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美国专利申请公布

Petrescu

机动精密主轴仪器 发明人：

通讯地址：

Mircea Petrescu , Windsor（加利福尼亚州）埃里克T琼斯

Reising Ethington Barnes kielle P4390信箱

Troy , MI 48090-4390(美国)申请编号：

10/555255 2004年4月30日

专利合作条约/美国04/10349 2006年8月3日

临时申请号60/467659,提交于2003年5月2日

出版类型：

Int.Cl.B23C 5/26（2006.01）专利合作条约申请： 专利合作条约编号： 日期：

美国相关申请数据:

摘要

用于旋转和交换的电动精密主轴仪器（10）能以灵活的工具加工操作，并且它包括一个用以可以动的、可交换的支持主轴电机盒（14）的外墨盒主轴（12）。外墨盒的主轴轴（16）用以支持主轴轴旋转于外部墨盒主轴轴套（20）之内、外墨盒的主轴轴（16）和外

部墨盒主轴轴套（20）间的外墨盒主轴轴承（22）之上，主轴电机（24）处于主轴电机盒（14）之内并且它可拆卸耦合到外墨盒主轴轴（16）。一个刀架（26）支持外墨盒主轴轴（16）并且可释放地持有外墨盒主轴轴（16）绕主轴轴（18）旋转的位置旋转工具。一个拉杆（30）用以支持通过外墨盒主轴轴（16）和主轴电机盒（14）的互惠轴向运动。拉杆（30）连接到刀架（26），在轴向使刀架（26）握住一个工具（28）而不发生偏离。一个拉杆驱动器（32）连接到拉杆（30），使得拉杆（30）向相反的方向偏移，从而释放操作者要持有的任何工具。在主轴电机盒（14）内的隔离管（36）是由外端连接到外墨盒主轴轴（16）的，当拉杆（30）轴向移动打开刀架（26）时它会支持外墨盒的主轴轴（16）使其轴向力避免传递到外墨盒主轴轴承（22）上。

机动精密主轴仪器

相关应用的参考

[0001] 不适用

声明中关于联邦资助的研究或发展

[0002] 不适用

发明背景

[0003] [0004] 1.发明领域

本发明大体涉及一个用于在灵活的加工操作中自动旋转和交换的工具：机动精密主轴仪器。[0005] 的信息。[0006] 用于旋转和自动交换的电动主轴机床在工艺界闻名。例如，2.相关工艺的描述，包含根据37 CFR1.97和1.78披漏Mazak加工中心由Yamazaki Mazak公司生产的模型跳频680X，揭示了这样一种设备，它包括一个外墨盒主轴和一个独立的主轴电机盒。外墨盒主轴可动地、可交换地支持着主轴电机盒。外墨盒主轴包括一个用以支持主轴在外墨盒主轴轴承上的同轴的外墨盒主轴轴套内绕主轴轴线旋转的外墨盒主轴轴。外墨盒主轴轴承可拆卸地连接在外墨盒主轴轴和外墨盒主轴轴套之间。主轴电机在主轴电机盒之内，并且它包含一个电机轴，这个电机轴可驱动地、可拆卸地连接于外墨盒的主轴轴内端。Mazak加工中心也有一种支持在外墨盒主轴轴外端的刀架。刀架在外墨盒主轴轴相对于主轴轴线的旋转位置处可释放地持有一个工具。拉杆通过外墨盒主轴轴与电机轴同轴地支持互惠轴向运动。拉杆的外端可拆卸地连接到刀架，并且弹性地偏向于远离刀架的、轴向向内的方向，这就使刀架握紧了工具。Mazak加工中心还有一个包含一个液压缸的拉杆驱动器，这个液压缸由毗邻的主轴电机轴向支持，并可拆卸地连接于的拉杆内端。该拉杆驱动器使拉杆向偏置弹簧的反向移动，这样来释放操作者可持有的任何工具。该拉杆还包括一外部拉杆节，外部拉杆节安置在外墨盒主轴轴之内，并且释放地、终端对终端地与安置在电机轴内部的内部拉杆节相连接。[0007] 然而，Mazak加工中心在外墨盒主轴轴不承受轴向载荷的情况下，无法向外，即向偏置弹簧的反向移动拉杆。这是因为电机轴到外墨盒主轴轴的可拆卸的齿轮连接规定了转矩负载唯一的传输。为了方便简单的安装和拆除外墨盒主轴，没有保留外墨盒主轴相对于电机轴和拉杆执行机构的轴向规定。因此，每当一个工具是从外墨盒主轴轴释放时，作用在轴承上的轴向载荷会减少轴承使用寿命，降低主轴的旋转速度。[0008] 现在需要的是一个有一个可互换的外墨盒主轴和一个两件式拉杆的机动精密主轴，并且这个机动精密主轴能够在释放工具时不向主轴的外墨盒主轴轴承施加轴向压力。

发明简介

[0009] 这里提供的用作旋转和自动交换工具的机动精密主轴装置包括一个由主轴电机盒可移动可交换地支持着的外墨盒主轴。外墨盒主轴轴用于在外墨盒主轴轴承上的外墨盒主轴轴套里面绕主轴轴线旋转。轴承可拆卸的连接在外墨盒主轴轴和外墨盒主轴轴套之间。主轴电机放置在主轴电机盒里面，并可驱动、可拆卸的同外墨盒主轴轴相耦合。该装置还包括一个安置在外墨盒主轴轴上的刀架，这个刀架配置为可释放的在外墨盒主轴轴相对于主轴轴线的旋转位置持有工具。拉杆与外墨盒主轴轴和主轴电机盒同轴安置，可做互惠轴向运动。该拉杆可拆卸地连接于刀架上，并偏向于轴向，这就使得刀柄能够握紧工具。拉杆驱动器可拆卸地连接到拉杆，其配置可使拉杆反向偏移，从而释放操作者可持有的任何工具。该装置还包括一个同轴地安置在主轴电机盒内的隔离管。隔离管连接于外墨盒主轴轴的外端，它之所以以这样一种方式安置，是为了在拉杆为了打开刀架而向偏置弹簧的反向沿轴运动情况下，支持外墨盒主轴轴而不使轴向力传到外墨盒主轴轴承上。因此，根据本发明的所设计的机动精密主轴仪器可以使拉杆在向偏置弹簧的反向移动的同时，不向外墨盒主轴轴承施加轴向压力。[0010] 根据本发明的另一个方面，该装置还包括一个主轴电机，该主轴电机用于支持装置内主轴轴的旋转。该主轴电机可驱动可拆卸地耦合到电机轴，并且可拆卸地从外墨盒主轴轴的外端连接到内端。拉杆与主轴电机同轴安置以便做互惠轴向运动，而隔离管同轴地安置

在电主轴里面。[0011] 根据本发明的又一个方面，隔离管耦合在一个用于防止相对于墨盒主轴套轴向运动的装置的内部。[0012] 根据本发明的再一个方面，拉杆远离刀架轴向向内偏，配置拉杆驱动器是为了使拉杆向外移从而打开刀架。此外，隔离管以这样一种方式配置是为了支持外墨盒主轴轴，不使其产生的轴向向外的力传递到外墨盒主轴轴承。[0013] 根据本发明的再一个方面，该拉杆包括一个设在电机主轴里面的内部拉杆节，并且该拉杆是可驱动进刀的、首尾相连的，它还具有一个设在外墨盒主轴轴里面的外部拉杆节。[0014] 根据本发明的再一个方面，拉杆驱动器包括一个由相邻的主轴电机轴向向内支持的液压缸，而配置这个液压缸是为了使拉杆轴向向外移动，远离偏置。[0015] 根据本发明的再一个方面，该装置包括一个拉耦合，这个拉耦合使外墨盒主轴轴和隔离管可分离地互连在一起。配置这个拉耦合可以让外墨盒主轴轴和隔离管不用访问仪器的一侧或内端就可以耦合和解耦。[0016] 根据本发明的再一个方面，这个拉耦合包括一个径向的灵活的隔离管手指阵列，这个阵列从各个隔离管轴向外端沿轴向向外延伸。一个圆柱形主轴轴套被安置在外墨盒主轴轴轴向的内端，这用于其中轴在回收位置和预定位置之间做轴向相互运动。隔离管手指阵列包括毗邻在其末端的径向向外延伸的隔离管制动器。主轴轴包括一个

从各个主轴轴内端的内圆周径向向内扩展的主轴轴制动器。配置这个轴套的作用是，当轴套被移动到预定位置时，使隔离管手指阵列径向向外移动，从而使隔离管制动器与主轴制动器相接处。一个圆柱形联合领围绕着毗邻的内部拉杆节和外部拉杆节并使它们同轴对准；这个圆柱形联合领还支持主轴轴套，不使其径向向内偏斜。这就允许操作者在隔离管对通过毗邻隔离管的其他墨盒主轴轴和外墨盒主轴轴与滑动主轴轴套对其预定位置之间组建一个刚性拉耦合。当外墨盒主轴需要更换时，操作者能够通过将主轴轴套移动到其收回的位置，从而把隔离管与外墨盒主轴轴拆开。[0017] 根据本发明的再一个方面，主轴轴套向预定位置偏置是为了防止轴套在主轴运转期间脱离预定位置。[0018] 根据本发明的再一个方面，拉耦合包括一个液压锁器，配置它的作用是当液压油源连接到其液压油通道时，可使主轴轴套移动到预定工作位置。液压油通道有一个安置在外墨盒主轴内的入口端，它允许操作员在操作该仪器时无需访问该仪器的轴两侧或内端就可以将内部拉杆节和外部拉杆节稳固地连接起来。[0019] 根据本发明的再一个方面，液压锁器的液压油通道的入口端位于外墨盒主轴轴的轴外端。[0020] 根据本发明的再一个方面，拉耦合还包括一个液压解锁器，配置它的作用是当液压油源连接到其液压油通道时，可使主轴轴套移出预定工作位置。液压油通道有一个安置在外墨盒主轴内的入口端，它允许操作员在拆除和更换外墨盒主轴时无需访问该仪器的轴两侧或内端就可以将内部拉杆节和外部拉杆节拆开。[0021] 根据本发明的再一个方面，液压解锁器的液压油通道的入口端位于外墨盒主轴轴的轴外端。[0022] 根据本发明的再一个方面，该装置包括一转矩耦合,这个转矩耦合将外墨盒主轴轴与电机轴可分离地互连起来，配置这个转矩耦合是为了消除间隙。[0023] 根据本发明的再一个方面，该转矩耦合包含一个外齿轮，这个齿轮的轮齿从外墨盒主轴轴内部的一端或电机轴的外部的一端绕外圆周径向延伸。一个内齿轮的轮齿从外墨盒主轴轴内部的另一端和电机轴的外部的另一端绕内圆周径向向内延伸。当外墨盒主轴轴连接到电机轴时，外齿轮轮齿就会与内齿轮轮齿接触、啮合。[0024] 根据本发明的再一个方面，外齿轮轮齿从电机轴的外端绕外圆周径向向外延伸，而内齿轮轮齿从外墨盒主轴轴的内端绕内圆周径向向内延伸。[0025] 根据本发明的再一个方面，外齿轮和内齿轮具有相同的节圆直径和转位。[0026] 根据本发明的再一个方面，转矩耦合带有一个柱塞，这个柱塞安置在外墨盒主轴轴内并与其同轴，它用于外墨盒主轴轴在出发位置和工作位置做轴向往复运动。柱塞有一个与内齿轮的一侧相接处的外圆周锥面，配置这个锥面目的是，在柱塞朝内齿轮轴向前进时，可使内齿轮的节圆直径径向展开。[0027] 根据本发明的再一个方面，转矩耦合偏置于起始位置，并可由液压驱动使其到达工作位置。[0028] 根据本发明的再一个方面，转矩耦合带有一个安全领，它同轴地设在外墨盒主轴轴周围，用于外墨盒主轴轴在其起始位置和工作位置间的轴向往复运动。安全领包括一个内圆锥表面，当轴在工作位置时，该内锥面可向相邻与内齿轮的外墨盒主轴轴的外圆周表面上施加径向向内的压力，这样就进一步保证了外墨盒主轴轴上的内齿轮轮齿与电机轴上的内齿轮轮齿在啮合时的安全。这样的安排有助于热任何遗留间隙的补偿，并且可以确保离心力不会影响齿轮的啮合，特别是在高速运行的情况下。

插图的几点简要说明

[0029] 配合以下的详细描述和插图，本发明的这些特点及其他特点和优势，对于那些精通本领域技术的人来说，会变得显而易见。其中： [0030] 图1是根据本发明构建的一幅精密装配电主轴的横断面侧视图，图中的转矩耦合、拉耦合、拉杆、外墨盒主轴、电机轴、拉杆驱动器这些元素用粗黑线绘出以示强调；

[0031] 图2是图1精密装配电主轴的一幅横断面侧视图，但与图1不同的是图2中将转矩耦合画成减轻线以强调与其毗邻的拉耦合； [0032] 图3是图1中主轴装配图一部分的放大图，包括转矩耦合和拉耦合，但图中的转矩耦合用减轻线画出，这样来强调拉耦合； [0033] 图4是图1精密装配电主轴的一幅横断面侧视图，但图中将拉杆、拉杆驱动器、拉耦合用减轻线画出，这样来强调毗邻的转矩耦合； [0034] 图5是图1中主轴装配图一部分的放大图，包括转矩耦合和拉耦合，但图中将拉杆和拉耦合用减轻线画出以强调转矩耦合。

发明实例的详细说明

[0035] 能以灵活的工具加工操作的用于旋转和交换的电动精密主轴仪器（10）已大体上展示在图中。正如图1—图5中所示，该仪器（10）包括一个支持在主轴电机盒（14）上的可移动可互换的外墨盒主轴（12）。外墨盒主轴（12）包含一个外墨盒主轴轴（16），它在外墨盒主轴轴承（22）上，并与其所带的一个外墨盒主轴轴套（20）同轴，它用于绕主轴轴（18）旋转。外墨盒主轴轴承（22）可拆卸地连接在外墨盒主轴轴（16）和外墨盒主轴轴套（20）之间。主轴电机（24）置于主轴电机盒（14）之内，并且它可驱动可拆卸地与外墨盒主轴轴（16）相耦合。

[0036] 如图

1、图2和图4所示，该仪器（10）也包括一个刀架（26），刀架位于外墨盒主轴轴（16）的外端。刀架（26）可释放地持有外墨盒主轴轴（16）绕主轴轴（18）旋转的位置旋转工具。[0037] 如图1—图5所示，拉杆（30）用以同轴地支持通过外墨盒主轴轴（16）和主轴电机盒（14）的互惠轴向运动。拉杆（30）的外端可拆卸地连接到刀架（26），并且拉杆（30）在弹簧的作用下轴向向内偏置，远离刀架。这个偏置使刀架（26）握紧了工具（28）。[0038] 如图

1、图2和图4所示，一个拉杆驱动器（32）可拆卸地连接于拉杆（30）内端，它使拉杆（30）朝着其偏置的反方向，即轴向向外的方向运动，这样便可以释放操作者可以操控的任何工具。拉杆驱动器（32）中带有一轴向向内且与主轴电机（24）毗邻的液压缸（34）。液压缸（34）为克服弹簧偏置而使拉杆（30）轴向向外运动提供了必要的动力。[0039] 如图1—图5所示，该仪器（10）还带有一个隔离管（36）。

该隔离管（36）轴向安置在主轴电机盒（14）之内。隔离管（36）刚性地将外墨盒主轴轴（16）的轴外端连接到其轴内端。隔离管（36）以这样一种方式支持外墨盒主轴轴（16）的作用是：当拉杆（30）为了打开刀架（26）而朝着远离偏置弹簧的位置轴向向外运动时，能阻止外墨盒主轴轴（16）将轴向力传递到外墨盒主轴轴承（22）。换句话说，隔离管（36）以这样一种方式设置是为了支持外墨盒主轴轴（16）而不让轴向向外的力传到外墨盒主轴轴承（22）上。