一种电主轴的换刀卸荷结构的制作方法

本实用新型涉及智能高速复合加工技术领域，尤其涉及一种电主轴的换刀卸荷结构。

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，把高速加工技术推向了一个新时代。具体的，电主轴是一套组件，它一般包括电主轴本身及其附件，主要有：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，而且由于取代了传统的利用传动带的传动结构，极大的提高了主轴的转速，在今天的市场上越来越受到欢迎。

申请人一直致力于高速电主轴的研发工作，如申请人的申请号为201820319554.1、专利名称为《一种高速滚珠轴承电主轴》的中国专利文件中记载了一种高速电主轴，主要由气缸组件、气缸座组件、后轴承座组件、本体组件、前轴承座组件、转子组件、前轴承压板组件以及拉刀机构组成，电机内置，具有结构紧凑、质量轻、惯性小、振动小、噪音低等特点，所以可以实现高转速、高精度及高运转稳定性。

但是随着产业升级和技术的发展，技术研发的方向不仅仅在于如何实现高速转动，也有更多人把眼光放在了加工中心的换刀方式上，因为换刀机械手是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件。它的快速、准确的换刀程序是影响加工中心发挥高效、可靠的加工性能的重要因素。没有换刀机械手，就不可能有集中工序进行加工的加工中心。

目前自动换刀装置大都采用有机械手换刀方式，因为有机械手换刀装置在刀库的配置、与主轴的相对位置及刀具数量确定上都比较灵活，机械手数量和换刀形式比较随意，换刀时间比较短，应用广泛，在国外bt40的换刀时间已达到0.9秒，bt50的换刀时间也达到了1.5秒左右，国内也出现了立、卧两用凸轮式换刀机械手和用于五轴联动的换刀机械手的研究。与之相应的，电主轴内部的换刀机构是否能够跟上机械手换刀的发展步伐也是一个重要问题。

在另一篇申请号为201721064815.1、专利名称为《一种高速复合雕铣中心出水气动换刀电主轴》的中国专利中也公开了一种高速电主轴，包括机体、位于所述机体内的旋转轴组件、定子组件、预紧机构以及位于所述旋转轴组件两端的前轴承和后轴承，还包括位于所述旋转轴组件内的换刀机构、位于所述机体后端上的连接体、与所述连接体连接的气缸组件、中心出水机构以及密封机构，其采用气缸与换刀机构相配合，实现对刀柄的抓取和松开，配合机械手完成换刀的整个过程。

在上述方案的换刀过程中，具体操作为“向所述卸刀进气口t0注入0.6mpa的压缩空气推动所述前活塞24前移使所述碟簧组件14压缩以及所述拉爪9前移并自行张开进行换刀”，

但是在驱动拉爪和拉杆前移时，拉杆对轴芯必然会产生较大的轴向作用力（7000n~10000n），而此作用力均由套设在轴芯外部两端的轴承分担，容易造成轴承内部滚珠滚落脱离，而一旦在力的传导过程中存在振动或偏差，对轴承均会产生极大的冲击作用，造成轴承的损伤。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中容易造成轴承损伤的缺陷，本实用新型提出一种电主轴的换刀卸荷结构。

本实用新型采用的技术方案是，一种电主轴的换刀卸荷结构，所述电主轴包括轴芯和拉杆，所述轴芯外套设有轴承组，其特征在于，所述换刀卸荷结构包括壳体、滑动连接于所述壳体中并推动所述拉杆的换刀推杆、固定于所述壳体上用于拉紧所述轴芯的卸荷瓣爪，所述壳体中设有注压腔，注压腔中产生压力时所述卸荷瓣爪和换刀推杆的受压作用点分别位于所述注压腔的两侧。

优选的，所述壳体包括前盖、后盖和与电主轴固定连接的外壳，所述前盖、换刀推杆和后盖均滑动连接于所述外壳内，所述换刀推杆、外壳和后盖围设而成的空间即为注压腔。

优选的，所述后盖上开设有换刀进油口和拉刀进油口，所述外壳靠近拉杆一端与换刀推杆围设的空腔为泄压腔，所述换刀进油口与所述注压腔连通，所述拉刀进油口与所述泄压腔连通。

优选的，所述前盖与所述后盖固定连接，所述前盖扣接于所述卸荷瓣爪上。

优选的，所述轴芯上固定有轴芯卸荷环，所述卸荷瓣爪的一端扣接于所述前盖上，且另一端扣接于所述轴芯卸荷环上。

优选的，所述轴芯卸荷环上向电主轴外部延伸有至少一道抵接端，所述前盖靠近所述轴芯卸荷环的一端也向电主轴外部延伸有一道抵接端，所述卸荷瓣爪上设有至少两道向电主轴内部延伸的扣合端，两道所述扣合端可同时分别与轴芯卸荷环和前盖相互靠近的两个抵接端抵接，且两道所述扣合端之间的最小间距大于等于两道所述抵接端之间的最大间距。

优选的，所述轴芯卸荷环套设于所述拉杆上，所述轴芯卸荷环与所述轴芯的端部扣接固定。

优选的，所述注压腔产生压力的介质为液压油/压力气体。

优选的，所述拉杆上套设有使所述拉杆具有向靠近换刀卸荷结构方向运动趋势的复位弹性件。

优选的，所述卸荷瓣爪的行程小于所述复位弹性件的形变量，所述复位弹性件为蝶形弹簧组/矩形弹簧组/双螺旋弹簧组。

与现有技术相比，本实用新型将具有以下有益效果：

1、卸荷瓣爪将大部分轴承承受的轴向作用力卸除并转移至前盖上，极大的保护了轴承，有利于提升轴承和电主轴的使用寿命；

2、由于拉杆上套有弹性复位件，因此注压腔中产生压力时会先压缩弹性复位件并同步推动前盖后退，即不会马上推动拉杆前进，此时轴承未受到来自拉杆的轴向作用力，而当拉杆开始前移时前盖已经将轴芯拉紧，从而及时将拉杆对轴承的轴向作用力转移卸除，两者结合进一步的提升了轴承的使用寿命；

3、卸荷瓣爪和拉杆受到的作用力均来源于注压腔中的同一个压力源，因此大小相等不存在差值，二者的作用力能够很好的匹配，能够尽可能的将拉杆作用于轴芯上的轴向作用力卸荷完全。

附图说明

下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：

图1是本实施例的换刀卸荷结构剖面示意图。

6、卸荷瓣爪；11、轴芯卸荷环；14、换刀推杆；15、前盖；16、拉杆；17、外壳；19、后盖；20、轴芯；24、蝶形弹簧组；25、换刀进油口；26、拉刀进油口；27、抵接端；28、扣合端。

具体实施方式

一种电主轴的换刀卸荷结构，如图1所示，电主轴包括拉杆16和包覆于拉杆16上的轴芯20，轴芯外套设有轴承组，轴承组则包括前端轴承和后端轴承，拉杆16的一端连接有拉爪和刀柄等，另一端则与换刀卸荷结构连接。

换刀卸荷结构包括壳体、滑动连接于壳体中并推动拉杆16的换刀推杆14、固定于壳体上用于拉紧轴芯20的卸荷瓣爪6，壳体中设有注压腔，注压腔中产生压力时卸荷瓣爪6和换刀推杆14的受压作用点分别位于注压腔的两侧。注压腔产生压力的介质为液压油/压力气体，本实施例中以液压油为例，则换刀卸荷结构以油缸及其配件为主，同样的若以压力气体为压力介质，则换刀卸荷结构以气缸及其配件为主。

具体的，壳体包括前盖15、后盖19和与电主轴固定连接的外壳17，前盖15、换刀推杆14和后盖19均滑动连接于外壳17内，前盖15与后盖19通过螺栓固定连接，前盖15扣接于卸荷瓣爪6上。换刀推杆14、外壳17和后盖19围设而成的空间即为注压腔，外壳17靠近拉杆16一端与换刀推杆14围设的空腔为泄压腔，后盖19上开设有换刀进油口25和拉刀进油口26，换刀进油口25与注压腔连通，拉刀进油口26与泄压腔连通。

通过换刀进油口25注入液压油时，液压油产生的压力同时推动换刀推杆14和后盖19移动，换刀推杆14前移时将压力传递至拉杆16上，后盖19后退并带动前盖15同步后退，从而前盖15将拉力传递至卸荷瓣爪6上，卸荷瓣爪6将轴芯20拉紧，即轴芯20处于拉紧状态。相反的，通过拉刀进油口26注入液压油时，换刀进油口25打开并将注压腔中的液压油及时排除，此时泄压腔中的液压油推动换刀推杆14后退复位，失去了液压油作用的后盖19也带动前盖15在弹簧作用下复位，从而卸荷瓣爪6解除对轴芯20的拉紧作用。

轴芯20靠近油缸的一端扣接固定有轴芯20卸荷环11，轴芯20卸荷环11套设在拉杆16上，卸荷瓣爪6的一端扣接于前盖15上，且另一端扣接于轴芯20卸荷环11上，从而实现前盖15与轴芯20的受力传递。轴芯20卸荷环11上向电主轴外部延伸有一道抵接端27，前盖15靠近轴芯20卸荷环11的一端也向电主轴外部延伸有一道抵接端27，卸荷瓣爪6上设有两道向电主轴内部延伸的扣合端28，两道扣合端28可同时分别与轴芯20卸荷环11和前盖15相互靠近的两个抵接端27抵接，且两道扣合端28之间的最小间距大于两道抵接端27之间的最大间距。轴芯20卸荷环11和前盖15上的抵接端27可以是完整的一圈，也可以是沿电主轴径向圆心对称布置的多对，卸荷瓣爪6上的扣合端28与抵接端27对应设置即可。

拉杆16上套设有使拉杆16具有向靠近换刀卸荷结构方向运动趋势的复位弹性件，由于两道扣合端28之间的最小间距大于两道抵接端27之间的最大间距，因此卸荷瓣爪6具有一定的行程，该卸荷瓣爪6的行程小于复位弹性件的形变量，复位弹性件为蝶形弹簧组24/矩形弹簧组/双螺旋弹簧组，本实施例中以蝶形弹簧组24为例。由于拉杆16上套有蝶形弹簧组24，因此注压腔中产生压力时会先压缩蝶形弹簧组24并同步推动前盖15后退，即不会马上推动拉杆16前进，此时轴承未受到来自拉杆16的轴向作用力，而当拉杆16开始前移时前盖15已经将轴芯20拉紧，从而及时将拉杆16对轴承的轴向作用力转移卸除，提升了轴承的使用寿命。

后盖19内还安装有感应器架，后盖19的内壁为全螺纹，而感应器架的外圆亦为全螺纹，通过此螺纹，既可固定感应器架，也可调整感应器架的轴向距离，感应器架内安装有感应器，能精准的控制“松刀”、“拉刀”的状态，从而有效保护电主轴正常工作。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。