一种机床立卧主轴头设计研究

张小雨

本文设计研究了一种竖向面、横向面均可加工且无需更换主轴头的机床立卧主轴头。文章从背景技术、设计内容、实施方法等方面对此设计进行了详细阐述。

现阶段，使用最为广泛的机床主轴头一般包含两部分结构，分别为松紧刀机构和主轴机构。其中松紧刀机构主要包括了碟簧组、拉刀爪、拉刀杆和油缸，在结构上拉刀杆套装了碟簧组，拉刀杆的前端连接有拉刀爪，拉刀杆的后端连接有油缸活塞。实际应用时，拉刀杆、拉刀爪和碟簧组均安装在主轴内腔，碟簧组为装置提供紧刀力，而油缸为装置提供松刀力。主轴机构由支撑主轴和中空主轴的旋转轴承座和轴承组构成。主轴机构的前端安装有装夹刀具的锥孔，后端安装有油缸。市场上现存的机床主轴头一般包含一个主轴机构、一个锥孔，这样的结构仅限于单刀具加工，当同时需要竖向面和横向面加工时，就需要更换主轴头。这样的操作过程繁复，严重影响了生产效率及加工精度。因此，急需对机床主轴头机构进行设计升级，以适应现实需求，提高生产效率。

1.背景技术

为了解决单一主轴机构和单一锥孔组成的机床主轴头带来的操作问题，国内外的生产厂家研究设计出了双主轴头结构，这种双主轴头结构包括立式主轴头和卧式主轴头。事实上这中双主轴头结构就是简单地在立式主轴头的锥孔中安装分离式的卧式主轴头。在使用过程中，就可以把立式主轴头的旋转力变为卧式主轴头的旋转，这样就实现了在主轴轴线方向上的转换。这种结构只能单一加工竖向面或者横向面，如果需要同时加工竖向面和横向面，还得装卸主轴头。

2.設计内容

本研究以解决机床主轴头仅能单一地加工竖向面或横向面为目的，旨在为厂家提供可以同时加工竖向面和横向面且不用换主轴头的机床立卧主轴头。我们采用的方案如下：研究设计一种机床立卧主轴头，该结构主要有卧式主轴头机构、立式主轴头机构。这种机床立卧主轴头的结构特征为：除了卧式主轴头机构、立式主轴头机构外，还有其他结构，如第一传动机构、第二传动机构、箱体、连接结构、横向分度结构。其中，第二传动机构的主要作用是连接卧式主轴头机构和立式主轴头机构；箱体上安装了横向轴孔、传动轴孔和竖向轴孔；连接机构是有中空内腔的结构。组装时，这种机床立卧主轴头是这样的：借助轴承座和轴承组的配合支撑把立式主轴头的下端安装到箱体上的横向轴孔，第二传动机构主要有第一伞齿轮、第二伞齿轮、第一斜齿轮和第二斜齿轮，其中伞齿轮之间相互嗤合，斜齿轮之间也相互啮合；而且第一伞齿轮的轴部是中空的，第一伞齿轮主要固定在立主轴上，第二伞齿轮分为轴部、齿部，轴部借助轴承和轴承座安装在箱体上的传动轴孔，第二伞齿轮的轴部套装有第一斜齿轮，卧主轴上套装有第二斜齿轮；第一传动机构主要包含传动齿轮、传动轴，传动齿轮安装在立主轴上，传动齿轮还套装在传动轴的下端，传动轴下端安装了和传动齿轮啮合的内传动齿轮；横向分度机构主要包括传动套筒、分度油缸、上下分度齿盘及齿圈，传动套筒借助轴承和轴承座安装在立主轴上，传动套筒内置于连接机构的内腔，传动套筒的上端安装了齿圈；传动套筒的下端跟箱体连捺传动轴的下端有外齿圈，齿圈在传动轴外侧且跟传动轴的外齿圈相对应，齿圈和传动轴的外齿圈在常态下是不啮合的；分度油缸的缸体连接有连接机构，且分度油缸的活塞可以顶撑传动套筒；上分度齿盘安装在连接机构上，下分度齿盘安装在箱体上。完整设计主视图见图1。

3.具体实施方法

本研究设计的具体实施方法如下：首先连接机床主轴箱和连接机构，然后连接机床主轴和传动轴，这种连接需要花键套，这样机床主轴就可以为立卧主轴头提供旋转动力，使得分度油缸中充满压力油，在压力油的作用下活塞处于高位，进而顶撑传统套筒，使得传统套筒也处于高位，上分度齿盘和下分度齿盘相啮合，将刀具安装到立主轴和卧主轴的锥孔中，最后传动轴就带动立主轴旋转，立主轴带动卧主轴一起旋转，这种带动是在第一伞齿轮、第二伞齿轮、第一斜齿轮和第二斜齿轮共同作用下完成的。这种设计加工竖向面的同时还可以加工横向面。在实际应用中，当需要加工另一方向的横向而时，只需将卧式主轴头机构进行分度旋转，就可以使得卧主轴轴向在横向平面内发生换向。当卧式主轴头机构进行分度旋转时，首先分度油缸将释放压力油，使得活塞下落，同时传动套筒因重力作用也下降，下分度齿盘和上分度齿盘不处于啮合状态，箱体在传动套筒的带动旋转同样角度，这样就可以使得卧主轴以立主轴轴线为中心在横向平面内旋转相应的角度；接下来分度油缸内注入了压力油，就使得活塞上升的同时也顶撑传动套筒上升，此时位于传动套筒上端的内齿圈同位于传动轴下端的外齿圈分离，整个结构就失去了旋转动力，不能进行旋转；当下分度齿盘和上分度齿盘重新啮合在一起时，箱体完成定位，卧主轴同时完成定位，就可以完成分度。

本设计的优点在于：采用了立式主轴头机构和卧式主轴头机构由传动机构连接的形式，同时使用分度机构来实现卧式主轴头机构的分度旋转，这样就；可以实现不同方向竖向面的加工，还可以实现横向面的加工，而且还可以竖向面和横向面同时加工。这种设计不仅没有了换头操作，还大大提高了生产效率，同时也提高了加工精度。