CN118080900A - 一种机械主轴及机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机床主轴及卧式加工中心技术领域，公开了一种机械主轴及机床，机械主轴包括：芯轴，适于被驱动旋转；壳体，其外周设有水套，壳体设有冷却通道；轴承，套设在芯轴上，并位于芯轴与壳体之间；轴承压盖，固定在壳体的前端；气封组件，设于轴承压盖的前端，气封组件形成有第一迷宫密封，气封组件与轴承压盖之间形成有安装空间，第一迷宫密封连通外界与安装空间；轴承隔套结构，设置于轴承压盖与轴承之间，并位于壳体与芯轴之间，轴承隔套结构与轴承压盖之间形成第二迷宫密封，第二迷宫密封连通轴承与安装空间；气封通道，与第一迷宫密封连通，用于向第一迷宫密封吹气；检测件，与芯轴固定连接；热位移传感器。

Description

一种机械主轴及机床

技术领域

本发明涉及机床主轴及卧式加工中心技术领域，具体涉及一种机械主轴及机床。

背景技术

卧式加工中心机床是用于金属切削加工的机床，其常用主轴分为机械主轴和电主轴。机械主轴扭矩大，适合重切削，电主轴切削速度快，适合轻切削。由于热位移检测需要添加在主轴前端，保证传感器靠近刀具，从而准确测量主轴芯轴的热位移变化。电主轴的轴承多采用复合陶瓷轴承，耐热耐高温，对芯轴的影响较小，而机械主轴轴承发热量较大，对芯轴的影响大，且机械主轴前端防护较少、工况相对恶劣，在主轴前端安装热位移传感器易对传感器造成污染，此外，主轴前端轴承的发热也会影响传感器测量主轴芯轴的热位移量，但是在机械主轴前端对芯轴的热位移量检测是最精确的。

因此，机械主轴需要设计一种热位移传感器检测结构，解决热位移传感器在机械主轴前端的防护问题和检测精度问题，准确检测主轴前端芯轴的热位移变化，及时补偿刀具热伸长，提高切削精度、防止刀具和工件的损伤。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种机械主轴及机床，以解决机械主轴无法精确补偿刀具热伸长的问题。

第一方面，本发明提供了一种机械主轴，包括：

芯轴，适于被驱动旋转；

壳体，其外周设有水套，所述壳体设有冷却通道，所述水套与所述冷却通道共同构成冷却环道；

轴承，套设在芯轴上，并位于所述芯轴与所述壳体之间；

轴承压盖，固定在所述壳体的前端；

气封组件，设于所述轴承压盖的前端，所述气封组件形成有第一迷宫密封，所述气封组件与所述轴承压盖之间形成有安装空间，所述第一迷宫密封连通外界与所述安装空间；

轴承隔套结构，设置于所述轴承压盖与所述轴承之间，并位于所述壳体与所述芯轴之间，所述轴承隔套结构与所述轴承压盖之间形成第二迷宫密封，所述第二迷宫密封连通所述轴承与所述安装空间；

气封通道，与所述第一迷宫密封连通，用于向所述第一迷宫密封吹气；

检测件，与所述芯轴固定连接；

热位移传感器，安装于所述安装空间且不与所述芯轴接触，所述热位移传感器用于检测所述检测件的移动量；

机床控制系统，所述机床控制系统与所述热位移传感器通信连接，所述机床控制系统用于根据所述热位移传感器检测到的移动量控制所述芯轴向远离加工件的方向移动预设距离，所述预设距离与所述移动量相同。

有益效果：通过在壳体设置冷却通道，在壳体的外周设置水套，水套与冷却通道构成的冷却环道可以及时带走轴承产生的热量，避免热量向轴承压盖处传递，轴承隔套结构位于轴承压盖和轴承之间，轴承隔套结构避免轴承与轴承压盖直接接触，阻挡了轴承产生的热量向轴承压盖处传递。在安装和拆卸气封组件、热位移传感器时，第二迷宫密封可以对安装和拆卸过程中产生的杂质形成阻挡，保护轴承，在拆卸热位移传感器时，仅需要拆卸前端的气封组件即可，无需拆卸轴承压盖，安装拆卸简单便捷，且不会对轴承造成影响。气封通道向第一迷宫密封吹气，气封通道与第一迷宫密封配合形成迷宫气封结构，可以防止外界杂质进入安装空间而对热位移传感器造成影响。具体在工作时，芯轴被驱动旋转，轴承发热，使芯轴受热膨胀，芯轴向加工件方向伸长，检测件随芯轴一起向加工件方向靠近，热位移传感器可实时对检测件的移动量检测，并将检测到的移动量反馈给机床控制系统，机床控制系统收到信号后，控制芯轴向远离加工件的方向移动预设距离，从而对连接在芯轴前端的刀具热伸长进行精确补偿，提高切削精度、防止刀具和工件的损伤。

在一种可选的实施方式中，所述检测件与所述芯轴过盈配合；

和/或，所述热位移传感器与所述安装空间之间设有垫板；

和/或，所述轴承压盖及所述壳体设有用于对所述热位移传感器走线的走线通道，所述走线通道延伸至所述壳体的后端。

有益效果：检测件与芯轴过盈配合，与螺钉固定相比，更能保持芯轴与检测件变形的一致性，且可以节省空间，避免对芯轴强度造成影响；可以通过调整垫板的厚度来调整热位移传感器的安装位置；通过设置轴向走线通道，热位移传感器的线缆可以通到芯轴后端，后端接线便利，且后端无铁屑、切削液的影响，更有利于热位移传感器的信号传输。

在一种可选的实施方式中，所述轴承隔套结构包括轴承内隔套和轴承外隔套，所述轴承内隔套套设在所述芯轴上，所述轴承内隔套形成有第一凸起，所述轴承外隔套与所述轴承压盖配合形成第一凹槽，所述第一凸起至少部分位于所述第一凹槽中，所述第一凹槽与所述第一凸起具有间隙，所述轴承内隔套与所述轴承外隔套之间的间隙以及所述轴承内隔套与所述轴承压盖之间的间隙构成所述第二迷宫密封。

有益效果：轴承内隔套和轴承外隔套通过第一凹槽与第一凸起定位，便于安装拆卸，进而便于对轴承进行更换，轴承内隔套和轴承外隔套配合对轴承进行防护，另外，轴承内隔套和轴承外隔套的结构配合也能够对轴承的发热量进行有效的阻隔，避免轴承产生的发热影响干扰到热位移传感器的检测精度。

在一种可选的实施方式中，所述热位移传感器与所述垫板固定于所述轴承压盖，所述气封组件包括：

第一气封件，沿轴向固定在轴承压盖上，所述第一气封件远离所述轴承压盖的一端设有第一插接凸起，所述第一气封件具有定位面，所述定位面靠近所述安装空间；

第二气封件，所述第二气封件的外周面与所述第一气封件的内周面过盈配合，所述第二气封件的第一端与所述定位面相抵，所述第二气封件的第二端设有第二插接凸起，所述检测件位于所述第二气封件的内侧，所述检测件与所述第二气封件之间具有间隙；

第三气封件，具有与所述第一插接凸起相适配的第一插槽、与所述第二插接凸起相适配的第二插槽，所述第一气封件与所述第三气封件之间的间隙、所述第二气封件与所述第三气封件之间的间隙以及所述第二气封件与所述检测件之间的间隙构成所述第一迷宫密封，所述第三气封件与传动键通过螺钉固定在所述芯轴上。

有益效果：第一迷宫密封与气封通道配合形成迷宫气封结构，可以防止外界杂质进入安装空间而对热位移传感器造成影响。

在一种可选的实施方式中，所述检测件朝向所述第二气封件的一侧设有至少一个积灰槽；

和/或，所述轴承压盖设有第二凹槽，所述芯轴设有第三凹槽，所述第二凹槽与所述第三凹槽相对，所述第二凹槽与所述第三凹槽配合形成第一空腔，所述第一空腔位于所述第二迷宫密封与所述安装空间之间的路径上且靠近所述安装空间；

和/或，所述轴承压盖还设有第四凹槽，所述第四凹槽与所述轴承内隔套之间的空间形成第二空腔，所述第二空腔位于所述第二迷宫密封与所述安装空间之间的路径上；

和/或，所述检测件与所述第三气封件之间形成预留间隙，所述预留间隙用于在芯轴受热膨胀后供所述检测件沿轴向移动。

有益效果：积灰槽可以积存微小材质，防止对热位移传感器造成影响；第一空腔、第二空腔也可以起到积存、阻挡相关杂质进入轴承内部的作用。

在一种可选的实施方式中，所述检测件位于所述轴承压盖的内侧且与所述轴承压盖具有间隙，所述气封组件包括：

第一气封件，沿轴向固定在轴承压盖上，所述第一气封件远离所述轴承压盖的一端设有第一插接凸起，所述第一气封件具有定位面，所述定位面靠近所述安装空间，所述热位移传感器与所述垫板固定于所述第一气封件；

第二气封件，所述第二气封件的外周与所述第一气封件的内周过盈配合，所述第二气封件的第一端与所述定位面相抵，所述第二气封件的第二端设有第二插接凸起；

第三气封件，具有与所述第一插接凸起相适配的第一插槽、与所述第二插接凸起相适配的第二插槽，所述第一气封件与所述第三气封件之间的间隙、所述第二气封件与所述第三气封件之间的间隙构成所述第一迷宫密封，所述第三气封件与传动键通过螺钉固定在所述芯轴上。

有益效果：机械主轴工作时，检测件会随芯轴和刀具一起旋转并受热移动，且检测件会逐渐靠近热位移传感器；第一迷宫密封，与气封通道配合形成迷宫气封结构，可以防止外界杂质进入安装空间而对热位移传感器造成影响。

在一种可选的实施方式中，所述第三气封件朝向所述第二气封件的一侧设有至少一个积灰槽。

有益效果：积灰槽可以积存微小材质，防止对热位移传感器造成影响。

在一种可选的实施方式中，所述轴承压盖设有至少一个第五凹槽，所述检测件设有第六凹槽，所述第五凹槽与所述第六凹槽相对，所述第五凹槽与所述第六凹槽位于所述第二迷宫密封与所述安装空间之间的路径上。

有益效果：第五凹槽和第六凹槽可以积存、阻挡相关杂质进入轴承内部。

在一种可选的实施方式中，所述第一气封件和所述轴承压盖上设有相互连通且倾斜的第一气体通道，所述第一气封件设有与所述第一气体通道连通的环形气腔，所述环形气腔的开口朝向所述第二气封件，所述第二气封件沿其周向均匀设有多个第二气体通道，所述第二气体通道沿轴向延伸，所述第三气封件与所述第一气封件之间的间隙构成第三气体通道，所述第三气体通道与所述第二气体通道连通，所述第一气体通道、所述环形气腔和所述第二气体通道构成所述气封通道；和/或，所述芯轴及所述传动键与刀柄连接，所述刀柄安装有刀具。

有益效果：压缩空气可经第一气体通道进入环形气腔处，并积存在环形气腔处，由于第二气封件的外周面与第一气封件的内周面过盈，第二气封件沿其周向均匀设有多个第二气体通道，因此环形气腔处的压缩空气可通过第二气体通道均匀吹至第三气封件与第一气封件之间的间隙中，对整个圆周形成气幕防护，防止外界灰尘、杂质进入安装空间中对热位移传感器造成污染，工作时，芯轴被驱动旋转，轴承发热，使芯轴受热膨胀，芯轴带动刀具向加工件方向伸长，检测件随芯轴一起向加工件方向靠近，热位移传感器可实时对检测件的移动量检测，并将检测到的移动量反馈给机床控制系统，机床控制系统收到信号后，控制芯轴向远离加工件的方向移动预设距离，从而对连接在芯轴前端的刀具热伸长进行补偿，提高切削精度、防止刀具和工件的损伤。

第二方面，本发明提供了一种机床，包括上述的机械主轴。

有益效果：因为机床包括机械主轴，具有与机械主轴相同的效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种机械主轴热位移检测结构的局部剖视图；

图2为本发明实施例1提供的一种机械主轴热位移检测结构中气封组件与芯轴连接后的剖视图；

图3为本发明实施例1提供的一种机械主轴热位移检测结构在热位移传感器安装位置处的投影视图；

图4为图1中第二迷宫密封处的局部放大图；

图5为图1中第一迷宫密封处的局部放大图；

图6为本发明实施例1提供的一种机械主轴热位移检测结构在第一气体通道所处截面处的局部剖视图；

图7为第一气封件和第二气封件的局部剖视图；

图8为本发明实施例1提供的一种机械主轴热位移检测结构的结构示意图；

图9为本发明实施例2提供的一种机械主轴热位移检测结构的局部剖视图；

图10为本发明实施例2提供的一种机械主轴热位移检测结构中气封组件与芯轴连接后的剖视图；

图11为本发明实施例2提供的一种机械主轴热位移检测结构在热位移传感器安装位置处的投影视图；

图12为图9中第二迷宫密封处的局部放大图；

图13为图9中第一迷宫密封处的局部放大图。

附图标记说明：

1、芯轴；2、壳体；201、冷却通道；3、轴承；4、轴承压盖；401、第六圆周面；402、第四径向面；5、检测件；501、检测端面；6、热位移传感器；7、机床控制系统；8、第一迷宫密封；9、安装空间；10、第二迷宫密封；11、垫板；12、走线通道；13、轴承内隔套；1301、第一凸起；1302、第一圆周面；1303、第一径向面；1304、第二圆周面；1305、第二径向面；1306、第三圆周面；14、轴承外隔套；1401、第四圆周面；1402、第三径向面；1403、第五圆周面；15、第一气封件；1501、第一插接凸起；1502、定位面；16、第二气封件；1601、第二插接凸起；17、第三气封件；1701、第一插槽；1702、第二插槽；18、传动键；19、积灰槽；20、第一空腔；21、第二空腔；22、第三空腔；24、第四空腔；25、预留间隙；26、第一气体通道；27、环形气腔；28、第二气体通道；29、第三气体通道；30、刀柄；31、刀具；32、水套。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

相关技术中存在通过外部的实验装置模拟工况来测量主轴的热位移，再设定参数进行补偿，补偿不够精确，加工精度差，也容易损伤刀具和工件。

下面结合图1至图13，描述本发明的实施例。

实施例1

本实施例，提供了一种机械主轴，如图1至图8，包括：芯轴1、壳体2、轴承3、轴承压盖4、气封组件、轴承隔套结构、气封通道、检测件5、热位移传感器6和机床控制系统7。

其中，芯轴1适于被驱动旋转；壳体2的外周套设有水套32，壳体2上设有冷却通道201，与壳体2的冷却通道201共同构成冷却环道；轴承3套设在芯轴1上，并位于芯轴1与壳体2之间；轴承压盖4固定在壳体2的前端；气封组件设于轴承压盖4的前端，气封组件形成有第一迷宫密封8，气封组件与轴承压盖4之间形成有安装空间9，第一迷宫密封8连通外界与安装空间9；轴承隔套结构设置于轴承压盖4与轴承3之间，并位于壳体2与芯轴1之间，轴承隔套结构与轴承压盖4之间形成第二迷宫密封10，第二迷宫密封10连通轴承3与安装空间9；气封通道与第一迷宫密封8连通，用于向第一迷宫密封8吹气；检测件5与芯轴1固定连接；热位移传感器6安装于安装空间9且不与芯轴1接触，热位移传感器6用于检测检测件5的移动量；机床控制系统7与热位移传感器6通信连接，机床控制系统7用于根据热位移传感器6检测到的移动量控制芯轴1向远离加工件的方向移动预设距离，预设距离与移动量相同。

在该实施例中，前端指芯轴1靠近加工件的一端，通过在壳体2设置冷却通道201，在壳体2的外周设置水套32，水套32与冷却通道构成的冷却环道可以及时带走轴承3产生的热量，避免热量向轴承压盖4处传递，轴承隔套结构位于轴承压盖4和轴承3之间，轴承隔套结构避免轴承3与轴承压盖4直接接触，阻挡了轴承3产生的热量向轴承压盖4处传递。在安装和拆卸气封组件、热位移传感器6时，第二迷宫密封10可以对安装和拆卸过程中产生的杂质形成阻挡，保护轴承3，在拆卸热位移传感器6时，仅需要拆卸前端的气封组件即可，无需拆卸轴承压盖4，安装拆卸简单便捷，且不会对轴承3造成影响。气封通道向第一迷宫密封8吹气，气封通道与第一迷宫密封8配合形成迷宫气封结构，可以防止外界杂质进入安装空间9而对热位移传感器6造成影响。具体在工作时，芯轴1被驱动旋转，轴承3发热，使芯轴1受热膨胀，芯轴1向加工件方向伸长，检测件5随芯轴1一起向加工件方向靠近，热位移传感器6可实时对检测件5的移动量检测，并将检测到的移动量反馈给机床控制系统7，机床控制系统7收到信号后，控制芯轴1向远离加工件的方向移动预设距离，从而对连接在芯轴1前端的刀具热伸长进行精确补偿，提高切削精度、防止刀具和工件的损伤。

该机械主轴，可以实现机械主轴刀具热补偿功能，满足卧式加工中心高精度加工的要求，改善加工效果。

该机械主轴，安装和拆卸都很便利，仅需拆卸前端气封组件，即可轻松对热位移传感器6安装和拆卸，不会影响轴承3的安装及精度。

该机械主轴，密封效果良好，既实现了对热位移传感器6的防护，也实现了对轴承3的防护，可以保证热位移传感器6工作环境的清洁。

该机械主轴，通过冷却环道散热以及轴承隔套结构的热阻隔作用，使轴承3发热不会影响热位移传感器6，热位移传感器6自身不会产生位移，检测精度更高。

具体在一个实施例中，冷却通道201用于通入冷却液。

具体在一个实施例中，轴承压盖4通过螺钉固定在壳体2上，并通过压紧轴承隔套结构对轴承3进行预紧。

在一个实施例中，检测件5与芯轴1过盈配合。

在该实施例中，检测件5与芯轴1过盈配合，与螺钉固定相比，更能保持芯轴1与检测件5变形的一致性，且可以节省空间，避免对芯轴1强度造成影响。

需要说明的是，安装检测件5时，需控制检测端面501与热位移传感器6之间的距离，并保证检测端面501相对于芯轴1的旋转轴线的垂直度。

具体地，检测端面501指检测件5靠近热位移传感器6的端面。

在一个实施例中，热位移传感器6与安装空间9之间设有垫板11。

在该实施例中，可以通过调整垫板11的厚度来调整热位移传感器6的安装位置。

具体在该实施例中，如图1所示，热位移传感器6与轴承压盖4之间设有垫板11。

在一个实施例中，轴承压盖4及壳体2设有用于对热位移传感器6走线的走线通道12，走线通道12延伸至壳体2的后端。

在该实施例中，通过设置走线通道12，热位移传感器6的线缆可以通到芯轴1后端，后端接线便利，且后端无铁屑、切削液的影响，更有利于热位移传感器6的信号传输。

在一个实施例中，轴承隔套结构包括轴承内隔套13和轴承外隔套14，轴承内隔套13套设在芯轴1上，轴承内隔套13形成有第一凸起1301，轴承外隔套14与轴承压盖4配合形成第一凹槽，第一凸起1301至少部分位于第一凹槽中，第一凹槽与第一凸起1301具有间隙，轴承内隔套13与轴承外隔套14之间的间隙以及轴承内隔套13与轴承压盖4之间的间隙构成第二迷宫密封10。

在该实施例中，轴承隔套结构包括轴承内隔套13和轴承外隔套14，轴承内隔套13和轴承外隔套14通过第一凹槽与第一凸起1301定位，便于安装拆卸，进而便于对轴承3进行更换。

具体地，如图4所示，从靠近轴承3的一侧至远离轴承3的一侧，轴承内隔套13具有依次连接的第一圆周面1302、第一径向面1303、第二圆周面1304、第二径向面1305和第三圆周面1306，第二圆周面1304的直径大于第一圆周面1302和第三圆周面1306的直径，轴承外隔套14的内侧具有第四圆周面1401、第三径向面1402和第五圆周面1403，轴承压盖4的内侧具有第六圆周面401和第四径向面402，第六圆周面401和第五圆周面1403共面并组成第一凹槽的槽底。第四径向面402和第二径向面1305之间的间隙、第六圆周面401和第二圆周面1304之间的间隙、第五圆周面1403和第二圆周面1304之间的间隙、第一径向面1303和第三径向面1402之间的间隙、第一圆周面1302和第四圆周面1401之间的间隙共同构成第二迷宫密封10。

如图4所示，第二迷宫密封10为“几”字型迷宫密封。

当然，在图中未示出的一个实施例中，轴承压盖4可不具有第四径向面402，第六圆周面401和第二圆周面1304之间的间隙、第五圆周面1403和第二圆周面1304之间的间隙、第一径向面1303和第三径向面1402之间的间隙、第一圆周面1302和第四圆周面1401之间的间隙共同构成第二迷宫密封10。

在一个实施例中，热位移传感器6与垫板11固定于轴承压盖4，气封组件包括第一气封件15、第二气封件16和第三气封件17。第一气封件15沿轴向固定在轴承压盖4上，第一气封件15远离轴承压盖4的一端设有第一插接凸起1501，第一气封件15具有定位面1502，定位面1502靠近安装空间9；第二气封件16的外周面与第一气封件15的内周面过盈配合，第二气封件16的第一端与定位面1502相抵，第二气封件16的第二端设有第二插接凸起1601，检测件5位于第二气封件16的内侧，检测件5与第二气封件16之间具有间隙；第三气封件17具有与第一插接凸起1501相适配的第一插槽1701、与第二插接凸起1601相适配的第二插槽1702，第一气封件15与第三气封件17之间的间隙、第二气封件16与第三气封件17之间的间隙以及第二气封件16与检测件5之间的间隙构成第一迷宫密封8，第三气封件17与传动键18通过螺钉固定在芯轴1上。

在该实施例中，第二气封件16嵌在第三气封件17和第一气封件15之间，第一气封件15与第三气封件17之间的间隙、第二气封件16与第三气封件17之间的间隙以及第二气封件16与检测件5之间的间隙构成第一迷宫密封8，与气封通道配合形成迷宫气封结构，可以防止外界杂质进入安装空间9而对热位移传感器6造成影响。该机械主轴工作时，检测件5会随芯轴1和刀具31一起旋转并受热移动，且检测件5会逐渐远离热位移传感器6。

具体如图5所示，第一迷宫密封8为“弓”字型。

在一个实施例中，进一步参考图5，检测件5朝向第二气封件16的一侧设有至少一个积灰槽19。

在该实施例中，通过在检测件5设置积灰槽19，可以积存微小材质，防止对热位移传感器6造成影响。

具体如图5所示，检测件5共设有三个积灰槽19。

进一步参考图5，积灰槽19的截面为直角三角形，包括竖直面和斜面，竖直面位于靠近安装空间9的一侧，斜面位于远离安装空间9的一侧。

在一个实施例中，如图4所示，轴承压盖4设有第二凹槽，芯轴1设有第三凹槽，第二凹槽与第三凹槽相对，第二凹槽与第三凹槽配合形成第一空腔20，第一空腔20位于第二迷宫密封10与安装空间9之间的路径上且靠近安装空间9。

在该实施例中，第一空腔20可以积存、阻挡相关杂质进入轴承3内部。

在一个实施例中，进一步参考图4，轴承压盖4还设有第四凹槽，第四凹槽与轴承内隔套13之间的空间形成第二空腔21，第二空腔21位于第二迷宫密封10与安装空间9之间的路径上。

在该实施例中，第二空腔21也可以起到积存、阻挡相关杂质进入轴承3内部的作用。

在一个实施例中，如图5所示，检测件5与第三气封件17之间形成预留间隙25，预留间隙25用于在芯轴1受热膨胀后供检测件5沿轴向移动。

在该实施例中，检测件5与第三气封件17之间的预留间隙25可以使得在芯轴1受热膨胀后供检测件5沿轴向移动，同时还可以积存微小杂质，防止对热位移传感器6造成影响。

在一个实施例中，如图6和图7所示，第一气封件15和轴承压盖4上设有相互连通且倾斜的第一气体通道26，第一气封件15设有与第一气体通道26连通的环形气腔27，环形气腔27的开口朝向第二气封件16，第二气封件16沿其周向均匀设有多个第二气体通道28，第二气体通道28沿轴向延伸，第三气封件17与第一气封件15之间的间隙构成第三气体通道29，第三气体通道29与第二气体通道28连通，第一气体通道26、环形气腔27和第二气体通道28构成气封通道。

在该实施例中，压缩空气可经第一气体通道26进入环形气腔27处，并积存在环形气腔27处，由于第二气封件16的外周面与第一气封件15的内周面过盈，第二气封件16沿其周向均匀设有多个第二气体通道28，因此环形气腔27处的压缩空气可通过第二气体通道28均匀吹至第三气封件17与第一气封件15之间的间隙中，对整个圆周形成气幕防护，防止外界灰尘、杂质进入安装空间9中对热位移传感器6造成污染。

需要说明的是，第三气体通道29为第一迷宫密封8的一部分。

在一个实施例中，如图8所示，芯轴1及传动键18与刀柄30连接，刀柄30安装有刀具31。

在该实施例中，工作时，芯轴1被驱动旋转，轴承3发热，使芯轴1受热膨胀，芯轴1带动刀具31向加工件方向伸长，检测件5随芯轴1一起向加工件方向靠近，热位移传感器6可实时对检测件5的移动量检测，并将检测到的移动量反馈给机床控制系统7，机床控制系统7收到信号后，控制芯轴1向远离加工件的方向移动预设距离，从而对连接在芯轴1前端的刀具31热伸长进行补偿，提高加工精度和加工效果。

实施例2

本实施例提供了一种机械主轴，如图9至图13，本实施例与上述实施例的区别在于：检测件5位于轴承压盖4的内侧且与轴承压盖4具有间隙。

在本实施例中，气封组件包括第一气封件15、第二气封件16和第三气封件17。

第一气封件15沿轴向固定在轴承压盖4上，第一气封件15远离轴承压盖4的一端设有第一插接凸起1501，第一气封件15具有定位面1502，定位面1502靠近安装空间9，热位移传感器6与垫板11固定于第一气封件15；第二气封件16的外周面与第一气封件15的内周面过盈配合，第二气封件16的第一端与定位面1502相抵，第二气封件16的第二端设有第二插接凸起1601；第三气封件17具有与第一插接凸起1501相适配的第一插槽1701、与第二插接凸起1601相适配的第二插槽1702，第一气封件15与第三气封件17之间的间隙、第二气封件16与第三气封件17之间的间隙构成第一迷宫密封8，第三气封件17与传动键18通过螺钉固定在芯轴1上。

在该实施例中，第二气封件16嵌在第三气封件17和第一气封件15之间，第一气封件15与第三气封件17之间的间隙、第二气封件16与第三气封件17之间的间隙构成第一迷宫密封8，与气封通道配合形成迷宫气封结构，可以防止外界杂质进入安装空间9而对热位移传感器6造成影响。该机械主轴工作时，检测件5会随芯轴1和刀具31一起旋转并受热移动，且检测件5会逐渐靠近热位移传感器6。

在本实施例中，如图9所示，热位移传感器6与第一气封件15之间设有垫板11。

如图9和图13，本实施例中的第一迷宫密封8的形状与上述实施例中的相同，为“弓”字型。

需要说明的是，本实施例主要对和上述实施例的区别进行说明，对于相同的部分不再重复介绍。

在本实施例中，如图12所示，由于检测件5位于轴承压盖4的内侧，因此轴承压盖4的第四径向面402在径向上的尺寸很小，第二迷宫密封10大致为“Z”字形迷宫密封。

在一个实施例中，如图13所示，第三气封件17朝向第二气封件16的一侧设有至少一个积灰槽19。

在该实施例中，通过在第三气封件17的外周面设置积灰槽19，可以积存微小材质，防止对热位移传感器6造成影响。

具体如图13所示，第三气封件17的外周面共设置三个积灰槽19。

进一步参考图13，积灰槽19的截面为直角三角形，包括竖直面和斜面，竖直面位于靠近安装空间9的一侧，斜面位于远离安装空间9的一侧。

在一个实施例中，轴承压盖4设有至少一个第五凹槽，检测件5设有第六凹槽，第五凹槽与第六凹槽相对，第五凹槽与第六凹槽位于第二迷宫密封10与安装空间9之间的路径上。

在该实施例中，第五凹槽和第六凹槽可以积存、阻挡相关杂质进入轴承3内部。

具体如图12所示，第五凹槽和第六凹槽均设置两个，靠近安装空间9处的第五凹槽和第六凹槽组成第三空腔22，远离安装空间9处的第五凹槽和第六凹槽组成第四空腔24。

本实施例的机械主轴工作时，芯轴1被驱动旋转，轴承3发热，使芯轴1受热膨胀，芯轴1带动刀具31向加工件方向伸长，检测件5随芯轴1一起向加工件方向靠近，热位移传感器6可实时对检测件5的移动量检测，并将检测到的移动量反馈给机床控制系统7，机床控制系统7收到信号后，控制芯轴1向远离加工件的方向移动预设距离，从而对连接在芯轴1前端的刀具31热伸长进行补偿，提高加工精度和加工效果。

实施例3

本实施例提供一种机床，包括上述实施例1或上述实施例2提供的机械主轴。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种机械主轴，其特征在于，包括：

芯轴（1），适于被驱动旋转；

壳体（2），其外周设有水套（32），所述壳体（2）设有冷却通道（201），所述水套（32）与所述冷却通道（201）共同构成冷却环道；

轴承（3），套设在芯轴（1）上，并位于所述芯轴（1）与所述壳体（2）之间；

轴承压盖（4），固定在所述壳体（2）的前端；

气封组件，设于所述轴承压盖（4）的前端，所述气封组件形成有第一迷宫密封（8），所述气封组件与所述轴承压盖（4）之间形成有安装空间（9），所述第一迷宫密封（8）连通外界与所述安装空间（9）；

轴承隔套结构，设置于所述轴承压盖（4）与所述轴承（3）之间，并位于所述壳体（2）与所述芯轴（1）之间，所述轴承隔套结构与所述轴承压盖（4）之间形成第二迷宫密封（10），所述第二迷宫密封（10）连通所述轴承（3）与所述安装空间（9）；

气封通道，与所述第一迷宫密封（8）连通，用于向所述第一迷宫密封（8）吹气；

检测件（5），与所述芯轴（1）固定连接；

热位移传感器（6），安装于所述安装空间（9）且不与所述芯轴（1）接触，所述热位移传感器（6）用于检测所述检测件（5）的移动量；

机床控制系统（7），所述机床控制系统（7）与所述热位移传感器（6）通信连接，所述机床控制系统（7）用于根据所述热位移传感器（6）检测到的移动量控制所述芯轴（1）向远离加工件的方向移动预设距离，所述预设距离与所述移动量相同。

2.根据权利要求1所述的机械主轴，其特征在于，所述检测件（5）与所述芯轴（1）过盈配合；

和/或，所述热位移传感器（6）与所述安装空间（9）之间设有垫板（11）；

和/或，所述轴承压盖（4）及所述壳体（2）设有用于对所述热位移传感器（6）走线的走线通道（12），所述走线通道（12）延伸至所述壳体（2）的后端。

3.根据权利要求2所述的机械主轴，其特征在于，所述轴承隔套结构包括轴承内隔套（13）和轴承外隔套（14），所述轴承内隔套（13）套设在所述芯轴（1）上，所述轴承内隔套（13）形成有第一凸起（1301），所述轴承外隔套（14）与所述轴承压盖（4）配合形成第一凹槽，所述第一凸起（1301）至少部分位于所述第一凹槽中，所述第一凹槽与所述第一凸起（1301）具有间隙，所述轴承内隔套（13）与所述轴承外隔套（14）之间的间隙以及所述轴承内隔套（13）与所述轴承压盖（4）之间的间隙构成所述第二迷宫密封（10）。

4.根据权利要求3所述的机械主轴，其特征在于，所述热位移传感器（6）与所述垫板（11）固定于所述轴承压盖（4），所述气封组件包括：

第一气封件（15），沿轴向固定在轴承压盖（4）上，所述第一气封件（15）远离所述轴承压盖（4）的一端设有第一插接凸起（1501），所述第一气封件（15）具有定位面（1502），所述定位面（1502）靠近所述安装空间（9）；

第二气封件（16），所述第二气封件（16）的外周面与所述第一气封件（15）的内周面过盈配合，所述第二气封件（16）的第一端与所述定位面（1502）相抵，所述第二气封件（16）的第二端设有第二插接凸起（1601），所述检测件（5）位于所述第二气封件（16）的内侧，所述检测件（5）与所述第二气封件（16）之间具有间隙；

第三气封件（17），具有与所述第一插接凸起（1501）相适配的第一插槽（1701）、与所述第二插接凸起（1601）相适配的第二插槽（1702），所述第一气封件（15）与所述第三气封件（17）之间的间隙、所述第二气封件（16）与所述第三气封件（17）之间的间隙以及所述第二气封件（16）与所述检测件（5）之间的间隙构成所述第一迷宫密封（8），所述第三气封件（17）与传动键（18）通过螺钉固定在所述芯轴（1）上。

5.根据权利要求4所述的机械主轴，其特征在于，所述检测件（5）朝向所述第二气封件（16）的一侧设有至少一个积灰槽（19）；

和/或，所述轴承压盖（4）设有第二凹槽，所述芯轴（1）设有第三凹槽，所述第二凹槽与所述第三凹槽相对，所述第二凹槽与所述第三凹槽配合形成第一空腔（20），所述第一空腔（20）位于所述第二迷宫密封（10）与所述安装空间（9）之间的路径上且靠近所述安装空间（9）；

和/或，所述轴承压盖（4）还设有第四凹槽，所述第四凹槽与所述轴承内隔套（13）之间的空间形成第二空腔（21），所述第二空腔（21）位于所述第二迷宫密封（10）与所述安装空间（9）之间的路径上；

和/或，所述检测件（5）与所述第三气封件（17）之间形成预留间隙（25），所述预留间隙（25）用于在所述芯轴（1）受热膨胀后供所述检测件（5）沿轴向移动。

6.根据权利要求2所述的机械主轴，其特征在于，所述检测件（5）位于所述轴承压盖（4）的内侧且与所述轴承压盖（4）具有间隙，所述气封组件包括：

第一气封件（15），沿轴向固定在轴承压盖（4）上，所述第一气封件（15）远离所述轴承压盖（4）的一端设有第一插接凸起（1501），所述第一气封件（15）具有定位面（1502），所述定位面（1502）靠近所述安装空间（9），所述热位移传感器（6）与所述垫板（11）固定于所述第一气封件（15）；

第二气封件（16），所述第二气封件（16）的外周与所述第一气封件（15）的内周过盈配合，所述第二气封件（16）的第一端与所述定位面（1502）相抵，所述第二气封件（16）的第二端设有第二插接凸起（1601）；

第三气封件（17），具有与所述第一插接凸起（1501）相适配的第一插槽（1701）、与所述第二插接凸起（1601）相适配的第二插槽（1702），所述第一气封件（15）与所述第三气封件（17）之间的间隙、所述第二气封件（16）与所述第三气封件（17）之间的间隙构成所述第一迷宫密封（8），所述第三气封件（17）与传动键（18）通过螺钉固定在所述芯轴（1）上。

7.根据权利要求6所述的机械主轴，其特征在于，所述第三气封件（17）朝向所述第二气封件（16）的一侧设有至少一个积灰槽（19）。

8.根据权利要求6所述的机械主轴，其特征在于，所述轴承压盖（4）设有至少一个第五凹槽，所述检测件（5）设有第六凹槽，所述第五凹槽与所述第六凹槽相对，所述第五凹槽与所述第六凹槽位于所述第二迷宫密封（10）与所述安装空间（9）之间的路径上。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的机械主轴，其特征在于，所述第一气封件（15）和所述轴承压盖（4）上设有相互连通且倾斜的第一气体通道（26），所述第一气封件（15）设有与所述第一气体通道（26）连通的环形气腔（27），所述环形气腔（27）的开口朝向所述第二气封件（16），所述第二气封件（16）沿其周向均匀设有多个第二气体通道（28），所述第二气体通道（28）沿轴向延伸，所述第三气封件（17）与所述第一气封件（15）之间的间隙构成第三气体通道（29），所述第三气体通道（29）与所述第二气体通道（28）连通，所述第一气体通道（26）、所述环形气腔（27）和所述第二气体通道（28）构成所述气封通道；

和/或，所述芯轴（1）及所述传动键（18）与刀柄（30）连接，所述刀柄（30）安装有刀具（31）。

10.一种机床，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的机械主轴。