双头双密封机械主轴的制作方法

[0001]
本申请涉及双头主轴技术领域，尤其涉及一种双头双密封机械主轴。


背景技术：

[0002]
机械主轴是数十年前的产物，公知的主轴密封技术，主要有二种，一种是低速主轴在3000转以下的主轴轴心可以采用骨架油封来密封；另一种是高速主轴，指的是3000转以上，以至超高速，主要采用气密封，油气混合密封，增加主轴内部压力，使内部压力大于外部压，从而实现粉尘不进入主轴内部，设置各种轴承盖迷宫来增加它的密封性。轴承的安装方法也就这几种常识，有机械常识的业内人士都能做到。传动轮的安装方法也是基本类似。但机械行业主轴类超过3000 转无法用油封的技术瓶颈目前还没有什么良好的办法能够解决，同时现有技术中如何权衡油封公差的配合，目前也缺少一些比较良好有效的方案。


技术实现要素：

[0003]
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种双头双密封机械主轴，包括电机驱动机构和双头主轴；电机驱动机构包括主轴安装支架和伺服电机；主轴安装支架上部设置有伺服电机安装腔室；伺服电机穿过腔室安装在电机板上；电机板侧设置有腰孔，通过螺丝与主轴安装支架固定；伺服电机输出轴上安装有同步带轮；同步带轮包括伺服电机主动轮、同步带和主轴心轴从动轮；伺服电机主动轮内通过胀紧套安装在伺服电机的输出轴上；伺服电机主动轮上设置同步带；同步带的另一端连接主轴心轴从动轮，用于传递动力给机械主轴；伺服电机主动轮上设置有动平衡调节螺孔；
[0004]
双头主轴包括主轴壳体和主轴心轴及壳体加高座；主轴壳体通过螺栓固定在壳体加高座上；壳体加高座安装在支架的底部；
[0005]
主轴心轴穿过主轴壳体内，两端均安装bt刀柄，其中主轴心轴的两端均伸出主轴壳体；主轴心轴从动轮与主轴心轴伸出主轴壳体的一端联接，作为主轴心轴的输入端，实现同步运动；
[0006]
在主轴壳体内，主轴心轴的中间外侧上设置有轴承内外隔圈；以轴承内外隔圈为中心，两侧均设置有一组配对推力轴承；靠近主轴心轴输出端，配对推力轴承的另一侧与法兰盖之间设置有柄帽；主轴壳体的两侧外安装有法兰盖；法兰盖在主轴壳体内与配对推力轴承相接；法兰盖内均设置有双唇形骨架油封；双唇形骨架油封中间为内凹，在内凹处设置有耐高温轴承油脂层；法兰盖的外侧均配有主轴气封盖，用于形成气封。
[0007]
进一步地，主轴壳体为整体铸造件；靠近主轴心轴从动轮的主轴壳体一端设有多个均匀分布螺栓安装的螺纹孔，螺纹孔用于固定法兰盖；背离主轴心轴从动轮的主轴壳体的另一端设有与壳体同轴的螺纹；法兰盖通过螺纹旋转锁入主轴壳体；法兰盖上设置螺纹孔，用于加装顶头螺栓固定在主轴壳体上；主轴壳体的底部为高精度安装平面，与壳体内腔圆柱内孔平行。
[0008]
进一步地，主轴壳体为梯形立方体且梯形顶部为半圆形，梯形底部设有避空位，主
轴壳体底部设有多个螺纹安装孔，用于通过螺栓固定在主轴安装支架的底部。
[0009]
进一步地，主轴心轴的表面设置有纳米陶瓷涂层。
[0010]
进一步地，主轴心轴的两端内孔为内锥孔，内锥孔型制为bt系列7:24，内锥孔底部两都设有螺纹孔。
[0011]
进一步地，主轴心轴的外径与双唇形骨架油封配合的公差范围为
ꢀ-
0.5～0.8mm。
[0012]
进一步地，主轴心轴从动轮通过均布的螺栓固定在主轴心轴端侧面，同步带轮的精度定位由主轴心轴的圆柱度及台阶垂直度为基准；
[0013]
伺服电机主动轮和主轴心轴从动轮的材料均采用高强度铝合金；伺服电机主动轮和主轴心轴从动轮均设有高精度轴定位台阶，主动轮和从动轮的一侧设均一圈动平衡调节螺栓孔。
[0014]
进一步地，法兰盖一端外侧设有o型密封圈槽，用于与主轴壳体之间密封，内侧设有骨架油封安装腔；法兰盖上设有气封吹气联接孔。
[0015]
进一步地，电机板采用双面磨制且可独立拆卸；伺服电机板的顶部设置有电机板调节钢条；电机板调节钢条通过横向螺丝与主轴安装支架的端面锁紧；电机板调节钢条通过顶部螺丝与电机板的顶部吊紧。
[0016]
进一步地，主轴安装支架为整体铸造件，型制为异型；主轴安装支架设多个避空减重位，加工方式采用六面体加工，所有安装面均采用精磨加工，垂直度平面度在0.01mm以内。
[0017]
在本申请实施例中，主轴采用两端加入骨架油封，再采用常规的吹气式密封，用制冷散热，打破了机械行业主轴类超过3000转无法用油封的技术瓶颈；同时，在本申请中轴心采用双唇形骨架油封，在其内凹处可放一定容量的耐高温轴承油脂，使其密封过程中长期达到润滑作，减少磨擦系数，有效控制温度随转速的升高而增加，从而不损坏主轴。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
[0019]
图1是本申请实施例提供的机械主轴整体结构示意图；
[0020]
图2是图1的背面角度结构示意图；
[0021]
图3是图1的爆炸结构示意图；
[0022]
图4是图1的左视图；
[0023]
图5是图1的右视图；
[0024]
图6是图1的后视图；
[0025]
图7是主轴心轴部分的截面结构示意图；
[0026]
图8是图7中左侧法兰盖的截面示意图；
[0027]
图9是图7中右侧法兰盖的示意图；
[0028]
图10是图7中右侧法兰盖的截面示意图
[0029]
图11是气封盖的主视图；
[0030]
图12是从动轮的主视图；
[0031]
图13是主动轮的主视图。
[0032]
图中附图标记的含义:
[0033]
101-伺服电机，102-主轴安装支架，103-电机板调节钢条，104
-ꢀ
电机板，105-主动轮，106-胀紧套，107-同步带，108-从动轮，201
-ꢀ
壳体加高座，202-主轴壳体，203-bt刀柄，204-气封盖，205-法兰盖，206-柄帽，207-推力轴承，208-轴承内外隔圈，209-主轴心轴， 301-进气孔，302-横向通孔，303-骨架油封，304-腰孔，305-顶部螺孔，306-动平衡调节螺栓孔，307-安装孔，308-o型密封圈槽，309
-ꢀ
骨架油封安装腔，310-螺栓。
具体实施方式
[0034]
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0035]
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
[0036]
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0037]
如图所示的双头双密封机械主轴，可包括电机驱动机构和双头主轴两大部分。
[0038]
其中，电机驱动机构包括主轴安装支架102和伺服电机101。
[0039]
主轴安装支架102采用整机铸造。这个支架102的创新目的，是为了获得更高的加工精度，为了方便六面体加工，六个面都能进行铣、磨加工，使支架整机精度更高，安装更方便。
[0040]
主轴安装支架102上部设置有伺服电机安装腔室，伺服电机101 穿过腔室安装在电机板104上。
[0041]
电机板104的顶部设置有电机板调节钢条103，通过侧面螺丝锁定在主轴安装支架102上，再通过顶部螺丝吊紧电机板104，使固定在电机板104上电机在工作中不下坠，同时可以方便调节同步带107 轮的松紧度。
[0042]
电机板104上设有腰孔，再通过顶部螺丝吊紧电机板104，可以调节移动电机板104距离，同时可以方便调节同步带107轮的松紧度。
[0043]
同步带107轮通过胀紧套106安装在电机轴上，因去消了电机上的平键，使电机轴没有凹槽，同轴度与真圆度会更好，高速旋转时动平衡会更佳，同步轮上设有动平衡调节螺孔，可以把常用转速通过动平衡仪在线实时调校到最佳状态。
[0044]
双头主轴包括主轴壳体202和主轴心轴209，如图3所示的爆炸结构示意图，主轴心轴209穿过主轴壳体202内，其中主轴心轴209 的两端均伸出主轴壳体202，两端均安装bt刀柄203，实现双头主轴的输出。主轴心轴从动轮108与主轴心轴209伸出主轴壳体202的一端联接，作为主轴心轴209的输入端，实现同步运动。
[0045]
主轴壳体202采用整体铸造件，主要是为了降低主轴壳体202的变形量，另外为了达到更好的磨床加工效果，采用了壳体与加高座分离的方案，因公知常识的轴类都是圆桶形外壳，因圆桶形外壳在内圆磨床上更容易加工，在工件旋转加工的同时可以在磨床上加装中心架来保证工件不下坠，但圆桶形主轴壳体在安装过程中又要加入主轴抱箍才能固定在机器上，在加入抱箍的过程不但损失安装精度，还有增加了自身重量及体积。
[0046]
为了突破这种技术瓶颈，使主轴更小，刚性更好，精度更高，本主轴壳体202采用梯形异形型制，内圆磨床加工方式采用专用工装设计才能加工。为了使壳体在磨床磨制加工中旋转离心力更小，把主轴壳体202分为二层，加高座独立加工，壳体的外侧尽量接近于旋转圆心，从而达到更好的加工效果。
[0047]
主轴壳体加高座201独立加工的目的，可以通过平面磨床双面麻磨制，使两个面有安装精度更高。而机械行业的常识是，类似这种非标非圆的主轴壳体202一般采用镗孔加工，以底座为基准进行孔的镗加工，但镗铣加工精度很难达到0.003mm以内。为了达到更高的精度，采用了壳体分体磨制的工艺。
[0048]
在主轴壳体202内，主轴心轴209的中间外侧上设置有轴承内外隔圈208。以轴承内外隔圈208为中心，两侧均设置有一组配对推力轴承207。靠近主轴心轴209输出端，配对推力轴承207的另一侧与法兰盖205之间设置有柄帽206。主轴壳体202的两侧设置有法兰盖 205。
[0049]
主轴壳体202的两端法兰盖205，是为了压紧主轴的轴承，使其在运动过程中不要串动，但实际生产过程中，每个工件的精磨加工中都有公差，在装配组合时产生累积误差是很难消除的。为了达到轴承有更好的预压强度，其中一端的法兰盖205采用固定式，装入的深度是无法调节的，也是作为基准侧使用，而另一端采用法兰盖205螺纹式旋入安装，在法兰盖205与壳体螺纹配合过程中如有微量间际，可以通过旋转法兰盖205来达到预压的强度。在调校好法兰盖205后，再通过法兰盖205上设置的螺纹孔加装顶头螺栓用于固定，防止松动。
[0050]
法兰盖205内均设置有双唇形骨架油封303。双唇形骨架油封303 中间为内凹，在内凹处设置有耐高温轴承油脂层。法兰盖205的外侧均配有主轴气封盖204，用于形成气封。
[0051]
主轴壳体202的侧面顶面上在两端上各设置有一进气孔301，在主轴壳体202的两端上均设置有横向通孔302，与吹气孔连通，另一侧与法兰盖205相连通。在气流经过吹气孔后依次穿过横向通孔302，气流经过法兰盖205后遇到主轴气封盖204被挡住，沿着主轴气封盖 204的内表面，与骨架油封303外侧形成气压，因气封盖204与主轴心轴209之间设置有0.2-0.5mm的旋转间隙，空压气体从这个配合缝中喷出，打到了防尘，制冷降温的作用。
[0052]
本申请中主轴采用两端加入骨架油封303，再采用常规的吹气式密封，用制冷散热，打破了机械行业主轴类超过3000转无法用油封的技术瓶颈。同时，在本申请中通过以下技术创新，使主轴达到20000 转以内的高速应用：
[0053]
轴心采用双唇形骨架油封303，采用双唇形骨架油封303中间为内凹，在内凹处可放一定容量的耐高温轴承油脂，使其密封过程中长期达到润滑作，减少磨擦系数，有效控制温度随转速的升高而增加，从而不损坏主轴。双唇形骨架油封303的采用主要是为了密封，有了两端密封的主轴，可以达到完全潜在水中也不会渗水进去，但是主轴心与油封之间的密封产生磨擦的温度是非常难以控制的，轴心的光洁度，机械上定义为粗糙度这是产生温
度升高技术关键点，如何使其达到高真圆度，超高的镜面光洁度是关键。现有技术中主轴轴心经过热处理后再经过精加工磨成镜面，这是一般机械厂家常用的技术手段，而在本申请中主轴心轴209的表面加入纳米陶瓷涂层，并进行研抛成镜面。不但增加了耐磨性，也进一步降低了磨擦系数，对控制温度升高起到了一定的作用。
[0054]
常规的油封公差配合为:根据轴径45mm的正常情况下，在已知的机械领域中能查到的机械参数为轴可用h11为-0.16，最大可用h13 的公差为-0.39，但在实际多年有实验中证明，转速超过3000转，温升非常明显，在达到5000转时，直接会损坏油封、主轴心轴209及轴承。为了解决这个技术瓶颈，本申请为了既要保证能密封不进油，又要使油封与轴之间的磨擦而控制温度的上升采用了3种手段：
[0055]
1)降低轴外圆的粗糙度，使其更光洁，磨擦系数更小，并提高它的耐磨性；2)使用更好的油封，能在油封内储入一定量的油脂，起到润滑作用；3)缩小轴心，使其正好能与油封接触到，但不紧又不松又不能渗油进去，本申请中主轴心轴209外径与油封的公差定在
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0.5mm～-0.8mm之间配合气封压力，能很好的控制因磨擦而升温，加上高压气吹也增加降温作用，并能有效控制外部油及粉尘的进入。
[0056]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。