一种抗离心膨胀高速主轴的制作方法

本发明涉及一种机床上的主轴，特别是高速主轴。

背景技术：

高速加工已经成为四大先进制造技术之一。高速加工工具系统是高速机床的重要组成部分，是主轴与刀具的连接系统，由主轴、刀柄、刀具和夹紧机构等组成，高速主轴是实现高速加工的关键部件，主轴锥孔的基本功能是保证刀柄在机床主轴中的定位精度，并在高速加工时保持不变，同时传递加工中所需的运动和动力。

传统主轴、刀柄接口的锥度为7:24，利用锥面单面定位。在高转速时主轴锥孔因离心力作用会发生“喇叭口”状膨胀，与刀柄锥面之间产生间隙，无法满足高速加工的要求。为满足高速加工需要，国外相继出现了几种高速刀柄，典型的如HSK刀柄和KM刀柄，刀柄锥面锥度为1:10，利用端面与锥面双面定位，其均以增大刀柄锥体整体柔度为设计思想，通过空心短锥结构增大刀柄锥面与主轴锥孔的配合过盈量，从而提高刀柄的极限转速。但在高速时仍然会在主轴锥孔与刀柄之间出现间隙，导致刀柄定位精度下降，加工质量降低，限制主轴转速的进一步提高等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能使刀柄和主轴在更高转速时仍能保证足够的联接刚度和定位精度的抗离心膨胀高速主轴。本发明主要是在主轴前端外圆柱面设锁紧套及液压缸组件，其能抑制主轴锥孔的离心膨胀，保证主轴锥孔与刀柄锥面的配合过盈量从而夹紧刀柄。

本发明目的通过以下技术方案来实现：本发明主要包括主轴、锁紧套、螺钉、缸体组件和油路。其中，主轴为中段壁厚大于前后两段壁厚的中空回转体，在主轴前段外圆柱面通过过盈配合套接一锁紧套，该锁紧套与主轴用紧固件连接，最好锁紧套与主轴中段相邻的端面设有与主轴中段轴向贯穿通孔对应的螺孔，两者由螺钉连接，螺钉头位于主轴后段的轴肩上。锁紧套内表面设有环形油腔，其通过两个径向油路与设在主轴前段的轴向油路相连通，该轴向油路朝向主轴前端面的开口封闭，而朝向主轴中段的开口与主轴中段径向油路一端垂直相连，该主轴中段径向油路另一端开口设在主轴中段的表面并密封。在主轴中段的径向油路上还设有与其垂直相连的轴向油路，该轴向油路一端设在朝向主轴前段的轴肩上并封闭，而朝向主轴中段的另一端开口与安装盲孔相连通，该两个安装盲孔为开口设在主轴中段的径向盲孔，最好以主轴轴线为对称，有利于保持主轴平衡，径向盲孔下部设有螺纹，其与缸体组件的缸体外螺纹连接。该缸体组件主要包括缸体、活塞、缸盖、弹簧及密封圈。其中，缸体为外露端呈封闭的筒体，外露端顶设有旋扭机构，在靠近端顶的缸体周壁上设有与主轴中段轴向油路对应的环形凹槽，且在槽底上设有与缸体腔内连通的通孔，最好，在环形凹槽两侧设有与其平行的两道凹槽，其内设有密封圈。缸体内设有与其对应的实心活塞，活塞与缸体下端缸盖之间设有压缩弹簧。最好在活塞周壁上设有若干道环形凹槽，其内设有导向支撑环或密封圈。最好缸盖上设小通孔，其与安装盲孔底部的与主轴内壁连通的小通孔对应。上述缸体和油路内充有液态介质。

本发明的工作过程大致如下：当主轴旋转时，活塞会在离心力的作用下对液态介质产生压力，压力由油路传给锁紧套油腔以抑制主轴锥孔膨胀，保证高速时主轴锥孔与刀柄锥面之间的配合，因此可提高主轴的极限转速。主轴每侧的径向油路同时与锁紧套油腔接通,使主轴两侧的油路互通。当主轴高速旋转时，活塞产生的压力通过液态介质传递给主轴前外圆柱面，抑制主轴锥孔的离心膨胀，保证主轴锥孔与刀柄的过盈配合而夹紧刀柄。随着转速的提高，活塞的离心力变大使油压提高，故锁紧力加大。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明结构简单，易于实现，成本较低，不需特殊维护，与传统主轴及刀柄兼容。

2.本发明能够抑制主轴前端的离心膨胀，且锁紧作用力随转速提高而增大，保证了刀柄和主轴在高转速下的联接刚度和定位精度，提高了刀柄的极限转速(对于HSK E-50刀柄，极限转速可提高16.8％)。

3.本发明中由缸体、液态介质、活塞及弹簧构成的弹簧振子阻尼器，能吸收振动，起到减振作用。

附图说明

图1是本发明的轴侧示意图；

图2是本发明缸体组件的主视剖面示意简图。

图中：1.锁紧套，2.主轴，3.轴向油路，4.径向油路，5.油腔，6.径向油路，7.轴向油路，8.缸体，9.活塞，10.螺纹，11.弹簧，12.缸盖，13.内六角圆柱头轴肩螺钉，14.孔用旋转格莱圈，15.导向支撑环，16.孔用格莱圈。

具体实施方式

在图1所示的抗离心膨胀高速主轴轴侧示意图中，主轴2为中段壁厚大于前后两段壁厚的中空回转体，在主轴前段外圆柱面通过过盈配合套接一锁紧套1，该锁紧套与主轴中段相邻的端面设有与主轴中段轴向贯穿通孔对应的螺孔，两者由内六角圆柱头轴肩螺钉13连接，螺钉头位于主轴后段的轴肩上。锁紧套内表面设有环形油腔5，其通过两个径向油路4与设在主轴前段的轴向油路3相连通，该轴向油路朝向主轴前端面的开口封闭，而朝向主轴中段的开口与主轴中段径向油路6一端垂直相连，该主轴中段径向油路另一端开口设在主轴中段的表面并密封。在主轴中段的径向油路上还设有与其垂直相连的轴向油路7，该轴向油路一端设在朝向主轴前段的轴肩上并封闭，而朝向主轴中段的另一端开口与安装盲孔相连通，该两个安装盲孔为开口设在主轴中段的径向盲孔，以主轴轴线为对称，径向盲孔下部设有螺纹10，其与缸体组件的缸体外螺纹连接。在图2所示的本发明缸体组件的主视剖面示意简图中，缸体8为外露端呈封闭的筒体，外露端顶设有凹槽形旋扭机构，在靠近端顶的缸体周壁上设有与主轴中段轴向油路对应的环形凹槽，且在槽底上设有与缸体腔内连通的通孔，在环形凹槽两侧设有与其平行的两道凹槽，其内设有孔用旋转格莱圈14。缸体内设有与其对应的实心活塞9，活塞与缸体下端缸盖12之间设有压缩弹簧11。在活塞周壁上设有3道环形凹槽，两端两道内设导向支撑环15，中间一道设有孔用旋转格莱圈16。另在缸盖上设小通孔，其与安装盲孔底部的与主轴内壁连通的小通孔对应。上述缸体和油路内充有液态介质。