CN111730072A - 一种高刚度高精度工件主轴结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高刚度高精度工件主轴结构，主轴通过轴承组合架设在主轴箱套筒内，主轴的输入端与皮带轮传动连接，主轴的输出端连接工件装卡工作台，轴承组合包括第一轴承、第二轴承和第三轴承组，第一轴承和第二轴承为双列圆柱滚子轴承且内圈为锥孔；第三轴承组包括两个背靠背安装的角接触球轴承；主轴靠近工作台端设置有第一锥轴段，靠近皮带轮一端设置有第二锥轴段，第一轴承和第二轴承的内圈分别对应安装在第一锥轴段和第二锥轴段上并由相应的内圈锁紧机构轴向锁紧定位；第三轴承组靠紧安装在第一轴承内侧，轴承组合的外圈由外圈锁紧机构轴向定位锁紧。本发明高刚度高精度工件主轴结构，增加了主轴悬臂端的刚度，提高了车削加工精度。

Description

一种高刚度高精度工件主轴结构

技术领域

本发明涉及机床设备技术领域，更具体的说是涉及一种高刚度高精度工件主轴结构。

背景技术

立式车床与普通车床的区别在于其主轴是垂直的，相当于把普通车床竖直立了起来。由于其工作台处于水平位置，适用于加工直径大而长度短的重型零件。数控立式车床，适宜加工中、小型盘、盖类零件，高强度铸铁底座、立柱，有良好的稳定性和抗震性能立式结构，装夹工件方便，占地面积小。现代生活中，汽车越来越普及，车辆的增多促使了车轮轮毂的需求大增。数控立式车床，特别适用于车轮轮毂的加工。

然而，现有技术中的数控立式车床的工件主轴大多采用上下配合安装的一套圆锥滚子轴承和一套双列圆柱滚子轴承，虽然定心效果好，但是刚度不够，所以加工高精度要求的车轮轮毂时，往往难以保证加工精度要求。

因此，如何提供一种高刚度高精度工件主轴结构解决上述缺陷，成为本领域人员亟需解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高刚度高精度工件主轴结构，增加了主轴悬臂端的刚度，提高了车削加工精度。

有鉴于此，本发明提供了一种高刚度高精度工件主轴结构，包括主轴、轴承组合、主轴箱套筒和皮带轮，所述主轴通过所述轴承组合架设在所述主轴箱套筒内，所述主轴的输入端与所述皮带轮传动连接，所述主轴的输出端连接工件装卡工作台，所述轴承组合包括第一轴承、第二轴承和第三轴承组，所述第一轴承和第二轴承为双列圆柱滚子轴承且内圈为锥孔；所述第三轴承组包括两个背靠背安装的角接触球轴承；所述主轴靠近所述工作台端设置有第一锥轴段，靠近所述皮带轮一端设置有第二锥轴段，所述第一轴承和第二轴承的内圈分别对应安装在所述第一锥轴段和第二锥轴段上并由相应的内圈锁紧机构轴向锁紧定位；所述第三轴承组靠紧安装在所述第一轴承内侧，所述轴承组合的外圈由外圈锁紧机构轴向定位锁紧在所述主轴箱套筒的内孔壁上。

本发明的有益效果是：通过在主轴的两端安装双列圆柱滚子轴承作为主支撑，第一轴承和第二轴承拉开的距离较远能够增加主轴悬臂端的刚度；通过采用内圈内孔为锥孔的双列圆柱滚子轴承作为主支撑配合主轴的锥轴段能够增加定心作用；通过第三轴承组采用背靠背安装的两个角接触球轴承平衡轴向载荷的同时力作用点跨距较大，故悬臂端刚性较大。并且，主支撑的双列圆柱滚子轴承的回转精度也大于现有技术中使用的圆锥滚子轴承。本发明高刚度高精度工件主轴结构，增加了主轴悬臂端的刚度，提高了车削加工精度。

进一步的，所述内圈锁紧机构包括隔垫和第一锁紧螺母，所述隔垫套接在所述主轴上，所述隔垫一端面抵接抵接第三轴承组的内圈朝向所述皮带轮的端面，，所述隔垫的另一端面抵接所述第一锁紧螺母，所述第一锁紧螺母螺纹连接在所述主轴的螺纹轴段。

优选的，所述内圈锁紧机构还包括调整垫、后隔套和第二锁紧螺母，所述主轴在所述第二锥轴段内侧还设置有台肩，所述台肩和所述第二轴承内圈内端面之间压紧套接所述调整垫，所述后隔套和第二锁紧螺母压紧所述第二轴承内圈外端面。

进一步的，所述外圈锁紧机构包括小套筒和上迷宫法兰，所述主轴箱套筒的安装孔为台阶孔，所述台阶设置在靠近所述皮带轮一端，所述小套筒嵌套安装在所述主轴箱套筒大孔中，所述小套筒一端抵接所述台阶另一端抵接所述第三轴承组外圈内侧，所述上迷宫法兰通过螺栓连接在所述主轴箱套筒大孔孔口处，所述上迷宫法兰设置有向内侧凸出的压环，所述压环压紧所述第一轴承的外圈。

优先的，所述外圈锁紧机构还包括后压盖，所述小套筒靠近所述皮带轮的一端内径小于所述主轴箱套筒小孔的内径，所述后压盖通过螺栓连接在所述主轴箱套筒小孔孔口处，所述后压盖上设置有向内侧凸出的压环，所述第二轴承的外圈两端面分别压紧在所述小套筒和所述压环之间。

进一步的，还包括同步轮，所述同步轮通过螺栓同轴安装在所述皮带轮内端面上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明高刚度高精度工件主轴结构的剖视主视结构示意图。

其中，1-主轴，101-第一锥轴段，102-第二锥轴段，2-第一轴承，3-第二轴承，4-第三轴承，5-主轴箱套筒，6-皮带轮，7-同步轮，8-隔垫，9-第一锁紧螺母，10-小套筒，11-上迷宫法兰，12-调整垫，13-后隔套，14-第二锁紧螺母，15-后压盖，16-皮带轮压盖。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种高刚度高精度工件主轴结构，增加了主轴悬臂端的刚度，提高了车削加工精度。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在一具体实施方式中，如图1所示，一种高刚度高精度工件主轴结构，包括主轴1、轴承组合、主轴箱套筒5和皮带轮6，主轴1通过所述轴承组合架设在主轴箱套筒5内，主轴1悬臂探出的输入端连接皮带轮6，主轴1悬臂探出的输出端连接工件装卡工作台。

所述轴承组合包括第一轴承2，第二轴承3和第三轴承组4，第一轴承2和第二轴承3为双列圆柱滚子轴承且内圈内孔为锥孔，第三轴承组4包括两个背靠背安装的角接触球轴承；主轴1靠近工作台端设置有第一锥轴段101，靠近皮带轮6一端设置有第二锥轴段102，第一轴承2和第二轴承3的内圈分别安装在第一锥轴段101和第二锥轴段102上并由相应的内圈锁紧机构轴向锁紧定位；第三轴承组4靠紧安装在第一轴承2下方，所述轴承组合的外圈由外圈锁紧机构轴向定位锁紧在所述主轴箱套筒5的内孔壁上。

通过在主轴1的两端安装双列圆柱滚子轴承作为主支撑，第一轴承2和第二轴承3拉开的距离较远能够增加主轴悬臂端的刚度；通过采用内圈内孔为锥孔的双列圆柱滚子轴承作为主支撑配合主轴1的锥轴段能够增加定心作用；通过第三轴承组4采用背靠背安装的两个角接触球轴承平衡轴向载荷的同时力作用点跨距较大，故悬臂端刚性较大。并且，主支撑的双列圆柱滚子轴承的回转精度也大于现有技术中使用的圆锥滚子轴承。本发明高刚度高精度工件主轴结构，增加了主轴悬臂端的刚度，提高了车削加工精度。

在本发明的一具体实施方式中，如图1所示，所示内圈锁紧机构包括隔垫8和第一锁紧螺母9，隔垫8套接在主轴1上，隔垫8一端面抵接第三轴承组4的内圈朝向所述皮带轮6的端面，隔垫8的另一端面抵接第一锁紧螺母9，主轴1在所述隔垫8靠近所述皮带轮6一侧设置有螺纹轴段，第一锁紧螺母9螺纹连接所述螺纹轴段并锁紧隔垫8。显而易见的，也可以采用其他形式的锁紧机构，比如使用轴用弹性挡圈的方式进行轴向锁紧，类似的变形方式均落入本发明的保护范围之中。

通过第一锁紧螺母9旋紧时，第一锁紧螺母9挤压隔垫8，隔垫8压紧串联在一起的第一轴承2和第三轴承组4的内圈，能够轴向锁紧第一轴承2和第三轴承组4的内圈，锁紧力度大。第一锁紧螺母9的侧壁上还设置顶丝，所述顶丝顶紧主轴1的螺纹轴段进行锁死防止松动。

具体而言，如图1所示，所述内圈锁紧机构还包括调整垫12、后隔套13和第二锁紧螺母14，主轴1在第二锥轴段102内侧还设置有台肩，所述台肩和第二轴承3内圈内端面之间压紧套接调整垫12，后隔套13和第二锁紧螺母14压紧第二轴承3内圈外端面。

通过第二锁紧螺母14旋紧时，第二锁紧螺母14挤压后隔套13，后隔套13将第二轴承3内圈压紧在调整垫12上，锁紧力度大。通过调整调整垫12的厚度，能够微调第二轴承3的径向间隙，而且所述径向间隙不再受主轴1轴向微小窜动的影响，增加了主轴1旋转精度。

在本发明的一具体实施方式中，如图1所示，外圈锁紧机构包括小套筒10和上迷宫法兰11，主轴箱套筒5的安装孔为台阶孔，台阶设置在靠近皮带轮6一端，小套筒10嵌套安装在主轴箱套筒5大孔中，小套筒10一端抵接台阶另一端抵接第三轴承组4外圈内侧，上迷宫法兰11通过螺栓连接在主轴箱套筒5大孔孔口处，上迷宫法兰11设置有向内侧凸出的压环，压环压紧第一轴承2的外圈。

通过小套筒10的设置，便于通过调整小套筒10的高度，调整第三轴承组4的外圈的位置，进而调整主轴1的轴向定位精度。通过设置有机械密封的上迷宫法兰11，能够密封轴承室的一端。

在本发明的一具体实施方式中，如图1所示，所述外圈锁紧机构还包括后压盖15，小套筒10靠近皮带轮6的一端内径小于主轴箱套筒5小孔的内径，后压盖15通过螺栓连接在主轴箱套筒5小孔孔口处，后压盖15上设置有向内侧凸出的压环，第二轴承3的外圈两端面分别压紧在小套筒10和压环之间。

通过后压盖15和后隔套13之间设置机械密封结构，能够密封轴承室的另一端。

在本发明的一具体实施方式中，如图1所示，本发明高刚度高精度工件主轴结构还包括同步轮7，同步轮7通过螺栓同轴安装在皮带轮6内端面上，皮带轮6的外端面上通过皮带轮压盖16轴向锁紧定位。

通过同步轮7的设置，在主轴旋转时，同步轮7更能真实的反馈主轴状态，从而进行相应的调整，能够增加主轴的加工精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种高刚度高精度工件主轴结构，包括主轴(1)、轴承组合、主轴箱套筒(5)和皮带轮(6)，所述主轴(1)通过所述轴承组合架设在所述主轴箱套筒(5)内，所述主轴(1)的输入端与所述皮带轮(6)传动连接，所述主轴(1)的输出端连接工件装卡工作台，其特征在于，所述轴承组合包括第一轴承(2)、第二轴承(3)和第三轴承组(4)，所述第一轴承(2)和第二轴承(3)为双列圆柱滚子轴承且内圈为锥孔；所述第三轴承组(4)包括两个背靠背安装的角接触球轴承；所述主轴(1)靠近所述工作台端设置有第一锥轴段(101)，靠近所述皮带轮(6)一端设置有第二锥轴段(102)，所述第一轴承(2)和第二轴承(3)的内圈分别对应安装在所述第一锥轴段(101)和第二锥轴段(102)上并由相应的内圈锁紧机构轴向锁紧定位；所述第三轴承组(4)靠紧安装在所述第一轴承(2)内侧，所述轴承组合的外圈由外圈锁紧机构轴向定位锁紧在所述主轴箱套筒(5)的内孔壁上。

2.根据权利要求1所述的高刚度高精度工件主轴结构，其特征在于，所述内圈锁紧机构包括隔垫(8)和第一锁紧螺母(9)，所述隔垫(8)套接在所述主轴(1)上，所述隔垫(8)一端面抵接第三轴承组(4)的内圈朝向所述皮带轮(6)的端面，所述隔垫(8)的另一端面抵接所述第一锁紧螺母(9)，所述主轴(1)在所述隔垫(8)靠近所述皮带轮(6)一侧设置有螺纹轴段，所述第一锁紧螺母(9)螺纹连接在所述螺纹轴段并锁紧所述隔垫(8)。

3.根据权利要求2所述的高刚度高精度工件主轴结构，其特征在于，所述内圈锁紧机构还包括调整垫(12)、后隔套(13)和第二锁紧螺母(14)，所述主轴(1)在所述第二锥轴段(102)内侧还设置有台肩，所述台肩和所述第二轴承(3)内圈内端面之间压紧套接所述调整垫(12)，所述后隔套(13)和第二锁紧螺母(14)压紧所述第二轴承(3)内圈外端面。

4.根据权利要求1所述的高刚度高精度工件主轴结构，其特征在于，所述外圈锁紧机构包括小套筒(10)和上迷宫法兰(11)，所述主轴箱套筒(5)的安装孔为台阶孔，所述台阶设置在靠近所述皮带轮(6)一端，所述小套筒(10)嵌套安装在所述主轴箱套筒(5)大孔中，所述小套筒(10)一端抵接所述台阶另一端抵接所述第三轴承组(4)外圈内侧，所述上迷宫法兰(11)通过螺栓连接在所述主轴箱套筒(5)大孔孔口处，所述上迷宫法兰(11)设置有向内侧凸出的压环，所述压环压紧所述第一轴承(2)的外圈。

5.根据权利要求4所述的高刚度高精度工件主轴结构，其特征在于，所述外圈锁紧机构还包括后压盖(15)，所述小套筒(10)靠近所述皮带轮(6)的一端内径小于所述主轴箱套筒(5)小孔的内径，所述后压盖(15)通过螺栓连接在所述主轴箱套筒(5)小孔孔口处，所述后压盖(15)上设置有向内侧凸出的压环，所述第二轴承(3)的外圈两端面分别压紧在所述小套筒(10)和所述压环之间。

6.根据权利要求1所述的高刚度高精度工件主轴结构，其特征在于，还包括同步轮(7)，所述同步轮(7)通过螺栓同轴安装在所述皮带轮(6)内端面上。

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