一种带法兰气动自动换刀主轴及其气缸的制作方法

本实用新型属于主轴技术领域，具体涉及一种带法兰气动自动换刀主轴及其气缸。

背景技术：

电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。目前，气动换刀主轴的气缸一般是由缸体、缸盖和活塞组成；在换刀过程中，如果突然停电或供气压力不足，则主轴的拉杆和活塞相接触将产生高速摩擦，主轴容易损坏，缩短了使用寿命。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种带法兰气动自动换刀主轴及其气缸，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种带法兰气动自动换刀主轴的气缸，包括内套体、缸体、后密封盖和活塞，所述内套体的后端安装于缸体的前端，所述内套体内开设有通向缸体内的拉刀进气道，所述活塞滑动安装于缸体的中部内，所述活塞的中心杆穿过内套体，所述内套体的后端面开设有多个均匀分布的第一弹簧定位孔，所述第一弹簧定位孔内安装有向后顶住活塞的第一弹簧，所述后密封盖安装于缸体的后端，所述后密封盖上开设有松刀进气孔。

优选地，所述缸体包括多个依次串联连接的子缸体，所述内套体安装于最前面子缸体的前端，所述后密封盖安装于最后面子缸体的后端，所述缸体具有多个前后依次分布的滑动腔，所述活塞包括多个子活塞，所述子活塞滑动安装于对应的滑动腔内，最前面子活塞的中心杆穿过内套体，其余子活塞的中心杆均伸入相邻的前一个滑动腔内，其余子活塞的中心均开设有连通相邻两个滑动腔的通气道，所述拉刀进气道的出气口与最前面滑动腔相连通，所述松刀进气孔与最后面滑动腔相连通。

优选地，所述内套体内还开设有第一主轴中心进气道，所述第一主轴中心进气道的出气口位于内套体的中心通孔内侧壁上，所述活塞的中心杆内开设有第二主轴中心进气道，所述第二主轴中心进气道的出气口位于活塞的中心杆前端面，所述第二主轴中心进气道的环形进气口在活塞的中心杆完全伸出时与第一主轴中心进气道的出气口相对准。

优选地，所述气缸还包括后盖，所述后密封盖安装于缸体的后端内并由卡簧固定其后侧，所述后盖扣设在缸体的后端，所述后盖通过多个均匀分布的螺丝与后密封盖固定连接。

本实用新型还提供一种带法兰气动自动换刀主轴，包括壳体、芯轴、后连接盖和上述的气缸，所述壳体的前部外周一体设置有法兰盘，所述芯轴转动安装在壳体内，所述芯轴的中心开设有轴向通孔，所述轴向通孔内滑动穿设有拉杆，所述轴向通孔的后部内安装有使拉杆向后复位的碟形弹簧，所述后连接盖固定安装在壳体的后端，所述气缸的缸体固定安装在后连接盖的后端，所述气缸的内套体前端穿设于后连接盖的后端内，所述后连接盖上开设有与拉刀进气道相连通的拉刀进气孔，所述气缸的活塞中心杆位于拉杆的正后方。

优选地，所述拉杆的后端外周设置有感应台，所述后连接盖的前端内安装有与感应台相配合以感应拉杆伸出的传感器，所述后连接盖的前端内还安装有用于感应活塞中心杆伸出以产生自动换刀信号的接近开关。

优选地，所述主轴还包括内螺母、前螺母、平衡螺母、挡油盖、气封环和前密封盖，所述芯轴的前部外周通过前轴承安装在壳体的前端内，所述内螺母固定安装在壳体的前端内并顶住前轴承的外圈前端面，所述前螺母固定安装在芯轴的前部并顶住前轴承的内圈前端面，所述平衡螺母固定安装在芯轴的前部上并顶住前螺母前端面，所述挡油盖固定安装在壳体的前端外边缘处，所述气封环固定安装在壳体的前端内边缘处，所述前密封盖固定安装在气封环的前侧，所述前螺母分别与内螺母、气封环间隙配合，所述平衡螺母与气封环间隙配合。

优选地，所述芯轴的中部外周固定套设有转子，所述转子的前后两端均设置有短路环，所述壳体内的中部固定嵌设有与转子相配合的定子。

优选地，所述主轴还包括轴承座、钢球保持架、平衡环、后螺母、平衡压盖、弹簧座和中密封盖，所述轴承座的外周通过钢球保持架滑动安装在壳体内，所述芯轴的后部外周通过后轴承安装在轴承座内，所述平衡环套设在芯轴的后部并顶住后轴承的内圈前端面，所述后螺母固定安装在芯轴的后部并顶住后轴承的内圈后端面，所述平衡压盖固定套设在芯轴的后端，所述弹簧座安装在壳体内并由壳体内的台阶定位其前侧，所述轴承座的前端面开设有多个均匀分布的第二弹簧定位孔，所述第二弹簧定位孔内安装有向前顶住弹簧座后侧的第二弹簧，所述中密封盖固定安装在轴承座的后端面上并罩住后轴承和后螺母。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：该带法兰气动自动换刀主轴采用特殊设计的气缸，该气缸增设了第一弹簧来实现活塞复位，在换刀过程中突然停电或供气压力不足的情况下能有效增大拉杆和活塞之间距离，从而不会产生高速摩擦，起到了保护作用，延长了主轴的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的气缸结构剖视图。

图2为本实用新型实施例二的主轴整体结构剖视图。

图3为本实用新型实施例二的主轴前部结构放大图。

图4为本实用新型实施例二的主轴后部结构放大图。

图中标记：

100、气缸；110、内套体；111、拉刀进气道；112、第一弹簧定位孔；113、第一主轴中心进气道；120、缸体；121/122、子缸体；130、后密封盖；131、松刀进气孔；140、活塞；141/142/143/144、子活塞；145、通气道；146、密封圈；147、导气凹槽；148、第二主轴中心进气道；150、第一弹簧；160、后盖；170、卡簧；180、密封隔垫；190、排气孔；

1、壳体；2、芯轴；3、后连接盖；4、法兰盘；5、拉杆；6、碟形弹簧；7、拉刀进气孔；8、主轴中心进气孔；9、第三主轴中心进气道；10、感应台；11、传感器；12、接近开关；13、内螺母；14、前螺母；15、平衡螺母；16、挡油盖；17、气封环；18、前密封盖；19、前轴承；20、轴向气道；21、过渡气道；22、径向气道；23、转子；24、定子；25、短路环；26、轴承座；27、钢球保持架；28、平衡环；29、后螺母；30、平衡压盖；31、弹簧座；32、中密封盖；33、后轴承；34、第二弹簧定位孔；35、第二弹簧。

具体实施方式

为了让本实用新型的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

实施例一：如图1所示，一种带法兰气动自动换刀主轴的气缸100，包括内套体110、缸体120、后密封盖130和活塞140，所述内套体110的后端安装于缸体120的前端，所述内套体110内开设有通向缸体120内的拉刀进气道111，所述活塞140滑动安装于缸体120的中部内，所述活塞140的中心杆穿过内套体110，所述内套体110的后端面开设有多个均匀分布的第一弹簧定位孔112，所述第一弹簧定位孔112内安装有向后顶住活塞140的第一弹簧150，所述后密封盖130安装于缸体120的后端，所述后密封盖130上开设有松刀进气孔131。

在本实施例中，所述缸体120包括多个（如图中的两个）依次串联连接的子缸体121、122，所述内套体110安装于最前面子缸体121的前端，所述后密封盖130安装于最后面子缸体122的后端，所述缸体120具有多个（如图中的四个）前后依次分布的滑动腔，所述活塞140包括多个（如图中的四个）子活塞141、142、143、144，所述子活塞141、142、143、144滑动安装于对应的滑动腔内，最前面子活塞141的中心杆穿过内套体110，其余子活塞142、143、144的中心杆均伸入相邻的前一个滑动腔内，其余子活塞142、143、144的中心均开设有连通相邻两个滑动腔的通气道145，所述拉刀进气道111的出气口与最前面滑动腔相连通，所述松刀进气孔131与最后面滑动腔相连通。其中，最前面子缸体121本身制作有两个滑动腔，最后面子缸体122的内腔通过一卡簧170和一密封隔垫180分隔成两个滑动腔。换刀时往松刀进气孔131通入一定的气压，这时气压从后往前经过多个子活塞144、143、142、141和子缸体122、121，后一个子活塞144、143、142顶前一个子活塞143、142、141，使最前面子活塞141工作瞬间爆发出强大的推进力量，最前面子活塞141的中心杆顶出；往拉刀进气道111通入一定的气压，这时气压从前往后经过多个子缸体121、122和子活塞141、142、143、144，使子活塞141、142、143、144快速回位。

其中，所述活塞140（具体是每个子活塞141、142、143、144）的外周侧开设有环形密封槽，所述环形密封槽内嵌设有密封圈146（如星型密封圈），通过密封圈146使活塞140（具体是每个子活塞141、142、143、144）与缸体120（具体是对应的子缸体121、122）的内壁密封接触；所述活塞140（具体是每个子活塞141、142、143、144）的后端面中心开设有导气凹槽147，所述导气凹槽147的尺寸大于中心杆的外径，通过导气凹槽147能够很好引导压缩空气进入活塞140（具体是其余子活塞142、143、144）内的通气道145，实现后一个子活塞142、143、144推动前一个子活塞141、142、143，层层递进。其中，所述缸体120优先采用铝材料，所述活塞140优先采用不锈钢材料加工，因为空气压缩机会产生大量的湿气，不锈钢活塞可以防止生锈且刚性强度高。

在本实施例中，为了实现对主轴进行冷却，所述内套体110内还开设有第一主轴中心进气道113，所述第一主轴中心进气道113的出气口位于内套体110的中心通孔内侧壁上，所述活塞140（具体是最前面子活塞141）的中心杆内开设有第二主轴中心进气道148，所述第二主轴中心进气道148的出气口位于活塞140（具体是最前面子活塞141）的中心杆前端面，所述第二主轴中心进气道148的环形进气口在活塞140（具体是最前面子活塞141）的中心杆完全伸出时与第一主轴中心进气道113的出气口相对准。

在本实施例中，所述气缸100还包括后盖160，所述后密封盖130安装于缸体120的后端内并由另一卡簧170固定其后侧，所述后盖160扣设在缸体120的后端，所述后盖160通过多个均匀分布的螺丝与后密封盖130固定连接。

实施例二：如图2~4所示并结合图1，本实用新型还提供一种带法兰气动自动换刀主轴，包括壳体1、芯轴2、后连接盖3和上述的气缸100，所述壳体1的前部外周一体设置有法兰盘4，所述芯轴2转动安装在壳体1内，所述芯轴2的中心开设有轴向通孔，所述轴向通孔内滑动穿设有拉杆5，所述拉杆5的前端用于固定安装拉爪（图中省略），所述轴向通孔的后部内安装有使拉杆5向后复位的碟形弹簧6，所述后连接盖3固定安装在壳体1的后端，所述气缸100的缸体120固定安装在后连接盖3的后端，所述气缸100的内套体110前端穿设于后连接盖3的后端内，所述后连接盖3上开设有与拉刀进气道111相连通的拉刀进气孔7，所述气缸100的活塞140中心杆位于拉杆5的正后方。

具体是，所述内套体110嵌设在后连接盖3的后端内和最前面子缸体121的前端内之间，所述后密封盖130安装于最后面子缸体122的后端内，最前面子活塞141的中心杆位于拉杆5的正后方，以推动拉杆5前进。另外，所述后连接盖3上还开设有与第一主轴中心进气道113相连通的主轴中心进气孔8，冷却空气依次通过主轴中心进气孔8、第一主轴中心进气道113和第二主轴中心进气道148后进入壳体1内腔，实现对电机进行冷却；所述拉杆5的中心贯穿开设有与第二主轴中心进气道148出气口相对的第三主轴中心进气道9，冷却空气依次通过主轴中心进气孔8、第一主轴中心进气道113、第二主轴中心进气道148和第三主轴中心进气道9后对安装在拉爪上的刀具进行吹气冷却。其中，所述法兰盘4与壳体1是一体加工的，因此增加了主轴整体刚性强度；所述法兰盘4上开设有多个均匀分布的法兰固定孔，方便通过螺栓穿过法兰固定孔固定主轴。

在本实施例中，所述拉杆5的后端外周设置有感应台10，所述后连接盖3的前端内安装有与感应台10相配合以感应拉杆5伸出的传感器11，所述传感器11优选但不局限于电感式传感器，例如bd1-s3-p3型号电感式传感器；所述后连接盖3的前端内还安装有用于感应活塞140（具体是最前面子活塞141）中心杆伸出以产生自动换刀信号的接近开关12（其型号不限），当活塞140（具体是最前面子活塞141）中心杆伸缩运动触发接近开关12时，所述接近开关12产生了一个自动换刀的信号。

在本实施例中，所述主轴还包括内螺母13、前螺母14、平衡螺母15、挡油盖16、气封环17和前密封盖18，所述芯轴2的前部外周通过前轴承19（具体是两个，两个前轴承19之间设置有前隔垫环）安装在壳体1的前端内，所述内螺母13固定安装在壳体1的前端内并顶住前轴承19的外圈前端面，所述前螺母14固定安装在芯轴2的前部并顶住前轴承19的内圈前端面，所述平衡螺母15固定安装在芯轴2的前部上并顶住前螺母14前端面，所述挡油盖16固定安装在壳体1的前端外边缘处，所述气封环17固定安装在壳体1的前端内边缘处，所述前密封盖18固定安装在气封环17的前侧，所述前螺母14分别与内螺母13、气封环17间隙配合，所述平衡螺母15与气封环17间隙配合。其中，平衡螺母15和前螺母14均与气封环17、内螺母13形成了迂回阻挡结构，能够有效地防止灰尘、冷却水等杂质进入壳体1内，提高了主轴的使用寿命。

在本实施例中，所述壳体1的侧壁内开设有轴向气道20，所述轴向气道20贯穿筒状壳体1的前后端面，所述挡油盖16内开设有与轴向气道20相连通的过渡气道21，所述气封环17内开设有与过渡气道21相连通的径向气道22，所述径向气道22的出气口开设在气封环17的前端面并朝向前密封盖18的后侧面，通过气封结构能够很好地防止灰尘、冷却水等杂质进入壳体1的内腔，提高了主轴的使用寿命。

在本实施例中，所述芯轴2的中部外周固定套设有转子23（如铜转子），所述转子23的前后两端均设置有短路环25，所述壳体1内的中部固定嵌设有与转子23相配合的定子24，所述定子24环绕于转子23外，所述定子24包括线圈，所述转子23和定子24组成了电机。

在本实施例中，所述主轴还包括轴承座26、钢球保持架27、平衡环28、后螺母29、平衡压盖30、弹簧座31和中密封盖32，所述轴承座26的外周通过钢球保持架27滑动安装在壳体1内，通过钢球保持架27使得轴承座26能够相对壳体1前后滑动；所述芯轴2的后部外周通过后轴承33（具体是两个，两个后轴承33之间设置有后隔垫环）安装在轴承座26内，所述平衡环28套设在芯轴2的后部并顶住后轴承33的内圈前端面，所述后螺母29固定安装在芯轴2的后部并顶住后轴承33的内圈后端面，所述平衡压盖30固定套设在芯轴2的后端，所述弹簧座31安装在壳体1内并由壳体1内的台阶定位其前侧，所述轴承座26的前端面开设有多个均匀分布的第二弹簧定位孔34，所述第二弹簧定位孔34内安装有向前顶住弹簧座31后侧的第二弹簧35，所述中密封盖32固定安装在轴承座26的后端面上并罩住后轴承33和后螺母29。

本实施例的工作原理如下：换刀前，仅从气缸100的松刀进气孔131送入预定气压的压缩空气，压缩空气从后往前依次进入多个子缸体122、121内，并从后往前依次推动多个子活塞144、143、142、141向前移动，后一个子活塞144、143、142顶住前一个子活塞143、142、141，使最前面子活塞141瞬间爆发出强大的推进力，最前面子活塞141的中心杆撞向拉杆5，使得拉爪向前伸出，原刀具被松开脱落；换刀时，利用外部的机械手使拉爪自动抓取新刀具，然后仅从后连接盖3上的拉刀进气孔7送入预定气压的压缩空气，压缩空气由内套体110上的拉刀进气道111进入最前面子缸体121内，从前往后依次推动多个子活塞141、142、143、144向后移动回位，使得最前面子活塞141回位，拉杆5在碟形弹簧6的作用下向后缩回，使得拉爪向后缩回，新刀具被夹紧固定，达到快速换刀的效果。由于增设了第一弹簧150，因此在换刀过程中突然停电或供气压力不足的情况下能有效增大拉杆5和活塞140（具体是最前面子活塞141）之间距离，从而不会产生高速摩擦，起到了保护作用，延长了主轴的使用寿命。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。