一种锥孔可自动锁紧的高速主轴的制作方法

文档序号:10359395阅读:457来源:国知局
一种锥孔可自动锁紧的高速主轴的制作方法
【专利说明】
[0001]技术领域本实用新型属于机械加工领域,并涉及高速主轴设计,特别涉及一种锥孔可自动锁紧高速主轴。
[0002]【背景技术】高速加工作为当今机械制造领域中的四大先进制造技术之一,已成为高效加工,难加工材料加工,干硬切削的代表。高速加工工具系统包括主轴、刀柄、夹头、刀具和夹紧机构。主轴/刀柄接口性能的好坏决定了整个工具系统性能的发挥。
[0003]传统BT工具系统高速时主轴锥孔膨胀量与刀柄膨胀量并不一致,出现“喇叭口”现象,严重影响机床刚度、定位精度以及动平衡性能。针对BT工具系统不能用于高速加工的缺点,各国分别研制出各种适合高速加工的工具系统,最具代表性的是HSK工具系统。现有的HSK工具系统随着转速的进一步提高,会因离心膨胀导致主轴/刀柄接口锥面径向分离,致使锥面的径向定位作用消失,降低了主轴/刀柄接口联接的可靠性,制约了工具系统极限转速的提尚。
[0004]针对上述HSK工具系统的不足,由燕山大学设计发明了一种锥孔可自动锁紧的高速主轴。参照图1所示:图中6为油路,里面充满液压油。高速旋转下,活塞9受到离心力的作用发生微量的径向移动,压缩液压油,通过油路6将压力传递给膨胀套2油腔处,使油腔内的液压油压力增大。膨胀套2油腔薄壁处发生弹性膨胀,补偿HSK主轴/刀柄接口锥面出现的间隙,从而夹紧刀柄。分析发现高速下HSK主轴/刀柄接口锥面出现的间隙靠近主轴端面,并且为连续的。与图1膨胀套中不同,此发明的膨胀套有两个油腔,并且两个油腔位置关于主轴/刀柄接口锥面中心对称。膨胀套这样的结构设计对于高速下主轴/刀柄接口锥面出现的间隙补偿不够精确,应力匹配不够精细。综上考虑,膨胀套油腔应该选取油腔靠近主轴端面的单腔设计。
[0005]
【发明内容】
本实用新型目的在于提供一种新型的锥孔可自动锁紧高速主轴。本实用新型针对上述提到的自动锁紧高速主轴存在的问题,对自动锁紧高速主轴的膨胀套结构进行了创新设计。
[0006]本实用新型的是通过以下技术方案实现的:
[0007]根据高速下常规HSK主轴/刀柄锥面出现的间隙,对膨胀套油腔的结构、大小及位置进行了创新设计。首先,对常规HSK主轴/刀柄接口由于离心膨胀引起间隙的具体部位进行分析。分析发现主轴转速在39000r/min时,常规主轴/刀柄靠近主轴端面一大段连续区域出现间隙,只有小端小部分接触。因此膨胀套采用单油腔设计,并且油腔靠近主轴端面。进而对间隙的大小以及深度进行定量分析,确定了膨胀套油腔的具体位置及尺寸。
[0008]此设计中由于改变了膨胀套为单油腔结构,因此本实用新型的主轴将原来的两条径向油路减少为一条。
[0009]本实用新型具有如下优点:
[0010](I)本实用新型膨胀套是根据常规主轴/刀柄高速下出现的间隙设计的,其结构更加合理,对于高速下间隙的补偿更加精细。
[0011](2)本实用新型考虑到膨胀套所处的力学环境,这里采用的是单油腔设计,油腔靠近主轴端面且采用的是等壁厚结构,这样能够保证加压时候接触区域受力均匀。
[0012](3)本实用新型高速下接口的径向刚度要高于原有设计接口径向刚度。
[0013]【附图说明】图1为本实用新型锥孔可自动锁紧高速主轴/刀柄接口结构图。
[0014]图2为本实用新型膨胀套结构图。
[0015]【具体实施方式】本实用新型为一种锥孔可自动锁紧的高速主轴。图1为本实用新型的主轴/刀柄接口结构图。主要由刀柄1、膨胀套2、专用丝堵3、橡I父塞4、主轴5、油路6、密、封圈7、缸筒8、活塞9、弹簧10以及缸盖11组成。其中密封圈7、缸筒8、活塞9、弹簧10以及缸盖11组成离心动力缸。将高速旋转下的离心力作为离心动力缸中活塞9的动力源,活塞9压缩液压油产生油压通过油路6传递给给膨胀套2,使膨胀套2油腔内液压油压力增大,进而使薄壁处产生弹性变形。此时由于膨胀套油腔的位置正好处于高速下主轴/刀柄锥面出现分离的地方,因此能更好的弥补间隙,使主轴夹紧刀柄更加牢靠。
[0016]和原有设计相同的是:上述主轴上开有用于安装离心动力缸的安装孔,考虑到动平衡的问题,主轴上两个离心动力缸安装孔是关于轴线对称布置的。离心动力缸与主轴孔采用螺纹联接,缸筒8顶部开有沟槽,便于离心动力缸的安装。缸筒8上油口设在非螺纹部分,安装后用密封圈7保证该部分密封。缸盖11与缸筒8之间采用螺纹联接,且缸盖8与活塞9之间安装有弹簧10。这样的结构不仅便于油路的封堵,而且弹簧10、油液与活塞9构成流固耦合动力减震器,一定程度上提高了主轴的动态性能。刀柄选择HSK-E50型,主轴内孔圆柱形,主轴5和刀柄I之间有膨胀套2。膨胀套2为一个圆柱形套筒,与主轴之间采用过盈配合,安装方法采用低温冷装配。膨胀套2内孔为1:10短锥孔,由于膨胀套内孔是与刀柄配合的,所以膨胀套内孔的基本尺寸可以参照DIN69063-HSK E50型锥孔确定。主轴上油路为细长孔,考虑到制造加工的工艺性,设计了两个十字交叉的通孔,为了能够使油腔内具有预油压,沿主轴轴线方向油孔采用专用丝堵3密封,主轴径向方向的油孔采用橡胶塞4密封。
[0017]和原有设计不同的是:相对于原有膨胀套两个油腔的设计,在本设计中,对常规HSK主轴/刀柄接口由于离心膨胀引起间隙的具体部位、间隙的大小以及深度进行了分析,结合刀柄定位的最佳要求,确定膨胀套为单油腔设计,油腔靠近主轴端面且采用的是等壁厚结构。膨胀套的结构如图2所示。膨胀套安装以后,需要对内孔进行精磨,最终尺寸与DIN69063给定的HSK主轴内孔尺寸相同。标准主轴锥孔长度为25mm,所以取图2中L为25mm。进而对膨胀套采取理论分析结合有限元模拟结果进行了结构设计,并依据有限元分析最终确定了膨胀套的主要尺寸。最终确定图2中I工和I2的长度分别为4mm和I Omm,膨胀套的外圆直径D为41mm,膨胀套的薄壁壁厚最终选取为1.8mm。
【主权项】
1.一种锥孔可自动锁紧的高速主轴,其特征是:主轴上两个离心动力缸安装孔是关于轴线对称布置的,离心动力缸与主轴之间采用螺纹联接,离心动力缸由密封圈、缸筒、活塞、弹簧以及缸盖组成,缸盖与缸筒螺纹联接,缸盖与活塞之间安装有弹簧,主轴和刀柄之间有膨胀套,与主轴之间采用过盈配合,膨胀套为单油腔设计,主轴上开有十字交叉的细长孔作为油路,主轴轴线方向油孔设置有专用丝堵,主轴径向方向油孔设置有橡胶塞。2.根据权利要求1所述的一种锥孔可自动锁紧的高速主轴,其特征是:膨胀套的单油腔靠近主轴端面,油腔薄壁为等壁厚结构。
【专利摘要】一种锥孔可自动锁紧的高速主轴,主轴上两个离心动力缸安装孔是关于轴线对称布置的,离心动力缸与主轴之间采用螺纹联接,离心动力缸由密封圈、缸筒、活塞、弹簧以及缸盖组成,缸盖与缸筒螺纹联接,缸盖与活塞之间安装有弹簧,主轴和刀柄之间有膨胀套,与主轴之间采用过盈配合,膨胀套为单油腔设计,主轴上开有十字交叉的细长孔作为油路,主轴轴线方向油孔设置有专用丝堵,主轴径向方向油孔设置有橡胶塞。由于高速下主轴与刀柄锥面出现的间隙为连续的,因此膨胀套的油腔采用了单油腔设计,结构变的更加简单。
【IPC分类】B23B19/02
【公开号】CN205270883
【申请号】CN201520829754
【发明人】王军, 马灿, 唐海洋, 李现华, 任权国, 孙东星
【申请人】燕山大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年10月26日
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