CN112917185A - 一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，后轴承组上设置有可调预紧装置，由预紧作用环、弹性压缩体、气源、比例调压装置、采集装置和控制单元组成，弹性压缩体通过预紧作用环作用于后轴承组的外圈；气源由数控机床的主气源分支产生，通过后轴承座内的气体通道向主轴内部输入压缩气体，气体压力经预紧作用环作用于后轴承组上，压力值通过输入端的比例调压装置自动调节；采集装置对后轴承组的转速或温度参数进行采集，并将采集数据反馈给控制单元，控制单元控制比例调压装置进行压力调节。本发明采用弹性元件与气体压力混合预紧的方式，实现了轴承预紧力的智能化调节，结构简单、易于维护、控制精度高。
Description
技术领域
本发明属于机床主轴领域，特别涉及一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴。
背景技术
主轴轴承是电主轴的重要组成部件，它决定了整个主轴系统的性能高低。为了提高主轴轴承的刚度和旋转精度，需要对主轴轴承进行预紧，传统的预紧方式为定压预紧，即预紧力为恒定值。在实际生产加工中，为保证较高的加工效率和精度，要求高速机床同时具有低速重切削和高速轻切削的功能，电主轴需要同时具有高刚性和高速旋转的特性，由于定压预紧的预紧力为恒定值，预载荷无法改变和调整，很难满足电主轴高刚性和高速旋转特性要求。为此，业内在主轴系统中应用了可调预紧技术，即采用可变预加载技术来确定不同工况下机床主轴所需的预紧力，并通过可调控的预紧力施加方式将预紧力应用于主轴轴承系统中，能够施加较大的预紧力来提升低速主轴的刚度，还能够施加较小的预紧力来减少因为高速旋转的主轴带来的热效应。
目前，主轴轴承的可调预紧装置多采用液压系统实现，具有运行范围大，操作力大的特点，但是液压系统往往结构比较复杂，维护成本较高，并且难以制定主轴转速和预紧力之间的准确关系，精度很难控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、易于维护、控制精度高的轴承组预紧力可调的高速加工电主轴。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，由套筒、定子、转子、前轴承组、后轴承组、后轴承座和后轴承压母组成，定子安装于套筒内壁上，由转子芯轴和转子铁芯组成的转子同心设置于定子孔内，并通过前轴承组和后轴承组支承旋转，其中，后轴承组上设置有可调预紧装置，由预紧作用环、弹性压缩体、气源、比例调压装置、采集装置和控制单元组成，弹性压缩体通过预紧作用环作用于后轴承组的外圈；气源由数控机床的主气源分支产生，通过后轴承座内的气体通道向主轴内部输入压缩气体，气体压力经预紧作用环作用于后轴承组上，压力值通过输入端的比例调压装置自动调节；采集装置对后轴承组的转速或温度参数进行采集，并将采集数据反馈给控制单元，控制单元控制比例调压装置进行压力调节。
上述一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，所述采集装置设置于后轴承组的后端，并通过后轴承压母压紧于后轴承组的内圈。
上述一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，所述控制单元可以是机床数控系统的控制模块，也可以是独立的控制系统。
上述一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，所述预紧作用环内设置有环形沟槽，并与后轴承座组成环形密封腔，气体通道与环形密封腔连通；弹性压缩体均匀设置于环形密封腔内。
上述一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，所述后轴承组的预紧力由气源提供的气体压力和弹性压缩体的弹力共同产生，或只由弹性压缩体的弹力产生。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用弹性元件与气体压力混合预紧的方式，根据主轴轴承的参数状态可自动调整与之匹配的预紧力，实现了轴承预紧力的智能化调节，能够同时满足电主轴高刚性和高速旋转的特性要求。本发明采用气压实现，气源由数控机床的主气源分支产生，无需额外增加气缸等附件，整体结构简单，易于维护，并且易于实现更高的控制精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明预紧力调整控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，由套筒1、定子2、转子3、前轴承组4、后轴承组5、后轴承座6和后轴承压母7组成。定子2安装于套筒1的内壁上，由转子芯轴和转子铁芯组成的转子3同心设置于定子2的定子孔内，并通过前轴承组4和后轴承组5支承旋转，后轴承座6安装于套筒1的尾端，后轴承组5设置于后轴承座内，通过后轴承压母7压紧固定。
结合图1和图2所示，为使后轴承组5的预紧力可调，后轴承组5上设置有可调预紧装置，由预紧作用环8、弹性压缩体9、气源10、比例调压装置11、采集装置12和控制单元13组成。预紧作用环8设置于后轴承组5的前端，并作用于后轴承组5的外圈；预紧作用环8上设置有环形沟槽，与后轴承座6组成环形密封腔，弹性压缩体9均匀设置于环形密封腔内，其弹性力作为预紧力的一部分经预紧作用环8传递给后轴承组5。后轴承座6上设置有与环形密封腔相通的气体通道14，由数控机床主气源分支产生的气源10经气体通道14向环形密封腔内通入压缩气体，形成的气体压力作为预紧力的另一部分经预紧作用环8作用于后轴承组5上。比例调压装置11安装于气源10的输入端，用于调节气源输入环形密封腔内的气体压力值。采集装置12设置于后轴承组5的后端，并通过后轴承压母7压紧于后轴承组5的内圈，工作时，采集装置12对后轴承组5的转速或温度参数进行采集，并将采集数据反馈给控制单元13，本实施例中的控制单元13集成于机床数控系统中，由机床数控系统统一控制。控制单元13接收到采集装置12的采集数据信号后，对数据进行分析和计算，控制比例调压装置11输出对应的压力值。从而实现对预紧力的调节。
根据后轴承组转速的不同，后轴承组5的预紧力可由气源10提供的气体压力和弹性压缩体9的弹力共同产生，也可只由弹性压缩体9的弹力产生。当后轴承组5的转速低于一阈值时，需要较大的预紧力，控制单元13控制比例调压装置11的输出以调节压缩气体产生的气体压力，此时，后轴承组5的预紧力由气源10提供的气体压力和弹性压缩体9的弹力共同产生。当后轴承组5的转速高于一阈值时，需要有效控制温升，预紧力不需要太大，控制单元13可控制比例调压装置11输出的气体压力为零，此时，后轴承组5的预紧力全部由弹性压缩体9的弹力产生。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，由套筒、定子、转子、前轴承组、后轴承组、后轴承座和后轴承压母组成，定子安装于套筒内壁上，由转子芯轴和转子铁芯组成的转子同心设置于定子孔内，并通过前轴承组和后轴承组支承旋转，其特征在于，后轴承组上设置有可调预紧装置，由预紧作用环、弹性压缩体、气源、比例调压装置、采集装置和控制单元组成，弹性压缩体通过预紧作用环作用于后轴承组的外圈；气源由数控机床的主气源分支产生，通过后轴承座内的气体通道向主轴内部输入压缩气体，气体压力经预紧作用环作用于后轴承组上，压力值通过输入端的比例调压装置自动调节；采集装置对后轴承组的转速或温度参数进行采集，并将采集数据反馈给控制单元，控制单元控制比例调压装置进行压力调节。
2.根据权利要求1所述的一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，其特征在于，所述采集装置设置于后轴承组的后端，并通过后轴承压母压紧于后轴承组的内圈。
3.根据权利要求2所述的一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，其特征在于，所述控制单元可以是机床数控系统的控制模块，也可以是独立的控制系统。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，其特征在于，所述预紧作用环内设置有环形沟槽，并与后轴承座组成环形密封腔，气体通道与环形密封腔连通；弹性压缩体均匀设置于环形密封腔内。
5.根据权利要求4所述的一种轴承组预紧力可调的高速加工电主轴，其特征在于，所述后轴承组的预紧力由气源提供的气体压力和弹性压缩体的弹力共同产生，或只由弹性压缩体的弹力产生。
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