CN116493618A - 一种数控机床智能电主轴系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床智能电主轴系统，涉及电主轴技术领域，解决了电主轴的预紧力在使用中都是不可控制的问题，包括主轴箱壳体和电主轴本体，电主轴本体的两侧均固定有主轴轴承，主轴轴承之间设有电驱动部，电主轴通过主轴轴承转动设置在主轴箱壳体内部，主轴箱壳体的内部设有安装腔，主轴箱壳体上设有用于自动调节主轴轴承预紧力的预紧机构，本发明通过定压组件可检测到推力筒和主轴轴承外圈之间的压力大小，从而实现对轴承预紧力的实时监测，并利用调节组件来调节支撑臂进行移动，使得支撑臂推着推力筒移动，从而自动改变推力筒和主轴轴承外圈之间的压力程度，使得电主轴的预紧力在使用中是可控制的。

Description

一种数控机床智能电主轴系统

技术领域

本发明涉及电主轴技术领域，具体为一种数控机床智能电主轴系统。

背景技术

电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等，这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称电主轴。

其中，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。为了提高轴承的刚度和旋转精度，需要对主轴轴承进行预紧，预紧力是调控电主轴性能的关键参数之一，较大的预紧力可提升电主轴低速运行时的刚度，较小的预紧力可减少电主轴高速旋转带来的热效应。因此，针对不同的工况，轴承的预紧力都有一个最佳值与之相应。因为电主轴工作时，其转速和载荷经常变化的，对旋转精度、噪声、温升等有严格要求的电主轴，不仅在初次安装时要控制轴承预紧载荷，而且在使用中也需要调整。但是目前的电主轴的预紧力在使用中都是不可控制的，通常传统的调节预紧力只是利用弹簧调节且必须停机检修调节。为此，我们提出一种数控机床智能电主轴系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够自动调节主轴轴承预紧力的数控机床智能电主轴系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数控机床智能电主轴系统，包括主轴箱壳体和电主轴本体，所述电主轴本体的两侧均固定有主轴轴承，所述主轴轴承之间设有电驱动部，所述电主轴通过所述主轴轴承转动设置在所述主轴箱壳体内部，所述主轴箱壳体的内部设有安装腔，所述主轴箱壳体上设有用于自动调节所述主轴轴承预紧力的预紧机构；所述预紧机构包括支撑臂和推力筒，所述支撑臂贯穿所述主轴箱壳体的一端且延伸至所述安装腔内并与所述推力筒一端滑动套接，所述推力筒的一端与所述主轴轴承的外圈相抵接，所述推力筒上连接有用于实时检测所述主轴轴承预紧力大小的定压组件，所述主轴箱壳体的外侧连接有用于调节所述推力筒沿主轴轴向位置的调节组件。

优选的，所述定压组件包括压力传感器和安装板，所述压力传感器设有两个，且两个所述压力传感器分别固定在所述安装板的两端，所述安装板与所述支撑臂的外侧固定，所述压力传感器和所述推力筒之间设有弹力件，通过固定在安装板上的压力传感器可检测到推力筒和主轴轴承外圈之间的压力大小，推力筒对轴承外圈的压力即为对轴承施加的预紧力，从而实现对轴承预紧力的实时监测。

优选的，所述弹力件包括固定在所述推力筒远离所述主轴轴承一端的压力板，所述压力板远离所述推力筒的一侧固定有张力弹簧，所述张力弹簧靠近所述安装板的一端固定有缓冲板，所述缓冲板远离所述张力弹簧的一侧与所述压力传感器的输入端相抵，通过张力弹簧使压力传感器与推力筒之间保持一定的张力，使压力传感器对压力数值变化的监测更加灵敏。

优选的，所述调节组件包括支撑环、调节块、固定板和驱动件，所述支撑环固定在所述主轴箱壳体的一端且所述推力筒套接，所述调节块的外侧设有外螺纹，所述支撑臂的内侧设有活动腔，所述活动腔的上下内壁均设有螺纹槽，所述调节块在所述活动腔内并通过所述外螺纹与所述螺纹槽螺纹连接，所述固定板的中部对称固定有两个定位杆，所述固定板通过所述定位杆与所述支撑环的外壁固定连接，所述驱动件安装在所述固定板的一侧且其输出端与所述调节块传动连接，通过调节组件可以调节支撑臂相对主轴箱壳体进行移动。

优选的，所述驱动件包括L型板、驱动电机、驱动轴、驱动齿轮、齿形同步带、同步齿轮和传动轴，所述驱动电机通过所述L型板与所述固定板固定连接，所述驱动轴与所述驱动电机的输出端固定连接，所述驱动轴通过轴承与所述固定板转动连接，所述驱动齿轮固定套接在所述驱动轴的外侧，所述同步齿轮固定套接在所述传动轴的外侧，所述传动轴通过轴承与所述固定板转动连接，所述传动轴的一端与所述调节块的一侧中心位置处固定连接，所述同步齿轮和所述驱动齿轮通过所述齿形同步带传动连接，通过驱动件可以为调节块的转动提供动力。

优选的，所述支撑环的中心设有与所述支撑臂的横截面形状相似的通槽，所述通槽的上下槽壁均活动连接有滚珠，所述支撑臂的上下侧均开设有与所述滚珠滚动连接的弧形槽，通过滚珠使得支撑臂运动时更加舒畅。

优选的，所述主轴箱壳体上开设有油道，所述油道的一端与所述电驱动部相连通，通过此设计可以便于对主轴轴承进行注油润滑。

优选的，所述支撑臂和所述推力筒均采用铝合金材质制成，便于提高机构的使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过定压组件可检测到推力筒和主轴轴承外圈之间的压力大小，推力筒对轴承外圈的压力即为对轴承施加的预紧力，从而实现对轴承预紧力的实时监测，并利用调节组件来调节支撑臂进行移动，使得支撑臂推着推力筒移动，从而自动改变推力筒和主轴轴承外圈之间的压力程度，使得电主轴的预紧力在使用中是可控制的，调节预紧力不再只是利用弹簧调节，可以在主轴工作时也能够自动调节。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明预紧机构结构示意图；

图3为本发明的前视图；

图4为本发明定压组件结构示意图；

图5为本发明调节组件结构示意图；

图6为本发明驱动件结构示意图；

图7为本发明支撑环和支撑臂结构示意图。

图中：1-主轴箱壳体；2-电主轴本体；3-主轴轴承；4-电驱动部；5-安装腔；6-预紧机构；7-支撑臂；8-推力筒；9-定压组件；10-调节组件；11-压力传感器；12-安装板；13-弹力件；14-压力板；15-张力弹簧；16-缓冲板；17-支撑环；18-调节块；19-固定板；20-驱动件；21-外螺纹；22-活动腔；23-螺纹槽；24-定位杆；25-L型板；26-驱动电机；27-驱动轴；28-驱动齿轮；29-齿形同步带；30-同步齿轮；31-传动轴；32-通槽；33-滚珠；34-弧形槽；35-油道。

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。

实施例

如图1-图3所示，图示中的一种数控机床智能电主轴系统，包括主轴箱壳体1和电主轴本体2，电主轴本体2的两侧均固定有主轴轴承3，主轴轴承3之间设有电驱动部4，电主轴通过主轴轴承3转动设置在主轴箱壳体1内部，主轴箱壳体1的内部设有安装腔5，主轴箱壳体1上设有用于自动调节主轴轴承3预紧力的预紧机构6；预紧机构6包括支撑臂7和推力筒8，支撑臂7贯穿主轴箱壳体1的一端且延伸至安装腔5内并与推力筒8一端滑动套接，推力筒8的一端与主轴轴承3的外圈相抵接，推力筒8上连接有用于实时检测主轴轴承3预紧力大小的定压组件9，主轴箱壳体1的外侧连接有用于调节推力筒8沿主轴轴向位置的调节组件10，通过定压组件9可检测到推力筒8和主轴轴承3外圈之间的压力大小，推力筒8对轴承外圈的压力即为对轴承施加的预紧力，从而实现对轴承预紧力的实时监测，并利用调节组件10来调节支撑臂7进行移动，使得支撑臂7推着推力筒8移动，从而自动改变推力筒8和主轴轴承3外圈之间的压力程度，使得电主轴的预紧力在使用中是可控制的，调节预紧力不再只是利用弹簧调节，可以在主轴工作时也能够自动调节。

其中，如图3和图4所示，为了实现对轴承预紧力的实时监测，定压组件9包括压力传感器11和安装板12，压力传感器11设有两个，且两个压力传感器11分别固定在安装板12的两端，安装板12与支撑臂7的外侧固定，压力传感器11和推力筒8之间设有弹力件13，通过固定在安装板12上的压力传感器11可检测到推力筒8和主轴轴承3外圈之间的压力大小，推力筒8对轴承外圈的压力即为对轴承施加的预紧力。

同时，如图4所示，为了使压力传感器11对压力数值变化的监测更加灵敏，弹力件13包括固定在推力筒8远离主轴轴承3一端的压力板14，压力板14远离推力筒8的一侧固定有张力弹簧15，张力弹簧15靠近安装板12的一端固定有缓冲板16，缓冲板16远离张力弹簧15的一侧与压力传感器11的输入端相抵，通过张力弹簧15使压力传感器11与推力筒8之间保持一定的张力。

另外，为了便于提高机构的使用寿命，支撑臂7和推力筒8均采用铝合金材质制成。

具体的实施方式：通过固定在安装板12上的压力传感器11可检测到推力筒8和主轴轴承3外圈之间的压力大小，根据作用力和反作用力的原理，推力筒8对轴承外圈的压力即为对轴承施加的预紧力，压力传感器11通过将推力筒8传递到缓冲板16上的压力进行反馈，当压力传感器11检测到轴承的预紧力和工况不符时，再通过启动调节组件10工作，调节组件10可以调节支撑臂7相对主轴箱壳体1进行移动，支撑臂7带动推力筒8前后移动对轴承的外圈进行施压，再通过压力板14、张力弹簧15和缓冲板16反馈到压力传感器11上，通过压力传感器11对压力数值进行检测，使得电主轴的预紧力在使用中是可控制的，调节预紧力不再只是利用弹簧调节，可以在主轴工作时也能够自动调节。

实施例

如图4-图6所示，本实施方式对实施例1进一步说明，图示中的调节组件10包括支撑环17、调节块18、固定板19和驱动件20，支撑环17固定在主轴箱壳体1的一端且推力筒8套接，调节块18的外侧设有外螺纹21，支撑臂7的内侧设有活动腔22，活动腔22的上下内壁均设有螺纹槽23，调节块18在活动腔22内并通过外螺纹21与螺纹槽23螺纹连接，固定板19的中部对称固定有两个定位杆24，固定板19通过定位杆24与支撑环17的外壁固定连接，驱动件20安装在固定板19的一侧且其输出端与调节块18传动连接，通过调节组件10可以调节支撑臂7相对主轴箱壳体1进行移动。

其中，如图6所示，为了可以为调节块18的转动提供动力，驱动件20包括L型板25、驱动电机26、驱动轴27、驱动齿轮28、齿形同步带29、同步齿轮30和传动轴31，驱动电机26通过L型板25与固定板19固定连接，驱动轴27与驱动电机26的输出端固定连接，驱动轴27通过轴承与固定板19转动连接，驱动齿轮28固定套接在驱动轴27的外侧，同步齿轮30固定套接在传动轴31的外侧，传动轴31通过轴承与固定板19转动连接，传动轴31的一端与调节块18的一侧中心位置处固定连接，同步齿轮30和驱动齿轮28通过齿形同步带29传动连接。

另外，如图7所示，为了使得支撑臂7运动时更加舒畅，支撑环17的中心设有与支撑臂7的横截面形状相似的通槽32，通槽32的上下槽壁均活动连接有滚珠33，支撑臂7的上下侧均开设有与滚珠33滚动连接的弧形槽34。

具体的实施方式：调节时，通过驱动电机26输出轴的转动可带动驱动轴27转动，驱动轴27带动其上的驱动齿轮28转动，驱动齿轮28通过齿形同步带29带动同步齿轮30转动，同步齿轮30带动传动轴31转动，传动轴31带动调节块18转动，由于调节块18在活动腔22内并通过外螺纹21与螺纹槽23螺纹连接，所以调节块18在转动时会带动支撑臂7相对主轴箱壳体1进行移动，从而实现了对推力筒8水平轴向位置的调节，改变推力筒8和轴承外圈之间的按压程度。

实施例

如图3所示，本实施方式对实施例1进一步说明，图示中的电主轴本体2的两侧均固定有主轴轴承3，主轴轴承3之间设有电驱动部4，电主轴通过主轴轴承3转动设置在主轴箱壳体1内部，主轴箱壳体1的内部设有安装腔5，主轴箱壳体1上设有用于自动调节主轴轴承3预紧力的预紧机构6；主轴箱壳体1上开设有油道35，油道35的一端与电驱动部4相连通，通过此设计可以便于对主轴轴承3进行注油润滑。

本实施例中，润滑油通过油道35的流至电主轴本体2上，进而流至主轴轴承3上，可减小轴承内圈转动产生的磨损，提高使用寿命，同时减少噪音。

本方案中，压力传感器11优选L10K型号，驱动电机26优选Y80M1-2型号，电机的供电接口通过开关连接供电系统，电机运行电路为常规电机正反转控制程序，电路运行为现有常规电路，本方案中涉及的电路以及控制均为现有技术，在此不进行过多赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种数控机床智能电主轴系统，包括主轴箱壳体（1）和电主轴本体（2），所述电主轴本体（2）的两侧均固定有主轴轴承（3），所述主轴轴承（3）之间设有电驱动部（4），所述电主轴通过所述主轴轴承（3）转动设置在所述主轴箱壳体（1）内部，其特征在于：所述主轴箱壳体（1）的内部设有安装腔（5），所述主轴箱壳体（1）上设有用于自动调节所述主轴轴承（3）预紧力的预紧机构（6）；所述预紧机构（6）包括支撑臂（7）和推力筒（8），所述支撑臂（7）贯穿所述主轴箱壳体（1）的一端且延伸至所述安装腔（5）内并与所述推力筒（8）一端滑动套接，所述推力筒（8）的一端与所述主轴轴承（3）的外圈相抵接，所述推力筒（8）上连接有用于实时检测所述主轴轴承（3）预紧力大小的定压组件（9），所述主轴箱壳体（1）的外侧连接有用于调节所述推力筒（8）沿主轴轴向位置的调节组件（10）。

2.根据权利要求1所述的一种数控机床智能电主轴系统，其特征在于：所述定压组件（9）包括压力传感器（11）和安装板（12），所述压力传感器（11）设有两个，且两个所述压力传感器（11）分别固定在所述安装板（12）的两端，所述安装板（12）与所述支撑臂（7）的外侧固定，所述压力传感器（11）和所述推力筒（8）之间设有弹力件（13）。

3.根据权利要求2所述的一种数控机床智能电主轴系统，其特征在于：所述弹力件（13）包括固定在所述推力筒（8）远离所述主轴轴承（3）一端的压力板（14），所述压力板（14）远离所述推力筒（8）的一侧固定有张力弹簧（15），所述张力弹簧（15）靠近所述安装板（12）的一端固定有缓冲板（16），所述缓冲板（16）远离所述张力弹簧（15）的一侧与所述压力传感器（11）的输入端相抵。

4.根据权利要求1所述的一种数控机床智能电主轴系统，其特征在于：所述调节组件（10）包括支撑环（17）、调节块（18）、固定板（19）和驱动件（20），所述支撑环（17）固定在所述主轴箱壳体（1）的一端且所述推力筒（8）套接，所述调节块（18）的外侧设有外螺纹（21），所述支撑臂（7）的内侧设有活动腔（22），所述活动腔（22）的上下内壁均设有螺纹槽（23），所述调节块（18）在所述活动腔（22）内并通过所述外螺纹（21）与所述螺纹槽（23）螺纹连接，所述固定板（19）的中部对称固定有两个定位杆（24），所述固定板（19）通过所述定位杆（24）与所述支撑环（17）的外壁固定连接，所述驱动件（20）安装在所述固定板（19）的一侧且其输出端与所述调节块（18）传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种数控机床智能电主轴系统，其特征在于：所述驱动件（20）包括L型板（25）、驱动电机（26）、驱动轴（27）、驱动齿轮（28）、齿形同步带（29）、同步齿轮（30）和传动轴（31），所述驱动电机（26）通过所述L型板（25）与所述固定板（19）固定连接，所述驱动轴（27）与所述驱动电机（26）的输出端固定连接，所述驱动轴（27）通过轴承与所述固定板（19）转动连接，所述驱动齿轮（28）固定套接在所述驱动轴（27）的外侧，所述同步齿轮（30）固定套接在所述传动轴（31）的外侧，所述传动轴（31）通过轴承与所述固定板（19）转动连接，所述传动轴（31）的一端与所述调节块（18）的一侧中心位置处固定连接，所述同步齿轮（30）和所述驱动齿轮（28）通过所述齿形同步带（29）传动连接。

6.根据权利要求4所述的一种数控机床智能电主轴系统，其特征在于：所述支撑环（17）的中心设有与所述支撑臂（7）的横截面形状相似的通槽（32），所述通槽（32）的上下槽壁均活动连接有滚珠（33），所述支撑臂（7）的上下侧均开设有与所述滚珠（33）滚动连接的弧形槽（34）。

7.根据权利要求1所述的一种数控机床智能电主轴系统，其特征在于：所述主轴箱壳体（1）上开设有油道（35），所述油道（35）的一端与所述电驱动部（4）相连通。

8.根据权利要求1所述的一种数控机床智能电主轴系统，其特征在于：所述支撑臂（7）和所述推力筒（8）均采用铝合金材质制成。