定压预紧与定位预紧相结合的高速主轴预紧方法及装置

摘要

本发明公开了一种定压预紧与定位预紧相结合的高速主轴预紧方法及装置，其方法是对高速主轴中的轴承设置定压预紧与定位预紧相结合的预紧装置，当拆卸主轴或主轴在低速运转时，该装置对主轴轴承的预紧方式为定位预紧；当主轴高速运转时，轴承温升使主轴沿轴向伸长变形，该装置对主轴轴承的预紧方式变为定压预紧。其装置是在两组主轴轴承间设置有外套筒、弹簧套筒和内套筒，弹簧套筒内设置有弹簧，外套筒与弹簧套筒的长度之和与内套筒的长度相等。本发明将高速加工机床中主轴的定压预紧与定位预紧方法有效地结合，克服了单一定位预紧方式或定压预紧方式的缺点。保证高速运转时，轴承的预负荷基本不变；而拆卸主轴和轴承时，不会对轴承产生破坏作用。

说明书

技术领域    本发明属于机械制造领域，具体涉及一种高速加工机床中高速主轴的预紧方法及实现该方法的装置。

背景技术    高速主轴是高速加工机床的关键功能部件。高速主轴实现高速精密加工的关键是主轴在运转过程中不仅能够高速运转，而且运转精度高、振动小，同时主轴具有足够的刚性承受径向和轴向的切削载荷。要实现上述主轴的速度、精度和刚度要求，关键技术之一就是对主轴轴承施加恰当的预负荷。但是主轴在运行过程中，由于轴承发热产生主轴变形等因素影响，轴承的预负荷是在不断变化的。既要轴承预负荷恰当，又要求预负荷稳定，并且要保证主轴及轴承的安装拆卸方便，成为主轴设计中要考虑的关键问题之一。

传统主轴轴承采用的预紧方式是单一的定压预紧方式或定位预紧方式。定压预紧有利于主轴实现高速化，当主轴因为受热变形导致主轴伸长时，定压预紧能够通过弹簧变形自动补偿主轴的变形，并且保证轴承的预负荷基本不变。该预紧方式的不足是从轴承座孔拆卸主轴和轴承时，由于弹簧两端的套筒之间存在间隙，需要轴向冲击或压迫主轴，并通过主轴上轴承内圈及滚球对轴承外圈施加作用力才能使轴承脱离轴承座，很容易损伤轴承。定位预紧方式由于省去了弹簧等零部件，结构相对简单，在速度要求不高的场合得到了广泛应用，其拆卸也简便易行。但是当主轴速度很高时，由于轴承温升较高，主轴会沿轴向发生伸长变形，该变形会造成轴承预负荷发生变化；如果预负荷增大，会导致轴承温度进一步升高，缩短轴承使用寿命，严重时发生轴承卡死或烧毁事故；如果预负荷减小，会产生主轴刚度下降、极限转速降低以及旋转精度降低等负面影响。

发明内容    本发明所要解决的技术问题在于提供一种定压预紧与定位预紧相结合的高速主轴预紧方法及装置，它不仅能在主轴高速运转时，可通过弹簧变形自动补偿主轴的变形，保证轴承的预负荷基本不变；而且拆卸主轴和轴承时，可以直接通过冲击或压迫轴承外圈使轴承脱离轴承座孔，不会对轴承滚球及内外滚道产生破坏作用。

本发明是通过下面的技术方案来解决上述技术问题的：本发明的定压预紧与定位预紧相结合的高速主轴预紧方法，其特征在于它是对高速主轴中的轴承设置定压预紧与定位预紧相结合的预紧装置，当拆卸主轴或主轴在较低速度下运转时，该装置对主轴轴承的预紧方式为定位预紧；当主轴高速运转时，主轴轴承温升使主轴沿轴向发生伸长变形，该装置对主轴轴承的预紧方式变为定压预紧。

本发明实施上述定压预紧与定位预紧相结合的高速主轴预紧方法的装置，其特征在于：它是在两组主轴轴承间设置有外套筒、弹簧套筒和内套筒，弹簧套筒内设置有弹簧，所述外套筒与弹簧套筒的长度之和与内套筒的长度相等。

所述的外套筒上设置有使其与主轴箱体不发生轴向相对移动的定位销。

本发明将高速加工机床中主轴的定压预紧与定位预紧方法有效地结合，克服了单一定位预紧方式或定压预紧方式的缺点。当拆卸主轴或主轴在较低速度下运转时，轴承外套筒与弹簧套筒处于接触状态，主轴轴承主要表现为定位预紧方式；拆卸时可以直接通过冲击或压迫轴承外圈使轴承脱离轴承座孔，不会对轴承滚球及内外滚道产生破坏作用。当主轴高速运转时，由于轴承温升使主轴沿轴向发生伸长变形，导致轴承外套筒与弹簧套筒脱离接触状态，轴承变为定压预紧方式；可通过弹簧变形自动补偿主轴的变形，保证轴承的预负荷基本不变，以适应主轴高速化的需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中各标号表示：

1、主轴轴承，    2、弹簧套筒，    3、弹簧，    4、外套筒，

5、内套筒，      6、定位销，      7、主轴，    8、主轴箱体。

具体实施方式

本发明的定压预紧与定位预紧相结合的高速主轴预紧方法，它是对高速主轴中的轴承设置定压预紧与定位预紧相结合的预紧装置，当拆卸主轴或主轴在较低速度下运转时，该装置对主轴轴承的预紧方式为定位预紧；拆卸时可以直接通过冲击或压迫轴承外圈使轴承脱离轴承座孔，不会对轴承滚球及内外滚道产生破坏作用。当主轴高速运转时，主轴轴承温升使主轴沿轴向发生伸长变形，该装置对主轴轴承的预紧方式变为定压预紧；它能够通过弹簧变形自动补偿主轴的变形，并且保证轴承的预负荷基本不变。

如图1所示，本发明实施上述定压预紧与定位预紧相结合的高速主轴预紧方法的装置，是在两组主轴轴承1间设置有外套筒4、弹簧套筒2和内套筒5，弹簧套筒2内设置有弹簧3，外套筒4与弹簧套筒2的长度之和与内套筒5的长度相等。两者的长度误差应保证主轴轴承1的实际预负荷在允许的预负荷内，一般小于50微米。外套筒4上设置有定位销6，由该定位销6固定于主轴箱体8上，使其与主轴箱体8不发生轴向相对移动。

本发明的工作原理是：主轴7低速运转时，因外套筒4与弹簧套筒2的长度之和与内套筒5的长度相等，外套筒4与弹簧套筒2之间隙为零，主轴轴承1的预紧方式表现为定位预紧，此时，主轴轴承1的预负荷由主轴轴承内、外圈左右两侧的各定位套筒的相对位置决定。而拆卸主轴7时，可以直接通过冲击或压迫主轴轴承1外圈使主轴轴承1脱离轴承座孔，不会对主轴轴承1的滚球及内外滚道产生破坏作用。主轴7高速运转时，主轴轴承1温升使主轴7发热，沿轴向发生伸长变形，外套筒4与弹簧套筒2之间的间隙不再为零；由于间隙的产生，此时，主轴轴承1的预紧方式表现为定压预紧，主轴轴承1的预负荷由弹簧3的变形量决定；可通过弹簧3的变形自动补偿主轴7的变形，保证主轴轴承1的预负荷基本不变。