一种u轴主轴单元机构
技术领域
1.本发明涉及一种加工中心，特别涉及一种u轴主轴单元机构，属于数控机床技术领域。
背景技术：
2.在传统的机床加工过程中，对于结构复杂的工件，在加工大小不同的孔、面、柱时，需要独自的刀具来加工，对于一些复杂的曲面，球面等，通常的加工中心无法加工。
3.因此希望设计一种刀具，在主轴旋转的同时，刀头可以沿着刀具做径向运动，沿径向运动的轴称之为u轴。u轴刀具可替代其变化范围内以往所需的不同直径的刀具，节省刀具成本且无需换刀，加工效率提高。在加工过程中刀具通过主轴电机驱动旋转，同时u轴刀片经u轴传动系统通过伺服电机驱动实现刀片的径向移动，按数控系统程序要求改变刀具的加工直径大小，由此可进行复杂曲面等的加工。
4.u轴主轴单元的核心在于u轴传动机构的设计，如果通过齿轮行星结构来实现，存在比较明显的缺点，比如结构复杂，噪音大，容易发生齿轮疲劳点蚀，齿根裂纹等现象，从而影响u轴传动系统的运行精度，传动效率和寿命，且齿轮还需进行润滑。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种u轴主轴单元机构，结构简单、运行稳定可靠，不用换刀即可加工出复杂的曲面或球面。
6.为解决以上技术问题，本发明的一种u轴主轴单元机构，包括主轴单元壳体，所述主轴单元壳体的中心孔中通过主轴轴承安装有主轴，所述主轴的两端从所述主轴单元壳体中伸出，且主轴中心孔的前端设有主轴锥形孔，所述主轴锥形孔中插接有与之配合的u轴刀具锥形头，所述u轴刀具锥形头的前端设有与之连为一体的u轴刀具本体，所述u轴刀具锥形头的根部圆周与所述主轴的前端之间径向固定，u轴刀具本体的轴线垂直于u轴刀具锥形头的轴线，所述u轴刀具本体的中心孔中安装有长轴齿轮，所述长轴齿轮的两侧分别啮合有齿条，两所述齿条分别沿u轴刀具本体的轴向呈中心对称向外延伸，两所述齿条的外端头分别固定有刀片。
7.相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：当u轴刀具锥形头与主轴锥形孔紧密配合时，主轴带动u轴刀具本体上的两刀片同步旋转，对工件进行加工。同时长轴齿轮转动驱动两侧的齿条同步缩回或者伸出，两刀片的回转半径同步缩小或放大，随着刀片回转半径的变化，实现不规则曲面的加工。在刀片回转直径的变化范围，可替代以往多把不同直径的刀具；从而在不用停车换刀的情况下，可在工件表面加工出复杂的曲面或球面。
8.作为本发明的改进，所述u轴刀具锥形头的中心孔后端设有螺纹段且旋接有拉钉，所述拉钉的后端与四瓣拉爪配合，所述四瓣拉爪的后端旋接在拉杆的前端外周，所述拉杆沿所述主轴中心孔向后延伸，所述拉杆的后部安装有主轴松刀盘，所述主轴松刀盘与主轴松拉刀油缸的活塞固定连接。正常工作时，主轴松拉刀油缸不建压，拉杆向后拉动时，拉杆
的前端牵引四瓣拉爪向后移动，使四瓣拉爪得以抓紧拉钉向后移动，拉钉拉动u轴刀具锥形头后移，直至与主轴锥形孔卡死，实现u轴刀具本体与主轴的结合。停止加工，或者更换u轴刀具本体时，主轴松拉刀油缸建压，驱动主轴松刀盘向前移动，则四瓣拉爪松开拉钉，u轴刀具锥形头与主轴锥形孔之间的拉力消失。
9.作为本发明的进一步改进，所述长轴齿轮的中心轴沿所述u轴刀具锥形头及拉钉的中心孔向后延伸，且长轴齿轮中心轴的后端头凸榫插接在u轴传动轴前端的凹槽中，所述u轴传动轴沿所述拉杆的中心孔向后延伸且后端固定有u轴带轮；所述主轴的后端安装有主轴带轮，所述主轴带轮通过u轴同步带一与u轴行星带轮传动连接，所述u轴行星带轮通过u轴同步带二与所述u轴带轮传动连接；所述u轴行星带轮通过球轴承安装在行星带轮轴上，所述行星带轮轴的一端与齿轮行星架固定连接，所述齿轮行星架的外齿与u轴电机齿轮相啮合，所述u轴电机齿轮固定在u轴电机的输出端。u轴电机启动后，u轴电机齿轮驱动齿轮行星架转动，u轴行星带轮跟随行星带轮轴公转，同时主轴带轮通过u轴同步带一驱动u轴行星带轮自转，u轴行星带轮通过u轴同步带二驱动u轴带轮转动，u轴带轮驱动u轴传动轴转动，u轴传动轴驱动长轴齿轮转动，长轴齿轮驱动两侧的齿条同步缩回或者伸出，在主轴带动u轴刀具旋转加工零件的同时，可以改变两刀片的回转半径。u轴主轴单元可以通过u轴改变刀具直径大小，不再需要安装多把不同直径刀具，且可以加工复杂曲面等。本同步带轮行星机构在数控系统的控制下，刀具直径的变化可达到0.001mm的精度。u轴传动轴、拉杆及主轴形成三重嵌套，结构十分紧凑。u轴行星带轮分别通过u轴同步带与主轴带轮及u轴带轮转动，同步带轮行星机构与传统的行星齿轮机构相比，结构简单，易于安装，且使用寿命长，降低成本，避免了齿轮行星机构的各种缺点。
10.作为本发明的进一步改进，所述主轴的后部从所述主轴松拉刀油缸中穿过且对称设有两个主轴长槽，所述主轴松刀盘从所述主轴长槽中穿过；所述主轴松刀盘中心的前凸台上嵌装有前顶套，所述前顶套套装在所述拉杆的外周，所述前顶套的前端外周可滑动地支撑于所述主轴中心孔的内壁；所述主轴的中心孔中段设有主轴中心孔内凸圈，所述主轴中心孔内凸圈与所述前顶套的前端面之间设有多个碟簧。两个主轴长槽既为主轴松刀盘的径向穿出提供空间，便于主轴松刀盘与主轴松拉刀油缸之间的连接，而且为主轴松刀盘的轴向平移提供空间。碟簧的张力通过前顶套推动主轴松刀盘带动拉杆向后平移，拉杆的前端通过四瓣拉爪抓紧拉钉，使u轴刀具本体与主轴紧密结合。当主轴松刀盘在主轴松拉刀油缸的驱动下，克服碟簧的张力向前移动时，拉杆向前浮动，u轴刀具本体与主轴松开。
11.作为本发明的进一步改进，所述主轴的后端口通过螺钉固定有主轴后端盖，所述主轴带轮固定在所述主轴后端盖上，所述拉杆的后端从所述主轴后端盖及主轴带轮的中心孔中穿过且设有间隙；所述主轴后端盖的中心设有向后凸出的主轴后端盖凸台，所述主轴带轮的左端口套装在所述主轴后端盖凸台上。主轴后端盖将主轴的后端口封闭，且为主轴带轮提供固定，主轴后端盖中心孔及主轴带轮中心孔的孔径均大于拉杆的外径，便于拉杆的浮动。通过主轴带轮与主轴后端盖凸台的嵌套配合，可以确保主轴带轮与主轴后端盖共轴线，提高主轴带轮与主轴的同轴度。
12.作为本发明的进一步改进，所述主轴松刀盘中心的后凸台上嵌装有后顶套，所述后顶套套装在所述拉杆的外周，所述后顶套的后端插入所述主轴后端盖的内腔且抵靠在圆螺母上，所述圆螺母旋接在所述拉杆上。主轴后端盖凸圈与主轴内壁的配合，可以确保主轴
后端盖与主轴同轴，进一步提高主轴带轮与主轴的同轴度。后顶套的后端插入主轴后端盖的内腔，延长与拉杆的配合段长度，有利于提高拉杆及u轴传动轴后部悬臂端的刚度。碟簧的张力通过前顶套推动主轴松刀盘向后平移，主轴松刀盘通过后顶套及圆螺母带动拉杆向后平移，拉杆的前端通过四瓣拉爪抓紧拉钉，使u轴刀具本体与主轴紧密结合。
13.作为本发明的进一步改进，所述后顶套的中部设有后顶套凸台，所述主轴后端盖的前端设有主轴后端盖凸圈，所述主轴后端盖凸圈嵌套于所述主轴的内腔。当后顶套凸台的后端面抵靠住主轴后端盖凸圈的前端口时，拉杆即不能继续向后浮动，碟簧到达最大伸展限位。
14.作为本发明的进一步改进，所述拉杆上设有拉杆凸台，所述四瓣拉爪的后端面抵靠在所述拉杆凸台的前侧台阶上，所述拉杆凸台的后端面与所述主轴中心孔内凸圈的前端面之间留有间隙。拉杆凸台为四瓣拉爪与拉杆的旋接提供轴向定位，拉杆凸台后端面与主轴中心孔内凸圈的前端面之间的间隙为拉杆的向后浮动提供空间。
15.作为本发明的进一步改进，所述主轴松刀盘上设有松刀盘径向气孔，所述主轴松拉刀油缸活塞的后端面旋接有活塞气接头，所述活塞气接头的前端与活塞轴向气孔相通，所述活塞轴向气孔的前端与所述松刀盘径向气孔的外端头相连通，所述松刀盘径向气孔的内端头通过所述拉杆及u轴传动轴上的径向连通孔与u轴传动轴中心气孔相连通，所述u轴传动轴中心气孔沿u轴传动轴的轴线向前延伸并贯通。更换u轴刀具时，压缩空气从活塞气接头进入活塞轴向气孔，从活塞轴向气孔进入松刀盘径向气孔的外端头，从松刀盘径向气孔的内端头穿过拉杆及u轴传动轴上的径向连通孔，进入u轴传动轴中心气孔的后端，沿u轴传动轴中心气孔前进，最终从主轴锥形孔将污物吹出。
16.作为本发明的进一步改进，所述主轴的中部外周通过主轴平键固定有主轴驱动轮，所述主轴驱动轮通过主轴同步带与主电机带轮传动连接，所述主电机带轮固定在主轴电机的输出端。主轴电机通过主电机带轮及主轴同步带驱动主轴驱动轮转动，主轴跟随主轴驱动轮同步转动，为u轴刀具加工工件提供动力。
附图说明
17.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，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。
18.图1为本发明u轴主轴单元机构的主视图。
19.图2为图1的左视图。
20.图3为图2中沿a-a的剖视图。
21.图4为图1中沿b-b的剖视图。
22.图5为图1的立体图。
23.图中：1.主轴箱；2.主轴单元壳体；2a.主轴轴承；3.主轴电机；4.主电机带轮；5.主轴同步带；6.主轴驱动轮；7.主轴；7a.主轴中心孔内凸圈；7b.主轴长槽；8.主轴松拉刀油缸；8a.活塞轴向气孔；9.主轴松刀盘；9a.松刀盘径向气孔；10.前顶套；11.碟簧；12.后顶套；13.拉杆；13a.拉杆凸台；14.四瓣拉爪；15.拉钉；16.u轴刀具本体；16a.u轴刀具锥形头；17.主轴后端盖；18.主轴带轮；19.u轴电机；20.u轴电机齿轮；21.齿轮行星架；21a.球面关节轴承；22.行星带轮轴；23.u轴行星带轮；24a.u轴同步带一；24b.u轴同步带二；25.u轴带
轮；26.u轴传动轴；26a.u轴传动轴中心气孔；27.长轴齿轮；28.齿条；29.刀片；30.主轴箱压盖；31.圆螺母。
具体实施方式
24.如图1至图5所示，本发明u轴主轴单元机构包括主轴单元壳体2，主轴单元壳体2的中心孔中通过主轴轴承2a安装有主轴7，主轴7的两端从主轴单元壳体2中伸出，且主轴中心孔的前端设有主轴锥形孔，主轴锥形孔中插接有与之配合的u轴刀具锥形头16a，u轴刀具锥形头16a的前端设有与之连为一体的u轴刀具本体，所述u轴刀具锥形头的根部圆周与所述主轴的前端之间径向固定16，u轴刀具本体16的轴线垂直于u轴刀具锥形头16a的轴线，u轴刀具本体16的中心孔中安装有长轴齿轮27，长轴齿轮27的两侧分别啮合有齿条28，两齿条28分别沿u轴刀具本体16的轴向呈中心对称向外延伸，两齿条28的外端头分别固定有刀片29。
25.当u轴刀具锥形头16a与主轴锥形孔紧密配合时，主轴带动u轴刀具本体16上的两刀片29同步旋转，对工件进行加工。同时长轴齿轮27转动驱动两侧的齿条28同步缩回或者伸出，两刀片29的回转半径同步缩小或放大，随着刀片回转半径的变化，实现不规则曲面的加工。在刀片回转直径的变化范围，可替代以往多把不同直径的刀具；从而在不用停车换刀的情况下，可在工件表面加工出复杂的曲面或球面。
26.u轴刀具锥形头16a的中心孔后端设有螺纹段且旋接有拉钉15，拉钉15的后端与四瓣拉爪14配合，四瓣拉爪14的后端旋接在拉杆13的前端外周，拉杆13沿主轴中心孔向后延伸，拉杆13的后部安装有主轴松刀盘9，主轴松刀盘9与主轴松拉刀油缸8的活塞固定连接。
27.正常工作时，主轴松拉刀油缸8不建压，拉杆13向后拉动时，拉杆13的前端牵引四瓣拉爪14向后移动，使四瓣拉爪14得以抓紧拉钉15向后移动，拉钉15拉动u轴刀具锥形头16a后移，直至与主轴锥形孔卡死，实现u轴刀具本体16与主轴7的结合。停止加工，或者更换u轴刀具本体16时，主轴松拉刀油缸8建压，驱动主轴松刀盘9向前移动，则四瓣拉爪14松开拉钉15，u轴刀具锥形头16a与主轴锥形孔之间的拉力消失。
28.长轴齿轮27的中心轴沿u轴刀具锥形头16a及拉钉15的中心孔向后延伸，且长轴齿轮中心轴的后端头凸榫插接在u轴传动轴26前端的凹槽中，u轴传动轴26沿拉杆13的中心孔向后延伸且后端固定有u轴带轮25；主轴7的后端安装有主轴带轮18，主轴带轮18通过u轴同步带一24a与u轴行星带轮23传动连接，u轴行星带轮23通过u轴同步带二24b与u轴带轮25传动连接；u轴行星带轮23通过球轴承安装在行星带轮轴22上，行星带轮轴22的一端与齿轮行星架21固定连接，齿轮行星架21的外齿与u轴电机齿轮20相啮合，u轴电机齿轮20固定在u轴电机19的输出端，u轴电机19固定在主轴箱1上。
29.u轴电机19启动后，u轴电机齿轮20驱动齿轮行星架21转动，u轴行星带轮23跟随行星带轮轴22公转，同时主轴带轮18通过u轴同步带一24a驱动u轴行星带轮23自转，u轴行星带轮23通过u轴同步带二24b驱动u轴带轮25转动，u轴带轮25驱动u轴传动轴26转动，u轴传动轴26驱动长轴齿轮27转动，长轴齿轮27驱动两侧的齿条28同步缩回或者伸出，在主轴带动u轴刀具旋转加工零件的同时，可以改变两刀片29的回转半径。u轴主轴单元可以通过u轴改变刀具直径大小，不再需要安装多把不同直径刀具，且可以加工复杂曲面等。本同步带轮行星机构在数控系统的控制下，刀具直径的变化可达到0.001mm的精度。
30.齿轮行星架21的后端通过球面关节轴承21a安装在主轴箱1的后部，球面关节轴承21a的后侧用主轴箱压盖30固定。可以采用thk球面关节轴承，由主轴箱压盖30压住thk球面关节轴承的外侧。
31.主轴7的后部从主轴松拉刀油缸8中穿过且对称设有两个主轴长槽7b，主轴松刀盘9从主轴长槽7b中穿过；主轴松刀盘中心的前凸台上嵌装有前顶套10，前顶套10套装在拉杆13的外周，前顶套10的前端外周可滑动地支撑于主轴中心孔的内壁；主轴7的中心孔中段设有主轴中心孔内凸圈7a，主轴中心孔内凸圈7a与前顶套10的前端面之间设有多个碟簧11。
32.两个主轴长槽7b既为主轴松刀盘9的径向穿出提供空间，便于主轴松刀盘9与主轴松拉刀油缸8之间的连接，而且为主轴松刀盘9的轴向平移提供空间。碟簧11的张力通过前顶套10推动主轴松刀盘9带动拉杆13向后平移，拉杆13的前端通过四瓣拉爪14抓紧拉钉15，使u轴刀具本体16与主轴7紧密结合。当主轴松刀盘9在主轴松拉刀油缸8的驱动下，克服碟簧11的张力向前移动时，拉杆13向前浮动，u轴刀具本体16与主轴7松开。
33.主轴7的后端口通过螺钉固定有主轴后端盖17，主轴带轮18固定在主轴后端盖17上，拉杆13的后端从主轴后端盖17及主轴带轮18的中心孔中穿过且设有间隙；主轴后端盖17的中心设有向后凸出的主轴后端盖凸台，主轴带轮18的左端口套装在主轴后端盖凸台上。主轴后端盖17将主轴7的后端口封闭，且为主轴带轮18提供固定，主轴后端盖中心孔及主轴带轮中心孔的孔径均大于拉杆13的外径，便于拉杆13的浮动。通过主轴带轮18与主轴后端盖凸台的嵌套配合，可以确保主轴带轮18与主轴后端盖17共轴线，提高主轴带轮18与主轴7的同轴度。
34.主轴松刀盘9中心的后凸台上嵌装有后顶套12，后顶套12套装在拉杆13的外周，后顶套12的后端插入主轴后端盖17的内腔且抵靠在圆螺母31上，圆螺母31旋接在拉杆13上。主轴后端盖凸圈与主轴内壁的配合，可以确保主轴后端盖17与主轴7同轴，进一步提高主轴带轮18与主轴7的同轴度。后顶套12的后端插入主轴后端盖17的内腔，延长与拉杆13的配合段长度，有利于提高拉杆13及u轴传动轴26后部悬臂端的刚度。碟簧11的张力通过前顶套10推动主轴松刀盘9向后平移，主轴松刀盘9通过后顶套12及圆螺母31带动拉杆13向后平移，拉杆13的前端通过四瓣拉爪14抓紧拉钉15，使u轴刀具本体16与主轴7紧密结合。
35.后顶套12的中部设有后顶套凸台；主轴后端盖17的前端设有主轴后端盖凸圈，主轴后端盖凸圈嵌套于主轴7的内腔。当后顶套凸台的后端面抵靠住主轴后端盖凸圈的前端口时，拉杆13即不能继续向后浮动，碟簧11到达最大伸展限位。
36.拉杆13上设有拉杆凸台13a，四瓣拉爪14的后端面抵靠在拉杆凸台13a的前侧台阶上，拉杆凸台13a的后端面与主轴中心孔内凸圈7a的前端面之间留有间隙。拉杆凸台13a为四瓣拉爪14与拉杆13的旋接提供轴向定位，拉杆凸台13a后端面与主轴中心孔内凸圈7a的前端面之间的间隙为拉杆13的向后浮动提供空间。
37.主轴松刀盘9上设有松刀盘径向气孔9a，主轴松拉刀油缸活塞的后端面旋接有活塞气接头，活塞气接头的前端与活塞轴向气孔8a相通，活塞轴向气孔8a的前端与松刀盘径向气孔9a的外端头相连通，松刀盘径向气孔9a的内端头通过拉杆13及u轴传动轴26上的径向连通孔与u轴传动轴中心气孔26a相连通，u轴传动轴中心气孔26a沿u轴传动轴26的轴线向前延伸并贯通。更换u轴刀具时，压缩空气从活塞气接头进入活塞轴向气孔8a，从活塞轴向气孔8a进入松刀盘径向气孔9a的外端头，从松刀盘径向气孔9a的内端头穿过拉杆13及u
轴传动轴26上的径向连通孔，进入u轴传动轴中心气孔26a的后端，沿u轴传动轴中心气孔26a前进，最终从主轴锥形孔将污物吹出。
38.主轴7的中部外周通过主轴平键固定有主轴驱动轮6，主轴驱动轮6通过主轴同步带5与主电机带轮4传动连接，主电机带轮4固定在主轴电机3的输出端，主轴电机3固定在主轴箱1上。主轴电机3通过主电机带轮4及主轴同步带5驱动主轴驱动轮6转动，主轴7跟随主轴驱动轮6同步转动，为u轴刀具加工工件提供动力。
39.以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
技术领域
1.本发明涉及一种加工中心，特别涉及一种u轴主轴单元机构，属于数控机床技术领域。
背景技术：
2.在传统的机床加工过程中，对于结构复杂的工件，在加工大小不同的孔、面、柱时，需要独自的刀具来加工，对于一些复杂的曲面，球面等，通常的加工中心无法加工。
3.因此希望设计一种刀具，在主轴旋转的同时，刀头可以沿着刀具做径向运动，沿径向运动的轴称之为u轴。u轴刀具可替代其变化范围内以往所需的不同直径的刀具，节省刀具成本且无需换刀，加工效率提高。在加工过程中刀具通过主轴电机驱动旋转，同时u轴刀片经u轴传动系统通过伺服电机驱动实现刀片的径向移动，按数控系统程序要求改变刀具的加工直径大小，由此可进行复杂曲面等的加工。
4.u轴主轴单元的核心在于u轴传动机构的设计，如果通过齿轮行星结构来实现，存在比较明显的缺点，比如结构复杂，噪音大，容易发生齿轮疲劳点蚀，齿根裂纹等现象，从而影响u轴传动系统的运行精度，传动效率和寿命，且齿轮还需进行润滑。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种u轴主轴单元机构，结构简单、运行稳定可靠，不用换刀即可加工出复杂的曲面或球面。
6.为解决以上技术问题，本发明的一种u轴主轴单元机构，包括主轴单元壳体，所述主轴单元壳体的中心孔中通过主轴轴承安装有主轴，所述主轴的两端从所述主轴单元壳体中伸出，且主轴中心孔的前端设有主轴锥形孔，所述主轴锥形孔中插接有与之配合的u轴刀具锥形头，所述u轴刀具锥形头的前端设有与之连为一体的u轴刀具本体，所述u轴刀具锥形头的根部圆周与所述主轴的前端之间径向固定，u轴刀具本体的轴线垂直于u轴刀具锥形头的轴线，所述u轴刀具本体的中心孔中安装有长轴齿轮，所述长轴齿轮的两侧分别啮合有齿条，两所述齿条分别沿u轴刀具本体的轴向呈中心对称向外延伸，两所述齿条的外端头分别固定有刀片。
7.相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：当u轴刀具锥形头与主轴锥形孔紧密配合时，主轴带动u轴刀具本体上的两刀片同步旋转，对工件进行加工。同时长轴齿轮转动驱动两侧的齿条同步缩回或者伸出，两刀片的回转半径同步缩小或放大，随着刀片回转半径的变化，实现不规则曲面的加工。在刀片回转直径的变化范围，可替代以往多把不同直径的刀具；从而在不用停车换刀的情况下，可在工件表面加工出复杂的曲面或球面。
8.作为本发明的改进，所述u轴刀具锥形头的中心孔后端设有螺纹段且旋接有拉钉，所述拉钉的后端与四瓣拉爪配合，所述四瓣拉爪的后端旋接在拉杆的前端外周，所述拉杆沿所述主轴中心孔向后延伸，所述拉杆的后部安装有主轴松刀盘，所述主轴松刀盘与主轴松拉刀油缸的活塞固定连接。正常工作时，主轴松拉刀油缸不建压，拉杆向后拉动时，拉杆
的前端牵引四瓣拉爪向后移动，使四瓣拉爪得以抓紧拉钉向后移动，拉钉拉动u轴刀具锥形头后移，直至与主轴锥形孔卡死，实现u轴刀具本体与主轴的结合。停止加工，或者更换u轴刀具本体时，主轴松拉刀油缸建压，驱动主轴松刀盘向前移动，则四瓣拉爪松开拉钉，u轴刀具锥形头与主轴锥形孔之间的拉力消失。
9.作为本发明的进一步改进，所述长轴齿轮的中心轴沿所述u轴刀具锥形头及拉钉的中心孔向后延伸，且长轴齿轮中心轴的后端头凸榫插接在u轴传动轴前端的凹槽中，所述u轴传动轴沿所述拉杆的中心孔向后延伸且后端固定有u轴带轮；所述主轴的后端安装有主轴带轮，所述主轴带轮通过u轴同步带一与u轴行星带轮传动连接，所述u轴行星带轮通过u轴同步带二与所述u轴带轮传动连接；所述u轴行星带轮通过球轴承安装在行星带轮轴上，所述行星带轮轴的一端与齿轮行星架固定连接，所述齿轮行星架的外齿与u轴电机齿轮相啮合，所述u轴电机齿轮固定在u轴电机的输出端。u轴电机启动后，u轴电机齿轮驱动齿轮行星架转动，u轴行星带轮跟随行星带轮轴公转，同时主轴带轮通过u轴同步带一驱动u轴行星带轮自转，u轴行星带轮通过u轴同步带二驱动u轴带轮转动，u轴带轮驱动u轴传动轴转动，u轴传动轴驱动长轴齿轮转动，长轴齿轮驱动两侧的齿条同步缩回或者伸出，在主轴带动u轴刀具旋转加工零件的同时，可以改变两刀片的回转半径。u轴主轴单元可以通过u轴改变刀具直径大小，不再需要安装多把不同直径刀具，且可以加工复杂曲面等。本同步带轮行星机构在数控系统的控制下，刀具直径的变化可达到0.001mm的精度。u轴传动轴、拉杆及主轴形成三重嵌套，结构十分紧凑。u轴行星带轮分别通过u轴同步带与主轴带轮及u轴带轮转动，同步带轮行星机构与传统的行星齿轮机构相比，结构简单，易于安装，且使用寿命长，降低成本，避免了齿轮行星机构的各种缺点。
10.作为本发明的进一步改进，所述主轴的后部从所述主轴松拉刀油缸中穿过且对称设有两个主轴长槽，所述主轴松刀盘从所述主轴长槽中穿过；所述主轴松刀盘中心的前凸台上嵌装有前顶套，所述前顶套套装在所述拉杆的外周，所述前顶套的前端外周可滑动地支撑于所述主轴中心孔的内壁；所述主轴的中心孔中段设有主轴中心孔内凸圈，所述主轴中心孔内凸圈与所述前顶套的前端面之间设有多个碟簧。两个主轴长槽既为主轴松刀盘的径向穿出提供空间，便于主轴松刀盘与主轴松拉刀油缸之间的连接，而且为主轴松刀盘的轴向平移提供空间。碟簧的张力通过前顶套推动主轴松刀盘带动拉杆向后平移，拉杆的前端通过四瓣拉爪抓紧拉钉，使u轴刀具本体与主轴紧密结合。当主轴松刀盘在主轴松拉刀油缸的驱动下，克服碟簧的张力向前移动时，拉杆向前浮动，u轴刀具本体与主轴松开。
11.作为本发明的进一步改进，所述主轴的后端口通过螺钉固定有主轴后端盖，所述主轴带轮固定在所述主轴后端盖上，所述拉杆的后端从所述主轴后端盖及主轴带轮的中心孔中穿过且设有间隙；所述主轴后端盖的中心设有向后凸出的主轴后端盖凸台，所述主轴带轮的左端口套装在所述主轴后端盖凸台上。主轴后端盖将主轴的后端口封闭，且为主轴带轮提供固定，主轴后端盖中心孔及主轴带轮中心孔的孔径均大于拉杆的外径，便于拉杆的浮动。通过主轴带轮与主轴后端盖凸台的嵌套配合，可以确保主轴带轮与主轴后端盖共轴线，提高主轴带轮与主轴的同轴度。
12.作为本发明的进一步改进，所述主轴松刀盘中心的后凸台上嵌装有后顶套，所述后顶套套装在所述拉杆的外周，所述后顶套的后端插入所述主轴后端盖的内腔且抵靠在圆螺母上，所述圆螺母旋接在所述拉杆上。主轴后端盖凸圈与主轴内壁的配合，可以确保主轴
后端盖与主轴同轴，进一步提高主轴带轮与主轴的同轴度。后顶套的后端插入主轴后端盖的内腔，延长与拉杆的配合段长度，有利于提高拉杆及u轴传动轴后部悬臂端的刚度。碟簧的张力通过前顶套推动主轴松刀盘向后平移，主轴松刀盘通过后顶套及圆螺母带动拉杆向后平移，拉杆的前端通过四瓣拉爪抓紧拉钉，使u轴刀具本体与主轴紧密结合。
13.作为本发明的进一步改进，所述后顶套的中部设有后顶套凸台，所述主轴后端盖的前端设有主轴后端盖凸圈，所述主轴后端盖凸圈嵌套于所述主轴的内腔。当后顶套凸台的后端面抵靠住主轴后端盖凸圈的前端口时，拉杆即不能继续向后浮动，碟簧到达最大伸展限位。
14.作为本发明的进一步改进，所述拉杆上设有拉杆凸台，所述四瓣拉爪的后端面抵靠在所述拉杆凸台的前侧台阶上，所述拉杆凸台的后端面与所述主轴中心孔内凸圈的前端面之间留有间隙。拉杆凸台为四瓣拉爪与拉杆的旋接提供轴向定位，拉杆凸台后端面与主轴中心孔内凸圈的前端面之间的间隙为拉杆的向后浮动提供空间。
15.作为本发明的进一步改进，所述主轴松刀盘上设有松刀盘径向气孔，所述主轴松拉刀油缸活塞的后端面旋接有活塞气接头，所述活塞气接头的前端与活塞轴向气孔相通，所述活塞轴向气孔的前端与所述松刀盘径向气孔的外端头相连通，所述松刀盘径向气孔的内端头通过所述拉杆及u轴传动轴上的径向连通孔与u轴传动轴中心气孔相连通，所述u轴传动轴中心气孔沿u轴传动轴的轴线向前延伸并贯通。更换u轴刀具时，压缩空气从活塞气接头进入活塞轴向气孔，从活塞轴向气孔进入松刀盘径向气孔的外端头，从松刀盘径向气孔的内端头穿过拉杆及u轴传动轴上的径向连通孔，进入u轴传动轴中心气孔的后端，沿u轴传动轴中心气孔前进，最终从主轴锥形孔将污物吹出。
16.作为本发明的进一步改进，所述主轴的中部外周通过主轴平键固定有主轴驱动轮，所述主轴驱动轮通过主轴同步带与主电机带轮传动连接，所述主电机带轮固定在主轴电机的输出端。主轴电机通过主电机带轮及主轴同步带驱动主轴驱动轮转动，主轴跟随主轴驱动轮同步转动，为u轴刀具加工工件提供动力。
附图说明
17.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，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。
18.图1为本发明u轴主轴单元机构的主视图。
19.图2为图1的左视图。
20.图3为图2中沿a-a的剖视图。
21.图4为图1中沿b-b的剖视图。
22.图5为图1的立体图。
23.图中：1.主轴箱；2.主轴单元壳体；2a.主轴轴承；3.主轴电机；4.主电机带轮；5.主轴同步带；6.主轴驱动轮；7.主轴；7a.主轴中心孔内凸圈；7b.主轴长槽；8.主轴松拉刀油缸；8a.活塞轴向气孔；9.主轴松刀盘；9a.松刀盘径向气孔；10.前顶套；11.碟簧；12.后顶套；13.拉杆；13a.拉杆凸台；14.四瓣拉爪；15.拉钉；16.u轴刀具本体；16a.u轴刀具锥形头；17.主轴后端盖；18.主轴带轮；19.u轴电机；20.u轴电机齿轮；21.齿轮行星架；21a.球面关节轴承；22.行星带轮轴；23.u轴行星带轮；24a.u轴同步带一；24b.u轴同步带二；25.u轴带
轮；26.u轴传动轴；26a.u轴传动轴中心气孔；27.长轴齿轮；28.齿条；29.刀片；30.主轴箱压盖；31.圆螺母。
具体实施方式
24.如图1至图5所示，本发明u轴主轴单元机构包括主轴单元壳体2，主轴单元壳体2的中心孔中通过主轴轴承2a安装有主轴7，主轴7的两端从主轴单元壳体2中伸出，且主轴中心孔的前端设有主轴锥形孔，主轴锥形孔中插接有与之配合的u轴刀具锥形头16a，u轴刀具锥形头16a的前端设有与之连为一体的u轴刀具本体，所述u轴刀具锥形头的根部圆周与所述主轴的前端之间径向固定16，u轴刀具本体16的轴线垂直于u轴刀具锥形头16a的轴线，u轴刀具本体16的中心孔中安装有长轴齿轮27，长轴齿轮27的两侧分别啮合有齿条28，两齿条28分别沿u轴刀具本体16的轴向呈中心对称向外延伸，两齿条28的外端头分别固定有刀片29。
25.当u轴刀具锥形头16a与主轴锥形孔紧密配合时，主轴带动u轴刀具本体16上的两刀片29同步旋转，对工件进行加工。同时长轴齿轮27转动驱动两侧的齿条28同步缩回或者伸出，两刀片29的回转半径同步缩小或放大，随着刀片回转半径的变化，实现不规则曲面的加工。在刀片回转直径的变化范围，可替代以往多把不同直径的刀具；从而在不用停车换刀的情况下，可在工件表面加工出复杂的曲面或球面。
26.u轴刀具锥形头16a的中心孔后端设有螺纹段且旋接有拉钉15，拉钉15的后端与四瓣拉爪14配合，四瓣拉爪14的后端旋接在拉杆13的前端外周，拉杆13沿主轴中心孔向后延伸，拉杆13的后部安装有主轴松刀盘9，主轴松刀盘9与主轴松拉刀油缸8的活塞固定连接。
27.正常工作时，主轴松拉刀油缸8不建压，拉杆13向后拉动时，拉杆13的前端牵引四瓣拉爪14向后移动，使四瓣拉爪14得以抓紧拉钉15向后移动，拉钉15拉动u轴刀具锥形头16a后移，直至与主轴锥形孔卡死，实现u轴刀具本体16与主轴7的结合。停止加工，或者更换u轴刀具本体16时，主轴松拉刀油缸8建压，驱动主轴松刀盘9向前移动，则四瓣拉爪14松开拉钉15，u轴刀具锥形头16a与主轴锥形孔之间的拉力消失。
28.长轴齿轮27的中心轴沿u轴刀具锥形头16a及拉钉15的中心孔向后延伸，且长轴齿轮中心轴的后端头凸榫插接在u轴传动轴26前端的凹槽中，u轴传动轴26沿拉杆13的中心孔向后延伸且后端固定有u轴带轮25；主轴7的后端安装有主轴带轮18，主轴带轮18通过u轴同步带一24a与u轴行星带轮23传动连接，u轴行星带轮23通过u轴同步带二24b与u轴带轮25传动连接；u轴行星带轮23通过球轴承安装在行星带轮轴22上，行星带轮轴22的一端与齿轮行星架21固定连接，齿轮行星架21的外齿与u轴电机齿轮20相啮合，u轴电机齿轮20固定在u轴电机19的输出端，u轴电机19固定在主轴箱1上。
29.u轴电机19启动后，u轴电机齿轮20驱动齿轮行星架21转动，u轴行星带轮23跟随行星带轮轴22公转，同时主轴带轮18通过u轴同步带一24a驱动u轴行星带轮23自转，u轴行星带轮23通过u轴同步带二24b驱动u轴带轮25转动，u轴带轮25驱动u轴传动轴26转动，u轴传动轴26驱动长轴齿轮27转动，长轴齿轮27驱动两侧的齿条28同步缩回或者伸出，在主轴带动u轴刀具旋转加工零件的同时，可以改变两刀片29的回转半径。u轴主轴单元可以通过u轴改变刀具直径大小，不再需要安装多把不同直径刀具，且可以加工复杂曲面等。本同步带轮行星机构在数控系统的控制下，刀具直径的变化可达到0.001mm的精度。
30.齿轮行星架21的后端通过球面关节轴承21a安装在主轴箱1的后部，球面关节轴承21a的后侧用主轴箱压盖30固定。可以采用thk球面关节轴承，由主轴箱压盖30压住thk球面关节轴承的外侧。
31.主轴7的后部从主轴松拉刀油缸8中穿过且对称设有两个主轴长槽7b，主轴松刀盘9从主轴长槽7b中穿过；主轴松刀盘中心的前凸台上嵌装有前顶套10，前顶套10套装在拉杆13的外周，前顶套10的前端外周可滑动地支撑于主轴中心孔的内壁；主轴7的中心孔中段设有主轴中心孔内凸圈7a，主轴中心孔内凸圈7a与前顶套10的前端面之间设有多个碟簧11。
32.两个主轴长槽7b既为主轴松刀盘9的径向穿出提供空间，便于主轴松刀盘9与主轴松拉刀油缸8之间的连接，而且为主轴松刀盘9的轴向平移提供空间。碟簧11的张力通过前顶套10推动主轴松刀盘9带动拉杆13向后平移，拉杆13的前端通过四瓣拉爪14抓紧拉钉15，使u轴刀具本体16与主轴7紧密结合。当主轴松刀盘9在主轴松拉刀油缸8的驱动下，克服碟簧11的张力向前移动时，拉杆13向前浮动，u轴刀具本体16与主轴7松开。
33.主轴7的后端口通过螺钉固定有主轴后端盖17，主轴带轮18固定在主轴后端盖17上，拉杆13的后端从主轴后端盖17及主轴带轮18的中心孔中穿过且设有间隙；主轴后端盖17的中心设有向后凸出的主轴后端盖凸台，主轴带轮18的左端口套装在主轴后端盖凸台上。主轴后端盖17将主轴7的后端口封闭，且为主轴带轮18提供固定，主轴后端盖中心孔及主轴带轮中心孔的孔径均大于拉杆13的外径，便于拉杆13的浮动。通过主轴带轮18与主轴后端盖凸台的嵌套配合，可以确保主轴带轮18与主轴后端盖17共轴线，提高主轴带轮18与主轴7的同轴度。
34.主轴松刀盘9中心的后凸台上嵌装有后顶套12，后顶套12套装在拉杆13的外周，后顶套12的后端插入主轴后端盖17的内腔且抵靠在圆螺母31上，圆螺母31旋接在拉杆13上。主轴后端盖凸圈与主轴内壁的配合，可以确保主轴后端盖17与主轴7同轴，进一步提高主轴带轮18与主轴7的同轴度。后顶套12的后端插入主轴后端盖17的内腔，延长与拉杆13的配合段长度，有利于提高拉杆13及u轴传动轴26后部悬臂端的刚度。碟簧11的张力通过前顶套10推动主轴松刀盘9向后平移，主轴松刀盘9通过后顶套12及圆螺母31带动拉杆13向后平移，拉杆13的前端通过四瓣拉爪14抓紧拉钉15，使u轴刀具本体16与主轴7紧密结合。
35.后顶套12的中部设有后顶套凸台；主轴后端盖17的前端设有主轴后端盖凸圈，主轴后端盖凸圈嵌套于主轴7的内腔。当后顶套凸台的后端面抵靠住主轴后端盖凸圈的前端口时，拉杆13即不能继续向后浮动，碟簧11到达最大伸展限位。
36.拉杆13上设有拉杆凸台13a，四瓣拉爪14的后端面抵靠在拉杆凸台13a的前侧台阶上，拉杆凸台13a的后端面与主轴中心孔内凸圈7a的前端面之间留有间隙。拉杆凸台13a为四瓣拉爪14与拉杆13的旋接提供轴向定位，拉杆凸台13a后端面与主轴中心孔内凸圈7a的前端面之间的间隙为拉杆13的向后浮动提供空间。
37.主轴松刀盘9上设有松刀盘径向气孔9a，主轴松拉刀油缸活塞的后端面旋接有活塞气接头，活塞气接头的前端与活塞轴向气孔8a相通，活塞轴向气孔8a的前端与松刀盘径向气孔9a的外端头相连通，松刀盘径向气孔9a的内端头通过拉杆13及u轴传动轴26上的径向连通孔与u轴传动轴中心气孔26a相连通，u轴传动轴中心气孔26a沿u轴传动轴26的轴线向前延伸并贯通。更换u轴刀具时，压缩空气从活塞气接头进入活塞轴向气孔8a，从活塞轴向气孔8a进入松刀盘径向气孔9a的外端头，从松刀盘径向气孔9a的内端头穿过拉杆13及u
轴传动轴26上的径向连通孔，进入u轴传动轴中心气孔26a的后端，沿u轴传动轴中心气孔26a前进，最终从主轴锥形孔将污物吹出。
38.主轴7的中部外周通过主轴平键固定有主轴驱动轮6，主轴驱动轮6通过主轴同步带5与主电机带轮4传动连接，主电机带轮4固定在主轴电机3的输出端，主轴电机3固定在主轴箱1上。主轴电机3通过主电机带轮4及主轴同步带5驱动主轴驱动轮6转动，主轴7跟随主轴驱动轮6同步转动，为u轴刀具加工工件提供动力。
39.以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
再多了解一些
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