CN104889789A - 机床双向可切换加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床双向可切换加工装置。机床主轴和输出主动轴安装在机架上，机床主轴与皮带轮同轴安装，输出主动轴与从动皮带轮同轴安装，皮带轮与从动皮带轮传动连接；输出主动轴顶部同轴装有主动锥齿轮，输出从动轴水平安装在机架上，输出从动轴上同轴装有从动锥齿轮，输出从动轴安装有水平刀具；机架上装有控制电机，控制电机连接凸轮，从动锥齿轮位于机架内端部的两侧方设有L型推杆，凸轮与从动锥齿轮和L型推杆接触配合形成凸轮副；L型推杆铰接有滚轮，滚轮与圆形推块接触，输出主动轴上安装有垂直一体刀具机构。本发明能实现机床双向可切换加工，能实现工件表面、型腔或是盲孔内部水平面和垂直面两个方向加工，快速便捷。

Description

机床双向可切换加工装置

技术领域

本发明涉及了一种机床加工装置，尤其是涉及了一种机床双向可切换加工装置。

背景技术

随着我国加快推进工业化进程，国务院部署加快推进实施“中国制造2025”，实现制造业升级。对高档机床的需求也越来越大，而传统的低端机床不便加工型腔内部，更无法在工件表面、型腔内部直接改变加工方向完成加工，使得整个产业发展脚步受影响。因此，能在工件表面或者型腔内部加工并且切换加工方向以及加工动力的机床双向可切换加工装置应运而生。

现有型腔内部加工装置，如专利号为201420632300.7，授权公告日为2015年2月18日，名称为用于孔内加工盲孔装置的中国实用新型专利，该加工装置是一种用于孔内加工盲孔装置，包括连接架、钻孔机构和传动机构，钻孔机构通过连接架安装在摇臂钻床的钻杆外套上，该钻孔机构通过传动机构由钻杆带动钻孔机构旋转。该装置存在的不足是：加工装置在竖直方向上占用空间过大，无法在大、深型腔内部完成加工，也就是说对加工工件型腔大小深浅均有要求，不能实现横向较深型腔的加工；而且，无法实现垂直平面内的加工，也就是说加工方向较为单一，不能切换刀具加工方向。

发明内容

为了解决现有的加工存在的上述问题，本发明提供一种机床双向可切换加工装置，能实现工件表面和型腔内部两个加工方向加工。

本发明采用以下的技术方案：

本发明包括机架、动力传递机构、动力切断与恢复机构、垂直一体刀具机构和水平刀具；动力传递机构包括安装在机床上的机床主轴、主动皮带轮、皮带、输出主动轴和输出从动轴；机床主轴和输出主动轴均竖直安装在机架上，机床主轴与主动皮带轮同轴安装，输出主动轴与从动皮带轮同轴安装，主动皮带轮经皮带与从动皮带轮传动连接；输出主动轴顶部同轴装有主动锥齿轮，输出从动轴水平安装在机架上，输出从动轴上同轴装有从动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮配合而带动输出从动轴转动；输出从动轴伸出机架的外端部安装有水平刀具，输出从动轴处机架的端面上安装有输出从动轴端盖；动力切断与 恢复机构：机架上装有控制电机，控制电机的输出轴上固定装有凸轮，从动锥齿轮位于机架内端部的两侧方设有L型推杆，L型推杆的一边竖直穿过机架后另一边向输出主动轴弯折，凸轮的边缘与从动锥齿轮内端部的端面和L型推杆的一边侧面接触配合形成凸轮副；L型推杆另一边的端部铰接有滚轮，滚轮与套在输出主动轴上的圆形推块接触，输出主动轴上安装有垂直一体刀具机构，圆形推块垂直一体刀具机构配合连接。

所述的L型推杆的中部与机架铰接，铰接处安装有用于弹性复位的复位扭簧。

所述的垂直一体刀具机构包括：上盖、膜片弹簧、上摩擦盘、下摩擦盘和垂直一体刀具，上盖底部与垂直一体刀具固定连接，膜片弹簧、上摩擦盘和下摩擦盘均安装在上盖和垂直一体刀具之间内；圆形推块装在上盖顶部中心孔内，圆形推块底面向下依次安装有膜片弹簧、上摩擦盘和下摩擦盘，下摩擦盘与输出主动轴同轴固定连接，下摩擦盘与垂直一体刀具的顶面配合形成摩擦副；膜片弹簧为环形结构，其中环部内凹，膜片弹簧内环部与圆形推块底面边缘接触，膜片弹簧中环部与上盖通过第一固定螺钉固定连接，膜片弹簧外环部与上摩擦盘的外边缘通过第二固定螺钉固定连接。

所述的膜片弹簧内环部与圆形推块底面之间、上摩擦盘底面与下摩擦盘顶面之间光滑连接。

当所述的凸轮的长径端顶在从动锥齿轮内端部端面和L型推杆侧面时，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，使得水平刀具伸出工作；并且受L型推杆推力，圆形推块向下压缩膜片弹簧，下摩擦盘底面与垂直一体刀具分离，垂直一体刀具不工作。

当所述的凸轮的非长径端顶在从动锥齿轮内端部端面和L型推杆侧面时，主动锥齿轮与从动锥齿轮不啮合，水平刀具不伸出工作；圆形推块未受L型推杆推力，膜片弹簧未被压缩，下摩擦盘底面与垂直一体刀具摩擦接触，垂直一体刀具工作。

所述的输出主动轴与输出从动轴之间的皮带传动比为1:1。

所述的主动锥齿轮与从动锥齿轮之间的齿轮传动比为1:1。

本发明的有益效果在于：

本发明能实现工件表面、型腔或是盲孔内部水平面和垂直面两个方向加工，并且快速便捷，实现了机床双向可切换加工。

并且本发明占用空间小，能实现在深型腔内部完成加工，实现了横向较深 型腔的加工。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的水平方向加工工况示意图。

图3是本发明的竖直方向加工工况示意图。

图4是本发明凸轮未到达动力切换点的工况示意图。

图5是本发明凸轮到达动力切换点的工况示意图。

图6是本发明水平面加工工况下动力切换装置结构位置示意图。

图7是本发明竖直面加工工况下动力切换装置结构位置示意图。

图8是本发明膜片弹簧未变形时受力和形状原理图。

图9是本发明膜片弹簧变形时受力和形状原理图。

图中：1-机床主轴；2-主动皮带轮；3-皮带；4-机架；5-主轴端盖；6-凸轮；7-控制电机；8-L形推杆；9-输出从动轴；10-从动锥齿轮；11-输出从动轴端盖；12-水平刀具；13-主动锥齿轮；14-从动皮带轮；15-滚轮；16-膜片弹簧；17-上摩擦盘；18-下摩擦盘；19-上盖；20-垂直一体刀具；21-螺栓孔；22-推力轴承；23-复位扭簧；24-圆形推块；25-第一固定螺钉；26-第二固定螺钉；27-输出主动轴。 

具体实施方式

以下结合附图对本作进一步说明。

如图1所示，本发明包括机架4、动力传递机构、动力切断与恢复机构、垂直一体刀具机构和水平刀具。

如图1～图3所示，动力传递机构包括安装在机床上的机床主轴1、主动皮带轮2、皮带3、输出主动轴27和输出从动轴9；机床主轴1和输出主动轴27均通过推力轴承22竖直安装在机架4上，机床主轴1与主动皮带轮2同轴安装，输出主动轴27与从动皮带轮14同轴安装，主动皮带轮2经皮带3与从动皮带轮14传动连接；输出主动轴27顶部同轴装有主动锥齿轮13，输出从动轴9水平安装在机架4上，输出从动轴9上同轴装有从动锥齿轮10，主动锥齿轮13与从动锥齿轮10配合而带动输出从动轴9转动；输出从动轴9通过轴承水平套在机架4中并在轴承两端通过衬套轴向限位。

如图1～图3所示，输出从动轴9伸出机架4的外端部安装有水平刀具12，输出从动轴9处机架4的端面上安装有输出从动轴端盖11。

如图1～图3所示，动力切断与恢复机构：机架4上装有控制电机7，控制电机7的输出轴上固定装有凸轮6，从动锥齿轮10位于机架4内端部的两侧方设有L型推杆8，L型推杆8的一边竖直穿过机架4后另一边向输出主动轴27弯折，凸轮6的边缘与从动锥齿轮10内端部的端面和L型推杆8的一边侧面接触配合形成凸轮副；L型推杆8另一边的端部铰接有滚轮15，滚轮15与套在输出主动轴27上的圆形推块24接触，输出主动轴27上安装有垂直一体刀具机构，圆形推块24垂直一体刀具机构配合连接。L型推杆8的中部与机架4铰接，铰接处安装有用于弹性复位的复位扭簧23。

机架4上设有用于连接的螺栓孔21。

如图6和图7所示，垂直一体刀具机构包括：上盖19、膜片弹簧16、上摩擦盘17、下摩擦盘18和垂直一体刀具20，上盖19底部与垂直一体刀具20固定连接，膜片弹簧16、上摩擦盘17和下摩擦盘18均安装在上盖19和垂直一体刀具20之间内；圆形推块24装在上盖19顶部中心孔内，圆形推块24底面向下依次安装有膜片弹簧16、上摩擦盘17和下摩擦盘18，下摩擦盘18与输出主动轴27同轴固定连接，下摩擦盘18与垂直一体刀具20的顶面配合形成摩擦副。

如图8和图9所示，膜片弹簧16为环形结构，其中环部向下内凹，膜片弹簧16内环部与圆形推块24底面边缘接触，膜片弹簧16中环部与上盖19通过第一固定螺钉25固定连接，中环部位置相对上盖静止，膜片弹簧16外环部与上摩擦盘17的外边缘通过第二固定螺钉26固定连接。

如图6和图7所示，膜片弹簧16内环部与圆形推块24底面之间、上摩擦盘17底面与下摩擦盘18顶面之间光滑连接。上摩擦盘与下摩擦盘之间相对光滑，无法传递摩擦力。

如图3、图5和图7所示，当凸轮6的长径端顶在从动锥齿轮10内端部端面和L型推杆8侧面时，主动锥齿轮13与从动锥齿轮10啮合，使得水平刀具12伸出工作；并且受L型推杆8推力，圆形推块24向下压缩膜片弹簧16，如图9所示，下摩擦盘18底面与垂直一体刀具20分离，垂直一体刀具20不工作。

如图2、图4和图6所示，当凸轮6的非长径端顶在从动锥齿轮10内端部端面和L型推杆8侧面时，主动锥齿轮13与从动锥齿轮10不啮合，水平刀具12不伸出工作；圆形推块24未受L型推杆8推力，膜片弹簧16未被压缩，如图8所示，下摩擦盘18底面与垂直一体刀具20摩擦接触，下摩擦轮将动力通 过接触摩擦传递给垂直一体刀具，垂直一体刀具20工作，完成水平面的加工。

输出主动轴27与输出从动轴9之间的皮带传动比为1:1，使得装置可以在合理工况内调节主轴转速来获得一个理想的刀具切削转速。

主动锥齿轮13与从动锥齿轮10之间的齿轮传动比为1:1，使得装置可以在合理工况内调节主轴转速在竖直平面内同样获得一个理想的刀具切削转速。

垂直一体刀具20与下盖固定连接，其刀具垂直于水平面，两者视为一体，故称为垂直一体刀具。

机架4与机床主轴1用螺栓固定连接。

机床主轴1与主动皮带轮2之间、输出主动轴27与从动皮带轮14之间均用花键配合，机床主轴1和机架4之间的推力轴承22通过安装在轴下方的主轴端盖5固定，端盖与主轴之间用一枚沉头螺钉固定。

控制电机可用4枚螺钉固定于机架上。控制电机控制凸轮转动，如图5所示，当且仅当凸轮面最高点(死点)与输出从动轴末端接触时，从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合。如图4所示，当凸轮面与输出从动轴末端接触时，输出从动轴受刀具切削反向作用力的影响，从动锥齿轮和主动锥齿轮脱离啮合，切断动力传动。

如图7所示，当且仅当凸轮面最高点(死点)与输出从动轴末端接触时，凸轮面也推动L型推杆做圆周运动至输出主动轴动力切换点。如图6所示，当L型推杆运动至主动轴动力切换点时，L型推杆下端滚轮给予圆形推块一个推力。圆形推块向下移动导致膜片弹簧处于形变状态。

如图8和图9所示，受力圆形推块向下位移时，膜片弹簧内环部向下位移，膜片弹簧中环部相对固定不动，膜片弹簧外环部向上位移，上摩擦轮向上位移。受重力影响，上摩擦轮与下摩擦轮在垂直方向上保持接触。由于膜片弹簧中环部与上盖固定。上盖向下位移，垂直一体刀具向下位移并且与下摩擦轮分离，动力传递切断。

控制电机控制凸轮再次转动，凸轮面最高点(死点)未与输出从动轴末端接触时。L型推杆与机架铰接处复位扭簧在复位力作用下使得L型推杆离开输出轴动力切换点。输出轴动力重新恢复传递。

本实施例的实施工作原理过程如下：

机床主轴1带动主动皮带轮2转动，主动皮带轮2通过皮带3带动从动的皮带轮14运动，从动皮带轮14通过花键带动输出主动轴转动27，输出主动轴27带动下摩擦盘18转动。由于膜片弹簧16在未形变状态，膜片弹簧16外端给 上摩擦盘17一个向下的作用力。由于重力影响，上摩擦盘17和下摩擦盘18相互接触，下摩擦盘18固定于输出主动轴27上，从而上摩擦盘17给予膜片弹簧16一个向上的作用力。膜片弹簧中部和上盖19固定，膜片弹簧16给予上盖19一个向上的反作用力。上盖19与垂直一体刀具20固定，从而上盖19和垂直一体刀具20向上位移。垂直一体刀具20与下摩擦盘18接触。通过摩擦力，下摩擦盘18将动力传递至垂直一体刀具20，完成水平面加工的动力传递。

控制电机7驱动凸轮6转动，当凸轮6表面最高点(死点)与输出从动轴9末端和L型推杆8接触时，凸轮到达主动轴动力切换点。L型推杆8推动圆形推块24向下位移。圆形推块24向下位移使得膜片弹簧16产生形变，进入形变状态。膜片弹簧16中部位置不变，外端有向上位移的趋势。上摩擦盘17随之有向上位移的趋势，由于重力的作用，上摩擦盘17和下摩擦盘18始终保持接触。最终得到一个膜片弹簧16外端无绝对位移，膜片弹簧16中部向下位移的结果。膜片弹簧16中部与上盖19相对固定，进而上盖19向下位移，垂直一体刀具20向下位移。垂直一体刀具20与下摩擦盘18分离，动力传递至此切断。

控制电机7驱动凸轮6转动，当凸轮6表面最高点(死点)与输出从动轴9末端和L型推杆8接触时，凸轮6到达主动轴动力切换点。输出从动轴9在凸轮6作用下位移，输出从动轴锥齿10轮与主动锥齿轮13啮合，完成垂直面加工方向的动力传递。由于凸轮6死点的支撑作用。水平刀具12在加工时，不会因为反作用力而发生轴向位移，锥齿轮啮合状态也不会发生改变。

控制电机7驱动凸轮6回转，凸轮6表面最高点(死点)离开输出从动轴9末端和L型推杆8，凸轮6离开主动轴动力切换点。在复位扭簧23的作用下，L型推杆9恢复之前状态，膜片弹簧16恢复未形变状态。上盖19向上位移，垂直一体刀具20与下摩擦轮18接触，通过摩擦力矩的作用，恢复输出主动轴的动力传递(即水平面加工方向的动力传递)。

控制电机7驱动凸轮6回转，凸轮6表面最高点(死点)离开输出从动轴9末端和L型推杆8，凸轮6离开主动轴动力切换点。输出从动轴8末端无法获得凸轮6死点的支撑，在加工反作用力的影响下，输出从动轴9产生轴向位移，锥齿轮离开啮合位置，则输出从动轴9的动力传递(即垂直方向的动力传动)实现切断。

由此，本发明能实现工件表面、型腔或是盲孔内部水平面和垂直面两个方向加工，并且快速便捷，占用空间小，具有突出显著的技术效果。

上述实施例仅仅是本发明技术构思实现形式的列举，本发明的保护范围不 仅限于上述实施例，本发明的保护范围可延伸至本领域技术人员根据本发明的技术构思所能想到的等同技术手段。

Claims (8)

1. 一种机床双向可切换加工装置，其特征在于：包括机架（4）、动力传递机构、动力切断与恢复机构、垂直一体刀具机构和水平刀具；

动力传递机构包括安装在机床上的机床主轴（1）、主动皮带轮（2）、皮带（3）、输出主动轴（27）和输出从动轴（9）；机床主轴（1）和输出主动轴（27）均竖直安装在机架（4）上，机床主轴（1）与主动皮带轮（2）同轴安装，输出主动轴（27）与从动皮带轮（14）同轴安装，主动皮带轮（2）经皮带（3）与从动皮带轮（14）传动连接；输出主动轴（27）顶部同轴装有主动锥齿轮（13），输出从动轴（9）水平安装在机架（4）上，输出从动轴（9）上同轴装有从动锥齿轮（10），主动锥齿轮（13）与从动锥齿轮（10）配合而带动输出从动轴（9）转动；输出从动轴（9）伸出机架（4）的外端部安装有水平刀具（12），输出从动轴（9）处机架（4）的端面上安装有输出从动轴端盖（11）；

动力切断与恢复机构：机架（4）上装有控制电机（7），控制电机（7）的输出轴上固定装有凸轮（6），从动锥齿轮（10）位于机架（4）内端部的两侧方设有L型推杆（8），L型推杆（8）的一边竖直穿过机架（4）后另一边向输出主动轴（27）弯折，凸轮（6）的边缘与从动锥齿轮（10）内端部的端面和L型推杆（8）的一边侧面接触配合形成凸轮副；L型推杆（8）另一边的端部铰接有滚轮（15），滚轮（15）与套在输出主动轴（27）上的圆形推块（24）接触，输出主动轴（27）上安装有垂直一体刀具机构，圆形推块（24）垂直一体刀具机构配合连接。

2. 根据权利要求1所述的一种机床双向可切换加工装置，其特征在于：所述的L型推杆（8）的中部与机架（4）铰接，铰接处安装有用于弹性复位的复位扭簧（23）。

3. 根据权利要求1所述的一种机床双向可切换加工装置，其特征在于：

所述的垂直一体刀具机构包括：上盖（19）、膜片弹簧（16）、上摩擦盘（17）、下摩擦盘（18）和垂直一体刀具（20），上盖（19）底部与垂直一体刀具（20）固定连接，膜片弹簧（16）、上摩擦盘（17）和下摩擦盘（18）均安装在上盖（19）和垂直一体刀具（20）之间内；圆形推块（24）装在上盖（19）顶部中心孔内，圆形推块（24）底面向下依次安装有膜片弹簧（16）、上摩擦盘（17）和下摩擦盘（18），下摩擦盘（18）与输出主动轴（27）同轴固定连接，下摩擦盘（18）与垂直一体刀具（20）的顶面配合形成摩擦副；

膜片弹簧（16）为环形结构，其中环部内凹，膜片弹簧（16）内环部与圆形推块（24）底面边缘接触，膜片弹簧（16）中环部与上盖（19）通过第一固定螺钉（25）固定连接，膜片弹簧（16）外环部与上摩擦盘（17）的外边缘通过第二固定螺钉（26）固定连接。

4. 根据权利要求1所述的一种机床双向可切换加工装置，其特征在于：所述的膜片弹簧（16）内环部与圆形推块（24）底面之间、上摩擦盘（17）底面与下摩擦盘（18）顶面之间光滑连接。

5. 根据权利要求3所述的一种机床双向可切换加工装置，其特征在于：当所述的凸轮（6）的长径端顶在从动锥齿轮（10）内端部端面和L型推杆（8）侧面时，主动锥齿轮（13）与从动锥齿轮（10）啮合，使得水平刀具（12）伸出工作；并且受L型推杆（8）推力，圆形推块（24）向下压缩膜片弹簧（16），下摩擦盘（18）底面与垂直一体刀具（20）分离，垂直一体刀具（20）不工作。

6. 根据权利要求3所述的一种机床双向可切换加工装置，其特征在于：当所述的凸轮（6）的非长径端顶在从动锥齿轮（10）内端部端面和L型推杆（8）侧面时，主动锥齿轮（13）与从动锥齿轮（10）不啮合，水平刀具（12）不伸出工作；圆形推块（24）未受L型推杆（8）推力，膜片弹簧（16）未被压缩，下摩擦盘（18）底面与垂直一体刀具（20）摩擦接触，垂直一体刀具（20）工作。

7. 根据权利要求3所述的一种机床双向可切换加工装置，其特征在于：所述的输出主动轴（27）与输出从动轴（9）之间的皮带传动比为1:1。

8. 根据权利要求3所述的一种机床双向可切换加工装置，其特征在于：所述的主动锥齿轮（13）与从动锥齿轮（10）之间的齿轮传动比为1:1。