CN102179719B - 机床主轴箱应力变形的补偿机构 - Google Patents

Abstract

机床主轴箱应力变形的补偿机构，主轴箱位于两立柱之间，形成门式热变形对称结构，且主轴箱与两立柱之间前、后接触面各设置两条导轨及滑块形成垂直导向支撑；补偿机构包括两只补偿油缸，分别设置于一支撑壳体内，两支撑壳体分别对称安装于主轴箱后部上端面两侧；两只过渡连接板，过渡连接板一侧面的两端分别连接主轴箱后部上端面两侧和对应立柱导轨的滑块；内设补偿油缸的两支撑壳体分别设置于对应滑块的过渡连接板另一侧面，补偿油缸的活塞端抵靠对应滑块的过渡连接板另一侧面。本发明在滑枕内部已设置有变形补偿机构的同时，可以克服主轴箱在运动过程中因为主轴组件重心变化而引起的悬伸绕性变形问题，对主轴箱产生的应力变形进行实时动态补偿。

Description

机床主轴箱应力变形的补偿机构

技术领域

本发明涉及机床设备，特别涉及机床主轴箱应力变形的补偿机构。

背景技术

主轴箱为机床关键部件。主轴箱在运动过程中往往会因重心变化引起的主轴前端下垂，从而影响机床的动态性能和零件的加工精度。如何设计补偿装置对提高主轴箱运动精度至关重要。

目前，很多机床设计中采用前端平衡油缸，在立柱前端布置一个或两个平衡油缸，提拉主轴箱，克服主轴组因为重力作用发生变形。前置平衡油缸往往取决于主轴箱行程，体积大。若采用单油缸偏置形式，容易因为拉杆偏心造成受力不均，从而引起主轴在其他方向上的变形。若采用对称双油缸布局形式，则容易与传动模块发生干涉，可能引起主轴箱和立柱模块的外形尺寸增大。

此外，还有很多机床在设计过程中采用了位置检测元件与可编程控制器或者是电桥等电子技术，依托液压电磁阀和液压补偿装置或者涡轮蜗杆传动装置等应用于补偿装置，达到了对主轴组运动精度的控制效果。

中国专利CN201010248293公开了一种滑枕挠曲变形双向补偿装置，其主要解决现有的拉杆补偿装置因拉杆偏心会导致滑枕轴向上变形的问题，其特征是：滑枕下部有两个压杆及与压杆相连的推力油缸，所述的压杆与拉杆沿铣轴中心线上下对称，且两压杆之间沿铣轴中心线左右对称，推力油缸在主轴箱内。该装置只是单纯提高滑枕内部刚性，对于包裹滑枕的主轴箱产生的应力变形无法进行位置补偿。

发明内容

本发明的目的在于设计一种机床主轴箱变形补偿机构，在滑枕内部已设置有变形补偿机构的同时，可以克服主轴箱在运动过程中因为主轴组件重心变化而引起的应力集中，对主轴箱产生的应力变形进行实时动态补偿。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于：主轴箱位于两立柱之间，形成门式热变形对称结构，且主轴箱与两立柱之间前、后接触面各设置两条导轨及滑块形成垂直导向支撑；所述的补偿机构包括，两只补偿油缸，分别设置于一支撑壳体内，两支撑壳体分别对称安装于主轴箱后部上端面两侧；

两只过渡连接板，分别设置于主轴箱后部上端面两侧，每个过渡连接板的一侧面的两端分别连接主轴箱后部上端面的一侧和设置于所述后接触面的靠近该侧的所述滑块；所述的内设补偿油缸的两支撑壳体分别设置于所述两只过渡连接板的对应上述一侧面的另一侧面，设置位置对应上述一侧面中连接滑块的一端，并使补偿油缸的活塞杆端面抵靠连接于该另一侧面的缓冲垫。

进一步，所述的过渡连接板与滑块之间还设一调整垫板。

所述的过渡连接板的所述另一侧面开设凹槽，凹槽内设该缓冲垫，活塞端抵靠该缓冲垫。

又，所述的缓冲垫为缓冲铜垫。

所述的主轴箱后部上端面两侧分别带有凸起安装端面，所述的两只过渡连接板分别与该两凸起安装端面连接。

更进一步，所述的补偿油缸包括，油缸体；前、后端盖，分别连接于油缸体两端，前、后端盖上开有进出油孔，并分别外接油管及相应的控制阀连接回油箱；后端盖内侧面开设一与进出油孔连通的凹腔；前端盖为T形结构；活塞，T形结构，设置于油缸体内，其T形后端即较宽的一端的端面对应后端盖的该凹腔，活塞侧面设一台阶，并与前端盖内侧端之间保持一间隙，前端盖进出油孔的内端口对应该间隙。

又，所述的前、后端盖侧面与油缸体之间设置O形密封圈；所述的活塞的T形后端的侧面内嵌设与油缸体内侧壁接触的耐磨环、OK密封圈；所述的前端盖对应活塞的内侧壁嵌设防尘圈、GS密封圈、耐磨环。

连接于补偿油缸的进出油管路中设置的控制阀采用液压比例阀。

当机床主轴箱重心前移，将对主轴箱与立柱结合处产生反向作用力，引起主轴箱变形，补偿机构将通过经比例阀控制动态液压的油缸对立柱反向施力，起到对主轴箱施加相对于受力变形方向相反的拉力，从而根据主轴箱内滑枕伸出量的多少，实现对主轴箱因应力产生的变形进行实时位置补偿。

本发明的优点：

本发明提出的针对主轴箱应力变形的补偿机构，主轴箱与立柱组成门式热变形对称结构，采用热变形对称结构可有效抵消热应力集中产生的变形。

本发明提出的针对主轴箱应力变形的补偿机构，主轴箱与立柱之间采用前面两条后面两条共四条导轨形成垂直导向支撑，这样就使立柱在不需增大截面尺寸的同时，增加了主轴箱的支撑点并增大了支撑点间的跨距，从而提高了主轴箱的刚性。

本发明提出的针对主轴箱应力变形的补偿机构，是通过应力补偿油缸至于具有圆柱形内腔的壳体内，经缓冲铜垫、过渡连接板、调整垫板将补偿装置与主轴箱、立柱连接起来，结构紧凑、占用空间小、重量轻，便于实现。

本发明提出的针对主轴箱应力变形的补偿机构，其补偿油缸对称分布于主轴箱后上部两侧，这样就使作用点相对于主轴箱和立柱亦形成对称分布，从而使其补偿反向推力着力点均匀合理。

本发明提出的针对主轴箱应力变形的补偿机构，采用液压比例阀对主轴箱变形进行实时动态位置补偿控制。比例阀可根据滑枕伸出量多少而引起主轴箱重心位置的变化，实时输出相应的液压至补偿油缸，从而保证该补偿机构及时和精确。

本发明补偿机构油缸体、前、后端盖、活塞以及铜垫，前、后端盖开有油孔，外接油管。采用O形密封圈、OK密封圈、GS密封圈、防尘圈、耐磨环等，密封性能好、能量损失少，补偿效果好。

附图要求：

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例补偿机构的连接关系示意图。

图3为本发明补偿油缸内部结构剖视图。

具体实施方式

参见图1~图3，机床主轴箱应力变形的补偿机构，主轴箱10位于两立柱20、20’之间，形成门式热变形对称结构，且主轴箱10与两立柱20、20’之间前、后接触面各设置两条导轨30及滑块40形成垂直导向支撑。

所述的补偿机构包括，两只补偿油缸1、1’，分别设置于一支撑壳体2、2’内，两支撑壳体2、2’分别对称安装于主轴箱10后部上端面两侧；两只过渡连接板3、3’，过渡连接板3（以补偿油缸1、过渡连接板3为例，下同）一侧面31的两端分别连接主轴箱10后部上端面一侧和对应立柱导轨的滑块40；内设补偿油缸1的两支撑壳体2分别设置于对应滑块40的过渡连接板3另一侧面32，补偿油缸1的活塞11端部抵靠对应滑块40的过渡连接板3另一侧面32。

在本实施例中，所述的过渡连接板3与滑块40之间还设一调整垫板15。对应补偿油缸1的活塞11端部的过渡连接板3的一侧面32开设凹槽311，凹槽311内设缓冲垫4，活塞11端部抵靠该缓冲垫4。缓冲垫4为缓冲铜垫。

所述的主轴箱10后部上端面两侧分别带有凸起安装端面，所述的两只过渡连接板3、3’分别与该两凸起安装端面连接。

参见图3，在本实施例中，所述的补偿油缸1包括，油缸体12；前、后端盖13、14，分别连接于油缸体12两端，前、后端盖13、14上开有进出油孔131、141，并分别外接油管及相应的控制阀连接回油箱（图中未示）；后端盖14内侧面开设一与进出油孔141连通的凹腔142；前端盖13为T形结构；活塞11，T形结构，设置于油缸体12内，其T形后端面111对应后端盖凹腔142，活塞侧面112设一台阶，并与前端盖13内侧端之间保持一间隙a，前端盖13进出油孔131的内端口对应该间隙a。

又，所述的前、后端盖13、14侧面与油缸体12之间设置O形密封圈5、5’；所述的活塞11的T形后端侧面111内嵌设与油缸体12内侧壁接触的耐磨环6、OK密封圈7；所述的前端盖13对应活塞11的内侧壁132嵌设防尘圈8、GS密封圈9、耐磨环6’。

连接于补偿油缸的进出油管路中设置的控制阀采用液压比例阀。

在工作状态下，液压比例阀根据滑枕伸出量多少而引起主轴箱重心位置的变化，实时输出相应的液压至补偿油缸，使油缸活塞产生向前运动的推力，经活塞前端与缓冲铜垫接触使推力传递至立柱，由作用力与反作用力原理，立柱将给安装有补偿油缸的主轴箱以反向推力，从而达到对主轴箱位置变形进行补偿的作用。

Claims (8)

1.机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于：

主轴箱位于两立柱之间，形成门式热变形对称结构，且主轴箱与两立柱之间前、后接触面各设置两条导轨及滑块形成垂直导向支撑；

所述的补偿机构包括，

两只补偿油缸，分别设置于一支撑壳体内，两支撑壳体分别对称安装于主轴箱后部上端面两侧；

两只过渡连接板，分别设置于主轴箱后部上端面两侧，每个过渡连接板的一侧面的两端分别连接主轴箱后部上端面的一侧和设置于所述后接触面的靠近该侧的所述滑块；所述的内设补偿油缸的两支撑壳体分别设置于所述两只过渡连接板的对应上述一侧面的另一侧面，设置位置对应上述一侧面中连接滑块的一端，并使补偿油缸的活塞杆端面抵靠连接于该另一侧面的缓冲垫。

2.如权利要求1所述的机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于，所述的过渡连接板与滑块之间还设一调整垫板。

3.如权利要求1所述的机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于，所述的过渡连接板的所述另一侧面开设凹槽，凹槽内设该缓冲垫，活塞杆端面抵靠该缓冲垫。

4.如权利要求1或3所述的机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于，所述的缓冲垫为缓冲铜垫。

5.如权利要求1或2所述的机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于，所述的主轴箱后部上端面两侧分别带有凸起安装端面，所述的两只过渡连接板分别与该两凸起安装端面连接。

6.如权利要求1所述的机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于，所述的补偿油缸包括，

油缸体；

前、后端盖，分别连接于油缸体两端，前、后端盖上开有进出油孔，并分别外接油管及相应的控制阀连接回油箱；后端盖内侧面开设一与进出油孔连通的凹腔；前端盖为T形结构；

活塞，T形结构，设置于油缸体内，其T形后端面即较宽的一端的端面对应后端盖的该凹腔，活塞侧面设一台阶，并与前端盖内侧端之间保持一间隙，前端盖进出油孔的内端口对应该间隙。

7.如权利要求6所述的机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于，所述的前、后端盖侧面与油缸体之间设置O形密封圈；所述的活塞的T形后端的侧面内嵌设与油缸体内侧壁接触的耐磨环、OK密封圈；所述的前端盖对应活塞的内侧壁嵌设防尘圈、GS密封圈、耐磨环。

8.如权利要求1或6所述的机床主轴箱应力变形的补偿机构，其特征在于，连接于补偿油缸的进出油管管路中设置的控制阀采用液压比例阀。

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