中心出水主轴及机床

技术领域

本发明涉及机床技术领域，尤其涉及一种中心出水主轴及机床。

背景技术

现有中心出水主轴大多采用一体式旋转接头接入冷却液供给管路，该一体式旋转接头通常与主轴芯轴连接。在高速旋转的情况下，一体式旋转接头可能会遭受冷却液冲击，容易产生偏载，损坏旋转接头，使中心出水系统异常。

在公开号为CN217966116U、名称为一种用于钻铣加工中心的高压中心出水专用的旋转接头连接机构所提供的技术方案中，中心出水主轴包括中空主轴电机本体和旋转接头基座，中空主轴电机本体一侧外壁通过螺栓固定连接有基座，基座外壁两端均开设有插槽，插杆与插腔相适配，且旋转接头基座一侧外壁通过螺栓固定连接有旋转接头定子，旋转接头定子一侧外壁固定连接有旋转接头，基座一侧外壁转动连接有旋转接头转子，但该结构不能形成对水的良好缓冲，使得整个中心出水系统运行不稳定，泄漏严重，会缩短整个系统的使用寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种中心出水主轴及加工中心，能够避免旋转接头在启动时遭受冷却液冲击而产生的偏载，有利于保证加工精度的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种中心出水主轴，包括主轴本体、芯轴及旋转连接头，所述芯轴转动设置于所述主轴本体中；所述旋转连接头包括固定于所述主轴本体的尾端的安装座；

所述旋转连接头还包括接头转子和接头定子；所述接头转子包括具有第一轴向通孔的转子本体，所述接头转子与所述芯轴连接；所述接头定子包括具有第二轴向通孔的伸缩头，所述伸缩头与所述接头转子同轴设置，所述伸缩头用于在冷却液的抵推作用下伸向所述接头转子；所述伸缩头具有伸向所述接头转子的第一位置状态和第二位置状态；

在所述第一位置状态下，所述伸缩头伸出至第一轴向位置，所述伸缩头与所述接头转子分离；在所述第二位置状态下，所述伸缩头伸出至第二轴向位置，所述伸缩头与所述接头转子接触并连通所述第一轴向通孔与所述第二轴向通孔。

在所述中心出水主轴的一实施方式中，所述旋转连接头还包括固定于所述安装座上的端盖本体，所述端盖本体包括用于与冷却液供给端连通的输液通路；

在所述端盖本体中开设有圆形腔，所述圆形腔的一端与所述输液通路连通；所述伸缩头设于所述圆形腔中，所述伸缩头用于在经所述输液通路输入的冷却液的抵推作用下伸出至所述第二轴向位置时，所述第二轴向通孔经所述圆形腔与所述输液通路连通。

在所述中心出水主轴的一实施方式中，所述伸缩头包括具有筒体端底的伸缩套筒及具有所述第二轴向通孔的轴筒，所述伸缩套筒的筒半径与所述圆形腔的半径匹配；所述轴筒转动设置在所述伸缩套筒中，所述接头转子上设有与所述轴筒的端部连接配合的固定密封环；

在所述圆形腔的腔壁上还开设有环形槽，所述环形槽位于所述伸缩套筒的周部，所述伸缩套筒的周部上开设有至少一径向延伸的径向通孔，所述径向通孔与所述第二轴向通孔连通；

所述伸缩套筒用于在冷却液抵推作用于所述伸缩套筒的筒体端底，并带动所述轴筒伸向所述接头转子至所述第二轴向位置时，所述输液通路与所述第二轴向通孔经所述圆形腔、所述环形槽及所述径向通孔形成连通。

在所述中心出水主轴的一实施方式中，在所述伸缩套筒的周部还设有固定法兰及弹性件，所述固定法兰的法兰半径与所述环形槽的环体半径适配；

所述弹性件的一端与所述环形槽的侧壁连接，另一端与所述固定法兰连接；

所述伸缩套筒还用于在冷却液未抵推或抵推作用小于所述弹性件的弹性作用时，使所述轴筒位于所述第一轴向位置。

在所述中心出水主轴的一实施方式中，所述伸缩头包括具有筒体端底的伸缩套筒及具有所述第二轴向通孔的轴筒，所述伸缩套筒的筒半径与所述圆形腔的半径匹配；所述轴筒固定设置在所述伸缩套筒中；在所述接头转子上还设有供所述轴筒的端部置入的旋转密封环；

在所述圆形腔的腔壁上还开设有环形槽，所述环形槽位于所述伸缩套筒的周部，所述伸缩套筒的周部上开设有至少一径向延伸的径向通孔，所述径向通孔与所述第二轴向通孔连通；

所述伸缩套筒用于在冷却液抵推作用于所述伸缩套筒的筒体端底，并带动所述轴筒伸向所述接头转子至所述第二轴向位置时，所述输液通路与所述第二轴向通孔经所述圆形腔、所述环形槽及所述径向通孔形成连通。

在所述中心出水主轴的一实施方式中，在所述第二轴向通孔中设有控制阀，所述控制阀用于在所述伸缩头在冷却液的抵推作用下伸出至所述第二轴向位置时，打开以使所述圆形腔与所述第二轴向通孔连通。

在所述中心出水主轴的一实施方式中，在所述旋转连接头中还设有容纳腔，及与所述容纳腔连通的输气通路，所述输气通路用于与正压气源连通。

在所述中心出水主轴的一实施方式中，所述伸缩头与所述接头转子的连接位置位于所述容纳腔中；

所述旋转连接头上还开设有与所述容纳腔连通的排水孔。

另一方面，本发明还提供一种加工中心，包括主轴箱，所述主轴箱上固定有如上所述的中心出水主轴。

在所述加工中心的一实施方式中，所述加工中心为立式加工中心，包括底座、设于底座上的及立柱，所述主轴箱可升降地设置在所述立柱上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用分体式的接头转子和接头定子，并利用冷却液作用伸缩头进行伸缩，且在伸缩头伸出至第二轴向位置时，使得冷却液能够依次经由第二轴向通孔、第一轴向通孔向芯轴所具有的中空通道连通。由伸缩头对接入的冷却液进行缓冲，能够避免接头转子直接遭受冷却液通入时所产生的冲击力，能够保证高速转动状态下的接头转子在接入冷却液时仍能保持旋转稳定性，有利于满足高速高精度的加工需求。

附图说明

图1是本发明提供的中心出水主轴在一实施方式下处于第一位置状态时的局部剖面结构示意图；

图2是图1中的A部分局部放大图；

图3是本发明提供的中心出水主轴在一实施方式下处于第二位置状态时的局部剖面结构示意图；

图4是图3中的B部分局部放大图。

附图标记说明：

中心出水主轴1；

主轴本体11；

芯轴12；

旋转连接头13；安装座131；接头转子132；转子本体1321；第一轴向通孔1322；接头定子133；伸缩头1331；伸缩套筒1331a；轴筒1331b；固定法兰1331c；弹性件1331d；轴承1331e；第二轴向通孔1332；径向通孔1333；端盖本体134；圆形腔1341；环形槽1342；容纳腔135；排水孔136；输液通路C1；输气通路C2。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”以及“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。

本发明提供的中心出水主轴主要应用于立式加工中心中，利用芯轴带动刀具转动进行加工，并通过同时喷出的冷却液对刀具及加工部位进行冷却。

参见图1和图4，示例性地展示了本发明所提供的中心出水主轴1的结构，所述中心出水主轴1包括主轴本体11、芯轴12及旋转连接头13，所述芯轴12为中空芯轴，即冷却液能够通过芯轴流向与芯轴的中空结构连通的刀具。所述芯轴12转动设置于所述主轴本体11中。

本发明中，旋转连接头13可包括安装座131，该安装座131固定于主轴本体11的尾端。此外，旋转连接头13还可包括接头转子132和接头定子133，其中：

所述接头转子132包括具有第一轴向通孔1322的转子本体1321，所述接头转子132与所述芯轴12连接，因而接头转子132能够在芯轴12的带动下旋转，并且冷却液可经第一轴向通孔1322、芯轴12流通。

所述接头定子133包括具有第二轴向通孔1332的伸缩头1331，所述伸缩头1331与所述接头转子132同轴设置，该伸缩头1331具有伸向所述接头转子132的第一位置状态和第二位置状态，在不同的位置状态即对应有不同的连通关系。

在第一位置状态下，伸缩头1331伸出至第一轴向位置P1，伸缩头1331与接头转子132分离，此时，第二轴向通孔1332与所述第一轴向通孔1322不连通。在第二位置状态下，伸缩头1331伸出至第二轴向位置P2，伸缩头1331与接头转子132接触并连通第一轴向通孔1322与第二轴向通孔1332，此时，冷却液可依次经第二轴向通孔1332、第一轴向通孔1322流通至芯轴12中。

可以理解的是，第一位置状态可为旋转连接头13的初始状态，即在初始情况下(未通入相应量的冷却液)，伸缩头1331不与接头转子132连通，相应地，第一轴向位置P1可为伸缩头1331初始伸出位置，也即伸出距离为0的情形。第二位置状态可为旋转连接头13的旋转连接状态，即在连接情况下(通入相应量的冷却液后)，伸缩头1331与接头转子132对合连接以使得第二轴向通孔1332与第一轴向通孔1322形成连通，相应地，第二轴向位置P2可为伸缩头1331最终伸出位置，也即伸出距离为预设距离L的情形。

本发明采用分体式的接头转子132和接头定子133，并利用冷却液作用伸缩头1331进行伸缩，且在伸缩头1331伸出至第二轴向位置P2时，使得冷却液能够依次经由第二轴向通孔1332、第一轴向通孔1322向芯轴12所具有的中空通道连通。由伸缩头1331对接入的冷却液进行缓冲，能够避免接头转子1322直接遭受冷却液通入时所产生的冲击力，能够保证高速转动状态下的接头转子1322接入冷却液时仍能保持旋转的稳定性，有利于满足高速高精度的加工需求。

本发明中，所述旋转连接头13可具体包括安装座131及固定于安装座131上的端盖本体134，所述端盖本体134包括用于与冷却液供给端连通的输液通路C1，优选地，所述输液通路C1的开口方向与所述第二轴向通孔1332的孔轴垂直，或者，输液通路C1的路径上至少有一段与所述第二轴向通孔1332的孔轴垂直，从而使得冷却液在流至接头转子132前，输液通路C1即能够在一定程度上对输入的冷却液进行缓冲。

端盖本体134中开设有圆形腔1341，该圆形腔1341的一端与输液通路C1连通。所述伸缩头1331设于圆形腔1341中，伸缩头1331即用于在经所述输液通路C1输入的冷却液的抵推作用下伸出至所述第二轴向位置P2时，第二轴向通孔1332经所述圆形腔1341与所述输液通路C1连通，也即此时的冷却液经输液通路C1进入至圆形腔1341中，后经圆形腔1341流通至伸缩头1331，并经由伸缩头1331中的第二轴向通孔1332流至接头转子132及芯轴12中。

具体地，在一具体应用例中，所述伸缩头1331包括具有筒体端底的伸缩套筒1331a及具有前述的第二轴向通孔1332的轴筒1331b，伸缩套筒1331a的筒半径与圆形腔1341的半径匹配，也即圆形腔1341的内腔壁可与伸缩套筒1331a的筒外壁滑动接触，以支持伸缩套筒1331a能够在其内伸缩活动。此处，轴筒1331b转动设置在伸缩套筒1331a中，所述接头转子132上设有与所述轴筒1331b的端部连接配合的固定密封环，因而，在轴筒1331b与接头转子132对合连接时，接头转子132可带动轴筒1331b同步转动，且能够保持一定的密封效果。此处，所述接头转子132的连接端设有橡胶锯齿环，而所述轴筒1331b的连接端同样设有橡胶锯齿环，两橡胶锯齿环通过承插配合实现二者的固定连接及一定的密封性，而所述固定密封环则在两连接端的外侧套接过盈配合固定。

在圆形腔1341的腔壁上还开设有环形槽1342，该环形槽1342位于伸缩套筒1331a的周部，而伸缩套筒1331a的周部上还开设有至少一个径向延伸的径向通孔1333，该径向通孔1333能够使其与环形槽1342保持在连通状态，因而，轴筒1331b所具有的第二轴向通孔1332能够经径向通孔1333与环形槽1342保持在连通状态。此处，所述径向通孔1333的数量可为四个，四个通孔可在径向上呈十字分布。可以理解的是，所述环形槽1342的槽体底壁至圆形腔1341的轴心距离大于所述圆形腔1341的腔壁至其轴心距离。

伸缩套筒1331a用于在冷却液抵推作用于伸缩套筒1331a的筒体端底，并带动轴筒1331b伸向接头转子132至第二轴向位置P2时，输液通路C1与第二轴向通孔1332经圆形腔1341、环形槽1342及径向通孔1333形成连通。其中，伸缩套筒1331a的筒体端底主要用于提供一供冷却液抵推作用的作用面，在冷却液压力作用下，该作用面被抵推运动，从而使得伸缩套筒1331a朝向接头转子132所在方向伸出。在伸出一定距离后，冷却液可经圆形腔1341进入至环形槽1342，环形槽1342中的冷却液可进一步经径向通孔1333进入至伸缩套筒1331a的内部，并流通至轴筒1331b的第二轴向通孔1332中。可以理解的是，伸缩套筒1331a伸出至轴筒1331b与接头转子132时停止伸出。

当然，在一种变体结构(可参考图2和图4)中，轴筒也可与接头转子132相对固定设置，所述伸缩头1331包括具有筒体端底的伸缩套筒及具有所述第二轴向通孔的轴筒，所述伸缩套筒的筒半径与所述圆形腔1341的半径匹配，所述轴筒固定设置在所述伸缩套筒中。此时，在二者的连接处设有可实现动密封的旋转密封环，也即在所述接头转子132上还设有供所述轴筒的端部置入的旋转密封环。

此时，类似地，在所述圆形腔1341的腔壁上还开设有环形槽，所述环形槽位于所述伸缩套筒的周部，所述伸缩套筒的周部上开设有至少一径向延伸的径向通孔，所述径向通孔与所述第二轴向通孔连通；

所述伸缩套筒用于在冷却液抵推作用于所述伸缩套筒的筒体端底，并带动所述轴筒伸向所述接头转子132至所述第二轴向位置P2时，所述输液通路C1与所述第二轴向通孔1332经所述圆形腔1341、所述环形槽及所述径向通孔形成连通。

更具体地，如图2和图4，在伸缩套筒1331a的周部还设有固定法兰1331c及弹性件1331d，固定法兰1331c的法兰半径与环形槽1342的环体半径适配。所述弹性件1331d的一端与环形槽1342的侧壁连接，另一端与所述固定法兰1331c连接。伸缩套筒1331a还用于在冷却液未抵推或抵推作用小于所述弹性件1331d的弹性作用时，使所述轴筒1331b位于所述第一轴向位置P1。此处，所述弹性件1331d可采用单个弹簧，该弹簧可套设于伸缩套筒1331a的周部上。当然，所述弹性件1331d还可采用多个弹簧，多个弹簧均匀分布于伸缩套筒1331a的周部上。所述弹性件与环形槽1342的连接端位于所述环形槽1342靠近所述接头转子132的一侧。

为方便轴筒1331b在所述伸缩套筒1331a中稳定转动，在伸缩套筒1331a中还设有轴承1331e，相应地，轴筒1331b设于轴承1331e的转动圈内。

在另一种具体应用例中，在所述第二轴向通孔1332中设有控制阀(图未示出)，所述控制阀(图未示出)用于在所述伸缩头1331在冷却液的抵推作用下伸出至所述第二轴向位置P2时，打开以使所述圆形腔1341与所述第二轴向通孔1332直接连通，并通过第一轴向通孔1322流通至芯轴12中。

本发明中，在所述旋转连接头13中还设有容纳腔135，及与所述容纳腔135连通的输气通路C2，所述输气通路C2用于与正压气源连通。通过正压气源及输气通路C2向容纳腔135输入正压空气，以形成正压腔室，从而能够使形成该容纳腔135的各个构件之间的缝隙形成气幕，避免外界杂物进入旋转接连接头13中，降低安全隐患。此外，所述伸缩头1331与所述接头转子132的连接位置位于所述容纳腔135中；所述旋转连接头13上还开设有与所述容纳腔135连通的排水孔136，利用该排水孔136，可将接头转子132与接头定子133在形成稳定连通前所漏出的冷却液及时排出。

本发明中，在配置弹性件时，优选在所述伸缩头1331伸出至第二轴向位置时，其所承受的冷却液的抵推作用力大于等于0.5mpa。

本发明在如上提供的中心出水主轴1的基础上，还提供了一种加工中心(图未示出)，其包括主轴箱，所述主轴箱上即固定有如上所述的中心出水主轴。更具体地，所述加工中心为立式加工中心，包括底座、设于底座上的及立柱，所述主轴箱可升降地设置在所述立柱上。采用上述中心出水主轴1的立式加工中心，能够实现相对稳定的切削加工，兼顾冷却效果及保证加工精度的稳定性。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。