CN206578431U - 一种多用主轴结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的多用主轴结构包括主轴、主电机、第一传动机构和回抽装置，主电机与第一传动机构相连，主轴与第一传动机构相连，第一传动机构安装在第一减速箱内，主轴直立安装在主轴箱体内，主轴上开设有轴向通孔，回抽装置可拆卸地安装在第一减速箱上，主轴箱体固定在第一减速箱的下端，回抽装置包括上下设置的伺服电机、第二减速箱和电动缸，伺服电机与第二减速箱相连，第二减速箱与电动缸相连，电动缸的输出端可拆卸地连接有连接杆，连接杆贯穿轴向通孔设置。该主轴结构可作为摩擦焊设备和数控加工中心使用，实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。

Description

一种多用主轴结构

技术领域

本实用新型涉及一种主轴结构，具体是一种多用主轴结构。

背景技术

随着国内对搅拌摩擦焊技术的研究与应用，技术逐渐成熟稳定，已开始广泛应用于高铁、航空航天及管道焊接加工中。搅拌摩擦焊的优点不胜枚举，但其有一个显著缺点，就是搅拌头离开焊缝时，会在焊缝末端留下一个凹坑，称之为匙孔。匙孔的存在不仅影响了焊缝美观，也会在一定程度上影响焊件末端的焊缝性能。

随着摩擦焊技术的发展，回抽式搅拌摩擦焊妥善解决了匙孔问题，因此越来越多的厂家采用回抽式摩擦焊进行焊接加工。图1为回抽式搅拌头的结构示意图，其中，1为搅拌针，2为搅拌头（轴肩），3为刀柄。回抽式搅拌摩擦焊的原理是将搅拌针与搅拌头（轴肩）分离，使用控制系统控制搅拌针轴向伸缩，这样就能在焊接过程中自动消除匙孔，提高焊件质量。

目前搅拌摩擦焊机均为特种设备，特别是采用回抽式工艺方法的搅拌摩擦焊机，只能进行搅拌摩擦加工。当厂家需要生产转型或者临时增加数控加工工序时，摩擦焊专机只能闲置，需另购数控加工中心，这给厂家的生产成本带来了较大的压力。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种既可作为摩擦焊设备使用、又可作为数控加工中心使用的多用主轴结构，其结构简单，经过简单的改造即可实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，可满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多用主轴结构，包括主轴、主电机、第一传动机构和回抽装置，所述的主电机的输出端与所述的第一传动机构的输入端相连，所述的主轴与所述的第一传动机构的输出端相连，所述的第一传动机构安装在第一减速箱内，所述的主轴直立安装在主轴箱体内，所述的主轴上开设有轴向通孔，所述的回抽装置可拆卸地安装在所述的第一减速箱上，所述的主轴箱体固定在所述的第一减速箱的下端，所述的回抽装置包括上下设置的伺服电机、第二减速箱和电动缸，所述的伺服电机的输出端与所述的第二减速箱的输入端相连，所述的第二减速箱的输出端与所述的电动缸的输入端相连，所述的电动缸的输出端可拆卸地连接有连接杆，所述的连接杆贯穿所述的轴向通孔设置，所述的连接杆为长连杆或短连杆，所述的长连杆的底端安装有摩擦焊刀柄，所述的摩擦焊刀柄固定在所述的主轴上，所述的摩擦焊刀柄内安装有搅拌针和搅拌头，所述的搅拌针固定在所述的长连杆的底端，所述的搅拌头套设在所述的搅拌针上；所述的短连杆的底端安装有拉刀爪，所述的主轴的下端安装有主轴锥柄，所述的主轴锥柄的上端固定有主轴拉钉，所述的主轴拉钉与所述的拉刀爪相连，所述的主轴锥柄用于安装数控刀具。

在主轴上安装长连杆时，直接在长连杆的底端安装摩擦焊刀柄及搅拌针和搅拌头，回抽装置驱动搅拌针完成伸缩动作，此时该多用主轴结构作为搅拌摩擦焊设备使用。工作时，伺服电机经第二减速箱增大扭矩后驱动电动缸，由电动缸向连接杆传递扭矩，利用伺服电机的正反转完成连接杆的轴向伸缩动作，通过连接杆的轴向伸缩动作，调整搅拌针在焊缝处的位置，当搅拌针达到合适位置后，伺服电机停止工作，之后主电机工作，通过第一传动机构向主轴传递扭矩，驱动主轴旋转，进而完成摩擦焊动作。需要安装数控刀具时，将回抽装置从第一减速箱上拆卸并向上抽出，再将长连杆拆下，换上短连杆，装上拉刀爪、主轴拉钉和主轴锥柄，即可安装数控刀具，此时该多用主轴结构便改造为能夹持标准数控刀具的加工中心。此时的回抽装置作为松夹刀机构使用，可控制伺服电机输出恒扭力将数控刀具拉到固定坐标点后停止，完成拉刀动作。拉刀完成后关断伺服电机，主电机工作，通过第一传动机构向主轴传递扭矩，驱动主轴旋转，完成对工件的数控加工操作。

可见，本实用新型的多用主轴结构，既可作为摩擦焊设备使用，又可作为数控加工中心使用。其结构简单，经过简单的改造即可实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，可满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。其回抽装置由伺服电机驱动，可作为伺服轴或松夹刀机构使用，进行短距离抽拉动作，且伺服电机的定位速度快、定位准确，可实现对连接杆的高精度定位，精确控制搅拌针的坐标位置。

本实用新型的多用主轴结构，其回抽装置采用电动缸形式，由伺服电机驱动，不需要液压驱动，可杜绝液压油渗漏等安全问题，并避免包括泵、管路、电磁阀、压力开关、接头等在内的复杂的成套系统的设计使用，简化设备控制系统，便于后期设备维护。该多用主轴结构的使用，可避免设备的油污污染，节省了一些特殊零部件的清洁成本。

所述的电动缸与所述的连接杆通过第二传动机构可拆卸地连接，所述的第二传动机构包括上传动套、下传动套、第一锁紧螺母和圆锥滚子轴承，所述的上传动套固定在所述的电动缸的输出端，所述的下传动套通过螺钉固定在所述的上传动套的下端，所述的圆锥滚子轴承安装在所述的下传动套与所述的连接杆之间，所述的第一锁紧螺母安装在所述的连接杆的上端，所述的圆锥滚子轴承由所述的第一锁紧螺母锁紧。拆卸连接杆时，将上传动套与下传动套分离，取下第一锁紧螺母即可将连接杆拆卸并抽出，操作方便。

所述的电动缸安装在一过渡支架上，所述的过渡支架的下端安装有开口朝下的过渡套，所述的过渡套套设在所述的上传动套上，所述的上传动套螺纹连接在所述的电动缸的输出端，所述的上传动套由第二锁紧螺母锁紧，所述的第二锁紧螺母通过螺钉固定在所述的上传动套上，所述的过渡支架的下端通过螺钉固定有传动箱，所述的传动箱通过螺钉固定在所述的第一减速箱上，所述的连接杆的上端伸入所述的传动箱内。

所述的上传动套与所述的下传动套之间安装有调整垫，以便对圆锥滚子轴承外圈的预压量进行调节。

所述的第一传动机构包括第一齿轮轴、第二齿轮轴、输出轴、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述的第一齿轮轴、第二齿轮轴和输出轴依次并行设置，所述的主电机的输出端与所述的第一齿轮轴相连，所述的第一传动齿轮安装在所述的第二齿轮轴上，所述的第二传动齿轮安装在所述的输出轴上，所述的第一齿轮轴与所述的第一传动齿轮相啮合，所述的第一传动齿轮与所述的第二传动齿轮相啮合，所述的输出轴套设在所述的连接杆上与所述的连接杆键连接，所述的输出轴的底端与所述的主轴的顶端经一花键套上下连接。工作时，主电机带动第一齿轮轴旋转，进而带动第二齿轮轴和输出轴旋转，第二齿轮轴可增大第一齿轮轴与输出轴的中心距，给回抽装置留出足够的安装空间。输出轴用来降速并增大主电机输出扭矩。

所述的主轴的下端设置有锥孔，所述的锥孔与所述的摩擦焊刀柄或所述的主轴锥柄相适配。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型公开的多用主轴结构，既可作为摩擦焊设备使用，又可作为数控加工中心使用。其结构简单，经过简单的改造即可实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，可满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。

2、本实用新型公开的多用主轴结构，其回抽装置由伺服电机驱动，可作为伺服轴或松夹刀机构使用，进行短距离抽拉动作，且伺服电机的定位速度快、定位准确，可实现对连接杆的高精度定位，精确控制搅拌针的坐标位置。

3、本实用新型公开的多用主轴结构的回抽装置采用电动缸形式，由伺服电机驱动，不需要液压驱动，可杜绝液压油渗漏等安全问题，并避免包括泵、管路、电磁阀、压力开关、接头等在内的复杂的成套系统的设计使用，简化设备控制系统，便于后期设备维护。该多用主轴结构的使用，可避免设备的油污污染，节省了一些特殊零部件的清洁成本。

附图说明

图1为回抽式搅拌头的结构示意图；

图2为实施例中多用主轴结构的结构示意图；

图3为图2中A处放大图；

图4为实施例中回抽装置的结构简图；

图5为实施例中第一传动机构的结构连接示意图；

图6为实施例1中主轴结构下端的结构示意图；

图7为实施例2中主轴结构下端的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1的多用主轴结构，如图所示，包括主轴2、主电机1、第一传动机构和回抽装置，主电机1的输出端与第一传动机构的输入端相连，主轴2与第一传动机构的输出端相连，第一传动机构安装在第一减速箱22内，主轴2直立安装在主轴箱体23内，主轴2上开设有轴向通孔21，回抽装置可拆卸地安装在第一减速箱22上，主轴箱体23固定在第一减速箱22的下端，回抽装置包括上下设置的伺服电机31、第二减速箱32和电动缸33，伺服电机31的输出端与第二减速箱32的输入端相连，第二减速箱32的输出端与电动缸33的输入端相连，电动缸33的输出端通过第二传动机构可拆卸地连接有连接杆4，连接杆4贯穿轴向通孔21设置，连接杆4为长连杆，长连杆的底端安装有摩擦焊刀柄5，摩擦焊刀柄5固定在主轴2上，摩擦焊刀柄5内安装有搅拌针51和搅拌头52，搅拌针51固定在长连杆的底端，搅拌头52套设在搅拌针51上；主轴2的下端设置有锥孔24，锥孔24与摩擦焊刀柄5相适配。

实施例1中，第一传动机构包括第一齿轮轴61、第二齿轮轴62、输出轴63、第一传动齿轮64和第二传动齿轮65，第一齿轮轴61、第二齿轮轴62和输出轴63依次并行设置，主电机1的输出端与第一齿轮轴61相连，第一传动齿轮64安装在第二齿轮轴62上，第二传动齿轮65安装在输出轴63上，第一齿轮轴61与第一传动齿轮64相啮合，第一传动齿轮64与第二传动齿轮65相啮合，输出轴63套设在连接杆4上与连接杆4键连接，输出轴63的底端与主轴2的顶端经一花键套66上下连接。

实施例1中，第二传动机构包括上传动套71、下传动套72、第一锁紧螺母73和圆锥滚子轴承74，上传动套71固定在电动缸33的输出端，下传动套72通过螺钉固定在上传动套71的下端，上传动套71与下传动套72之间安装有调整垫75，圆锥滚子轴承74安装在下传动套72与连接杆4之间，第一锁紧螺母73安装在连接杆4的上端，圆锥滚子轴承74由第一锁紧螺母73锁紧。

实施例1中，电动缸33安装在一过渡支架34上，过渡支架34的下端安装有开口朝下的过渡套35，过渡套35套设在上传动套71上，上传动套71螺纹连接在电动缸33的输出端，上传动套71由第二锁紧螺母76锁紧，第二锁紧螺母76通过螺钉固定在上传动套71上，过渡支架34的下端通过螺钉固定有传动箱36，传动箱36通过螺钉固定在第一减速箱22上，连接杆4的上端伸入传动箱36内。

实施例1的多用主轴结构的工作原理：伺服电机31经第二减速箱32增大扭矩后驱动电动缸33，由电动缸33向连接杆4传递扭矩，利用伺服电机31的正反转完成连接杆4的轴向伸缩动作，通过连接杆4的轴向伸缩动作，调整搅拌针51在焊缝处的位置，当搅拌针51达到合适位置后，伺服电机31停止工作，之后主电机1工作，主电机1带动第一齿轮轴61旋转，进而带动第二齿轮轴62和输出轴63旋转，输出轴63又带动主轴2旋转，进而完成摩擦焊动作。

第二齿轮轴62可增大第一齿轮轴61与输出轴63的中心距，给回抽装置留出足够的安装空间，输出轴63用来降速并增大主电机1输出扭矩。

实施例2的多用主轴结构，如图所示，包括主轴2、主电机1、第一传动机构和回抽装置，主电机1的输出端与第一传动机构的输入端相连，主轴2与第一传动机构的输出端相连，第一传动机构安装在第一减速箱22内，主轴2直立安装在主轴箱体23内，主轴2上开设有轴向通孔21，回抽装置可拆卸地安装在第一减速箱22上，主轴箱体23固定在第一减速箱22的下端，回抽装置包括上下设置的伺服电机31、第二减速箱32和电动缸33，伺服电机31的输出端与第二减速箱32的输入端相连，第二减速箱32的输出端与电动缸33的输入端相连，电动缸33的输出端通过第二传动机构可拆卸地连接有连接杆4，连接杆4贯穿轴向通孔21设置，连接杆4为短连杆，短连杆的底端安装有拉刀爪81，主轴2的下端安装有主轴锥柄8，主轴锥柄8的上端固定有主轴拉钉82，主轴拉钉82与拉刀爪81相连，主轴锥柄8用于安装数控刀具；主轴2的下端设置有锥孔24，锥孔24与主轴锥柄8相适配。

实施例2中，第一传动机构包括第一齿轮轴61、第二齿轮轴62、输出轴63、第一传动齿轮64和第二传动齿轮65，第一齿轮轴61、第二齿轮轴62和输出轴63依次并行设置，主电机1的输出端与第一齿轮轴61相连，第一传动齿轮64安装在第二齿轮轴62上，第二传动齿轮65安装在输出轴63上，第一齿轮轴61与第一传动齿轮64相啮合，第一传动齿轮64与第二传动齿轮65相啮合，输出轴63套设在连接杆4上与连接杆4键连接，输出轴63的底端与主轴2的顶端经一花键套66上下连接。

实施例2中，第二传动机构包括上传动套71、下传动套72、第一锁紧螺母73和圆锥滚子轴承74，上传动套71固定在电动缸33的输出端，下传动套72通过螺钉固定在上传动套71的下端，上传动套71与下传动套72之间安装有调整垫75，圆锥滚子轴承74安装在下传动套72与连接杆4之间，第一锁紧螺母73安装在连接杆4的上端，圆锥滚子轴承74由第一锁紧螺母73锁紧。

实施例2中，电动缸33安装在一过渡支架34上，过渡支架34的下端安装有开口朝下的过渡套35，过渡套35套设在上传动套71上，上传动套71螺纹连接在电动缸33的输出端，上传动套71由第二锁紧螺母76锁紧，第二锁紧螺母76通过螺钉固定在上传动套71上，过渡支架34的下端通过螺钉固定有传动箱36，传动箱36通过螺钉固定在第一减速箱22上，连接杆4的上端伸入传动箱36内。

实施例2的多用主轴结构的工作原理：伺服电机31经第二减速箱32增大扭矩后驱动电动缸33，由电动缸33向连接杆4传递扭矩，利用伺服电机31的正反转完成连接杆4的轴向伸缩动作，通过连接杆4的轴向伸缩动作，实现松夹刀功能，此时的回抽装置作为松夹刀机构使用。伺服电机31输出的恒扭力将数控刀具拉到固定坐标点后停止，完成拉刀动作。拉刀完成后关断伺服电机31，主电机1工作，主电机1带动第一齿轮轴61旋转，进而带动第二齿轮轴62和输出轴63旋转，向主轴2传递扭矩，驱动主轴2旋转，完成对工件的数控加工操作。

实施例1的主轴结构为搅拌摩擦焊设备，实施例2的主轴结构为数控加工中心，通过更换连接杆4，可实现搅拌摩擦焊设备与数控加工中心的快速、灵活转换，能够扩展设备的应用范围，满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。

例如，当前为搅拌摩擦焊设备，若需要转换为数控加工中心时，具体的转换过程为：将回抽装置从第一减速箱22上拆卸并向上抽出，拆卸连接杆4时，将上传动套71与下传动套72分离，取下第一锁紧螺母73将连接杆4拆卸并抽出，换上短连杆，装上拉刀爪81、主轴拉钉82和主轴锥柄8，即可安装数控刀具，此时该多用主轴结构便改造为能夹持标准数控刀具的加工中心。

以上实施例中，伺服电机31可以选用西门子1FK7060-2AF71-1RH1型电机，电动缸可以选用苏州丰达瑞的产品，速比25:1，导程10mm，行程20mm。

可见，本实用新型公开的多用主轴结构，既可作为摩擦焊设备使用，又可作为数控加工中心使用。其回抽装置由伺服电机驱动，可作为伺服轴或松夹刀机构使用，进行短距离抽拉动作，且伺服电机的定位速度快、定位准确，可实现对连接杆的高精度定位，精确控制搅拌针的坐标位置，而在安装数控刀具时，连接杆起拉紧刀具作用。此外，其回抽装置采用电动缸形式，由伺服电机驱动，不需要液压驱动，可杜绝液压油渗漏等安全问题。本实用新型公开的多用主轴结构，结构简单，经过简单的改造即可实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，可满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。

Claims (6)

1.一种多用主轴结构，其特征在于包括主轴、主电机、第一传动机构和回抽装置，所述的主电机的输出端与所述的第一传动机构的输入端相连，所述的主轴与所述的第一传动机构的输出端相连，所述的第一传动机构安装在第一减速箱内，所述的主轴直立安装在主轴箱体内，所述的主轴上开设有轴向通孔，所述的回抽装置可拆卸地安装在所述的第一减速箱上，所述的主轴箱体固定在所述的第一减速箱的下端，所述的回抽装置包括上下设置的伺服电机、第二减速箱和电动缸，所述的伺服电机的输出端与所述的第二减速箱的输入端相连，所述的第二减速箱的输出端与所述的电动缸的输入端相连，所述的电动缸的输出端可拆卸地连接有连接杆，所述的连接杆贯穿所述的轴向通孔设置，所述的连接杆为长连杆或短连杆，所述的长连杆的底端安装有摩擦焊刀柄，所述的摩擦焊刀柄固定在所述的主轴上，所述的摩擦焊刀柄内安装有搅拌针和搅拌头，所述的搅拌针固定在所述的长连杆的底端，所述的搅拌头套设在所述的搅拌针上；所述的短连杆的底端安装有拉刀爪，所述的主轴的下端安装有主轴锥柄，所述的主轴锥柄的上端固定有主轴拉钉，所述的主轴拉钉与所述的拉刀爪相连，所述的主轴锥柄用于安装数控刀具。

2.根据权利要求1所述的一种多用主轴结构，其特征在于所述的电动缸与所述的连接杆通过第二传动机构可拆卸地连接，所述的第二传动机构包括上传动套、下传动套、第一锁紧螺母和圆锥滚子轴承，所述的上传动套固定在所述的电动缸的输出端，所述的下传动套通过螺钉固定在所述的上传动套的下端，所述的圆锥滚子轴承安装在所述的下传动套与所述的连接杆之间，所述的第一锁紧螺母安装在所述的连接杆的上端，所述的圆锥滚子轴承由所述的第一锁紧螺母锁紧。

3.根据权利要求2所述的一种多用主轴结构，其特征在于所述的电动缸安装在一过渡支架上，所述的过渡支架的下端安装有开口朝下的过渡套，所述的过渡套套设在所述的上传动套上，所述的上传动套螺纹连接在所述的电动缸的输出端，所述的上传动套由第二锁紧螺母锁紧，所述的第二锁紧螺母通过螺钉固定在所述的上传动套上，所述的过渡支架的下端通过螺钉固定有传动箱，所述的传动箱通过螺钉固定在所述的第一减速箱上，所述的连接杆的上端伸入所述的传动箱内。

4.根据权利要求2所述的一种多用主轴结构，其特征在于所述的上传动套与所述的下传动套之间安装有调整垫。

5.根据权利要求1所述的一种多用主轴结构，其特征在于所述的第一传动机构包括第一齿轮轴、第二齿轮轴、输出轴、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述的第一齿轮轴、第二齿轮轴和输出轴依次并行设置，所述的主电机的输出端与所述的第一齿轮轴相连，所述的第一传动齿轮安装在所述的第二齿轮轴上，所述的第二传动齿轮安装在所述的输出轴上，所述的第一齿轮轴与所述的第一传动齿轮相啮合，所述的第一传动齿轮与所述的第二传动齿轮相啮合，所述的输出轴套设在所述的连接杆上与所述的连接杆键连接，所述的输出轴的底端与所述的主轴的顶端经一花键套上下连接。

6.根据权利要求1所述的一种多用主轴结构，其特征在于所述的主轴的下端设置有锥孔，所述的锥孔与所述的摩擦焊刀柄或所述的主轴锥柄相适配。