【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磨削主轴，具体涉及一种结构简单，使用方便、有效保护主轴轴承精度、主轴前端气隔离和锥孔吹气共用一个气路，松拉刀时自动切换的自动换砂轮伺服磨削主轴和换砂轮方法。
技术介绍
1、随着制造业的不断发展，高精密零部件的制造要求越来越高，工件一次装夹多面磨削成为发展趋势。目前传统的磨削设备只配备一种砂轮，一次装夹只能磨削工件的一个表面，如果需要磨削其他表面，则需要手动更换砂轮，严重影响了磨削精度和效率。而具有自动换刀功能的加工中心主轴只能夹持小型刀具，无法安装大型磨削砂轮，且现有换刀技术中只有准卸荷打刀机构，打刀力并不能完全消除，每次换刀都会对主轴轴承精度有一定的破坏，因此现有技术并不能满足高精度磨削主轴换刀功能需求。另外，传统砂轮主轴一般为外挂电机加皮带驱动，主轴振动相对较大，且开环控制无法实现恒线速磨削，故并不满足超精度磨削需求。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种结构简单，使用方便、有效保护主轴轴承精度、主轴前端气隔离和锥孔吹气共用一个气路，松拉刀时自动切换的自动换砂轮伺服磨削主轴和换砂轮方法。
2、本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种自动换砂轮伺服磨削主轴，该自动换砂轮伺服磨削主轴包括：主轴外壳，水套，定子线圈，转子，主轴芯轴，动平衡隔套，转子锁紧螺母，前主轴轴承，隔套，前轴承安装盖，前主轴锁紧螺母，螺旋槽气隔离套，迷宫隔圈，砂轮夹盘，后主轴安装座，后主轴轴承，后锁紧螺母，水套隔圈，打刀机构安装座，浮动油缸打
3、水套安装于主轴外壳内部，两端配有密封件并通过水套隔圈被后主轴安装座限位固定，主轴外壳下端安装法兰处左右两端配有冷却水进和冷却水出装置，循环冷却水从主轴外壳下端进入并从主轴外壳上端流出；定子线圈过盈安装于水套内径上，线圈三相线从后主轴安装座缺口处引出；转子两端配有动平衡隔套，动平衡隔套上配备键槽与主轴芯轴定向安装，转子过盈安装于主轴芯轴外径上并通过转子锁紧螺母固定，主轴芯轴、转子、动平衡隔套和转子锁紧螺母安装成一体后配磨同轴度并做转子动平衡；前主轴轴承和隔套成组背靠背安装于主轴芯轴前端，通过前轴承安装盖、螺旋槽气隔离套和前主轴锁紧螺母与主轴外壳1固定；后主轴轴承安装于主轴芯轴后端并通过后锁紧螺母锁紧，其外圈端面与后主轴安装座轴向不限位；中空位置反馈机构同轴安装于后主轴安装座上；浮动油缸打刀机构通过打刀机构安装座与中空位置反馈机构同轴连接。
4、在本专利技术的具体实施例子中，浮动油缸打刀机构包括打刀缸外壳，油缸安装座，上活塞，下活塞，密封件。
5、打刀缸外壳安装于油缸安装座上，油缸安装座与打刀机构安装座连接，上活塞同轴安装于打刀缸外壳内部，下活塞同轴安装于上活塞外侧，上活塞与下活塞设有密封件，主轴旋转时，上活塞与下活塞与主轴芯轴成分离状态，打刀时，当上活塞与下活塞接触，上下油腔面积相等，上下活塞输出力相互抵消，上下活塞处于高阻尼浮动状态。
6、在本专利技术的具体实施例子中，中空位置反馈机构包括编码器安装盘，编码器调整垫，编码器，ab相齿轮盘，z相齿轮盘，齿轮盘调整垫和齿轮盘锁紧螺母；ab相齿轮盘、z相齿轮盘和齿轮盘调整垫依次同轴安装于主轴芯轴外径上，并通过齿轮盘锁紧螺母锁紧；编码器通过编码器调整垫安装于编码器安装盘，编码器安装盘同轴安装于后主轴安装座上；编码器上的感应装置实时感应ab相齿轮盘的齿形变化，通过信号转换把齿形变化的电压模拟量信号转换成数字量信号；z相齿轮盘上缺少一个齿廓用于主轴回零功能；主轴通过位置反馈实现闭环控制。
7、在本专利技术的具体实施例子中，多组蝶形弹簧通过外部压力变形安装于打刀芯轴外径上，并通过蝶形弹簧隔圈和轴用卡簧限位固定；下活塞拨块安装于主轴芯轴键槽内成对称布置；上活塞拨块安装于打刀芯轴键槽内成对称布置；打刀到位发信盘穿过主轴芯轴安装于打刀芯轴末端；打刀筒安装于打刀芯轴末端；打刀筒外径和主轴芯轴内孔为高硬度材料制成，可高精度配合并相对滑动；锁紧钢球安装于主轴芯轴末端球孔中，并位于砂轮夹盘和打刀筒外锥面之间，通过锁紧钢球的上下运动实现砂轮自动放松与锁紧。
8、在本专利技术的具体实施例子中，磨削主轴前端螺旋槽气隔离和锥孔吹气共用一个气路，压缩空气通过打刀缸外壳、上活塞、主轴芯轴和打刀芯轴进入打刀筒内部；当主轴处于松刀状态时，打刀筒的出气口a与主轴芯轴的出气口b导通，主轴自动切换成锥孔吹气模式并关闭气隔离保证吹气压力；当主轴处于拉刀状态时，打刀筒的出气口a与主轴芯轴的出气口c导通，主轴自动切换成气隔离模式并关闭锥孔吹气模式，压缩空气进入螺旋槽气隔离套和前轴承安装盖间隙中，形成气障防止冷却液进入主轴内部；主轴转动时，螺旋槽气隔离套上的反向螺旋槽把粘性空气从内部往外泵送出去。
9、一种采用自动换砂轮伺服磨削主轴的换砂轮方法，所述方法包括如下步骤：松刀过程：更换砂轮前，多组蝶形弹簧半压缩，砂轮处于锁紧状态；当系统发出更换砂轮指令，外部输入高压液压油，液压油分别通过打刀缸外壳上下两个油口进入打刀缸内部，上活塞与下活塞相向运动快速靠近并接触到上下活塞拨块，多组蝶形弹簧被进一步压缩，但不完全压缩，此时上下活塞输出力等于多组蝶形弹簧弹簧力，随弹簧力增加而增加；当上活塞与下活塞接触时，由于上下油腔面积相等，上下活塞输出力相互抵消，上下活塞输出力不在等于多组蝶形弹簧弹簧力，上下活塞处于高阻尼浮动状态，合成作用力不作用于打刀缸外壳，故前主轴轴承不受打刀力影响，打刀过程可实现完全卸荷；上活塞拨块带动打刀芯轴以及打刀筒下移，打刀筒外锥面和砂轮夹盘内锥面与锁紧钢球分离，砂轮夹盘夹盘定位面在重力作用下与主轴芯轴脱开；同时，打刀筒的出气口a与主轴芯轴的出气口b导通，主轴切换成锥孔吹气模式。
10、拉刀过程：当主轴到达新砂轮夹盘位置并准备自动换砂轮时，浮动油缸打刀机构停止输入高压液压油同时气动复位口导通，压缩气体迫使上活塞与下活塞复位，下活塞和下活塞拨块分离，上活塞和上活塞拨块分离；多组蝶形弹簧的压缩力迫使打刀筒的外锥面向上运动，打刀筒的外锥面迫使锁紧钢球向外运动，锁紧钢球向外运动并接触到砂轮夹盘内锥面迫使砂轮夹盘和主轴芯轴的夹盘定位面相互接触并锁紧；打刀到位发信盘跟随打刀芯轴运动并输出换刀到位完成信号；此时，打刀筒的出气口a与主轴芯轴的出气口c导通，主轴切换成气隔离模式。
11、本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术提供的自动换砂轮伺服磨削主轴和换砂轮方法与常见的技术相比有如下优点：
12、本专利技术结构简单，使用方便，伺服磨削主轴采用内置定转子结构使传动链最短，利用浮动油缸打刀机构可实现完全卸荷打刀，有效保护了主轴轴承精度；主轴前端气隔离和锥孔吹气共用一个气路，松拉刀时自动切换，大大简化了气路结构，且压缩气体始终经过主轴轴心，显著增加了主轴转子散热能力；主轴旋转时，螺旋槽气隔离套表面的反向螺旋槽把粘性空气从内部往外泵送出去，增加了气隔离效果；通过打刀筒外锥面、砂轮夹盘内锥面和锁紧钢球定位，由多组蝶形弹簧锁紧，使砂轮定位固本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：该自动换砂轮伺服磨削主轴包括：主轴外壳，水套，定子线圈，转子，主轴芯轴，动平衡隔套，转子锁紧螺母，前主轴轴承，隔套，前轴承安装盖，前主轴锁紧螺母，螺旋槽气隔离套，迷宫隔圈，砂轮夹盘，后主轴安装座，后主轴轴承，后锁紧螺母，水套隔圈，打刀机构安装座，浮动油缸打刀机构，中空位置反馈机构和拉刀机构；
2.根据权利要求1所述的自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：浮动油缸打刀机构包括打刀缸外壳，油缸安装座，上活塞，下活塞，密封件；
3.根据权利要求1或2所述的自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：中空位置反馈机构包括编码器安装盘，编码器调整垫，编码器，AB相齿轮盘，Z相齿轮盘，齿轮盘调整垫和齿轮盘锁紧螺母；AB相齿轮盘、Z相齿轮盘和齿轮盘调整垫依次同轴安装于主轴芯轴外径上，并通过齿轮盘锁紧螺母锁紧；编码器通过编码器调整垫安装于编码器安装盘，编码器安装盘同轴安装于后主轴安装座上；编码器上的感应装置实时感应AB相齿轮盘的齿形变化，通过信号转换把齿形变化的电压模拟量信号转换成数字量信号；Z相齿轮盘上缺少一个齿廓用于主轴回零功能；主轴
4.根据权利要求1所述的自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：多组蝶形弹簧通过外部压力变形安装于打刀芯轴外径上，并通过蝶形弹簧隔圈和轴用卡簧限位固定；下活塞拨块安装于主轴芯轴键槽内成对称布置；上活塞拨块安装于打刀芯轴键槽内成对称布置；打刀到位发信盘穿过主轴芯轴安装于打刀芯轴末端；打刀筒安装于打刀芯轴末端；打刀筒外径和主轴芯轴内孔为高硬度材料制成，可高精度配合并相对滑动；锁紧钢球安装于主轴芯轴末端球孔中，并位于砂轮夹盘和打刀筒外锥面之间，通过锁紧钢球的上下运动实现砂轮自动放松与锁紧。
5.根据权利要求1所述的自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：磨削主轴前端螺旋槽气隔离和锥孔吹气共用一个气路，压缩空气通过打刀缸外壳、上活塞、主轴芯轴和打刀芯轴进入打刀筒内部；当主轴处于松刀状态时，打刀筒的出气口A与主轴芯轴的出气口B导通，主轴自动切换成锥孔吹气模式并关闭气隔离保证吹气压力；当主轴处于拉刀状态时，打刀筒的出气口A与主轴芯轴的出气口C导通，主轴自动切换成气隔离模式并关闭锥孔吹气模式，压缩空气进入螺旋槽气隔离套和前轴承安装盖间隙中，形成气障防止冷却液进入主轴内部；主轴转动时，螺旋槽气隔离套上的反向螺旋槽把粘性空气从内部往外泵送出去，增加了气隔离效果。
6.一种采用权利要求1-5中的自动换砂轮伺服磨削主轴的换砂轮方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：松刀过程：更换砂轮前，多组蝶形弹簧半压缩，砂轮处于锁紧状态；当系统发出更换砂轮指令，外部输入高压液压油，液压油分别通过打刀缸外壳上下两个油口进入打刀缸内部，上活塞与下活塞相向运动快速靠近并接触到上下活塞拨块，多组蝶形弹簧被进一步压缩，但不完全压缩，此时上下活塞输出力等于多组蝶形弹簧弹簧力，随弹簧力增加而增加；当上活塞与下活塞接触时，由于上下油腔面积相等，上下活塞输出力相互抵消，上下活塞输出力不在等于多组蝶形弹簧弹簧力，上下活塞处于高阻尼浮动状态，合成作用力不作用于打刀缸外壳，故前主轴轴承不受打刀力影响，打刀过程可实现完全卸荷；上活塞拨块带动打刀芯轴以及打刀筒下移，打刀筒外锥面和砂轮夹盘内锥面与锁紧钢球分离，砂轮夹盘夹盘定位面在重力作用下与主轴芯轴脱开；同时，打刀筒的出气口A与主轴芯轴的出气口B导通，主轴切换成锥孔吹气模式；
...【技术特征摘要】
1.一种自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：该自动换砂轮伺服磨削主轴包括：主轴外壳，水套，定子线圈，转子，主轴芯轴，动平衡隔套，转子锁紧螺母，前主轴轴承，隔套，前轴承安装盖，前主轴锁紧螺母，螺旋槽气隔离套，迷宫隔圈，砂轮夹盘，后主轴安装座，后主轴轴承，后锁紧螺母，水套隔圈，打刀机构安装座，浮动油缸打刀机构，中空位置反馈机构和拉刀机构；
2.根据权利要求1所述的自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：浮动油缸打刀机构包括打刀缸外壳，油缸安装座，上活塞，下活塞，密封件；
3.根据权利要求1或2所述的自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：中空位置反馈机构包括编码器安装盘，编码器调整垫，编码器，ab相齿轮盘，z相齿轮盘，齿轮盘调整垫和齿轮盘锁紧螺母；ab相齿轮盘、z相齿轮盘和齿轮盘调整垫依次同轴安装于主轴芯轴外径上，并通过齿轮盘锁紧螺母锁紧；编码器通过编码器调整垫安装于编码器安装盘，编码器安装盘同轴安装于后主轴安装座上；编码器上的感应装置实时感应ab相齿轮盘的齿形变化，通过信号转换把齿形变化的电压模拟量信号转换成数字量信号；z相齿轮盘上缺少一个齿廓用于主轴回零功能；主轴通过位置反馈实现闭环控制。
4.根据权利要求1所述的自动换砂轮伺服磨削主轴，其特征在于：多组蝶形弹簧通过外部压力变形安装于打刀芯轴外径上，并通过蝶形弹簧隔圈和轴用卡簧限位固定；下活塞拨块安装于主轴芯轴键槽内成对称布置；上活塞拨块安装于打刀芯轴键槽内成对称布置；打刀到位发信盘穿过主轴芯轴安装于打刀芯轴末端；打刀筒安装于打刀芯轴末端；打刀筒外径和主轴芯轴内孔为高硬度材料制成，可高精度配合并相对滑动；锁紧钢球安装于主轴芯轴末端球孔中，并位于砂轮夹盘和打刀筒外锥面之间，...
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