用于数控机床的铣头以及数控机床的制作方法

本实用新型涉及数控机床领域，特别涉及一种用于数控机床的柔性度强的铣头以及采用该铣头的数控机床。

背景技术：

现有的铣头的外部壳体为一个整体，该壳体的一个端面用于和主机滑枕结合，该壳体的长度即为铣头的伸长长度。因此，当主机的滑枕尺寸变化或者铣头的伸长尺寸变化时，都需要更换铣头的外壳体。这种铣头的柔性度较差，外形复杂系数高导致设计和制造成本均较高。

此外，安装时，铣头需要利用行车吊着和数控机床的主机滑枕对正，然后手动旋转铣头的主轴，使主机主轴上的端面键和铣头传递盘上的传动键结合，然后手动旋转铣头的主轴，再用螺钉将铣头固定在主机滑枕上。拆卸时，铣头也需要利用行车吊着，并保持和数控机床的主机滑枕对正，然后再手动松动螺钉。因此，铣头的装卸完全凭借工人的技能和经验，完成一次装卸需要2小时左右，而且由于缺少识别安全保护装置，经常会由于操作失误损坏铣头或者主机滑枕端面的定位、传动部件。

虽然现有的铣头壳体上设置有和主机滑枕上的定位销配合的销孔，但是由于二者的定位精度要求非常高，这就要求加工设备精度非常高，进而造成加工成本提高。而且，一般一个主机能够配置不同规格的多个铣头，那么每个铣头壳体上的销孔都要和滑枕上的定位销具有非常高的定位精度，一旦二者的位置不符，就可能在数控机床工作时造成铣头壳体报废。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的缺陷，本实用新型一个实施方式提供了一种用于数控机床的铣头，包括：

端面具有所述数控机床的主机或者主机滑枕形状相匹配的连接座，所述连接座具有供所述主机主轴进入的孔；

用于和所述连接座另一端面固定连接的延长座；

设置于所述延长座中的用于和所述主机的主轴固定连接的第一转动轴；

固定设置于所述第一转动轴上的第一齿轮；

用于和所述延长座固定连接的铣头体，所述第一转动轴能够进入所述铣头体；

设置于所述铣头体中的用于驱动刀具旋转的第二转动轴，所述第一转动轴和所述第二转动轴相互垂直地布置；以及

固定设置于所述第二转动轴上的第二齿轮，所述第二齿轮和所述第一齿轮相互匹配，以使得所述主机主轴的动力能够经由所述第一转动轴传导至第二转动轴。

在本实用新型的实施方式中，将连接座和延长座设计为分体结构，这样可以根据不同的主机或主机滑枕端面的尺寸以及需要变换的长度，分别设计连接座和延长座。这样设计使得制造模具的数量减少，部件的复杂系数降低，因此所制造的连接座和延长座精度更好，成本更低。

在本实用新型的一个实施方式中，所述的用于数控机床的铣头还可以包括固定地套设于所述第一转动轴上的传动盘，所述传动盘的端面上具有和所述主机的主轴端面键匹配的键槽，所述传动盘上还设置有定位槽；以及准停装置，包括：固定地设置于所述延长座的上的壳体；固定地设置于所述壳体内的第一弹性元件；设置于所述壳体内的且和所述第一弹性元件关联的伸缩元件，所述伸缩元件具有向着所述主机或所述主机滑枕方向延伸出所述壳体的第一杆和向着所述传动盘径向方向延伸出所述壳体的第二杆；所述第一弹性元件具有松弛状态和压紧状态：当所述第一弹性元件处于松弛状态时，所述第二杆处于所述传动盘的定位槽中；当所述第一弹性元件处于压紧状态时，所述主机或者主机滑枕的端面挤压所述第一杆，以使得所述第二杆由所述传动盘的定位槽中脱出。

在本实用新型的一个实施方式中，所述第一齿轮和所述第二齿轮均为弧齿锥齿轮副；所述第一转动轴上设置有外花键齿，所述第一齿轮的内孔中设置有匹配的内花键齿；所述第二转动轴上对称地设置有平键槽，所述第二齿轮的内孔中对称地设置有平键。

在本实用新型的一个实施方式中，所述的用于数控机床的铣头还可以包括设置于所述第一转动轴上的膨胀套，所述膨胀套包括：

沿圆周分布的多个螺钉；

套设于所述螺钉上的截面呈锥形的第一圆环；

套设于所述螺钉上的截面呈锥形的第二圆环，所述第二圆环的收窄端和所述第一圆环的收窄端相对设置；

设置于所述第一圆环和所述第二圆环外侧面的截面呈三角形的第三圆环，所述第三圆环的凸出部填充在所述第一圆环和所述第二圆环之间；

设置于所述第一圆环和所述第二圆环内侧面的截面呈三角形的第四圆环，所述第四圆环的凸出部填充在所述第一圆环和所述第二圆环之间；

当所述膨胀套受到挤压时，所述第一圆环的扩张端径向收缩，所述第二圆环的扩张端径向扩张。

在本实用新型的一个实施方式中，所述的用于数控机床的铣头还可以包括设置于所述铣头体外圆面上的刻度圈；设置于所述延长座外圆面上的用于为所述铣头体分度的游标。

在本实用新型的一个实施方式中，所述的用于数控机床的铣头还可以包括紧贴着所述铣头体末端所在平面，在该平面下方周向地形成于所述第二转动轴上的甩水槽；紧贴着所述铣头体末端所在平面，在该平面上方周向地形成于所述第二转动轴上的迷宫密封部；所述迷宫密封部包括：形成于所述第二转动轴上轴颈上的环形凹陷；设置于所述环形凹陷内的第二弹性元件，所述第二弹性元件的外圆面和所述铣头体紧密接触，所述第二弹性元件和所述环形凹陷的各表面均具有间隙。

在本实用新型的一个实施方式中，所述延长座的内圆面上沿其轴向设置有加强筋。

由于垂直伸长铣头经常要伸进零件的内腔进行加工，所以要求铣头体尺寸小、延长座的外圆尺寸小。现有的铣头延长座采用圆柱形、厚壁结构，重量重刚性差，本实用新型铣头的延长座采用圆锥形、薄壁且内部设置加强筋的结构，重量轻刚性好。

现有铣头的主轴支承采用角接触球轴承，齿轮副采用直齿锥齿轮副，刚性差，切削能力差。本实用新型铣头的第二转动轴支承采用圆锥滚子轴承，齿轮副采用弧齿锥齿轮副，刚性好，切削能力强。

此外，现有铣头经常出现切削液进入第二转动轴的轴承内，稀释润滑脂、锈蚀轴承，造成轴承失效的情况。本实用新型的第二转动轴的轴承采用甩水槽、迷宫密封和润滑脂的组合方式，不但铣头的尺寸小、而且密封效果好。

本实用新型还提供了一种数控机床，包括：

如上所述的任一种铣头；

至少两个固定设置于所述数控机床的主机或者主机滑枕上的定位销；

固定地嵌入于所述连接座端面内的等数量的和所述定位销匹配的定位套，所述定位套的外圆面和所述连接座之间具有环形腔；

开设于所述连接座上的和所述环形腔连通的灌胶通道和出胶通道。

本实用新型在铣头的连接座上设置了定位套，在主机或者主机滑枕上设置定位销，定位套与定位销找正后采用灌胶的方式精确定位。这样设计方式，使得主机滑枕上的定位销的孔距公差和连接座的孔距公差可以降低，采用普通加工设备就可满足加工要求，因此降低了加工成本。定位套还可以采用优质合金钢淬火、定性、精密磨削后制成，精度稳定，使用寿命长，即使磨损后更换成本也较低。

在本实用新型的一些实施方式中，所述连接座用于嵌入所述定位套的位置设置有和外部连通的出气孔，以使得所述定位销和所述定位套结合时，所述定位套内部的气体能够经由所述出气孔向外排出。

在本实用新型的一些实施方式中，所述的数控机床还可以包括固定地设置于所述数控机床的主机或者主机滑枕上的拉爪；固定地设置于所述连接座上的拉钉；所述拉爪具有拉紧状态和松弛状态：当所述拉爪处于拉紧状态时，所述拉钉被所述拉爪夹紧；当所述拉爪处于松弛状态时，所述拉钉能够和所述拉爪脱开。

在本实用新型的一些实施方式中，所述的数控机床还可以包括设置于所述连接座用于和所述数控机床的主机或者主机滑枕贴合的端面上的信号轴；设置于所述数控机床的主机或者主机滑枕上的和所述信号轴匹配的信号检测装置。

本实用新型所提供的数控机床能够自动装卸铣头。该铣头上设有准停装置、机床或机床滑枕上设有信号轴。装卸铣头时，铣头在头库或附件小车中定位，将主机(滑枕)沿X和Y向运动至设定位置(主机主轴中心和铣头中心对正)，松开拉爪，将主机沿Z向运动至设定位置(主机滑枕端面与铣头连接座端面接触)，拉紧拉爪，拉爪自动拉紧铣头连接座上的拉钉，然后按设定程序顺序开动Y、Z、X坐标即完成换头动作，这一过程由机床数控系统自动执行，操作工人只要按下执行按钮、监控换头过程即可，装卸只要大约5分钟，极大地提高了工作效率。准停装置和信号轴组成了识别安全保护装置，因此不会损伤或损坏铣头和主机或主机滑枕。

附图说明

图1为头库中摆放不同规格的铣头的数控机床；

图2为铣头和主机滑枕结合的主视图；

图3为铣头的右视图；

图4为图3中沿A-A剖面线的剖视图；

图5为图4中沿F-F剖面线的剖视图；

图6为图4中所示的准停装置的放大示意图；

图7为铣头的准停装置的示意图；

图8为沿图7中的B-B剖面线的剖视图；

图9为图4中膨胀套的局部放大图；

图10为铣头内部结构细节展示图；

图11图4中甩水槽和迷宫密封(H部分)的局部放大图；

图12为图4中沿C-C剖面线的局部剖视图；

图13为图3中沿D-D剖面线的剖视图；

图14为图3中沿E-E剖面线的剖视图；

图15为主机或者主机滑枕上的检测开关和铣头上的信号轴配合的示意图。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对实用新型作进一步详细的说明。虽然附图中显示了本公开示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻的理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

以图1所示的具有滑枕的数控机床为例，该数控机床的主机的主轴设置于主机滑枕上，滑枕可以按照数控系统的指令在X、Y、Z三个方向的运动范围内运动至精确位置，进而主机主轴可以和头库中不同类型、不同尺寸的附件相结合。

参照图2～图4所示，本实用新型一实施例提供了一种用于数控机床的铣头，主要包括用于和主机滑枕1连接的连接座2、延长座3、设置于延长座3 内的第一转动轴4、设置于第一转动轴4上的第一齿轮5、铣头体6、设置于铣头体6内的第二转动轴7、设置于第二转动轴7上的第二齿轮8。

连接座2的一个端面的形状和主机滑枕1的端面形状相匹配，且具有供主机主轴进入的孔。延长座3通过销子和连接座2的另一个端面定位，然后通过螺钉固定。第一转动轴4设置于延长座3中，其一端能够和主机主轴1-1 连接。铣头体6固定设置于延长座3的一端，并且其具有供第一转动轴4进入的孔。第二转动轴7设置于铣头体6内。第二齿轮8固定地设置于第二转动轴7上，第二齿轮8和第一齿轮5相匹配。因此，主机主轴1-1的动力能够经由第一转动轴4被传递至第二转动轴7。第一转动轴4和第二转动轴7 相互垂直的布置。第二转动轴7的下部末端用于固定刀具。

在本实施例中，主机为卧式，因此延长座3水平设置，铣头体6竖直设置。在其它的实施例，当主机为立式时，延长座3应当竖直设置，铣头体6 则水平设置。当然，不排除主机存在其它布置方式，以使得延长座3和铣头体6成一定角度(非相互垂直)布置。

结合图5，延长座3为简单的回转体，当需要不同延伸长度时，可以采用不同尺寸的延长座3，例如500mm、750mm、1000mm、1250mm等。连接座2为简单的长方体形状，改变其尺寸以使得其能够适应不同截面大小的主机滑枕，例如450mm×450mm、480mm×580mm、500mm×500mm、 520mm×580mm。分体式的延长座3和连接座2制造更为简单，针对各种截面的主机滑枕和所需的延伸长度均能够简单选用。例如，可以简单的选择适用于截面大小为480mm×580mm的主机滑枕的连接座2和延伸程度为 1000mm的延长座3。

在本实用新型的一个实施方式中，延长座3的左端和右端大致呈直台状，中间部分为锤形体，左端的直径小于右端的直径，且延长座3的内孔中设置有四条加强筋。

参照图3～4所示，在本实用新型的一个实施方式中，第一转动轴4上固定地套设有传动盘9，传动盘9的端面上具有和主机主轴1-1的端面键1-2 匹配的键槽91，传动盘9的外圆面上还设置有定位槽92。延长座3的内圆面上固定设置准停装置10。

具体参照图6～8，准停装置10包括固定地设置于延长座3的内圆面上的壳体101、固定地设置于壳体101内的弹性元件102、设置于壳体101内的且抵触在弹性元件102上的伸缩元件103。

壳体101通过螺钉固定安装在延长座3上，其具有一个狭长的腔室。弹性元件102可以采用弹簧，其设置于上述狭长的腔室内。弹性元件102的一端抵触在壳体101的内壁上。伸缩元件103和弹性元件102接触的一端呈“]”状。“]”端的深度浅于弹性元件102松弛时的自由长度。伸缩元件103还具有一个向着主机滑枕1方向延伸出壳体101的第一杆104,以及一个向着传动盘 9的径向方向延伸出壳体101的第二杆105。第二杆105能够和传动盘9的定位槽92匹配。

使用时，弹性元件102具有松弛状态和压紧状态，当弹性元件102处于松弛状态时，第二杆105处于传动盘9的定位槽92中。当主机滑枕的端面挤压第一杆104时，第一杆104向左移动，弹性元件102被压缩，第二杆 105同时向左移动由传动盘9的定位槽92脱出。

这种设计方式的优点在于，当铣头闲置时(即铣头没有被选用，未与主机或主机滑枕结合)，通过传动盘9的定位槽92和第二杆105的锁定，以使得第一转动轴4不发生旋转，进而传动盘9上的键槽91永远处于水平位置。当铣头被选用时，主机主轴1-1的端面键1-2就能够准确的进入到键槽91 内，避免了传动盘9和主机主轴1-1之间的相对位置错误而造成的端面损毁。

在本实用新型的一个实施方式中，第一转动轴4上套设有一个膨胀套 11，在该膨胀套11的膨胀作用下，完成第一转动轴4和传动盘9的连接。

参照图4和图9所示，具体地，该膨胀套11包括截面呈锥形的第一圆环111、截面呈锥形的第二圆环112、截面呈三角形的第三圆环113、截面呈三角形的第四圆环114以及沿着圆周分布的多个螺钉115。第一圆环111 和第二圆环112的收窄端相对地套设于多个螺钉115上，因此在它们的外侧面和内侧面均向内形成凹陷。截面呈三角形的第三圆环113作为外圈套置于第一圆环111和第二圆环112的外侧面，第三圆环113的凸出部填充在第一圆环111和第二圆环112之间的凹陷内。截面呈三角形的第四圆环114 作为内圈设置于第一圆环111和第二圆环112的内侧面，第四圆环114的凸出部填充在第一圆环111和第二圆环112之间凹陷内。当采用多个螺钉 115对膨胀套11进行挤压，首先第一圆环111的扩张端(直径大的一端) 径向收缩，随后第二圆环112的扩张端(直径大的一端)径向扩张，挤压第三圆环113和第四圆环114使其变形，使得第三圆环113的外圆面胀紧传动盘9，使得第四圆环114的内圆面胀紧第一转动轴4。实际上膨胀套11和第一转动轴4、传动盘9之间均是过盈配合。

图10为本实用新型提供的铣头安装于主机滑枕上的示意图，图10和图 4表示的内容相同，仅是为了方便对细节部分进行标记和描述。

参照图10所示，第一转动轴4主要由设置于延长座3内的轴承31、轴承32和轴承33支承定位。定位套34和定位套35安装于延长座3的内孔中。轴承31、轴承32安装于定位套34上，并且由厚度相等的外隔套36和内隔套37隔开，以增加支承刚性。轴承33安装于定位套35上。

延长座3和铣头体6经由套筒12定位，且由四个沿延长座3左端面周向分布的螺钉和设置于铣头体6右端面T形槽中的螺母紧固。套筒12和第一齿轮5的轴颈之间设置有成对角接触球轴承36，该成对角接触球轴承36 被锁紧螺母锁紧于第一齿轮5的轴颈上，且由轴承盖37轴向定位。成对角接触球轴承36由内隔套38和外隔套39隔开。

在本实用新型的一个实施方式中，第二转动轴7由设置在铣头体6内部的高精度圆锥滚子轴承61、62支承定位，再由锁紧螺母63、调整垫圈64 和65预紧。刀具则由设置在第二转动轴7末端锥形孔内的螺钉71拉紧，并且刀具上的键槽能够和第二转动轴7末端的端面键72结合，以实现动力的平稳传递。

参照图4和图11，在本实用新型的一个实施方式中，所述用于数控机床的铣头还包括紧贴着所述铣头体6末端所在平面，在该平面下方周向地形成于所述第二转动轴上的甩水槽73。以及紧贴着所述铣头体6末端所在平面，在该平面上方周向地形成于所述第二转动轴7上的迷宫密封部。迷宫密封部包括形成于第二转动轴7上轴颈上的环形凹陷74和设置于环形凹陷74内的第二弹性元件75。第二弹性元件75的外圆面和铣头体6紧密接触，第二弹性元件75和环形凹陷74的各表面(图11中的上、左、下三个面)均具有间隙。上述间隙用于填充润滑油脂。

工作时，环形凹陷74和第二弹性元件75(可以为弹簧片)之间填充润滑脂,有利于二者之间的相对运动,并且能够进一步阻止切削液的进入轴承中。现有铣头的主轴轴承采用间隙密封，不能很好地阻隔切削液，经常出现切削液进入第二转动轴7的轴承62内稀释润滑脂、锈蚀轴承，造成轴承失效。本实施方式则采用甩水槽+迷宫密封+润滑脂的组合方式，不但减小了该部分的尺寸，而且具有更好的密封效果。

在本实用新型的一个实施方式中，还可以在第一齿轮5和第二齿轮8的轴颈上设置隔套13和隔套14，以利于调整第一齿轮5和第二齿轮8的啮合状态。

参照图4所示，在本实用新型的一个实施方式中，上述的第一齿轮5和第二齿轮8均为弧齿锥齿轮副。第二转动轴7的外圆面对称地设置有平键槽，第二齿轮8的内孔中设置有对称地平键。参图12所示，第一转动轴4上设置有外花键齿，第一齿轮5的内孔中设置有匹配的内花键齿。

在本实用新型的一个实施方式中，铣头体6的侧面还可以设置有用于加工、装配、维修保养用的可拆卸的盖板66。

此外，本实用新型还提供了一种数控机床。由于图4和图10均显示了铣头和机床滑枕相结合的示意图，因此本文仍然参照图4和图10对该种数控机床进行描述。

参照图3、图4和图13，本实用新型所提供的数控机床包括如上文所述的任意实施方式的铣头，并且在数控机床的主机滑枕1上至少设置两个定位销1-3，在连接座2的端面内固定嵌入等数量的和所述定位销1-3匹配的定位套21。定位套21的外圆面和连接座2之间具有环形腔22。所述连接座2 上开设有和环形腔22连通的灌胶通道23和出胶通道24。定位胶能够从灌胶通道23进入，充满整个环形腔22后，一部分定位胶由出胶通道24排出 (以证明环形腔22被充满)。灌胶后，定位套21在六个方向的自由度被限制。

采用这种设计方式，能够放松主机滑枕1和连接座2上的孔距公差，用普通的设备就可以满足加工要求，降低了加工成本。主机滑枕1和连接座2 即使在最初的定位结合时出现略微的位置偏差，也不会因为刚性碰撞而损毁，技术人员只需要将二者结合后再用灌胶的方式精确定位即可。定位套采用优质合金钢淬火、定性、精密磨削后制成，精度稳定，使用寿命长，即使磨损后更换成本也较低。

继续参照图13，在本实用新型的一个实施方式中，连接座2用于嵌入定位套21的位置设置有和外部连通的出气孔25，以使得定位销1-3和定位套21结合时，定位套21内部的气体能够经由出气孔25向外排出。

参照图3、图4和图14，在本实用新型的一个实施方式中，数控机床还包括固定地设置于主机或者主机滑枕1上的拉爪1-4，固定地设置于所连接座2上的拉钉26。拉爪1-4具有拉紧状态和松弛状态：当所述拉爪1-4处于拉紧状态时，拉钉26被拉爪1-4夹紧，以实现连接座2和主机滑枕1的固定连接。当所述拉爪1-4处于松弛状态时，拉钉26能够和拉爪1-4脱开，以将铣头从主机滑枕1拆卸下来。在如图3所示的实施方式中，拉爪1-4和拉钉26各有四个。

参照图4和图15所示，在本实用新型的一个实施方式中，在连接座2 和数控机床的主机或者主机滑枕1贴合的端面上设置有信号轴27。在数控机床的主机或者主机滑枕1上设置有和信号轴27匹配的信号检测装置1-5。

为了扩大数控机床主机的加工范围，一般情况下需要配置几个功能附件头。每个功能附件头的功率、扭矩、转速以及主机主轴的轴向行程(伸缩距离)都不同，因此主机需要识别当前状态是空驶状态还是附件状态，进一步识别是哪一个附件(垂直伸长铣头、万能铣头、平旋盘等)被安装在主机上。因此，可以在每一个附件头上安装一个信号轴27，每个附件的信号轴27的相对位置不同。在主机或者主机滑枕1的对应位置上安装检测装置1-5(光电检测开关)。定义不同的开关对应于不同的信号轴27。例如，1号开关对应垂直伸长铣头，当1号开关获得信号(信号轴触发光电检测开关)时，系统就自动调用垂直伸长铣头专用子程序，进行功率、扭矩、转速以及主机主轴的轴向行程(伸缩距离)限制，以免损坏机床或发生安全事故。

以上对本实用新型的各种实施例进行了详细说明。本领域技术人员将理解，可在不偏离本实用新型范围(由所附的权利要求书限定)的情况下，对实施方案进行各种修改、改变和变化。对权利要求范围的解释应从整体解释且符合与说明一致的最宽范围，并不限于示例或详细说明中的实施范例。