一种多用主轴结构的制作方法

本发明涉及一种主轴结构，具体是一种多用主轴结构。

背景技术：

随着国内对搅拌摩擦焊技术的研究与应用，技术逐渐成熟稳定，已开始广泛应用于高铁、航空航天及管道焊接加工中。搅拌摩擦焊的优点不胜枚举，但其有一个显著缺点，就是搅拌头离开焊缝时，会在焊缝末端留下一个凹坑，称之为匙孔。匙孔的存在不仅影响了焊缝美观，也会在一定程度上影响焊件末端的焊缝性能。

随着摩擦焊技术的发展，回抽式搅拌摩擦焊妥善解决了匙孔问题，因此越来越多的厂家采用回抽式摩擦焊进行焊接加工。图1为回抽式搅拌头的结构示意图，其中，1为搅拌针，2为搅拌头（轴肩），3为刀柄。回抽式搅拌摩擦焊的原理是将搅拌针与搅拌头（轴肩）分离，使用控制系统控制搅拌针轴向伸缩，这样就能在焊接过程中自动消除匙孔，提高焊件质量。

目前搅拌摩擦焊机均为特种设备，特别是采用回抽式工艺方法的搅拌摩擦焊机，只能进行搅拌摩擦加工。当厂家需要生产转型或者临时增加数控加工工序时，摩擦焊专机只能闲置，需另购数控加工中心，这给厂家的生产成本带来了较大的压力。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种既可作为摩擦焊设备使用、又可作为数控加工中心使用的多用主轴结构，其结构简单，经过简单的改造即可实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，可满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多用主轴结构，包括主轴、主电机、第一传动机构和回抽装置，所述的主电机的输出端与所述的第一传动机构的输入端相连，所述的主轴与所述的第一传动机构的输出端相连，所述的第一传动机构安装在第一减速箱内，所述的主轴直立安装在主轴箱体内，所述的主轴上开设有轴向通孔，所述的回抽装置可拆卸地安装在所述的第一减速箱上，所述的主轴箱体固定在所述的第一减速箱的下端，所述的回抽装置包括上下设置的伺服电机、第二减速箱和电动缸，所述的伺服电机的输出端与所述的第二减速箱的输入端相连，所述的第二减速箱的输出端与所述的电动缸的输入端相连，所述的电动缸的输出端可拆卸地连接有连接杆，所述的连接杆贯穿所述的轴向通孔设置，所述的连接杆为长连杆或短连杆，所述的长连杆的底端安装有摩擦焊刀柄，所述的摩擦焊刀柄固定在所述的主轴上，所述的摩擦焊刀柄内安装有搅拌针和搅拌头，所述的搅拌针固定在所述的长连杆的底端，所述的搅拌头套设在所述的搅拌针上；所述的短连杆的底端安装有拉刀爪，所述的主轴的下端安装有主轴锥柄，所述的主轴锥柄的上端固定有主轴拉钉，所述的主轴拉钉与所述的拉刀爪相连，所述的主轴锥柄用于安装数控刀具。

在主轴上安装长连杆时，直接在长连杆的底端安装摩擦焊刀柄及搅拌针和搅拌头，回抽装置驱动搅拌针完成伸缩动作，此时该多用主轴结构作为搅拌摩擦焊设备使用。工作时，伺服电机经第二减速箱增大扭矩后驱动电动缸，由电动缸向连接杆传递扭矩，利用伺服电机的正反转完成连接杆的轴向伸缩动作，通过连接杆的轴向伸缩动作，调整搅拌针在焊缝处的位置，当搅拌针达到合适位置后，伺服电机停止工作，之后主电机工作，通过第一传动机构向主轴传递扭矩，驱动主轴旋转，进而完成摩擦焊动作。需要安装数控刀具时，将回抽装置从第一减速箱上拆卸并向上抽出，再将长连杆拆下，换上短连杆，装上拉刀爪、主轴拉钉和主轴锥柄，即可安装数控刀具，此时该多用主轴结构便改造为能夹持标准数控刀具的加工中心。此时的回抽装置作为松夹刀机构使用，可控制伺服电机输出恒扭力将数控刀具拉到固定坐标点后停止，完成拉刀动作。拉刀完成后关断伺服电机，主电机工作，通过第一传动机构向主轴传递扭矩，驱动主轴旋转，完成对工件的数控加工操作。

可见，本发明的多用主轴结构，既可作为摩擦焊设备使用，又可作为数控加工中心使用。其结构简单，经过简单的改造即可实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，可满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。其回抽装置由伺服电机驱动，可作为伺服轴或松夹刀机构使用，进行短距离抽拉动作，且伺服电机的定位速度快、定位准确，可实现对连接杆的高精度定位，精确控制搅拌针的坐标位置。

本发明的多用主轴结构，其回抽装置采用电动缸形式，由伺服电机驱动，不需要液压驱动，可杜绝液压油渗漏等安全问题，并避免包括泵、管路、电磁阀、压力开关、接头等在内的复杂的成套系统的设计使用，简化设备控制系统，便于后期设备维护。该多用主轴结构的使用，可避免设备的油污污染，节省了一些特殊零部件的清洁成本。

所述的电动缸与所述的连接杆通过第二传动机构可拆卸地连接，所述的第二传动机构包括上传动套、下传动套、第一锁紧螺母和圆锥滚子轴承，所述的上传动套固定在所述的电动缸的输出端，所述的下传动套通过螺钉固定在所述的上传动套的下端，所述的圆锥滚子轴承安装在所述的下传动套与所述的连接杆之间，所述的第一锁紧螺母安装在所述的连接杆的上端，所述的圆锥滚子轴承由所述的第一锁紧螺母锁紧。拆卸连接杆时，将上传动套与下传动套分离，取下第一锁紧螺母即可将连接杆拆卸并抽出，操作方便。

所述的电动缸安装在一过渡支架上，所述的过渡支架的下端安装有开口朝下的过渡套，所述的过渡套套设在所述的上传动套上，所述的上传动套螺纹连接在所述的电动缸的输出端，所述的上传动套由第二锁紧螺母锁紧，所述的第二锁紧螺母通过螺钉固定在所述的上传动套上，所述的过渡支架的下端通过螺钉固定有传动箱，所述的传动箱通过螺钉固定在所述的第一减速箱上，所述的连接杆的上端伸入所述的传动箱内。

所述的上传动套与所述的下传动套之间安装有调整垫，以便对圆锥滚子轴承外圈的预压量进行调节。

所述的第一传动机构包括第一齿轮轴、第二齿轮轴、输出轴、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述的第一齿轮轴、第二齿轮轴和输出轴依次并行设置，所述的主电机的输出端与所述的第一齿轮轴相连，所述的第一传动齿轮安装在所述的第二齿轮轴上，所述的第二传动齿轮安装在所述的输出轴上，所述的第一齿轮轴与所述的第一传动齿轮相啮合，所述的第一传动齿轮与所述的第二传动齿轮相啮合，所述的输出轴套设在所述的连接杆上与所述的连接杆键连接，所述的输出轴的底端与所述的主轴的顶端经一花键套上下连接。工作时，主电机带动第一齿轮轴旋转，进而带动第二齿轮轴和输出轴旋转，第二齿轮轴可增大第一齿轮轴与输出轴的中心距，给回抽装置留出足够的安装空间。输出轴用来降速并增大主电机输出扭矩。

所述的主轴的下端设置有锥孔，所述的锥孔与所述的摩擦焊刀柄或所述的主轴锥柄相适配。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明公开的多用主轴结构，既可作为摩擦焊设备使用，又可作为数控加工中心使用。其结构简单，经过简单的改造即可实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，可满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。

2、本发明公开的多用主轴结构，其回抽装置由伺服电机驱动，可作为伺服轴或松夹刀机构使用，进行短距离抽拉动作，且伺服电机的定位速度快、定位准确，可实现对连接杆的高精度定位，精确控制搅拌针的坐标位置。

3、本发明公开的多用主轴结构的回抽装置采用电动缸形式，由伺服电机驱动，不需要液压驱动，可杜绝液压油渗漏等安全问题，并避免包括泵、管路、电磁阀、压力开关、接头等在内的复杂的成套系统的设计使用，简化设备控制系统，便于后期设备维护。该多用主轴结构的使用，可避免设备的油污污染，节省了一些特殊零部件的清洁成本。

附图说明

图1为回抽式搅拌头的结构示意图；

图2为实施例中多用主轴结构的结构示意图；

图3为图2中A处放大图；

图4为实施例中回抽装置的结构简图；

图5为实施例中第一传动机构的结构连接示意图；

图6为实施例1中主轴结构下端的结构示意图；

图7为实施例2中主轴结构下端的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的多用主轴结构，如图所示，包括主轴2、主电机1、第一传动机构和回抽装置，主电机1的输出端与第一传动机构的输入端相连，主轴2与第一传动机构的输出端相连，第一传动机构安装在第一减速箱22内，主轴2直立安装在主轴箱体23内，主轴2上开设有轴向通孔21，回抽装置可拆卸地安装在第一减速箱22上，主轴箱体23固定在第一减速箱22的下端，回抽装置包括上下设置的伺服电机31、第二减速箱32和电动缸33，伺服电机31的输出端与第二减速箱32的输入端相连，第二减速箱32的输出端与电动缸33的输入端相连，电动缸33的输出端通过第二传动机构可拆卸地连接有连接杆4，连接杆4贯穿轴向通孔21设置，连接杆4为长连杆，长连杆的底端安装有摩擦焊刀柄5，摩擦焊刀柄5固定在主轴2上，摩擦焊刀柄5内安装有搅拌针51和搅拌头52，搅拌针51固定在长连杆的底端，搅拌头52套设在搅拌针51上；主轴2的下端设置有锥孔24，锥孔24与摩擦焊刀柄5相适配。

实施例1中，第一传动机构包括第一齿轮轴61、第二齿轮轴62、输出轴63、第一传动齿轮64和第二传动齿轮65，第一齿轮轴61、第二齿轮轴62和输出轴63依次并行设置，主电机1的输出端与第一齿轮轴61相连，第一传动齿轮64安装在第二齿轮轴62上，第二传动齿轮65安装在输出轴63上，第一齿轮轴61与第一传动齿轮64相啮合，第一传动齿轮64与第二传动齿轮65相啮合，输出轴63套设在连接杆4上与连接杆4键连接，输出轴63的底端与主轴2的顶端经一花键套66上下连接。

实施例1中，第二传动机构包括上传动套71、下传动套72、第一锁紧螺母73和圆锥滚子轴承74，上传动套71固定在电动缸33的输出端，下传动套72通过螺钉固定在上传动套71的下端，上传动套71与下传动套72之间安装有调整垫75，圆锥滚子轴承74安装在下传动套72与连接杆4之间，第一锁紧螺母73安装在连接杆4的上端，圆锥滚子轴承74由第一锁紧螺母73锁紧。

实施例1中，电动缸33安装在一过渡支架34上，过渡支架34的下端安装有开口朝下的过渡套35，过渡套35套设在上传动套71上，上传动套71螺纹连接在电动缸33的输出端，上传动套71由第二锁紧螺母76锁紧，第二锁紧螺母76通过螺钉固定在上传动套71上，过渡支架34的下端通过螺钉固定有传动箱36，传动箱36通过螺钉固定在第一减速箱22上，连接杆4的上端伸入传动箱36内。

实施例1的多用主轴结构的工作原理：伺服电机31经第二减速箱32增大扭矩后驱动电动缸33，由电动缸33向连接杆4传递扭矩，利用伺服电机31的正反转完成连接杆4的轴向伸缩动作，通过连接杆4的轴向伸缩动作，调整搅拌针51在焊缝处的位置，当搅拌针51达到合适位置后，伺服电机31停止工作，之后主电机1工作，主电机1带动第一齿轮轴61旋转，进而带动第二齿轮轴62和输出轴63旋转，输出轴63又带动主轴2旋转，进而完成摩擦焊动作。

第二齿轮轴62可增大第一齿轮轴61与输出轴63的中心距，给回抽装置留出足够的安装空间，输出轴63用来降速并增大主电机1输出扭矩。

实施例2的多用主轴结构，如图所示，包括主轴2、主电机1、第一传动机构和回抽装置，主电机1的输出端与第一传动机构的输入端相连，主轴2与第一传动机构的输出端相连，第一传动机构安装在第一减速箱22内，主轴2直立安装在主轴箱体23内，主轴2上开设有轴向通孔21，回抽装置可拆卸地安装在第一减速箱22上，主轴箱体23固定在第一减速箱22的下端，回抽装置包括上下设置的伺服电机31、第二减速箱32和电动缸33，伺服电机31的输出端与第二减速箱32的输入端相连，第二减速箱32的输出端与电动缸33的输入端相连，电动缸33的输出端通过第二传动机构可拆卸地连接有连接杆4，连接杆4贯穿轴向通孔21设置，连接杆4为短连杆，短连杆的底端安装有拉刀爪81，主轴2的下端安装有主轴锥柄8，主轴锥柄8的上端固定有主轴拉钉82，主轴拉钉82与拉刀爪81相连，主轴锥柄8用于安装数控刀具；主轴2的下端设置有锥孔24，锥孔24与主轴锥柄8相适配。

实施例2中，第一传动机构包括第一齿轮轴61、第二齿轮轴62、输出轴63、第一传动齿轮64和第二传动齿轮65，第一齿轮轴61、第二齿轮轴62和输出轴63依次并行设置，主电机1的输出端与第一齿轮轴61相连，第一传动齿轮64安装在第二齿轮轴62上，第二传动齿轮65安装在输出轴63上，第一齿轮轴61与第一传动齿轮64相啮合，第一传动齿轮64与第二传动齿轮65相啮合，输出轴63套设在连接杆4上与连接杆4键连接，输出轴63的底端与主轴2的顶端经一花键套66上下连接。

实施例2中，第二传动机构包括上传动套71、下传动套72、第一锁紧螺母73和圆锥滚子轴承74，上传动套71固定在电动缸33的输出端，下传动套72通过螺钉固定在上传动套71的下端，上传动套71与下传动套72之间安装有调整垫75，圆锥滚子轴承74安装在下传动套72与连接杆4之间，第一锁紧螺母73安装在连接杆4的上端，圆锥滚子轴承74由第一锁紧螺母73锁紧。

实施例2中，电动缸33安装在一过渡支架34上，过渡支架34的下端安装有开口朝下的过渡套35，过渡套35套设在上传动套71上，上传动套71螺纹连接在电动缸33的输出端，上传动套71由第二锁紧螺母76锁紧，第二锁紧螺母76通过螺钉固定在上传动套71上，过渡支架34的下端通过螺钉固定有传动箱36，传动箱36通过螺钉固定在第一减速箱22上，连接杆4的上端伸入传动箱36内。

实施例2的多用主轴结构的工作原理：伺服电机31经第二减速箱32增大扭矩后驱动电动缸33，由电动缸33向连接杆4传递扭矩，利用伺服电机31的正反转完成连接杆4的轴向伸缩动作，通过连接杆4的轴向伸缩动作，实现松夹刀功能，此时的回抽装置作为松夹刀机构使用。伺服电机31输出的恒扭力将数控刀具拉到固定坐标点后停止，完成拉刀动作。拉刀完成后关断伺服电机31，主电机1工作，主电机1带动第一齿轮轴61旋转，进而带动第二齿轮轴62和输出轴63旋转，向主轴2传递扭矩，驱动主轴2旋转，完成对工件的数控加工操作。

实施例1的主轴结构为搅拌摩擦焊设备，实施例2的主轴结构为数控加工中心，通过更换连接杆4，可实现搅拌摩擦焊设备与数控加工中心的快速、灵活转换，能够扩展设备的应用范围，满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。

例如，当前为搅拌摩擦焊设备，若需要转换为数控加工中心时，具体的转换过程为：将回抽装置从第一减速箱22上拆卸并向上抽出，拆卸连接杆4时，将上传动套71与下传动套72分离，取下第一锁紧螺母73将连接杆4拆卸并抽出，换上短连杆，装上拉刀爪81、主轴拉钉82和主轴锥柄8，即可安装数控刀具，此时该多用主轴结构便改造为能夹持标准数控刀具的加工中心。

以上实施例中，伺服电机31可以选用西门子1FK7060-2AF71-1RH1型电机，电动缸可以选用苏州丰达瑞的产品，速比25:1，导程10mm，行程20mm。

可见，本发明公开的多用主轴结构，既可作为摩擦焊设备使用，又可作为数控加工中心使用。其回抽装置由伺服电机驱动，可作为伺服轴或松夹刀机构使用，进行短距离抽拉动作，且伺服电机的定位速度快、定位准确，可实现对连接杆的高精度定位，精确控制搅拌针的坐标位置，而在安装数控刀具时，连接杆起拉紧刀具作用。此外，其回抽装置采用电动缸形式，由伺服电机驱动，不需要液压驱动，可杜绝液压油渗漏等安全问题。本发明公开的多用主轴结构，结构简单，经过简单的改造即可实现摩擦焊设备与数控加工中心间的快速、灵活转换，大大扩展了设备的应用范围，可满足用户一机多用的要求，大幅节约设备采购成本。