CN208245825U - 中心出水与松刀一体化的主轴和数控机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中心出水与松刀一体化的主轴，包括：旋转接头、芯轴、拉杆和自动松刀机构，其中，自动松刀机构包括围设于所述旋转接头外侧、用于接收及向所述拉杆传递松刀力的气缸、用于连接所述气缸与拉杆的松刀盘、套设于所述拉杆外侧的第一弹簧，和与所述拉杆下端连接的刀柄拉爪。本实用新型利用旋转接头接入高压液体，并依次经过芯轴和拉杆进入刀具，完成刀具冷却；同时，自动松刀机构围绕芯轴和旋转接头设置。本实用新型将自动松刀和中心出水一体化设计，结构非常紧凑，整体所占用空间更小。

Description

中心出水与松刀一体化的主轴和数控机床

技术领域

本实用新型涉及数控加工领域，具体涉及一种中心出水与松刀一体化的主轴和数控机床。

背景技术

随金属切削刀具技术的快速发展，对数控机床中主轴切削的效率、精度和可靠性的要求也愈发高。高性能的数控机床、刀具的高速切削技术，要求数控机床的主轴松刀结构和刀具冷却技术相适应，比如深孔加工或排削刀具需要穿过主轴以及刀具中心喷出高压液体，以实现对刀具的冷却和排屑，降低刀具的发热磨损，减少工件变形。

目前很多机床由于原有主轴内部结构设计的空间有限，无法实现中心出水与松刀一体化结构。而是选择在主轴外部额外设置一刀具冷却系统的方式，对刀具进行冷却。因此主轴功能单一，整体上结构较为散乱，占用空间较大。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种中心出水与松刀一体化的主轴，旨在解决现有的主轴整体结构散乱、占用空间较大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种中心出水与松刀一体化的主轴，该中心出水与松刀一体化的主轴包括：

旋转接头，用于通入高压液体，其轴向中心设置有用于供高压液体通过的第一中心通孔；

芯轴，上端与所述旋转接头活动连接，下端连接刀具，其轴向中心设置有第二中心通孔；

拉杆，位于所述第二中心通孔内，其轴向中心设置有与所述第一中心通孔、刀具均连通的第三中心通孔；和

自动松刀机构，包括：围设于所述旋转接头外侧、用于接收及向所述拉杆传递松刀力的气缸；用于连接所述气缸与拉杆的松刀盘；套设于所述拉杆外侧的第一弹簧；以及与所述拉杆下端连接的刀柄拉爪。

优选地，所述旋转接头内还设置有用于控制所述第一中心通孔通断的上摩擦片、下摩擦片，以及套设于所述上摩擦片与下摩擦片外侧的第二弹簧；所述上摩擦片与下摩擦片之间具有第一间隙。

优选地，所述自动松刀机构还包括：

接触盘，设置于所述旋转接头上方，且与所述气缸的活塞连接；

若干组支撑杆，位于所述气缸外侧，且沿所述旋转接头的圆周方向均匀设置；每个所述支撑杆上均套设有复位弹簧，所述支撑杆的下端与所述气缸的缸体固定连接，上端与接触盘滑动连接。

优选地，所述中心出水与松刀一体化的主轴还包括套设于所述芯轴外侧的支撑座和套筒，支撑座的上端与所述气缸的缸体连接，下端与所述套筒连接；所述支撑座上开设有一气密封入口，用于向所述支撑座与气缸中通入压缩气体。

优选地，所述松刀盘与所述气缸的活塞之间具有第二间隙，所述第二间隙小于第一间隙。

优选地，所述芯轴与套筒之间设置有电机，所述电机的线圈转子固定于所述芯轴外侧，线圈定子位于所述线圈转子外侧，且与线圈转子之间设置有环形空腔。

优选地，所述中心出水与松刀一体化的主轴还包括套设于所述芯轴外侧的密封套，所述密封套位于所述支撑座与套筒之间，所述密封套上开设有用于向所述环形空腔中通入压缩气体的进气口，所述套筒上开设有与所述环形空腔连通的排气口。

优选地，所述套筒与线圈定子之间设置有冷却水套，冷却水套外壁设有第一螺旋通道，所述套筒上还设置有用于通入冷却液的冷却液入口和用于排出冷却液的冷却液出口，所述冷却液入口与冷却液出口均与所述第一螺旋通道连通，且分别位于所述套筒的相对两侧。

优选地，所述芯轴的下端与套筒之间设置有轴承组，所述轴承组与所述环形空腔连通；所述套筒下端的外侧设置有第二螺旋通道，第二螺旋通道外套设有前套筒，所述前套筒的相对两侧开设有轴承液入口和轴承液出口。

本实用新型还提供一种数控机床，包括如前所述的中心出水与松刀一体化的主轴。

本实用新型通过旋转接头接入高压液体，高压液体依次经过芯轴、拉杆和刀柄拉爪进入刀具中心的冷却孔，完成对刀具的冷却。自动松刀机构的气缸围设于旋转接头外侧，向其下方的松刀盘、拉杆和刀柄拉爪依次传递松刀力，使刀柄拉爪下移和张开，解除对刀柄的固定，完成主轴松刀。本实用新型在实现主轴松刀和刀具中心出水冷却一体化的同时，自动松刀机构的各部件完全围绕芯轴、拉杆和旋转接头而设计，使得主轴的结构非常紧凑，整体所占用空间小，同时一体化的设计，安装也较为简单。

附图说明

图1为本实用新型中心出水与松刀一体化的主轴的结构示意图。

附图标号说明：

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出一种中心出水与松刀一体化的主轴，如图1所示，该中心出水与松刀一体化的主轴包括：

旋转接头100，用于通入高压液体，其轴向中心设置有用于供高压液体通过的第一中心通孔110；

芯轴200，上端与旋转接头100活动连接，下端连接刀具1200，其轴向中心设置有第二中心通孔210；

拉杆300，位于第二中心通孔210内，其轴向中心设置有与第一中心通孔110、刀具1200均连通的第三中心通孔310；和

自动松刀机构，包括：围设于旋转接头100外侧、用于接收及向拉杆300传递松刀力的气缸410；用于连接气缸410与拉杆300的松刀盘420；套设于拉杆300外侧的第一弹簧430；以及与拉杆300下端连接的刀柄拉爪440。如图1所示，刀柄拉爪440的轴向中心开设有与第三中心通孔310连通的第四中心通孔441。旋转接头100的下端、拉杆300的上端分别嵌入松刀盘420的上下两端。同时，松刀盘420的下端位于芯轴200的第二中心通孔210内，并随芯轴200旋转做功。

本实用新型实施例中，芯轴200为动力输出轴，带动其下端连接的刀具1200转动，对工件进行铣、钻、磨等加工。刀具1200的刀柄有多种标准，如BT(日本标准)、BBT(日本标准端面接触式)、CAT(美国标准)、DIN和HSK(德国标准)等不同国家标准，芯轴200可根据实际需求设计相应的刀柄接口。

刀具1200在对工件进行加工的过程中，数控机床的控制中心发出中心出水指令，与旋转接头100连接的止回阀打开时，使高压液体经止回阀进入上旋转接头100中，再向下依次通过第一中心通孔110、拉杆300的第三中心通孔310和刀柄拉爪440的第四中心通孔441，进入刀具1200中心的冷却孔内对刀具1200进行冷却、清洗，保证工件的加工表面质量以及精度。

主轴需要进行换刀时，数控机床的控制中心向主轴发出松刀指令，气缸410的活塞411接收松刀力并向下运动，作用于松刀盘420，松刀盘420克服第一弹簧430的弹力向下移动，带动与松刀盘420连接的拉杆300同时向下运动，拉杆300下端连接有刀柄拉爪440，刀柄拉爪440向下移动一定距离后，其末端用于连接的刀具1200刀柄的卡爪张开，同时，刀具1200被顶出，从而实现松刀。

本实用新型在同时实现自动松刀和中心出水的同时，结构非常紧凑。首先，拉杆300、芯轴200均为中心出水与自动松刀所共用的部件，同时，自动松刀机构的所有部件均环绕旋转接头100和芯轴200设置，比如旋转接头100位于气缸410内侧，旋转接头100与拉杆300均嵌入松刀盘420内。因此，本实用新型整体所占用空间较小，而且一体化的设计，非常便于操作。如图1所示，为有效控制高压液体的通断，本实用新型在旋转接头100内还设置有用于控制第一中心通孔110通断的上摩擦片120、下摩擦片130，以及套设于上摩擦片120与下摩擦片130外侧的第二弹簧140；上摩擦片120与下摩擦片130之间具有第一间隙。

本实用新型实施例中，如图1所示，旋转接头100包括上旋转接头和下旋转接头，上旋转接头的尾端套装于下旋转接头的首端，上摩擦片120与下摩擦片130均位于上旋转接头的尾端，同时，下摩擦片130还位于下旋转接头的首端。当第一间隙张开时，第一中心通孔110在第一间隙处形成断路，当第一间隙闭合时，第一中心通孔110则形成通路。

在上旋转接头中，第一中心通孔110分为直径不同的两部段，直径略小的部段位于直径略大的部段下方。因此，当数控机床打开与旋转接头连接且用于控制高压液体通断的止回阀时，高压液体经止回阀进入上旋转接头中的第一中心通孔110，由于第一中心通孔110的上下两部段存在直径差，即流道截面差，高压液体进入上旋转接头后，在压力作用下克服第二弹簧140，使上摩擦片120与下摩擦片130闭合，令第一中心通孔110形成闭合通道，高压液体沿第三中心通孔310流动至刀具1200。在一较佳实施例中，如图1所示，自动松刀机构还包括：

接触盘450，设置于旋转接头100上方，且与气缸410的活塞411固定连接；接触盘450一侧开设有供高压液体接头与旋转接头100连接的开口。

以及，若干组支撑杆460，位于气缸410外侧，且沿旋转接头100的圆周方向均匀设置，作为优选，本实用新型选用3组支撑杆460；每个支撑杆460上均套设有复位弹簧470，支撑杆460的下端与气缸410的缸体412固定连接，上端通过含油轴承与接触盘450滑动连接，复位弹簧470的两端分别顶住接触盘450和支撑座500底端。

接触盘450的作用是在控制中心发出松刀指令时接收松刀力，并克服复位弹簧470的弹力，将松刀力传递至气缸410活塞411。

主轴完成松刀后，自动松刀机构需要复位。数控机床的控制中心发出指令，将接触盘450上方的松刀力解除，接触盘450在复位弹簧470的推力下上移，使活塞411上移，接触对松刀盘420的压力，此时松刀盘420在第一弹簧430的推力下上移，并带动拉杆300以及其底端的刀柄拉爪440上移，刀柄拉爪440末端用于连接的刀具1200刀柄的卡爪在上移过程中闭合，从而将更换后的刀具1200重新与芯轴200固定，完成自动松刀机构的复位和拉刀过程。

在一较佳实施例中，如图1所示，中心出水与松刀一体化的主轴还包括套设于芯轴200外侧的支撑座500和套筒600，支撑座500的上端与气缸410的缸体412固定连接，下端与套筒600连接；支撑座500上一侧开设有一气密封入口510，用于向支撑座500与气缸410中通入压缩气体。

其中，支撑座500与气缸410的活塞411和缸体412之间设有第一空腔520，支撑座500与芯轴200之间设有第二空腔530，支撑座500内壁与松刀盘420之间设有一环形的腔体，该腔体通过间隙分别与第一空腔520和第二空腔530连通。压缩气体自气密封入口510进入腔体，在腔体内膨胀，向上通过间隙进入第一空腔520、向下通过另一间隙进入第二空腔530。

如图1所示，在支撑座500上气密封入口510的相对侧，还设置有一废液排出口540。气密封入口510进入第一空腔520的气体，有两个作用：一是为气缸410的活塞411与缸体412之间的运动提供气体润滑；二是在上旋转接头通入高压液体时，在上下两摩擦片闭合瞬间，会有少量液体泄露，进入第一空腔520的气体可以阻止液体向下溢入芯轴200内，同时将泄露的润滑液废液从废液排出口540排出，从而提高主轴的寿命和可靠性。进入第二空腔530的气体，能够为芯轴200在转动过程中提供气体润滑。

在一较佳实施例中，如图1所示，松刀盘420与气缸410的活塞411之间具有第二间隙，第二间隙小于第一间隙。

在松刀过程中时，接触盘在松刀动力作用下运动，同时上旋转接头、活塞411向下动作，上摩擦片120与下摩擦片130之间的第一间隙，411活塞与松刀盘420之间的第二间隙，都在不断减小，直到第二间隙隙宽为零，此时第一间隙隙宽大于零，松刀动作继续向下，第一间隙隙宽保持大于零，从而保证在松刀过程中上旋转接头与下旋转接头之间始终保持一定间隙，防止旋转接头100被压坏。

在本实用新型实施例中，旋转接头100还用于通入压缩空气。同中心出水过程同理的，在松刀过程中，活塞411与松刀盘420之间的第二间隙闭合时，数控机床关闭控制中心出水的止回阀，再打开与旋转接头连接且用于控制中心吹气的止回阀，使压缩空气经该止回阀进入旋转接头100，先经过上旋转接头，由于上旋转接头中第一中心通孔110的上下两部段的截面差，压缩空气在该两部段的连接处产生向下的压力，使上旋转接头克服第二弹簧140向下与下旋转接头闭合，令第一中心通孔110形成闭合通道，压缩气体沿第一中心通孔110、第三中心通孔310流动至刀具1200，实现刀柄清洁功能。

在一较佳实施例中，如图1所示，本实用新型直接在芯轴200与套筒600之间设置电机700，其中，电机700的线圈转子710固定于芯轴200外侧，并随芯轴200转动，线圈定子720位于线圈转子710外侧，且与线圈转子710之间设置有环形空腔730。

本实用新型直接在主轴内部设置电机700，因此省去了电机700与主轴的装配环节，同时电机700内置能够降低振动，提高效率。作为优选，电机700采用双绕组线圈、低速线圈或高速线圈。

为及时向数控机床的控制中心反馈芯轴200的转动信号，本实用新型在芯轴200与支撑座500之间的第二空腔530内设置有编码轮531以及读数头532，以读取芯轴200的转动速率等信息。

在一较佳实施例中，如图1所示，本实用新型还在芯轴200上套设一密封套800，该密封套800位于支撑座500与套筒600之间，密封套800上开设有用于向环形空腔730中通入压缩气体的进气口810，套筒600上开设有与环形空腔730连通的排气口610。

压缩气体自进气口810进入环形空腔730，循环后从排气口610排出，将电机700上相互高速转动的线圈定子720与线圈转子710所产生的热量带出，起到电机700冷却效果。

同时，密封套800与芯轴200之间设置有轴承，该轴承与环形空腔730、进气口810之间通过一环形的间隙连通，压缩气体进入环形空腔730时，部分通过该间隙向上通入轴承中，为轴承提供气体润滑。

进一步地，如图1所示，套筒600与线圈定子720之间设置有冷却水套620，冷却水套620外壁设有第一螺旋通道，套筒600上还设置有用于通入冷却液的冷却液入口630和用于排出冷却液的冷却液出口640，冷却液入口630与冷却液出口640均与第一螺旋通道连通，且分别位于套筒600的相对两侧。

数控机床将冷却液通入冷却液入口630，再在第一螺旋通道内环行数周后通过另一侧的冷却液出口640排出，同时带走线圈定子720的热量。结合上一实施例，本实用新型同时对电机700的内部进行气体冷却、外部进行液体冷却，内部和外部同时带走电机700产生的热量，很大程度上提高了冷却效率。

如图1所示，与芯轴200与密封套800之间的轴承相对应地，芯轴200的下端与套筒600之间也设置有轴承组900，轴承组900与环形空腔730连通，因此通入环形空腔730中的压缩气体可进入轴承组900中。套筒600下端的外侧设置有第二螺旋通道650，第二螺旋通道650外套设有前套筒1000，前套筒1000的相对两侧开设有轴承液入口1010和轴承液出口1020。

轴承液入口1010与冷却液入口630位于套筒600的同侧且并联设置，便于安置管路，结构更为紧凑。数控机床将轴承液通入轴承液入口1010，再进入第二螺旋通道650，环行数周后，从另一侧的轴承液出口1020排出，从而为套筒600进行冷却。

为对轴承组900与芯轴200进行密封，本实用新型在芯轴200末端的外侧还设置有气密封装置1100，如图1所示，该气密封装置1100包括：依次套设有锁紧螺母1110和压盖1120，该锁紧螺母1110和压盖1120均位于轴承组900下方，位于锁紧螺母1110和压盖1120下方还设置有前盖1130，在前盖1130、压盖1120和锁紧螺母1110之间，还设有分配盘1140，压盖1120一侧开设有通入压缩气体的进气通道1121。

同时，如图1所示，压盖1120与分配盘1140之间设有一环形的空腔，分配盘1140上沿圆周方向设有若干径向通孔，分配盘1140的内壁与锁紧螺母1110之间、分配盘1140的下端面与前盖1130之间分别设置有间隙，锁紧螺母1110的上端也通过一曲折的间隙与轴承组900连通。

数控机床将压缩气体通入进气通道1121，压缩气体进入环形的空腔中时快速膨胀，再通过径向通孔，向上沿分配盘1140与锁紧螺母1110之间的间隙进入锁紧螺母1110外壁的螺纹间隙中，向下沿分配盘1140与与前盖1130之间的间隙排出主轴外，从而实现对轴承组900的密封，同时防止异物进入主轴。

在一较佳实施例中，第一弹簧430优选双螺旋弹簧，双螺旋弹簧在被松刀盘420压缩或回弹过程中，其内外径不容易发生变化，因此在芯轴200高速旋转时，第一弹簧430不会因为离心力作用而产生偏移，可保持动平衡不发生变化，其稳定性较高。

本实用新型还提出一种数控机床，该数控机床包括如前所述的中心出水与松刀一体化的主轴，该主轴设置于机头中，用于对工件进行钻孔、切削等加工，与该主轴连接的有控制中心、压缩气体管路与止回阀、冷却液管路与冷凝器、轴承液管路，以及中心吹气管路与止回阀等等，由于主轴的安装和连接方式为本技术领域的常识，因此不多赘述。

需要说明，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求保护的范围之内。

以上的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (10)

1.一种中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，包括：

旋转接头，用于通入高压液体，其轴向中心设置有用于供高压液体通过的第一中心通孔；

芯轴，上端与所述旋转接头活动连接，下端连接刀具，其轴向中心设置有第二中心通孔；

拉杆，位于所述第二中心通孔内，其轴向中心设置有与所述第一中心通孔、刀具均连通的第三中心通孔；和

自动松刀机构，包括：围设于所述旋转接头外侧、用于接收及向所述拉杆传递松刀力的气缸；用于连接所述气缸与拉杆的松刀盘；套设于所述拉杆外侧的第一弹簧；以及与所述拉杆下端连接的刀柄拉爪。

2.如权利要求1所述的中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，所述旋转接头内还设置有用于控制所述第一中心通孔通断的上摩擦片、下摩擦片，以及套设于所述上摩擦片与下摩擦片外侧的第二弹簧；所述上摩擦片与下摩擦片之间具有第一间隙。

3.如权利要求1所述的中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，其特征在于，所述自动松刀机构还包括：

接触盘，设置于所述旋转接头上方，且与所述气缸的活塞连接；

若干组支撑杆，位于所述气缸外侧，且沿所述旋转接头的圆周方向均匀设置；每个所述支撑杆上均套设有复位弹簧，所述支撑杆的下端与所述气缸的缸体固定连接，上端与接触盘滑动连接。

4.如权利要求2所述的中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，还包括套设于所述芯轴外侧的支撑座和套筒，支撑座的上端与所述气缸的缸体连接，下端与所述套筒连接；所述支撑座上开设有一气密封入口，用于向所述支撑座与气缸中通入压缩气体。

5.如权利要求4所述的中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，所述松刀盘与所述气缸的活塞之间具有第二间隙，第二间隙小于所述第一间隙。

6.如权利要求5所述的中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，所述芯轴与套筒之间设置有电机，所述电机的线圈转子固定于所述芯轴外侧，线圈定子位于所述线圈转子外侧，且与线圈转子之间设置有环形空腔。

7.如权利要求6所述的中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，还包括套设于所述芯轴外侧的密封套，所述密封套位于所述支撑座与套筒之间，所述密封套上开设有用于向所述环形空腔中通入压缩气体的进气口，所述套筒上开设有与所述环形空腔连通的排气口。

8.如权利要求7所述的中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，所述套筒与线圈定子之间设置有冷却水套，冷却水套外壁设有第一螺旋通道，所述套筒上还设置有用于通入冷却液的冷却液入口和用于排出冷却液的冷却液出口，所述冷却液入口与冷却液出口均与所述第一螺旋通道连通，且分别位于所述套筒的相对两侧。

9.如权利要求8所述的中心出水与松刀一体化的主轴，其特征在于，所述芯轴的下端与套筒之间设置有轴承组，所述轴承组与所述环形空腔连通；所述套筒下端的外侧设置有第二螺旋通道，第二螺旋通道外套设有前套筒，所述前套筒的相对两侧开设有轴承液入口和轴承液出口。

10.一种数控机床，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的中心出水与松刀一体化的主轴。