专利名称：高速主轴变刚度的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机械制造领域，具体涉及一种高速机械主轴、电主轴变刚度的方法及其装置。
背景技术：
高速加工技术是目前制造业领域国内外激烈竞争的焦点技术之一，高速加工代表了目前制造业的一大发展趋势；而高速主轴单元是实现高速精密加工的高速机床中的关键功能部件，高速主轴设计、制造及性能的好坏直接影响着高速加工机床的整体发展水平；高速主轴设计、制造及运转过程中存在的重要机理性问题之一，是高速精密主轴轴承在不同预负荷条件下，主轴的刚度和固有频率会发生变化，进而影响主轴的工作性能和机床的制造加工质量。而目前没有专门改变主轴轴系刚度和动态特性，从而对主轴不同刚度条件下的动态特性变化规律进行测试的方法及装置。现有的主轴结构中轴承的预负荷通常采用恒压预紧或定位预紧，在运转和测试过程中不能调节，不适合于进行变刚度测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可进行高速主轴变刚度的方法及装置，它可通过改变轴承的预负荷而改变主轴的刚度及动态特性，以进行高速主轴在不同轴承预负荷条件下的静态及动态特性测试；也可直接应用于高速主轴的产品设计中。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是本发明的高速主轴变刚度的方法，其特征在于在主轴后轴承外圈设置弹簧压紧套筒，对前、后轴承外圈产生预负荷，弹簧压紧套筒通过调节螺杆调节弹簧压缩量，使轴承的预负荷发生变化，进而主轴的刚度发生变化。本发明的高速主轴变刚度装置，其特征在于它包括机座、主轴、前轴承和后轴承，主轴通过前、后轴承装设于机座的轴承孔内，所述的后轴承一端设置有与该轴承外圈相接的弹簧压紧套筒，弹簧压紧套筒的另一端与调节螺杆相接，所述的调节螺杆的外螺纹与装于机座上的端盖内螺纹相旋合。
作为本发明的进一步改进，所述的弹簧压紧套筒由弹簧座、弹簧和弹簧压环组成，弹簧座与后轴承外圈相接，弹簧设置于弹簧座开设的弹簧孔内，弹簧压环一端与弹簧相接，另一端与调节螺杆相接。
所述的机座的轴承孔分为前轴承孔和后轴承孔二段，中间断开。
本发明的有益效果在于本发明采用弹簧压力对前后轴承外圈产生预负荷，通过调节弹簧压缩量，使轴承的预负荷发生变化，进而主轴的刚度发生变化。它可以在主轴运转过程中，通过调节调节螺杆的旋入量，在线调节轴承的预负荷，从而改变主轴轴系的刚度和动态特性。通过测试设备，可进行高速主轴在不同轴承预负荷条件下的静态及动态特性测试，获得预负荷连续变化情况下主轴的特性变化规律。本发明的主轴前后轴承孔直接设置于机座上，与机座连为一体，主轴支撑的刚性好，机座可以直接固定在基础上，安装拆卸方便。且本发明的机座的轴承孔与通常的整体式通孔不同，采用了中间断开的前、后二段式结构，使中段主轴外露，便于观察中段主轴的运转情况，也可以从前后轴承座孔的两侧观察前后轴承的运转情况。本发明也可以直接应用于高速主轴产品的设计。
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中各标号表示1、机座，2、前轴承， 3、主轴，4、调节螺杆，5、端盖，6、弹簧压紧套筒，7、后轴承， 8、有机玻璃，9、有机玻璃，11、前轴承孔， 12、后轴承孔， 61、弹簧压环，62、弹簧， 63、弹簧座。
具体实施例方式本发明的高速主轴变刚度的方法，它是在主轴后轴承外圈设置弹簧压紧套筒，对前后轴承外圈产生预负荷，弹簧压紧套筒通过调节螺杆调节弹簧压缩量，使轴承的预负荷发生变化，进而主轴的刚度发生变化。
如图1所示，本发明实施上述方法的高速主轴变刚度装置，它包括机座1、主轴3、前轴承2和后轴承7，主轴3通过前、后轴承2、7装设于机座1的轴承孔内，该轴承孔直接加工于机座1上，与机座1为一整体，保证了主轴3支撑的刚性，且机座1的轴承孔分为前、后轴承孔11、12二段，中间断开，以便于观察主轴3中段的运转情况。后轴承7一端设置有与该轴承外圈相接的弹簧压紧套筒6，弹簧压紧套筒6由弹簧座63、弹簧62和弹簧压环61组成，弹簧座63与后轴承7外圈相接，弹簧62设置于弹簧座63开设的弹簧孔内，弹簧压环61一端与弹簧62相接，另一端与调节螺杆4相接，调节螺杆4的外螺纹与装于机座1上的端盖5的内螺纹相配合。在前、后轴承孔11、12的右侧分别设置有有机玻璃9、8，便于从前后二段轴承孔中观察前后轴承2、7的运转情况。
本发明的工作原理在于前后轴承的预负荷通过调节调节螺杆4旋入端盖5中的深度，改变弹簧62的压缩量进行调节。调节螺杆4的外螺纹与端盖5的内外螺纹相配合；弹簧压环61在调节螺杆4的旋压作用下可以在后轴承孔12内移动，并通过压缩弹簧62和弹簧座63，对前、后轴承2、7外圈产生预压力。预压力改变后，轴承的径向刚度和轴向刚度会发生相应改变；进而整个主轴3系统的刚度也会发生改变。
主轴3在运动过程中，可以在线调节弹簧62的压缩量，以测试主轴3在轴承刚度不断变化条件下的振动特性；这是现有的主轴结构不能实现的。
通过测试弹簧62的压缩量可以计算得到轴承承受的预负荷压力；在不同的轴承预负荷条件下，主轴3运转，并利用振动测试仪器记录下主轴3振动的位移、速度或加速度信号，进行信号分析可以测量得到主轴系统的固有频率和模态。记录并统计弹簧压缩量、轴承刚度和主轴固有频率及模态之间的关系，就可以深入认识主轴系统的动态特性，从而为主轴的设计、维修、调整提供理论依据。
权利要求
1.一种高速主轴变刚度的方法，其特征在于在主轴后轴承外圈设置弹簧压紧套筒，对前、后轴承外圈产生预负荷，弹簧压紧套筒通过调节螺杆调节弹簧压缩量，使轴承的预负荷发生变化，进而主轴的刚度发生变化。
2.一种实施权利要求1所述方法的高速主轴变刚度装置，其特征在于它包括机座(1)、主轴(3)、前轴承(2)和后轴承(7)，主轴(3)通过前、后轴承(2)、(7)装设于机座(1)的轴承孔内，所述的后轴承(7)一端设置有与该轴承外圈相接的弹簧压紧套筒(6)，弹簧压紧套筒(6)的另一端与调节螺杆(4)相接，所述的调节螺杆(4)的外螺纹与装于机座(1)上的端盖(5)内螺纹相旋合。
3.根据权利要求2所述高速主轴变刚度装置，其特征在于所述的弹簧压紧套筒(6)由弹簧座(63)、弹簧(62)和弹簧压环(61)组成，弹簧座(63)与后轴承(7)外圈相接，弹簧(62)设置于弹簧座(63)开设的弹簧孔内，弹簧压环(61)一端与弹簧(62)相接，另一端与调节螺杆(4)相接。
4.根据权利要求2或3所述高速主轴变刚度装置，其特征在于所述的机座(1)的轴承孔分为前轴承孔(11)和后轴承孔(12)二段，中间断开。
5.根据权利要求4所述高速主轴变刚度装置，其特征在于所述的前、后轴承孔(11)、(12)的右侧分别设置有有机玻璃(9)、(8)。
全文摘要
本发明公开了一种高速主轴变刚度的方法及装置，其方法是在主轴后轴承外圈设置弹簧压紧套筒，对前、后轴承外圈产生预负荷，弹簧压紧套筒通过调节螺杆调节弹簧压缩量，使轴承的预负荷发生变化，进而主轴的刚度发生变化。其装置包括机座、主轴、前轴承和后轴承，主轴通过前、后轴承装设于机座的轴承孔内，所述的后轴承一端设置有与该轴承外圈相接的弹簧压紧套筒，弹簧压紧套筒的另一端与调节螺杆相接，所述的调节螺杆的外螺纹与装于机座上的端盖内螺纹相旋合。本发明可通过改变轴承的预负荷而改变主轴的刚度及动态特性，以进行高速主轴在不同轴承预负荷条件下的静态及动态特性测试；也可直接应用于高速主轴的产品设计中。
文档编号B23B19/00GK1546264SQ20031011058
公开日2004年11月17日 申请日期2003年11月28日 优先权日2003年11月28日
发明者黄红武, 熊万里, 盛晓敏, 李锻能, 宓海青, 邓新春, 陆名彰 申请人:湖南大学