主轴内部刀具自动夹紧机构
高速电主轴
目前，国内外各著名机床制造商在高速 数控机床中广泛采用电主轴结构，特别是 在复合加工机床、多轴联动、多面体加工 机床和并联机床中。
工作原理
电主轴就是直接将空心的电动机转子 装在主轴上，定子通过冷却套固定在主 轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元， 通电后转子直接带动主轴运转。
结构
电主轴由主轴及主轴箱本体、 电主轴由主轴及主轴箱本体、内置式 的交流伺服电机、辅助装置、检测装置组成。 的交流伺服电机、辅助装置、检测装置组成。 主轴的变速有主轴驱动模块控制， 主轴的变速有主轴驱动模块控制，而 主轴单元内的温升由冷却装置控制。 主轴单元内的松刀油缸， 后面装有测速、测角位移编码器，松刀油缸， 旋转接头；全段的内锥孔和端面用于安装刀具， 旋转接头；全段的内锥孔和端面用于安装刀具， 刀具夹爪；中间有刀具拉杆，刀具夹紧弹簧。 刀具夹爪；中间有刀具拉杆，刀具夹紧弹簧。
发展趋势
（1） 向高速大功率和低速大转矩方向发展 向高精度、 （2） 向高精度、高刚度方向发展 （3） 向精确定向（准停）方向发展 向精确定向（准停） 向快速起、 （4） 向快速起、停方向发展 （5） 向超高速方向发展 （6） 向标准化方向发展
自动换刀机构原理
电主轴自动换刀机构的组成
由刀具夹紧部分和松刀部分组成。 刀具夹紧部分主要由拉刀爪、拉杆、碟 形弹簧等组成，这一部分随主轴一起旋转。 松刀部分主要通过气缸来实现，气动装 置提供动力，实现夹紧和放松刀柄的动作。
电主轴
机械与精密仪器工程学院 李博
内容
电主轴简介概述 自动换刀机构原理 电主轴动画制作流程 总结
电主轴简介概述
概述
电主轴是高速数控加工机床的“ 电主轴是高速数控加工机床的“心脏部 件”。 由于高速加工不但可以大幅度提高加工 效率，而且还可以显著提高工件的加工质 量，所以其应用领域非常广泛，特别是在 航空航天、汽车和模具等制造业中。于是， 具有高速加工能力的数控机床已成为市场 新宠。
HSK工具系统的结构及特点
HSK 工具系统的结构及特点高速切削加工已成为现代机械制造技术的一个重要组成部分和发展方向。
目前，在国际机床工具系统市场上影响比较大的高速加工工具系统有：德国开发的HSK （德文Hohl Schaft Kegel 的缩写，也称空心短锥柄）工具系统；美国KENNAMETAL 公司开发的KM 工具系统；日本日研（NIKKEN ）公司开发的NC5工具系统等。
在众多的新型工具系统中，由德国开发的HSK 工具系统，整体技术最为成熟，应用范围也最为广泛。
其采用空心短锥结构和两面夹紧方式，在系统刚度、径向圆跳动精度、重复安装精度、夹紧可靠性等方面都具有优越性能，被视为21世纪最有前途的工具系统。
1、HSK 刀柄的结构类型在DIN69893标准中规定，HSK 工具系统共有6种型号（35个规格），如图1所示：A 型带中心内冷的自动换刀型D 型带端面内冷的 手动换刀型B 型带端面内冷的 自动换刀型E 型带中心内冷的 自动换刀高速型C 型 带中心内冷的 手动换刀型F 型 无中心内冷的 自动换刀高速型图1 HSK 工具系统6种型号的外观图（DIN69893标准）其中：这6种型号的HSK 刀柄主要的差别、各自结构及使用特点[1]，可参见图2和表1所示。
图2 HSK工具系统6种型号的结构示意图（DIN69893标准）位置、冷却液通道以及法兰盘的面积大小。
A/C/E和B/D/F型刀柄共同点是:锥柄锥度都是1/9.98。
特别指出：在GB/T 19449.1-2004/ISO 12164-1:2001标准中，规定了适用于机床（例如：车床、钻床、铣床和磨床）的带有法兰盘接触面的空心圆锥柄（HSK）的尺寸之外，只规定了两种柄部型式：A型为法兰上带有一个能自动换刀的环形槽，也可以手动换刀；C型为法兰上无环形槽，只能用于手动换刀；两种型式的手动夹进都是通过锥柄上的一个孔来进行的，扭矩的传递是通过锥柄尾端的键以及摩擦来完成的，其特点基本与DIN69893标准的相应规定类似。
HSK刀柄工作原理及常见问题分析
作就可以解决问题，这个问题就不展开说明。但
是，液压装置漏油绝大部分都是非常缓慢，不能够
很直观地发现问题所在，影响问题查找，造成长时
间的停机。建议通过以下方法来对设备进行验证：
首先，手动按动卸刀按钮，如果无法顺利拆
卸，请不要急于放弃，反复按动设备拆刀按钮，待
刀杆可以顺利拆下来。再一次把刀杆安装到设备上
油不会有明显的缺少，所以刀杆在第一次可以拆卸
之后，短时间内不会再出现抱死现象。传动装置如
图6所示。
图6 传动装置
3. 结语 通过HSK特点及原理的了解，更直观分析刀柄 使用中出现问题，提高分析能力，缩短问题处理时 间，为车间争取更多生产机会。
（收稿日期：20121207）
冷加工
47 2013年 第7期
L=l（1+at） V=v（1+bt） 式中，a为线膨胀系数；b为体膨胀系数；l与v是固 体在0℃时的长度与体积；t为温度。 出现这种现象，请不要急于拆刀，在设备停止 加工的状态下，等待一段时间，刀具自然冷却或人 为冷却后，刀杆就能够顺利的拆卸。 （2）刀柄与设备联接系统 刀柄和主轴的状 态对设备的加工影响非常大，刀杆和主轴的状态不 好不仅会引起无法精确定位，更会导致刀杆“抱 死”在设备主轴上面。例如，在刀杆定位面上有划 痕或者磕碰的高点、主轴孔上面有毛刺等现象，刀 具夹紧系统装夹过程中会出现刀杆定位面的局部高 点提前和设备主轴接触，定位装置受力不均匀，很 容易造成卡爪失效，严重时造成刀柄与主轴“抱 死”，无法拆卸。 所以，在实际生产中，一定做好刀柄和主轴孔 的保养和维护。刀具运送过程中，不能与工作台和 运送小车直接接触，要有完好的橡胶或者泡沫垫垫 在刀具放置的位置，保证刀具在发生磕碰的时候， 被碰物体的硬度要远远小于刀杆硬度；在刀具安装 到设备之前，要做好清洁和修整工作，用干净的无 纺布擦拭刀具和设备主轴的定位面，然后用油石打 磨刀杆和主轴有异常的位置，并辅助使用压缩空气 枪清洗干净。卡爪系统内部结构如图5所示。 （3）设备控制系统 液压装置也是直接影响 刀具难拆的重要因素之一，但检查比较复杂，需要
数控机床主轴的几种结构形式
数控机床主轴的几种结构形式
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数控机床的主轴部件包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。
主轴部件是机床的重要部件，其结构的先进性已成为衡量机床水平的标志之一。
由于数控机床的转速高、功率大，并且在加工过程中不进行人工调整，因此要求主轴部件具有良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性和精度的保持性。
对于具有自动换刀装置的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸和夹紧，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置等。
机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。
在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。
目前，主轴端部的结构形状都已标准化，图i所示为几种机床上通用的结构形式。
（a）数控车床主轴端部（b）铣、镗类机床主轴端部（c）外圆磨床砂轮主轴端部
（d）内圆磨床砂轮主轴端部（e）钻床与普通镗床锤杆端部（f）数控镗床主轴端部
图1机床主轴的几种结构形式。
第十章(2)加工中心(2h) (PPTminimizer)
1.按照加工中心布局方式分类(4)
万能加工中心（复合加工中心） 具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹 后能完成除安装面外的所有侧面和顶面（五个面） 的加工，也叫五面加工中心。 具有数控回转工作台
MAHO两轴数控转台图例
它
除了 可绕水平 轴回转以 外，还可 绕垂直轴 作360° 回转。
三、加工中心的分类
1.按照加工中心布局方式分类(1)
立式加工中心 立式加工中心是指主轴轴心线为垂直状态设置的 加工中心，其结构形式多为固定立柱式，工作台 为长方形，无分度回转功能，适合加工盘类零件。 在工作台上安装一个水平轴的数控回转台，可用 于加工螺旋线类零件。立式加工中心的结构简单， 占地面积小，价格低。
２．能够自动改变加工工艺参数
加工中心能自动改变主轴转速、进给量、和刀具 相对工件的运动轨迹及其它辅助机能。
３．有些加工中心可以 将加工和安装工件同时进行
加工中心如果配有交换工作台，工件在工作位置 的工作台上加工的同时，另外的待加工工件可在 处于装卸位置的工作台上进行安装，减少辅助工 作时间，提高了工作效率。
5．自动换刀装置
它由刀库、机械手和驱动机构等部件组成。刀库是存放 加工过程所使用的全部刀具的装置。刀库有盘式、鼓式 和链式等多种形式，容量从几把到几百把，当需换刀时， 根据数控系统指令，由机械手(或通过别的方式)将刀具 从刀库取出装入主轴中。机械手的结构根据刀库与主轴 的相对位置及结构的不同有多种形式。有的加工中心不 用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。尽管 换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手类型等各不相 同，但都是在数控装置及可编程序控制器控制下，由电 机、液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择 与交换。当机构中装入接触式传感器，还可实现对刀具 和工件误差的测量。
主轴自动换刀与手动换刀优缺点对比
主轴自动换刀与手动换刀优缺点对比随着工业技术的发展，自动化逐渐成为企业生产加工的主要形式。
在机加工中，由于加工材料或者形状的不同需要经常换刀，在这种情况下，电主轴也由传统的手动换刀不断向自动换刀发展。
与普通电主轴相比，自动换刀主轴的优势在于，在刀具更换相对频繁的情况下，免去了人工换刀地繁琐过程，更加快速精准地完成换刀，大大提高了生产效率。
因此，在选择电主轴的时候，除了速度和功率外，换刀也是选择正确主轴的决定性因素之一。
自动换刀原理电主轴后端部为气缸结构，气缸内部利用气压推动顶针撞向中间拉杆使得夹头向外延伸，从而刀具脱落，然后设备可以利用轴平台自动抓取刀具，然后主轴后端部利用电磁阀释放气压断气，从而使得刀具夹紧，这个过程被称为自动换刀。
自动换刀1.利用主轴顶部通气使得内部气缸做活塞运动，从而带动中间拉杆前行及后退，这样可以自动打开夹头换刀及自动缩进夹头夹刀。
2.侧面通入气压对主轴运行时内部产生的热量吹出进行散热，以及利用主轴内部正压压强形成部分真空，阻止外部粉尘等物质进入主轴内部，伤害轴承及气压重要运转部件。
3.顶部换刀气压达到一定值，可以开启主轴自清洁功能（仅4033系列）。
4.免去人工换刀过程，使得工作效率大大提高。
5.价格比自动换刀主轴略高。
手动换刀1.需要手动旋动主轴顶部按钮来缩进夹头刀具。
2.需要使用配套的工具来缩进主轴前端的夹头刀具。
3.利用内部风扇来散热及阻挡粉尘等物质从主轴前端进入主轴内部。
4.利用后端通气压使得主轴内部形成正压，往主轴前端流去，起到散热作用及阻挡粉尘等物质从主轴前端进入主轴内部。
对比以上自动换刀主轴和手动换刀主轴，自动换刀主轴自然更具优势，但企业可根据自身情况选择合适的电主轴。
卧式加工中心-主轴箱部件设计
前言机床工业是机械制造业的重要部门，肩负着为农业，工业，科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。
设计机床的目标就是选用技术先进，经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。
随着科学技术不断发展，数控机床的发展越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速高柔性化和模块化方向发展。
本次毕业设计是针对于市场上应用广泛的卧式加工中心的设计。
此设计以典型卧式加工中心为参考，根据国家标准而设计的。
本人主要设计卧式加工中心主轴箱及其部件的设计。
保证在主轴高速运转下的稳定性、精度、刚度，合理选用轴承、电机和传动部件。
在保证箱体的实用性和安全性的前提下，尽可能节约材料来制造箱体、盖板、端盖。
为了保证准停装置和自动换刀的实现，采用气压限位装置来实现换刀，采用永磁铁和磁传感器来实现准停。
本设计鉴于是将要毕业的学生的我所做，可能会由于缺少实践经验和更多专业知识，会出现不严谨，不实际的错误。
望各位审批老师予以谅解并给予我更多的帮助！第一章课题介绍与分析1.1选题背景及意义1.1.1 国内外研究现状机床工业是机械制造业的重要部门，肩负着为农业，工业，科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。
设计机床的目标就是选用技术先进，经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。
领先一步的机床制造商正在构想2011年的“加工中心”，它将是万能型的设备，可用于车、铣、磨、激光加工等，成为真正意义上的加工中心。
全自动地从材料送进，到成品产出，粗精加工、淬硬处理、超精加工，自动检测、自动校正，将无所不能。
设备将重视环保、节能，呈现出绿色制造业的标志。
21世纪时代特征的IT功能是绝对不可少的，设备将通过网络与外界交换信息，获得最新的技术成果，人类的智慧将在高科技产品加工中心上得到充分的展现。
数控技术经过50年的2个阶段和6代的发展：第1阶段：硬件数控（NC）第1代：1952年的电子管第2代：1959年晶体管分离元件第3代：1965年的小规模集成电路。
数控机床主轴部件调整与故障维护
（ 根据具体情况 ， 也可不拆此部分） ； 拆下罩壳螺钉 ， 卸掉上罩壳 ；
折下 丝杠 座螺钉 ； 折下 螺母 支承与主轴套筒的联接螺钉 ； 向左移 动丝杠和螺母 支承等部件 ，卸下同步带 和螺母支承处与主轴套 筒联接的定位 销 ；卸下主轴部件 ；拆 下主轴部件前端法兰和油 封； 拆下主轴套筒 ； 拆 下两处 的圆螺母 ； 拆下前后轴承
文献标识码
主 轴 部 件 是 数 控 机 床 机 械 部分 中 的重 要 组 成 部 件 ，主 要 由
主轴 、 轴承、 主轴准停装置 、 自动夹紧和切屑清除装 置组成 。 数控
深沟球轴承与前端组成一个 相对于套筒 的双支点单 固式支 承。 主轴前端锥孔为 ７ ： ２ ４锥度 ， 用 于刀柄定位 。 主轴前端端面键 ， 用
数控机床主轴部件调整 与故障维护
曲海波
摘要
关键词
数控铣床主轴部件 的拆 装、 调整及故障维护， 给 出主传动 系统常见故 障的排除方法。
数控机床 主轴部件 主轴传动 Ｂ
定位 ， 用 圆 螺母 预 紧 ， 消 除 轴 承轴 向 间 隙和 径 向间 隙 。后 端 采 用
调整 Biblioteka 中图分类号Ｔ Ｇ ５ ４ ７
主轴 为实心轴 ， 上端为花键 ， 通过花键套 与变速箱联结带动 主轴旋转 ， 主轴前端采用两个特轻 系列角接触球轴承支承 ， 两个 轴承背靠背安装 ，通过轴承 内外圈隔套和主轴台阶与主轴轴 向
活塞推动拉杆松开刀柄 的过程 中，压缩空气 由喷气头经过活塞
中一 ｔ ｉ ， ￣ Ｌ 和拉杆中的孔 吹出， 将锥孔清理干净 ， 防止主轴锥孔中掉 入切屑和灰尘 ， 同时保证刀具的正确位置 。
花键 套 螺母 支承
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主轴内部刀具自动夹紧机构是数控机床特别是加工中心的特有机构。
图3为ZHS-K63加工中心主轴结构部件图，其刀具可以在主轴上自动装卸并进行自动夹紧，其工作原理如下：当刀具2装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉3便被送到主轴拉杆7的前端，在碟形弹簧9的作用下，通过弹性卡爪5将刀具拉紧。
当需要换刀时，电气控制指令给液压系统发出信号，使液压缸14的活塞左移，带动推杆13向左移动，推动固定在拉杆7上的轴套10，使整个拉杆7向左移动，当弹性卡爪5向前伸出一段间隔后，在弹性力作用下，卡爪5自动松开拉钉3，此时拉杆7继续向左移动，喷气嘴6的端部把刀具顶松，机械手便可把刀具取出进行换刀。
装刀之前，压缩空气从喷气嘴6中喷出，吹掉锥孔内脏物，当机械手把刀具装进之后，压力油通人液压缸14的左腔，使推杆退回原处，在碟形弹簧的作用下，通过拉杆7又把刀具拉紧。
冷却液喷嘴1用来在切削时对刀具进行大流量冷却。