用於數控銑床的傳動主軸結構和數控銑床的製作方法

2023-06-11 21:49:36

本發明涉及機械加工設備領域，具體而言，涉及一種用於數控銑床的傳動主軸結構和數控銑床。

背景技術：

隨著經濟的發展，社會的進步，提高功效、優化加工時間已經成為必然的行業共識。各種工具機設備越來越朝向安全高效、節省能源、使用方便、節約空間、一機多能等特點的方向發展。數控銑床作為加工行業當中重要的一員也不例外。在現有的銑床上，為了獲得不同的力矩、轉速等加工參數需要人員根據不同的需求而不斷改變皮帶的位置等，操作繁瑣，效率低下，且因結合齒的磨損及離合齒自身結構的剛性不足，使用一段時間後，磨損造成雜音大，易震動，精度降低，造成加工零件的質量低下，不合格率高。

技術實現要素：

在本發明的第一方面，提供了一種傳動主軸結構其可改善主軸偏擺的問題，從而提高其壽命。

在本發明的第二方面，提供了一種數控銑床，其操作難度低，噪聲小，零件加工精度高。

本發明是這樣實現的：

一種用於數控銑床的傳動主軸結構。傳動主軸結構包括一體化傳動軸；

傳動軸是與數控銑床的主軸箱的殼體相互脫離的；

數控銑床的主軸箱的箱體設置有上端中心孔，傳動軸以上端中心孔為定位基準，傳動軸裝配於上端中心孔；

數控銑床的主軸與傳動軸同軸裝配；

上端中心孔傳動軸以及主軸同心。

在較佳的一個示例中，主軸箱包括箱體式主軸箱。

在較佳的一個示例中，主軸的制動方式為電磁離合器制動。

在較佳的一個示例中，主軸的制動方式為抱閘制動器制動。

在較佳的一個示例中，傳動軸以上端中心孔為定位基準並通過軸承安裝在主軸箱的殼體內。

在較佳的一個示例中，軸承採用雙軸承結構或多軸承結構。

在較佳的一個示例中，數控銑床的主軸箱的殼體安裝有主軸編碼器。

在較佳的一個示例中，主軸箱的主軸轉動方式為鏈傳動或帶傳動。

在較佳的一個示例中，數控銑床的主軸箱的殼體設置有軸承支撐座，傳動軸的上端延伸並安裝軸承支撐座內。

一種數控銑床，包括前述的傳動主軸結構。

上述方案的有益效果：

本發明提出的傳動主軸結構可以大大簡化數控銑床的傳動結構。其中，將現有的主軸和傳動軸由分體變成整體結構，且以主軸箱體的中心為中心，保證裝配時主軸的同心度，保證了主軸在加工產品時的剛性，同時降低了故障率，裝配或維修也變得非常簡單。

另外，主軸箱可增加安裝主軸編碼器，讓工具機，如數控銑床具備攻絲能力。

主軸的制方式可以是採用電磁離合器的形式，為自動控制，避免了人工手動換刀的操作強度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明實施例提供的主軸箱的整體外形結構示意圖；

圖2a示出了圖1中所示的主軸箱的傳動a部的殼體的結構示意圖；

圖2b示出了圖1中所示的主軸箱的箱體的結構示意圖；

圖3示出了圖1中所示的主軸箱的殼體結構示意圖；

圖4示出了圖1中所示的主軸箱的絲杆組結構示意圖；

圖5示出了圖1中所示的主軸箱的主軸組結構示意圖。

圖標：100-主軸箱；101-外殼；102-主軸；103-動力源；104-第一容納腔；105-第二容納腔；106-馬達皮帶輪；107-從動皮帶輪；108-傳動軸；109-編碼器；110-絲杆；201-傳動a部的殼體；202-箱體；203-絲杆下軸承座；204-絲杆上軸承座；205-從動皮帶輪軸承；206-絲杆輪；207-上軸承座壓蓋；208-離合器；209-打刀裝置；300-主軸組；301-第一軸承；302-第二軸承；401-過渡座；402-調整板；500-傳動軸結構；600-絲杆組；601-皮帶輪鬆緊調整塊；700-圓螺母；800-止動太陽墊圈。

具體實施方式

銑床(millingmachine)主要指用銑刀在工件上通過銑削動作加工多種表面的工具機。銑床是一種用途廣泛的工具機。在銑床上可以加工平面(水平面、垂直面、豎直面)、溝槽(鍵槽、t形槽、燕尾槽等)、分齒零件(齒輪、花鍵軸、鏈輪)、螺旋形表面(螺紋、螺旋槽)及各種曲面。此外，銑床還可用於對迴轉體表面、內孔加工及進行切斷工作等。

通常銑刀以旋轉運動為主運動，工件(和)銑刀的移動為進給運動。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較複雜的型面，效率較刨床高，在機械製造和修理部門得到廣泛應用。

銑床在工作時，工件裝在工作檯上或分度頭等附件上，銑刀旋轉為主運動，輔以工作檯或銑頭的進給運動，工件即可獲得所需的加工表面。

為了加工不同複雜零件，銑床需要高效、高精時，因而也需求不同的傳動軸轉速。目前，銑床的傳動軸調速多為手動調速，需要人工來操作，費時耗工。因需要不同的轉數，主軸箱結構複雜，主軸箱內配件多，故障較多。傳統的傳動軸存在結構缺陷，導致傳動軸傳動的剛性降低，容易造成機械鬆動及故障，使加工的產品精度差。另外，裝配時容易造成偏差，使傳動軸運轉時容易產生刮擦，雜音大，傳動軸偏擺嚴重，影響加工精度。其次，更換刀具的難度大。

本發明是在以上數控銑床的主軸箱前提下，通過改變主軸傳動結構，以改善以上不良問題，如提高設備壽命及加工精度，同時減低人工裝配難度及操作人員的工作強度。此外，通過附加功能性組件拓展工具機的功能。

請一併參閱圖1至圖5。

本發明中，提供的是一體化的傳動軸結構，其可增加傳動剛性，減少故障率，降低主軸傳動裝配的難度，提高主軸壽命及加工精度，同時增加附件能拓展工具機的功能。

一體化的傳動軸結構設計將原有的分體設計的主軸和傳動軸改變為整體結構，且以主軸箱的箱體的中心為中心，保證裝配時主軸的同心度，保證了主軸在加工產品時的剛性，同時降低了故障率，裝配或維修也變得非常簡單。

其次，通過增加安裝主軸編碼器，讓工具機具備攻絲能力。主軸制動採用電磁離合器的形式，為自動控制，避免了人工手動換刀的操作強度。

本實施例中，傳動軸和主軸保持同心度裝配，從而形成整體結構的傳動軸結構。

主軸以主軸箱的箱體的中心為基準，安裝在主軸箱的箱體內。主軸的上端延伸至主軸箱的傳動a部的殼體內，並且與傳動軸保持同心度裝配。

本實施例中，傳動軸的固定是通過軸承被安裝在主軸箱的箱體的上端中心。傳動軸的固定還可以採用其他方式，例如在主軸箱的傳動a部的殼體(罩殼)的上端面增加一個軸承支撐座，傳動軸上端可以延伸，且安裝在罩殼上端面的軸承座內，使傳動軸的剛性進一步增強。使用的軸承可以採用多個軸承結構。

前述的主軸傳動結構可以是應用在箱體式主軸箱，也可以應用在其他類型的主軸箱上。

主軸通過傳動軸傳動，而傳動的載體可以採用皮帶輪。皮帶輪可以是單槽或多槽，可以是固定比1/1，也可以其他變比，以適合更多的加工領域。

主軸制動形式可以採用其他形式，包括手動機械制動，抱閘制動等。

在所述傳動軸結構中，傳動軸和主軸保持同心度裝配，通過將整體結構的傳動軸結構安裝在主軸箱內，並且以箱體的中心為基準進行安裝，從而實現了傳動軸、主軸以及主軸箱箱體三者同心，因此，主軸的傳動剛性更強，主軸更不易發生磨損，也不易產生噪音。所述的同心是指，作為進行迴轉運動的傳動軸和主軸，兩者的迴轉中心軸線在同一直線。主軸箱的箱體在設計和製造時具有一個設計的中心線。傳動軸、主軸安裝於主軸箱後，兩者前述迴轉中心軸與中心線位於同一直線，即共線。

本發明實施例提供的傳動軸結構500適用於銑床，其被安裝在銑床的主軸箱100內，用以傳遞動力，並通過道具實現零件的加工。

傳動軸結構500中的各個組件相互配合，形成具有較好剛性的傳動結構體。並且其整體結構更加簡潔、緊湊，因而也更易裝配和安裝。

基於前述之內容，本發明提供了一種傳動軸結構500。傳動軸結構500設置於主軸箱100內。

銑床包括主軸箱100、底座、床身、工作檯、立柱、銑頭和拉刀等等。其中，床身固定在底座，工作檯設置於床身，立柱的下端與床身連接，立柱的上端與銑頭連接，拉刀設置於銑頭。以上，底座、床身、工作檯、立柱、銑頭和拉刀，可以是發明人利用已知的手段實現的技術，在此不再贅述。

圖1為主軸箱100的整體外形結構示意圖；圖3示出了主軸箱100的內部結構示意圖。參閱圖1和圖3，主軸箱100具有外殼101、動力源103、傳動軸結構500、絲杆組600。

如圖2a、圖2b和圖3所示，外殼101具有空腔，可以是衝壓成型。外殼101具有獨立的兩個空間，即第一容納腔104和第二容納腔105。外殼101大體上分為兩部分，分別為傳動a部的殼體201和箱體202。主軸箱100內設置實體支撐結構，以便對適當的組件如由軸承、支座等固定提供著力點和固定面。

動力源103可以是各種可以輸出動力的上位機。例如，動力源103可以是電動機、或發動機、或其他動力機械。本發明實施例中，動力源103輸出旋轉動能和扭矩，且動力源103可選擇為如圖3所示的電動馬達。作為一種具體的示例，電動馬達型號為y112m_4p-4kw。基於安裝的便利性以及調試的方便，動力源103通過調整板402連接至外殼101。進一步地，主軸箱還可以設置皮帶輪鬆緊調整塊601。皮帶輪鬆緊調整塊601與調整板402共同配合，從而對皮帶輪進行調整。

圖3示出了主軸箱100的內部結構。如圖3所示，外殼101內設置有傳動軸結構500，並且其可以接受和傳遞動力源103傳遞的旋轉作用。

如圖3所示，傳動軸結構500主要包括傳動軸108、主軸102。傳動軸108、主軸102同心度裝配，形成一體化傳動軸結構。

主軸102的傳動方式具有馬達皮帶輪106、從動皮帶輪107、以及離合器208。

其中，馬達皮帶輪106是作為接受並傳遞動力源103的動力而被提供的，並且動力源103的動力通過馬達皮帶輪106而進行傳遞。

馬達皮帶輪106與動力源103的連接方式，根據動力源103的類型可進行選擇性的調整。例如，當動力源103為電動機時，電動機的輸出軸與馬達皮帶輪106連接，具體而言，馬達皮帶輪106套設在電動機(馬達)輸出軸。馬達皮帶輪106與輸出軸連接，並且馬達皮帶輪106隨著輸出軸轉動。馬達皮帶輪106與輸出軸具有相同的轉動速度，且同時開始轉動，同時停止轉動。馬達皮帶輪106可以多種方式連接至輸出軸，以方便更換、且能夠與輸出軸同步轉動為宜。本實施例中，馬達皮帶輪106與動力源103(如電動機)的輸出軸直接連接，且共軸。

在本發明的一些示例中，馬達皮帶輪106還可以通過其他中間件與前述的輸出軸連接，以便傳遞動力。在這樣一些實例中，馬達皮帶輪106與輸出軸也可以間接連接，且不共軸。

進一步地，主軸箱100還可設置與傳動軸結構500相互配合的旋轉編碼器109。旋轉編碼器109匹配用於匹配測量馬達(或馬達皮帶輪106)的轉動機械參考量，轉動機械參考量包括馬達的輸出軸的旋轉角位移、角速度中的一種或兩種。通過安裝編碼器109增加工具機(如銑床)的實用功能，例如控制轉動的速度和時間等等。

其中，從動皮帶輪107通過從動皮帶輪軸承205以可旋轉的方式被布置在外殼101內，從動皮帶輪軸承205則通過外殼101內的支撐體固定。

從動皮帶輪107與馬達皮帶輪106相互匹配以皮帶實現傳動。從動皮帶輪107接受馬達皮帶輪106傳遞的動力(由動力源103輸出)動力，並且向下遊傳遞動力。從動皮帶輪107向下遊傳遞動力的接受動力目標可以是各種下位機或機構，以便通過傳遞的動力執行不同的動作。例如，從動皮帶輪107傳遞的動力可以驅動傳動軸，繼而驅動主軸，以實現使刀具、工件夾具轉動。

本實施例中，馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107通過帶傳動(如同步帶、三角皮帶)的方式實現動力的傳遞。馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107的傳動方式還可有多種選擇，可以根據適當的要求進行選擇。

例如，馬達皮帶輪106與從動皮帶輪107通過同步帶傳動。在同步帶傳動的示例中，馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107均為齒輪，並且通過同步帶連接。馬達皮帶輪106的轉動由同步帶傳遞，並驅動從動皮帶輪107轉動。通過採用同步帶傳動，馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107可以適當地間隔期望距離，以便獲得較好的傳動比，並且更易於布置兩者(馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107)，從而改進其結構。

在本發明的其他一些示例中，馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107還可以通過嚙合的方式進行傳動，即馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107均採用為齒輪，並且相互嚙合配合。

需要說明的是，馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107的尺寸大小，可以根據需要的傳動比、空間結構布局、整體剛性等方面進行選擇調整。例如，當馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107通過帶傳動時，兩者之間的距離，以及直徑的大小可以進行調整。本發明實施例中，馬達皮帶輪106的直徑小於從動皮帶輪107的直徑，以便從動皮帶輪107獲得穩定、大力矩的動力輸出。另一示例中，馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107均為齒輪時，兩者的齒數、齒距、直徑等也可以進行適當的調整。

較佳地，主軸箱100的外殼101還可連接調節件。作為一種可選的示例，調節件為調整塊(圖未標)。調整件用於調節馬達皮帶輪106的轉動中心線與從動皮帶輪107的轉動中心線之間的距離。在一些實例中，馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107通過可伸縮的傳動帶而進行帶傳動。調節件調整馬達皮帶輪106和從動皮帶輪107之間的距離，同時也改變傳動帶的長度，以改變傳動的力學特性。

其中，傳動軸108是被從動皮帶輪107驅動而進行轉動的。傳動軸108和從動皮帶輪107同時轉動、同時靜止。具體地，傳動軸108與從動皮帶輪107同軸連接、且同步轉動。傳動軸108和從動皮帶輪107的相對固定，可以通過螺母和墊圈來實現。例如，傳動軸108以螺紋連接的方式套接圓螺母700(型號m50*1.5)，並且圓螺母700匹配設置止動太陽墊圈800(型號如m50)。止動太陽墊圈800位於從動皮帶輪107和圓螺母700之間，其分別與兩者摩擦接觸。作為一種示例，從動皮帶輪107沿軸向設置圓柱形孔，傳動軸108的一部分位於前述的圓柱形孔內，並且與從動皮帶輪107固定連接。即從動皮帶輪107與傳動軸108同軸設置，並且傳動軸108由從動皮帶輪107帶動進行旋轉。

其中，主軸102是可用於夾持，並驅動銑床刀具轉動的部件。本發明實施例中，主軸102可以是通過包含於主軸組300的形式提供，並且被限制在外殼101內。主軸組300的結構請參閱圖4。主軸102通過第一軸承301和第二軸承302被約束並以可旋轉的方式布置在外殼101內，具體是被設置在如圖2a、圖2b所示的第二容納腔105內。主軸組300的一種可選示例是r主軸組、nt30主軸組。

主軸102和傳動軸108相互配合進行傳動。主軸102與傳動軸108同軸設置，主軸102和傳動軸108可相互獨立地轉動，或者同步轉動，更具體而言是，主軸102由傳動軸108驅動進行旋轉運動。主軸102和傳動軸108的配合方式，例如可以是：傳動軸108沿軸向貫穿設置有軸孔，主軸102同軸穿設於軸孔，且傳動軸108外固定套設有軸承，傳動軸108與軸承的轉動體同步地轉動。軸承是被固定在主軸箱100內的，具體地是，軸承由設置於主軸箱100內的支撐體固定。支撐體可以是金屬凸起。

其中，主軸102和傳動軸108的相互配合由離合器208進行調節。離合器208的一種示例是，離合器，更具體而言是佳科離合器，其型號為jbk-f1-2.5kgφ20。主軸102和傳動軸108通過離合器匹配相互分離和接觸，進而實現停止和轉動。離合器與主軸102同軸布置，且離合器與主軸102同步轉動。主軸102和傳動軸108通過離合器匹配相互分離和接觸的方式可以是：離合器設置接觸面。接觸面可選地接觸或遠離傳動軸108，並且接觸面與傳動軸108接觸時通過摩擦而同步轉動。

換言之，在一種工作模式下，離合器的接觸面遠離傳動軸108，從而主軸102和傳動軸108相互獨立。旋轉的傳動軸108不會將旋轉動力傳遞給主軸102。此時，主軸102停止轉動，因而，可以進行工件、刀具更換等操作。在另一種工作模式下，離合器的接觸面與傳動軸108接觸，並且兩者之間具有適當的摩擦力。摩擦力的大小足以使旋轉的傳動軸108帶動主軸102轉動。

本發明實施例中，馬達皮帶輪106的轉動中心線、從動皮帶輪107的轉動中心線、傳動軸108的轉動中心線以及主軸102的轉動中心線均相互平行。各個旋轉組件，具有相互平行的轉動中心線，可以更好地進行傳動。應當理解的是，前述的各個轉動中心線也可以是不平行的，但以傳動軸108的轉動中心線以及主軸102的轉動中心線共線為限，具體可根據傳動需求調整。

較佳地，外殼101設置有相互間隔的第一容納腔104(右側容納腔)和第二容納腔105(左側容納腔)。馬達皮帶輪106設置於第一容納腔104，從動皮帶輪107、傳動軸108、主軸102、離合器208均設置於第二容納腔105內。外殼101設置相互獨立的兩個空間，且在其中分別布置構成傳動軸結構500的組件，以便提高傳動軸結構500的安裝便利性，同時更易於主軸102定位。

此外，主軸箱100還可以設置與主軸組300相匹配的機構。例如，本發明實施例中，主軸箱100設置與圖1和圖5所示的打刀裝置209。打刀裝置209可以通過過渡座401與外殼101連接，具體是，由過渡座401與傳動a部的殼體201連接。打刀裝置209與動力源103(馬達)大部分位於外殼101外，且均設置於傳動a部的殼體201，進一步地，打刀裝置209與馬達同向設置。

打刀裝置209的一種示例是氣動打刀缸，其可用於與銑床的固定於主軸102的刀具向作用。普通銑床的刀柄通過拉杆由人工進行夾緊，這就增加了操作難度。本發明實施例中，主軸102通過彈性件的彈性變形和恢復，來實現刀柄的張開和夾緊，以固定或拆卸刀具。彈性件的彈性形變需要提供一個動力裝置來給予力的輸出。本發明實施例中，以打刀缸提供彈性件的變形作用力。打刀缸可以是液壓式和氣動時的，可根據需要進行選擇。氣動打刀缸的成本低、易於維修，且不會產生如液壓打刀缸的漏油問題，因而，其是一種更優的選擇。

進一步地，主軸箱100還包括絲杆組600，絲杆組600通過絲杆110(如z軸滾珠絲杆110)以及與絲槓配套的結構件以實現主軸箱100目標部件的升降活動。絲杆組600的結構如圖5所示。絲杆110的兩端分別套設軸承(如6004深溝球軸承)，並且兩端的軸承通過軸承座(絲杆110下軸承座和絲杆110上軸承座)被約束固定，而軸承座則被固定於外殼101。

其中，絲杆110上軸承座還匹配安裝有上軸承座壓蓋207。絲杆110的其中一個末端，即鄰近絲杆110上軸承座的部分還設置有螺母和匹配墊圈。螺母套設於前述的末端，並通過螺紋嚙合固定。螺母位於上軸承座壓蓋207和絲杆110上軸承座之間，並且螺母通過墊圈增強穩定性。其中，螺母可採用an04型號，墊圈可採用aw04型號。

絲杆110還套設置有與其同步轉動的輪，即絲杆輪206。絲杆輪206例如可以是同步帶輪(或z軸同步帶輪)，其型號可以是5m，z36。z軸同步帶輪可通過雙圓鍵(型號，5*5*30)被約束在絲杆110的光滑部(未設置螺紋)。

本發明實施例中，採用一體化的傳動結構設計的傳動軸結構500。其具有較好的傳動剛性。主軸箱100採用前述的傳動軸結構500，可以減少傳動過程中的故障率，且裝配傳動軸結構500更方便。基於前述主軸箱100的銑床，具有較好的可擴展性，通過增加附件可提高其功能性，同時由於傳動軸結構500的傳動剛性較大，可提高銑床主軸102的壽命和加工精度。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。