一種應(yīng)用于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)及其組裝方法和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)主軸機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種應(yīng)用于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu) 及其組裝方法和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國內(nèi)加工中心加工速度的提高，對機(jī)床的剛性及切削速度要求增強(qiáng)，特別是 主軸的高速旋轉(zhuǎn)和剛性最為重要；目前國內(nèi)加工中心高速旋轉(zhuǎn)采用的方法是：電主軸。立 式加工中心上采用電主軸存在的問題包括：使用壽命短，由于主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn) 生高熱量，而這些熱量的積累導(dǎo)致了主軸的損傷，降低了主軸整個機(jī)構(gòu)的使用壽命；剛性 差，由于主軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸上個零部件之間的間隙逐漸增大，主軸機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性變差， 剛性降低；使用成本高，由于主軸機(jī)構(gòu)的易損壞、壽命低，導(dǎo)致使用成本極高；加工精度低， 由于主軸機(jī)構(gòu)在工作過程中的穩(wěn)定性和剛性逐漸降低，導(dǎo)致其加工精度逐漸下降；生產(chǎn)效 率低，由于主軸機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，易損壞，需要經(jīng)常維護(hù)和維修，嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)進(jìn)程，降低 了生產(chǎn)效率。
[0003] 中國專利申請?zhí)?00920200329. 7,公開日2010年8月25日的專利文件，公開了一 種應(yīng)用于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。其主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的加工中心機(jī)用的主軸結(jié)構(gòu) 較為復(fù)雜，制造成本不高，并且其充氣夾持刀具時，夾持力不夠，容易造成刀具脫落等的技 術(shù)問題。該實(shí)用新型包括套筒，套筒端部連接有端蓋，套筒內(nèi)設(shè)有殼體，其特征在于所述的 殼體上端通過鍵銷連接有帶輪，殼體下端開有可插入刀具的錐孔，殼體內(nèi)部設(shè)有可上下移 動的軸心，軸心內(nèi)部設(shè)有互相連通的上進(jìn)氣通道與下進(jìn)氣通道，上進(jìn)氣通道直徑大于下進(jìn) 氣通道直徑，軸心下端活動連接有可夾持刀具的夾緊裝置。但該實(shí)用新型公開的主軸機(jī)構(gòu) 不適于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，易發(fā)生擺動，剛性差、穩(wěn)定性差，所以加工精度低，高速運(yùn) 轉(zhuǎn)下壽命很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 1、要解決的問題
[0005] 針對現(xiàn)有應(yīng)用于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)存在使用成本高、剛性差、加工精度低、使用 壽命短，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低的問題，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)及其組 裝方法和使用方法，其機(jī)構(gòu)具有主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下發(fā)熱小、剛性強(qiáng)、壽命長、加工精度高 的優(yōu)點(diǎn)，降低了使用成本，提高了生產(chǎn)效率。
[0006] 2、技術(shù)方案
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0008] -種應(yīng)用于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，包括主軸外殼和主軸，主軸外殼的一端設(shè)有端 蓋，主軸設(shè)置在主軸外殼內(nèi)，且主軸一端穿過端蓋并受端蓋限位，所述的主軸與主軸外殼之 間設(shè)有第一軸承組和第二軸承組，第一軸承組和第二軸承組均包括兩個背向安裝的軸承， 第一軸承組的兩個背向安裝的軸承之間設(shè)有第一軸承隔套；第二軸承組的兩個背向安裝的 軸承之間設(shè)有第二軸承隔套；第一軸承組一端頂在主軸中部的軸肩上，另一端由安裝在主 軸上的第一鎖緊螺母固定；第二軸承組一端頂在端蓋和主軸端部軸肩上，另一端由第二鎖 緊螺母和主軸外殼軸承孔臺階固定。
[0009] 優(yōu)選地，所述的軸承均為角接觸球軸承。
[0010] 優(yōu)選地，所述的第一軸承隔套包括第一外隔套和第一內(nèi)隔套；所述的第二軸承隔 套包括第二外隔套和第二內(nèi)隔套。
[0011] 上述技術(shù)方案能有效提高本發(fā)明機(jī)構(gòu)的整體剛度和抗彎力矩，但為了進(jìn)一步提高 本發(fā)明機(jī)構(gòu)在高速旋轉(zhuǎn)情況下的穩(wěn)定性和整體剛性，提高抵抗高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生彎曲力矩的 能力，降低發(fā)熱，提高使用壽命，進(jìn)一步地，我們采用如下技術(shù)方案。
[0012] 優(yōu)選地，所述的角接觸球軸承自身游隙為Δ，角接觸球軸承外圈與主軸外殼 軸承孔之間的間隙為t，角接觸球軸承與其軸承滾珠之間的過盈量為y，第一外隔套減 去第一內(nèi)隔套的差值或者第二外隔套減去第二內(nèi)隔套的差值為L，則L滿足公式L = (0· 5t+0. 5 Δ+y)/tg α，其中y取值范圍為〇· 〇〇2~0· 004mm，α為軸承接觸角。
[0013] 優(yōu)選地，所述的第一軸承隔套兩端、第二軸承隔套兩端的平行度均為0.001~ 0· 003mm〇
[0014] 優(yōu)選地，所述的第二軸承組靠近端蓋的軸承外圈與端蓋端面之間的過盈量 >0.0 lmm ;所述的端蓋與主軸外殼端面的間隙〈0. 02mm。
[0015] 一種應(yīng)用于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)的組裝方法，步驟如下：
[0016] 1)參數(shù)測量，測量第二軸承組和第一軸承組各自軸承的游隙Λ、外徑以及主軸外 殼軸承孔的內(nèi)徑，并計(jì)算主軸外殼軸承孔的內(nèi)徑與各軸承外徑之間的差值t ;
[0017] 2)根據(jù)公式 L = (0.5t+0.5A+y)/tga，其中 y 取值范圍為 0.002 ~0.004mm， α為軸承接觸角，L為第一外隔套長度減去第一內(nèi)隔套長度所得差值或者第二外隔套長度 減去第二內(nèi)隔套長度所得差值，計(jì)算出第一外隔套長度減去第一內(nèi)隔套長度所得差值、第 二外隔套長度減去第二內(nèi)隔長度所得差值，再根據(jù)差值L加工第一軸承隔套和第二軸承隔 套；
[0018] 3)將步驟1)中經(jīng)測量后的第二軸承組中的一個軸承先裝入主軸上，采用過渡配 合，該軸承內(nèi)圈頂在主軸端部軸肩上，裝入步驟2)中按要求加工的第二軸承隔套，使第二 外隔套頂住先裝入軸承的外圈，第二內(nèi)隔套頂住先裝入軸承的內(nèi)圈；再裝入第二軸承組中 的另一個軸承，使該軸承的外圈頂在第二外隔套上，內(nèi)圈頂在第二內(nèi)隔套上；最后裝入第二 鎖緊螺母鎖緊；
[0019] 4)將步驟1)中經(jīng)測量后的第一軸承組中的一個軸承先裝入主軸上，采用過渡配 合，該軸承內(nèi)圈頂在主軸中部的軸肩上，裝入步驟2)中按要求加工的第一軸承隔套，使第 一外隔套頂住該步驟中先裝入軸承的外圈，第一內(nèi)隔套頂住該步驟中先裝入軸承的內(nèi)圈； 再裝入第一軸承組中的另一個軸承，使該軸承的外圈頂在第一外隔套上，內(nèi)圈頂在第一內(nèi) 隔套上；最后裝入第一鎖緊螺母鎖緊；
[0020] 5)將經(jīng)步驟3)和步驟4)組裝后的主軸裝入主軸外殼中，使第一軸承組和第二軸 承組正好落入主軸外殼的軸承孔內(nèi)，且使步驟3)中第二軸承組中后裝入的軸承外圈頂在 主軸外殼的軸承孔臺階上；
[0021] 6)測量主軸外殼端面至第二軸承組外端面的距離s ;
[0022] 7)對端蓋端面進(jìn)行研磨，確保端蓋與主軸外殼端面接觸的面至端蓋與第二軸承組 外端面接觸的面的長度為s+0. 03mm ;
[0023] 8)將步驟7)中得到的端蓋安裝在主軸外殼的端面，并用螺栓緊固；
[0024] 9)將主軸外殼遠(yuǎn)離端蓋的一端裝入密封端蓋，將該端主軸密封。
[0025] 優(yōu)選地，步驟8)中采用0. 02mm塞尺對端蓋與主軸外殼端面接觸的面進(jìn)行間隙測 量，測量結(jié)果以〇. 〇2mm塞尺不入為合格。
[0026] 一種應(yīng)用于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)的使用方法，其步驟為：
[0027] 1)將主軸外殼固定安裝在立式加工中心機(jī)座上；
[0028] 2)在主軸靠近端蓋一端的刀具夾持口內(nèi)安裝刀具，并通過松拉刀機(jī)構(gòu)將刀具夾 緊；
[0029] 3)在主軸遠(yuǎn)離端蓋的一端安裝驅(qū)動電機(jī)；
[0030] 4)啟動驅(qū)動電機(jī)，主軸開始旋轉(zhuǎn)，第二軸承組和第一軸承組上角接觸球軸承內(nèi)圈、 第二軸承隔套上第二內(nèi)隔套和第一軸承隔套第一內(nèi)隔套跟隨主軸旋轉(zhuǎn)；角接觸球軸承內(nèi)軸 承滾珠相對于軸承內(nèi)、外圈滾動；刀具跟隨主軸旋轉(zhuǎn)；
[0031] 5)調(diào)整整個機(jī)構(gòu)，使刀具靠近待加工工件，對工件進(jìn)行加工；
[0032] 6)加工完成后，調(diào)整整個機(jī)構(gòu)，退回刀具，停止驅(qū)動電機(jī)。
[0033] 優(yōu)選地，所述的步驟3)中主軸通過聯(lián)軸器與驅(qū)動電機(jī)連接。
[0034] 3、有益效果
[0035] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0036] (1)本發(fā)明機(jī)構(gòu)主軸與主軸外殼之間設(shè)有第一軸承組和第二軸承組，第一軸承組 和第二軸承組均包括兩個背向安裝的軸承，第一軸承組的兩個背向安裝的軸承之間設(shè)有第 一軸承隔套；第二軸承組的兩個背向安裝的軸承之間設(shè)有第二軸承隔套，這樣設(shè)置可以提 高主軸整體剛性，隔套能夠增大支撐長度，使同一個軸承組中的兩個軸承的接觸點(diǎn)之間有 更大的距離；第一軸承組一端頂在主軸中部的軸肩上，另一端由安裝在主軸上的第一鎖緊 螺母固定；第二軸承組一端頂在端蓋和主軸端部軸肩上，另一端由第二鎖緊螺母和主軸外 殼軸承孔臺階固定這樣設(shè)置使第二軸承組相對于主軸和主軸外殼為固定端，第一軸承組相 對于主軸外殼為游動端，能夠適應(yīng)主軸向后熱伸長的需要，從而使本發(fā)明的機(jī)構(gòu)具有較高 的剛度和較好的高速旋轉(zhuǎn)性能；
[0037] (2)本發(fā)明機(jī)構(gòu)中軸承采用角接觸球軸承，可以同時承受徑向和軸向的載荷，且 高速旋轉(zhuǎn)精度高；第一軸承隔套包括第一外隔套和第一內(nèi)隔套，第二軸承隔套包括第二外 隔套和第二內(nèi)隔套，且將第一外隔套和第一內(nèi)隔套之間的差值、第二