一种应用于主轴高速运转的机构及其组装方法和使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于旋转主轴机构领域，具体地说，涉及一种应用于主轴高速运转的机构 及其组装方法和使用方法。
【背景技术】
[0002] 随着国内加工中心加工速度的提高，对机床的刚性及切削速度要求增强，特别是 主轴的高速旋转和刚性最为重要；目前国内加工中心高速旋转采用的方法是：电主轴。立 式加工中心上采用电主轴存在的问题包括：使用寿命短，由于主轴在高速运转过程中会产 生高热量，而这些热量的积累导致了主轴的损伤，降低了主轴整个机构的使用寿命；刚性 差，由于主轴的高速运转，主轴上个零部件之间的间隙逐渐增大，主轴机构的稳定性变差， 刚性降低；使用成本高，由于主轴机构的易损坏、寿命低，导致使用成本极高；加工精度低， 由于主轴机构在工作过程中的稳定性和刚性逐渐降低，导致其加工精度逐渐下降；生产效 率低，由于主轴机构运转不稳定，易损坏，需要经常维护和维修，严重阻碍了生产进程，降低 了生产效率。
[0003] 中国专利申请号200920200329. 7,公开日2010年8月25日的专利文件，公开了一 种应用于主轴高速运转的机构。其主要是解决现有技术所存在的加工中心机用的主轴结构 较为复杂，制造成本不高，并且其充气夹持刀具时，夹持力不够，容易造成刀具脱落等的技 术问题。该实用新型包括套筒，套筒端部连接有端盖，套筒内设有壳体，其特征在于所述的 壳体上端通过键销连接有带轮，壳体下端开有可插入刀具的锥孔，壳体内部设有可上下移 动的轴心，轴心内部设有互相连通的上进气通道与下进气通道，上进气通道直径大于下进 气通道直径，轴心下端活动连接有可夹持刀具的夹紧装置。但该实用新型公开的主轴机构 不适于高速运转，在高速运转下，易发生摆动，刚性差、稳定性差，所以加工精度低，高速运 转下寿命很低。
【发明内容】
[0004] 1、要解决的问题
[0005] 针对现有应用于主轴高速运转的机构存在使用成本高、刚性差、加工精度低、使用 寿命短，进而导致生产效率低的问题，本发明提供一种应用于主轴高速运转的机构及其组 装方法和使用方法，其机构具有主轴高速运转情况下发热小、刚性强、寿命长、加工精度高 的优点，降低了使用成本，提高了生产效率。
[0006] 2、技术方案
[0007] 为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0008] -种应用于主轴高速运转的机构，包括主轴外壳和主轴，主轴外壳的一端设有端 盖，主轴设置在主轴外壳内，且主轴一端穿过端盖并受端盖限位，所述的主轴与主轴外壳之 间设有第一轴承组和第二轴承组，第一轴承组和第二轴承组均包括两个背向安装的轴承， 第一轴承组的两个背向安装的轴承之间设有第一轴承隔套；第二轴承组的两个背向安装的 轴承之间设有第二轴承隔套；第一轴承组一端顶在主轴中部的轴肩上，另一端由安装在主 轴上的第一锁紧螺母固定；第二轴承组一端顶在端盖和主轴端部轴肩上，另一端由第二锁 紧螺母和主轴外壳轴承孔台阶固定。
[0009] 优选地，所述的轴承均为角接触球轴承。
[0010] 优选地，所述的第一轴承隔套包括第一外隔套和第一内隔套；所述的第二轴承隔 套包括第二外隔套和第二内隔套。
[0011] 上述技术方案能有效提高本发明机构的整体刚度和抗弯力矩，但为了进一步提高 本发明机构在高速旋转情况下的稳定性和整体刚性，提高抵抗高速旋转时产生弯曲力矩的 能力，降低发热，提高使用寿命，进一步地，我们采用如下技术方案。
[0012] 优选地，所述的角接触球轴承自身游隙为Δ，角接触球轴承外圈与主轴外壳 轴承孔之间的间隙为t，角接触球轴承与其轴承滚珠之间的过盈量为y，第一外隔套减 去第一内隔套的差值或者第二外隔套减去第二内隔套的差值为L，则L满足公式L = (0· 5t+0. 5 Δ+y)/tg α，其中y取值范围为〇· 〇〇2~0· 004mm，α为轴承接触角。
[0013] 优选地，所述的第一轴承隔套两端、第二轴承隔套两端的平行度均为0.001~ 0· 003mm〇
[0014] 优选地，所述的第二轴承组靠近端盖的轴承外圈与端盖端面之间的过盈量 >0.0 lmm ;所述的端盖与主轴外壳端面的间隙〈0. 02mm。
[0015] 一种应用于主轴高速运转的机构的组装方法，步骤如下：
[0016] 1)参数测量，测量第二轴承组和第一轴承组各自轴承的游隙Λ、外径以及主轴外 壳轴承孔的内径，并计算主轴外壳轴承孔的内径与各轴承外径之间的差值t ;
[0017] 2)根据公式 L = (0.5t+0.5A+y)/tga，其中 y 取值范围为 0.002 ~0.004mm， α为轴承接触角，L为第一外隔套长度减去第一内隔套长度所得差值或者第二外隔套长度 减去第二内隔套长度所得差值，计算出第一外隔套长度减去第一内隔套长度所得差值、第 二外隔套长度减去第二内隔长度所得差值，再根据差值L加工第一轴承隔套和第二轴承隔 套；
[0018] 3)将步骤1)中经测量后的第二轴承组中的一个轴承先装入主轴上，采用过渡配 合，该轴承内圈顶在主轴端部轴肩上，装入步骤2)中按要求加工的第二轴承隔套，使第二 外隔套顶住先装入轴承的外圈，第二内隔套顶住先装入轴承的内圈；再装入第二轴承组中 的另一个轴承，使该轴承的外圈顶在第二外隔套上，内圈顶在第二内隔套上；最后装入第二 锁紧螺母锁紧；
[0019] 4)将步骤1)中经测量后的第一轴承组中的一个轴承先装入主轴上，采用过渡配 合，该轴承内圈顶在主轴中部的轴肩上，装入步骤2)中按要求加工的第一轴承隔套，使第 一外隔套顶住该步骤中先装入轴承的外圈，第一内隔套顶住该步骤中先装入轴承的内圈； 再装入第一轴承组中的另一个轴承，使该轴承的外圈顶在第一外隔套上，内圈顶在第一内 隔套上；最后装入第一锁紧螺母锁紧；
[0020] 5)将经步骤3)和步骤4)组装后的主轴装入主轴外壳中，使第一轴承组和第二轴 承组正好落入主轴外壳的轴承孔内，且使步骤3)中第二轴承组中后装入的轴承外圈顶在 主轴外壳的轴承孔台阶上；
[0021] 6)测量主轴外壳端面至第二轴承组外端面的距离s ;
[0022] 7)对端盖端面进行研磨，确保端盖与主轴外壳端面接触的面至端盖与第二轴承组 外端面接触的面的长度为s+0. 03mm ;
[0023] 8)将步骤7)中得到的端盖安装在主轴外壳的端面，并用螺栓紧固；
[0024] 9)将主轴外壳远离端盖的一端装入密封端盖，将该端主轴密封。
[0025] 优选地，步骤8)中采用0. 02mm塞尺对端盖与主轴外壳端面接触的面进行间隙测 量，测量结果以〇. 〇2mm塞尺不入为合格。
[0026] 一种应用于主轴高速运转的机构的使用方法，其步骤为：
[0027] 1)将主轴外壳固定安装在立式加工中心机座上；
[0028] 2)在主轴靠近端盖一端的刀具夹持口内安装刀具，并通过松拉刀机构将刀具夹 紧；
[0029] 3)在主轴远离端盖的一端安装驱动电机；
[0030] 4)启动驱动电机，主轴开始旋转，第二轴承组和第一轴承组上角接触球轴承内圈、 第二轴承隔套上第二内隔套和第一轴承隔套第一内隔套跟随主轴旋转；角接触球轴承内轴 承滚珠相对于轴承内、外圈滚动；刀具跟随主轴旋转；
[0031] 5)调整整个机构，使刀具靠近待加工工件，对工件进行加工；
[0032] 6)加工完成后，调整整个机构，退回刀具，停止驱动电机。
[0033] 优选地，所述的步骤3)中主轴通过联轴器与驱动电机连接。
[0034] 3、有益效果
[0035] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0036] (1)本发明机构主轴与主轴外壳之间设有第一轴承组和第二轴承组，第一轴承组 和第二轴承组均包括两个背向安装的轴承，第一轴承组的两个背向安装的轴承之间设有第 一轴承隔套；第二轴承组的两个背向安装的轴承之间设有第二轴承隔套，这样设置可以提 高主轴整体刚性，隔套能够增大支撑长度，使同一个轴承组中的两个轴承的接触点之间有 更大的距离；第一轴承组一端顶在主轴中部的轴肩上，另一端由安装在主轴上的第一锁紧 螺母固定；第二轴承组一端顶在端盖和主轴端部轴肩上，另一端由第二锁紧螺母和主轴外 壳轴承孔台阶固定这样设置使第二轴承组相对于主轴和主轴外壳为固定端，第一轴承组相 对于主轴外壳为游动端，能够适应主轴向后热伸长的需要，从而使本发明的机构具有较高 的刚度和较好的高速旋转性能；
[0037] (2)本发明机构中轴承采用角接触球轴承，可以同时承受径向和轴向的载荷，且 高速旋转精度高；第一轴承隔套包括第一外隔套和第一内隔套，第二轴承隔套包括第二外 隔套和第二内隔套，且将第一外隔套和第一内隔套之间的差值、第二