下不再对其具体结构进行赘述：

如图2和图3所示，数控铣床/加工中心主轴结构，包括数控铣床/加工中心主轴保护装置，主轴13，主轴端面键14，设置于主轴13的内孔内的拉杆15，顺序连接于拉杆15上的主轴拉钉16、刀柄17、刀座18和刀具19；主轴13与所述上连接板3固定连接，主轴端面键14均与下连接板4固定连接，刀座18上的刀具键槽22与主轴端面键14固定连接。

实施例3：

本实施例包括实施例1中述及的数控铣床/加工中心主轴保护装置，以下不再对其具体结构进行赘述：

如图2和图3所示，数控铣床/加工中心主轴结构，包括数控铣床/加工中心主轴保护装置，主轴13，主轴端面键14，设置于主轴13的内孔内拉杆15，顺序连接于拉杆15上的主轴拉钉16、刀柄17、刀座18和刀具19；主轴下端面20上设有主轴螺孔，主轴端面键14上设有与主轴螺孔对应的端面螺孔，所述固定螺钉7依次穿过端面螺孔、所述第一通孔、所述第一螺孔和主轴螺孔，而将主轴端面键14和保护装置固定在主轴13上；主轴下端面20与上连接板3的上表面配合，刀座18上的刀具键槽22均与下连接板4的下表面配合，且刀具键槽22与主轴端面键14固定连接；行程开关1设置于主轴上，且与所述触发凸台2正对。

其中拉杆15、刀柄17和刀具19同轴设置，刀柄衬套9套接于刀柄17外周，且与刀柄17紧配合，衬套沿10卡接于主轴下端面20和限位凸台8之间，且与两者紧配合。

本实用新型主轴结构使用过程中，当撞击发生时，支承结构6破坏，弹簧5使上连接板3移动，触发凸台2激发行程开关1，行程开关1动作，机床的电气控制模块中带有相应的机床控制PLC程序及机床报警程序对应于行程开关1的动作，使机床产生制动，并进行报警保护。

本实用新型数控铣床/加工中心主轴结构的保护装置主要通过固定螺钉、紧固螺钉与主轴进行连接，当刀具需在主轴固定时，主轴拉钉经过拉钉连接块与刀柄相连，拉紧刀具，刀具键槽与装在下连接板上的主轴端面键配合，刀座与下连接板配合并压紧，刀柄衬套在刀柄和主轴内孔之间，并被拉紧，当主轴刀具发生撞击时可以对主轴内孔进行保护。

以引发装置为脆性材料制成的支承块、弹簧为拉簧时为例，对保护过程进行说明如下：

下刀过程，刀具与工件发生撞击时，当撞击力超过一定极限时，由于支承块抗拉强度较低，发生断裂，下连接板由撞击力和弹簧力带动向上移动，触发行程开关，行程开关的动作信号传给机床PLC并直接和机床急停控制回路进行连接，对机床主轴进行紧急制动和停转控制，使机床发生急停，主轴停止运动，避免进一步撞击，还可将行程开关的动作信号传送给报警控制系统，进行报警处理。

Claims (10)

1.数控铣床/加工中心主轴保护装置，其特征在于：该保护装置包括与主轴（13）固定连接且能够与数控铣床/加工中心的电气控制模块通信的行程开关（1），用于触发行程开关（1）的触发凸台（2），与主轴下端面（20）配合的上连接板（3），与刀座（18）固定连接的下连接板（4），以及设置于上连接板（3）和下连接板（4）之间的弹簧（5）；触发凸台（2）与下连接板（4）固定，保护装置还包括用于在刀具（19）受撞时引发下连接板（4）向上移动而带动触发凸台（2）触发行程开关（1）的引发装置；引发装置相对的两端分别与上连接板（3）和下连接板（4）连接，上、下连接板上均设有与刀柄（17）对应的供刀柄（17）穿过的内孔。

2.根据权利要求1所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置，其特征在于：所述引发装置包括用于支承所述上连接板（3）和所述下连接板（4）且能够在刀具（19）受撞时破坏的支承结构（6）。

3.根据权利要求2所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置，其特征在于：所述弹簧（5）为拉簧，拉簧的两端分别与所述上连接板（3）和所述下连接板（4）固定连接；或弹簧（5）为压簧。

4.根据权利要求2所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置，其特征在于：所述支承结构（6）包括能够在主轴（13）和所述上、下连接板由于撞击力而发生塑性变形前就断裂的脆性支承块。

5.根据权利要求2所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置，其特征在于：所述上连接板（3）上表面设有限位凸台（8），且限位凸台（8）位于靠近主轴（13）中心轴线的一侧，限位凸台（8）的上表面与主轴下端面（20）之间设有间隙，所述保护装置还包括设置于刀柄（17）和主轴（13）之间的能够缓冲刀柄与主轴之间作用力的带有内孔的刀柄衬套（9），刀柄衬套（9）的下端带有能够卡接于主轴下端面（20）和限位凸台（8）之间的向外折弯的衬套沿（10）。

6.根据权利要求5所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置，其特征在于：所述刀柄衬套（9）采用橡胶制成，所述行程开关（1）为微动行程开关；所述限位凸台（8）的下表面上设有突出于所述下连接板（4）的下表面的用于限制下连接板（4）向上移动的最大位置的凸起。

7.根据权利要求5所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置，其特征在于：所述保护装置还包括用于固定连接主轴拉钉（16）和刀柄（17）的拉钉连接块（11），所述行程开关（1）上设有行程开关保护罩（12）。

8.根据权利要求2至7中任一权利要求所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置，其特征在于：所述上连接板（3）上设有与主轴（13）上的主轴螺孔对应的第一螺孔，所述下连接板（4）上设有与第一螺孔对应的第一通孔，一固定螺钉（7）依次穿过第一通孔、第一螺孔和主轴螺孔，而将上连接板（3）和下连接板（4）固定在主轴（13）上，下连接板（4）在所述支承结构（6）破坏后能够沿固定螺钉（7）向上移动。

9.包括权利要求1至8中任一权利要求所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置的数控铣床/加工中心主轴结构：该主轴结构还包括主轴（13），主轴端面键（14），设置于主轴（13）的内孔内的拉杆（15），顺序连接于拉杆（15）上的主轴拉钉（16）、刀柄（17）、刀座（18）和刀具（19）；主轴（13）与所述上连接板（3）固定连接，主轴端面键（14）均与下连接板（4）固定连接，刀座（18）上的刀具键槽（22）与主轴端面键（14）固定连接。

10.包括权利要求8所述的数控铣床/加工中心主轴保护装置的数控铣床/加工中心主轴结构：该主轴结构还包括主轴（13），主轴端面键（14），设置于主轴（13）的内孔内的拉杆（15），顺序连接于拉杆（15）上的主轴拉钉（16）、刀柄（17）、刀座（18）和刀具（19）；主轴下端面（20）上设有主轴螺孔，主轴端面键（14）上设有与主轴螺孔对应的端面螺孔，所述固定螺钉（7）依次穿过端面螺孔、所述第一通孔、所述第一螺孔和主轴螺孔，而将主轴端面键（14）和保护装置固定在主轴（13）上；主轴下端面（20）与上连接板（3）的上表面配合，刀座（18）上的刀具键槽（22）均与下连接板（4）的下表面配合，且刀具键槽（22）与主轴端面键（14）固定连接；所述行程开关（1）设置于主轴上，且与所述触发凸台（2）正对。