專利名稱：基于bmt刀盤的單伺服動力刀架的制作方法
技術領域：
本發明創造屬于數控機床用動力刀架領域，具體說涉及一種BMT刀盤的單伺服動力刀架。
背景技術：
數控刀架是數控車床和數控車銑復合加工中心的重要核心功能部件，目前刀架設計開發上大多遵循德式快換刀座(VDI Tool holder System)規范，帶VDI刀盤的數控刀架通過夾緊塊夾緊帶齒錐的刀柄，已廣泛使用于刀座軸向或徑向安裝的刀塔，具有換刀速度快的特點。但在VDI刀盤上，刀座的刀柄安裝在刀盤安裝孔內，為了方便安插一般采用松配合，兩者產生的微小間隙會對加工精度造成不良影響；刀柄利用鎖緊塊上的單一螺釘固定，由于空間限制，鎖緊塊不能做得很大，使鎖緊塊無法對刀座進行強力鎖壓固定，導致固定效果不穩固；切削時，刀具的受力端到刀座的固定端較長，容易產生振動，同時降低了剛性。VDI刀盤的缺點限制了機床整機的加工性能。

發明內容
本發明提供一種單伺服動力刀架，采用BMT刀盤，實現刀盤和動力刀的驅動以及動力切換，解決已有刀架剛性不足、反向加工能力差、裝配工藝性不好等問題。本發明創造的目的是通過下述技術方案實現的基于BMT刀盤的單伺服動力刀架，其特征在于包括刀架箱體、后蓋板、動力輸入軸、離合裝置、第一中間軸、第二中間軸、第三中間軸、三齒盤結構、動力刀驅動裝置和BMT刀盤，其中
動力輸入軸后端通過軸套和球軸承支撐在刀架后蓋板上，前端通過滾針軸承支撐在刀架后蓋板上，并通過安全聯軸器與伺服電機相連，動力輸入軸通過外花鍵與兩個具有內花鍵的直齒輪a、直齒輪b相連；
離合裝置主要包括液壓活塞和固定在活塞上的撥叉；
第一中間軸為一雙聯齒輪軸，該軸上的兩個直齒輪c、d分別與刀盤驅動齒輪e、動力輸入軸上的直齒輪a嚙合；
第二中間軸上安裝有直齒輪i，直齒輪i同時與動力輸入軸上的直齒輪b和第三中間軸上的直齒輪f相互嚙合；
第三中間軸為一齒輪軸；
三齒盤結構主要包括動齒盤、定齒盤和鎖緊齒盤，定齒盤安裝在刀架箱體上，連接有刀盤的動齒盤靠螺釘連接到刀盤驅動齒輪e上，擋套安裝在刀架箱體上，擋套、定齒盤和動齒盤將鎖緊齒盤封閉成一活塞結構，在鎖緊齒盤上設有彈簧；
動力刀驅動裝置主要包括一對安裝在齒輪箱上的錐齒輪g、h，其中錐齒輪g通過脹套與第三中間軸相連，錐齒輪h與動力刀驅動接口連接；
所述的動力輸入軸上的兩個直齒輪a、b的端部均具有套結構，套結構上分別設計有內螺紋和外螺紋，兩個套結構通過螺紋連接在一起。
所述的動力輸入軸上直齒輪a的套結構上設有一擋肩，一球軸承通過直齒輪a的擋肩、擋圈和彈簧卡圈安裝在直齒輪a的套結構上，該球軸承的外圈上套有軸承套，在軸承套有凹槽，撥叉的叉部插入該凹槽內。所述的刀盤驅動齒輪e通過推力軸承和軸承墊頂在擋套的側面上，擋套的液壓油受力面積大于鎖緊齒盤的液壓油受力面積。所述的動力刀驅動裝置的錐齒輪g通過其軸肩和鎖緊螺母固定有球軸承，緊固件利用螺紋連接將球軸承和錐齒輪g固定到齒輪箱上，錐齒輪h通過其軸肩和動力接口軸肩固定有球軸承，球軸承外圈套入支撐套內，支撐套套入齒輪箱，齒輪箱通過支撐件固定在后蓋板上，兩錐齒輪g、h相互嚙合傳動。本發明創造的有益效果本發明創造采用上述結構，伺服電機通過安全聯軸器驅動動力輸入軸。動力輸入軸通過安裝在動力輸入軸上的直齒輪，第一中間軸上的直齒輪和 刀盤驅動齒輪驅動刀盤旋轉。動力輸入軸通過動力輸入軸上的直齒輪、第二中間軸上的直齒輪、第三中間軸上的直齒輪和齒輪箱上的一對錐齒輪驅動動力刀具。刀盤驅動齒輪通過推力軸承和軸承墊頂在擋套的側面上，擋套的液壓油受力面積大于鎖緊齒盤的液壓油受力面積。增強了刀具的背向加工能力。刀盤采用BMT刀盤，采用十字定位鍵與鍵槽貼合，無需調節，通過四個鎖緊螺栓加緊，高夾緊力，提高刀架的剛性。本發明創造利用安裝在動力輸入軸上的直齒輪和液壓撥叉機構的離合實現動力切換，具有剛性好、反向加工能力強和安裝方便的特點。


圖I是本發明創造的結構示意圖。圖2是本發明創造的剖面示意圖。圖3是本發明創造的第二中間軸傳動原理圖。圖4是圖2中I (離合裝置)的局部放大圖。圖5是本發明創造的撥叉示意圖。圖6是圖2中II (三齒盤鎖緊機構)的局部放大圖。圖7是圖2中IIK齒輪箱)的局部放大圖。圖中，I伺服電機；2安全聯軸器；3軸套；4球軸承；5滾針軸承；6后蓋板；7動力輸入軸I外花鍵；8直齒輪a ；8. I套結構；8. 2內螺紋；8. 3內花鍵；8. 4擋肩；9直齒輪b ；9. I套結構；9. 2外螺紋；9. 3內花鍵；10活塞；10. I油腔a ;10. 2油腔b ;11撥叉；11. I叉部；12軸承套；12. I套擋肩；12. 2凹槽；13球軸承；14墊；15螺釘；16擋圈；17彈簧卡圈；18第一中間軸；18. I直齒輪c ;18. 2直齒輪d ；19第二中間軸；20刀盤驅動齒輪e ；21第三中間軸；21. I直齒輪f ；22定齒盤；23動齒盤；24鎖緊齒輪；24. I油腔c ；24. 2油腔d ;25擋套；26推力軸承；27軸承墊；28刀盤；28. I十字鍵槽；28. 2螺紋孔；29刀架箱體；30螺釘；31彈簧；32錐齒輪g ；32. I軸肩；33錐齒輪h ；33. I軸肩；34齒輪箱；35螺釘；36球軸承；37脹緊套；38壓板；39緊固件；40墊；41球軸承；42支撐套；43動力界面；43· I動力界面軸肩；44鎖緊螺母；45支撐件；46螺釘；47直齒輪i ;48滾針軸承。
具體實施方式
如圖I、圖2和圖3所示，本發明單伺服動力刀架主要包括刀架箱體29、后蓋板6、動力輸入軸7、離合裝置(主要包括活塞10和撥叉11)、第一中間軸18、第二中間軸19、第三中間軸21、三齒盤結構(主要包括動齒盤23、定齒盤22和鎖緊齒盤24)、動力刀驅動裝置(主要包括齒輪箱34、錐齒輪g32、錐齒輪h33和動力界面43)和刀盤28。
刀盤28上設有定位刀座用的十字鍵槽28. 1，有固定刀座用的螺紋孔28. 2。動力輸入軸7后端套有軸套3，軸套3上套有球軸承4，球軸承4支撐在刀架后蓋板6上，動力輸入軸7前端通過滾針軸承5支撐在刀架后蓋板6上，動力輸入軸7通過安全聯軸器2與伺服電機I相連。超載時安全聯軸器2連接失效,伺服電機I的輸出軸與動力輸入軸7斷開連接，起電機保護作用。動力輸入軸7上設計有外花鍵7. I。直齒輪a8上有內花鍵8. 3，直齒輪a8端部有一套結構8. 1，套結構8. I上有內螺紋8. 2;直齒輪b9上有套結構9. I，套結構9. I上有外螺紋9. 2，套結構9. I上有外螺紋9. 2旋入套結構8. I上有內螺紋8. 2內。直齒輪a8和直齒輪b9分別通過內花鍵8. 3和內花鍵
9.2套入動力輸入軸上7。直齒輪a8和直齒輪b9可在動力輸入軸7上沿A向和A的反方向滑動。直齒輪a8的套結構8. I上有一擋肩8. 4，球軸承13的內圈套在套結構8. I上，利用擋肩8. 4和擋圈16、彈簧卡圈17固定球軸承13內圈。球軸承13的外圈上套有軸承套12，利用螺釘15和墊14和軸承套12固定球軸承13的外圈。第一中間軸18為一雙聯齒輪軸，直齒輪cl8. I與直齒輪a8相互嚙合，直齒輪dl8. 2與刀盤驅動齒輪e20相互嚙合。第二中間軸19上安裝有直齒輪i47，直齒輪i47同時與直齒輪b9以及第三中間軸21上的直齒輪f21. I相互嚙合。第三中間軸21端部通過滾針軸承48支撐在刀架后蓋板6上。離合裝置主要包括活塞10和撥叉11，撥叉11固定在活塞10上，撥叉11的叉部
11.I套入軸承套12的凹槽12. 2。液壓由油腔aio. I流入時，活塞10帶動撥叉11并推動直齒輪a8沿A反方向移動，直齒輪a8與直齒輪cl8. I脫離嚙合，直齒輪b9與刀盤驅動齒輪e20嚙合傳動。液壓由油腔blO. 2流入時，活塞10帶動撥叉11并推動齒輪沿A方向移動，直齒輪a8與直齒輪cl8. I嚙合傳動，直齒輪b9與刀盤驅動齒輪e20脫離嚙合。三齒盤結構主要包括動齒盤23、定齒盤22和鎖緊齒盤24。定齒盤22安裝在刀架箱體29上，動齒盤23靠螺釘30與刀盤驅動齒輪e20連接。擋套25安裝在刀架箱體29上，刀盤驅動齒輪e20通過推力軸承26和軸承墊27頂在擋套25的側面上。定齒盤22、動齒盤23、刀盤驅動齒輪e20和擋套25將鎖緊齒盤24封閉成為一活塞結構,在鎖緊齒盤24上設有彈簧31。當液壓由油腔c24. I流進時，定齒盤22、動齒盤23和鎖緊齒盤24齒牙脫離，刀盤驅動齒輪e20可帶動動齒盤23和刀盤28旋轉；當液壓由油腔d24. 2流入時，定齒盤22、動齒盤23和鎖緊齒盤24齒牙接觸,鎖緊動齒盤23。刀架在進行背向加工時，刀盤28對動齒盤23的作用力等于切削力Fz，液壓油和彈簧31作用到鎖緊齒盤24上的合力為F1，液壓油和彈簧31作用到擋套25上的合力為F1+F2，其中，F2為擋套25側面大于鎖緊齒盤24側面部分受液壓油的作用力。為動齒盤和與鎖緊齒盤間作用力為r Fl(0〈r〈l)，刀架加工過程的最大背向加工能力為F2+(l- r) Fl0擋套25外環的存在可提高刀架的背向加工能力。動力刀驅動裝置結構如圖7所示，錐齒輪g32的軸肩32. I和鎖緊螺母44固定球軸承36的內圈，墊40和球軸承36的外圈沿軸線Xl方向套入齒輪箱34。緊固件39上有外螺紋，旋入齒輪箱34固定球軸承36外圈，將球軸承36和錐齒輪g32安裝到齒輪箱34上。錐齒輪h33的軸肩33. I和動力界面軸肩43. I固定球軸承41內圈，球軸承41外圈套入支撐套42內，支撐套42沿軸線X2套入齒輪箱34內。錐齒輪g32和錐齒輪h33相互嚙合傳動。
齒輪箱34通過螺釘35固定到支撐件45上，支撐件45通過螺釘46固定在后蓋板6上。刀架裝配時，預先將錐齒輪g32、錐齒輪h33安裝在齒輪箱34上。再將裝配好的齒輪箱34插入第三中間軸21，并通過脹緊套37和壓板38脹緊錐齒輪g32和第三中間軸21，通過螺釘35將齒輪箱34固定到支撐件45上。
權利要求
1.基于BMT刀盤的單伺服動力刀架，其特征在于包括刀架箱體、后蓋板、動力輸入軸、離合裝置、第一中間軸、第二中間軸、第三中間軸、三齒盤結構、動力刀驅動裝置和BMT刀盤，其中 動力輸入軸后端通過軸套和球軸承支撐在刀架后蓋板上，前端通過滾針軸承支撐在刀架后蓋板上，并通過安全聯軸器與伺服電機相連，動力輸入軸通過外花鍵與兩個具有內花鍵的直齒輪a、直齒輪b相連； 離合裝置主要包括液壓活塞和固定在活塞上的撥叉； 第一中間軸為一雙聯齒輪軸，該軸上的兩個直齒輪c、d分別與刀盤驅動齒輪e、動力輸入軸上的直齒輪a嚙合； 第二中間軸上安裝有直齒輪i，直齒輪i同時與動力輸入軸上的直齒輪b和第三中間軸上的直齒輪f相互嚙合； 第三中間軸為一齒輪軸； 三齒盤結構主要包括動齒盤、定齒盤和鎖緊齒盤，定齒盤安裝在刀架箱體上，連接有刀盤的動齒盤靠螺釘連接到刀盤驅動齒輪e上，擋套安裝在刀架箱體上，擋套、定齒盤和動齒盤將鎖緊齒盤封閉成一活塞結構，在鎖緊齒盤上設有彈簧； 動力刀驅動裝置主要包括一對安裝在齒輪箱上的錐齒輪g、h，其中錐齒輪g通過脹套與第三中間軸相連，錐齒輪h與動力刀驅動接口連接。
2.按照權利要求I所述的基于BMT刀盤的單伺服動力刀架，其特征在于所述的動力輸入軸上的兩個直齒輪a、b的端部均具有套結構，套結構上分別設計有內螺紋和外螺紋，兩個套結構通過螺紋連接在一起。
3.按照權利要求I或2所述的基于BMT刀盤的單伺服動力刀架，其特征在于所述的動力輸入軸上直齒輪a的套結構上設有一擋肩，一球軸承通過直齒輪a的擋肩、擋圈和彈簧卡圈安裝在直齒輪a的套結構上，該球軸承的外圈上套有軸承套，在軸承套有凹槽，撥叉的叉部插入該凹槽內。
4.按照權利要求I所述的基于BMT刀盤的單伺服動力刀架，其特征在于所述的刀盤驅動齒輪e通過推力軸承和軸承墊頂在擋套的側面上，擋套的液壓油受力面積大于鎖緊齒盤的液壓油受力面積。
5.按照權利要求I所述的基于BMT刀盤的單伺服動力刀架，其特征在于所述的動力刀驅動裝置的錐齒輪g通過其軸肩和鎖緊螺母固定有球軸承，緊固件利用螺紋連接將球軸承和錐齒輪g固定到齒輪箱上，錐齒輪h通過其軸肩和動力接口軸肩固定有球軸承，球軸承外圈套入支撐套內，支撐套套入齒輪箱，齒輪箱通過支撐件固定在后蓋板上，兩錐齒輪g、h相互嚙合傳動。
全文摘要
基于BMT刀盤的單伺服動力刀架，涉及數控機床用刀架領域。它包括刀架箱體、后蓋板、動力輸入軸、離合裝置、第一中間軸、第二中間軸、第三中間軸、三齒盤結構、動力刀驅動裝置和BMT刀盤，伺服電機通過安裝在中間軸上的直齒輪系驅動BMT刀盤轉位，通過安裝在中間軸上的直齒輪和錐齒輪傳動驅動動力刀具，利用安裝在動力輸入軸上的直齒輪和液壓撥叉機構的離合實現動力切換。該單伺服動力刀架具有剛性好、反向加工能力強和安裝方便的特點。
文檔編號B23Q5/02GK102615298SQ201210087599
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者于文東, 劉春時, 孫長春, 張衡, 李中明, 李鵬, 林劍峰, 林旭堯, 索天星, 趙尚福, 郭智春, 馬仕龍, 高克林 申請人:沈陽機床(集團)設計研究院有限公司