CN213827038U - 一种高速高精度的加工中心机主轴机构 - Google Patents

Abstract

一种高速高精度的加工中心机主轴机构，包括主轴本体、套筒组件，所述主轴本体设置在套筒组件内；所述主轴本体由内至外包括主轴、内隔套、外隔套，所述内隔套、外隔套之间形成了上轴承室，所述上轴承室内装配有上轴承组；所述上轴承组包括4个轴承，所述轴承两两一组背对背组配并且分别位于上轴承室的上、下部；所述主轴中下部与套筒组件下部之间形成了下轴承室，所述下轴承室内装配有下轴承组，所述下轴承组包括2个轴承，2个所述轴承为一组背对背组配并且安装在下轴承室下部。本实用新型所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，在主轴前端和中间支承通过轴承的多个组配设计方式来提高主轴机构的刚度要求、切削力的要求，应用前景广泛。

Description

一种高速高精度的加工中心机主轴机构

技术领域

本实用新型涉及加工中心机技术领域，具体涉及一种高速高精度的加工中心机主轴机构。

背景技术

加工中心机是能够实现多工序编程并能根据需求具备切换刀具功能的数控机床。由于它在一台设备上配备了刀库和自动换刀装置，并且可以通过编制程序按不同工序自动选择、更换刀库中的刀具，所以工件经过一次装夹后可以完成多道工序，如铣削、镗削、钻削等。加工中心机床配备了程序，人们可以按照工序的不同通过程序调整转速、进给量和刀具的运动轨迹等，来完成复杂工件的多工序加工，并且可以变换不同的刀具来完成工件的钻削、铣削或镗削，从而使生产效率大大提高。加工中心机床由于自动换刀和工序集中，减少了工件的周转、装夹、检测和机床调整的时间，使机床的切削时间较之普通机床提高了60%左右。加工中心机床也使得操作工人从繁重的劳动中得到了解脱，工人只需编制程序，装夹工件，机床即可按照程序进行加工，所以加工中心机床不仅提高了生产效率，还解放了劳动力。

目前，加工中心机应用很广泛，加工中心机的主轴单元是加工中心机的主要组成部件之一，更是核心部件，它的质量和效率决定了加工中心机的精度和效率。加工中心机工作时，刀具装夹在主轴单元上，工件固定在工作台上，主轴旋转带动刀具进行加工，所以主轴单元的旋转精度、整体刚度和振动影响着加工工件的精度，而它的转速又决定了主轴单元的效率。

随着科技的不断发展，人们对决定加工中心机质量和生产率的主轴单元的要求也越来越高因此，为了提高加工中心机的精度和使用寿命，有必要研发出一种高速高精度的加工中心机主轴机构。

中国专利申请号为CN200820222526.4公开了一种加工中心机械主轴机构，是通过松夹传感器来限制活塞移动的位置，来推动连接的推刀块，使碟簧通过压缩和恢复实现松开夹头和夹紧夹头来实现松夹刀具，没有解决主轴机构高速运转下精度低的问题。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种高速高精度的加工中心机主轴机构，结构简单，装配方便，在主轴前端和中间支承通过轴承的多个组配设计方式来提高主轴机构的刚度要求、切削力的要求，应用前景广泛。

技术方案：一种高速高精度的加工中心机主轴机构，包括主轴本体、套筒组件，所述主轴本体设置在套筒组件内；所述主轴本体由内至外包括主轴、内隔套、外隔套，所述内隔套、外隔套之间形成了上轴承室，所述上轴承室内装配有上轴承组；所述上轴承组包括4个轴承，所述轴承两两一组背对背组配并且分别位于上轴承室的上、下部；所述主轴中下部与套筒组件下部之间形成了下轴承室，所述下轴承室内装配有下轴承组，所述下轴承组包括2个轴承，2个所述轴承为一组背对背组配并且安装在下轴承室下部；位于上轴承室上方设置有前压盖和位于下轴承室下方设置有后压盖，所述前压盖、后压盖设置在主轴外圆并且拧紧在套筒组件上；所述套筒组件包括套筒、套筒外套，所述套筒外套套装在套筒外侧上部。

本实用新型所述加工中心机主轴机构，为了满足高速高精度的使用环境下，在主轴前端和中间支承通过轴承的多个组配设计方式来提高主轴机构的刚度要求、切削力的要求，背对背的组配方式可以同时承受径向负荷和两个方向的轴向负荷，在同样内部游隙的情况下，其预紧力和刚度更好，可承受的极限轴向负荷更大。

在内隔套、外隔套之间的上轴承室的上、下部设置有两组轴承，可以起到了缩短主轴端部的悬伸，达到了提高支承刚度的目的。此外，通过调整内隔套、外隔套的尺寸可以给轴承施加预紧力，预紧力可以使得主轴机构的旋转精度和刚度提高、有效的抑制主轴振动和异音、防止滚动体的公转滑动和自转滑动。

进一步的，上述的高速高精度的加工中心机主轴机构，还包括刀具拉紧机构，所述刀具拉紧机构从所述主轴的下端面装入主轴内。

进一步的，上述的高速高精度的加工中心机主轴机构，所述主轴上端面设置有锥孔，刀具的刀柄设置在所述锥孔内并且所述刀柄的下部通过锥柄拉钉组件与刀具拉紧机构连接。

进一步的，所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，所述锥孔的锥度为7：24。

7：24的锥度可实现快速装卸刀具，刀柄在刀具拉紧机构的作用下，刀柄与主轴的锥孔内壁紧紧的接触，可以用来支承刀具，摒弃有效的减少刀具悬出的长度。

进一步的，上述的高速高精度的加工中心机主轴机构，包括同步带轮，所述同步带轮通过平键安装在所述主轴的下部外侧。

本实用新型所述主轴采用同步带轮传动，因为同步带轮传动比较精确、传动效率较高、噪声小、传动平稳、维修保养方便，且不需润滑，更适合高速高精度的使用环境。

进一步的，上述的高速高精度的加工中心机主轴机构，所述刀具拉紧机构包括拉爪刀、调整杆、拉杆、碟簧、压帽，所述拉爪刀位于调整杆上方并且通过螺纹和调整杆上端联结在一起，所述调整杆下端通过螺纹和拉杆联结在一起；所述拉杆上安装有两个碟簧，所述拉杆下端设置有压帽。

本实用新型所述的刀具拉紧机构采用卡爪式结构，操作简单，拉爪刀将刀柄的尾端拉紧，当更换刀具时只需下压拉杆，刀具与拉杆、拉爪刀在碟簧的作用下一起向下移动，等到拉爪刀移动到主轴空刀位置时，拉爪刀的卡爪张开，刀具即可由机械手拔出。待机械手换刀完成后，拉杆泄压，碟簧靠自身弹性回位将拉杆和拉爪刀拉着向上移动，拉爪刀重新进入锥孔中，将刀柄拉紧。

为了方便控制刀具与主轴端面的距离尺寸，本实用新型在拉杆与拉爪刀之间设置了一个调整杆，通过调整杆和拉杆之间的螺纹联结可以对主轴的轴向尺寸进行一个微调，在进行刀具拉紧力的中可以更好调整碟簧的拉紧力。

进一步的，上述的高速高精度的加工中心机主轴机构，所述前压盖与主轴之间、后压盖与主轴之间均设置有密封垫。

进一步的，上述的高速高精度的加工中心机主轴机构，所述主轴为调质处理后高频热处理HRC45-48D的40Cr。

为了提高主轴的硬度和耐磨度，与轴承更好的配合，承载高速的转速，提高精度，本实用新型采用调质处理后高频热处理HRC45-48D的40Cr。

进一步的，上述的高速高精度的加工中心机主轴机构，所述轴承采用高精度角接触球轴承。

本实用新型通过轴承的多个组配设计方式来提高主轴机构的刚度要求，由于轴承精度直接影响加工中心机主轴机构的加工精度，高精度角接触球轴承的具有主轴径向圆跳动小、刚度高、安装维护方便等优点。

本实用新型的有益效果为：

（1）本实用新型所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，结构简单，装配方便，可靠性高，在主轴前端和中间支承通过轴承的多个组配设计方式来提高主轴机构的刚度要求、切削力的要求，背对背的组配方式可以同时承受径向负荷和两个方向的轴向负荷，在同样内部游隙的情况下，其预紧力和刚度更好，可承受的极限轴向负荷更大；

（2）本实用新型所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，在内隔套、外隔套之间的上轴承室的上、下部设置有两组轴承，可以起到了缩短主轴端部的悬伸，达到了提高支承刚度的目的；通过调整内隔套、外隔套的尺寸可以给轴承施加预紧力，预紧力可以使得主轴机构的旋转精度和刚度提高、有效的抑制主轴振动和异音、防止滚动体的公转滑动和自转滑动；

（3）本实用新型所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，采用同步带轮传动，传动精确、传动效率较高、噪声小、传动平稳、维修保养方便，且不需润滑，更适合高速高精度的使用环境；

（4）本实用新型所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，在拉杆与拉爪刀之间设置了一个调整杆，通过调整杆和拉杆之间的螺纹联结可以对主轴的轴向尺寸进行一个微调，在进行刀具拉紧力的中可以更好调整碟簧的拉紧力

附图说明

图1为本实用新型所述高速高精度的加工中心机主轴机构的结构示意图；

图中：主轴本体1、主轴11、内隔套12、外隔套13、上轴承室14、上轴承组15、轴承16、下轴承室17、下轴承组18、锥孔19、套筒组件2、套筒21、套筒外套22、前压盖3、后压盖4、刀具拉紧机构5、拉爪刀51、调整杆52、拉杆53、碟簧54、压帽55、刀具6、刀柄61、同步带轮7、平键71、密封垫8、锥柄拉钉组件a。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例，进一步阐明本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示的上述结构的高速高精度的加工中心机主轴机构，包括主轴本体1、套筒组件2，所述主轴本体1设置在套筒组件2内；所述主轴本体1由内至外包括主轴11、内隔套12、外隔套13，所述内隔套12、外隔套13之间形成了上轴承室14，所述上轴承室14内装配有上轴承组15；所述上轴承组15包括4个轴承16，所述轴承16两两一组背对背组配并且分别位于上轴承室14的上、下部；所述主轴11中下部与套筒组件2下部之间形成了下轴承室17，所述下轴承室17内装配有下轴承组18，所述下轴承组18包括2个轴承16，2个所述轴承16为一组背对背组配并且安装在下轴承室17下部；位于上轴承室14上方设置有前压盖3和位于下轴承室17下方设置有后压盖4，所述前压盖3、后压盖4设置在主轴11外圆并且拧紧在套筒组件2上；所述套筒组件2包括套筒21、套筒外套22，所述套筒外套22套装在套筒21外侧上部。

此外，还包括刀具拉紧机构5，所述刀具拉紧机构5从所述主轴11的下端面装入主轴11内。

此外，所述主轴11上端面设置有锥孔19，刀具6的刀柄61设置在所述锥孔19内并且所述刀柄61的下部通过锥柄拉钉组件a与刀具拉紧机构5连接。

进一步的，所述锥孔19的锥度为7：24。

此外，还包括同步带轮7，所述同步带轮7通过平键71安装在所述主轴11的下部外侧。

进一步的，所述刀具拉紧机构5包括拉爪刀51、调整杆52、拉杆53、碟簧54、压帽55，所述拉爪刀51位于调整杆52上方并且通过螺纹和调整杆52上端联结在一起，所述调整杆52下端通过螺纹和拉杆53联结在一起；所述拉杆53上安装有两个碟簧54，所述拉杆53下端设置有压帽55。

进一步的，所述前压盖3与主轴11之间、后压盖4与主轴11之间均设置有密封垫8。

进一步的，所述主轴1为调质处理后高频热处理HRC45-48D的40Cr。

实施例

基于以上的结构基础，如图1所示。

本实用新型所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，结构简单，装配方便，保证了主轴机构的高速要求，在主轴11前端和中间支承通过轴承16的多个组配设计方式来提高主轴机构的刚度要求、切削力的要求，背对背的组配方式可以同时承受径向负荷和两个方向的轴向负荷，在同样内部游隙的情况下，其预紧力和刚度更好，可承受的极限轴向负荷更大。

并且，在内隔套12、外隔套13之间的上轴承室14的上、下部设置有两组轴承16，可以起到了缩短主轴11端部的悬伸，达到了提高支承刚度的目的。此外，通过调整内隔套12、外隔套13的尺寸可以给轴承16施加预紧力，预紧力可以使得主轴机构的旋转精度和刚度提高、有效的抑制主轴11振动和异音、防止滚动体的公转滑动和自转滑动。

进一步的，主轴11的锥孔19的7：24的锥度可实现快速装卸刀具6，刀柄61在刀具拉紧机构5的作用下，刀柄61与主轴11的锥孔19内壁紧紧的接触，可以用来支承刀具6，摒弃有效的减少刀具6悬出的长度。

进一步的，本实用新型所述主轴11采用同步带轮7传动，因为同步带轮7传动比较精确、传动效率较高、噪声小、传动平稳、维修保养方便，且不需润滑，更适合高速高精度的使用环境。

进一步的，本实用新型所述的刀具拉紧机构5采用卡爪式结构，操作简单，拉爪刀51将刀柄61的尾端拉紧，当更换刀具6时只需下压拉杆53，刀具6与拉杆53、拉爪刀51在碟簧54的作用下一起向下移动，等到拉爪刀51移动到主轴11空刀位置时，拉爪刀51的卡爪张开，刀具6即可由机械手拔出。待机械手换刀完成后，拉杆53泄压，碟簧54靠自身弹性回位将拉杆53和拉爪刀51拉着向上移动，拉爪刀51重新进入锥孔中，将刀柄61拉紧。

为了方便控制刀具6与主轴11端面的距离尺寸，本实用新型在拉杆53与拉爪刀51之间设置了一个调整杆52，通过调整杆52和拉杆53之间的螺纹联结可以对主轴11的轴向尺寸进行一个微调，在进行刀具6拉紧力的中可以更好调整碟簧54的拉紧力。

进一步的，为了提高主轴11的硬度和耐磨度，与轴承16更好的配合，承载高速的转速，提高精度，本实用新型主轴11采用调质处理后高频热处理HRC45-48D的40Cr。由于轴承16精度直接影响加工中心机主轴机构的加工精度，高精度角接触球轴承的具有主轴径向圆跳动小、刚度高、安装维护方便等优点。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (6)

1.一种高速高精度的加工中心机主轴机构，其特征在于，包括主轴本体（1）、套筒组件（2），所述主轴本体（1）设置在套筒组件（2）内；所述主轴本体（1）由内至外包括主轴（11）、内隔套（12）、外隔套（13），所述内隔套（12）、外隔套（13）之间形成了上轴承室（14），所述上轴承室（14）内装配有上轴承组（15）；所述上轴承组（15）包括4个轴承（16），所述轴承（16）两两一组背对背组配并且分别位于上轴承室（14）的上、下部；所述主轴（11）中下部与套筒组件（2）下部之间形成了下轴承室（17），所述下轴承室（17）内装配有下轴承组（18），所述下轴承组（18）包括2个轴承（16），2个所述轴承（16）为一组背对背组配并且安装在下轴承室（17）下部；位于上轴承室（14）上方设置有前压盖（3）和位于下轴承室（17）下方设置有后压盖（4），所述前压盖（3）、后压盖（4）设置在主轴（11）外圆并且拧紧在套筒组件（2）上；所述套筒组件（2）包括套筒（21）、套筒外套（22），所述套筒外套（22）套装在套筒（21）外侧上部；还包括刀具拉紧机构（5），所述刀具拉紧机构（5）从所述主轴（11）的下端面装入主轴（11）内；所述主轴（11）上端面设置有锥孔（19），刀具（6）的刀柄（61）设置在所述锥孔（19）内并且所述刀柄（61）的下部通过锥柄拉钉组件与刀具拉紧机构（5）连接；所述锥孔（19）的锥度为7：24。

2.根据权利要求1所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，其特征在于，还包括同步带轮（7），所述同步带轮（7）通过平键（71）安装在所述主轴（11）的下部外侧。

3.根据权利要求1所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，其特征在于，所述刀具拉紧机构（5）包括拉爪刀（51）、调整杆（52）、拉杆（53）、碟簧（54）、压帽（55），所述拉爪刀（51）位于调整杆（52）上方并且通过螺纹和调整杆（52）上端联结在一起，所述调整杆（52）下端通过螺纹和拉杆（53）联结在一起；所述拉杆（53）上安装有两个碟簧（54），所述拉杆（53）下端设置有压帽（55）。

4.根据权利要求1所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，其特征在于，所述前压盖（3）与主轴（11）之间、后压盖（4）与主轴（11）之间均设置有密封垫（8）。

5.根据权利要求1所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，其特征在于，所述主轴（11）为调质处理后高频热处理HRC45-48D的40Cr。

6.根据权利要求1所述的高速高精度的加工中心机主轴机构，其特征在于，所述轴承（16）采用高精度角接触球轴承。

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