專利名稱：一種用于調(diào)節(jié)電主軸的預(yù)緊力的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電主軸軸承預(yù)載荷調(diào)整技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著高速切削技術(shù)的飛速發(fā)展，作為機(jī)床核心功能部件的電主軸得到越來越廣泛的應(yīng)用。電主軸一般采用精密混合陶瓷角接觸球軸承來應(yīng)對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，軸承必須在有預(yù)載荷情況下才能正常工作。預(yù)載荷不僅可消除軸承的軸向游隙，降低噪聲和振動(dòng)，還可以提高軸承剛度、主軸的旋轉(zhuǎn)精度，抑制鋼球自轉(zhuǎn)時(shí)的滑動(dòng)摩擦，從而提高主軸的使用壽命O一般說來，預(yù)載荷越大，提高剛度和旋轉(zhuǎn)精度的效果就越好；但是另一方面，預(yù)載荷越大，摩擦力就越大，溫升就越高,可能會(huì)造成軸承的燒傷,引起電主軸的故障停機(jī)。目前，對(duì)于中低轉(zhuǎn)速的電主軸，往往采用剛性預(yù)載荷，即利用軸承內(nèi)外隔圈的寬度尺寸差來施加預(yù)載荷。這種方式軸系剛度較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但當(dāng)軸系零件發(fā)熱而使長(zhǎng)度尺寸變化時(shí)，預(yù)載荷大小也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。對(duì)于高速電主軸為了避免由于高速離心力以及溫升變化使預(yù)載荷過大，往往應(yīng)采用彈性預(yù)載荷的方式，即用適當(dāng)?shù)膹椈闪碜鳛轭A(yù)緊力。由于彈簧的剛度遠(yuǎn)小于軸承剛度，因此在運(yùn)轉(zhuǎn)中預(yù)緊力幾乎始終保持不變，但缺點(diǎn)就是剛性相對(duì)較差。以上兩種方法，在電主軸裝配完成以后，其預(yù)載荷大小就無法改變和調(diào)整。對(duì)于使用速度范圍較廣的電主軸，如對(duì)其使用性能和使用壽命有較高要求，既要滿足低速狀態(tài)的高剛性、高承載，又能在高速狀態(tài)時(shí)避免預(yù)緊力過大，以往的兩種預(yù)緊方式就不能完全勝任。因此，亟需一種電主軸可調(diào)預(yù)緊的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)電主軸可調(diào)預(yù)緊，尤其是針對(duì)電主軸處于高速和低速兩種截然不同的狀態(tài)下的可調(diào)預(yù)緊，本發(fā)明提供了一種用于調(diào)節(jié)電主軸的預(yù)緊力的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于調(diào)節(jié)電主軸的預(yù)緊力的裝置。該裝置包括:預(yù)緊油缸，所述預(yù)緊油缸位于所述電主軸的軸承的邊側(cè)；彈簧，所述彈簧產(chǎn)生的彈簧力作用于所述軸承的外圈；比例調(diào)壓裝置，所述比例調(diào)壓裝置位于所述電主軸的尾端殼體，用于調(diào)節(jié)所述預(yù)緊油缸的液壓力，其中所述軸承的預(yù)載荷由所述預(yù)緊油缸的液壓力和所述彈簧的彈簧力共同作用產(chǎn)生；控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述軸承當(dāng)前的狀態(tài)參數(shù)來調(diào)節(jié)所述比例調(diào)壓裝置的輸出信號(hào)，從而調(diào)節(jié)所述預(yù)緊油缸產(chǎn)生的液壓力。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)包括狀態(tài)參數(shù)采集裝置，用于采集所述軸承的轉(zhuǎn)速和溫度中的至少一者。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述軸承的轉(zhuǎn)速低于一閾值時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制所述比例調(diào)壓裝置的輸出，以便調(diào)節(jié)所述預(yù)緊油缸所產(chǎn)生的液壓力，以獲得與轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的最佳預(yù)載荷值；當(dāng)所述軸承的轉(zhuǎn)速高于一閾值時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制所述比例調(diào)壓裝置的輸出壓力為零，使得所述軸承的預(yù)載荷全部由所述彈簧的彈簧力產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)緊油缸是多點(diǎn)分布的油缸。在一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)緊油缸是整體的環(huán)形油缸。在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括拉桿松刀油缸，所述比例調(diào)壓裝置與所述拉桿松刀油缸并聯(lián)。本發(fā)明的有益效果是經(jīng)過本技術(shù)調(diào)整的電主軸轉(zhuǎn)速適用范圍更廣，既能滿足低速高剛性，又能滿足高速恒定預(yù)緊力的要求，相對(duì)于原有技術(shù)狀態(tài)的電主軸，性能提升，主軸系統(tǒng)的剛性和加工精度得到改善，同電主軸的使用壽命更長(zhǎng)。


本發(fā)明的以上發(fā)明內(nèi)容以及下面的具體實(shí)施方式
在結(jié)合附圖閱讀時(shí)會(huì)得到更好的理解。需要說明的是，附圖僅作為所請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的示例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或類似的元素。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于調(diào)節(jié)電主軸的預(yù)緊力的裝置；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的采用簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)控制比例調(diào)壓裝置的輸出的示意圖；圖3示出示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的采用變頻器控制系統(tǒng)來控制比例調(diào)壓裝置的輸出的示意圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的采用配置電主軸軸承預(yù)緊力專用控制模塊來控制比例調(diào)壓裝置的輸出的示意圖；以及圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的大型數(shù)控系統(tǒng)來控制比例調(diào)壓裝置的輸出的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下在具體實(shí)施方式
中詳細(xì)敘述本發(fā)明的詳細(xì)特征以及優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)容足以使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，且根據(jù)本說明書所揭露的說明書、權(quán)利要求及附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易地理解本發(fā)明相關(guān)的目的及優(yōu)點(diǎn)。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于調(diào)節(jié)電主軸的預(yù)緊力的裝置。軸承1、預(yù)緊油缸2和彈簧3位于電主軸前端軸承座內(nèi)。預(yù)緊油缸2和彈簧3布置在軸承I的左側(cè)，其作用力作用在軸承I的外圈。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)緊油缸2可以是多點(diǎn)分布的小油缸。在另一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)緊油缸2可以是整體結(jié)構(gòu)的環(huán)形油缸。軸承I的預(yù)載荷由預(yù)緊油缸2的液壓力和彈簧力3共同作用產(chǎn)生。比例調(diào)壓裝置6和松刀油缸5安裝于電主軸尾端殼體。預(yù)緊油缸液壓力的大小由比例調(diào)壓裝置(例如匕例調(diào)壓閥)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在原有的拉桿松刀油缸液壓回路的換向閥7后并聯(lián)該比例調(diào)壓裝置6。當(dāng)主軸停止，進(jìn)行換刀時(shí)，拉桿松刀油缸5進(jìn)行放松動(dòng)作，預(yù)緊油缸2處于非工作卸荷狀態(tài)。當(dāng)?shù)毒邐A緊時(shí)，換向閥7換向，拉桿松刀油缸5退回，由碟型彈簧組夾緊刀具，同時(shí)預(yù)緊油缸2加載，刀具夾緊到位后主軸開始旋轉(zhuǎn)加工。該裝置還可包括控制系統(tǒng)。比例調(diào)壓裝置6接收控制系統(tǒng)的控制信號(hào)，控制系統(tǒng)采集比例調(diào)壓裝置6及軸承I當(dāng)前的狀態(tài)參數(shù)，通過智能運(yùn)算將控制信號(hào)與軸承當(dāng)前的狀態(tài)參數(shù)相匹配。在一個(gè)實(shí)施例中，該控制系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)速、溫度等狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)該狀態(tài)參數(shù)來調(diào)節(jié)輸出至比例調(diào)壓裝置6的控制信號(hào)。例如，該控制系統(tǒng)可包括一轉(zhuǎn)速采集裝置，用于采集軸承的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于一閾值(中低轉(zhuǎn)速，例如小于8000rpm)，則控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)速，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制比例調(diào)壓裝置6的輸出，以使得預(yù)緊油缸2產(chǎn)生不同壓力的油壓，施加于預(yù)緊油缸的活塞上從而加大軸承的預(yù)載荷，以便達(dá)到與轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的最佳預(yù)載荷值。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于一閾值(高轉(zhuǎn)速，例如大于IOOOOrpm)時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制比例調(diào)壓裝置6的輸出壓力為零，軸承預(yù)載荷全部由彈簧力3產(chǎn)生。該控制系統(tǒng)可以采用多種方案實(shí)現(xiàn)。例如，可以采用簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)、變頻器控制系統(tǒng)、配置電主軸軸承預(yù)緊力專用控制模塊、大型數(shù)控系統(tǒng)。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的采用簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)控制比例調(diào)壓裝置的輸出的示意圖。如圖所示，該方案主要采用以下步驟:1.編制工件加工程序時(shí)，在電主軸運(yùn)行的轉(zhuǎn)速語(yǔ)句中，編此轉(zhuǎn)速運(yùn)行的電主軸軸承預(yù)緊力輸出語(yǔ)句。2.通過加裝PID輸出板，輸出預(yù)緊力值。3.通過電控調(diào)壓閥、比例閥、溢流閥，調(diào)節(jié)控制電主軸軸承的預(yù)緊力。4.預(yù)緊力實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)異常情況進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。圖3示出示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的采用變頻器控制系統(tǒng)來控制比例調(diào)壓裝置的輸出的示意圖。如圖所示，該方案主要采用以下步驟:1.從變頻器的速度監(jiān)控端采集電主軸轉(zhuǎn)速控信號(hào)。2.設(shè)計(jì)專用的控制模塊或PLC控制，通過預(yù)緊力特征曲線的設(shè)定等，產(chǎn)生預(yù)緊力設(shè)定值的輸出。3.預(yù)緊力設(shè)定值一通過控制電控調(diào)壓閥、比例閥、溢流閥等，調(diào)節(jié)控制電主軸軸承的預(yù)緊力。4.預(yù)緊力實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)異常情況進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的采用配置電主軸軸承預(yù)緊力專用控制模塊來控制比例調(diào)壓裝置的輸出的示意圖。如圖所示，該方案主要采用以下步驟:1.從電主軸編碼器端采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，無編碼器的可加裝測(cè)速發(fā)電機(jī)脈沖測(cè)速電路
坐寸ο2.軸承預(yù)緊力專用控制模塊采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理輸出預(yù)緊力控制信號(hào)。3.控制信號(hào)一控制電控調(diào)壓閥、比例閥、溢流閥，調(diào)節(jié)控制電主軸軸承的預(yù)緊力。4.預(yù)緊力實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)異常情況進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的大型數(shù)控系統(tǒng)來控制比例調(diào)壓裝置的輸出的示意圖。如圖所示，該方案主要采用以下步驟:
1.由數(shù)控系統(tǒng)采集電主軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速。2.在數(shù)控系統(tǒng)中預(yù)置電主軸軸承預(yù)緊力特征曲線。3.在系統(tǒng)嵌入電主軸軸承預(yù)緊力函數(shù)發(fā)生器。4.系統(tǒng)P I D板輸出電主軸軸承預(yù)緊力值信號(hào)。5.控制信號(hào)一控制電控調(diào)壓閥、比例閥、溢流閥，調(diào)節(jié)控制電主軸軸承的預(yù)緊力。6.數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示預(yù)緊力，并對(duì)異常情況進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。這里采用的術(shù)語(yǔ)和表述方式只是用于描述，本發(fā)明并不應(yīng)局限于這些術(shù)語(yǔ)和表述。使用這些術(shù)語(yǔ)和表述并不意味著排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，應(yīng)認(rèn)識(shí)到可能存在的各種修改也應(yīng)包含在權(quán)利要求范圍內(nèi)。其他修改、變化和替換也可能存在。相應(yīng)的，權(quán)利要求應(yīng)視為覆蓋所有這些等效物。同樣，需要指出的是，雖然本發(fā)明已參照當(dāng)前的具體實(shí)施例來描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可做出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)對(duì)上述實(shí)施例的變化、變型都將落在本申請(qǐng)的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)電主軸的預(yù)緊力的裝置，其特征在于，所述裝置包括: 預(yù)緊油缸，所述預(yù)緊油缸位于所述電主軸的軸承的邊側(cè)； 彈簧，所述彈簧產(chǎn)生的彈簧力作用于所述軸承的外圈； 比例調(diào)壓裝置，所述比例調(diào)壓裝置位于所述電主軸的尾端殼體，用于調(diào)節(jié)所述預(yù)緊油缸的液壓力，其中所述軸承的預(yù)載荷由所述預(yù)緊油缸的液壓力和所述彈簧的彈簧力共同作用產(chǎn)生； 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述軸承當(dāng)前的狀態(tài)參數(shù)來調(diào)節(jié)所述比例調(diào)壓裝置的輸出信號(hào)，從而調(diào)節(jié)所述預(yù)緊油缸產(chǎn)生的液壓力。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括狀態(tài)參數(shù)采集裝置，用于采集所述軸承的轉(zhuǎn)速和溫度中的至少一種。
3.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，當(dāng)所述軸承的轉(zhuǎn)速低于一閾值時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制所述比例調(diào)壓裝置的輸出，以便調(diào)節(jié)所述預(yù)緊油缸所產(chǎn)生的液壓力，以獲得與轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的最佳預(yù)載荷值；當(dāng)所述軸承的轉(zhuǎn)速高于一閾值時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制所述比例調(diào)壓裝置的輸出壓力為零，使得所述軸承的預(yù)載荷全部由所述彈簧的彈簧力產(chǎn)生。
4.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)緊油缸是多點(diǎn)分布的油缸。
5.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)緊油缸是整體的環(huán)形油缸。
6.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括拉桿松刀油缸，所述比例調(diào)壓裝置與所述拉桿松刀油缸并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于調(diào)節(jié)電主軸的預(yù)緊力的裝置。所述裝置包括預(yù)緊油缸，位于所述電主軸的軸承的邊側(cè)；彈簧，其彈簧力作用于所述軸承的外圈；比例調(diào)壓裝置，位于所述電主軸的尾端殼體，用于調(diào)節(jié)所述預(yù)緊油缸的液壓力，其中所述軸承的預(yù)載荷由所述預(yù)緊油缸的液壓力和所述彈簧的彈簧力共同作用產(chǎn)生；控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述軸承當(dāng)前的狀態(tài)參數(shù)來調(diào)節(jié)所述比例調(diào)壓裝置的輸出信號(hào)，從而調(diào)節(jié)所述預(yù)緊油缸產(chǎn)生的液壓力。
文檔編號(hào)B23B19/02GK103084589SQ201310039670
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者徐小平, 周維綱, 嚴(yán)海橋, 甘紅旗, 闞楊生 申請(qǐng)人:上海大眾祥易機(jī)電技術(shù)有限公司