钻_铣削主轴刀具夹紧方式及自动松拉刀系统

2005年 第 12 期8 0 机械传动 Mechanical TransmissionMechanical Transmission MC 现代零部件 MC 本文描述的刀具夹紧方式及自 动松拉刀系统普遍应用于小功率金 属切削钻、铣削电主轴内。此类钻、 铣削电主轴的特点是功率较小，转 速较高，要求精度也高，一般体积 较小，结构紧凑，通常要求有自动 松拉刀功能，是一种技术含量较高 的主轴品种。 刀具的夹紧形式和自动夹紧松 拉刀系统在电主轴中是非常重要的， 它的设计是否合理、加工质量好坏 将直接影响电主轴的使用可靠性、 精度、寿命等，进而影响机床的加 工效率和工件加工的质量。 手动换刀的刀具夹紧形式 手动夹紧方式是一种普通的刀 具夹紧方式，一般采用螺母压紧式 弹簧夹头或夹头自带螺纹式夹紧方 式，如采用ER系列夹头等，它也常 用于一般机械加工机床上。 图1是ER 型夹头夹紧方式，它 是一种手动夹紧方式的常用形式。 在换刀时，人工用扳手拧松螺母，更 换刀具后再拧紧螺母，换刀具较为 繁琐。这类夹头的精度一般较低，根 据夹头尺寸不同，质量较好的夹头 精度其跳动也在0.012～0.02mm左 杆，拉杆拉紧夹头，夹紧刀具；松 刀时，主轴后部配置的松刀气缸充 气，顶杆顶推拉杆后部，压缩碟形 弹簧，拉杆推动夹头下移，弹簧夹 头张开，松开刀具。 2.刀具夹紧结构 夹紧结构可以分为碟形弹簧后 置和碟形弹簧前置两种形式。 图2所示的是碟形弹簧后置式 夹紧结构形式。碟形弹簧安装在后 螺母内，拉杆较长，拉杆对主轴的 钻、铣削主轴刀具夹紧方式 及自动松拉刀系统 右。由于夹头自身结构的原因，在 高速下工作时，对主轴的动平衡影 响较大。其优点是电主轴结构简单， 制造容易，夹紧可靠，一般使用在 转速较低的钻铣削用电主轴中。 ■ 洛阳轴研科技股份有限公司/商顺德 黄 昆 自动松拉刀系统 1.自动松拉刀系统的工作原 理及结构形式 钻、铣削电主轴的自动松拉刀 机构可以分为两部分，即刀具夹紧 部分和松刀部分。刀具夹紧部分主 要由夹头、拉杆、碟形弹簧等组成， 这一部分随转轴一起旋转；松刀部 分主要是气缸部分。 自动松拉刀系统的工作原理 是：在夹头夹紧刀具的状态下，碟 形弹簧压缩，弹簧向后施加力给拉 2005年 第 12 期 8 1 机械传动Mechanical TransmissionMechanical Transmission MC 现代零部件 MC 动平衡有一定的影响。这种结构的 碟形弹簧损坏后可以方便地取出， 进行更换。一般多使用在采用滚动 轴承的钻、铣削主轴上。 图3所示是碟形弹簧前置式夹 紧结构形式，是目前气静压支撑的 钻、铣削主轴常用的刀具夹紧结构。 松刀时，转轴下移，消除止推轴承 片和前止推轴承板间的间隙，松刀 力直接作用在前止推轴承板上，由 于前止推轴承板是板形刚体，能够 承受很大的作用力，松刀力不会对 其产生影响。所以气静压主轴一般 多采用缸体固定式气缸。这种结构 形式中，碟形弹簧装在转轴的前部， 拉杆很短，对主轴的动平衡影响较 小，它要求转轴的内孔有一定的空 间，能够把碟形弹簧安装在转轴中 间，只有气浮轴承主轴才可以满足。 但是，由于尺寸的限制，目前使用 中的碟形弹簧前置形式结构中，碟 形弹簧都是不可拆卸的，一旦碟形 弹簧损坏，转轴一般就不可再修复， 这是这种结构的一个缺点。 定缸；按照并联缸的数目可以分为单缸和多缸；按照结构又可以分为活塞缸 和薄膜缸等。 (1)固定缸 固定缸（缸体固定式）是指气缸在工作过程中是固定的，气 缸体不承受松刀力的反力。图4是缸体固定式双缸，图5是缸体固定式单缸。 其工作原理是：压缩空气从图4、图5箭头所示方向进入气缸，当气缸充气 时压缩空气推动活塞带动顶杆，顶杆直接推动拉杆的后部，压缩碟形弹簧， 使得夹头张开，松开刀具，在推动顶杆的同时，松刀力传给转轴，转轴前行 一段距离，转轴的承载面接触固定承载面，承受气缸的推力。 3.松刀气缸 电主轴的松刀气缸有多种形 式，按照功能可以分为浮动缸和固 它的特点是气缸结构简单，由于没有浮动缸体的卸载作用，松拉刀力 直接作用于转轴上，在采用角接触球轴承的钻、铣削主轴时，主轴必须设 计有轴承卸载结构。 (2)浮动缸 浮动缸是指气缸体在工 作过程中有上下移动，图6所示是一种浮 动缸的结构形式。 浮动缸的工作原理是：压缩空气从 图6箭头所示方向进入气缸，当气缸充气 时，浮动缸体上移，拉住转轴的后部， 在消除顶杆与拉杆间的间隙后，顶杆继 续下移，接触拉杆后端，顶杆顶住拉杆 的后部，松刀力只作用在碟形弹簧上， 转轴和轴承均不受力。这样转轴的支撑 不承受松刀的拉力，达到给支撑卸载的 目的。当转轴运转时，气缸和顶杆均与 转轴脱开，不影响转轴的运转。这种浮 动缸结构在钻、铣削主轴上用的较为广泛。 (3)单缸和多缸 单缸是指缸体内只有一个作用腔体，双缸、多缸是指 把缸体进行结构分割，缸体内安装多个活塞片，缸体内有两个或多个作用腔体， 这种缸也叫并联缸，其气缸力是并联的，它增大了气缸的工作推力。由于钻、 铣削主轴气缸部分的体积要求较小，单缸一般不能满足松刀力的要求，多采用 图 6 1.拉杆 2.转轴 3.浮动气缸体 4.活塞片 5.顶杆 6.碟形弹簧 2005年 第 12 期8 2 机械传动 Mechanical TransmissionMechanical Transmission MC 现代零部件 MC 两缸或多缸结构。 (4)薄膜缸 薄膜缸是指气缸 的活塞是用高强度薄膜 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 制成， 如图7所示，薄膜周边固定，当充 气时，薄膜材料产生弹性变形，薄 膜材料中部和顶杆等下移。这种气 缸的特点是：结构简单，轴向尺寸 小，活塞行程小。非常适合在小型 主轴上应用。它一般都制作成缸体 固定式，在国外生产的气浮轴承的 钻、铣削主轴上广泛使用。 夹头有效长度的示意图，图中h的值 相差太大，当更换夹头不当时就会 引起掉刀或松不开刀的现象发生。h 值直接影响的是拉紧刀具的碟形弹 簧的压缩量，钻、铣削电主轴的碟 形弹簧压缩量都很小，碟形弹簧的 工作压缩量根据主轴型号的不同在 0.5～1.2mm之间。经检测即使进口 的弹簧夹头其图中的h值相差也会 到0.3mm以上。假设使用的夹头与 原配的夹头相差0.2mm， 弹簧的拉 紧力就要相差25%左右，对于有些 型号的主轴会相差更大。 以上气缸均为单作用缸，即在 工作时以压缩空气为动力，返程由 被压缩的弹簧力来实现，返程时要 求气缸的进气孔与大气连通，排出 气缸内的空气。在活塞的下腔空间 的腔体上都开有排气孔，它的作用 是使得气缸下部腔体的空气能够排 出和吸入，避免形成密闭腔体，阻 滞活塞的运动。 自动松拉刀系统的关键 零件 1.夹头 夹头是主轴夹紧刀具用的关键 零件，通常采用的夹头有EX1010、 EX820、1201等型号。 夹头本身的因素是引起掉刀的 原因之一，夹头的有效长度和疲劳 寿命是掉刀的直接因素。图8是测量 2.碟形弹簧 碟形弹簧是自动松拉刀系统的 关键零件，最好向主轴生产厂家购 买质量差的碟形弹簧会出现脆裂、 弹性在较短时间内丧失等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 新购来的碟形弹簧片需要进行 以下处理： (1)为了能使碟弹簧在工作时伸 缩自由，需要对其进行研边处理，两 端研磨出约0.1mm宽的平面。 (2)需要进行强压处理 如图9 所示，把碟形弹簧片依次反向装入 预压心轴上，将台钻的钻夹头端部 压在压套上端，向下加力，直到把 碟形弹簧压平，这样压50～100次。 强压处理后，单片弹簧的高度和原 来相比要低0.05mm，或更大一些。 经过处理的碟形弹簧片，装机 后，拉刀力稳定性好，拉紧力下降 不明显。 自动松拉刀系统使用中 出现的故障及解决办法 1.掉刀 掉刀是指在工作过程中刀具松 动，向夹头外露出，这一现象是自 动松拉刀系统较为多见的故障。通 常的原因是夹头没有安装到位，或 更换夹头后，夹头的有效长度不合 适。具体解决方法要根据主轴的原 始设计调整。如图10所示，夹头的 安装一般有三种形式：第一种形式 是主轴在工作时设计为夹头和拉杆 间有间隙，国外气静压钻、铣削主 轴和洛阳轴研科技公司生产的主轴 均采用这种形式；第二种是不留间 隙，夹头拧紧到拉杆台阶；第三种 是在间隙处加垫片，夹头压紧垫片， 拧紧到位，国外EX1010等主轴采用 该形式。后两种形式夹头固定可靠， 使用安全，较不容易出现掉刀现象。 2005年 第 12 期 8 3 机械传动Mechanical TransmissionMechanical Transmission MC 现代零部件 MC 对于第一种形式，只要把夹头 向深处拧进一些就可以解决掉刀问 题。由于这一种形式夹头不能够锁 紧，在换刀时，夹头很容易被触动 移位，会经常出现掉刀或刀具松不 开的故障。 第二和第三种形式都要求把夹 头拧紧到位，出现掉刀现象很少，如 果发生掉刀现象，一般发生在新更 换夹头的有效长度不合适的情况下， 可以通过重新选择合适的夹头解决。 没有合适夹头时，按照以下方法解 决：对于第二种形式，修整夹头的 尾部，使得夹头的有效长度变短，建 议每次修短0.1～0.2mm，直到装机 试验合适；对于第三种形式，更换 厚度尺寸不同的垫片。 掉刀故障的另一种原因是主轴 使用时间较长，碟形弹簧疲劳失效 造成的，这是一种正常的失效现象， 需要更换新的碟形弹簧片来解决。 2.夹头打不开 夹头打不开是指气缸充气后不 能使夹头打开，无法更换刀具，甚 至用很高的供气压力也不能使夹头 打开。 夹头打不开是与掉刀相反的一 种故障。其原因是由于设计的气缸 推力过小，碟形弹簧压缩量过大使 得拉刀力过大造成的。维修时，更 换夹头不合适也可以造成该故障的 发生。 另外，刚使用的新主轴，夹头 很容易打开，随着使用时间的延续， 需要更大的气压才能打开夹头，或 者根本打不开。这是由于在使用的 过程中，各种粉末飞扬到夹头与转 轴锥孔、夹头、刀柄之间，在主轴 温度的参与下形成粘结效应引起的。 展会名称 开展时间 撤展时间 地点 CCMT2006中国数控机床展 2006-2-142006-2-17上海新国际博览中心 第四届中国西部国际装备制造博览会 2006-3-92006-3-12西安国际会展中心 2006中国哈尔滨第三届国际动力传动与控制技术展览会 2006-3-152006-3-17哈尔滨国际会展中心 第八届东博国际机床模具展 2006-3-202006-3-23上海新国际博览中心 第七届中国（深圳）国际机械及模具工业展 2006-3-282006-3-31深圳国际会展中心 2006中国东北第八届动力传动与控制技术展览会 2006-4-72006-4-10沈阳国际会展中心 第七届中国重庆工业装备展览会 2006-4-202006-4-23重庆国际会议展览中 中国国际模具技术和设备展览会 2006-5-82006-5-12上海新国际博览中心 北京埃森焊接与切割展览会 2006-5-162006-5-20北京国际展览中心 2006中国西部第6届国际机床工模具新技术博览会 2006-5-262006-5-29重庆展览中心 第七届中国国际机械装备展览会 2006-6-122006-6-16北京国际展览中心 第八届中国（北京）国际动力传动与自动化控制展览会 2006-6-132006-6-16北京全国农业展览馆（新馆） 第七届广州国际金属暨冶金工业展览 2006-6-152006-6-18广州国际会展中心 中国汽车零部件企业家年会 2006年6月 第十届国际现代工厂/过程自动化技术与装备展览会 2006-7-52006-7-8北京国际展览中心 第五届中国国际装备制造业博览会 2006-8-302006-9-3沈阳国际会展中心 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