[发明专利]一种U轴主轴单元机构

说明书

本发明涉及一种U轴主轴单元机构，包括主轴单元壳体，主轴单元壳体的中心孔中通过主轴轴承安装有主轴，主轴的两端从主轴单元壳体中伸出，且主轴中心孔的前端设有主轴锥形孔，主轴锥形孔中插接有与之配合的U轴刀具锥形头，U轴刀具锥形头的前端设有与之连为一体的U轴刀具本体，所述U轴刀具锥形头的根部圆周与所述主轴的前端之间径向固定，U轴刀具本体的轴线垂直于U轴刀具锥形头的轴线，U轴刀具本体的中心孔中安装有长轴齿轮，长轴齿轮的两侧分别啮合有齿条，两齿条分别沿U轴刀具本体的轴向呈中心对称向外延伸，两齿条的外端头分别固定有刀片。该U轴主轴单元机构结构简单、运行稳定可靠，不用换刀即可加工出复杂的曲面或球面。

技术领域

本发明涉及一种加工中心，特别涉及一种U轴主轴单元机构，属于数控机床技术领域。

背景技术

在传统的机床加工过程中，对于结构复杂的工件，在加工大小不同的孔、面、柱时，需要独自的刀具来加工，对于一些复杂的曲面，球面等，通常的加工中心无法加工。

因此希望设计一种刀具，在主轴旋转的同时，刀头可以沿着刀具做径向运动，沿径向运动的轴称之为U轴。U轴刀具可替代其变化范围内以往所需的不同直径的刀具，节省刀具成本且无需换刀，加工效率提高。在加工过程中刀具通过主轴电机驱动旋转，同时U轴刀片经U轴传动系统通过伺服电机驱动实现刀片的径向移动，按数控系统程序要求改变刀具的加工直径大小，由此可进行复杂曲面等的加工。

U轴主轴单元的核心在于U轴传动机构的设计，如果通过齿轮行星结构来实现，存在比较明显的缺点，比如结构复杂，噪音大，容易发生齿轮疲劳点蚀，齿根裂纹等现象，从而影响U轴传动系统的运行精度，传动效率和寿命，且齿轮还需进行润滑。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种U轴主轴单元机构，结构简单、运行稳定可靠，不用换刀即可加工出复杂的曲面或球面。

为解决以上技术问题，本发明的一种U轴主轴单元机构，包括主轴单元壳体，所述主轴单元壳体的中心孔中通过主轴轴承安装有主轴，所述主轴的两端从所述主轴单元壳体中伸出，且主轴中心孔的前端设有主轴锥形孔，所述主轴锥形孔中插接有与之配合的U轴刀具锥形头，所述U轴刀具锥形头的前端设有与之连为一体的U轴刀具本体，所述U轴刀具锥形头的根部圆周与所述主轴的前端之间径向固定，U轴刀具本体的轴线垂直于U轴刀具锥形头的轴线，所述U轴刀具本体的中心孔中安装有长轴齿轮，所述长轴齿轮的两侧分别啮合有齿条，两所述齿条分别沿U轴刀具本体的轴向呈中心对称向外延伸，两所述齿条的外端头分别固定有刀片。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：当U轴刀具锥形头与主轴锥形孔紧密配合时，主轴带动U轴刀具本体上的两刀片同步旋转，对工件进行加工。同时长轴齿轮转动驱动两侧的齿条同步缩回或者伸出，两刀片的回转半径同步缩小或放大，随着刀片回转半径的变化，实现不规则曲面的加工。在刀片回转直径的变化范围，可替代以往多把不同直径的刀具；从而在不用停车换刀的情况下，可在工件表面加工出复杂的曲面或球面。

作为本发明的改进，所述U轴刀具锥形头的中心孔后端设有螺纹段且旋接有拉钉，所述拉钉的后端与四瓣拉爪配合，所述四瓣拉爪的后端旋接在拉杆的前端外周，所述拉杆沿所述主轴中心孔向后延伸，所述拉杆的后部安装有主轴松刀盘，所述主轴松刀盘与主轴松拉刀油缸的活塞固定连接。正常工作时，主轴松拉刀油缸不建压，拉杆向后拉动时，拉杆的前端牵引四瓣拉爪向后移动，使四瓣拉爪得以抓紧拉钉向后移动，拉钉拉动U轴刀具锥形头后移，直至与主轴锥形孔卡死，实现U轴刀具本体与主轴的结合。停止加工，或者更换U轴刀具本体时，主轴松拉刀油缸建压，驱动主轴松刀盘向前移动，则四瓣拉爪松开拉钉，U轴刀具锥形头与主轴锥形孔之间的拉力消失。