主轴结构及机床的制作方法

本实用新型涉及一种主轴结构和采用该主轴结构制成的机床，属于机械加工设备领域。

背景技术：

机床是机械加工中常用的工具，在机床运行过程中，机床的主轴以8000rad/s的速度高速旋转，由于机床主轴中零件和与其相配合的零件间的相互摩擦使机床主轴产生热量，由于主轴的定子或转子通电，其本身也会产生热量，在机床上刀具对工件加工时，刀具与工件接触处温度极高，该高温也会通过工件传递至主轴内，结合主轴内摩擦和通电产生的热量，使主轴内部的零件由于热胀冷缩的原因均产生变形。

现有的机床主轴包括主轴箱和主轴，主轴安装在主轴箱内，主轴箱的下表面为一整个平面，在安装时，主轴箱的下表面直接安装在机床床身或者主轴滑板上，如文献1内所公开的主轴箱和文献2所公开的主轴箱，当主轴和主轴箱由于变热而向四周膨胀时，主轴箱底部直接由机床床身或者主轴滑板支撑，整个主轴箱以及主轴均向上被抬起，导致主轴箱和主轴的中心上移，而工件夹持在主轴上，工件的中心线与主轴中心线重合，主轴中心线的上移必然导致工件中心线的上移，而刀架上的刀具并不因此而上移，如此所加工出的工件，其精度明显的降低。如刀具位于工件正上方时，如机床的主轴由于热胀其中心的高度抬高1丝（1丝=0.01毫米），而刀具位于棒料的上方并且刀具的高度并没有随主轴热胀而变化，由此而加工出的棒料的直径会减小2丝，再加上机床其余的机构（如丝杆）可能的膨胀导致刀具整体下降，加工出的工件的误差会更大，如刀具位于工件侧方时，工件中心线的上移同样也会减小工件的加工精度，很显然这不利于棒料的精确加工。

关于机床主轴由于热胀而中心线上移导致工件加工精度降低的问题，现有的解决方式有如下的两种：

其一种方式是如日本、瑞士的机床一样，其结构与常规的机床相同，但其机床中的主轴以及主轴箱采用特定、高温变形较小的材料制作而成，以减小由于温度升高而导致的主轴和主轴箱的膨胀，降低主轴中心上移的量，这种方式不仅对主轴制造材料的要求较高，提高了机床主轴的制造成本，另一方面由于摩擦生热以及通电所导致的热量升高不可避免，其主轴和主轴箱仅比常规的稍好一些，其主轴和主轴箱仍旧会上移，并且在使用之前需热机处理。

解决主轴中心上移的另一种方式是设置冷却系统，如文献3所公开的车床电主轴，其在外壳内设置水套，在水套与外壳相接触的外圆周面上设置有用于对定子进行冷却的水冷槽，在水套靠近两端的外圆周上分别设置有一对密封圈，在密封圈还分别设置渗漏槽，外壳上设置有与渗漏槽相连的渗漏孔。这种结构的主轴，其结构复杂，并且开槽等处理，增加了主轴的制造难度，提高主轴的制造成本，另一方面，由于开槽，主轴的强度也必然会相应的降低。

文献1：授权公告号为cn8680614u的中国实用新型专利。

文献2：授权公告号为cn7746421u的中国实用新型专利。

文献3：公布号为cn101596605a的中国发明专利申请文件。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种主轴结构，解决现有技术中机床用于夹持工件的主轴由于热胀而造成零件加工精度差的技术缺陷，并且在常规的主轴结构基础上不会明显增加制造成本。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种主轴结构，包括主轴和用于安装在安装物上的主轴箱；所述的主轴箱包括箱体和两个分别设置于箱体两侧的安装块，所述的箱体上沿其长度方向开有贯穿其两端的第一主轴套孔，所述的安装块包括水平固定块和竖直固定块，所述的水平固定块固定于箱体上，竖直固定块的顶部与水平固定块的下表面连接，竖直固定块靠近箱体的一侧与箱体间留有间隙，所述的竖直固定块的底部用于安装在安装物上并支撑起主轴箱使主轴箱与安装物间形成间隙；主轴安装在第一主轴套孔内用于夹住或者松开工件，箱体上安装有主轴驱动电机，主轴驱动电机用于驱动主轴和主轴所夹持的工件旋转。本实用新型中的主轴箱由两侧的安装块支撑，在主轴由于各部件之间摩擦生热而膨胀时，整个主轴和箱体向四周膨胀，而箱体的底部和安装面以外的四周留有间隙，没有其它物体将膨胀的箱体向上抬起，确保箱体和主轴的中心线位置基本不变，即主轴所夹持的工件的位置基本不变，确保工件的加工精度；本实用新型通过箱体底部不与安装物（如机床床身或主轴滑板）接触的方式为其膨胀预留出空间，避免工件向上移动，相较于采用特殊材质制造箱体和主轴，不仅降低了材质的要求，相较于现有技术中设置冷却系统，本实用新型主轴和主轴箱的结构更简单，强度不因开设冷却槽而受影响，减小整个主轴结构的制造成本，而且本实用新型加工工件的精度更高，本实用新型中主轴的中心基本不变，因此在加工工件之前，不需要热机，本申请中电机驱动主轴转动，用于驱动主轴所夹持的工件转动，本实用新型中的主轴内部不通电，相较于采用电主轴，本实用新型主轴内部只有部件的摩擦产生热量，驱动主轴转动的电机外设，电机所产生的热量不会使主轴产生膨胀，因此本实用新型相较于采用电主轴的方式，主轴的膨胀量更小。

作为本实用新型的进一步改进，所述的主轴包括夹头、夹套、卡爪、爪座、顶杆和轴套，轴套设置在第一主轴套孔内并且由主轴驱动电机驱动在第一主轴套孔内转动，顶杆可在轴套内轴向移动，夹套设置在轴套内并且可由顶杆推动轴向运动，夹头与夹套相配合并且夹套与夹头相对运动使夹头收缩用于夹紧工件，轴套的端部设置有用于固定夹头的夹套固定件，卡爪呈l形并与位于远离夹头的一端的爪座转动连接，卡爪转动用于驱动顶杆轴向移动。夹头与夹套相配合，用于夹持或松开工件，工件随主轴同步转动并与机床上的刀具配配合完成工件的加工。

作为本实用新型的进一步改进，所述的箱体的一侧设置有后电机座，主轴驱动电机安装在后电机座上，轴套上安装有从动带轮，驱动电机的输出轴上安装有主动带轮，所述的主动带轮与从动带轮通过传动带连接用于驱动从动带轮与轴套同步转动。本实用新型设置后电机座，方便电机的安装，并且电机座安装在箱体上，在本实用新型用于机床上时，本实用新型整体可在机床上滑动。

作为本实用新型的进一步改进，所述的后电机座可拆卸的安装在箱体上远离夹头的一端，后电机座上开有用于安装主动带轮、从动带轮和传动带的腔室，并且在后电机座上开有与第一主轴套孔同轴的第二主轴套孔，所述的轴套远离夹头的一端穿过第二主轴套孔。本实用新型中主动带轮、从动带轮和传动带均位于后电机座内，安全性更高。

作为本实用新型的进一步改进，所述的后电机座上远离夹头的一侧设置开闭机构用于驱动卡爪转动。本实用新型采用开闭机构驱动卡爪转动，实现夹头与夹套的相对运动用于夹紧或松开工件。

作为本实用新型的进一步改进，所述的水平固定块与竖直固定块是分体式结构，水平固定块可拆卸的安装在竖直固定块的顶部。本实用新型中的水平固定块与竖直固定块可拆卸的安装，方便箱体的制造。

作为本实用新型的进一步改进，所述的水平固定块与竖直固定块一体成型。本实用新型中一体式的安装块，降低由于零件加工装配引起的误差。

作为本实用新型的进一步改进，还包括主轴滑板，竖直固定块的底部安装在主轴滑板的上表面。本实用新型设置主轴滑板，可将本实用新型滑动安装在机床主轴上，实现主轴在机床主轴上的滑动。

作为本实用新型的进一步改进，安装在第一主轴套孔内的主轴的中心线与水平安装块的下表面的距离小于或等于30mm。本实用新型中工件加工的误差小，精度高且降低箱体的制造难度，当上述距离为零时，主轴在膨胀时，主轴套孔的中心线变动基本为零，工件加工的误差最小，精度最高。

本实用新型的另一个目的是提供一种机床，解决现有机床加工零件精度差的技术缺陷。本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种机床，包括机床床身、刀架结构和一个主轴结构，所述的刀架结构和主轴结构均安装在机床床身上，并且所述的夹头位于靠近刀架结构的一侧，所述的刀架结构上安装刀具用于对主轴结构所夹持的工件进行加工。本实用新型中通过主轴结构的改进，降低工件由于主轴结构膨胀而致的高度变化，提高工件的加工精度。

本实用新型解决工件加工精度低的另一种机床的方案是：一种机床，包括机床床身、刀架结构和两个主轴结构，所述的刀架结构和主轴结构均安装在机床床身上并且两个主轴结构分别安装在刀架结构的两侧，所述的夹头位于靠近刀架结构的一侧，所述的刀架结构上安装刀具用于对主轴结构所夹持的工件进行加工。

综上所述，本实用新型的有益效果是：本实用新型在加工工件时，主轴结构的中心（即工件高度）变化小，工件加工的精度高。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中主轴结构未安装主轴滑板的纵向剖视图。

图2是本实用新型实施例1中主轴结构未安装主轴滑板的立体结构示意图。

图3是本实用新型实施例1中主轴结构的主视图。

图4是图3的纵向剖视图。

图5是本实用新型实施例1的立体结构示意图。

图6是本实用新型实施例2的立体结构示意图。

图7是本实用新型实施例2的主视图。

其中：1、箱体；2、安装块；3、水平固定块；4、竖直固定块；5、夹头；6、夹套；7、卡爪；8、爪座；9、顶杆；10、轴套；11、主轴驱动电机；12、夹套固定件；13、后电机座；14、从动带轮；15、开闭机构；16、支撑段；17、连接段；18、安装段；21、第一主轴套孔；22、推圈；23、弹簧；24、开闭气缸；25、打刀柄；26、滑套；27、上刀柄单元；28、下刀柄单元；29、连接单元；30、连接销；31、连接件；32、滑套轴承；33、上滑套推销；34、下滑套推销；35、主轴前轴承；36、主轴后轴承；37、腔室；38、主动带轮；39、传动带；40、主轴滑板；41、间隙。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

实施例1

如图1～图5所示的主轴结构，包括主轴和用于安装在机床上的主轴箱，所述的主轴安装在主轴箱上用于夹持工件并驱动工件高速转动，以配合机床上的刀具完成工件的加工。

所述的主轴箱包括箱体1和两个分别设置于箱体1两侧的安装块2，所述的箱体1上沿其长度方向开有贯穿其两端的第一主轴套孔21，所述的安装块2包括水平固定块3和竖直固定块4，所述的水平固定块3固定于箱体1上，本实用新型中的水平固定块3与箱体1一体成型，竖直固定块4的顶部与水平固定块3的下表面连接，竖直固定块4靠近箱体1的一侧与箱体1间留有间隙，所述的竖直固定块4的底部用于安装在机床或者主轴滑板40上并支撑起箱体1使箱体1（尤其中箱体1的下方）与机床间形成间隙41；本实用新型中所述的水平固定块3与竖直固定块4是分体式结构，水平固定块3可拆卸的安装在竖直固定块4的顶部，本实用新型在水平固定块3上开有多个贯穿其上下的安装通孔，所述的竖直固定块4的顶部开有数量与安装通孔相等的螺纹孔图中未示出，所述的水平固定块3采用穿过安装通孔并且与螺纹孔螺纹连接的螺栓可拆卸的安装在竖直固定块4的顶部。

所述的竖直固定块4包括一体成型的支撑段16、连接段17和安装段18，所述的连接段17的顶部和底部分别与支撑段16的底部和安装段18的顶部连接，并且支撑段16的宽度小于连接段17顶部的宽度，本实用新型中支撑段16的宽度小于水平固定块3的宽度，在将水平固定块3安装在竖直固定块4顶部时，水平固定块3远离箱体1一侧的竖直表面与支撑段16远离箱体1的一侧的表面位于同一竖直平面上，如此支撑段16靠近箱体1的一侧与箱体1不接触，形成竖直固定块4与箱体1之间的间隙，而箱体1底部与机床之间的间隙由竖直固定块4的高度决定，本实用新型中的宽度是指水平面上与用于安装在第一主轴套孔21内的主轴的中心线方向垂直的方向上竖直固定块4的长度值。

如图1所示，本实用新型中所述的主轴包括夹头5、夹套6、卡爪7、爪座8、顶杆9和轴套10，所述的轴套10设置在第一主轴套孔21内并且由安装在箱体1上的主轴驱动电机11驱动在第一主轴套孔21内转动，本实用新型中的轴套10优选的采用主轴前轴承35和主轴后轴承36转动设置在第一主轴套孔21内，顶杆9可在轴套10内轴向移动，所述的夹套6设置在轴套10内并且可由顶杆9推动轴向运动，所述的夹头5与夹套6相配合并且夹套6与夹头5相对运动使夹头5收缩用于夹紧工件，所述的轴套10的端部设置有用于固定夹头5的夹套固定件12，所述的卡爪7呈l形并与位于远离夹头5的一端的爪座8转动连接，所述的卡爪7转动用于推动顶杆9轴向移动，本实用新型中的夹套固定件12采用夹套螺母，其系现有技术，具体与专利号为zl201410254485.7中所公开的夹套螺母相同，本实用新型不予详述。

本实用新型在箱体1的一侧设置后电机座13，后电机座13整体呈长方体状，所述的后电机座13的一端采用四根螺栓（图中未示出）可拆卸的安装在箱体1上远离夹头5的一端，所述的后电机座13上设置腔室37内，后电机座13用于安装在箱体1上的一端开有贯穿其两侧并且与腔室37内相通的第二主轴套孔（图中未示出），所述的第二主轴套孔与第一主轴套孔21同轴设置，后电机座13的另一端开有与腔室37内相通的电机安装孔（图中未示出），所述的主轴驱动电机11采用螺栓可拆卸的安装在箱体1上，主轴驱动电机11的输出轴从电机安装孔伸入内腔中并且在主轴驱动电机11的输出轴上安装主动带轮38，所述的轴套10穿过第二主轴套孔，并且在轴套10上位于第二主轴套孔内的部分安装从动带轮14，所述的主动带轮38与从动带轮14采用传动带39连接，所述的主动带轮38、从动带轮14和传动带39均位于腔室37内，主轴驱动电机11驱动主动带轮38转动，主动带轮38通过传动带39动从动带轮14和轴套10同步转动。

本实用新型在所述的轴套10内靠近卡爪7的一端设置有推圈22，所述的顶杆9的一端抵住推圈22，卡爪7转动挤压推圈22用于推动顶杆9移动。所述的夹头5与夹套6间设置有弹簧23，所述的弹簧23随夹头5与夹套6的相对运动而收缩或伸长。

本实用新型在所述的后电机座13上远离夹头5的一侧设置开闭机构15用于驱动卡爪7转动。所述的开闭机构15包括开闭气缸24、打刀柄25和滑套26，所述的开闭气缸24的缸体安装在后电机座13上，所述的打刀柄25包括上刀柄单元27、下刀柄单元28和连接单元29，所述的连接单元29的顶端和底端分别连接上刀柄单元27和下刀柄单元28的一端，使整个打也柄呈“c”字形，其中上刀柄单元27和下刀柄单元28远离连接单元29的一端与后电机座13采用连接销30转动连接，所述的打刀柄25位于连接单元29的一侧与开闭气缸24的活塞杆转动连接，所述的开闭气缸24的活塞杆伸长和收缩驱动打刀柄25绕着连接销30转动用于驱动套设在轴套10上的滑套26轴向移动。本实用新型中在连接单元29远离销的一侧设置有连接件31，所述的连接件31呈“c”字形，所述的开闭气缸24的活塞杆位于连接件31内，并且与连接件31采用转动销转动连接，本实用新型优选的连接件31、上刀柄单元27、下刀柄单元28和连接单元29一体成型制造以确保其强度。

本实用新型中所述的滑套26与轴套10同步转动，所述的滑套26上安装有滑套轴承32，所述的滑套轴承32的内圈套装在滑套26的外表面上，在上刀柄单元27和下刀柄单元28上分别开有上通孔和下通孔，所述的上通孔和下通孔内分别设置有上滑套推销33和下滑套推销34，所述的上滑套推销33包括第一推销单元和第二推销单元，所述的第一推销单元和第二推销单元均为圆柱状，且第一推销单元和直径小于第二推销单元的直径，第二推销单元与第一推销单元的中心线重合，在第二推销单元上远离第一推销单元的一侧开有贯穿其两侧的卡槽，所述的滑套轴承32的外圈的上部卡在卡槽内，第一推销单元位于上通孔内，本实用新型优选的第一推销单元与上通孔紧配安装；本实用新型中的下滑套推销34的结构与上滑套推销33的结构相同，下滑套推销34安装在下通孔内，用于卡住滑套轴承32外圈的下部。开闭气缸24活塞杆伸长时，将打刀柄25朝着远离夹头5的方向推动，打刀柄25上的上滑套推销33和下滑套推销34将滑套轴承32和滑套26一同朝着远离夹头5的方向推动，卡爪7转动，将顶杆9朝着夹头5的方向推，夹头5与夹套6配配合，夹紧工件，开闭气缸24的活塞杆收缩，弹簧23伸长，将顶杆9朝着远离夹头5的方向推动，夹套6松开夹头5，夹头5不再夹紧工件，可取下工件。

卡爪7转动设置在爪座8内是这样实现的：在爪座8上开有垂直于通槽的两个圆孔，卡爪7上对应的也开有圆孔，将卡爪7放置在通槽内，使爪座8上的通孔与卡爪7上的通孔呈一条直线的设置并且卡爪7上的圆孔位于爪座8上的两个圆孔之间，用一根销穿过三个圆孔，销两端用螺丝固定销的位置，防止销在主轴高速运转时会径向窜动，实现卡爪7在爪座8上的通槽内转动。

卡爪7松开时其自由端位于滑套26的预留段上，其本身和与轴套10的连接方式均为现有技术驱动轴套10向后运动，卡爪7绕转销旋转，卡爪7的自由端通过滑套26的第一过渡段和滑套26的第二过渡段后夹在工作段上并在滑套26的工作段上平缓前行，与此同时，卡爪7的传动端推动推圈22向前运动，由于推圈22的前端设置在顶杆9的后端，所以顶杆9一起轴向向前运动，顶杆9向前运动推动夹套6轴向向前运动，又因为夹套6开有前端呈现前端大后端小的喇叭状的中心孔，所以夹套6向前运动时，将夹头5前端向内挤压，夹紧夹头5内的材料。本实用新型中的夹头5和夹套6的结构均系现有技术。

本实用新型中的安装块2优选的安装在主轴滑板40上，具体安装是在竖直固定块4的下部开有贯穿连接段17和安装段18的沉头孔，在主轴滑板40上开有安装螺纹孔，采用穿插于沉头孔内并且与安装螺纹孔螺纹配合的螺栓将安装块2可拆卸的安装在主轴滑板40上，本实用新型中的箱体1最底部与主轴滑板40间隔一定的距离，使箱体1与主轴滑板40上表面不接触。本实用新型中的主轴滑板40用于安装在机床床身上并在机床床身上滑动。

本实用新型优选的箱体1两侧的安装块2对称设置，且两个水平固定块3的下表面均为水平面，其中两个水平固定块3的下表面可共面，也可异面（异面是指两个水平固定块3的下表面位于上下两个平行的平面上），其中水平固定块3下表面与用于安装在主轴套孔内的主轴的中心线的距离小于等于30mm，即用于安装在主轴套孔内的主轴的中心线可位于水平固定块3下表面的上方或下方30mm内（本实用新型由于水平固定块3的下表面优选的为水平面，安装在主轴套孔内的主轴的中心线为水平直线，在主轴的中心线上任意取一点，该点与水平固定块3作垂线，该垂线的长度即是水平固定块3下表面与用于安装在主轴套孔内的主轴的中心线的距离），本实施例最佳的方案是用于安装在主轴套孔内的主轴的中心线与水平固定块3下表面的距离为零，即用于安装在主轴套孔内的主轴的中心线与两个水平安装块2的下表面均位于同一水平面上。本实施例中水平固定块3下表面的形状也可以是其它的形状，如斜面、圆弧面或其它不规则的曲面形状，只要竖直固定块4顶部可以与水平固定块3下表面相配合即可。

本实用新型中用于安装在主轴箱1的主轴套孔内的主轴在由于转动摩擦或者由于刀具加工主轴所夹持的工件时产生的热量传递至主轴内使主轴沿径向向四周膨胀时，主轴箱与主轴同时膨胀，由于箱体1与安装物间留有间隙，主轴箱1的底部无支撑，因此，主轴箱有向下膨胀的空间，不会被安装物向上支撑抬起，减小了主轴的中心线位置的变化，在用于安装在主轴套孔内的主轴的中心线与两个水平安装块3的下表面均位于同一水平面上时，安装在主轴套孔内的主轴的中心线的位置基本不会因主轴的膨胀而变化，主轴所夹持的工件的中心也不会变动，提高工件的加工精度。

本实用新型减小了由于主轴和主轴箱的膨胀而导致的主轴套孔内主轴中心线的变化，因此本申请可降低对制造主轴和主轴箱的材质的要求，如现有技术中主轴箱的结构，采用更好的材质制作主轴，主轴和主轴箱由于热胀冷缩膨胀1丝，主轴中心跟着向上提高1丝，刀具在工件上方对工件车外圆时，工件的直径比实际要求的要小2丝，而本申请的主轴箱结构，采用性能稍差一点的材质，比如由于热胀冷缩而膨胀3丝，主轴向上和向下各膨胀1.5丝，而此时主轴中心实际向上可能只有0.1丝，刀具在工件上方对工件车外圆时，工件实际的要求的只小0.2丝，虽然本申请采用较差一些的材质使主轴和主轴箱膨胀的量更多了，但是主轴中心移动的量反而更少，其加工出的工件精度更高。

实施例2

本实施例是在对实施例1的进一步改进，如图6和图7所示，与实施例1相比，本实施例中所述的水平固定块3、竖直固定块4和箱体1一体成型，本实施例其余的结构均与实施例1相同，具体可参考实施例1，本实施例不予赘述。与实施例1相比，本实施例中的箱体1和安装块2整个为一体的结构，只需将安装块2底部安装在主轴滑板40上即可实现主轴箱的安装，本实用新型中的竖直固定块4也可与主轴滑板40设置成一体式结构，箱体1、安装块2和主轴滑板40一体成型。

实施例3

本实施例系一种机床，包括机床床身、刀架结构和一个实施例1中所述的主轴结构，所述的刀架结构和主轴结构均安装在机床床身上，并且所述的夹头5位于靠近刀架结构的一侧，所述的主轴滑板40滑动安装在机床床身上并可朝向或者远离刀架结构滑动，本实用新型中主轴滑板40与机床床身的滑动安装方式以及刀架结构均系现有技术，本实用新型不予详述，所述的刀架结构上安装刀具用于对主轴结构所夹持的工件进行加工。

实施例4

本实施例涉及一种机床，包括机床床身、刀架结构和两个实施例1所述的主轴结构，所述的刀架结构和主轴结构均安装在机床床身上并且两个主轴结构分别安装在刀架结构的两侧，每个主轴结构的夹头5均位于靠近刀架结构的一侧，即两个主轴结构的夹头5相向设置，两个主轴结构底部的主轴滑板40均滑动安装在机床床身上，并且两个主轴结构的夹头5的中心线位于同一水平线上，两个主轴结构均可朝向或者远离刀架结构的方向滑动，所述的刀架结构上安装刀具用于对主轴结构所夹持的工件进行加工。

以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术即能实现。而且本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。