一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于機(jī)械設(shè)備零部件領(lǐng)域的一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)。主要包括主軸箱系統(tǒng)、主軸箱固定裝置和熱變形測(cè)量裝置等部分；在前、后端蓋上，渦電流位移傳感器通過螺母固定在支架上，被測(cè)螺栓一端擰在定壓預(yù)緊裝置上，被測(cè)螺栓的另一端為特殊加工的平面，固定在支架上的渦電流位移傳感器可以直接測(cè)量該平面的位移；即渦電流位移傳感器同時(shí)測(cè)量前、后端蓋相對(duì)于地面的位移。本發(fā)明結(jié)構(gòu)布局緊湊，通過軸承的熱松配置、環(huán)形液壓缸的定壓預(yù)緊和主軸箱體的靜定安裝，軸承的熱松配置保證主軸的熱變形不受限制；使用液壓缸對(duì)后軸承進(jìn)行定壓預(yù)緊使得前軸承的相對(duì)位移為零；最終將主軸的軸向變形轉(zhuǎn)化為方便測(cè)量的套筒的位移。
【專利說(shuō)明】一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備零部件領(lǐng)域，特別涉及一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]主軸系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)床等加工機(jī)械中，而主軸系統(tǒng)由于受到熱的影響會(huì)產(chǎn)生一定程度的熱變形，為了對(duì)此熱變形進(jìn)行測(cè)量和研究，需要測(cè)量主軸的熱變形，目前的測(cè)量方式主要是使用位移傳感器對(duì)機(jī)床主軸頭部進(jìn)行測(cè)量，但是由于機(jī)床內(nèi)部軸承存在剛度、主軸箱存在各種間隙等原因，主軸的熱變形會(huì)被軸承、箱體接縫等結(jié)構(gòu)吸收掉，使得測(cè)到的變形并不是主軸的真正熱變形，無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步分析。因此亟需一種可以準(zhǔn)確、方便測(cè)量主軸熱變形，尤其是軸向熱變形的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，主要由主軸箱系統(tǒng)I，主軸箱固定裝置2和軸向變形測(cè)量裝置3組成:
[0004]所述主軸箱系統(tǒng)的前軸承8安裝在主軸箱16前端的軸肩上，前軸承8的外圈與前套筒9的一端接觸，前套筒9的另一端頂在主軸箱的臺(tái)階上，應(yīng)變片10安裝在前套筒9的內(nèi)表面，起到監(jiān)測(cè)前軸承8預(yù)緊力的作用。后軸承13的內(nèi)圈通過圓螺母14安裝在主軸的后端，后軸承13的外圈與后套筒12的一端接觸，另一應(yīng)變片10安裝在后套筒12的內(nèi)側(cè)起到監(jiān)測(cè)后軸承13預(yù)緊力的作用。定壓預(yù)緊裝置11壓在后套筒12上為整套系統(tǒng)的前軸承8、后軸承13提供預(yù)緊力。前端蓋7和后端蓋15安裝在主軸箱16的兩側(cè)起到密封作用，并為熱變形測(cè)量裝置3提供安裝的支點(diǎn)。
[0005]所述主軸箱固定裝置的前固定螺栓18和后固定螺栓20放置在滑槽21中，起到導(dǎo)向的作用；通過前固定螺母17擰緊前固定螺栓18和通過后固定螺母19擰緊后固定螺栓20來(lái)決定機(jī)床主軸箱的熱膨脹方向。
[0006]所述熱變形測(cè)量裝置的支架24固定在后端蓋15上，后渦電流位移傳感器23通過螺母固定在支架24上，被測(cè)螺栓22 —端擰在定壓預(yù)緊裝置11上，被測(cè)螺栓22的另一端為特殊加工的平面，固定在支架24上的渦電流位移傳感器23直接測(cè)量該平面的位移；同時(shí)，前端蓋7上也有渦電流位移傳感器23測(cè)量前端蓋7相對(duì)于地面的位移。
[0007]本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用熱松結(jié)構(gòu)的軸承布置，使得主軸的熱變形盡可能少的受到主軸箱體的限制；通過環(huán)形液壓缸的定壓預(yù)緊，在實(shí)現(xiàn)軸承預(yù)緊力的控制的同時(shí)限制主軸的軸向竄動(dòng)，采用靜定固定主軸箱，使得主軸箱的軸向變形方向與主軸的軸向變形方向相反，將主軸的軸向變形轉(zhuǎn)化為方便測(cè)量的套筒的位移，從而可以較為精確的測(cè)量出主軸的軸向變形。本發(fā)明結(jié)構(gòu)布局緊湊，通過軸承的熱松配置、環(huán)形液壓缸的定壓預(yù)緊和主軸箱體的靜定安裝，軸承的熱松配置保證主軸的熱變形不受限制；使用液壓缸對(duì)后軸承進(jìn)行定壓預(yù)緊使得前軸承的相對(duì)位移為零；最終將主軸的軸向變形轉(zhuǎn)化為方便測(cè)量的套筒的位移。從而可以較為精確的測(cè)出主軸的軸向變形，為進(jìn)一步對(duì)主軸變形的研究提供了可倉(cāng)泛。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是主軸箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是 主軸箱固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3是熱變形測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖4熱變形測(cè)量原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明提供一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖予以說(shuō)明。
[0013]圖1為主軸箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括主軸箱系統(tǒng)1，主軸箱固定裝置2，熱變形測(cè)量裝置3等部分組成。其主軸箱系統(tǒng)的前軸承8安裝在主軸箱16前端的軸肩上，前軸承8的外圈與前套筒9的一端接觸，前套筒9的另一端頂在主軸箱的臺(tái)階上，應(yīng)變片10安裝在前套筒9的內(nèi)表面，起到監(jiān)測(cè)前軸承8預(yù)緊力的作用。后軸承13的內(nèi)圈通過圓螺母14安裝在王軸的后端，后軸承13的外圈與后套筒12的一端接觸，另一應(yīng)變片10安裝在后套筒12的內(nèi)側(cè)起到監(jiān)測(cè)后軸承13預(yù)緊力的作用。定壓預(yù)緊裝置11壓在后套筒12上為整套系統(tǒng)的前軸承8、后軸承13提供預(yù)緊力。前端蓋7和后端蓋15安裝在主軸箱16的兩側(cè)起到密封作用，并為熱變形測(cè)量裝置3提供安裝的支點(diǎn)。
[0014]圖2為主軸箱固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，主軸箱固定裝置的前固定螺栓18和后固定螺栓20放置在滑槽21中，起到導(dǎo)向的作用；通過前固定螺母17擰緊前固定螺栓18和通過后固定螺母19抒緊后固定螺栓20來(lái)決定機(jī)床主軸箱的熱膨脹方向。
[0015]圖3為熱變形測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，熱變形測(cè)量裝置的支架24固定在后端蓋15上，渦電流位移傳感器23通過螺母固定在支架24上，被測(cè)螺栓22 —端擰在定壓預(yù)緊裝置11上，被測(cè)螺栓22的另一端為特殊加工的平面，固定在支架24上的后渦電流位移傳感器23直接測(cè)量該平面的位移；同時(shí)，在前端蓋7上也有同樣的渦電流位移傳感器23測(cè)量前端蓋7相對(duì)于地面的位移。
[0016]熱變形測(cè)量的原理，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸高速旋轉(zhuǎn)，主軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)前軸承和后軸承旋轉(zhuǎn)。前軸承和和后軸承由于工作時(shí)的摩擦而發(fā)熱，熱量經(jīng)過軸承的外圈和內(nèi)圈分別傳遞到主軸箱和主軸上，引起主軸箱和主軸的溫度升高。從而引起主軸箱和主軸因溫度變化而產(chǎn)生軸向方向的熱變形。通常情況下，主軸箱和外界有對(duì)流散熱，因此主軸箱的熱膨脹應(yīng)當(dāng)小于主軸的熱膨脹，由于前軸承和后軸承采用熱松安裝的結(jié)構(gòu)，主軸的熱膨脹并不會(huì)被軸承的外圈所阻擋，也就是說(shuō)主軸箱并不限制主軸的軸向膨脹。前軸承外圈相對(duì)于內(nèi)圈、后軸承外圈相對(duì)于內(nèi)圈會(huì)分別產(chǎn)生△ Z1和△ Z2位移(如圖4所示)，由于定壓預(yù)緊裝置的存在，將主軸向后端推動(dòng)，AZ1轉(zhuǎn)化到后軸承中，此時(shí)后軸承內(nèi)外圈的相對(duì)位移為AZ3=AZAAZ2,即為主軸相對(duì)于主軸箱的熱膨脹。
[0017]主軸箱工作時(shí)，將主軸箱固定裝置中的后固定螺栓擰緊，而前固定螺栓放松，此時(shí)主軸箱的熱變形AZ4即為主軸箱的絕對(duì)熱變形(圖中所示)。由此可以得到主軸的絕對(duì)軸向熱變形 Λ Z5= Λ Z3+Λ Z4。
[0018]一旦分別得到了主軸箱的絕對(duì)熱變形和主軸的絕對(duì)熱變形，就可以方便對(duì)主軸熱變形的機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
[0019]實(shí)施例
[0020]本實(shí)施例整體的外觀尺寸:長(zhǎng)X寬X高=1250mmX390mmX454mm，其中主軸箱系統(tǒng)部分長(zhǎng) X 寬 X 高=734.5mmX 390mm X 454mm。
[0021]該系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下:主軸轉(zhuǎn)速范圍:0?5000rpm ;傳感器精度0.lum。
【權(quán)利要求】
1.一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，主要由主軸箱系統(tǒng)(I )，主軸箱固定裝置(2 )和軸向變形測(cè)量裝置(3 )串聯(lián)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主軸箱系統(tǒng)的前軸承(8 )安裝在主軸箱(16 )前端的軸肩上，前軸承(8 )的外圈與前套筒(9 )的一端接觸，前套筒(9 )的另一端頂在主軸箱的臺(tái)階上，應(yīng)變片(10 )安裝在前套筒(9)的內(nèi)表面，起到監(jiān)測(cè)前軸承(8)預(yù)緊力的作用；后軸承(13)的內(nèi)圈通過圓螺母(14)安裝在王軸的后端，后軸承(13)的外圈與后套筒(12)的一端接觸，另一應(yīng)變片(10)安裝在后套筒(12)的內(nèi)側(cè)起到監(jiān)測(cè)后軸承(13)預(yù)緊力的作用；定壓預(yù)緊裝置(11)壓在后套筒(12)上為整套系統(tǒng)的前軸承(8)、后軸承(13)提供預(yù)緊力；前端蓋(7)和后端蓋(15)安裝在主軸箱(16)的兩側(cè)起到密封作用，并為熱變形測(cè)量裝置(3)提供安裝的支點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主軸箱固定裝置的前固定螺栓(18)和后固定螺栓(20)放置在滑槽(21)中，起到導(dǎo)向的作用；通過前固定螺母(17)擰緊前固定螺栓(18)和通過后固定螺母(19)擰緊后固定螺栓(20 )來(lái)決定機(jī)床主軸箱的熱膨脹方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便于測(cè)量主軸軸向熱變形的主軸箱配置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱變形測(cè)量裝置的支架(24)固定在后端蓋(15)上，后渦電流位移傳感器(23)通過螺母固定在支架(24)上，被測(cè)螺栓(22) —端擰在定壓預(yù)緊裝置(11)上，被測(cè)螺栓(22)的另一端為特殊加工的平面，固定在支架(24)上的渦電流位移傳感器(23)直接測(cè)量該平面的位移；同時(shí)，前端蓋(7)上也有渦電流位移傳感器(23)測(cè)量前端蓋(7)相對(duì)于地面的位移。
【文檔編號(hào)】B23B19/00GK103894630SQ201410115334
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】李鐵民, 李逢春, 王海同 申請(qǐng)人:清華大學(xué)