具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置

摘要

本发明公开了一种具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置，该装置包括有主轴、锁紧螺母、垫片、箱体座、端盖、压紧环、预压弹簧组件和改进的轴承预紧装置；所述改进的轴承预紧装置为单侧薄壁端面变形的环形油腔结构。主轴从一端至另一端顺次穿过端盖、压紧环、B轴承、轴套、A轴承、垫片和锁紧螺母；主轴与箱体座之间安装有预压弹簧组件和改进的轴承预紧装置。本发明装置一方面通过在A轴承的一侧增加预压弹簧组件，来提高主轴向B向右移动时的轴向刚度，另一方面改变现有A轴承与B轴承之间的轴承预紧装置，使得改进的轴承预紧装置一是作为D环形油腔的支座和提供进油油路；二是作为B轴承的支座，且可实现B轴承的径向和主轴轴向定位。

权利要求

1.一种具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置，该装置包括有主轴(1)、锁紧螺母(2)、垫片(2A)、箱体座(3)、端盖(7)、压紧环(9)；其特征在于：还包括有预压弹簧组件和改进的轴承预紧装置；

所述预压弹簧组件包括有弹簧(21)、弹簧座(22)和压板(23)；

所述改进的轴承预紧装置为单侧薄壁端面变形的环形油腔结构；所述改进的轴承预紧装置包括有C环形油腔(24)、D环形油腔(25)、A轴承(4)、B轴承(8)、轴套(5)、第一垫圈(27)；

弹簧座(22)上设有外环体(22A)、内环体(22B)、底板(22C)，弹簧座(22)的中心设有一空腔，该空腔用于放置弹簧(21)，外环体(22A)与箱体座(3)的内壁配合，底板(22C)与A轴承(4)的外圈(4B)的一端配合；A轴承(4)的外圈(4B)的另一端与C环形油腔(24)的底板(24A)配合；

压板(23)套接在主轴(1)上，压板(23)的板面(23A)的一端面与箱体座(3)的第一凸台(31)配合，压板(23)的板面(23A)的另一端面与弹簧座(22)的开口端配合；

C环形油腔(24)上设有底板(24A)、内环体(24B)、外环体(24C)，C环形油腔(24)的中部是油腔室(24E)；油腔室(24E)用于存储压力油；

内环体(24B)的外壁与第一垫圈(27)的立柱(27B)的外壁配合，内环体(24B)的内壁与D环形油腔(25)的第一凸台体(25A)配合；

外环体(24C)的外壁与箱体座(3)的内壁配合，外环体(24C)的内壁与D环形油腔(25)的第一凸台体(25A)配合；

D环形油腔(25)上设有第一凸台体(25A)、第二凸台体(25B)、第三凸台体(25C)、连接段(25D)；

第一凸台体(25A)上设有凹槽，该凹槽用于放置第一密封圈(26)；第一凸台体(25A)上设有第三进油通道(25F)，该第三进油通道(25F)与第二进油通道(25E)导通；第一凸台体(25A)与C环形油腔(24)的开口端通过第一密封圈(26)进行密封连接；

第二凸台体(25B)上设有第二进油通道(25E)、第四进油通道(25G)，且第二进油通道(25E)与第四进油通道(25G)导通；第二进油通道(25E)的端部安装有堵塞(29)；第四进油通道(25G)与第一进油通道(3A)导通；第二凸台体(25B)与箱体座(3)的第二凸台(32)通过第三密封圈(28)进行密封连接；

第二凸台体(25B)与第三凸台体(25C)的接合处配合有第一垫圈(27)的底板(27A)；

第三凸台体(25C)与连接段(25D)的接合处配合有B轴承(8)的外圈(8B)；

连接段(25D)的外壁与箱体座(3)的内壁配合；

第一垫圈(27)上设有底板(27A)和立柱(27B)；

底板(27A)的一端与B轴承(8)的外圈(8B)配合，底板(27A)的另一端与D环形油腔(25)的第二凸台体(25B)的纵向端面配合；

立柱(27B)的外壁前段与C环形油腔(24)的内环体(24B)的外壁配合，立柱(27B)的外壁后段与D环形油腔(25)的第二凸台体(25B)的横向端面配合。

2.根据权利要求1所述的具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置，其特征在于：设置两个预压弹簧组件，且以轴向中心线对称设置。

说明书

具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适用于轴承的预紧装置，更特别地说，是指一种具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置。

背景技术

[0002] 为了提高精密机床主轴的精度和动态特性，通常需要对轴承进行预紧。如图1所示的双侧薄壁端面结构的轴承预紧装置，该装置会因双侧薄壁油腔变形使主轴轴向刚度降低。主轴1从一端至另一端顺次穿过端盖7、压紧环9、B轴承8、轴套5、A轴承4、垫片2A和锁紧螺母2；主轴1与箱体座3之间安装有轴承预紧装置，所述的轴承预紧装置包括有A环形油腔11、B环形油腔12、A轴承4、B轴承8、轴套5、垫圈6。

[0003] 在图1、图1A中，高精密机床的主轴1进行着高速的运转，为了保证主轴1的动态特性，会向套接在主轴1上的A轴承4和B轴承8供给压力油。从外部引入的压力油沿第一进油通道3A进入A环形油腔11的油腔室11E和B环形油腔12的油腔室12E，所述第一进油通道3A设置在箱体座3上，第一进油通道3A与第二进油通道12D导通，第二进油通道
12D设置在B环形油腔12的外环体12C上。为了实现A环形油腔11与B环形油腔12之间
的密封，在A环形油腔11与B环形油腔12接触处套接有密封圈13。

[0004] A环形油腔11的外环体11C与箱体座3的内壁过盈配合，A环形油腔11的内环体11B与垫圈6的一端过盈配合，A环形油腔11的底板11A与A轴承4的外圈4B过盈配合。

[0005] B环形油腔12的外环体12C与箱体座3的内壁过盈配合，B环形油腔12的内环体12B与垫圈6的另一端过盈配合，B环形油腔12的底板12A与B轴承8的外圈8B过盈配
合。

[0006] 所述A环形油腔11的底板11A为薄壁结构，在压力油的作用力下，使得薄壁（即底板11A）变形，从而形成B向轴向力，所述B向轴向力施加到A轴承4的外圈4B上，最终实现对A轴承4的预紧；

[0007] 所述B环形油腔12的底板12A为薄壁结构，在压力油的作用力下，使得薄壁（即底板12A）变形，从而形成A向轴向力，所述A向轴向力施加到B轴承8的外圈8B上，最终实现对B轴承8的预紧。

[0008] 如图1所示的双侧薄壁端面结构的轴承预紧装置，在同时受到A向轴向力和B向轴向力的作用下，高速运转的主轴1的轴向刚度相对较低。

发明内容

[0009] 为了改善当主轴受到A向和B向方向的轴向力时，主轴的轴向刚度会因薄壁油腔变形而被削弱的缺陷，本发明设计了一种具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置。该装置一方面通过在A轴承的一侧增加预压弹簧组件，来提高主轴向B向右移动时的轴向刚度，另一方面改变现有A轴承与B轴承之间的轴承预紧装置，使得改进的轴承预紧装置一是作为D环形油腔的支座和提供进油油路；二是作为B轴承的支座，且可实现B轴承8的径向和主轴轴向定位。

[0010] 本发明的一种具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置，该装置包括有主轴（1）、锁紧螺母（2）、垫片（2A）、箱体座（3）、端盖（7）、压紧环（9）；其特征在于：还包括有预压弹簧组件和改进的轴承预紧装置；

[0011] 所述预压弹簧组件包括有弹簧（21）、弹簧座（22）和压板（23）；

[0012] 所述改进的轴承预紧装置包括有C环形油腔（24）、D环形油腔（25）、A轴承（4）、B轴承（8）、轴套（5）、第二垫圈（27）；

[0013] 弹簧座（22）上设有外环体（22A）、内环体（22B）、底板（22C），弹簧座（22）的中心设有一空腔，该空腔用于放置弹簧（21），外环体（22A）与箱体座（3）的内壁配合，底板（22C）与A轴承（4）的外圈（4B）的一端配合；A轴承（4）的外圈（4B）的另一端与C环形油腔（24）的底板（24A）配合；

[0014] 压板（23）套接在主轴（1）上，压板（23）的板面（23A）的一端面与箱体座（3）的第一凸台（31）配合，压板（23）的板面（23A）的另一端面与弹簧座（22）的开口端配合；

[0015] C环形油腔（24）上设有底板（24A）、内环体（24B）、外环体（24C），C环形油腔（24）的中部是油腔室（24E）；油腔室（24E）用于存储压力油；

[0016] 内环体（24B）的外壁与第二垫圈（27）的立柱（27B）的外壁配合，内环体（24B）的内壁与D环形油腔（25）的第一凸台体（25A）配合；

[0017] 外环体（24C）的外壁与箱体座（3）的内壁配合，外环体（24C）的内壁与D环形油腔（25）的第一凸台体（25A）配合；

[0018] D环形油腔（25）上设有第一凸台体（25A）、第二凸台体（25B）、第三凸台体（25C）、连接段（25D）；

[0019] 第一凸台体（25A）上设有凹槽，该凹槽用于放置第二密封圈（26）；第一凸台体（25A）上设有第三进油通道（25F），该第三进油通道（25F）与第二进油通道（25E）导通；第一凸台体（25A）与C环形油腔（24）的开口端通过第二密封圈（26）进行密封连接；

[0020] 第二凸台体（25B）上设有第二进油通道（25E）、第四进油通道（25G），且第二进油通道（25E）与第四进油通道（25G）导通；第二进油通道（25E）的端部安装有堵塞（29）；第四进油通道（25G）与第一进油通道（3A）导通；第二凸台体（25B）与箱体座（3）的第二凸台（32）通过第三密封圈（28）进行密封连接；

[0021] 第二凸台体（25B）与第三凸台体（25C）的接合处配合有第二垫圈（27）的底板（27A）；

[0022] 第三凸台体（25C）与连接段（25D）的接合处配合有B轴承（8）的外圈（8B）；

[0023] 连接段（25D）的外壁与箱体座（3）的内壁配合；

[0024] 第二垫圈（27）上设有底板（27A）和立柱（27B）；

[0025] 底板（27A）的一端与B轴承（8）的外圈（8B）配合，底板（27A）的另一端与D环形油腔（25）的第二凸台体（25B）的纵向端面配合；

[0026] 立柱（27B）的外壁前段与C环形油腔（24）的内环体（24B）的外壁配合，立柱（27B）的外壁后段与D环形油腔（25）的第二凸台体（25B）的横向端面配合。

[0027] 本发明装置的优点在于：

[0028] ①预压弹簧组件能够实现对A轴承4的压紧，使得轴承滚动体预紧力相同情况下的轴承预紧的油腔压力增大，这样便减小了C环形油腔24的底板24A受到主轴1向B向的作用力时的变形，从而提高了主轴1向B向右移动时的轴向刚度。

[0029] ②改进的轴承预紧装置一是作为D环形油腔25的支座和提供进油油路；二是作为B轴承8的支座，且可实现B轴承8的径向和主轴轴向定位。

[0030] ③D环形油腔25与箱体座3的连接既有径向圆柱面配合又通过螺钉从端面压紧，保证了连接可靠性和主轴轴向定位刚度。

[0031] ④采用单侧薄壁端面变形的C环形油腔24，其结构简化了油腔结构，便于油腔加工、安装及密封，更重要的是，这种结构使A轴承4的外圈端面与C环形油腔24的底板直接接触，当主轴1受到向B向的轴向力时，其轴向刚度不会因C环形油腔24的变形而削弱。

附图说明

[0032] 图1是目前双侧薄壁端面结构的轴承预紧装置。

[0033] 图1A是图1中的轴承预紧装置部分的放大图。

[0034] 图2是本发明的适用于精密机床主轴轴承预紧的装置。

[0035] 图2A是图2的轴向中心线的上半部分图。

[0036] 图2B是图2中的改进的轴承预紧装置部分的放大图。

[0037]1.主轴 2.锁紧螺母 2A.垫片
3.箱体座 3A.第一进油通道 31.第一凸台
32.第二凸台 4.A轴承 4A.内圈
4B.外圈 5.轴套 6.垫圈
7.端盖 8.B轴承 8A.内圈
8B.外圈 9.压紧环 11.A环形油腔
11A.底板 11B.内环体 11C.外环体
11E.油腔室 12.B环形油腔 12A.底板
12B.内环体 12C.外环体 12C.第二进油通道

[0038]12E.油腔室 13.第一密封圈 21.弹簧
22.弹簧座 22A.外环体 22B.内环体
22C.底板 23.压板 23A.板面
24.C环形油腔 24A.底板 24B.内环体
24C.外环体 24E.油腔室 25.D环形油腔
25A.第一凸台体 25B.第二凸台体 25C.第三凸台体
25D.连接段 25E.第二进油通道 25F.第三进油通道
25G.第四进油通道 26.第二密封圈 27.第二垫圈
27A.底板 27B.立柱 28.第三密封圈
29.堵塞

具体实施方式

[0039] 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

[0040] 参见图2、图2A、图2B所示，本发明的一种具有提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的装置，该装置包括有主轴1、锁紧螺母2、垫片2A、箱体座3、端盖7、压紧环9、预压弹簧组件和改进的轴承预紧装置；

[0041] 所述预压弹簧组件包括有弹簧21、弹簧座22和压板23；

[0042] 所述改进的轴承预紧装置包括有C环形油腔24、D环形油腔25、A轴承4、B轴承8、轴套5、第二垫圈27。

[0043] 在本发明中，所述改进的轴承预紧装置为单侧薄壁端面变形的环形油腔结构。

[0044] 预压弹簧组件

[0045] 弹簧座22上设有外环体22A、内环体22B、底板22C，弹簧座22的中心设有一空腔，该空腔用于放置弹簧21，外环体22A与箱体座3的内壁配合，底板22C与A轴承4的外圈4B的一端配合。A轴承4的外圈4B的另一端与C环形油腔24的底板24A配合。

[0046] 压板23套接在主轴1上，即主轴1穿过压板23的中心孔；压板23的板面23A的一端面与箱体座3的第一凸台31配合，压板23的板面23A的另一端面与弹簧座22的开口端配合。

[0047] 在本发明中，预压弹簧组件能够实现对A轴承4的压紧，使得轴承滚动体预紧力相同情况下的轴承预紧的油腔压力增大，这样便减小了C环形油腔24的底板24A受到主轴1向B向的作用力时的变形，从而提高了主轴1向B向右移动时的轴向刚度。

[0048] 改进的轴承预紧装置

[0049] C环形油腔24上设有底板24A、内环体24B、外环体24C，C环形油腔24的中部是油腔室24E；油腔室24E用于存储压力油；

[0050] 内环体24B的外壁与第二垫圈27的立柱27B的外壁配合，内环体24B的内壁与D环形油腔25的第一凸台体25A配合；

[0051] 外环体24C的外壁与箱体座3的内壁配合，外环体24C的内壁与D环形油腔25的第一凸台体25A配合；

[0052] 为了实现C环形油腔24与D环形油腔25的第一凸台体25A之间的密封，在C环形油腔24的内环体24B、外环体24C与D环形油腔25的第一凸台体25A的接合处安装有第二密封圈26；第二密封圈26置于第一凸台体25A上的凹槽里。

[0053] D环形油腔25上设有第一凸台体25A、第二凸台体25B、第三凸台体25C、连接段25D；

[0054] 第一凸台体25A上设有凹槽，该凹槽用于放置第二密封圈26；第一凸台体25A上设有第三进油通道25F，该第三进油通道25F与第二进油通道25E导通；第一凸台体25A与C环形油腔24的开口端通过第二密封圈26进行密封连接；

[0055] 第二凸台体25B上设有第二进油通道25E、第四进油通道25G，且第二进油通道25E与第四进油通道25G导通；第二进油通道25E的端部安装有堵塞29；第四进油通道25G与第一进油通道3A导通；第二凸台体25B与箱体座3的第二凸台32通过第三密封圈28进行密封连接；

[0056] 第二凸台体25B与第三凸台体25C的接合处配合有第二垫圈27的底板27A；

[0057] 第三凸台体25C与连接段25D的接合处配合有B轴承8的外圈8B；

[0058] 连接段25D的外壁与箱体座3的内壁配合。

[0059] 第二垫圈27为T形结构，第二垫圈27上设有底板27A和立柱27B；

[0060] 底板27A的一端与B轴承8的外圈8B配合，底板27A的另一端与D环形油腔25的第二凸台体25B的纵向端面配合；

[0061] 立柱27B的外壁前段与C环形油腔24的内环体24B的外壁配合，立柱27B的外壁后段与D环形油腔25的第二凸台体25B的横向端面配合。

[0062] 在本发明中，改进的轴承预紧装置一是作为D环形油腔25的支座和提供进油油路；二是作为B轴承8的支座，且可实现B轴承8的径向和主轴轴向定位。D环形油腔25与箱体座3的连接既有径向圆柱面配合又通过螺钉从端面压紧，保证了连接可靠性和主轴轴向定位刚度；采用单侧薄壁端面变形的C环形油腔24，其结构简化了油腔结构，便于油腔加工、安装及密封，更重要的是，这种结构使A轴承4的外圈端面与C环形油腔24的底板直接接触，当主轴1受到向B向的轴向力时，其轴向刚度不会因C环形油腔24的变形而削弱。

[0063] 在本发明中，箱体座3上设有第一进油通道3A，该第一进油通道3A与第四进油通道25G（设置在D环形油腔25上）导通。箱体座3的第一凸台31处用于放置预压弹簧组件，箱体座3的第二凸台32处用于放置改进的轴承预紧装置。

[0064] 在本发明中，主轴1从一端至另一端顺次穿过端盖7、压紧环9、B轴承8、轴套5、A轴承4、垫片2A和锁紧螺母2；主轴1与箱体座3之间安装有预压弹簧组件和改进的轴承预紧装置。

[0065] A轴承4与B轴承8之间通过轴套5、改进的轴承预紧装置隔开。

[0066] 本发明设计的一种提高可调轴承预紧力的精密机床主轴轴向刚度的结构装置，是通过在A轴承4的外圈4B的一侧添加一组预压弹簧，使得轴承滚动体预紧力相同情况下的轴承预紧的油腔压力增大，这样便减小了C环形油腔24的B向端面受到主轴向A向的作用力时的变形，从而提高了主轴向A向移动时的轴向刚度。这种方法结构简单，安装方便，背压弹簧力的大小可依照主轴轴向刚度的需要在设计阶段通过计算确定。