一種錐孔可自動鎖緊的高速主軸的制作方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本實用新型屬于機(jī)械加工領(lǐng)域，并涉及高速主軸設(shè)計，特別涉及一種錐孔可自動鎖緊高速主軸。
[0002]【背景技術(shù)】高速加工作為當(dāng)今機(jī)械制造領(lǐng)域中的四大先進(jìn)制造技術(shù)之一，已成為高效加工，難加工材料加工，干硬切削的代表。高速加工工具系統(tǒng)包括主軸、刀柄、夾頭、刀具和夾緊機(jī)構(gòu)。主軸/刀柄接口性能的好壞決定了整個工具系統(tǒng)性能的發(fā)揮。
[0003]傳統(tǒng)BT工具系統(tǒng)高速時主軸錐孔膨脹量與刀柄膨脹量并不一致，出現(xiàn)“喇叭口”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)床剛度、定位精度以及動平衡性能。針對BT工具系統(tǒng)不能用于高速加工的缺點，各國分別研制出各種適合高速加工的工具系統(tǒng)，最具代表性的是HSK工具系統(tǒng)。現(xiàn)有的HSK工具系統(tǒng)隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高，會因離心膨脹導(dǎo)致主軸/刀柄接口錐面徑向分離，致使錐面的徑向定位作用消失，降低了主軸/刀柄接口聯(lián)接的可靠性，制約了工具系統(tǒng)極限轉(zhuǎn)速的提尚。
[0004]針對上述HSK工具系統(tǒng)的不足，由燕山大學(xué)設(shè)計發(fā)明了一種錐孔可自動鎖緊的高速主軸。參照圖1所示:圖中6為油路，里面充滿液壓油。高速旋轉(zhuǎn)下，活塞9受到離心力的作用發(fā)生微量的徑向移動，壓縮液壓油，通過油路6將壓力傳遞給膨脹套2油腔處，使油腔內(nèi)的液壓油壓力增大。膨脹套2油腔薄壁處發(fā)生彈性膨脹，補(bǔ)償HSK主軸/刀柄接口錐面出現(xiàn)的間隙，從而夾緊刀柄。分析發(fā)現(xiàn)高速下HSK主軸/刀柄接口錐面出現(xiàn)的間隙靠近主軸端面，并且為連續(xù)的。與圖1膨脹套中不同，此發(fā)明的膨脹套有兩個油腔，并且兩個油腔位置關(guān)于主軸/刀柄接口錐面中心對稱。膨脹套這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于高速下主軸/刀柄接口錐面出現(xiàn)的間隙補(bǔ)償不夠精確，應(yīng)力匹配不夠精細(xì)。綜上考慮，膨脹套油腔應(yīng)該選取油腔靠近主軸端面的單腔設(shè)計。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本實用新型目的在于提供一種新型的錐孔可自動鎖緊高速主軸。本實用新型針對上述提到的自動鎖緊高速主軸存在的問題，對自動鎖緊高速主軸的膨脹套結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計。
[0006]本實用新型的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]根據(jù)高速下常規(guī)HSK主軸/刀柄錐面出現(xiàn)的間隙，對膨脹套油腔的結(jié)構(gòu)、大小及位置進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計。首先，對常規(guī)HSK主軸/刀柄接口由于離心膨脹引起間隙的具體部位進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速在39000r/min時，常規(guī)主軸/刀柄靠近主軸端面一大段連續(xù)區(qū)域出現(xiàn)間隙，只有小端小部分接觸。因此膨脹套采用單油腔設(shè)計，并且油腔靠近主軸端面。進(jìn)而對間隙的大小以及深度進(jìn)行定量分析，確定了膨脹套油腔的具體位置及尺寸。
[0008]此設(shè)計中由于改變了膨脹套為單油腔結(jié)構(gòu)，因此本實用新型的主軸將原來的兩條徑向油路減少為一條。
[0009]本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0010](I)本實用新型膨脹套是根據(jù)常規(guī)主軸/刀柄高速下出現(xiàn)的間隙設(shè)計的，其結(jié)構(gòu)更加合理，對于高速下間隙的補(bǔ)償更加精細(xì)。
[0011](2)本實用新型考慮到膨脹套所處的力學(xué)環(huán)境，這里采用的是單油腔設(shè)計，油腔靠近主軸端面且采用的是等壁厚結(jié)構(gòu)，這樣能夠保證加壓時候接觸區(qū)域受力均勻。
[0012](3)本實用新型高速下接口的徑向剛度要高于原有設(shè)計接口徑向剛度。
[0013]【附圖說明】圖1為本實用新型錐孔可自動鎖緊高速主軸/刀柄接口結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2為本實用新型膨脹套結(jié)構(gòu)圖。
[0015]【具體實施方式】本實用新型為一種錐孔可自動鎖緊的高速主軸。圖1為本實用新型的主軸/刀柄接口結(jié)構(gòu)圖。主要由刀柄1、膨脹套2、專用絲堵3、橡I父塞4、主軸5、油路6、密、封圈7、缸筒8、活塞9、彈簧10以及缸蓋11組成。其中密封圈7、缸筒8、活塞9、彈簧10以及缸蓋11組成離心動力缸。將高速旋轉(zhuǎn)下的離心力作為離心動力缸中活塞9的動力源，活塞9壓縮液壓油產(chǎn)生油壓通過油路6傳遞給給膨脹套2，使膨脹套2油腔內(nèi)液壓油壓力增大，進(jìn)而使薄壁處產(chǎn)生彈性變形。此時由于膨脹套油腔的位置正好處于高速下主軸/刀柄錐面出現(xiàn)分離的地方，因此能更好的彌補(bǔ)間隙，使主軸夾緊刀柄更加牢靠。
[0016]和原有設(shè)計相同的是:上述主軸上開有用于安裝離心動力缸的安裝孔，考慮到動平衡的問題，主軸上兩個離心動力缸安裝孔是關(guān)于軸線對稱布置的。離心動力缸與主軸孔采用螺紋聯(lián)接，缸筒8頂部開有溝槽，便于離心動力缸的安裝。缸筒8上油口設(shè)在非螺紋部分，安裝后用密封圈7保證該部分密封。缸蓋11與缸筒8之間采用螺紋聯(lián)接，且缸蓋8與活塞9之間安裝有彈簧10。這樣的結(jié)構(gòu)不僅便于油路的封堵，而且彈簧10、油液與活塞9構(gòu)成流固耦合動力減震器，一定程度上提高了主軸的動態(tài)性能。刀柄選擇HSK-E50型，主軸內(nèi)孔圓柱形，主軸5和刀柄I之間有膨脹套2。膨脹套2為一個圓柱形套筒，與主軸之間采用過盈配合，安裝方法采用低溫冷裝配。膨脹套2內(nèi)孔為1:10短錐孔，由于膨脹套內(nèi)孔是與刀柄配合的，所以膨脹套內(nèi)孔的基本尺寸可以參照DIN69063-HSK E50型錐孔確定。主軸上油路為細(xì)長孔，考慮到制造加工的工藝性，設(shè)計了兩個十字交叉的通孔，為了能夠使油腔內(nèi)具有預(yù)油壓，沿主軸軸線方向油孔采用專用絲堵3密封，主軸徑向方向的油孔采用橡膠塞4密封。
[0017]和原有設(shè)計不同的是:相對于原有膨脹套兩個油腔的設(shè)計，在本設(shè)計中，對常規(guī)HSK主軸/刀柄接口由于離心膨脹引起間隙的具體部位、間隙的大小以及深度進(jìn)行了分析，結(jié)合刀柄定位的最佳要求，確定膨脹套為單油腔設(shè)計，油腔靠近主軸端面且采用的是等壁厚結(jié)構(gòu)。膨脹套的結(jié)構(gòu)如圖2所示。膨脹套安裝以后，需要對內(nèi)孔進(jìn)行精磨，最終尺寸與DIN69063給定的HSK主軸內(nèi)孔尺寸相同。標(biāo)準(zhǔn)主軸錐孔長度為25mm，所以取圖2中L為25mm。進(jìn)而對膨脹套采取理論分析結(jié)合有限元模擬結(jié)果進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，并依據(jù)有限元分析最終確定了膨脹套的主要尺寸。最終確定圖2中I工和I2的長度分別為4mm和I Omm，膨脹套的外圓直徑D為41mm，膨脹套的薄壁壁厚最終選取為1.8mm。
【主權(quán)項】
1.一種錐孔可自動鎖緊的高速主軸，其特征是:主軸上兩個離心動力缸安裝孔是關(guān)于軸線對稱布置的，離心動力缸與主軸之間采用螺紋聯(lián)接，離心動力缸由密封圈、缸筒、活塞、彈簧以及缸蓋組成，缸蓋與缸筒螺紋聯(lián)接，缸蓋與活塞之間安裝有彈簧，主軸和刀柄之間有膨脹套，與主軸之間采用過盈配合，膨脹套為單油腔設(shè)計，主軸上開有十字交叉的細(xì)長孔作為油路，主軸軸線方向油孔設(shè)置有專用絲堵，主軸徑向方向油孔設(shè)置有橡膠塞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錐孔可自動鎖緊的高速主軸，其特征是:膨脹套的單油腔靠近主軸端面，油腔薄壁為等壁厚結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】一種錐孔可自動鎖緊的高速主軸，主軸上兩個離心動力缸安裝孔是關(guān)于軸線對稱布置的，離心動力缸與主軸之間采用螺紋聯(lián)接，離心動力缸由密封圈、缸筒、活塞、彈簧以及缸蓋組成，缸蓋與缸筒螺紋聯(lián)接，缸蓋與活塞之間安裝有彈簧，主軸和刀柄之間有膨脹套，與主軸之間采用過盈配合，膨脹套為單油腔設(shè)計，主軸上開有十字交叉的細(xì)長孔作為油路，主軸軸線方向油孔設(shè)置有專用絲堵，主軸徑向方向油孔設(shè)置有橡膠塞。由于高速下主軸與刀柄錐面出現(xiàn)的間隙為連續(xù)的，因此膨脹套的油腔采用了單油腔設(shè)計，結(jié)構(gòu)變的更加簡單。
【IPC分類】B23B19/02
【公開號】CN205270883
【申請?zhí)枴緾N201520829754
【發(fā)明人】王軍, 馬燦, 唐海洋, 李現(xiàn)華, 任權(quán)國, 孫東星
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年10月26日