CN110000398B - 一种主轴结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主轴结构，包括主轴、法兰盘和弹性体，主轴包括主轴主体和定位件，定位件包含定位锥面和支撑底板；法兰盘包含法兰主体、法兰端盖、法兰主体和法兰槽体；弹性体套在主轴的定位件上，主轴和弹性体收容于法兰槽体，支撑底板放置在支撑平面上；法兰主体的内壁分别镶嵌有第一磁流体腔、第一线圈、第二磁流体腔、第二线圈和第三线圈，第二磁流体腔的上端和下端分别设有第一密封件、第二密封件，第一磁流体腔和第二磁流体腔内分别填充了第一磁流体、第二磁流体，本发明主轴结构易于加工，且便于安装和拆卸，采用磁流体结构可保证在大应力冲击下主轴径向小角度倾斜，且具有强度自调节的功能，有利于提高主轴结构的使用可靠性及寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种主轴结构，具体涉及一种便于安装、拆卸的具有冲击应力缓冲功能的主轴结构。
背景技术
主轴结构是数控机床领域非常重要的基础加工元件，在加工中心、铣床、车床、磨床、精雕、打孔等领域应用广泛。虽然主轴结构的应用较为普及，但在主轴结构的安装、拆卸等方面，依旧存在诸多有待完善的问题，比如主轴结构的安装费事费力，主轴结构的拆卸极其容易造成二度破坏。同时，由于诸多加工需求及人为因素等影响，主轴结构常常会工作在一些高负荷/大应力冲击环境下，对刀具结构的使用寿命、主轴结构的变形、轴承的可靠运行等带来较大的冲击。这也正是主轴结构在设计及应用过程中有待解决的关键问题之一。
针对现有的主轴结构安装、拆卸工序繁琐，主轴结构应用过程中小角度偏转的应用设计需求，本发明提出一种便于安装、拆卸，且在大应力冲击环境下具有强度自适应和小角度偏转的主轴结构。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种主轴结构。
一种主轴结构，包括主轴、法兰盘和弹性体，所述主轴包括主轴主体和定位件，所述定位件包含定位锥面和支撑底板；所述法兰盘包含法兰主体、法兰端盖和法兰槽体；所述弹性体套在主轴的定位件上，主轴和弹性体收容于法兰槽体，通过定位件进行定位，所述法兰主体的内壁上设置有支撑平面，所述法兰主体中部设置有支撑锥面，其中定位件的支撑底板放置在支撑平面上，定位锥面放置在支撑锥面上，轴向方向通过法兰端盖挤压弹性体完成主轴的定位；法兰主体的内壁自上而下、由内及外，分别镶嵌有第一磁流体腔、第一线圈、第二磁流体腔、第二线圈和第三线圈，其中，第二磁流体腔的上端和下端分别设有第一密封件和第二密封件，第一磁流体腔和第二磁流体腔内分别填充了第一磁流体和第二磁流体。
作为优选，所述支撑底板用于轴向位置的定位，定位锥面采用圆锥面的结构方式，与支撑锥面配合进行径向位置的定位，同时，定位锥面和支撑锥面的锥面配合,，可满足主轴径向方向小角度的倾斜。
作为优选，所述主轴通过法兰端盖挤压弹性体的方式，完成主轴的定位安装，所述主轴的径向方向，分别采用具有可自动调节弹性的第一磁流体和第二磁流体进行辅助径向定位，在保证机械强度的基础上可允许主轴具有一定角度的径向倾斜。
作为优选，所述第一磁流体和第二磁流体选用材料为MRF-DG，第一磁流体腔和第二磁流体腔选用材料为高弹性的橡胶膜。
作为优选，所述第一线圈、第二线圈、第三线圈通电后产生同方向的轴向磁场，三个线圈通过环氧灌封的方式分别镶嵌在法兰主体的内壁，三个线圈所通过电流的电密依次为第三线圈大于第一线圈大于第二线圈。
作为优选，所述第一磁流体在第一线圈通电磁场的作用下，第一磁流体内径区域强度相对较低、外径区域强度较高的现象，所述第二磁流体在第二线圈通电磁场的作用下，第二磁流体内径区域强度相对较低、外径区域强度较高的现象，当主轴存在小角度倾斜时，可实现第一磁流体和第二磁流体对主轴支撑的径向应力自调节功能。
作为优选，所述第一磁流体腔在第一线圈未通电的情况下，第一磁流体腔的内壁与弹性体的外壁存在一个0.2-0.3mm的间隙；第二磁流体腔在第二线圈、第三线圈未通电的情况下，第二磁流体腔的内壁与主轴的外壁间存在一个0.2-0.3mm的间隙。
作为优选，所述主轴安装过程如下，首先，第三线圈通电，使第三线圈区域内的第二磁流体强度增大，为主轴的安装提供端部支撑点；将套有弹性体的主轴放置在法兰槽体内，通过定位件进行定位；第一线圈通电，使第一磁流体强度增大，用于径向固定支撑弹性体及主轴；安装法兰端盖，第二线圈通电，完成主轴的安装。
作为优选，所述主轴拆卸过程如下，首先，第二线圈断电，拆卸法兰端盖，第三线圈断电，第一线圈断电，将主轴移出法兰槽体内，完成主轴的拆卸。
作为优选，所述主轴在切削过程中由于大的应力作用产生径向倾斜时，由于第一磁流体和第二磁流体内径区域强度相对偏低，主轴将会向某一方向发生小角度倾斜，从而挤压该方向的第一磁流体腔和第一磁流体，同时也会挤压该方向的第二磁流体腔和第二磁流体，由于第一磁流体和第二磁流体外径区域强度较高，主轴挤压第一磁流体和第二磁流体过程中所受到的第一磁流体和第二磁流体的反向力逐渐增大，达到平衡后主轴的倾斜角度不再增大；当切削过程中的大应力减小或消失时，第一磁流体将挤压弹性体使得主轴恢复到原始设定的平衡位置
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1）本发明在主轴结构的定位方面，采用传统机械方式和磁流体强度调节的方式。其中，传统机械方式下，选用水平支撑和圆形锥面支撑想结合的结构方式，易于主轴结构的定位及安装，同时可保证主轴结构允许径向小角度的倾斜；磁流体强度的径向支撑，有效的弥补了径向方向高强度支撑的需求，同时，磁流体内、外强度的差异特性，可用于主轴小角度倾斜下的强度自调节，不存在机械支撑中刚度过大二影响主轴可靠性的问题。
2）本发明的主轴结构，采用磁流体进行辅助支撑，给予主轴结构在安装和拆卸过程中更多的工艺选择，有效避免拆装过程中繁琐的工艺流程；同时，该主轴结构在大应力冲击环境下，可实现小角度的倾斜，对刀具、主轴、轴承的保护效果较好，有利于提高主轴结构的可靠性和寿命。
3）本发明的主轴结构，考虑了实际的加工精度及需求，所需的加工工艺简单，主轴结构及辅助结构均易于加工，装卸过程中对主轴结构的保护性较好，易于工程化的应用。
附图说明
图1是主轴结构的主视图；
图2是主轴的主视图；
图3是法兰盘的主视图；
图4是旋法兰盘的局部放大图；
图5是主轴径向倾斜的立体图；
图6是主轴径向倾斜的局部放大图。
具体实施方式
以下所述仅是本发明的优选实施方式，保护范围并不仅局限于该实施例，凡属于本发明思路下的技术方案应当属于本发明的保护范围。同时应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
如图1至图6所示，一种主轴结构，包括主轴10、法兰盘20和弹性体30，主轴10包括主轴主体11和定位件12，定位件12包含定位锥面13和支撑底板14；法兰盘20包含法兰主体21、法兰端盖22和法兰槽体23；弹性体30套在主轴10的定位件12上，主轴10和弹性体30收容于法兰槽体23，通过定位件12进行定位，法兰主体21的内壁上设置有支撑平面24，法兰主体21中部设置有支撑锥面25，其中定位件12的支撑底板14放置在支撑平面24上，定位锥面13放置在支撑锥面25上，轴向方向通过法兰端盖22挤压弹性体30完成主轴10的定位；法兰主体21的内壁自上而下、由内及外，分别镶嵌有第一磁流体腔26、第一线圈28、第二磁流体腔27、第二线圈29和第三线圈301，其中，第二磁流体腔27的上端和下端分别设有第一密封件31和第二密封件32，第一磁流体腔26和第二磁流体腔27内分别填充了第一磁流体33和第二磁流体34。
支撑底板14用于轴向位置的定位，定位锥面13采用圆锥面的结构方式，与支撑锥面25配合进行径向位置的定位，同时，定位锥面13和支撑锥面25的锥面配合,，可满足主轴10径向方向小角度的倾斜。
主轴10通过法兰端盖22挤压弹性体30的方式，完成主轴10的定位安装，主轴10的径向方向，分别采用具有可自动调节弹性的第一磁流体33和第二磁流体34进行辅助径向定位，在保证机械强度的基础上可允许主轴10具有一定角度的径向倾斜。
第一磁流体33在第一线圈28通电磁场的作用下，第一磁流体33内径区域强度相对较低、外径区域强度较高的现象，第二磁流体34在第二线圈29通电磁场的作用下，第二磁流体34内径区域强度相对较低、外径区域强度较高的现象，当主轴10存在小角度倾斜时，可实现第一磁流体33和第二磁流体34对主轴10支撑的径向应力自调节功能。
第一磁流体腔26在第一线圈28未通电的情况下，第一磁流体腔26的内壁与弹性体30的外壁存在一个0.2-0.3mm的间隙；第二磁流体腔27在第二线圈29、第三线圈301未通电的情况下，第二磁流体腔27的内壁与主轴10的外壁间存在一个0.2-0.3m的间隙。
主轴10安装过程如下，首先，第三线圈301通电，使第三线圈301区域内的第二磁流体34强度增大，为主轴10的安装提供端部支撑点；将套有弹性体30的主轴10放置在法兰槽体23内，通过定位件12进行定位；第一线圈28通电，使第一磁流体33强度增大，用于径向固定支撑弹性体30及主轴10；安装法兰端盖22，第二线圈29通电，完成主轴10的安装。
主轴10拆卸过程如下，首先，第二线圈29断电，拆卸法兰端盖22，第三线圈301断电，第一线圈28断电，将主轴10移出法兰槽体23内，完成主轴10的拆卸。
主轴10在切削过程中由于大的应力作用产生径向倾斜时，由于第一磁流体33和第二磁流体34内径区域强度相对偏低，主轴10将会向某一方向发生小角度倾斜，从而挤压该方向的第一磁流体腔26和第一磁流体33，同时也会挤压该方向的第二磁流体腔27和第二磁流体34，由于第一磁流体33和第二磁流体34外径区域强度较高，主轴10挤压第一磁流体33和第二磁流体34过程中所受到的第一磁流体33和第二磁流体34的反向力逐渐增大，达到平衡后主轴的倾斜角度不再增大；当切削过程中的大应力减小或消失时，第一磁流体33将挤压弹性体30使得主轴10恢复到原始设定的平衡位置。
第一磁流体33和第二磁流体34选用材料为MRF132-DG，第一磁流体腔26和第二磁流体腔27选用材料为高弹性的橡胶膜。
第一线圈28、第二线圈29、第三线圈301通电后产生同方向的轴向磁场，三个线圈通过环氧灌封的方式分别镶嵌在法兰主体21的内壁，三个线圈所通过电流的电密依次为第三线圈301大于第一线圈28大于第二线圈29。
Claims (10)
1.一种主轴结构，包括主轴（10）、法兰盘（20）和弹性体（30），其特征在于：所述主轴（10）包括主轴主体（11）和定位件（12），所述定位件（12）包含定位锥面（13）和支撑底板（14）；所述法兰盘（20）包含法兰主体（21）、法兰端盖（22）和法兰槽体（23）；所述弹性体（30）套在主轴（10）的定位件（12）上，主轴（10）和弹性体（30）收容于法兰槽体（23），通过定位件（12）进行定位，所述法兰主体（21）的内壁上设置有支撑平面（24），所述法兰主体（21）中部设置有支撑锥面（25），其中定位件（12）的支撑底板（14）放置在支撑平面（24）上，定位锥面（13）放置在支撑锥面（25）上，轴向方向通过法兰端盖（22）挤压弹性体（30）完成主轴（10）的定位；法兰主体（21）的内壁自上而下、由内及外，分别镶嵌有第一磁流体腔（26）、第一线圈（28）、第二磁流体腔（27）、第二线圈（29）和第三线圈（301），其中，第二磁流体腔（27）的上端和下端分别设有第一密封件（31）和第二密封件（32），第一磁流体腔（26）和第二磁流体腔（27）内分别填充了第一磁流体（33）和第二磁流体（34）。
2.根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述支撑底板（14）用于轴向位置的定位，定位锥面（13）采用圆锥面的结构方式，与支撑锥面（25）配合进行径向位置的定位，同时，定位锥面（13）和支撑锥面（25）的锥面配合，可满足主轴（10）径向方向小角度的倾斜。
3.根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述主轴（10）通过法兰端盖（22）挤压弹性体（30）的方式，完成主轴（10）的定位安装，所述主轴（10）的径向方向，分别采用具有可自动调节弹性的第一磁流体（33）和第二磁流体（34）进行辅助径向定位，在保证机械强度的基础上可允许主轴（10）具有一定角度的径向倾斜。
4.根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述第一磁流体（33）和第二磁流体（34）选用材料为MRF132-DG，第一磁流体腔（26）和第二磁流体腔（27）选用材料为高弹性的橡胶膜。
5.根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述第一线圈（28）、第二线圈（29）、第三线圈（301）通电后产生同方向的轴向磁场，三个线圈通过环氧灌封的方式分别镶嵌在法兰主体（21）的内壁，三个线圈所通过电流的电密依次为第三线圈（301）大于第一线圈（28）大于第二线圈（29）。
6.根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述第一磁流体（33）在第一线圈（28）通电磁场的作用下，发生第一磁流体（33）内径区域强度相对较低、外径区域强度较高的现象，所述第二磁流体（34）在第二线圈（29）通电磁场的作用下，发生第二磁流体（34）内径区域强度相对较低、外径区域强度较高的现象，当主轴（10）存在小角度倾斜时，可实现第一磁流体（33）和第二磁流体（34）对主轴（10）支撑的径向应力自调节。
7.根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述第一磁流体腔（26）在第一线圈（28）未通电的情况下，第一磁流体腔（26）的内壁与弹性体（30）的外壁存在一个0.2-0.3mm的间隙；第二磁流体腔（27）在第二线圈（29）、第三线圈（301）未通电的情况下，第二磁流体腔（27）的内壁与主轴（10）的外壁间存在一个0.2-0.3m的间隙。
8.根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述主轴（10）安装过程如下，首先，第三线圈（301）通电，使第三线圈（301）区域内的第二磁流体（34）强度增大，为主轴（10）的安装提供端部支撑点；将套有弹性体（30）的主轴（10）放置在法兰槽体（23）内，通过定位件（12）进行定位；第一线圈（28）通电，使第一磁流体（33）强度增大，用于径向固定支撑弹性体（30）及主轴（10）；安装法兰端盖（22），第二线圈（29）通电，完成主轴（10）的安装。
9.根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述主轴（10）拆卸过程如下，首先，第二线圈（29）断电，拆卸法兰端盖（22），第三线圈（301）断电，第一线圈（28）断电，将主轴（10）移出法兰槽体（23）内，完成主轴（10）的拆卸。
10. 根据权利要求1所述一种主轴结构，其特征在于：所述主轴（10）在切削过程中由于大的应力作用产生径向倾斜时，由于第一磁流体（33）和第二磁流体（34）内径区域强度相对偏低，主轴（10）将会向某一方向发生小角度倾斜，从而挤压该方向的第一磁流体腔（26）和第一磁流体（33），同时也会挤压该方向的第二磁流体腔（27）和第二磁流体（34），由于第一磁流体（33）和第二磁流体（34）外径区域强度较高，主轴（10）挤压第一磁流体（33）和第二磁流体（34）过程中所受到的第一磁流体（33）和 第二磁流体（34）的反向力逐渐增大，达到平衡后主轴的倾斜角度不再增大；当切削过程中的大应力减小或消失时，第一磁流体（33）将挤压弹性体（30）使得主轴（10）恢复到原始设定的平衡位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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