高速车铣复合加工动力电主轴装置及其制造方法制造方法及图纸

高速车铣复合加工动力电主轴装置及其制造方法，装备在高速五轴车铣复合加工机床上，并有配套的电气、液压、控制部分与机床上的系统对应结合，其特征在于主轴箱内部同心由外至内安装有水套、内置电机和主轴，主轴内孔安装有拉刀机构，拉刀机构前端安装拉刀套，拉刀机构后端连接连接套及卸刀机构；主轴两端外壁安装的前、后轴承分别构成轴承变预紧结构；三齿盘机构安装在拉刀套外周，由套筒形成卸刀油缸，主轴后端的卸载油缸和卸刀油缸、打刀油缸通过后端盖、大法兰安装在主轴箱上，进、出油口分别与机床的液压系统相连接。可实现高刚性车削加工和高转速铣削等复合加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械制造设备。
技术介绍
车铣复合加工中心具有车、铣、钻、镗、攻丝、深孔加工、车铣内外螺纹等功能，这些 功能主要依靠车铣复合加工动力主轴装置来实现，因此要求此类装置除能够安装旋转刀具 进行铣削加工外，还可以安装车削刀具，实现车铣复合加工。车铣复合加工动力电主轴技术 作为车铣复合加工中心的核心技术一直被国外垄断，大大增加了国内厂商设备引进成本、 设备维修维护费用，制约了我国汽车、军工、航空、能源等行业的快速发展。故需设计一款高 速车铣复合加工动力电主轴装置，打破同类机床国外厂商垄断的局面，使我国机床制造业 在高技术设备领域里取得进一步的发展，缩短我国机床制造业与国外竞争对手的差距，提 高我国高端数控产品的国际竞争力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，装备 在高速五轴车铣复合加工中心上，可实现高刚性车削加工和高转速铣削等复合加工。高速车铣复合加工动力电主轴装置，装备在高速五轴车铣复合加工机床上，并有 配套的电气、液压、控制部分与机床上的系统对应结合，其特征在于主轴箱内部同心由外至 内安装有水套、内置电机和主轴，主轴内孔安装有拉刀机构，拉刀机构前端安装拉刀套，拉 刀机构后端连接连接套及卸刀机构；主轴两端外壁安装的前、后轴承构成轴承变预紧结构； 三齿盘机构安装在拉刀套外周，由套筒形成卸刀油缸，主轴后端的卸载油缸和卸刀油缸、打 刀油缸通过后端盖、大法兰安装在主轴箱上，进、出油口分别与机床的液压系统相连接。制造高速车铣复合加工动力电主轴装置的方法，其特征在于法兰与主轴箱采用基 孔制配合，并用螺钉固定，用圆锥销定位；后轴承套安装时先调整后轴承套的内孔与前法 兰内孔的同轴度，同轴精度在Φ0. Olmm以内，再向后法兰内孔与后轴承套外圆之间的缝隙 内注入填料胶；主轴前后轴承安装处的外圆尺寸与前、后轴承的配合间隙在-0. 002mm +0. 003mm之间；配磨调整垫使定齿盘比动齿盘在轴向上低0. 005mm ；在满足低速车削扭矩 在5000Nm以上的同时，该装置的最高转速可以达到15000r/min。本设计装备在高速五轴车铣复合加工中心上，实现机床的高速、高精、复合化加 工，解决了三个关键技术问题，即高转速、高精度、高刚性铣削加工的实现方式，高刚性车削 加工的实现方式，高可靠性的实现方式。在本专利技术中，动力主轴的驱动依靠安装在主轴上的内装电机来完成，外环配有水 套，实现电机的循环冷却，控制电主轴温升。在主轴前端应用三齿盘结构实现车削加工时的 高刚性，通过结构创新保证齿盘锁紧时，主轴轴承实现卸载，减少对主轴轴承的附加载荷； 通过热和振动传感器反馈主轴系统的运行状态，保证主轴系统的工作可靠性；主轴后端配 有高精度、高转速直联反馈光栅，保证动力主轴的高动态特性。主轴中心装配拉刀机构，可实现中心通水和吹气。主轴的转速和刚性是一对矛盾体，转速过高则刚性就相对较低，刚性过高则转速 就相对较低。本专利技术的创造性在于应用了轴承变预紧技术，保证高转速时较少的发热量和 低速加工时主轴的高刚性，通过热和振动传感器反馈主轴系统的运行状态，保证动力主轴 的工作可靠性。拉刀机构配有无级行程开关，实现带刀拉刀、无刀拉刀和打刀三个位置的检 测。拉刀机构打刀时，利用前端的三齿盘结构实现对打刀力的平衡，避免打刀时对主轴轴承 的冲击载荷。附图说明图1是高速动力电主轴剖视图；图2是液压系统原理示意图；图3是气动系统原理示意图。具体实施例方式高速车铣复合加工动力电主轴装置，装在高速五轴车铣复合加工机床上，并有配 套的电气、液压、控制部分与机床上的系统对应结合，见图1，其特征在于主轴箱31内部同 心由外至内安装有水套12、内置电机11和主轴32，主轴32内孔安装有拉刀机构10，拉刀 机构10前端安装拉刀套2，拉刀机构10后端连接连接套30及卸刀机构；主轴32两端外壁 安装的前轴承37、后轴承15分别构成轴承变预紧结构；主轴32后端的锁紧螺母27上安装 圆光栅16 ；三齿盘机构安装在拉刀套2的外周，由套筒3、浮动齿盘4和前端盖39形成松开 油缸6，由浮动齿盘和前端盖39构成锁紧油缸5 ；连接套30的后端安装密封套装置24，最 后端安装有无级开关20 ；主轴32后端的卸载油缸18和卸刀油缸19通过后端盖21、大法兰 26安装在主轴箱31上，进、出油口分别与机床的液压系统相连接。轴承变预紧结构前轴 承37通过前法兰36安装在主轴箱31上，前轴承37左侧安置拉刀套2，右侧安置套筒33和 小端盖34，前轴承37内环安装在主轴32外周上，外环由前法兰36支撑，前法兰36内安装 有热和振动传感器9，与拉刀套2、套筒33及小端盖34构成前预紧结构；主轴后轴承15右 侧安置螺母27，内环安装在主轴32外周上，外环靠后轴承套28支撑，同心安装在后轴承15 外周的后轴承套28左端面有6个直径10mm、深9mm的孔，孔内安装有压电件14，后轴承套 28与后法兰13之间形成预紧油缸29，通过螺母27实现预紧。前轴承卸载油缸结构见图2，图3，安装在后法兰13右侧的大法兰26和与连接套 30端同轴固定的小法兰22构成前轴承卸载油缸18，在大法兰26内环安装缸套17，缸套17 在大法兰26和小法兰22之间作为油缸活塞；缸套17左端的推进安装在主轴32上螺母25。卸刀油缸及卸刀力平衡结构小法兰22、后端盖21和打刀缸套23构成卸刀油缸 19，打刀缸套23同心安置在小法兰22和后端盖21之间作为油缸活塞，打刀缸套23前端伸 入主轴中心孔内。定齿盘8和前法兰36内安置开关触杆38，与位于主轴箱31壁内的限位 开关35相通。三齿盘机构安装在主轴32前端的拉刀套2上安装有三齿盘机构的动齿盘7，定 齿盘8固定在前法兰36内，浮动齿盘4安置在前端盖39内，通过调整垫1调整定齿盘8的 高度；三齿盘的松开油缸6位于浮动齿盘4和套筒3之间，锁紧油缸5位于前端盖39和浮动齿盘4之间，前端盖39与拉刀套2之间安置迷宫套41，前端盖39上还有冷却喷嘴40。动力主轴采用高速、高精陶瓷滚动体复合轴承，通过压电陶瓷或比例伺服液压实 现轴承预紧力的动态调节，保证高转速时较少的发热量和低速加工时主轴的高刚性。上述机械部分保证了技术性能改进1.高转速、高精度、高刚性铣削加工的实现方式如图1所示，铣削加工前，主轴32前端的三齿盘机构的松开油缸6进油，浮动齿盘 4与动齿盘7和定齿盘8脱开，开关触杆38前伸，限位开关35发信号确认浮动齿盘4完全 脱开；安装在主轴32上的内装电机11开始供电，实现无间隙直接驱动刀具主轴32高速旋 转。电机11外环配有水套12，实现电机11的循环冷却，控制电主轴温升。主轴32的前轴 承37和后轴承15均采用高速、高精陶瓷滚动体复合轴承，保证了主轴32的旋转精度。前 轴承37处安装有热和振动传感器9，反馈主轴系统的运行状态，当振动超出标准值时，压电 材料14增加脉冲或预紧油缸29增加油压，产生的轴向力通过推动后轴承套28带动后轴承 15、锁紧螺母27、主轴32、拉刀套2向后移动，从而实现增加前轴承38的轴承预紧力，提高 电主轴装置的刚性；当温升过高时，压电材料14减少脉冲或预紧油缸29降低油压，按相反 动作实现减少前轴承37预紧力，降低系统温升。通过上述方法，保证了电主轴装置高转速本文档来自技高网...

【技术保护点】
高速车铣复合加工动力电主轴装置，装备在高速五轴车铣复合加工机床上，可实现高刚性车削加工和高转速铣削等复合加工，并有配套的电气、液压、控制部分与机床上的系统对应结合，其特征在于主轴箱（３１）内部同心由外至内安装有水套（１２）、内置电机（１１）和主轴（３２），主轴（３２）内孔安装有拉刀机构（１０），拉刀机构（１０）前端安装拉刀套（２），拉刀机构（１０）后端连接连接套（３０）及卸刀机构；主轴（３２）两端外壁安装的前轴承（３７）、后轴承（１５）分别构成轴承变预紧结构；主轴（３２）后端的锁紧螺母（２７）上安装圆光栅（１６）；三齿盘机构安装在拉刀套（２）的外周，由套筒（３）、浮动齿盘（４）和前端盖（３９）形成松开油缸（６），由浮动齿盘和前端盖（３９）构成锁紧油缸（５）；连接套（３０）的后端安装密封套装置（２４），最后端安装有无级开关（２０）；主轴（３２）后端的卸载油缸和卸刀油缸、打刀油缸通过后端盖（２１）、大法兰（２６）安装在主轴箱（３１）上，进、出油口分别与机床的液压系统相连接。

【技术特征摘要】
高速车铣复合加工动力电主轴装置，装备在高速五轴车铣复合加工机床上，可实现高刚性车削加工和高转速铣削等复合加工，并有配套的电气、液压、控制部分与机床上的系统对应结合，其特征在于主轴箱(31)内部同心由外至内安装有水套(12)、内置电机(11)和主轴(32)，主轴(32)内孔安装有拉刀机构(10)，拉刀机构(10)前端安装拉刀套(2)，拉刀机构(10)后端连接连接套(30)及卸刀机构；主轴(32)两端外壁安装的前轴承(37)、后轴承(15)分别构成轴承变预紧结构；主轴(32)后端的锁紧螺母(27)上安装圆光栅(16)；三齿盘机构安装在拉刀套(2)的外周，由套筒(3)、浮动齿盘(4)和前端盖(39)形成松开油缸(6)，由浮动齿盘和前端盖(39)构成锁紧油缸(5)；连接套(30)的后端安装密封套装置(24)，最后端安装有无级开关(20)；主轴(32)后端的卸载油缸和卸刀油缸、打刀油缸通过后端盖(21)、大法兰(26)安装在主轴箱(31)上，进、出油口分别与机床的液压系统相连接。2.根据权利要求1所述的高速车铣复合加工动力电主轴装置，其特征在于轴承变预紧 结构前轴承(37)通过前法兰(36)安装在主轴箱(31)上，前轴承(37)左侧安置拉刀套 (2)，右侧安置套筒(33)和小端盖(34)，前轴承(37)内环安装在主轴(32)外周上，外环由 前法兰(36)支撑，前法兰(36)内安装有热和振动传感器(9)，与拉刀套(2)、套筒(33)及 小端盖(34)构成前预紧结构；主轴后轴承(15)右侧安置螺母(27)，内环安装在主轴(32) 外周上，外环靠后轴承套(28)支撑，同心安装在后轴承(15)外周的后轴承套(28)左端面 有6个直径10mm、深9mm的孔，孔内安装有压电件(14)，后轴承套(28)与后法兰(13)之间 形成预紧油缸(29)，通过螺母(27)实现预紧。3.根据权利要求1所述的高速车铣复合加工动力电主轴装置，其特征在于前轴承卸 载油缸结构安装在后法兰(13)右侧的大法兰(26)和与连接套(30)端同轴固定的小法 兰(22)构成前轴承卸载油缸(18)，在大法兰(26)内环安装缸套(17)，缸套(17)在大法 兰(26)和小法兰(22)之间作为油缸活塞；缸套(17)左端的推进安装在主轴(32)上螺母(25)。4.根据权利要求1所述的高速车铣复合加工动力电主轴装置，其特征在于卸刀油缸及 卸刀力平衡结构小法兰(22)、后端盖(21)和打刀缸套(23)构成卸刀油缸(19)，打刀缸套 (23)同心安置在小法兰(22)和后端盖(21)之间作为油缸活塞，打刀缸套(23)前端伸入主 轴中心孔内，定齿盘(8)和前法兰(36)内安置开关触杆(38)，与位于主轴箱(31)壁内的限 位开关(35)相通。5.根据权利要求1所述的高速车铣复合加工动力电主轴装置，其特征在于三齿盘机 构安装在主轴(32)前端的拉刀套(2)上安装有三齿盘机构的动齿盘(7)，定齿盘(8)固 定在前法兰(36)内，浮动齿盘(4)安置在前端盖(39)内，通过调整垫(1)调整定齿盘(8) 的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家兴，盖立亚，刘守胜，白平，徐海东，李德珍，赵尚福，李晓峰，韦峰，刘志坤，
申请(专利权)人：沈阳第一机床厂，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]