一种具有气密检测功能的主轴及检测其气密性的方法与流程

1.本发明涉及磨削机床技术领域，尤其涉及一种具有气密检测功能的主轴及检测其气密性的方法。


背景技术：

2.电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。电主轴是直接带动刀具旋转，实现切磨削工件的重要单元。
3.传统电主轴和刀具的刀柄连接时，刀柄和电主轴之间可能存在间隙或安装误差，导致拉爪不能夹紧刀具的刀柄，若不能及时发现进行调整，刀具在切削时容易产生振动、波纹、锥度，进而影响工件的磨削精度。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种具有气密检测功能的主轴及检测其气密性的方法，实现对刀柄和主轴之间密封性的检测，保证对刀具的夹紧，保证磨削精度。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种具有气密检测功能的主轴，包括机体，所述机体的内部设置有定子、转子和转子轴，所述机体远离刀具的一侧设置有油缸和气缸，所述油缸包括第一缸体和第一活塞，所述气缸包括第二缸体和第二活塞，当向第一缸体注入油液或驱使第二活塞运动时，所述第一活塞能够沿其轴向方向伸缩运动；
7.所述转子轴内部设置有拉刀装置，所述拉刀装置包括拉刀杆、芯轴、用于夹紧刀具的拉爪和复位弹簧以及活动垫块，所述拉爪采用hska63拉爪，活动垫块和芯轴均和拉刀杆固定连接，所述第一活塞和拉刀杆均开设有相互连通的气道，当第一活塞向靠近刀具一侧运动时，第一活塞能够推动拉刀杆同步运动；
8.所述芯轴靠近刀具的一端固设有密封环，所述密封环为多个，多个密封环沿芯轴的轴向方向呈阶梯状排布；
9.所述复位弹簧为多个，多个所述复位弹簧的旋向采用正反交替设置，当复位弹簧处于自然状态时，拉爪夹紧刀具。
10.进一步地，所述第一活塞上固设有活塞杆，所述第二活塞套设于活塞杆的外部，所述活塞杆上开设有和气道连通的进气通道。
11.进一步地，所述拉刀杆上固设有打刀盘，所述打刀盘上开设有供第一活塞端部插入的插槽，所述拉刀杆的端部延伸至插槽的内部，所述第一活塞上开设有供拉刀杆端部插入的让位槽，所述第一活塞和插槽之间设置有密封圈；
12.当第一活塞插入插槽时，拉刀杆插入让位槽内部，拉刀杆端部和让位槽底壁之间预留间隔。
13.基于具有气密检测功能的主轴，用于检测主轴拉刀状态下气密性的方法，包括如下步骤：
14.s1：根据hska63拉爪规格制作和其适配的芯轴，芯轴的外径小于拉爪的内径，芯轴的一端设置为大头端，将密封环嵌入芯轴大头端的内部，多个密封环的外径沿芯轴轴向方向逐渐减小；
15.在转子轴的端部开设有连接槽，连接槽的孔径沿轴向方向逐渐减小；
16.s2：将油缸、气缸和机体安装在一起，启动油缸推动拉刀杆，将芯轴的大头端推出，随后将刀具的端部插入连接槽内部，反向驱动油缸，拉刀杆在复位弹簧的作用下回复原位，此时芯轴的大头端能够驱使拉爪向外扩张使得刀具限位于连接槽的内壁和拉爪端部之间；
17.s3：在气道上连接管接头和压力开关以及报警器，压力开关和报警器采用电连接；
18.s4：拉刀状态下，向气道通入0.5mpa气压，若10min以内压力开关检测到的压力值小于0.3mpa时，报警器进行警报提醒，则可判断此主轴和刀具连接处气密性不合格。
19.进一步地，刀具的端部延伸有插接部，所述插接部插接于芯轴大头端的内部，阶梯状所述密封环密封插接部和芯轴之间的装配缝。
20.进一步地，所述转子轴于连接槽的开口处设置有倒角。
21.进一步地，所述芯轴大头端和拉爪的接触面设置斜面。
22.进一步地，在步骤s4中，当气密性合格后，在气道上连接真空泵，然后启动真空泵，开启真空泵吸真空，通过真空泵和吸盘配合吸住工具。
23.本发明公开的一种具有气密检测功能的主轴及检测其气密性的方法的有益效果：
24.1、驱动第一活塞向靠近刀具一侧运动时，第一活塞能够推动拉刀杆同步运动，拉刀杆带动其上的活动垫块和芯轴同步运动，芯轴的端面伸出转子轴，实现对刀具的推动，完成松刀或换刀；在松刀状态下将刀具和拉爪连接，解除第一活塞对拉刀杆的推力，拉刀杆在复位弹簧的作用下恢复原位，进而带动芯轴恢复，实现对刀具的夹紧，完成拉刀；拉刀后向气道内注入气体，通过观察气体的压力值变化判断芯轴和刀具之间的接触是否严密，从而判断拉爪是否夹紧刀具。
25.2、通过向气道内注入气体，通过压力开关实时监测气道内气体压力的变化，实现对气密性的快速检测，操作方便。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明公开的具有气密检测功能的主轴拉刀状态的侧视图；
28.图2为图1中的a-a线剖视图；
29.图3为图2中的b部放大图；
30.图4为本发明公开的具有气密检测功能的主轴和刀具连接状态的局部结构示意图；
31.图5为本发明公开的具有气密检测功能的主轴松刀状态的侧视图；
32.图6为图5中的c-c线剖视图；
33.图7为图6中的d部放大图；
34.图8为本发明公开的具有气密检测功能的主轴气密检测状态的侧视图；
35.图9为图8中的e-e线剖视图。
36.图中：1、机体；11、定子；12、转子；121、连接槽；13、转子轴；2、连接座；3、油缸；31、第一缸体；311、第一密封腔；312、过孔；32、第一活塞；321、让位槽；4、气缸；41、第二缸体；411、导向孔；42、第二活塞；5、拉刀装置；51、拉刀杆；511、气道；52、芯轴；53、拉爪；54、复位弹簧；55、活动垫块；6、打刀盘；61、插槽；7、密封圈；71、密封环；81、导向带；82、密封垫圈；9、活塞杆；91、进气通道；10、刀具。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1-9，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.结合图1和图2，一种具有气密检测功能的主轴，包括机体1，机体1远离刀具的一侧固设有连接座2，连接座2和机体1通过螺栓连接在一起。连接座2远离机体1的一端固设有油缸3和气缸4，油缸3和气缸4同轴，油缸3位于气缸4和连接座2之间，且油缸3和气缸4固定连接，机体1、连接座2、油缸3、气缸4构成整体。
39.结合图2和图3，机体1的内部设置有定子11、转子12和转子轴13，其中转子轴13内部设置有拉刀装置5，拉刀装置5包括拉刀杆51、芯轴52、用于夹紧刀具的拉爪53、复位弹簧54以及活动垫块55。
40.结合图3和图4，转子轴13远离连接座2的一端沿其径向方向开设有连接槽121，连接槽121的孔径沿轴向方向逐渐减小，转子轴13于连接槽121的较大的开口端设置有倒角。拉刀杆51和转子轴13同轴设置，拉刀杆51的一端贯穿于转子轴13并延伸至连接座2的内部。
41.结合图3和图4，芯轴52的一端套设于拉刀杆51的端部，且芯轴52和拉刀杆51通过螺纹连接在一起。芯轴52远离拉刀杆51的一端延期径向方向延伸有大头端，该大头端和芯轴52之间设置有斜面过渡。芯轴52大头端的内部设置有两个密封环71，两个密封环71沿芯轴52的轴向方向呈阶梯状排布，靠近刀具10一侧的密封环71的外径大于另一个密封环71的外径，两个密封环71的内径相等。
42.结合图3和图4，拉爪53采用hska63拉爪53，拉爪53套设于芯轴52的外部，当芯轴52的大头端和拉爪53接触时，芯轴52的大头端能够驱使拉爪53向外扩张，此时斜面和拉爪53外壁相切。
43.结合图3和图4，拉爪53的一端和转子轴13内壁固定连接、另一端为自由端。拉爪53自由端和转子轴13连接槽121较小开口端内壁之间形成供刀具10端部插入的空间，当刀具10插入该间隙时，拉爪53和芯轴52的配合下实现对刀具10的夹紧固定。
44.参照图2，复位弹簧54为两个，两个复位弹簧54沿拉刀杆51的轴线方向并排设置，两个复位弹簧54的旋向相反。复位弹簧54为压缩弹簧，复位弹簧54套设于拉刀杆51的中部，转子轴13内壁开设有供复位弹簧54形变的空间。
45.参照图2，活动垫块55为三个，三个活动垫块55均设置于该空间的内部，其中一个活动垫块55位于两个复位弹簧54之间，另外两个活动垫块55分别设置于该空间长度方向的
两端，三个活动垫块55均和拉刀杆51固定连接，当拉刀杆51沿其轴线方向向靠近刀具10的一侧运动时，拉刀杆51能够带动活动垫块55挤压复位弹簧54。
46.参照图2，油缸3为油缸，油缸包括第一缸体31和第一活塞32，第一缸体31上开设有具有一侧开口的第一密封腔311，该开口的孔径小于第一密封腔311的内径，第一密封腔311和连接座2通过开口连通。第一缸体31上开设于加注孔，加注孔设置于靠近第一密封腔311底壁的一侧。
47.参照图2，第一活塞32、拉刀杆51以及芯轴52上均开设有相互连通的气道511。第一活塞32截面为t字型，第一活塞32的端面和第一密封腔311底壁之间形成压力腔，加注孔连通压力腔的内部和外部，通过加注孔向压力腔内部注压力油，在油压的作用下能够推动第一活塞32向靠近刀具10的一侧运动。第一活塞32的一端贯穿于第一密封腔311的开口并延伸至连接座2的内部。
48.结合图2和图3，第一活塞32和拉刀杆51之间设置有打刀盘6，打刀盘6套设于拉刀杆51的外部且和拉刀杆51固定连接。打刀盘6的横截面为梯形，打刀盘6的下底面朝向第一活塞32，打刀盘6中部开设有供第一活塞32端部插入的插槽61，拉刀杆51的端部延伸至插槽61的内部，第一活塞32上开设有供拉刀杆51端部插入的让位槽321，当第一活塞32端面和插槽61底壁接触时，第一活塞32气道511和拉刀杆51气道511连通，拉刀杆51插入让位槽321内部，此时拉刀杆51端部和让位槽321底壁之间预留间隔，便于实现第一活塞32对打刀盘6的顶紧。
49.结合图2和图3，第一活塞32上固设有密封圈7，当第一活塞32插入插槽61时，密封圈7能够密封第一活塞32和打刀盘6之间的拼接缝，使得检测气道511中的气体不易从该拼接缝处渗出，提高密闭性。
50.结合图5、图6和图7，气缸4为气缸，气缸把包括第二缸体41和第二活塞42，第二缸体41和第一缸体31的结构相同，在此不再赘述，第一密封腔311的底壁开设有和第二缸体41开口连通的过孔312，第二缸体41和第一缸体31通过该过孔312连通。第二活塞42和第一活塞32结构相同，在此不再赘述，当气缸未注入气体时，第二活塞42的端面和第一密封腔311底面平齐，使得注入第一缸体31内部的压力油不易进入第二缸体41。
51.结合图6和图7，第二活塞42和第一活塞32同轴设置，拉刀状态时，油缸内部无压力油，第二活塞42和第一活塞32抵接，此时向气缸内部注入气体，第二活塞42能够推动第一活塞32轴向运动，使得第一活塞32和打刀盘6顶紧。
52.结合图6和图7，第二活塞42和第二缸体41内壁之间设置有导向带81和密封垫圈82，密封垫圈82为两个，两个密封垫圈82分别设置于导向带81的两侧，使得第一缸体31内部的液体不易进入第二缸体41内部，保证第一缸体31和第二缸体41的密闭性。
53.结合图6和图7，第一活塞32朝向第二活塞42的一侧固设有活塞杆9，第二活塞42开设有供活塞杆9穿过的通孔，第二缸体41的底壁开设有导向孔411，活塞杆9贯穿于第二活塞42后插接于导向孔411内部，第二活塞42和活塞杆9滑动连接。气密性检测前，向气缸内注入气体，气体推动第二活塞42推动第一活塞32向打刀盘6运动，活塞杆9能够实现对第二活塞42的运动导向作用。
54.结合图6和图7，活塞杆9上开设有和开设有和气道511连通的进气通道91，第二缸体41上开设有和进气通道91连通的气体入口，当第一活塞32的端部插入打刀盘6时，从气体
入口处通入气体，气体顺次通过进气通道91和气道511后进入芯轴52和刀具10之间的，通过观察气体的压力值变化判断芯轴52和刀具10之间的接触是否严密，从而判断拉爪53是否夹紧刀具10，当拉爪53夹紧刀具10时，气体压力值稳定无变化。
55.本技术的实施原理为：未安装刀具10时，第一活塞32的端部插入打刀盘6内部，此时第一活塞32气道511和拉刀杆51气道511连通。安装或更换刀具10时，向油缸内注入压力油，压力油推动第一活塞32向靠近刀具10一侧运动，第一活塞32能够推动拉刀杆51同步运动，拉刀杆51带动其上的活动垫块55和芯轴52同步运动，使得芯轴52的端面伸出转子轴13，此时复位弹簧54处于压缩状态，便于进行松刀或换刀工作，达到松刀的状态(参见图6)；
56.在松刀状态下将刀具10和拉爪53连接，排出油缸内的压力油，拉刀杆51在复位弹簧54的作用下恢复原位，进而带动芯轴52恢复原位，实现对刀具10的夹紧，此时处于拉刀的状态(参见图2)，与此同时，第一活塞32的端部和打刀盘6远离。
57.拉刀状态下，向气缸内通入气体，气体推动第二活塞42运动，第二活塞42推动第一活塞32同步移动，使得第一活塞32的端部重新插入打刀盘6，使得第一活塞32和拉刀杆51连通，达到气密检测状态(结合图8和图9)；随后从气体入口处通入气体，气体顺次通过进气通道91和气道511后进入芯轴52和刀具10之间的，通过观察气体的压力值变化判断芯轴52和刀具10之间的接触是否严密，从而判断拉爪53是否夹紧刀具10，当拉爪53夹紧刀具10时，气体压力值稳定无变化。
58.实施例2
59.基于实施例1中具有气密检测功能的主轴，用于检测主轴拉刀状态下气密性的方法，包括如下步骤：
60.s1：根据hska63拉爪53规格制作和其适配的芯轴52，将密封环嵌入芯轴52大头端的内部，多个密封环的内径等于芯轴52的内径，多个密封环的外径沿芯轴52轴向方向逐渐减小；在转子轴13的端部开设有连接槽121；
61.s2：将油缸3、气缸4和机体1安装在一起，启动油缸3推动拉刀杆51，将芯轴52的大头端推出，随后将刀具10的端部插入连接槽121内部，反向驱动油缸3，拉刀杆51在复位弹簧54的作用下回复原位，此时芯轴52的大头端能够驱使拉爪53向外扩张使得刀具10限位于连接槽121的内壁和拉爪53端部之间；
62.s3：在气道511上连接管接头和压力开关以及报警器，压力开关和报警器采用电连接；
63.s4：拉刀状态下，向气道511内部通入0.5mpa气压，若10min以内压力开关检测到的压力值小于0.3mpa时，报警器进行警报提醒，则可判断此主轴和刀具10连接处气密性不合格；
64.当气密性合格后，将刀具更换为吸盘，随后在气道511上连接真空泵，然后启动真空泵，开启真空泵吸真空，在真空泵和吸盘的作用下实现对刀具或其他工件的移动。
65.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。