CN102581317B - 一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元，包括主轴箱体、主轴，所述的主轴箱体上安装有前轴瓦、后轴瓦及后压套，所述主轴后端有一锥形段，所述锥形段上固定有一锥形套，所述锥形套具有一连接盘，所述连接盘与一传动轮的后端面固定连接，所述后压套有一向后延伸的延伸套，所述延伸套上安装有与所述传动轮相配合的轴承。本发明的轴系单元能够大大提高主轴的回转精度。

Description

一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元

技术领域

本发明涉及精密机械制造领域，特别涉及一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元。

背景技术

影响机械加工零件精度的因素有很多，但是这其中最重要的一个就是加工机械零件的机床（例如磨床、车床、加工中心等）本身的精度等级，随着对机械加工零件精度的要求越来越高，对机床的高速回转主轴的综合回转精度也就提出了越来越高的要求，如一些高速大功率高精度数控磨床、加工中心的回转主轴转速己达到20000r/min以上，对于主轴的综合回转精度要求小于0.2μm，甚至更高。

现有的轴系单元，为了带动主轴旋转，动力源是通过固定在主轴后端的传动轮来带动主轴旋转的，在通过传动轮带动主轴旋转的时候，因为传动轮是安装在主轴后端的，那么动力源作用在传动轮上的径向拉力，不可避免的传递给主轴，使得主轴产生一个径向的跳动，使主轴回转综合精度受到影响，降低了主轴的回转精度。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足之处，提供一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元，其能够使得主轴的回转精度大大提高。

本发明的技术方案如下；一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元，包括主轴箱体、主轴，所述的主轴箱体上安装有后压套，所述主轴后端有一锥形段，所述锥形段上固定有一锥形套，所述锥形套具有一连接盘，所述连接盘与一传动轮的后端面固定连接，所述后压套有一向后延伸的延伸套，所述延伸套上安装有与所述传动轮相配合的轴承。

作为优选，所述连接盘具有通孔，所述通孔内设有与所述传动轮固定的销子，所述通孔内设有套在所述销子上的缓冲橡胶套。

作为优选，所述锥形段端部通过螺钉固定有一压盖，所述压盖的侧面与所述连接盘的侧面相接触。

作为优选，所述的主轴箱体上安装有前轴瓦、后轴瓦，所述前轴瓦设有前等分油腔，所述后轴瓦上设有后等分油腔，所述前等分油腔和/或所述后等分油腔的数量为大于等于三的奇数个。

作为优选，所述前等分油腔和/或所述后等分油腔的数量为3、5、7个。

作为优选，所述前等分油腔和/或所述后等分油腔的数量为5个。

作为优选，所述主轴后端有一轴向受力圆环，所述后轴瓦的后侧面设有与所述轴向受力圆环的前侧面相配合的环槽，所述后压套的前侧面设有与所述轴向受力圆环的后侧面相配合的环槽。

作为优选，所述前轴瓦和/或后轴瓦与所述的主轴箱体一体成型或分体组装。

作为优选，所述的轴承为机床主轴轴承。

作为优选，所述的机床为车床或磨床。

本发明的有益效果在于：

1）能够将动力源通过传动轮作用在主轴上的径向拉力卸荷掉，减少或避免这个径向力对于主轴的影响，提高主轴的回转精度；

2）采用的是大于等于三的奇数个等分腔数量，进一步的使得主轴的回转精度提高，达到0.15μm甚至更高。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为锥形套与传动轮、延伸套与轴承的连接示意图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为图1的B-B剖视图。

图中：

1主轴箱体；

2-主轴，201-轴向受力圆环，202-前轴肩，203-后轴肩，204-锥形段；

3-前轴瓦，301-前等分油腔；

4-后轴瓦，401-后等分油腔，402-环槽；

5-后压套，501-环槽，502-延伸套；

6-传动轮；

7-砂轮；

8-锥形套，801-连接盘，801a-通孔；

9-轴承；

10-销子；

11-缓冲橡胶套；

12-螺钉；

13-压盖。

具体实施方式

实施例，见附图1、2、3、4；一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元，本发明的轴系单元，可以用于机床或磨床等，本实施方式以磨床为例，但不仅限于此，其包括主轴箱体1、主轴2，主轴箱体是安装在机床上的，同时，主轴2安装在主轴箱体内，两端伸出，主轴后端固定有传动轮6，用来与外部的动力源连接，带动主轴旋转，因为在本实施方式中是以磨床为例，所以，在主轴的前端安装有砂轮7，如果是车床则可以安装刀具，因为是本领域内的公知技术，在此不详述，在主轴箱体1上安装有前轴瓦3、后轴瓦4及后压套5，前、后轴瓦4可以与主轴箱体一体或分体组装，本实施方式中，前、后轴瓦与主轴箱体是分开组装的，为了防止后轴瓦移动，在其前端设有卡环。

为了将由动力源带来的径向力卸荷掉，而不是作用在主轴上，传动轮6与主轴2不是直接固定连接的，在主轴2后端有一锥形段204，锥形段204上固定有一锥形套8，锥形套8具有一连接盘801，在本实施方式中，连接盘与锥形套一体成型的，这样便于加工，当然，也可以是采用分体螺接或焊接的方式，连接盘的直径大于锥形套的直径，所以，连接盘801与传动轮6的后端面固定连接，传动轮的后端面有一个凹槽，连接盘就位于这个凹槽内，同时，后压套5有一向后延伸的延伸套502，在延伸套502上安装有与所述传动轮6相配合的轴承9，一般的，轴承9为机床主轴轴承，能够保证精密机床的工作精度和使用性能，本实施方式采用的是双向推力角接触球轴承，当然也可以采用 TAC系列主轴轴承。而为了使得连接盘与传动轮连接起来，在连接盘801上设有通孔801a，在通孔801a内设有与传动轮6固定的销子10，同时，通孔801a内设有套在销子10上的缓冲橡胶套11，通过缓冲橡胶套对销子进行缓冲，也就使得连接盘与传动轮的连接具有一定的弹性，减小冲击，销子10可以采用强度足够的橡胶制成，缓冲效果更好。通过以上的结构，能够减小动力源通过传动轮带给主轴的冲击，减小主轴由此产生的径向跳动，使得主轴的回转精度提高，当动力源带动传动轮转动的时候，首先绝大部分径向力都作用在轴承9（机床主轴轴承）上了，而轴承又安装在延伸套上，通过延伸套进而作用在后压套上，最后作用在主轴箱体上，大大减小了作用在主轴上的径向力，减小了主轴高速旋转时，以为动力源带来的径向力而带来的跳动，同时，将连接盘与传动轮的连接起来的销子有缓冲橡胶套11对其进行缓冲以减小冲击及由此带来的跳动，进一步的提高主轴的回转精度，使得主轴的回转精度能够达到0.15μm。

锥形段204端部通过螺钉12固定有一压盖13，所述压盖13的侧面与所述连接盘801的侧面相接触，压盖能够防止缓冲橡胶套从通孔内脱离出来。

为了减小主轴在高速旋转的时候的轴向跳动，在主轴2后端有一轴向受力圆环201，轴向受力圆环201是直接成型在主轴上的，与主轴一体的，而后轴瓦4的后侧面设有与轴向受力圆环201的前侧面相配合的环槽402，后压套5的前侧面设有与所述轴向受力圆环201的后侧面相配合的环槽501，通过让两个环槽充满油来减小主轴轴向的跳动。

而为了减小加工主轴的成本，及加快主轴的加工时间，提高工作效率，主轴2具有与所述前轴瓦3、后轴瓦4相配合的前轴肩202、中间轴肩203。这样，在加工主轴的时候，只需要将前轴肩202、中间轴肩203高精度加工即可，其余部分对精度要求低，加工速度快。

前轴瓦3设有前等分油腔301，后轴瓦4上设有后等分油腔401，前等分油腔301和/或所述后等分油腔401的数量为大于等于三的奇数个，数量的选择根据主轴的直径大小及实际情况来进行确定，一般的，经过我们实际的检测、实验，在本技术领域内，前等分油腔301和后等分油腔401的数量为3、5或7个，其中，以数量为5个最佳，本实施方式中，前等分油腔301和后等分油腔401的数量均为5个，当然，也可以是，前等分油腔301或后等分油腔401的数量是3、5、7等奇数个，只是这样，效果不是最佳。

现在机床轴系最常见的、应用范围最广的等分油腔，分别是四等分和六等分油腔。现实中，主轴不管采用何种精度的机床加工出来的，其横截面实际上都是一个椭圆，同样的，前轴瓦或后轴瓦的内孔横截面也是椭圆，现在的轴系单元工作的时候，是注入高压油的，高压油在主轴与前轴瓦、后轴瓦之间形成油膜，使得主轴处于液态支承状态，如果等分油腔为四个，主轴横截面是椭圆，其横截面两个长轴对应两个等分油腔、短轴对应两个等分油腔，因为等分油腔是开始在前轴瓦、后轴瓦内孔上的凹槽，所以，两个长轴两个与和对应等分油腔之间的间隙，是大于正常情况下主轴和前轴瓦、后轴瓦内孔之间的间隙的，同样的，两个短轴与和其对应的两个等分油腔之间的间隙，也是是大于正常情况下主轴和前轴瓦、后轴瓦内孔之间的间隙的。

这样，当主轴旋转到两个长轴、两个短轴与四个等分油腔位置对应的时候，会因为间隙的变大而引起主轴的一个微小的跳动，虽然间隙的变化很小很小，跳动也很小很小，但是，要知道，主轴旋转的速度是20000r/min，甚至更高，以主轴转速为24000r/min为例，也就是说，在一秒钟内，主轴旋转了300转，而每一转内，主轴都会因为间隙的变化而产生四次意外的径向微小跳动（每一转内，主轴的长轴、端轴有四次与四个等分油腔对应的位置，就是四次间隙变化，四次径向跳动），一秒钟300转，就是1200次微小的径向跳动，而这样的跳动对应一般精度的加工来讲，是正常的范围内，而对应对主轴回转精度要求小于0.15μm甚至0.1μm的机床来说，就太大了，这些跳动累计的误差使得主轴回转精度达不到要求；

而对于六等分油腔，主轴横截面是椭圆，其横截面两个长轴对应两个等分油腔、短轴则没有对应的等分油腔，所以，两个长轴两个与和对应等分油腔之间的间隙，是大于正常情况下主轴和前轴瓦、后轴瓦内孔之间的间隙的。

这样，当主轴旋转到两个长轴与两个等分油腔位置对应的时候，会因为间隙的变大而引起主轴的一个微小的跳动，虽然间隙的变化很小很小，跳动也很小很小，但主轴旋转的速度是20000r/min，甚至更高，以主轴转速为24000r/min为例，在一秒钟内，主轴旋转了300转，而每一转内，主轴都会因为间隙的变化而产生六次意外的径向微小跳动（每一转内，主轴的长轴有六次与两个等分油腔对应的位置，就是六次间隙变化，六次跳动），一秒钟300转，就是1800次微小的径向跳动，而这样的径向跳动对应一般精度的加工来讲，是正常的范围内，而对应对主轴回转精度要求小于0.15μm甚至0.1μm的机床来说，就太大了，这些跳动累计的误差就使得主轴回转精度达不到要求。

而本发明的轴系单元，见附图4；前等分油腔301、后等分油腔401数量都是5个，是奇数个。下面以前等分油腔301为例，详述下本发明是如何提高主轴回转精度的。因为前等分油腔301是均布在前轴瓦上，那么可以知道，主轴的长轴或端轴对应的前等分油腔301只能是一个，而不是向四、六个等分油腔那样，对应的都是两个，所以在理论上，其间隙的变化只有前者的1/2，理论上由此而产生的主轴径向跳动也只有前者的1/2，以主轴转速为24000r/min为例，在一秒钟内，主轴旋转了300转，而每一转内，主轴都会因为间隙的变化而产生五次意外的径向微小跳动（每一转内，主轴的长轴或端轴有五次与等分油腔对应的位置，就是五次间隙变化，五次径向跳动），一秒钟300转，就是1500次微小的径向跳动，虽然与四等分油腔的1200次相比，数量是增加了，但是本实施方式每次微小的径向跳动量仅是四等分油腔的1/2，所以，相比四、六等分油腔的轴系单元，本实施方式的轴系单元，其主轴的回转精度大大提高，再结合前述的对于主轴采用的卸荷方式，能够使得主轴的回转精度达到0.1μm以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元，包括主轴箱体（1）、主轴（2），所述的主轴箱体（1）上安装有后压套（5），其特征在于：所述主轴（2）后端有一锥形段（204），所述锥形段（204）上固定有一锥形套（8），所述锥形套（8）具有一连接盘（801），所述连接盘（801）与一传动轮（6）的后端面固定连接，所述后压套（5）有一向后延伸的延伸套（502），所述延伸套（502）上安装有与所述传动轮（6）相配合的轴承（9），所述连接盘（801）具有通孔（801a），所述通孔（801a）内设有与所述传动轮（6）固定的销子（10），所述通孔（801a）内设有套在所述销子（10）上的缓冲橡胶套（11），所述锥形段（204）端部通过螺钉（12）固定有一压盖（13），所述压盖（13）的侧面与所述连接盘（801）的侧面相接触，所述的主轴箱体（1）上安装有前轴瓦（3）、后轴瓦（4），所述前轴瓦(3)设有前等分油腔（301），所述后轴瓦（4）上设有后等分油腔（401），所述主轴（2）后端有一轴向受力圆环（201），所述后轴瓦（4）的后侧面设有与所述轴向受力圆环（201）的前侧面相配合的环槽（402），所述后压套（5）的前侧面设有与所述轴向受力圆环（201）的后侧面相配合的环槽（501）；所述连接盘（801）的直径大于锥形套（8）的直径，所述传动轮（6）的后端面有一个凹槽，所述连接盘（801）就位于这个凹槽内;所述前等分油腔（301）和/或所述后等分油腔（401）的数量为7个；所述前轴瓦和/或后轴瓦（4）与所述的主轴箱体（1）一体成型或分体组装。

2.根据权利要求1所述的一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元，其特征在于：所述的轴承（9）为机床主轴轴承。

3.根据权利要求1所述的一种用于机床的卸荷式静动压轴系单元，其特征在于：所述的机床为车床或磨床。