CN103084589A - 一种用于调节电主轴的预紧力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于调节电主轴的预紧力的装置。所述装置包括：预紧油缸，位于所述电主轴的轴承的边侧；弹簧，其弹簧力作用于所述轴承的外圈；比例调压装置，位于所述电主轴的尾端壳体，用于调节所述预紧油缸的液压力，其中所述轴承的预载荷由所述预紧油缸的液压力和所述弹簧的弹簧力共同作用产生；控制系统，所述控制系统根据所述轴承当前的状态参数来调节所述比例调压装置的输出信号，从而调节所述预紧油缸产生的液压力。

Description

一种用于调节电主轴的预紧力的装置

技术领域

本发明涉及电主轴轴承预载荷调整技术。

背景技术

随着高速切削技术的飞速发展，作为机床核心功能部件的电主轴得到越来越广泛的应用。

电主轴一般采用精密混合陶瓷角接触球轴承来应对高速运转的要求，轴承必须在有预载荷情况下才能正常工作。预载荷不仅可消除轴承的轴向游隙，降低噪声和振动，还可以提高轴承刚度、主轴的旋转精度，抑制钢球自转时的滑动摩擦，从而提高主轴的使用寿命。

一般说来，预载荷越大，提高刚度和旋转精度的效果就越好；但是另一方面，预载荷越大，摩擦力就越大，温升就越高，可能会造成轴承的烧伤，引起电主轴的故障停机。

目前，对于中低转速的电主轴，往往采用刚性预载荷，即利用轴承内外隔圈的宽度尺寸差来施加预载荷。这种方式轴系刚度较强，结构简单，但当轴系零件发热而使长度尺寸变化时，预载荷大小也会相应发生变化。

对于高速电主轴为了避免由于高速离心力以及温升变化使预载荷过大，往往应采用弹性预载荷的方式，即用适当的弹簧力来作为预紧力。由于弹簧的刚度远小于轴承刚度，因此在运转中预紧力几乎始终保持不变，但缺点就是刚性相对较差。

以上两种方法，在电主轴装配完成以后，其预载荷大小就无法改变和调整。对于使用速度范围较广的电主轴，如对其使用性能和使用寿命有较高要求，既要满足低速状态的高刚性、高承载，又能在高速状态时避免预紧力过大，以往的两种预紧方式就不能完全胜任。

因此，亟需一种电主轴可调预紧的技术方案。

发明内容

为了实现电主轴可调预紧，尤其是针对电主轴处于高速和低速两种截然不同的状态下的可调预紧，本发明提供了一种用于调节电主轴的预紧力的装置。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于调节电主轴的预紧力的装置。该装置包括：

预紧油缸，所述预紧油缸位于所述电主轴的轴承的边侧；

弹簧，所述弹簧产生的弹簧力作用于所述轴承的外圈；

比例调压装置，所述比例调压装置位于所述电主轴的尾端壳体，用于调节所述预紧油缸的液压力，其中所述轴承的预载荷由所述预紧油缸的液压力和所述弹簧的弹簧力共同作用产生；

控制系统，所述控制系统根据所述轴承当前的状态参数来调节所述比例调压装置的输出信号，从而调节所述预紧油缸产生的液压力。

在一个实施例中，所述控制系统包括状态参数采集装置，用于采集所述轴承的转速和温度中的至少一者。

在一个实施例中，当所述轴承的转速低于一阈值时，所述控制系统控制所述比例调压装置的输出，以便调节所述预紧油缸所产生的液压力，以获得与转速相适应的最佳预载荷值；当所述轴承的转速高于一阈值时，所述控制系统控制所述比例调压装置的输出压力为零，使得所述轴承的预载荷全部由所述弹簧的弹簧力产生。

在一个实施例中，所述预紧油缸是多点分布的油缸。

在一个实施例中，所述预紧油缸是整体的环形油缸。

在一个实施例中，所述装置还包括拉杆松刀油缸，所述比例调压装置与所述拉杆松刀油缸并联。

本发明的有益效果是经过本技术调整的电主轴转速适用范围更广，既能满足低速高刚性，又能满足高速恒定预紧力的要求，相对于原有技术状态的电主轴，性能提升，主轴系统的刚性和加工精度得到改善，同电主轴的使用寿命更长。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出根据本发明的实施例的用于调节电主轴的预紧力的装置；

图2示出根据本发明的一个实施例的采用简易数控系统控制比例调压装置的输出的示意图；

图3示出示出根据本发明的一个实施例的采用变频器控制系统来控制比例调压装置的输出的示意图；

图4示出根据本发明的一个实施例的采用配置电主轴轴承预紧力专用控制模块来控制比例调压装置的输出的示意图；以及

图5示出根据本发明的一个实施例的大型数控系统来控制比例调压装置的输出的示意图。

具体实施方式以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图1示出根据本发明的一实施例的用于调节电主轴的预紧力的装置。轴承1、预紧油缸2和弹簧3位于电主轴前端轴承座内。预紧油缸2和弹簧3布置在轴承1的左侧，其作用力作用在轴承1的外圈。在一个实施例中，预紧油缸2可以是多点分布的小油缸。在另一个实施例中，预紧油缸2可以是整体结构的环形油缸。

轴承1的预载荷由预紧油缸2的液压力和弹簧力3共同作用产生。比例调压装置6和松刀油缸5安装于电主轴尾端壳体。预紧油缸液压力的大小由比例调压装置（例如：比例调压阀）实现。在一个实施例中，可以在原有的拉杆松刀油缸液压回路的换向阀7后并联该比例调压装置6。当主轴停止，进行换刀时，拉杆松刀油缸5进行放松动作，预紧油缸2处于非工作卸荷状态。当刀具夹紧时，换向阀7换向，拉杆松刀油缸5退回，由碟型弹簧组夹紧刀具，同时预紧油缸2加载，刀具夹紧到位后主轴开始旋转加工。

该装置还可包括控制系统。比例调压装置6接收控制系统的控制信号，控制系统采集比例调压装置6及轴承1当前的状态参数，通过智能运算将控制信号与轴承当前的状态参数相匹配。在一个实施例中，该控制系统采集转速、温度等状态参数，并根据该状态参数来调节输出至比例调压装置6的控制信号。例如，该控制系统可包括一转速采集装置，用于采集轴承的转速。当转速低于一阈值（中低转速，例如小于8000rpm），则控制系统根据转速，输出相应的控制信号，控制比例调压装置6的输出，以使得预紧油缸2产生不同压力的油压，施加于预紧油缸的活塞上从而加大轴承的预载荷，以便达到与转速相适应的最佳预载荷值。当转速高于一阈值（高转速，例如大于10000rpm）时，所述控制系统控制比例调压装置6的输出压力为零，轴承预载荷全部由弹簧力3产生。

该控制系统可以采用多种方案实现。例如，可以采用简易数控系统、变频器控制系统、配置电主轴轴承预紧力专用控制模块、大型数控系统。

图2示出根据本发明的一个实施例的采用简易数控系统控制比例调压装置的输出的示意图。如图所示，该方案主要采用以下步骤：

1.编制工件加工程序时，在电主轴运行的转速语句中，编此转速运行的电主轴轴承预紧力输出语句。

2.通过加装PID输出板，输出预紧力值。

3．通过电控调压阀、比例阀、溢流阀，调节控制电主轴轴承的预紧力。

4．预紧力实时显示，并对异常情况进行监控报警。

图3示出示出根据本发明的一个实施例的采用变频器控制系统来控制比例调压装置的输出的示意图。如图所示，该方案主要采用以下步骤：

1.从变频器的速度监控端采集电主轴转速控信号。

2.设计专用的控制模块或PLC控制，通过预紧力特征曲线的设定等，产生预紧力设定值的输出。

3.预紧力设定值——通过控制电控调压阀、比例阀、溢流阀等，调节控制电主轴轴承的预紧力。

4.预紧力实时显示，并对异常情况进行监控报警。

图4示出根据本发明的一个实施例的采用配置电主轴轴承预紧力专用控制模块来控制比例调压装置的输出的示意图。如图所示，该方案主要采用以下步骤：

1.从电主轴编码器端采集转速信号，无编码器的可加装测速发电机脉冲测速电路等。

2.轴承预紧力专用控制模块采集转速信号，并进行数据处理输出预紧力控制信号。

3.控制信号——控制电控调压阀、比例阀、溢流阀，调节控制电主轴轴承的预紧力。

4.预紧力实时显示，并对异常情况进行监控报警。

图5示出根据本发明的一个实施例的大型数控系统来控制比例调压装置的输出的示意图。如图所示，该方案主要采用以下步骤：

1.由数控系统采集电主轴运行转速。

2.在数控系统中预置电主轴轴承预紧力特征曲线。

3.在系统嵌入电主轴轴承预紧力函数发生器。

4.系统ＰＩＤ板输出电主轴轴承预紧力值信号。

5.控制信号——控制电控调压阀、比例阀、溢流阀，调节控制电主轴轴承的预紧力。

6.数控系统实时显示预紧力，并对异常情况进行监控报警。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种用于调节电主轴的预紧力的装置，其特征在于，所述装置包括：

预紧油缸，所述预紧油缸位于所述电主轴的轴承的边侧；

弹簧，所述弹簧产生的弹簧力作用于所述轴承的外圈；

比例调压装置，所述比例调压装置位于所述电主轴的尾端壳体，用于调节所述预紧油缸的液压力，其中所述轴承的预载荷由所述预紧油缸的液压力和所述弹簧的弹簧力共同作用产生；

控制系统，所述控制系统根据所述轴承当前的状态参数来调节所述比例调压装置的输出信号，从而调节所述预紧油缸产生的液压力。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统包括状态参数采集装置，用于采集所述轴承的转速和温度中的至少一种。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述轴承的转速低于一阈值时，所述控制系统控制所述比例调压装置的输出，以便调节所述预紧油缸所产生的液压力，以获得与转速相适应的最佳预载荷值；当所述轴承的转速高于一阈值时，所述控制系统控制所述比例调压装置的输出压力为零，使得所述轴承的预载荷全部由所述弹簧的弹簧力产生。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预紧油缸是多点分布的油缸。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预紧油缸是整体的环形油缸。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括拉杆松刀油缸，所述比例调压装置与所述拉杆松刀油缸并联。

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