CN103894630B - 一种便于测量主轴轴向热变形的主轴箱配置结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于机械设备零部件领域的一种便于测量主轴轴向热变形的主轴箱配置结构。主要包括主轴箱系统、主轴箱固定装置和热变形测量装置等部分；在前、后端盖上，涡电流位移传感器通过螺母固定在支架上，被测螺栓一端拧在定压预紧装置上，被测螺栓的另一端为特殊加工的平面，固定在支架上的涡电流位移传感器可以直接测量该平面的位移；即涡电流位移传感器同时测量前、后端盖相对于地面的位移。本发明结构布局紧凑，通过轴承的热松配置、环形液压缸的定压预紧和主轴箱体的静定安装，轴承的热松配置保证主轴的热变形不受限制；使用液压缸对后轴承进行定压预紧使得前轴承的相对位移为零；最终将主轴的轴向变形转化为方便测量的套筒的位移。

Description

一种便于测量主轴轴向热变形的主轴箱配置结构
技术领域
本发明属于机械设备零部件领域，特别涉及一种便于测量主轴轴向热变形的主轴箱配置结构。
背景技术
主轴系统被广泛应用于机床等加工机械中，而主轴系统由于受到热的影响会产生一定程度的热变形，为了对此热变形进行测量和研究，需要测量主轴的热变形，目前的测量方式主要是使用位移传感器对机床主轴头部进行测量，但是由于机床内部轴承存在刚度、主轴箱存在各种间隙等原因，主轴的热变形会被轴承、箱体接缝等结构吸收掉，使得测到的变形并不是主轴的真正热变形，无法进行进一步分析。因此亟需一种可以准确、方便测量主轴热变形，尤其是轴向热变形的方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种便于测量主轴轴向热变形的主轴箱配置结构，其特征在于，主要由主轴箱系统1，主轴箱固定装置2和轴向变形测量装置3组成：
所述主轴箱系统的前轴承8安装在主轴箱16前端的轴肩上，前轴承8的外圈与前套筒9的一端接触，前套筒9的另一端顶在主轴箱的台阶上，应变片10安装在前套筒9的内表面，起到监测前轴承8预紧力的作用。后轴承13的内圈通过圆螺母14安装在主轴的后端，后轴承13的外圈与后套筒12的一端接触，另一应变片10安装在后套筒12的内侧起到监测后轴承13预紧力的作用。定压预紧装置11压在后套筒12上为整套系统的前轴承8、后轴承13提供预紧力。前端盖7和后端盖15安装在主轴箱16的两侧起到密封作用，并为热变形测量装置3提供安装的支点。
所述主轴箱固定装置的前固定螺栓18和后固定螺栓20放置在滑槽21中，起到导向的作用；通过前固定螺母17拧紧前固定螺栓18和通过后固定螺母19拧紧后固定螺栓20来决定机床主轴箱的热膨胀方向。
所述热变形测量装置的支架24固定在后端盖15上，后涡电流位移传感器23通过螺母固定在支架24上，被测螺栓22一端拧在定压预紧装置11上，被测螺栓22的另一端为特殊加工的平面，固定在支架24上的涡电流位移传感器23直接测量该平面的位移；同时，前端盖7上也有涡电流位移传感器23测量前端盖7相对于地面的位移。
本发明的有益效果是本发明采用热松结构的轴承布置，使得主轴的热变形尽可能少的受到主轴箱体的限制；通过环形液压缸的定压预紧，在实现轴承预紧力的控制的同时限制主轴的轴向窜动，采用静定固定主轴箱，使得主轴箱的轴向变形方向与主轴的轴向变形方向相反，将主轴的轴向变形转化为方便测量的套筒的位移，从而可以较为精确的测量出主轴的轴向变形。本发明结构布局紧凑，通过轴承的热松配置、环形液压缸的定压预紧和主轴箱体的静定安装，轴承的热松配置保证主轴的热变形不受限制；使用液压缸对后轴承进行定压预紧使得前轴承的相对位移为零；最终将主轴的轴向变形转化为方便测量的套筒的位移。从而可以较为精确的测出主轴的轴向变形，为进一步对主轴变形的研究提供了可能。
附图说明
图1是主轴箱系统的结构示意图。
图2是主轴箱固定装置的结构示意图。
图3是热变形测量装置的结构示意图。
图4热变形测量原理图。
具体实施方式
本发明提供一种便于测量主轴轴向热变形的主轴箱配置结构。下面结合附图予以说明。
图1为主轴箱系统的结构示意图，主要包括主轴箱系统1，主轴箱固定装置2，热变形测量装置3等部分组成。其主轴箱系统的前轴承8安装在主轴箱16前端的轴肩上，前轴承8的外圈与前套筒9的一端接触，前套筒9的另一端顶在主轴箱的台阶上，应变片10安装在前套筒9的内表面，起到监测前轴承8预紧力的作用。后轴承13的内圈通过圆螺母14安装在主轴的后端，后轴承13的外圈与后套筒12的一端接触，另一应变片10安装在后套筒12的内侧起到监测后轴承13预紧力的作用。定压预紧装置11压在后套筒12上为整套系统的前轴承8、后轴承13提供预紧力。前端盖7和后端盖15安装在主轴箱16的两侧起到密封作用，并为热变形测量装置3提供安装的支点。
图2为主轴箱固定装置的结构示意图，主轴箱固定装置的前固定螺栓18和后固定螺栓20放置在滑槽21中，起到导向的作用；通过前固定螺母17拧紧前固定螺栓18和通过后固定螺母19拧紧后固定螺栓20来决定机床主轴箱的热膨胀方向。
图3为热变形测量装置的结构示意图，热变形测量装置的支架24固定在后端盖15上，涡电流位移传感器23通过螺母固定在支架24上，被测螺栓22一端拧在定压预紧装置11上，被测螺栓22的另一端为特殊加工的平面，固定在支架24上的后涡电流位移传感器23直接测量该平面的位移；同时，在前端盖7上也有同样的涡电流位移传感器23测量前端盖7相对于地面的位移。
热变形测量的原理，电动机驱动主轴高速旋转，主轴的旋转带动前轴承和后轴承旋转。前轴承和和后轴承由于工作时的摩擦而发热，热量经过轴承的外圈和内圈分别传递到主轴箱和主轴上，引起主轴箱和主轴的温度升高。从而引起主轴箱和主轴因温度变化而产生轴向方向的热变形。通常情况下，主轴箱和外界有对流散热，因此主轴箱的热膨胀应当小于主轴的热膨胀，由于前轴承和后轴承采用热松安装的结构，主轴的热膨胀并不会被轴承的外圈所阻挡，也就是说主轴箱并不限制主轴的轴向膨胀。前轴承外圈相对于内圈、后轴承外圈相对于内圈会分别产生ΔZ1和ΔZ2位移（如图4所示），由于定压预紧装置的存在，将主轴向后端推动，ΔZ1转化到后轴承中，此时后轴承内外圈的相对位移为ΔZ3=ΔZ1+ΔZ2，即为主轴相对于主轴箱的热膨胀。
主轴箱工作时，将主轴箱固定装置中的后固定螺栓拧紧，而前固定螺栓放松，此时主轴箱的热变形ΔZ4即为主轴箱的绝对热变形（图中所示）。由此可以得到主轴的绝对轴向热变形ΔZ5=ΔZ3+ΔZ4。
一旦分别得到了主轴箱的绝对热变形和主轴的绝对热变形，就可以方便对主轴热变形的机理进行进一步的研究。
实施例
本实施例整体的外观尺寸：长×宽×高=1250mm×390mm×454mm，其中主轴箱系统部分长×宽×高=734.5mm×390mm×454mm。
该系统的技术指标如下：主轴转速范围：0～5000rpm；传感器精度0.1um。

Claims (2)

1.一种便于测量主轴轴向热变形的主轴箱配置系统，主要由主轴箱系统(1)，主轴箱固定装置(2)和轴向变形测量装置(3)串联组成；其特征在于，所述主轴箱系统的前轴承(8)安装在主轴箱(16)前端的轴肩上，前轴承(8)的外圈与前套筒(9)的一端接触，前套筒(9)的另一端顶在主轴箱的台阶上，应变片(10)安装在前套筒(9)的内表面，起到监测前轴承(8)预紧力的作用；后轴承(13)的内圈通过圆螺母(14)安装在主轴的后端，后轴承(13)的外圈与后套筒(12)的一端接触，另一应变片(10)安装在后套筒(12)的内侧起到监测后轴承(13)预紧力的作用；定压预紧装置(11)压在后套筒(12)上为整套系统的前轴承(8)、后轴承(13)提供预紧力；前端盖(7)和后端盖(15)安装在主轴箱(16)的两侧起到密封作用，并为热变形测量装置(3)提供安装的支点；
所述主轴箱固定装置(2)的前固定螺栓(18)和后固定螺栓(20)放置在滑槽(21)中，起到导向的作用；通过前固定螺母(17)拧紧前固定螺栓(18)和通过后固定螺母(19)拧紧后固定螺栓(20)来决定机床主轴箱的热膨胀方向。
2.根据权利要求1所述一种便于测量主轴轴向热变形的主轴箱配置系统，其特征在于，热变形测量装置的支架(24)固定在后端盖(15)上，后涡电流位移传感器(23)通过螺母固定在支架(24)上，被测螺栓(22)一端拧在定压预紧装置(11)上，被测螺栓(22)的另一端为特殊加工的平面，固定在支架(24)上的涡电流位移传感器(23)直接测量该平面的位移；同时，前端盖(7)上也有涡电流位移传感器(23)测量前端盖(7)相对于地面的位移。
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