一种液压控制转轴与卡盘的一体式车削主轴的制作方法

1.本发明涉及机械制造领域，尤其是切削机床，再具体一点说就是一种液压控制转轴与卡盘的一体式车削主轴。


背景技术：

2.现有的切削主轴技术为了提高切削精度与高稳定性，采用了能够克服机械轴承产生游隙偏差值的液压控制技术，液压又有动压与静压技术之区别，两者各有优劣，液压的介质以高纯净，低粘性，耐高温的油料为主，其技术的核心是用液压控制系统调控微量的液压层匀压匀距包裹转轴，这样既保证了轴心的高度同心，也保证了旋转轴的自由度，同时还延长了使用寿命，切削的稳定性也得到了大幅度提升，不管是车削与铣削或者是磨削都有广泛应用，只要有旋转轴与固定轴功能的主轴都能够加以运用，但是利用的方式差别很大，不管轴的旋转还是矩形平面的运动都有如此利用，该技术在我国的发展已经历史悠久。
3.车削主轴仅仅有旋转轴是无法完成切削任务的，还必须有夹持工件的卡盘，卡盘要能够自动控制夹持，还要保证合适的夹持力与高同心度，否则车切削主轴是不完整的，为了做到这些必要的要求，现有的技术是将液压回转油缸安装在车削主轴的尾部，依靠转距产生的轴向运动带动与卡盘相连接的拉杆伸缩，以此完成对夹爪的张力调控。
4.以上两项技术的应用确实有助于制造水平的提升，尤其是在精度与稳定性方面表现十分优秀，但是要将这两项技术的优势在同一车切削主轴上发挥出来，现在未见公开文件与市售产品，原因在于相互存在机械结构上的轴向冲突，比例卡盘与旋转驱动轴的轴向距离就会变长，尾部进料的中空轴也会相应变远，除此之外夹持的力距也会变大，由此可见，除了精度难以得到充分保证外，实用性也受到了局限。


技术实现要素：

5.本发明的目是为机械制造领域提供一种完整的利用液压控制系统完成对车切削转轴与卡盘的一体式调控，解决静压转轴与卡盘不能制造成一体式的问题，为高精度的车切削提供一种更可靠,更实用的功能部件。
6.本发明的技术内容是由四个部分组成，分别是静压轴承、油缸、滑块卡盘、转轴，所有组件以同轴心的结构特征构成一体式车切削主轴。
7.静压轴承由轴心到外圆依次为转轴、静压轴瓦、内推力套、主轴套，轴向还设计有静压前法兰、静压后法兰、防渗漏密封圈、防护挡圈，其中静压轴瓦又分前静压轴瓦与后静压轴瓦，内推力套同样分前内推力套与后内推力套，静压轴瓦的作用是与旋转轴在油压的作用下保持径向匀质油膜及径向力，同时还起到分散介质与导热散热的效果，内推力套的用处有四个，首先是固定静压轴瓦，其次是在油压的作用下保持轴向位置的匀质油膜与轴向推力，再其次构建冷却系统，还有就是为静压轴瓦构建渗透液压油的微循环系统，主轴套的功能在于为整体结构提供基体钢性与保护，安装固定机械结构，提供液压油循环通道的管路安装与冷却导排散热通道。
8.液压缸(油缸)由内塞密封圈、夹持缸套、中空活塞、活塞挡片、外塞密封圈、防渗漏密封圈、油缸法兰、缸体等构成，夹持缸套在液压的作用下作轴向的往复运动，以此驱动卡盘的夹爪实现夹持动作。
9.滑块卡盘由卡盘基体、“t”型夹爪滑块、滑块螺母、限位块、夹爪等构成，“t”型滑块是卡盘夹持的现实目的，滑块嵌入夹持缸套的滑道内，夹爪滑块、滑块螺母、限位块、夹爪以卡盘基体圆周等分构造，夹持动作与已经公开的技术或产品相当。
10.转轴由中空连接管、内导条、过渡内导套、传动轮、限位法兰等组成，中空管的外圆有一突起法兰圈(限位法兰)，作用是定位静压轴的轴向位置，内壁开有几道插槽，嵌入有内导条，过渡内导套偏靠于卡盘的一端，功能是将工件的轴心导正，便于卡盘顺利夹持，尾部由限位法兰锁定，防止内导条脱落，管的外部同轴心安装驱动装置。
11.进一步地：叙述1.静压轴瓦有前瓦与后瓦，内圆周壁体设有油腔，腔径大于内径，腔体径向开了贯穿的进油孔，圆周等分。
12.内推力套有前推力套与后推力套，内圆周壁设有环状配油槽，轴向位置对应静压轴瓦的进油孔，为静压轴瓦内的油腔完成圆周匀质供油，径向有进油通孔，进油通孔的轴向位置与环状配油槽相通，形成径向油路的连贯相通(径向静压)，近两端的位置有径向的沉孔，径向的沉孔与两端的轴向沉孔相通，两端有圆周等分的推力油腔并径向设计了油孔与径向的油孔相通，形成轴向油路的连贯相通(轴向静压)，不仅如此，该外圆周壁还设有环状的冷却水槽，轴向位置与油路孔位错开。
13.主轴套内壁设有环状的为推力油腔供油的供油槽，槽中有径向的牙孔，供外部接入油管，槽的轴向位置与内推力套的径向油孔对应构成推力静压系统。外壁还设计了径向油压的主进油牙孔，供外部接入油管，轴向位置与内推力套的进油孔对应构成径向静压系统。除此之外，还径向设有冷却的牙孔，供接入导流管，轴向位置对应内推力套外壁的冷却槽构成冷却系统。主轴套的两端还紧固有前后法兰，法兰的内径与转轴同轴心配合，配合间隙处是密封圈与挡片，后法兰还将作为与机床主轴座的同轴心紧固安装。
14.径向的油腔、油槽、进油孔，冷却槽、导流孔和轴向推力的油腔，油孔的数量视不同型号卡盘之容径及转轴悬距等综合因素而定。
15.叙述2.液压缸(油缸)中的活塞内外圆周壁安装了密封圈或油环,以阻止串油,近卡盘的一端紧固连接的是夹持轴套（连杆），该轴套与转轴同轴心滑配，另一个头是凸台，凸台与卡盘同轴心滑配，凸台内还设有“t”型的夹爪滑道，滑道是圆周等分，滑道轴向还呈现倾斜角，足够迫使滑块进行径向的收缩运动，夹持轴套（连杆）置于卡盘的内部作轴向的往复推拉运动。
16.叙述3.滑块卡盘为圆柱状,一端面是大沉头，另一端面是夹爪的“t”型滑道，夹持轴套（连杆）的凸台与滑块卡盘的大沉头相滑配，夹爪的滑道除了有径向的滑道外还在滑道内设有轴向的滑道，该滑道给“t”型夹爪滑块的径向运动留下行程空间。卡盘中心为中空通孔，孔的圆周边是紧固连接转轴的牙孔与定位销孔。
[0017]“t”型夹爪滑块为丁字状结构，装配在夹持轴套（连杆）与卡盘“t”滑道内，三者相互作用于夹爪进行扩张与收缩运动。
[0018]
叙述4.转轴的一头与滑块卡盘紧固连接成一个整体。
[0019]
本发明的技术原理与有益效果如下。
[0020]
1.静压轴承由里及外是转轴、静压轴瓦、内推力套、主轴套,与现有技术不同的是将静压轴套一分三,这样做的效果是紧贴转轴的套体材料可以优选型变系数小，耐磨性能高的钢材，最大限度减少径向收缩尺寸，使油膜的厚度保持一致性,防止转轴旋转阻力出现波幅变动,更换维护也十分方便。内推力套体材料优选耐磨性能高，导热系数高的材料作基材，起到既限制了转轴向位移，又能将转轴高速旋转产生的热能传递出去，同时为内部的供油提供通道。主轴套首先为静压轴瓦、内推力套提供基体，其次为转轴的安装给予法兰支撑，再者就是为内部供油，保压，散热提供通道。
[0021]
2.液压缸（油缸）由里及外分别是转轴、活塞、缸体，其中活塞套在转轴上自由往来复运动，通过夹持缸套（连杆）内构建的斜坡滑道迫使夹爪完成径向伸缩，缸体除了为内部供油保压提供通道与基体外还左右紧固连接静压轴承的前法兰与本体紧固安装的油缸法兰，该法兰内径设密封圈与挡片等。
[0022]
3.滑块卡盘与已经公开的和市售的卡盘不同之处在于径向的滑道有轴向的斜坡滑道，是为同一个“t”型滑块提供导向。
[0023]
4.转轴为中空管,轴向依次同轴心安装了静压轴承组件、油缸、滑块卡盘,构成了本发明的一体式车削主轴,转轴内分别安放的导条与导向套为橡塑制品,克服工件传动与轴体接触产生机械伤与噪音,导向套还起到将工件导正纠偏的效果,保证工件夹持的相对轴心,定位法兰位于静压轴承前后轴瓦之间,在内推力套的作用下对转轴进行轴向定位,转轴一端紧固安装定位滑道卡盘,一端是限位法兰，阻止内导条的脱落，如果将电机的定子装在转轴上还将实现一种电机直接驱动的电主轴。
附图说明
[0024]
下面对本发明的附图作进一步的说明。
[0025]
图1是本发明的前视图。
[0026]
图2是本发明的后视图。
[0027]
图3是本发明的上视图。
[0028]
图4是本发明的下视图。
[0029]
图5是本发明的等轴侧视图。
[0030]
图6是本发明的静压轴瓦当前视图。
[0031]
图7是本发明的内推力套当前视图。
[0032]
图8是本发明的静压主轴套当前视图。
[0033]
图9是本发明的前后轴瓦位置当前视图。
[0034]
图10是本发明的前后内推力套位置当前视图。
[0035]
图11是本发明的油缸主体当前视图。
[0036]
图12是本发明的活塞当前视图。
[0037]
图13是本发明的静压轴后法兰当前视图。
[0038]
图14是本发明的静压轴前法兰当前视图。
[0039]
图15是本发明的液压缸法兰当前视图。
[0040]
图16是本发明的夹持缸套当前视图1。
[0041]
图17是本发明的夹持缸套当前视图2。
[0042]
图18是本发明的内传动卡盘当前视图1。
[0043]
图19是本发明的内传动卡盘当前视图2。
[0044]
图20是本发明的“t”型滑块当前视图。
[0045]
图21是本发明的夹持状态当前视图。
[0046]
图22是本发明的转轴当前视图。
[0047]
图23是本发明的内导套当前视图。
[0048]
图中：1
‑“
t”型夹爪（夹爪），2-滑块卡盘（卡盘），3-内导套，4-前法兰，5-转轴紧固螺孔，6-静压轴承紧固螺孔，7、21-后法兰，8-法兰定位圈，9-限位挡圈，10-限位法兰，11-内导条，12-内导套，14-定位销孔，16-紧固安装孔，17-夹持缸套，19-油缸（体），20、43-静压轴承（套），22-驱动装置，23-转轴，24-径向进油孔，25-轴向进油孔，26-溢油输出孔，27-油腔测压传感器输入孔，28-后冷却系统出入孔，29-前冷却系统出入孔，30-液压油出入口，31-静压轴承前法兰，32-轴瓦体，33-径向油孔，34-环状油腔，35-轴瓦内臂，37-轴向油孔，38-推力油腔，39-推力套（体），40-环状配油槽，41-环状散热槽，42-推力径向油孔，44-散热流体出入口，45-轴瓦配油出入口，46-推力配油出入口，47-法兰紧固螺孔，48-法兰定位孔，49-推力环状配油槽，50-前轴瓦，51-后轴瓦，52-后推力套，53-转轴定位法兰，54-前推力套，55-输出密封圈，56-外密封圈，57-活塞，58-内密封圈，59-后法兰（体），60-静压主轴套螺孔，61-密封圈（位），62-挡圈（位），63-挡圈螺孔，64-前法兰（体），65-油缸螺孔，66-油缸法兰（体），67-密封圈（位），68-夹持缸套（体），69-夹爪油孔，70-连杆体，71-活塞螺孔，72-中空，73
‑“
t”型滑块导道，74-卡盘体，75-夹爪导程槽，76-夹持导套壁，77-转轴紧固定位螺孔，78-等分“t”型导道，79
‑“
t”型滑块，80-注油孔，81-螺母导道，82-润滑油孔，83-夹爪位移齿，84-限位块导槽，85-限位块，86-紧固螺母块，87-紧固螺孔，88-啮合线，89-中空管体，90-驱动位，91-定位筋，92-导向斜坡，93-紧固螺孔。
具体实施例
[0049]
下面将结合附图说明本发明的实施例，举例中将对实现技术方案进行清楚、完整地描述，而这仅仅是本发明实施方法的一种，而不是全部的实施例。基于本发明的技术原理与结构特征，本领域普通技术人员在没有作出突破性的创造性劳动的前提下还可以获得的其他近似的实施例，所有这些都属于本发明保护的范围。
[0050]
本发明依次由滑块卡盘（2）、油缸（体）（19）、静压轴承（套）（20、43）、转轴（23）四大部分以转轴（23）为同轴心装配而成。
[0051]
静压轴承（套）（20、43）从转轴（23）到外圆依次为转轴（23）本体、静压前轴瓦（50）与后轴瓦（51）、后推力套（52）与前推力套（54）、主轴套（20），轴向还设计有静压前法兰（4）与静压后法兰（7）、密封圈（67）、限位挡圈（9）等。静压轴瓦的作用是与旋转轴在油压的作用下保持径向匀质油膜及径向力，同时还起到分散介质与导热散热的效果，推力套的用处有四个，1.是固定静压轴瓦，2.是在油压的作用下保持轴向位置的匀质油膜与轴向推力，3.构建冷却系统，4.为静压轴瓦构建渗透液压油的微循环系统，主轴套的功能在于为整体结构提供基体钢性与保护，安装固定机械结构，提供液压油循环通道的管路安装与冷却导排散热通道。
[0052]
液压控制的油缸（体）（19）由内密封圈（58）、夹持缸套（体）（68）、活塞（57）、挡圈（位）（62）、外密封圈（56）、密封圈（位）（67）、油缸法兰（66）、紧固件等构成，夹持缸套（体）（68）在液压的作用下作轴向的往复运动，以此驱动卡盘（2）中的夹爪（1）实现夹持动作。
[0053]
滑块卡盘由卡盘体（74）、“t”型滑块（79）、紧固螺母块（86）、限位块（85）、夹爪（1）等构成，“t”型滑块（79）是夹持工件的最终体现，滑块嵌入“t”型滑块导道（73）与等分“t”型导道（78）内。“t”型滑块（79）、紧固螺母块（86）、限位块（85）、夹爪（1）以卡盘（1）基体圆周等分构造，夹持动作与已经公开的技术或产品相当，即径向的伸缩夹持。
[0054]
转轴（23）由中空管、内导条（11）、过渡的内导套（12）、驱动装置（22）、转轴定位法兰（53）、内导条挡片（10）等组成，中空管的外圆有一突起法兰圈即转轴定位法兰（53），在和后推力套（52）与前推力套（54）的相互约束下定位转轴（23）的轴向位置，内壁开有几道槽口并嵌入内导条（11），过渡的内导套（12）偏靠于滑块卡盘（2）的一端，功能是将工件的轴心导正，更有利于同心夹持，导条（11）的末端由限位法兰（10）锁定，防止内导条脱落，管的外部同轴心安装有驱动装置（22）。
[0055]
进一步地1:静压轴瓦体(32)有前轴瓦（50）与后轴瓦（51），内圆为轴瓦内臂(35)，与转轴的间隙为单边0.05-0.09mm，壁体还设计有环状油腔(34)，腔体径向开了贯穿的进油孔(33)，圆周等分，数量根据圆径大小灵活而定，在液压系统的调控下持续保压供油。
[0056]
进一步地2:推力套体（39）有前推力套（64）与后推力套（52），内圆周壁设有环状配油槽（40），深度1mm，轴向位置对应静压前后轴瓦的进油孔（33），为静压轴瓦内的环状油腔(34)完成圆周匀质供油，径向有推力径向油孔（42），该油孔的轴向位置与环状配油槽（40）相通，形成径向油路的连贯相通，近两端的位置有推力径向油孔（42）与推力油腔（38）以及轴向油孔（37），径向油孔（42）与两端的轴向油孔（37）相通，两端有圆周等分的推力油腔（38），形成轴向油路的连贯相通，不仅如此，该外圆面上还设有环状散热槽（41），轴向位置与油路孔位错开。
[0057]
进一步地3:静压轴承（套）（20、43）内壁设有环状的为推力油腔（38）供油的推力环状配油槽（49），槽中有径向的推力配油出入口（46），供外部接入油管，槽的轴向位置与内推力套（体）（39）的推力径向油孔（42）对应构成推力静压供油系统。外壁还设计了轴瓦配油出入口（45），供外部接入油管，轴向位置与内推力套（体）（39）的进油孔对应构成径向静压供油系统。除此之外，还径向设有散热流体出入口（44），供接入导流管，轴向位置对应内推力套（体）（39）外壁的冷却水槽构成冷却散热系统。主轴套（43）的两端还紧固有前法兰（4）与后法兰（21），法兰的内径与转轴（23）同轴心配合，配合间隙处是密封圈（位）（61）与挡圈（位）（62），后法兰（21）还用于与机床主轴座的同轴心紧固安装。
[0058]
进一步地4:通过几道径向的环形油腔、油槽、圆周分布的油孔，冷却槽、导流孔和轴向推力的油腔，油孔形成既有径向匀压又有轴向匀压以及导（散）热的静压系统，数量视不同型号卡盘（2）容径及转轴（23）悬距等综合因素而定。
[0059]
进一步地5:油缸（体）（19）中的活塞（57）内外圆周壁分别安装上外密封圈（56）与内密封圈（58）或油环,以阻止串油,近卡盘（2）的一端紧固连接的是夹持缸套（体）（68），又称之连杆体（70），套在转轴（23）上滑配，夹持缸套（体）（68）另一个头是凸台即夹持缸套（体）（68），凸台内设有“t”型滑块导道（73），呈现圆周等分，滑道轴向呈现倾斜角，足够导向“t”型滑块（79）进行径向的收缩运动，夹持缸套（体）（68）除了套在转轴（23）上还置于卡盘
（2）的内部作轴向的往复推拉运动。
[0060]
进一步地6:卡盘体（74）为圆柱状，一端面是大沉孔形成夹持导套壁(76)，另一端面是夹爪（1）的“t”型滑块导道（73），呈现出等分“t”型导道（78），该滑道即夹爪导程槽（75）给“t”型夹爪（1）的径向运动留下行程空间。卡盘体（74）中心为中空通孔，孔的圆周边是转轴紧固定位螺孔（77）。
[0061]
进一步地7:“t”型滑块（79）与夹爪（1）构成丁字状结构的组件，装配在夹持缸套（体）（68）与“t”型滑块导道（73）的滑道内，三者相互作用于夹爪（1）进行扩张与收缩运动。
[0062]
进一步地8:转轴（23）的一头与卡盘体（74）紧固连接成一个整体,另一头同轴心装有驱动装置,驱动可以是一体式的电机的定子,也可以是分体式的传动轮，尤其是电机的定子还可以安装在转轴定位法兰（53）的外部。