CN207026496U - 一种以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置 - Google Patents

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王磊
卢秉恒
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薛飞
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Abstract

一种以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，包括具有偏心内孔的机械主轴，机械主轴通过端面轴承连接转子轴，机械主轴的内孔中安装有用于根据角度指令驱动转子轴进行旋转的力矩电机，所述的转子轴也具有偏心内孔，转子轴通过法兰固定连接电主轴，转子轴在力矩电机的驱动下能够改变电主轴与机械主轴之间轴线的相对距离，继而改变加工范围；所述电主轴的端部连接刀具或者磨具；转子轴的端部设有能够通过其固定电主轴位置的抱闸。本实用新型集成了精密机械主轴与高速电主轴的优势，利用精密机械主轴低速旋转进给运动保证被加工零件孔的同轴度及圆度，利用高速电主轴带动刀具实现高速切削加工，结构紧凑合理。

Description

一种以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置
技术领域
本实用新型属于机械加工领域，具体涉及一种以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，尤其适用于缸体、连杆及其它箱体的圆孔、锥孔、异形孔的以铣代镗和以磨代镗的加工。
背景技术
零件关键孔的加工工艺和加工质量直接影响零部件的使用性能，而镗削和磨削作为孔加工的关键工序一直受到很多研究者关注。缸体孔、连杆孔及其它箱体等零件的轴承孔、连接孔等一般呈圆柱孔，或内部圆柱呈台阶状，其关键工序常采用镗削工艺。传统的镗削工艺多具有低转速、低进给量的特点，特别是单齿镗刀是以点接触的加工方式进行零件的精加工，存在效率不高的缺陷，且孔表面留有进给的刀痕。而且这些传统工艺与装备并不适用于锥孔、锥面和其他零件的异形孔加工。另外，针对工件孔径的尺寸变化，工厂需要投入额外的刀具和机床设备，增加了加工流程和操作强度，从而也降低了生产效率。
遇到工件孔径较大时，如果采用较小直径的刀具或砂轮加工工件内孔、外圆，其圆周方向通常采用直线轴数控插补方式，容易造成圆度不高、台阶孔同轴度不高等问题。关于联动插补镗削加工，按其实现方式分为两大类，一类是数控平旋盘，另一类是带有径向补偿功能的镗刀。数控平旋盘往往尺寸较大，且容易造成动不平衡，加工速度较低，不适用于高转速加工。带径向补偿功能的镗刀由于存在机构间隙和弹性变形的问题，会造成机械传动件的精度损失，补偿量不稳定，且补偿范围较小。因此，需要研究新的工艺装备满足孔的加工要求。
特别地，在大型回转体零件的外圆加工时，通常采用车床进行外圆或者外圆锥加工，加工过程中刀具保持不动，零件通过主轴进行回转进给，加工效率低而且粗造度差。如果遇到大型零件会造成装夹困难，而且零件越大转动惯量也越大，因此造成零件加工精度低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，保持大型零件固定不动，通过刀具进行旋转进给切削，在保证径向、轴向高刚性的同时，减小动力主轴头的径向和轴向尺寸，径向调整精度高、结构紧凑合理。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：包括具有偏心内孔的机械主轴，机械主轴通过端面轴承连接转子轴，机械主轴的内孔中安装有用于根据角度指令驱动转子轴进行旋转的力矩电机，所述的转子轴也具有偏心内孔，转子轴通过法兰固定连接电主轴，转子轴在力矩电机的驱动下能够改变电主轴与机械主轴之间轴线的相对距离，继而改变加工范围；所述电主轴的端部连接刀具或者磨具；转子轴的端部设有能够通过其固定电主轴位置的抱闸。
所述的机械主轴通过螺钉连接主轴延长段，抱闸设置在主轴延长段内部。
所述的主轴延长段内部设有光栅读数头，转子轴的端部设置有圆光栅尺；所述的转子轴上开设有连通抱闸的液压油路，液压油路连接液压油管。
所述机械主轴的外端通过滑环支架安装第一滑环，与力矩电机相连的力矩电机动力信号线通过第一滑环转换为滑环引出线；所述主轴延长段的内部通过盖板固定有第二滑环，所述的第二滑环上固定有光栅信号线、电主轴动力信号线以及液压油管。
所述的机械主轴通过前端轴承组和后端轴承组安装在主轴箱的内部；所述的主轴箱通过前端盖板和后端盖板组成整体支承箱体。所述的转子轴从前端盖板延伸而出，所述的主轴延长段与后端盖板的接触部位设有第一密封件，转子轴与前端盖板的衔接处设有第二密封件。
所述的转子轴通过转台轴承与机械主轴连接。
所述的刀具采用单齿镗刀、多齿镗刀、密齿铣刀或砂轮中的任意一种。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：集成了精密机械主轴与高速电主轴的优势，利用精密机械主轴低速旋转进给运动保证被加工零件孔的同轴度及圆度，利用高速电主轴带动刀具实现高速切削加工。本实用新型利用以铣代镗和以磨代镗工艺，在加工缸体孔、连杆孔及其它箱体的圆孔、锥孔、异形孔方面有较大优势，并且适用于法兰面的加工。本实用新型能够实现零件的高速切削，降低电主轴功率，又能扩展机床和刀具的加工范围，孔径尺寸不受刀具尺寸的限制。本实用新型的调整精度高，结构紧凑合理。
进一步的，本实用新型采用多齿铣刀高速切削，相比于单齿或少齿镗刀低速切削的方式，能够延长刀具的寿命，提高加工效率，总体降低了加工成本。
附图说明
图1本实用新型的整体结构示意图；
图2(a)是O0与O2坐标重合示意图；
图2(b)是转子轴绕O1转动后O0与O2坐标开始分离示意图；
图2(c)是转子轴绕O1转动90度后O0与O2坐标示意图；
图2(d)是转子轴绕O1转动180度后O0与O2坐标示意图；
附图中：1-刀具；2-电主轴；3-转子轴；4-前端盖板；5-转台轴承；6-机械主轴；7-主轴箱；8-前端轴承组；9-力矩电机转子；10-力矩电机定子；11-轴承调整套；12-轴承套筒；13-主轴延长段；14-抱闸；15-后端轴承组；16-光栅读数头；17-锁紧螺母；18-主轴箱调整套；19-后端盖板；20-滑环支架；21-第一滑环；22-光栅信号线；23-电主轴动力信号线；24-液压油管；25-盖板；26-第二滑环；27-滑环引出线；28-圆光栅尺；29-第一密封件；30-液压油路；31-力矩电机动力信号线；32-第二密封件；13-1.主轴延长段螺纹；13-2.主轴延长段带轮。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1，本实用新型在整体结构上包括刀具1、高速电主轴2、转子轴3、前端盖板4、转台轴承5、机械主轴6、主轴箱7、前端轴承组8、力矩电机转子9、力矩电机定子10、轴承调整套11、轴承套筒12、主轴延长段13、抱闸14、后端轴承组15、光栅读数头16、锁紧螺母17、主轴箱调整套18、后端盖板19、滑环支架20、第一滑环21、光栅信号线22、电主轴动力信号线23、液压油管24、盖板25、第二滑环26、滑环引出线27、圆光栅尺28、第一密封件29、液压油路30、力矩电机动力信号线31以及第二密封件32。其中，机械主轴6的内孔安装有力矩电机定子10和力矩电机转子9，转子轴3内安装有电主轴2。
电主轴2通过法兰固定于转子轴3上，转子轴3内孔为偏心孔。转子轴3前端通过端面轴承5与机械主轴6连接，转子轴3后端连接有抱闸14、圆光栅28和液压油管24，转子轴3侧壁上开设有液压油路30。机械主轴6与主轴延长段13通过螺钉连接，机械主轴6通过前端轴承组8、主轴延长段13通过后端轴承组15分别与主轴箱7连接，并安装于主轴箱7内，机械主轴6的内孔为偏心孔。在主轴延长段13的内部设置有抱闸14，抱闸14固定于转子轴3的后端，抱闸14可以有采取径向抱闸和轴向抱闸两种形式，压力介质通入液压油路30后，抱闸14薄壁处变形，抱紧与之间隙配合的转动件。主轴延长段13内壁的前端设置有光栅读数头16、后端设有滑环26，其外圈中端有螺纹13-1、后端有带轮13-2，锁紧螺母17通过螺纹13-1固定后端轴承组15的最外端轴承内圈。第一滑环21通过滑环支架20固定于主轴延长段13的外圈，力矩电机动力信号线31通过滑环21转换为滑环引出线27。第二滑环26通过盖板25固定于主轴延长段13的内孔，光栅信号线22、电主轴动力信号线23和液压油管24通过第二滑环26引出。主轴箱7与前端盖板4和后端盖板19通过螺钉直接连接形成复合动力主轴头的支承箱体，为了防止外部介质进入主轴箱体内，前端盖板4与转子轴3的接触部位设有第二密封件32、后端盖板19与主轴延长段13的接触部位设有第一密封件29。
图2(a)-图2(d)给出了本实用新型刀具切削点的径向调整原理，图中的O0是机械主轴6的轴心坐标，O1是转子轴3的轴心坐标，O2是刀具1和电主轴2的轴心坐标。
在加工过程中，该装置的机械主轴6带动整个动力头***绕轴心O0低速旋转，电主轴2带动刀具1绕轴心O2相对高速旋转，两者共同运动完成切削和进给运动。该装置利用精密机械主轴低速旋转进给运动保证被加工零件孔的同轴度及圆度，利用高速电主轴带动刀具实现高速切削加工，并实现以铣代镗或以磨代镗加工工艺。力矩电机转子9和力矩电机定子10根据角度指令驱动转子轴3绕轴心O1在机械主轴6偏心孔内旋转来改变电主轴2的轴线与机床机械主轴6的轴线的相对距离，以此来调整刀具1径向的加工范围。
机械主轴6、力矩电机转子9、力矩电机定子10以及电主轴2通过连续运动，进行零件锥孔、异形孔的以铣代镗复合加工。刀具1用砂轮替换，可以实现以磨代镗加工工艺。
上述实例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，其特征在于：包括具有偏心内孔的机械主轴(6)，机械主轴(6)通过端面轴承连接转子轴(3)，机械主轴(6)的内孔中安装有用于根据角度指令驱动转子轴(3)进行旋转的力矩电机，所述的转子轴(3)也具有偏心内孔，转子轴(3)通过法兰固定连接电主轴(2)，转子轴(3)在力矩电机的驱动下能够改变电主轴(2)与机械主轴(6)之间轴线的相对距离，继而改变加工范围；所述电主轴(2)的端部连接刀具或者磨具；转子轴(3)的端部设有能够通过其固定电主轴(2)位置的抱闸(14)。
2.根据权利要求1所述以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，其特征在于：所述的机械主轴(6)通过螺钉连接主轴延长段(13)，抱闸(14)设置在主轴延长段(13)内部。
3.根据权利要求2所述以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，其特征在于：所述的主轴延长段(13)内部设有光栅读数头(16)，转子轴(3)的端部设置有圆光栅尺(28)；所述的转子轴(3)上开设有连通抱闸(14)的液压油路(30)，液压油路(30)连接液压油管(24)。
4.根据权利要求3所述以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，其特征在于：所述机械主轴(6)的外端通过滑环支架(20)安装第一滑环(21)，与力矩电机相连的力矩电机动力信号线(31)通过第一滑环(21)转换为滑环引出线(27)；
所述主轴延长段(13)的内部通过盖板(25)固定有第二滑环(26)，所述的第二滑环(26)上固定有光栅信号线(22)、电主轴动力信号线(23)以及液压油管(24)。
5.根据权利要求2所述以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，其特征在于：所述的机械主轴(6)通过前端轴承组(8)和后端轴承组(15)安装在主轴箱(7)的内部；所述的主轴箱(7)通过前端盖板(4)和后端盖板(19)组成整体支承箱体。
6.根据权利要求5所述以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，其特征在于：所述的转子轴(3)从前端盖板(4)延伸而出，所述的主轴延长段(13)与后端盖板(19)的接触部位设有第一密封件(29)，转子轴(3)与前端盖板(4)的衔接处设有第二密封件(32)。
7.根据权利要求1所述以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，其特征在于：所述的转子轴(3)通过转台轴承(5)与机械主轴(6)连接。
8.根据权利要求1所述以铣或磨代镗加工的动力主轴头装置，其特征在于：所述的刀具采用单齿镗刀、多齿镗刀、密齿铣刀和砂轮中的任意一种。
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