CN112108659A - 一种龙门加工中心用电主轴预紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种龙门加工中心用电主轴预紧装置，包括气动调压预紧机构，气动调压预紧机构包括气道和调压腔，气道能够与外界压缩气源相连通，当电主轴处于低速重载的切削条件时，前轴承刚度无法达到工况要求，气动调压预紧结构工作，外部压缩气源通过气道向调压腔内输送压缩气体，从而对预紧环产生压力，控制通入调压腔内的压缩气体量，通过预紧环向前轴承施加动态载荷，提高前轴承刚度；在电主轴处于高速旋转的切削条件时，弹性件和预紧环相配合对前轴承施加柔性可变预紧力，使电主轴在转速范围内的动力学性能达到最佳状态。

Description

一种龙门加工中心用电主轴预紧装置

技术领域

本发明涉及电主轴技术领域，特别是涉及一种龙门加工中心用电主轴预紧装置。

背景技术

龙门加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工大型零件，主轴是龙门加工中心的重要组成部分，随着高速加工技术的迅速发展，电主轴在数控机床领域应用越来越广泛，电主轴是机床主轴与主轴电机融为一体的技术。

高速电主轴轴承的预紧是否合理直接关系到主轴的静、动态特性。轴承预紧有三种方法：定位预紧、定压预紧、调压预紧。定位预紧下，由于轴向位移受到限制，且轴向刚度和径向刚度都随速度的提高而增大，此种预紧方式无法适应高转速的电主轴。定压预紧采用的是弹性预加载荷装置，即用适当的弹簧来施加预加载荷，它明显的不足是在低速重载的切削条件下，弹簧的变形会影响主轴的刚度，因此在刚度要求较高的工况下此种预紧方式也有缺陷。调压预紧多采用液压油缸对轴承施加预紧力，与现代控制技术相结合，可根据轴承转速、负载等工况对预紧力实施动态控制，但液压控制方式结构复杂成本较高，精度控制较差，预紧效果仍然不理想。

因此，如何改变现有技术中，龙门加工中心用高速电主轴轴承预紧结构无法同时满足电主轴在高转速和低速重载工况下预紧要求的现状，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种龙门加工中心用电主轴预紧装置，以解决上述现有技术存在的问题，使电主轴预紧装置能够根据转速、负载等具体工况对轴承预紧力实施控制，提高电主轴的动力学性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种龙门加工中心用电主轴预紧装置，包括主轴轴芯、电机转子、电机定子和电主轴外壳，所述电机转子套装于所述主轴轴芯的外部，所述电机转子与所述主轴轴芯相连，所述电机定子套装于所述电机转子的外部，所述电机转子与所述电机定子转动相连，所述主轴轴芯的两端分别套设有前轴承和后轴承，所述前轴承处设置气动调压预紧机构；

所述气动调压预紧机构包括轴承端盖和预紧环，所述预紧环套装于所述前轴承的外部并与所述前轴承远离所述后轴承的一侧端面相抵接，所述轴承端盖套装于所述预紧环的外部，所述轴承端盖与所述电主轴外壳相抵接，所述轴承端盖上设置气道，所述气道能够与外界压缩气源相连通，所述轴承端盖与所述预紧环远离所述前轴承的一侧端面之间具有间隙并形成调压腔，所述气道与所述调压腔相连通，所述轴承端盖与所述预紧环远离所述前轴承的一侧端面之间设置弹性件，所述轴承端盖与所述预紧环之间设置密封元件。

优选地，所述气道为L形气道。

优选地，所述预紧环上设置定位凹槽，所述弹性件设置于所述定位凹槽内并与所述轴承端盖相抵接。

优选地，所述定位凹槽和所述弹性件的数量均为多个且一一对应，多个所述定位凹槽周向均布。

优选地，所述弹性件为弹簧。

优选地，所述的龙门加工中心用电主轴预紧装置还包括辅助轴承，所述辅助轴承设置于所述前轴承远离所述后轴承的一侧，所述辅助轴承设置于所述主轴轴芯与所述轴承端盖之间。

优选地，所述辅助轴承与所述前轴承之间设置定位套。

优选地，所述气动调压预紧机构还包括辅助定位环，所述辅助定位环套装于所述定位套的外部，所述轴承端盖和所述预紧环分别与所述辅助定位环相抵接，所述轴承端盖与所述辅助定位环之间、所述预紧环与所述辅助定位环之间均设置密封元件。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的龙门加工中心用电主轴预紧装置，包括主轴轴芯、电机转子、电机定子和电主轴外壳，电机转子套装于主轴轴芯的外部，电机转子与主轴轴芯相连，电机定子套装于电机转子的外部，电机转子与电机定子转动相连，主轴轴芯的两端分别套设有前轴承和后轴承，前轴承处设置气动调压预紧机构；气动调压预紧机构包括轴承端盖和预紧环，预紧环套装于前轴承的外部并与前轴承远离后轴承的一侧端面相抵接，轴承端盖套装于预紧环的外部，轴承端盖与电主轴外壳相抵接，轴承端盖上设置气道，气道能够与外界压缩气源相连通，轴承端盖与预紧环远离前轴承的一侧端面之间具有间隙并形成调压腔，气道与调压腔相连通，轴承端盖与预紧环远离前轴承的一侧端面之间设置弹性件，轴承端盖与预紧环之间设置密封元件。本发明的龙门加工中心用电主轴预紧装置，设置了气动调压预紧机构，当电主轴处于低速重载的切削条件时，前轴承刚度无法达到工况要求，气动调压预紧结构工作，外部压缩气源通过气道向调压腔内输送压缩气体，从而对预紧环产生压力，控制通入调压腔内的压缩气体量，通过预紧环向前轴承施加动态载荷，提高前轴承刚度；在电主轴处于高速旋转的切削条件时，弹性件和预紧环相配合对前轴承施加柔性可变预紧力，使电主轴在转速范围内的动力学性能达到最佳状态。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的龙门加工中心用电主轴预紧装置的剖切结构示意图；

图2为图1中部分结构的放大示意图；

其中，1为主轴轴芯，2为电机转子，3为电机定子，4为电主轴外壳，5为前轴承，6为后轴承，7为轴承端盖，8为预紧环，9为气道，10为调压腔，11为弹性件，12为辅助轴承，13为定位套，14为辅助定位环。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种龙门加工中心用电主轴预紧装置，以解决上述现有技术存在的问题，使电主轴预紧装置能够根据转速、负载等具体工况对轴承预紧力实施控制，提高电主轴的动力学性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-2，其中，图1为本发明的龙门加工中心用电主轴预紧装置的剖切结构示意图，图2为图1中部分结构的放大示意图。

本发明提供一种龙门加工中心用电主轴预紧装置，包括主轴轴芯1、电机转子2、电机定子3和电主轴外壳4，电机转子2套装于主轴轴芯1的外部，电机转子2与主轴轴芯1相连，电机定子3套装于电机转子2的外部，电机转子2与电机定子3转动相连，主轴轴芯1的两端分别套设有前轴承5和后轴承6，前轴承5处设置气动调压预紧机构。气动调压预紧机构包括轴承端盖7和预紧环8，预紧环8套装于前轴承5的外部并与前轴承5远离后轴承6的一侧端面相抵接，轴承端盖7套装于预紧环8的外部，轴承端盖7与电主轴外壳4相抵接，轴承端盖7上设置气道9，气道9能够与外界压缩气源相连通，轴承端盖7与预紧环8远离前轴承5的一侧端面之间具有间隙并形成调压腔10，气道9与调压腔10相连通，轴承端盖7与预紧环8远离前轴承5的一侧端面之间设置弹性件11，轴承端盖7与预紧环8之间设置密封元件。

本发明的龙门加工中心用电主轴预紧装置，设置了气动调压预紧机构，当电主轴处于低速重载的切削条件时，前轴承5刚度无法达到工况要求，气动调压预紧结构工作，外部压缩气源通过气道9向调压腔10内输送压缩气体，从而对预紧环8产生压力，控制通入调压腔10内的压缩气体量，通过预紧环8向前轴承5施加动态载荷，提高前轴承5刚度和结构稳定性；在电主轴处于高速旋转的切削条件时，弹性件11和预紧环8相配合对前轴承5施加柔性可变预紧力，使电主轴在转速范围内的动力学性能达到最佳状态，提高加工精度。

在本具体实施方式中，气道9为L形气道，L形气道与调压腔10相连通的部分与预紧环8的轴线相平行，尽可能地减少压缩气体对预紧环的。

具体地，预紧环8上设置定位凹槽，弹性件11设置于定位凹槽内并与轴承端盖7相抵接，定位凹槽起到了为弹性件11安装定位的作用，防止弹性件11移位，降低拆装难度。

为了提高气动调压预紧机构对前轴承5预紧的均匀性，定位凹槽和弹性件11的数量均为多个且一一对应，多个定位凹槽周向均布。

在本具体实施方式中，弹性件11为弹簧，成本廉宜，安装便捷。

更具体地，龙门加工中心用电主轴预紧装置还包括辅助轴承12，辅助轴承12设置于前轴承5远离后轴承6的一侧，辅助轴承12设置于主轴轴芯1与轴承端盖7之间，轴承端盖7与辅助轴承12的外环相抵接，辅助轴承12同时起到辅助支撑轴承端盖7的作用。

另外，辅助轴承12与前轴承5之间设置定位套13，方便安装，减轻操作人员的劳动负担，提高工作效率。

进一步地，为增强调压腔10的密封性，避免压缩气体泄漏，气动调压预紧机构还包括辅助定位环14，辅助定位环14套装于定位套13的外部，轴承端盖7和预紧环8分别与辅助定位环14相抵接，轴承端盖7与辅助定位环14之间、预紧环8与辅助定位环14之间均设置密封元件，在本具体实施方式中，密封元件为O型圈，增强密封性能，提高工作效率。

本发明的龙门加工中心用电主轴预紧装置，设置了气动调压预紧机构，当电主轴处于低速重载的切削条件时，前轴承5刚度无法达到工况要求，气动调压预紧结构工作，外部压缩气源通过气道9向调压腔10内输送压缩气体，从而对预紧环8产生压力，控制通入调压腔10内的压缩气体量，通过预紧环8向前轴承5施加动态载荷，提高前轴承5刚度；在电主轴处于高速旋转的切削条件时，弹性件11和预紧环8相配合对前轴承5施加柔性可变预紧力，使电主轴在转速范围内的动力学性能达到最佳状态。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种龙门加工中心用电主轴预紧装置，其特征在于：包括主轴轴芯、电机转子、电机定子和电主轴外壳，所述电机转子套装于所述主轴轴芯的外部，所述电机转子与所述主轴轴芯相连，所述电机定子套装于所述电机转子的外部，所述电机转子与所述电机定子转动相连，所述主轴轴芯的两端分别套设有前轴承和后轴承，所述前轴承处设置气动调压预紧机构；

所述气动调压预紧机构包括轴承端盖和预紧环，所述预紧环套装于所述前轴承的外部并与所述前轴承远离所述后轴承的一侧端面相抵接，所述轴承端盖套装于所述预紧环的外部，所述轴承端盖与所述电主轴外壳相抵接，所述轴承端盖上设置气道，所述气道能够与外界压缩气源相连通，所述轴承端盖与所述预紧环远离所述前轴承的一侧端面之间具有间隙并形成调压腔，所述气道与所述调压腔相连通，所述轴承端盖与所述预紧环远离所述前轴承的一侧端面之间设置弹性件，所述轴承端盖与所述预紧环之间设置密封元件。

2.根据权利要求1所述的龙门加工中心用电主轴预紧装置，其特征在于：所述气道为L形气道。

3.根据权利要求1所述的龙门加工中心用电主轴预紧装置，其特征在于：所述预紧环上设置定位凹槽，所述弹性件设置于所述定位凹槽内并与所述轴承端盖相抵接。

4.根据权利要求3所述的龙门加工中心用电主轴预紧装置，其特征在于：所述定位凹槽和所述弹性件的数量均为多个且一一对应，多个所述定位凹槽周向均布。

5.根据权利要求3所述的龙门加工中心用电主轴预紧装置，其特征在于：所述弹性件为弹簧。

6.根据权利要求1所述的龙门加工中心用电主轴预紧装置，其特征在于：还包括辅助轴承，所述辅助轴承设置于所述前轴承远离所述后轴承的一侧，所述辅助轴承设置于所述主轴轴芯与所述轴承端盖之间。

7.根据权利要求6所述的龙门加工中心用电主轴预紧装置，其特征在于：所述辅助轴承与所述前轴承之间设置定位套。

8.根据权利要求7所述的龙门加工中心用电主轴预紧装置，其特征在于：所述气动调压预紧机构还包括辅助定位环，所述辅助定位环套装于所述定位套的外部，所述轴承端盖和所述预紧环分别与所述辅助定位环相抵接，所述轴承端盖与所述辅助定位环之间、所述预紧环与所述辅助定位环之间均设置密封元件。

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