CN109759608A - 一种高转速机床的主轴总成和导电组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高转速机床的主轴总成和导电组件，主轴总成包括主轴，壳体、前轴承、后轴承和导电组件，主轴安装在壳体的内腔中，由前轴承和后轴承支承；所述的前轴承和后轴承是陶瓷轴承，导电组件包括套筒和导电滑环；导电滑环的内环固定在主轴的后端，并通过导线与主轴的后端电连接；导电滑环的外环固定在套筒的内孔中，并通过导线与套筒电连接；套筒固定在壳体的后端，套筒的轴线与主轴的轴线同轴。本发明的主轴总成通过导电组件中的导电滑环实现主轴与壳体之间的电连接，可以方便地构建工件—刀具—刀柄—主轴—机床本体—工作台—断刀信号采集电路—工件的电气回路，使用申请号为201811226014X发明的断刀检测方法对断刀进行检测。

Description

一种高转速机床的主轴总成和导电组件

[技术领域]

本发明涉及机床的主轴总成，尤其涉及一种高转速机床的主轴总成和导电组件。

[背景技术]

机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件(齿轮或带轮)等组成主轴部件。

申请号为CN201110381245.X的发明公开了一种滚珠高速铣削电主轴，具体地说是集成滚动轴承、冷却装置、自动换刀系统、电机驱动于一体的机电一体化的主轴装置。它公开了上轴承座组件(5)的内贯通孔中由上轴承锁紧螺母(17)固定有上轴承组件(6)，上轴承座组件(5)的台阶处前端与机体组件(9)的后端相固定，下轴承组件(10)的前端由下轴承锁紧螺母(15)固定有下轴承压圈(16)；轴芯组件(7)的轴芯主体后端固定有测量转速的编码器(18)。该发明主轴上下轴承均采用相同的单列角接触轴承(GB/T292-1994)的双角接触轴承支承力轴的结构，轴承选取上使用高精度、高转速、低噪音陶瓷球轴承，由两只轴承成对安装，中间并由轴承隔套隔开，以增加轴承支撑刚度，有利于轴承散热和便于轴承润滑等优点，可保证主轴高速运转时轴向与径向有足够的刚度。

申请号为201811226014X的发明公开了一种数控机床的断刀检测方法和检测系统。断刀检测方法包括断刀检测电路和控制电路，断刀检测电路包括第一微控制器和断刀信号采集电路，安装在机床工作台上的工件与机床工作台绝缘，工件通过刀具与机床工作台电连接，工件和机床工作台串接在断刀信号采集电路的回路中；数控机床运行时，断刀信号采集电路实时采集机床工作台的电压，当采集的电压出现异常时，断刀检测电路的第一微控制器通知控制电路采取相应措施。该发明数控机床的断刀检测方法通过构建工件—刀具—刀柄—主轴—机床本体—工作台—断刀信号采集电路—工件的电气回路，采集电路中电压值的变化来判断是否断刀，断刀信号采集电路结构简单，断刀检测的准确性高。

但是，申请号为201811226014X的发明因为使用了陶瓷轴承作为主轴的支承，主轴与主轴总成外壳之间有陶瓷元件作为绝缘隔离，无法形成上述电气回路，也无法利用申请号为201811226014X发明的断刀检测方法。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种便于使用申请号为201811226014X发明的断刀检测方法的高转速机床的主轴总成。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能够实现主轴与壳体之间电连接，便于使用申请号为201811226014X发明的断刀检测方法的高转速机床的主轴总成的导电组件。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种高转速机床的主轴总成，包括主轴，壳体、前轴承、后轴承和导电组件，主轴安装在壳体的内腔中，由前轴承和后轴承支承；所述的前轴承和后轴承是陶瓷轴承，导电组件包括套筒和导电滑环；导电滑环的内环固定在主轴的后端，并与主轴的后端电连接；导电滑环的外环固定在套筒的内孔中，并与套筒电连接；套筒固定在壳体的后端，套筒的轴线与主轴的轴线同轴。

以上所述的主轴总成，导电组件包括发电机，发电机与导电滑环同轴安装；发电机的转子固定在主轴的后端，发电机的定子固定在套筒的内孔中；导电滑环的外环接发电机的第一接线端子，发电机的第二接线端子接套筒。

以上所述的主轴总成，所述的套筒包括两个瓦形的半环，两个半环通过螺钉连接；导电组件包括圆筒形的橡胶缓冲层，导电滑环的外环通过橡胶缓冲层固定在套筒的内孔中，或导电滑环的外环和发电机的定子通过橡胶缓冲层固定在套筒的内孔中。

以上所述的主轴总成，主轴包括主轴本体和导电组件驱动轴，导电组件驱动轴的前端与主轴本体的后端键连接，由主轴本体驱动；导电组件驱动轴构成所述的主轴的后端。

以上所述的主轴总成，包括换刀机构，换刀机构包括换刀组件、换刀气缸和编码器，所述的壳体包括主轴外壳、换刀气缸的缸体和编码器的外壳，主轴本体由安装在主轴外壳中的所述前轴承和所述后轴承支承；主轴外壳、换刀气缸的缸体和编码器的外壳从前向后依次连接，导电组件的套筒固定在编码器外壳的后端。

以上所述的主轴总成，主轴本体的后端穿过换刀气缸的缸体和活塞进入到编码器的外壳中，活塞的内孔与主轴本体之间留有间隙，编码器的码盘固定在主轴本体的后端；换刀组件包括拉杆、碟形弹簧组和推盘，推盘包括弹簧座、推环和三个推杆；碟形弹簧套在拉杆的后部，弹簧座固定在拉杆的后端；主轴本体为空心轴，拉杆安装在主轴本体的内孔中，主轴本体的内孔包括前小后大的阶梯孔，碟形弹簧组和弹簧座布置在阶梯孔的大孔中，碟形弹簧组的前端抵住阶梯孔的台阶，碟形弹簧组的后端抵住弹簧座的前端面；推环松套在主轴本体的外面，位于换刀气缸活塞的前方；主轴本体的后部包括周向均布的三个径向孔，弹簧座的外周包括环形沟槽或三个推杆孔，推杆的内端穿过主轴本体的径向孔插入到弹簧座的环形沟槽或推杆孔中，推杆的外端与推环固定。

以上所述的主轴总成，所述的推环的横截面为L形，包括环形的侧板和环形的底板；推杆为T字形，外端包括120°的弧形板，内端为推杆的杆体；弧形板嵌入到推环侧板与底板形成的环形凹槽中；弧形板包括螺钉孔，推环的底板包括螺纹孔，弧形板与底板通过螺钉连接；推杆的杆体穿过主轴本体的径向孔插入到弹簧座的环形沟槽中

一种高转速机床主轴总成的导电组件，包括导电滑环和用于固定在高转速机床主轴总成壳体后端的套筒，导电滑环包括外环和用于固定在高转速机床主轴总成主轴上、并与高转速机床主轴总成的主轴电连接的内环；导电滑环的外环固定在套筒的内孔中，并与套筒电连接。

以上所述的导电组件，包括发电机，发电机转子与导电滑环的内环同轴，发电机的定子固定在套筒的内孔中；导电滑环的外环接发电机的第一接线端子，发电机的第二接线端子接套筒。

以上所述的导电组件，包括导电组件驱动轴，所述的套筒包括两个瓦形的半环，两个半环通过螺钉连接；导电组件包括圆筒形的橡胶缓冲层，导电滑环的外环通过橡胶缓冲层固定在套筒的内孔中，或导电滑环的外环和发电机的定子通过橡胶缓冲层固定在套筒的内孔中；导电组件驱动轴的前端包括与主高转速机床主轴总成主轴连接的平键，发电机转子和导电滑环的内环安装在导电组件驱动轴上，或导电滑环的内环安装在导电组件驱动轴上。

本发明的主轴总成通过导电组件中的导电滑环实现主轴与壳体之间的电连接，可以方便地构建工件—刀具—刀柄—主轴—机床本体—工作台—断刀信号采集电路—工件的电气回路，使用申请号为201811226014X发明的断刀检测方法对断刀进行检测。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例1主轴总成的主视图。

图2是图1中的A向剖视图。

图3是本发明实施例1主轴总成的立体图。

图4是图2中Ⅰ部位的局部放大图。

图5是图4中的B向剖视图。

图6是本发明实施例1导电组件的主视图。

图7是图6中的C向剖视图。

图8是本发明实施例1导电组件的分解立体图。

图9是本发明实施例2主轴总成的剖视图。

图10是本发明实施例2主轴总成的立体图。

图11是本发明实施例2导电组件的剖视图。

图12是本发明实施例2导电组件的分解立体图。

图13是本发明实施例3主轴总成的剖视图。

图14是本发明实施例3主轴总成的立体图。

图15是本发明实施例3导电组件的主视图。

图16是图15中的D向剖视图。

图17是本发明实施例3导电组件的分解立体图。

[具体实施方式]

本发明实施例1的高转速机床的主轴总成的结构如图1至图8所示，包括主轴1，壳体2、前轴承11、后轴承12、电动机组件、换刀机构和导电组件40。前轴承11和后轴承12都是陶瓷轴承。

换刀机构包括换刀组件、换刀气缸20和编码器30。壳体2包括主轴外壳2A、换刀气缸20的缸体2B和编码器30的外壳2C。主轴1由安装在主轴外壳2A中的前轴承11和后轴承12支承。主轴外壳2A、换刀气缸20的缸体2B、编码器30的外壳2C和导电组件40的套筒41从前向后依次连接，导电组件40的套筒41固定在编码器30外壳的后端。

导电组件40包括套筒41、圆筒形的橡胶缓冲层42和导电滑环43。主轴1穿过换刀气缸20的缸体2B和活塞21以及编码器30，活塞21的内孔与主轴1之间留有间隙，编码器30的码盘31固定在主轴1的后部，主轴1的后端插入到导电组件40中。

套筒41的轴线与主轴1的轴线同轴。套筒41由两个瓦形的半环41A组成，两个半环41A通过螺钉连接。导电滑环43的内环43A固定在主轴1的后端，并通过导线与主轴1的后端电连接。导电滑环43的外环43B通过橡胶缓冲层42固定在套筒41的内孔中，并通过导线与套筒41电连接。

换刀气缸20的缸体2B中装有6根沿活塞周向均布、与活塞21轴线平行的的导向柱22，活塞21上有6个导向孔，导向孔与导向柱22滑动配合。活塞21的前方安装有6个复位弹簧23，复位弹簧23套在导向柱22上，复位弹簧23的后端顶在活塞21的前端面上，复位弹簧23的前端顶在换刀气缸20的缸体2B上。

换刀组件包括拉杆3、推盘、层叠的碟形弹簧组4、拉爪组件17和刀柄组件18，刀具19安装在刀柄组件18的前端。推盘由弹簧座5、推环6、三个推杆7和三个螺钉13。

碟形弹簧组4套在拉杆3的后部，弹簧座5通过螺母14固定在拉杆3的后端。主轴1为空心轴，拉杆3安装在主轴1的内孔101中，主轴1的内孔101是一个前小后大的阶梯孔，层叠的碟形弹簧组4和弹簧座5布置在阶梯孔的大孔中，碟形弹簧组4的前端抵住阶梯孔的台阶，碟形弹簧组4的后端抵住弹簧座5的前端面。推环6松套在主轴1的外面，位于换刀气缸活塞21的前方。

推环6的横截面为L形，包括环形的侧板和环形的底板。推杆7为T字形，外端有120°的弧形板701，内端为推杆7的杆体702。弧形板701嵌入到推环6侧板与底板形成的环形凹槽中。弧形板的中部有一个螺钉孔，推环6的底板有三个螺纹孔，螺钉13将弧形板固定在推环6的底板上。

主轴1的中部有周向均布的三个径向孔102，弹簧座5的外周有一圈环形沟槽501(或三个推杆孔)，推杆7的杆体702穿过主轴1的径向孔102插入到弹簧座5的环形沟槽(或三个推杆7孔)中。

当需要换刀时，换刀气缸20的活塞推动推盘向前移动，推盘的三根推杆7向前推动，弹簧座5向前压缩碟形弹簧组4，拉杆3向前滑动，直至拉爪组件17的拉爪张开，解除对刀柄组件18的夹持。

电动机组件包括电动机定子15和电动机转子16。电动机组件位于前轴承11和后轴承12之间，电动机定子15固定在主轴外壳2A中和电动机转子16固定在主轴1上。

本发明实施例1的高转速机床采用陶瓷轴承的主轴总成通过导电组件40中的导电滑环43实现主轴1与壳体2的电连接，从而构建工件—刀具—刀柄—主轴—机床本体—工作台—断刀信号采集电路—工件的电气回路，可以方便地使用申请号为201811226014X发明的断刀检测方法。

本发明实施例2的高转速机床的主轴总成的结构如图9至图12所示，结构与实施例1基本相同，同样包括主轴1，壳体2、前轴承11、后轴承12、电动机组件、换刀机构和导电组件40。前轴承11和后轴承12都是陶瓷轴承。

与实施例1不同的是，实施例2的主轴1由主轴本体1A和作为主轴后端的导电组件驱动轴1B构成，主轴本体1A为空心轴，导电组件驱动轴1B的前端插入到与主轴本体1A后端的内孔101中，主轴本体1A的后端有键槽103，平键1C的中部安装在导电组件驱动轴1B的前端的键孔中，平键1C的两端插入到主轴本体1A后端的键槽103中，实现导电组件驱动轴1B与主轴本体1A的连接，并由主轴本体1A驱动。

其它部分，发明2与实施例1基本相同：

换刀机构包括换刀组件、换刀气缸20和编码器30。壳体2包括主轴外壳2A、换刀气缸20的缸体2B和编码器30的外壳2C。主轴本体1A由安装在主轴外壳2A中的前轴承11和后轴承12支承。主轴外壳2A、换刀气缸20的缸体2B、编码器30的外壳2C和导电组件40的套筒41从前向后依次连接，导电组件40的套筒41固定在编码器30外壳的后端。

导电组件40包括套筒41、圆筒形的橡胶缓冲层42和导电滑环43。主轴本体1A穿过换刀气缸20的缸体2B和活塞21以及编码器30，活塞21的内孔与主轴本体1A之间留有间隙，编码器30的码盘31固定在主轴本体1A的后端。

套筒41的轴线与主轴本体1A的轴线同轴。套筒41由两个瓦形的半环41A组成，两个半环41A通过螺钉19连接。导电滑环43的内环43A安装在导电组件驱动轴1B上，并通过导线与导电组件驱动轴1B电连接，导电组件驱动轴1B通过平键1C与主轴本体1A电连接。导电滑环43的外环43B通过橡胶缓冲层42固定在套筒41的内孔中，并通过导线与套筒41电连接。

换刀气缸20的缸体2B中装有6根沿活塞周向均布、与活塞21轴线平行的的导向柱22，活塞21上有6个导向孔，导向孔与导向柱22滑动配合。活塞21的前方安装有6个复位弹簧23，复位弹簧23套在导向柱22上，复位弹簧23的后端顶在活塞21的前端面上，复位弹簧23的前端顶在换刀气缸20的缸体2B上。

换刀组件包括拉杆3、推盘、层叠的碟形弹簧组4、拉爪组件17和刀柄组件18，刀具19安装在刀柄组件18的前端。推盘由弹簧座5、推环6、三个推杆7和三个螺钉13。

碟形弹簧组4套在拉杆3的后部，弹簧座5通过螺母14固定在拉杆3的后端。拉杆3安装在主轴本体1A的内孔101中，主轴本体1A的内孔101是一个前小后大的阶梯孔，层叠的碟形弹簧组4和弹簧座5布置在阶梯孔的大孔中，碟形弹簧组4的前端抵住阶梯孔的台阶，碟形弹簧组4的后端抵住弹簧座5的前端面。推环6松套在主轴本体1A的外面，位于换刀气缸活塞21的前方。

推环6的横截面为L形，包括环形的侧板和环形的底板。推杆7为T字形，外端有120°的弧形板701，内端为推杆7的杆体702。弧形板701嵌入到推环6侧板与底板形成的环形凹槽中。弧形板的中部有一个螺钉孔，推环6的底板有三个螺纹孔，螺钉13将弧形板固定在推环6的底板上。

主轴本体1A的中部有周向均布的三个径向孔102，弹簧座5的外周有一圈环形沟槽501(或三个推杆孔)，推杆7的杆体702穿过主轴本体1A的径向孔102插入到弹簧座5的环形沟槽(或三个推杆7孔)中。

当需要换刀时，换刀气缸20的活塞推动推盘向前移动，推盘的三根推杆7向前推动，弹簧座5向前压缩碟形弹簧组4，拉杆3向前滑动，直至拉爪组件17的拉爪张开，解除对刀柄组件18的夹持。

电动机组件包括电动机定子15和电动机转子16。电动机组件位于前轴承11和后轴承12之间，电动机定子15固定在主轴外壳2A中和电动机转子16固定在主轴本体1A上。

本发明实施例2的高转速机床采用陶瓷轴承的主轴总成通过导电组件40中的导电滑环43实现导电组件驱动轴1B与壳体2的电连接，导电组件驱动轴1B通过平键1C与主轴本体1A电连接；从而构建工件—刀具—刀柄—主轴—机床本体—工作台—断刀信号采集电路—工件的电气回路，可以方便地使用申请号为201811226014X发明的断刀检测方法。

本发明实施例3的高转速机床的主轴总成的结构如图13至图17所示，结构与实施例2基本相同，同样包括主轴1，壳体2、前轴承11、后轴承12、电动机组件、换刀机构和导电组件40。前轴承11和后轴承12都是陶瓷轴承。

本发明实施例3与实施例2不同的是，实施例3的导电组件还包括发电机，发电机与导电滑环43同轴安装在导电组件驱动轴1B和套筒41上。发电机的转子44和导电滑环43的内环43A固定在导电组件驱动轴1B上，发电机的定子(机壳)45和导电滑环43的外环43B通过橡胶缓冲层42固定在套筒41的内孔中。导电滑环的外环接通过导线发电机定子的第一接线端子，发电机定子的第二接线端子通过导线接套筒41。

在本发明实施例3中，导电组件的发电机串接在工件—刀具—刀柄—主轴—机床本体—工作台—断刀信号采集电路—工件的电气回路中，不仅构建了断刀检测电路的回路，而且主轴转动时发电机转子随着转动，发电机发出的电力，解决了断刀检测系统的供电问题。

Claims (10)

1.一种高转速机床的主轴总成，包括主轴，壳体、前轴承和后轴承，主轴安装在壳体的内腔中，由前轴承和后轴承支承；所述的前轴承和后轴承是陶瓷轴承，其特征在于，包括导电组件，导电组件包括套筒和导电滑环；导电滑环的内环固定在主轴的后端，并与主轴的后端电连接；导电滑环的外环固定在套筒的内孔中，并与套筒电连接；套筒固定在壳体的后端，套筒的轴线与主轴的轴线同轴。

2.根据权利要求1所述的主轴总成，其特征在于，导电组件包括发电机，发电机与导电滑环同轴安装；发电机的转子固定在主轴的后端，发电机的定子固定在套筒的内孔中；导电滑环的外环接发电机的第一接线端子，发电机的第二接线端子接套筒。

3.根据权利要求1或2所述的主轴总成，其特征在于，所述的套筒包括两个瓦形的半环，两个半环通过螺钉连接；导电组件包括圆筒形的橡胶缓冲层，导电滑环的外环通过橡胶缓冲层固定在套筒的内孔中，或导电滑环的外环和发电机的定子通过橡胶缓冲层固定在套筒的内孔中。

4.根据权利要求1或2所述的主轴总成，其特征在于，主轴包括主轴本体和导电组件驱动轴，导电组件驱动轴的前端与主轴本体的后端键连接，由主轴本体驱动；导电组件驱动轴构成所述的主轴的后端。

5.根据权利要求4所述的主轴总成，其特征在于，包括换刀机构，换刀机构包括换刀组件、换刀气缸和编码器，所述的壳体包括主轴外壳、换刀气缸的缸体和编码器的外壳，主轴本体由安装在主轴外壳中的所述前轴承和所述后轴承支承；主轴外壳、换刀气缸的缸体和编码器的外壳从前向后依次连接，导电组件的套筒固定在编码器外壳的后端。

6.根据权利要求5所述的主轴总成，其特征在于，主轴本体的后端穿过换刀气缸的缸体和活塞进入到编码器的外壳中，活塞的内孔与主轴本体之间留有间隙，编码器的码盘固定在主轴本体的后端；换刀组件包括拉杆、碟形弹簧组和推盘，推盘包括弹簧座、推环和三个推杆；碟形弹簧套在拉杆的后部，弹簧座固定在拉杆的后端；主轴本体为空心轴，拉杆安装在主轴本体的内孔中，主轴本体的内孔包括前小后大的阶梯孔，碟形弹簧组和弹簧座布置在阶梯孔的大孔中，碟形弹簧组的前端抵住阶梯孔的台阶，碟形弹簧组的后端抵住弹簧座的前端面；推环松套在主轴本体的外面，位于换刀气缸活塞的前方；主轴本体的后部包括周向均布的三个径向孔，弹簧座的外周包括环形沟槽或三个推杆孔，推杆的内端穿过主轴本体的径向孔插入到弹簧座的环形沟槽或推杆孔中，推杆的外端与推环固定。

7.根据权利要求6所述的主轴总成，其特征在于，所述的推环的横截面为L形，包括环形的侧板和环形的底板；推杆为T字形，外端包括120°的弧形板，内端为推杆的杆体；弧形板嵌入到推环侧板与底板形成的环形凹槽中；弧形板包括螺钉孔，推环的底板包括螺纹孔，弧形板与底板通过螺钉连接；推杆的杆体穿过主轴本体的径向孔插入到弹簧座的环形沟槽中。

8.一种高转速机床主轴总成的导电组件，其特征在于，包括导电滑环和用于固定在高转速机床主轴总成壳体后端的套筒，导电滑环包括外环和用于固定在高转速机床主轴总成主轴上、并与高转速机床主轴总成的主轴电连接的内环；导电滑环的外环固定在套筒的内孔中，并与套筒电连接。

9.根据权利要求8所述的导电组件，其特征在于，包括发电机，发电机转子与导电滑环的内环同轴，发电机的定子固定在套筒的内孔中；导电滑环的外环接发电机的第一接线端子，发电机的第二接线端子接套筒。

10.根据权利要求8或9所述的导电组件，其特征在于，包括导电组件驱动轴和圆筒形的橡胶缓冲层，所述的套筒包括两个瓦形的半环，两个半环通过螺钉连接；导电滑环的外环通过橡胶缓冲层固定在套筒的内孔中，或导电滑环的外环和发电机的定子通过橡胶缓冲层固定在套筒的内孔中；导电组件驱动轴的前端包括与主高转速机床主轴总成主轴连接的平键，发电机转子和导电滑环的内环安装在导电组件驱动轴上，或导电滑环的内环安装在导电组件驱动轴上。