文章:立式加工中心及数控铣床主轴轴承御荷装置

所有者:TerryWang(呢称); 发布时间:2020-12-06 07:05:58; 更新时间:2020-12-06 07:23:09

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简介:立式加工中心及数控铣床的主轴自动换刀,是机床加工中必不可少的功能。机床在进行换刀时,首先通过松刀动作后,才能将主轴上的刀具取下,待主轴换上新刀后,再进行拉刀动作,将主轴上的刀具拉紧后,方可进行加工。目前的机床主轴换刀时,通常的结构都是首先通过松刀缸的动作,推动带有碟形弹簧的拉杆,使机床夹持刀具的夹头松开,然后由机械手(对于加工中心)或手工(对于数控铣床)来进

立式加工中心及数控铣床的主轴自动换刀,是机床加工中必不可少的功能。机床在进行换刀时,首先通过松刀动作后,才能将主轴上的刀具取下,待主轴换上新刀后,再进行拉刀动作,将主轴上的刀具拉紧后,方可进行加工。目前的机床主轴换刀时,通常的结构都是首先通过松刀缸的动作,推动带有碟形弹簧的拉杆,使机床夹持刀具的夹头松开,然后由机械手(对于加工中心)或手工(对于数控铣床)来进行换刀动作,当新的刀具被换到主轴上后,松刀缸反向运动,活塞回退,拉刀杆在蝶形弹簧的作用下回退,拉紧刀具。

1 主轴结构及自动换刀工作原理

  立式加工中心及数控铣床主轴结构,多采用组件结构形式,如图1所示主要由主轴套筒2、主轴构件4、主轴前、后支承轴承1和8、实现自动换刀功能的主轴拉杆5,蝶形弹簧9及拉杆头部的拉爪机构组成。采用组件结构,便于主轴的生产、装配和维修。

  图1所示为不带主轴轴承御荷装置立式加工中心主轴部件内部结构。其换刀过程如下:

  在加工过程中需要进行换刀时,松刀缸14在高压油或压缩气体的作用下,松刀缸活塞杆下行,逐渐与主轴拉杆5上端接触,压迫拉杆下行,拉杆的下端刚性连接着拉爪套16和拉爪机构17,拉爪机构在下行过程中瓣松开拉爪,这时主轴锥孔中的刀柄及拉钉被放开,在机械手的作用下实现自动换刀。待换刀完成后,松刀油缸回程,拉杆在蝶形弹簧的作用下上行,带动拉爪上行,通过刀柄上的拉钉实现刀具的拉紧。

2 主轴轴承的受力分析

  如图1结构所示,换刀过程中.拉杆要下行一定距离,由于蝶形弹簧压缩量增大,使其内部作用力增大,而蝶形弹簧的作用力通过下垫板7作用到主轴构件4上,主轴前、后支承轴1和8在轴承内隔圈及锁紧螺母的连接下,与主轴构件形成刚性联接,所以这个作力也就施加到了主轴轴承上,使得主轴轴承产生了一个较大的轴向力;由于拉爪结构的需要,主轴松刀行程一般要达到5-6.55mm左右,这样主轴轴承在每次换刀时,都会产生较大的轴向力,一般而言,40#主轴的松刀力将达到12kN左右,50#主轴的松刀力将达到18kN左右,而且加工中心在工作过程中,换刀是相当频繁的,这就造成主轴轴承要承受经常性的较大的轴向冲击力,严重影响了主轴的精度的稳定和使用寿命。

3 浮动反扣御荷装置结构

  为了消除换刀过程中松刀力对主轴轴承的轴向冲击作用,采用图2所示的结构,将会起到明显的效果。主要结构与工作原理与图1大致相同,不同的是在主轴构件a的上端安装一固定拉环20与主轴构件4通螺钉形成刚性联接,在主轴箱上端安装浮动拉环21(在安装时要先将固定拉环20拆下),浮动环与松刀缸底座1b通过螺钉19固定形成整体,在导向套12、压缩弹簧t3、压板14及螺钉15的作用下,实现其在主轴箱内孔的上下浮动,主轴在正常回转过中,浮动环及压缩缸座在压簧13的作用下,与主轴箱休孔上平面靠实,确保浮动环与固定环不接触。具体工作过程如下:

  在加工过程中,需要进行换刀时,松刀缸16在高压油或压缩气体的作用下,松刀缸活塞杆下行,逐渐与主轴拉杆S上端接触,在松刀缸和拉杆的接触面之间产生一对作用力且随之加大,当作用力超过压簧13的预压力时,松刀缸与浮动环一起向上运动,直到浮动环与固定环相互接触,在这之后,松刀缸与拉杆之间的作用力,就完全由浮动环与主轴构件形成的刚性体来承担,拉杆与拉爪机构及松刀抓刀动作,与图1完全相同,不作详述。

  由于增加浮动反扣御荷装置结构,在松刀过程中主轴产生的很大的轴向力,都传递给了主轴构件,有效地减轻了主轴轴承的轴向受力,从而大提高了主轴部件的运动精度和使用寿命。

4 设计中的注意事项

  (1)浮动机构的压簧弹簧力要选用适当,在确保正常工作时,将松刀缸底座及浮动环整体压靠主轴箱体上端面的前提下,弹簧力要尽可能小,否则对主轴轴承轴向力的减小不明显,相反会增大松刀的工作力。

  (2)主轴正常工作时,要确保浮动环与主轴构件上固定环不接触,否则会造成磨擦和发热,影响主轴工作性能。

  (3)主轴上端的固定环在安装过程中,需要拆下,必须考虑拆装前后位置不变,以确保拆装时不破坏原主轴组件的动平衡。

5 结束语

  运用主轴轴承松刀卸荷装置,可以使主轴轴承在频繁的换刀过程,不受较大的轴向松刀力的影响,提高了轴承使用寿命,保持了主轴轴承精度的稳定性。尤其是对大功率、大扭矩的主轴,为保证了大功率、大扭矩切削时刀具夹持的稳定性,主轴松刀力大多超过20kN以上,为了提高机床主轴轴承精度的稳定性和使用寿命,采用主轴轴承松刀卸荷结构是非常必要的。


随查一数控报警

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