CN100586649C - 机床主轴、这种主轴的轴承元件以及该主轴的运行方法 - Google Patents

机床主轴、这种主轴的轴承元件以及该主轴的运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机床的主轴，特别是电机主轴，它具有用于接纳电机的壳体和可由所述电机驱动的接纳在轴承元件中的轴，特别是具有用于工件加工的刀具的刀具接纳部的轴，其中，至少一个轴承元件(2、3、4、5)具有用于通过泵元件(20)输送润滑剂的毛细输入管(15、16、17、18)。本发明还涉及一种用于这种类型主轴的轴承元件(2、3、4、5)，它具有至少一个凹部(11、12、13、14)，以用于接纳用于通过泵元件(20)输送润滑剂的毛细输入管(15、16、17、18)。最后本发明还涉及一种用于运行这种机床的主轴的方法，其中，通过传感器元件的分析处理，进行润滑剂在时间上和/或在量上的定量供给，以使至少一个轴承元件得到足够的润滑。

Description

机床主轴、这种主轴的轴承元件以及该主轴的运行方法
技术领域
本发明涉及一种机床主轴。本发明还涉及一种用于这种主轴的轴承元件和该主轴的运行方法。
背景技术
从现有技术中很早就已知一种用于给机床主轴的轴承元件输入作为润滑剂的油的传统的油-空气润滑结构。在这种油-空气润滑结构中以一定的间隔脉冲式地输送润滑油，其中可以输入的油量不可能低于一确定的最少量。相关现有技术例如可见US6398509B1、CN1157885A1和EP0854314A2。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于机床的主轴，其中也可以以最少的量和均匀地给轴承元件供给润滑剂。另外，本发明还提供一种轴承元件以及用于驱动这种主轴的方法。
上述目的通过一种用于机床的主轴来实现，该主轴具有用于接纳电机的壳体和可由所述电机驱动的接纳在轴承元件中的轴，其中，至少一个轴承元件具有用于通过泵元件输送润滑剂的毛细输入管，并且，该主轴设有一用于输送空气的孔，以接收由一毛细输入管中流出润滑剂。所述目的还通过一种运行所述主轴的方法和一种用于所述主轴的轴承元件来实现。
在按本发明的主轴中作为润滑剂的油通过至少一个毛细输入管输入到至少一个轴承元件中。与已知的油-空气润滑结构不同，这里不是通过空气流而是在毛细输入管(毛细软管或者导管)内进行油的输送，在该毛细输入管内持续地填充有油，从而在输入(量)升高时由于存在毛细输入管能够没有延滞地在需要部位亦即在各毛细输入管的端部进行一个迅速的反应和润滑油的输入。由此可以得到一个即使是在特别是10-100微升/小时的最小量的均匀润滑。
该毛细输入管通常具有一个小于2/10mm的开口直径，而按照一般的油-空气润滑结构的输入管通常具有一个至少为2mm的开口直径。
该毛细输入管最好被接纳在轴承元件(例如滚动轴承，径向止推球轴承)的内或外圈的凹部(孔)中并且润滑剂不用空气作为输送介质直接输入到滚动接触部位。因此与通常的油-空气润滑结构不同轴承不会被“干吹”。
在另一个实施方式中润滑油经由毛细输入管接近直接经过轴承元件，并且润滑油通过输入空气由于在毛细输入管的端部携带而走过到轴承元件的最后一段行程。
在一个有利的实施方式中，可以将泵元件例如设计为微齿环泵或者微型泵(例如压电执行元件的形式)。
在一个有利的实施方式中，该泵元件与一个分配器元件相连，多个毛细输入管从该分配器元件导出。由此可以对主轴中的多个轴承元件进行可靠的润滑剂分配。
毛细管的流动阻力与开口直径的4％成比例(Hagen-Poiseuille定律)。通过一个附加的毛细回管(旁路)可以使输入的润滑油量下降到泵元件的额定流量的小的百分比，因为由泵元件输送的润滑油量根据输入毛细管和旁路毛细管的流动阻力的情况被分开。由此该泵元件在一个有利的工作区域工作。
该毛细管可以作为润滑油输入管的部分或者作为毛细管节流器而一体设置在泵元件中(例如作为微系统技术生产的回纹(
Figure C20058000917600041
)等)。
在另一个实施例中该泵元件例如可以通过相应限定的泄漏流或者相应的间隙几何形状设计成这样，使得通过泵特性本身实现旁路性能。
通过一个在旁路中的过滤元件可以永久地提高在支流中的润滑剂的清洁度。由泵元件输送的润滑油的量根据输入毛细输入管和旁路毛细管的横截面的情况而被分开。
在另一个有利的实施例中泵元件，分配器元件和其它元件可以节省空间地一体设置在主轴的壳体中。
按本发明的轴承元件具有至少一个凹部以用于接纳通过泵元件而输入润滑剂的毛细输入管。这种轴承元件可以用于一个如上所述结构的主轴并且可以用于与输入润滑轴承体和轴承的润滑剂的毛细输入管相连。
在根据本发明的用于运行主轴的方法中，通过传感器元件的分析处理在时间上和/或量上进行润滑剂的定量供给，以对至少一个轴承元件进行充分的润滑。
附图说明
下面根据对附图中的实施例详细说明本发明。其中：
图1示意性示出一带有用于输送润滑剂的毛细输入管的主轴的整体视图，
图2示出按图1的主轴中的轴承元件的第一实施例，
图3示出按图1的主轴中的轴承元件的另一实施例，以及
图4示出用于与根据需要定量供给润滑剂的调节回路。
具体实施方式
图1示出示意性表示的、用于机床的主轴(加工主轴)1，该机床有在轴承元件2、3、4和5中的轴，所述轴承元件接纳在主轴1的壳体6中。轴承元件2、3、4和5的外圈7、8、9和10具有用于接纳示意性并因此放大示出的毛细输入管15、16、17和18的凹部11、12、13和14(孔)，所述毛细输入管例如设计成本身已知的毛细软管。
一共示出四个通过分配器19与泵元件20相连的毛细输入管15、16、17和18。分配器19可以具有其它的毛细节流部42、43、44和45并且还具有另一个毛细管21，即一旁路，该旁路也可以具有一毛细节流部46。所述毛细节流部可单独调节并用于定量供给各毛细输入管中和所述旁路中所输送的体积流。
泵元件20输送润滑剂，例如来自存储容器22的润滑油，并引导所输送的润滑剂输送给所述四个毛细管15、16、17和18。润滑剂的一部分通过所述另外的毛细管21导出，并在必要时经过滤后重新输送给存储容器22。
图2示出将轴承元件23和24直接并排地布置在按图1的主轴1的壳体6中的可能性。轴承元件23和24的外圈25和26具有用于接纳示意性示出的毛细管29和30的凹部27和28。
图3示出轴承元件31和32的另一种实施形式，所述轴承元件彼此隔开地接纳在主轴1的壳体6中。在轴承元件31和32之间有一分配元件33，毛细管34和35通入所述分配元件中。所述毛细管34和35在端点36和37处终止，并通过连接通道38和39在侧向与轴承元件31和32相连。通过孔40进行空气输送，并且在毛细管34和35的端部区域36和37内接收润滑油，并通过连接通道38和39将润滑油输送给轴承元件31和32。
图4示出一本身已经清楚/不需加以说明的调节回路，所述调节回路可以根据要求进行润滑剂调节。通过传感器元件可以测得运行中的主轴1的运行参数(例如转速、电机温度、冷却介质温度、轴承温度)，并可以通过本身已知的关联关系估计在现有的轴承元件中的润滑剂膜的厚度。如果这里低于一极限值，则可以通过定量供给元件提高向润滑调节器输送的润滑剂量，由此主轴轴承获得附加的润滑剂膜并由此保持获得足够的润滑。
例如可按下述方法/策略进行润滑剂量的定量供给并由此对泵元件的动作进行改变：
-利用与主轴类型、轴承结构等(可参照目前为止采用的润滑方法)相关的、在整个机器开启时间上的固定值，或
-根据组合特性曲线(Kennfeld)，例如润滑油量＝f(主轴转速)进行控制，或
-根据直接在轴承上进行的润滑剂测量进行调节(目前还没有可靠的方法)。
-根据借助于可简单测量的参量对润滑剂膜厚度的估计进行调节。
所有方法可以单独或组合地应用。
润滑剂膜的估计厚度可用作调节参量，润滑剂量可用作控制量(
Figure C20058000917600071
)。
附图标记表
1                 主轴
2、3、4、5        轴承元件
6                 壳体
7、8、9、10       外圈
11、12、13、14    凹部
15、16、17、18    毛细输入管
19                分配器
20                泵元件
21                毛细输入管
22                存储容器
23、24            轴承元件
25、26            外圈
27、28            凹部
29、30            毛细输入管
31、32            轴承元件
33                分配器元件
34、35            毛细输入管
36、37            端点
38、39            连接通道
40                孔
41                轴
42、43、44、45、46节流部

Claims (10)

1.一种用于机床的主轴，具有用于接纳电机的壳体和可由所述电机驱动的接纳在轴承元件中的轴，其特征为，
至少一个轴承元件具有用于通过泵元件(20)输送润滑剂的毛细输入管，
该主轴设有一用于输送空气的孔(40)，以接收由一毛细输入管中流出的润滑剂。
2.按权利要求1的主轴，其特征为：所述轴承元件在外圈或内圈中具有凹部(11、12、13、14)，以用于接纳所述毛细输入管。
3.按权利要求1或2的主轴，其特征为：设有多个所述毛细输入管，所述毛细输入管通过分配器元件(19)与泵元件(20)相连。
4.按权利要求3的主轴，其特征为：所述分配器元件(19)具有另外一个毛细管(21)作为旁路。
5.按权利要求1的主轴，其特征为：所述主轴(1)具有两个分别带有一毛细输入管的、相邻布置的轴承元件。
6.按权利要求1的主轴，其特征为：所述主轴(1)具有两个带有毛细输入管的、相邻地并彼此隔开地布置的轴承元件。
7.按权利要求1的主轴，其特征为：该主轴是电机主轴。
8.按权利要求1的主轴，其特征为：所述轴具有用于工件加工的刀具的刀具接纳部。
9.一种用于按权利要求1至8之一的主轴的轴承元件，其特征为：所述轴承元件具有至少一个凹部(11、12、13、14)，以用于接纳通过泵元件(20)输送润滑剂的毛细输入管。
10.用于运行按权利要求1至8之一的机床的主轴的方法，其特征为：通过一调节回路进行润滑剂在时间上和/或在量上的定量供给，以使至少一个轴承元件进行充分的润滑。
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