CN111037320A - 一种油缸式自动上下换刀主轴及其换刀方法 - Google Patents

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CN111037320A CN201911421321.8A CN201911421321A CN111037320A CN 111037320 A CN111037320 A CN 111037320A CN 201911421321 A CN201911421321 A CN 201911421321A CN 111037320 A CN111037320 A CN 111037320A
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Abstract

本发明公开了一种油缸式自动上下换刀主轴及其换刀方法，该主轴在换刀时，从进油座进油，通过油压推动油缸活塞向前移动，油缸活塞的活塞杆推动拉杆向前移动，使得拉爪向前伸出，原刀具被松开脱落；当油缸活塞的活塞杆推动拉杆时，由于拉杆受到蝶形弹簧的弹力作用，因此油缸活塞的活塞杆受到拉杆的反作用力，使得油缸体、活塞连接套、连接支架和拉紧片整体向后移动，拉紧片向后拉动芯轴后端的拉轴螺母，以减少前轴承和后轴承的受力。本发明采用了油缸体、油缸活塞、活塞连接套、油缸外罩和弹簧等组成的活动油缸，在换刀时芯轴受到了向后拉的力，大大减少了轴承的受力（可以达到90%以上），大大延长了轴承的使用寿命，有效保证了主轴的工作精度。

Description

一种油缸式自动上下换刀主轴及其换刀方法
技术领域
本发明属于主轴技术领域，具体涉及一种油缸式自动上下换刀主轴及其换刀方法。
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，将会把高速加工推向一个新时代。目前，机床在换刀时，油缸活塞的力作用在拉杆上，迫使蝶形弹簧变形，拉杆向前移动，拉爪松刀，此作用力经芯轴通过轴承传递到壳体上。由于油缸活塞的作用力大且频繁作用在轴承上，容易造成轴承受损，轴承寿命大大缩短，且降低了主轴的工作精度。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够减少轴承受力的油缸式自动上下换刀主轴及其换刀方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种油缸式自动上下换刀主轴，包括壳体、芯轴、后大盖和油缸，所述后大盖固定在壳体的后端，所述芯轴的前部通过前轴承转动安装在壳体内，所述芯轴的后部通过后轴承转动安装在后大盖内，所述芯轴的中心开设有轴向通孔，所述轴向通孔内滑动穿设有拉杆，所述轴向通孔的后部内安装有使拉杆向后复位的碟形弹簧，所述拉杆的前端安装有拉爪，所述油缸的活塞杆位于拉杆的正后方，所述油缸包括油缸体、油缸活塞、活塞连接套和油缸外罩，所述活塞连接套固定在连接支架的后侧，所述连接支架固定在拉紧片的后侧，所述拉紧片滑动嵌设于后大盖的后端内，所述芯轴的后端固定有在拉紧片向后移动时被拉动的拉轴螺母，所述油缸体固定在活塞连接套的后侧并与活塞连接套之间形成滑动腔，所述油缸活塞滑动地安装于滑动腔内，所述油缸活塞的活塞杆滑动贯穿活塞连接套，所述后大盖的后侧固定有后连接盖，所述油缸外罩固定在后连接盖的后侧并罩住活塞连接套和油缸体，所述油缸外罩与油缸体的后端之间设置有多个均匀分布的弹簧，所述油缸体的后端中心开设有进油孔，所述进油孔连接有进油座，所述进油座滑动贯穿出油缸外罩。
优选地，所述拉杆的中心开设有第一中心气道，所述第一中心气道的后端设置有插槽，所述油缸活塞的活塞杆端设置有用于***插槽内的插头，所述油缸体的侧壁开设有第一轴向气道，所述第一轴向气道的后端进气口连接有进气座，所述进气座滑动贯穿出油缸外罩，所述活塞连接套上开设有与第一轴向气道前端出气口相连通的第一过渡气道，所述活塞杆的中部外周开设有进气环槽，所述进气环槽在活塞杆完全伸出时与第一过渡气道的出气口相对准，所述活塞杆的中部开设有与进气环槽相连通的第一径向气道，所述活塞杆的前端中心开设有与第一径向气道相连通的第二中心气道，所述第二中心气道贯穿插头并与第一中心气道相对。
优选地，所述油缸体的后端面开设有多个均匀分布的前弹簧座孔，所述油缸外罩内开设有多个与前弹簧座孔相对应的后弹簧座孔，所述弹簧的前后两端分别嵌入前弹簧座孔内、后弹簧座孔内。
优选地，还包括内卡环、前螺母、挡油盖、气封环和前密封盖，所述内卡环安装在壳体的前端内并顶住前轴承的外圈前端面，所述前螺母固定锁紧于芯轴的前部外螺纹上，所述挡油盖固定在壳体的前端，所述气封环固定在挡油盖的前侧中心凹槽内，所述前密封盖固定在气封环的前侧，所述前螺母分别与挡油盖、气封环间隙配合。
优选地，所述壳体的侧壁内开设有第二轴向气道，所述第二轴向气道贯穿筒状壳体的前后端面，所述挡油盖内开设有第二过渡气道，所述第二过渡气道的后端与第二轴向气道的前端相连通，所述气封环内开设有第二径向气道，所述第二径向气道的外端与第二过渡气道的前端相连通，所述气封环的前端面开设有与第二径向气道内端相连通的出气口，所述出气口朝向前密封盖的后侧内边缘处。
优选地，还包括钢球保持架、轴承座、后螺母和后密封盖，所述芯轴的后部外周通过所述后轴承安装在轴承座内，所述轴承座穿设于后大盖的前端内，所述钢球保持架设置于轴承座的前部外周与后大盖的前部内周之间，所述后螺母固定锁紧于芯轴的后部外螺纹上以顶住后轴承的内圈后端面，所述后密封盖固定安装在轴承座的后端内并罩住后轴承，所述芯轴的后端部外周固定套设有编码器磁环，所述轴承座上固定有与编码器磁环相配合的编码器读头。
优选地，所述拉杆的后端部外周固定套设有感应螺母，所述后连接盖的内侧壁安装有与感应螺母相配合的接近开关。
优选地，所述芯轴的中部外周固定套设有转子以及两个分别位于转子两端的短路环，所述壳体的内腔中部固定嵌设有环绕于转子外的定子。
优选地，所述后连接盖上开设有电源线出口。
本发明还提供一种油缸式自动上下换刀主轴的换刀方法，换刀时，从进油座进油，通过油压推动油缸活塞向前移动，油缸活塞的活塞杆推动拉杆向前移动，使得拉爪向前伸出，原刀具被松开脱落；当油缸活塞的活塞杆推动拉杆时，由于拉杆受到蝶形弹簧的弹力作用，因此油缸活塞的活塞杆受到拉杆的反作用力，使得油缸体、活塞连接套、连接支架和拉紧片整体向后移动，拉紧片向后拉动芯轴后端的拉轴螺母，以减少前轴承和后轴承的受力；在拉爪抓取新刀具后，滑动腔内的油液从进油座流出、卸压，拉杆在碟形弹簧的作用下向后缩回，拉杆推动油缸活塞向后移动回位，同时使得拉爪向后缩回，新刀具被夹紧固定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：采用了油缸体、油缸活塞、活塞连接套、油缸外罩和弹簧等组成的活动油缸，在换刀时通过油缸活塞、油缸体、活塞连接套、连接支架、拉紧片向后拉动拉轴螺母，使得芯轴受到了向后拉的力，大大减少了轴承的受力（可以达到90%以上），大大延长了轴承的使用寿命，有效保证了主轴的工作精度。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构剖视图。
图2为本发明实施例的前部结构剖视图。
图3为本发明实施例的后部结构剖视图。
图中标记：1、壳体；2、芯轴；3、后大盖；4、前轴承；5、后轴承；6、拉杆；7、油缸体；8、油缸活塞；9、活塞连接套；10、油缸外罩；11、连接支架；12、拉紧片；13、拉轴螺母；14、后连接盖；15、进油座；16、第一中心气道；17、插槽；18、插头；19、密封圈；20、第一轴向气道；21、进气座；22、骨架密封；23、第一过渡气道；24、进气环槽；25、第一径向气道；26、第二中心气道；27、内卡环；28、前螺母；29、挡油盖；30、气封环；31、前密封盖；32、第二轴向气道；33、第二过渡气道；34、第二径向气道；35、出气口；36、钢球保持架；37、轴承座；38、后螺母；39、后密封盖；40、编码器磁环；41、编码器读头；42、感应螺母；43、接近开关；44、电源线出口；45、转子；46、定子；47、法兰；48、第一锁紧螺母；49、第二锁紧螺母；50、弹簧。
具体实施方式
为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~3所示，本实施例提供了一种油缸式自动上下换刀主轴，包括壳体1、芯轴2、后大盖3和油缸，所述后大盖3固定在壳体1的后端，所述芯轴2的前部通过前轴承4（具体是两个，两个前轴承4之间设置有前隔垫环，前一个前轴承4的内圈由芯轴2的台阶定位，后一个前轴承4的内圈由第一锁紧螺母48定位，后一个前轴承4的外圈由壳体1的内凸缘定位）转动安装在壳体1内，所述芯轴2的后部通过后轴承5（具体是两个，两个后轴承5之间设置有后隔垫环）转动安装在后大盖3内，所述芯轴2的中心开设有轴向通孔，所述轴向通孔内滑动穿设有拉杆6，所述轴向通孔的后部内安装有使拉杆6向后复位的碟形弹簧（图中省略），所述拉杆6的前端安装有拉爪（图中省略），所述油缸的活塞杆位于拉杆6的正后方，所述油缸包括油缸体7、油缸活塞8、活塞连接套9和油缸外罩10，所述活塞连接套9固定在连接支架11的后侧，所述连接支架11固定在拉紧片12的后侧，所述拉紧片12滑动嵌设于后大盖3的后端内，所述芯轴2的后端固定有在拉紧片12向后移动时被拉动的拉轴螺母13，所述油缸体7固定在活塞连接套9的后侧并与活塞连接套9之间形成滑动腔，所述油缸活塞8滑动地安装于滑动腔内，所述油缸活塞8的活塞杆滑动贯穿活塞连接套9，所述后大盖3的后侧固定有后连接盖14，所述油缸外罩10固定在后连接盖14的后侧并罩住活塞连接套9和油缸体7，所述油缸外罩10与油缸体7的后端之间设置有多个均匀分布的弹簧50，所述油缸体7的后端中心开设有进油孔，所述进油孔连接有进油座15，所述进油座15滑动贯穿出油缸外罩10，所述油缸外罩10上可以安装有与进油座15滑动接触的骨架密封22。为了方便定位弹簧50，所述油缸体7的后端面开设有多个均匀分布的前弹簧座孔，所述油缸外罩10内开设有多个与前弹簧座孔相对应的后弹簧座孔，所述弹簧50的前后两端分别嵌入前弹簧座孔内、后弹簧座孔内，通过弹簧50可以使油缸体7、活塞连接套9、连接支架11和拉紧片12在换刀后复位。
在本实施例中，为了方便在换刀时对刀具进行冷却，所述拉杆6的中心开设有第一中心气道16，所述第一中心气道16的后端设置有插槽17，所述油缸活塞8的活塞杆端设置有用于***插槽17内的插头18，所述活塞杆的端面开设有位于插头18外周侧的环形密封槽，所述环形密封槽内安装有密封圈19，所述密封圈19在插头18完全***插槽17时与拉杆6后端面密封接触，防止漏气，当然所述密封圈19也可以设置在拉杆6的后端面上；所述油缸体7的侧壁开设有第一轴向气道20，所述第一轴向气道20的后端进气口连接有进气座21，所述进气座21滑动贯穿出油缸外罩10，所述油缸外罩10上可以安装有与进气座21滑动接触的骨架密封22，所述活塞连接套9上开设有与第一轴向气道20前端出气口相连通的第一过渡气道23，所述活塞杆的中部外周开设有进气环槽24，所述进气环槽24在活塞杆完全伸出时与第一过渡气道23的出气口相对准，所述活塞杆的中部开设有与进气环槽24相连通的第一径向气道25，所述活塞杆的前端中心开设有与第一径向气道25相连通的第二中心气道26，所述第二中心气道26贯穿插头18并与第一中心气道16相对。换刀时，当活塞杆完全向前伸出时，冷却空气从进气座21进入，依次经由第一轴向气道20、第一过渡气道23、进气环槽24、第一径向气道25、第二中心气道26、第二中心气道26后从拉爪排出，对刀具进行冷却。
在本实施例中，该主轴还包括内卡环27、前螺母28、挡油盖29、气封环30和前密封盖31，所述内卡环27安装在壳体1的前端内并顶住前轴承4的外圈前端面，所述前螺母28固定锁紧于芯轴2的前部外螺纹上，所述挡油盖29固定在壳体1的前端，所述气封环30固定在挡油盖29的前侧中心凹槽内，所述前密封盖31固定在气封环30的前侧，所述前螺母28分别与挡油盖29、气封环30间隙配合并形成迂回结构，有效地防止灰尘、冷却水等杂质进入壳体1的前端内，避免了前轴承4受污染、受损，延长了前轴承4的使用寿命。所述壳体1的侧壁内开设有第二轴向气道32，所述第二轴向气道32贯穿筒状壳体1的前后端面，所述挡油盖29内开设有第二过渡气道33，所述第二过渡气道33的后端与第二轴向气道32的前端相连通，所述气封环30内开设有第二径向气道34，所述第二径向气道34的外端与第二过渡气道33的前端相连通，所述气封环30的前端面开设有与第二径向气道34内端相连通的出气口35，所述出气口35（倾斜地）朝向前密封盖31的后侧内边缘处。在主轴工作时，压缩空气依次经过第二轴向气道32、第二过渡气道33、第二径向气道34后从出气口35喷出，有效避免了灰尘、冷却水等杂质从前密封盖31与芯轴2之间的缝隙进入壳体1内。
在本实施例中，该主轴还包括钢球保持架36、轴承座37、后螺母38和后密封盖39，所述芯轴2的后部外周通过所述后轴承5（具体是两个，两个后轴承5之间设置有后隔垫环，前一个后轴承5的内圈由一个隔圈定位，隔圈由芯轴2的台阶定位，前一个后轴承5的外圈由轴承座37的内凸缘定位）安装在轴承座37内，所述轴承座37穿设于后大盖3的前端内，所述钢球保持架36（其上沿轴向和周向阵列分布有多个钢球，使得轴承座37与后大盖3能够相对前后滑动，可以减少后轴承5的受力）设置于轴承座37的前部外周与后大盖3的前部内周之间，所述后螺母38固定锁紧于芯轴2的后部外螺纹上以顶住后轴承5的内圈后端面，所述后密封盖39固定安装在轴承座37的后端内并罩住后轴承5，有利于防止灰尘污染后轴承5；所述芯轴2的后端部外周固定套设有编码器磁环40，所述轴承座37上固定有与编码器磁环40相配合的编码器读头41，通过编码器读头41能够读取芯轴2旋转的次数。
在本实施例中，所述拉杆6的后端部外周固定套设有感应螺母42，所述后连接盖14的内侧壁安装有与感应螺母42相配合的接近开关43（其型号不限，可选用现有成熟产品），当拉杆6伸缩运动触发接近开关43时，接近开关43产生了一个自动换刀的信号。为了方便引出编码器的电源线，所述后连接盖14上开设有电源线出口44，编码器的电源线穿过拉紧片12后从电源线出口44引出。
在本实施例中，所述芯轴2的中部外周固定套设有转子45以及两个分别位于转子45两端的短路环，短路环的两端分别由前、后卡圈定位，前卡圈由芯轴2的台阶定位，后卡圈由第二锁紧螺母49固定；所述壳体1的内腔中部固定嵌设有环绕于转子45外的定子46，由转子45和定子46组成了电机，进而形成了电主轴。另外，所述壳体1的前部外周设置有法兰47，所述法兰47上开设有多个均匀分布的螺栓孔，方便通过紧固件固定安装主轴。
本实施例还提供一种油缸式自动上下换刀主轴的换刀方法，换刀时，从进油座15进油，通过油压推动油缸活塞8向前移动，油缸活塞8的活塞杆推动拉杆6向前移动，使得拉爪向前伸出，原刀具被松开脱落；当油缸活塞8的活塞杆推动拉杆6时，由于拉杆6受到蝶形弹簧的弹力作用，因此油缸活塞8的活塞杆受到拉杆6的反作用力，使得油缸体7、活塞连接套9、连接支架11和拉紧片12整体向后移动，拉紧片12向后拉动芯轴2后端的拉轴螺母13，以减少前轴承4和后轴承5的受力（可以达到90%以上），大大延长了轴承的使用寿命；在拉爪抓取新刀具（如利用外部的机械手使拉爪自动抓取新刀具）后，滑动腔内的油液从进油座15流出、卸压，拉杆6在碟形弹簧的作用下向后缩回，拉杆6推动油缸活塞8向后移动回位，同时使得拉爪向后缩回，新刀具被夹紧固定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种油缸式自动上下换刀主轴，包括壳体、芯轴、后大盖和油缸，所述后大盖固定在壳体的后端，所述芯轴的前部通过前轴承转动安装在壳体内，所述芯轴的后部通过后轴承转动安装在后大盖内，所述芯轴的中心开设有轴向通孔，所述轴向通孔内滑动穿设有拉杆，所述轴向通孔的后部内安装有使拉杆向后复位的碟形弹簧，所述拉杆的前端安装有拉爪，所述油缸的活塞杆位于拉杆的正后方，其特征在于：所述油缸包括油缸体、油缸活塞、活塞连接套和油缸外罩，所述活塞连接套固定在连接支架的后侧，所述连接支架固定在拉紧片的后侧，所述拉紧片滑动嵌设于后大盖的后端内，所述芯轴的后端固定有在拉紧片向后移动时被拉动的拉轴螺母，所述油缸体固定在活塞连接套的后侧并与活塞连接套之间形成滑动腔，所述油缸活塞滑动地安装于滑动腔内，所述油缸活塞的活塞杆滑动贯穿活塞连接套，所述后大盖的后侧固定有后连接盖，所述油缸外罩固定在后连接盖的后侧并罩住活塞连接套和油缸体，所述油缸外罩与油缸体的后端之间设置有多个均匀分布的弹簧，所述油缸体的后端中心开设有进油孔，所述进油孔连接有进油座，所述进油座滑动贯穿出油缸外罩。
2.根据权利要求1所述的油缸式自动上下换刀主轴，其特征在于：所述拉杆的中心开设有第一中心气道，所述第一中心气道的后端设置有插槽，所述油缸活塞的活塞杆端设置有用于***插槽内的插头，所述油缸体的侧壁开设有第一轴向气道，所述第一轴向气道的后端进气口连接有进气座，所述进气座滑动贯穿出油缸外罩，所述活塞连接套上开设有与第一轴向气道前端出气口相连通的第一过渡气道，所述活塞杆的中部外周开设有进气环槽，所述进气环槽在活塞杆完全伸出时与第一过渡气道的出气口相对准，所述活塞杆的中部开设有与进气环槽相连通的第一径向气道，所述活塞杆的前端中心开设有与第一径向气道相连通的第二中心气道，所述第二中心气道贯穿插头并与第一中心气道相对。
3.根据权利要求1所述的油缸式自动上下换刀主轴，其特征在于：所述油缸体的后端面开设有多个均匀分布的前弹簧座孔，所述油缸外罩内开设有多个与前弹簧座孔相对应的后弹簧座孔，所述弹簧的前后两端分别嵌入前弹簧座孔内、后弹簧座孔内。
4.根据权利要求1所述的油缸式自动上下换刀主轴，其特征在于：还包括内卡环、前螺母、挡油盖、气封环和前密封盖，所述内卡环安装在壳体的前端内并顶住前轴承的外圈前端面，所述前螺母固定锁紧于芯轴的前部外螺纹上，所述挡油盖固定在壳体的前端，所述气封环固定在挡油盖的前侧中心凹槽内，所述前密封盖固定在气封环的前侧，所述前螺母分别与挡油盖、气封环间隙配合。
5.根据权利要求4所述的油缸式自动上下换刀主轴，其特征在于：所述壳体的侧壁内开设有第二轴向气道，所述第二轴向气道贯穿筒状壳体的前后端面，所述挡油盖内开设有第二过渡气道，所述第二过渡气道的后端与第二轴向气道的前端相连通，所述气封环内开设有第二径向气道，所述第二径向气道的外端与第二过渡气道的前端相连通，所述气封环的前端面开设有与第二径向气道内端相连通的出气口，所述出气口朝向前密封盖的后侧内边缘处。
6.根据权利要求1所述的油缸式自动上下换刀主轴，其特征在于：还包括钢球保持架、轴承座、后螺母和后密封盖，所述芯轴的后部外周通过所述后轴承安装在轴承座内，所述轴承座穿设于后大盖的前端内，所述钢球保持架设置于轴承座的前部外周与后大盖的前部内周之间，所述后螺母固定锁紧于芯轴的后部外螺纹上以顶住后轴承的内圈后端面，所述后密封盖固定安装在轴承座的后端内并罩住后轴承，所述芯轴的后端部外周固定套设有编码器磁环，所述轴承座上固定有与编码器磁环相配合的编码器读头。
7.根据权利要求1所述的油缸式自动上下换刀主轴，其特征在于：所述拉杆的后端部外周固定套设有感应螺母，所述后连接盖的内侧壁安装有与感应螺母相配合的接近开关。
8.根据权利要求1所述的油缸式自动上下换刀主轴，其特征在于：所述芯轴的中部外周固定套设有转子以及两个分别位于转子两端的短路环，所述壳体的内腔中部固定嵌设有环绕于转子外的定子。
9.根据权利要求1所述的油缸式自动上下换刀主轴，其特征在于：所述后连接盖上开设有电源线出口。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的油缸式自动上下换刀主轴的换刀方法，其特征在于：换刀时，从进油座进油，通过油压推动油缸活塞向前移动，油缸活塞的活塞杆推动拉杆向前移动，使得拉爪向前伸出，原刀具被松开脱落；当油缸活塞的活塞杆推动拉杆时，由于拉杆受到蝶形弹簧的弹力作用，因此油缸活塞的活塞杆受到拉杆的反作用力，使得油缸体、活塞连接套、连接支架和拉紧片整体向后移动，拉紧片向后拉动芯轴后端的拉轴螺母，以减少前轴承和后轴承的受力；在拉爪抓取新刀具后，滑动腔内的油液从进油座流出、卸压，拉杆在碟形弹簧的作用下向后缩回，拉杆推动油缸活塞向后移动回位，同时使得拉爪向后缩回，新刀具被夹紧固定。
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