一种主轴锁紧结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种主轴锁紧结构，包括主轴、限位销钉、刀柄和限位块。主轴安装在主轴箱上，该主轴包括固定在主轴箱上的壳体和可转动地安装在壳体中的轴芯，轴芯的下端设有插装孔；限位销钉的下端形成固定头；限位块固定在刀柄的一侧，限位块的上端设有第一定位孔，该第一定位孔用于在刀柄固设在轴芯上时与固定头定位配合，限位块的内部还设有两个导向孔和分别安装在两个导向孔中的两个导向组件，导向组件包括弹性件和钢珠，钢珠卡设在开口上并外露于第一定位孔中。本发明调试装配过程简单，可避免产生泄露污染，噪音小、使用寿命长、可靠性高。
【专利说明】
一种主轴锁紧结构
技术领域
[0001]本发明涉及一种主轴锁紧结构。
【背景技术】
[0002]随着航空航天(铝合金、钛合金)、汽车、精密模具(石墨电极、紫铜电极)、重工业(大型铸件、钢件)、3C(铝合金、塑料)等代表性行业对加工效率(加工成本)和加工精度的要求，以车铣复合加工中心为代表的多轴联动机床，因能在单次装夹中完成车、铣、钻、镗、攻丝等多种工序，近年得到长足发展，车铣复合加工中心的出现为提供零件的加工精度及效率提供了一种有效的解决方案。相对与以往车床与加工中心(或雕铣机、钻攻机)将车与铣、钻、镗、攻丝工序分别加工，车铣复合加工中心同一机台满足各种加工需求，效率高、精度高、设备综合采购费用低。市面现存车铣复合加工中心多为传统加工中心加载转台组合而成，车铣复合加工中心的车刀和铣刀共用一个主轴。根据加工情况不同，主轴需随时切换车铣加工状态，主轴车削加工时:主轴需保持静止状态，主轴铣削加工时:主轴需处于旋转状
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[0003]现阶段市面出现各种类型的主轴锁紧结构:以下列三种为代表:1、采用了弹簧碟片的变形特性和锥度锁紧结构。缺点:通过主轴内部的弹簧碟片作刹车片及锥度摩擦锁紧，调试装配过程复杂，因气压动力不足多采用油压制动，易产生泄露等污染;2、端面齿锁紧装置互相咬合且锥面锁紧装置实现锁紧。缺点:主轴内部布置有上下配套的端面齿，导致主轴轴距过长，且齿形高速产生较大风阻和噪声无法进行高速高精加工。3、利用刀柄定位锁紧锁紧结构。缺点:利用刀柄简单连接主轴或机床主轴箱上的静止位置，锁紧效果不佳，刚性不足。市面现存典型主轴锁紧结构的种种不足，与车铣复合加工中心高速化、高精化、通用化、模块化的飞跃发展相悖，这些缺陷已成为车铣复合加工中心用主轴锁紧结构的发展方向。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种主轴锁紧结构，调试装配过程简单，可避免产生泄露污染，噪音小、使用寿命长、可靠性高。
[0005]本发明的目的采用以下技术方案实现:
[0006]—种主轴锁紧结构，包括:
[0007]安装在主轴箱上的主轴，该主轴包括固定在主轴箱上的壳体和可转动地安装在壳体中的轴芯，轴芯的下端设有插装孔；
[0008]刀柄，该刀柄的上端插装固定在该插装孔中，该刀柄的下端设有刀具安装孔；
[0009]位于刀柄一侧的限位销钉，固设在所述壳体或者主轴箱的下方，限位销钉的下端形成固定头；
[0010]限位块，固定在刀柄的一侧，限位块的上端设有第一定位孔，该第一定位孔用于在刀柄固设在轴芯上时与固定头定位配合，限位块的内部还设有两个导向孔和分别安装在两个导向孔中的两个导向组件，两个导向孔均位于第一定位孔的一侧并均沿第一定位孔的径向方向延伸，导向孔靠近第一定位孔的一端设有与第一定位孔连通的开口，导向组件包括弹性件和钢珠，钢珠卡设在开口上并外露于第一定位孔中，弹性件用于提供一使钢珠往靠近第一定位孔方向运动的弹性力，两个导向孔之间的距离从靠近第一定位孔的一端至远离第一定位孔的一端逐渐增大，两个导向孔的中心线的交点位于第一定位孔的中心线上。
[0011 ] 优选地，两个导向孔的中心线位于同一平面上。
[0012]优选地，固定头的外侧形成相互衔接的第一锥形面和第二锥形面，第二锥形面位于第一锥形面的下方，该第一锥形面和第二锥形面的外径均从下至上逐渐增大，并且第一锥形面的锥度小于第二锥形面的锥度，该第一定位孔为直孔，第二锥形面用于在固定头插装在第一定位孔时起导向作用，该第一锥形面的下端用于插装在第一定位孔中并与第一定位孔过盈配合。
[0013]优选地，主轴或者主轴箱的下端面设有一螺纹孔，限位销钉的上端设有用于与螺接在该螺纹孔中的连接部，连接部的外侧设有定位肩台，定位肩台与该下端面之间夹设有调节垫片。
[0014]优选地，刀柄的上端部分为HSK标准接口结构。
[0015]优选地，限位块通过法兰连接盘与刀柄固定连接，法兰连接盘的一侧与刀柄的下端固定，限位块固设在法兰连接盘另一侧的上方。
[0016]优选地，刀柄的下端设有凸设部，所述法兰连接盘的一侧设有第二定位孔，凸设部插装定位在第二定位孔中。
[0017]优选地，插装孔的直径从上之下逐渐增大，刀柄上端的外侧形成用于与插装孔的内壁配合的第三锥形面。
[0018]优选地，刀柄的上端内侧形成连接孔，连接孔的上端形成开口，刀柄的连接孔与刀具安装孔之间隔设有一限位板，限位板上设有连通连接孔与刀具安装孔的第一排气孔，刀柄的侧壁上开设有用于连通连接孔与刀柄外部的第二排气孔。
[0019 ]优选地，第二排气孔从靠近连接孔的一端到远离连接孔的一端逐渐向下倾斜。
[0020]相比现有技术，本发明的有益效果在于:当车铣复合加工中心需由铣削状态切换为车削状态时，将本发明主轴锁紧结构的刀柄的上端插装在轴芯的刀具安装孔中，并使限位销钉的固定头与限位块的第一定位孔插装固定，这样锁紧了芯轴；而且，固定头在插装时，会与导向机构的钢珠接触，由于两个导向孔的距离从靠近第一定位孔的一端至远离第一定位孔的一端逐渐增大，两个导向孔的中心线的交点位于第一定位孔的中心线上，两个导向机构与沉孔共同组成三点定位结构对限位销钉起到导向作用，将限位销钉往第一定位孔的中心处顶压，这样可以减少限位销钉与第一定位孔的侧壁之间的摩擦力，使轴芯定位机构切换过程更顺畅，进而减少换刀过程噪声，因有效减小摩擦和具有导向的作用可杜绝换刀过程限位销钉卡滞的可能，故能延长机构使用寿命、可靠性高。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明主轴锁紧结构的使用状态示意图；
[0022]图2为本发明刀柄、限位块、法兰连接盘和限位销钉的立体结构示意图；
[0023]图3为图2的仰视不意图；
[0024]图4为图3中B-B处的剖面示意图；
[0025]图5为本发明刀柄的结构示意图；
[0026]图6为本发明法兰连接盘的结构示意图；
[0027]图中:1、刀柄；11、第一排气孔;12、第二排气孔;13、限位板;15、刀具安装孔;16、凸设部；17、连接孔;2、固定螺钉;3、限位块;31、堵头;32、弹簧;33、钢珠;35、第一定位孔;36、导向孔;4、法兰连接盘;41、第二定位孔;5、主轴箱;6、调节垫片;7、限位销钉;71、第一锥形面;72、第二锥形面。
【具体实施方式】
[0028]下面，结合附图以及【具体实施方式】，对本发明做进一步描述:
[0029]如图1至图6所示，本发明的主轴锁紧结构，包括主轴、限位销钉7、刀柄I和限位块
3。主轴安装在主轴箱5上，该主轴包括固定在主轴箱5上的壳体和可转动地安装在壳体中的轴芯，轴芯的下端设有插装孔;限位销钉7固设在所述壳体或者主轴箱5的下方，限位销钉7的下端形成固定头;该刀柄I的上端插装固定在该插装孔中，该刀柄I的下端设有刀具安装孔15;限位块3固定在刀柄I的一侧，限位块3的上端设有第一定位孔35，该第一定位孔35用于在刀柄I固设在轴芯上时与固定头定位配合，限位块3的内部还设有两个导向孔36和分别安装在两个导向孔36中的两个导向组件，两个导向孔36均位于第一定位孔35的一侧并均沿第一定位孔35的径向方向延伸，导向孔36靠近第一定位孔35的一端设有与第一定位孔35连通的开口，导向组件包括弹性件和钢珠33，钢珠33卡设在开口上并外露于第一定位孔35中，弹性件用于提供一使钢珠33往靠近第一定位孔35方向运动的弹性力，两个导向孔36之间的距离从靠近第一定位孔35的一端至远离第一定位孔35的一端逐渐增大。
[0030]本发明的主轴锁紧结构可应用于车铣复合加工中心，当车铣复合加工中心在铣削状态时，只需利用普通铣刀柄I与轴芯固定；当车铣复合加工中心需由铣削状态切换为车削状态时，车铣复合加工中心主轴上的刀柄I需由普通铣刀柄I切换为本发明的主轴锁紧结构的刀柄I，将刀柄I的上端插装在轴芯的刀具安装孔15中，并使限位销钉7的固定头与限位块3的第一定位孔35插装固定，这样锁紧了芯轴;而且，固定头在插装时，会与导向机构的钢珠33接触，由于两个导向孔36的距离从靠近第一定位孔35的一端至远离第一定位孔35的一端逐渐增大，两个导向孔36的中心线的交点位于第一定位孔35的中心线上，两个导向机构与沉孔共同组成三点定位结构对限位销钉7起到导向作用，将限位销钉7往第一定位孔35的中心处顶压，这样可以减少限位销钉7与第一定位孔35的侧壁之间的摩擦力，使轴芯定位机构切换过程更顺畅，进而减少换刀过程噪声，因有效减小摩擦和具有导向的作用可杜绝换刀过程限位销钉7卡滞的可能，故能延长机构使用寿命、可靠性高。
[0031]具体地，导向孔36的外侧固定有堵头31，弹簧32的两端分别抵设在堵头31和钢珠33上。
[0032]优选地，刀柄I的上端部分为HSK标准接口结构(优选地为DIN69893的标准接口)，这样能适用在普通HSK刀柄车铣复合加工中心上，实际应用中刀柄I的上端部分同样可应用BBT、BT、IS0等刀柄接口形式。
[0033]优选地，两个导向孔36的中心线位于同一平面上。
[0034]优选地，固定头的外侧形成相互衔接的第一锥形面71和第二锥形面72，第二锥形面72位于第一锥形面71的下方，也就是说，第二锥形面72上端的外径与第一锥形面71下端的外径相等;该第一锥形面71和第二锥形面72的外径均从下至上逐渐增大，并且第一锥形面71的锥度小于第二锥形面72的锥度;该第一定位孔35为直孔，第二锥形面72用于在固定头插装在第一定位孔35时起导向作用，该第一锥形面71的下端用于插装在第一定位孔35中并与第一定位孔35过盈配合。优选地，第二锥形面72的角度为自锁角度。再优选地，主轴或者主轴箱5的下端面设有一螺纹孔，限位销钉7的上端设有用于与螺接在该螺纹孔中的连接部，连接部的外侧设有定位肩台，定位肩台与该下端面之间夹设有调节垫片6，这样，通过替换不同厚度的调节垫片6，可以调节第一锥形面71插入第一定位孔35中的深度，从而调节固定头与第一定位孔35的过盈配合的程度。
[0035]优选地，为了进一步导向，第一定位孔35的上端设有倒圆角或倒角。
[0036]优选地，限位块3通过法兰连接盘4与刀柄I固定连接，法兰连接盘4的一侧与刀柄I的下端固定，限位块3固设在法兰连接盘4另一侧的上方。
[0037]优选地，刀柄I的下端设有凸设部16，所述法兰连接盘4的一侧设有第二定位孔41，凸设部16插装定位在第二定位孔41中。
[0038]优选地，插装孔的直径从上之下逐渐增大，刀柄I上端的外侧形成用于与插装孔的内壁配合的第三锥形面。
[0039]优选地，刀柄I的上端内侧形成连接孔17，连接孔17的上端形成开口，刀柄I的连接孔17与刀具安装孔15之间隔设有一限位板13，限位板13上设有连通连接孔17与刀具安装孔15的第一排气孔11，刀柄I的侧壁上开设有用于连通连接孔17与刀柄I外部的第二排气孔12。连接孔17既可以与主轴的拉刀机构固定，又可以起到供气体和水通过的作用，由于刀柄I与刀具的配合间隙小，装拆刀具过程内腔空气会压缩或真空的情况，难以正常装拆，且若没排气孔，刀柄I在与主轴装拆过程中，主轴中心吹气同样难以排出，故设置第一排气孔11和第二排气孔12使刀柄I内腔与外部联通。
[0040]再优选地，第二排气孔12从靠近连接孔17的一端到远离连接孔17的一端逐渐向下倾斜。
[0041]进一步地，刀具安装孔15的侧壁上螺接有固定螺钉2，利用固定螺钉2抵设固定刀具安装孔15中的刀具。
[0042]对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种主轴锁紧结构，其特征在于，包括: 安装在主轴箱上的主轴，该主轴包括固定在主轴箱上的壳体和可转动地安装在壳体中的轴芯，轴芯的下端设有插装孔； 刀柄，该刀柄的上端插装固定在该插装孔中，该刀柄的下端设有刀具安装孔； 位于刀柄一侧的限位销钉，固设在所述壳体或者主轴箱的下方，限位销钉的下端形成固定头； 限位块，固定在刀柄的一侧，限位块的上端设有第一定位孔，该第一定位孔用于在刀柄固设在轴芯上时与固定头定位配合，限位块的内部还设有两个导向孔和分别安装在两个导向孔中的两个导向组件，两个导向孔均位于第一定位孔的一侧并均沿第一定位孔的径向方向延伸，导向孔靠近第一定位孔的一端设有与第一定位孔连通的开口，导向组件包括弹性件和钢珠，钢珠卡设在开口上并外露于第一定位孔中，弹性件用于提供一使钢珠往靠近第一定位孔方向运动的弹性力，两个导向孔之间的距离从靠近第一定位孔的一端至远离第一定位孔的一端逐渐增大，两个导向孔的中心线的交点位于第一定位孔的中心线上。2.如权利要求1所述的主轴锁紧结构，其特征在于，两个导向孔的中心线位于同一平面上。3.如权利要求1所述的主轴锁紧结构，其特征在于，固定头的外侧形成相互衔接的第一锥形面和第二锥形面，第二锥形面位于第一锥形面的下方，该第一锥形面和第二锥形面的外径均从下至上逐渐增大，并且第一锥形面的锥度小于第二锥形面的锥度，该第一定位孔为直孔，第二锥形面用于在固定头插装在第一定位孔时起导向作用，该第一锥形面的下端用于插装在第一定位孔中并与第一定位孔过盈配合。4.如权利要求3所述的主轴锁紧结构，其特征在于，主轴或者主轴箱的下端面设有一螺纹孔，限位销钉的上端设有用于与螺接在该螺纹孔中的连接部，连接部的外侧设有定位肩台，定位肩台与该下端面之间夹设有调节垫片。5.如权利要求1所述的主轴锁紧结构，其特征在于，刀柄的上端部分为HSK标准接口结构。6.如权利要求1所述的主轴锁紧结构，其特征在于，限位块通过法兰连接盘与刀柄固定连接，法兰连接盘的一侧与刀柄的下端固定，限位块固设在法兰连接盘另一侧的上方。7.如权利要求6所述的主轴锁紧结构，其特征在于，刀柄的下端设有凸设部，所述法兰连接盘的一侧设有第二定位孔，凸设部插装定位在第二定位孔中。8.如权利要求1所述的主轴锁紧结构，其特征在于，插装孔的直径从上之下逐渐增大，刀柄上端的外侧形成用于与插装孔的内壁配合的第三锥形面。9.如权利要求1所述的主轴锁紧结构，其特征在于，刀柄的上端内侧形成连接孔，连接孔的上端形成开口，刀柄的连接孔与刀具安装孔之间隔设有一限位板，限位板上设有连通连接孔与刀具安装孔的第一排气孔，刀柄的侧壁上开设有用于连通连接孔与刀柄外部的第二排气孔。10.如权利要求1所述的主轴锁紧结构，其特征在于，第二排气孔从靠近连接孔的一端到远离连接孔的一端逐渐向下倾斜。
【文档编号】B23Q3/12GK105834460SQ201610374127
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】雷群, 郑绍坚, 候宗毅
【申请人】广州市昊志机电股份有限公司