立式加工中心主轴箱的装配结构

摘要

立式加工中心主轴箱的装配结构，包括主轴箱、分体式结构的主轴连接板，分为主轴箱连接板和主轴伺服电机连接板；主轴箱连接板中心位置设圆形通孔，圆形通孔的上、下端位置的孔径均大于其中间位置的孔径；主轴伺服电机连接板为圆柱体，中心位置设与其同轴的圆形通孔，外周面设为一级阶梯状，且上部外径小于下部外径；主轴箱连接板圆形通孔的中部圆形周面与主轴伺服电机连接板下端外周面过盈配合。其能够分别调整主轴连接板与主轴箱以及主轴连接板与主轴之间的装配精度，显著缩小主轴与主轴伺服电机装配后的同轴度误差，主轴转速提高到2万转，不对主轴伺服电机的使用寿命产生显著影响，主轴噪音分贝值明显减小，主轴箱振动情况明显改善。

权利要求

1.立式加工中心主轴箱的装配结构，包括主轴箱、立柱、主轴箱驱动组件、主轴连接板；

在主轴箱上其与立柱配合的一端设有主轴箱装配基座，主轴箱装配基座的中心位置设置主轴箱驱动连接部，所述主轴箱驱动连接部与所述主轴箱驱动组件配合连接；主轴连接板固定在主轴箱上，主轴箱通过主轴连接板与主轴伺服电机配合，其特征是： 所述主轴连接板为分体式结构，分为主轴箱连接板和主轴伺服电机连接板：所述主轴箱连接板呈方形，其中心位置设有圆形通孔，该圆形通孔的上、下端位置的孔径均大于其中间位置的孔径；所述主轴箱连接板固定在所述主轴箱上；

所述主轴伺服电机连接板为圆柱体，在其中心位置设置与其同轴的圆形通孔，其外周面设置为一级阶梯状，且上部外径小于下部外径；

所述主轴箱连接板上圆形通孔的中部圆形周面与所述主轴伺服电机连接板下端外周面过盈配合。

2.根据权利要求1所述的立式加工中心主轴箱的装配结构，其特征是：所述主轴箱连接板上圆形通孔中部圆形周面的轴向尺寸小于所述主轴伺服电机连接板下端段的轴向尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的立式加工中心主轴箱的装配结构，其特征是：在立柱上其与主轴箱配合端面的两个垂向边缘处分别设置垂向延伸的凸台，在所述凸台上分别固定设置一条线型轨道；

在所述主轴箱装配基座端面的两垂向边缘分别设置垂向延伸的凹槽，装配时所述两凹槽分别与所述立柱上的两凸台对应，所述凹槽的宽度不小于所述凸台的宽度；

在所述的两凹槽内对称固定设置导向滑块，所述导向滑块与对应的线型轨道配合。

4.根据权利要求3所述的立式加工中心主轴箱的装配结构，其特征是：所述导向滑块的数目为四个，分别固定设置在所述凹槽的上、下两端位置处。

5.根据权利要求3所述的立式加工中心主轴箱的装配结构，其特征是：所述导向滑块的数目为六个，分别固定设置在所述凹槽的上、下两端位置处以及每一个凹槽的垂向中心位置处。

说明书

立式加工中心主轴箱的装配结构

技术领域

[0001] 本发明属于机床加工机械的技术领域，具体涉及立式加工中心主轴箱的装配结构。

背景技术

[0002] 主轴箱是加工中心的重要组成部分，主轴箱的一端与立柱配合，使主轴箱能够相对立柱滑动，另一端为自由端，且该端上安装有主轴、主轴伺服电机。

[0003] 目前主轴箱为铸件成型，主轴箱上端面预留设置有安装主轴伺服电机的槽孔。目前采取的方式是在该槽孔内固定安装一个一体成型的主轴安装板，来实现主轴箱与主轴伺服电机的配合连接。该种配合方式对主轴箱以及主轴安装板的加工精度要求均很高，而且对二者的装配精度要求也很高。受目前装配工艺的限制，主轴与主轴伺服电机的装配同轴度精度的幅度区间较大，使机床主轴转速受到制约。目前存在的高转速机床因为装配精度问题，经常会导致主轴伺服电机毁坏。

[0004] 目前，主轴箱与立柱是通过硬轨结构配合，硬轨结构配合的接触面为面接触形式，相对移动时摩擦力较大，驱动耗能多而且柜面磨损严重，需经常更换，增加生产成本。主轴箱安装在立柱上，形成悬臂结构，且主轴安装在主轴箱的自由端，该自由端背离主轴箱与立柱的连接端，主轴箱以及主轴的伺服驱动电机的重量均很大，主轴箱自由端将承受很大的作用力，严重影响了悬臂连接结构下立柱与主轴箱的配合可靠性，导致加工过程中主轴箱受到的作用力不稳定，主轴工作不稳定，加工过程中会产生振动，加工精度不能够保证，同时还导致硬轨轨面磨损不均，增大了磨损更换频次。悬臂结构以及面接触轨道，导致不同进给速度下主轴箱两端受力不稳定，特别是低速重切削时，主轴振动非常明显，严重影响加工精度。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种新型立式加工中心主轴箱的装配结构，其通过改变主轴连接板的结构形式，提高装配的同轴精度，实现高转速工作下，主轴伺服电机正常运转，使用寿命不会受到影响。

[0006] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

[0007] 立式加工中心主轴箱的装配结构，包括主轴箱、立柱、主轴箱驱动组件、主轴连接板，在主轴箱上其与立柱配合的一端设有主轴箱装配基座，主轴箱装配基座的中心位置设置主轴箱驱动连接部，所述主轴箱驱动连接部与所述主轴箱驱动组件配合连接，主轴连接板固定在主轴箱上，主轴箱通过主轴连接板与主轴伺服电机配合，所述主轴连接板为分体式结构，分为主轴箱连接板和主轴伺服电机连接板；所述主轴箱连接板呈方形，其中心位置设有圆形通孔，该圆形通孔的上、下端位置的孔径均大于其中间位置的孔径，所述主轴箱连接板固定在所述主轴箱上；所述主轴伺服电机连接板为圆柱体，在其中心位置设置与其同轴的圆形通孔，其外周面设置为一级阶梯状且上部外径小于下部外径；所述主轴箱连接板上圆形通孔的中部圆形周面与所述主轴伺服电机连接板下端外周面过盈配合。

[0008] 进一步，所述主轴箱连接板上圆形通孔中部圆形周面的轴向尺寸小于所述主轴伺服电机连接板下端段的轴向尺寸。

[0009] 进一步，在立柱上其与主轴箱配合端面的两个垂向边缘处分别设置垂向延伸的凸台，在所述凸台上分别固定设置一条线型轨道，在所述主轴箱装配基座端面的两垂向边缘分别设置垂向延伸的凹槽，装配时所述两凹槽分别与所述立柱上的两凸台对应，所述凹槽的宽度不小于所述凸台的宽度，在所述的两凹槽内对称固定设置导向滑块，所述导向滑块与对应的线型轨道配合。

[0010] 进一步，所述导向滑块的数目为四个，分别固定设置在所述凹槽的上、下两端位置处。

[0011] 进一步，所述导向滑块的数目为六个，分别固定设置在所述凹槽的上、下两端位置处以及每一个凹槽的垂向中心位置处。

[0012] 本发明的有益效果是：

[0013] (1)其将现有主轴连接板设置为分体式结构后，能够分别调整主轴连接板与主轴箱以及主轴连接板与主轴之间的装配精度，显著缩小主轴与主轴伺服电机的装配误差幅度区间，将主轴与主轴伺服电机的同轴度控制在很小的范围内，实现主轴可达2万转的高速加工时，不会对主轴伺服电机的使用寿命产生显著影响。利于安装，容易保证安装的配合精度，通过实验对比：分体式结构的主轴噪音分贝值明显减小，主轴箱振动情况明显改善，且加工出部件的尺寸精度及光洁度有所提高。

[0014] (2)其通过采用线型轨道来替代硬轨连接，改善了主轴箱相对立柱的移动形式，不仅减小磨擦作用力，而且在悬臂结构状态下能够确保固定在主轴箱装配基座之上、下端位置的导向滑块受到基本一致的摩擦力，进而保证不同进给速度下主轴箱受到阻力的大小基本稳定，明显减小主轴箱进给加工时的振动幅度及频率，提高机床整机的加工精度。选用的六个导向滑块相对于四个导向滑块的装配结构而言能够提高线型轨道及导向滑块的寿命，减少成本。因为在四个导向滑块的装配结构下，受到悬臂梁结构影响较六个导向滑块的装配结构下更明显：四个导向滑块的装配结构下主轴箱装配端受到两侧作用力，即上端位置导向滑块受到的拉力与下端位置导向滑块受到的压力，它们与主轴箱自身重力以及伺服驱动电机的重力平衡，拉力以及压力的大小与总体重力相当，六个导向滑块的装配结构下主轴箱装配端受到三侧作用力，位于中间的导向滑块能够平衡导向滑块受到的拉力或压力，即减小导向滑块与线型轨道的作用力，减小摩擦，延长导向滑块与线型轨道的寿命。进行加工时，四个导向滑块的装配结构下，位于上、下端的导向滑块受到的作用力相对它们静态下的差量幅度大，六个导向滑块的装配结构下，中间的两导向滑块能够平衡上、下端的导向滑块受到的作用力，减小它们在静态与动态下的差量幅度，减小悬臂梁结构对导向滑块受力均衡性的影响，减小加工状态下主轴箱的振动情况，提高主轴的加工精度。

[0015] 总之，通过改变主轴连接板的结构形式，提高了主轴伺服电机与主轴的装配同轴精度，减轻主轴箱振动，利于提高加工精度，同时又通过改变主轴箱与立柱的配合轨道形式，减缓悬臂梁结构对主轴箱振动情况的影响，提高轨道的寿命及加工精度。

附图说明

[0016] 图1为本发明所涉及立式加工中心主轴箱配合部分主视结构示意图；

[0017] 图2为本发明所涉及立式加工中心主轴箱配合部分俯视结构示意图；

[0018] 图3为本发明所涉及主轴连接板的俯视结构示意图：

[0019] 图4为图3的横向截面结构示意图；

[0020] 图中：1主轴箱、2立柱、3主轴箱驱动组件、4主轴连接板、41主轴箱连接板、42主轴伺服电机连接板、5主轴伺服电机、6主轴箱装配基座、7主轴箱驱动连接部、8线型轨道、9导向滑块。

具体实施方式

[0021] 为便于理解本发明的技术方案，下面结合附图对其中所涉及的技术内容作进一步说明。

[0022] 在对本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”“上”、“下”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

[0023] 如图1至图4所示，

[0024] 立式加工中心主轴箱的装配结构，包括主轴箱1、立柱2、主轴箱驱动组件3、主轴连接板4，在主轴箱1的左端设有主轴箱装配基座6，所述主轴箱装配基座6的中心位置设置主轴箱驱动连接部7，所述主轴箱驱动连接部7与所述主轴箱驱动组件3配合连接。所述主轴连接板4固定在主轴箱1上，所述主轴箱1通过所述主轴连接板4与主轴伺服电机5配合。

[0025] 所述主轴连接板4为分体式结构，分为主轴箱连接板41和主轴伺服电机连接板42。所述主轴箱连接板41呈方形，其中心位置设有圆形通孔，该圆形通孔的上、下端位置的孔径均大于其中间位置的孔径，圆形通孔的轴线与所述主轴箱连接板41中心位置的垂线重合。
需要说明的是该处的孔径差通过机械加工精度实现。所述主轴箱连接板41的四个边角位置设装配螺孔，所述主轴箱连接板41螺栓固定在所述主轴箱1上。所述主轴伺服电机连接板42为圆柱体，在其中心位置设置与其同轴的圆形通孔，其外周面设置为一级阶梯状，且上部外径小于下部外径。所述主轴箱连接板41上圆形通孔的中部圆形周面与所述主轴伺服电机连接板42下端外周面过盈配合。所述主轴箱连接板41上圆形通孔中部圆形周面的轴向尺寸小于所述主轴伺服电机连接板42下端段的轴向尺寸。如图3、图4所示。

[0026] 在立柱2上其与主轴箱1配合端面(即立柱2的右端面)的两个垂向边缘(前边缘与后边缘)处分别设置垂向延伸的凸台，在所述凸台上分别固定设置一条线型轨道8。在所述主轴箱装配基座6端面(为左端面)的两垂向边缘分别设置垂向延伸的凹槽。装配时所述两凹槽分别与所述立柱2上的两凸台对应，所述凹槽的宽度不小于所述凸台的宽度，在所述的两凹槽内对称固定设置导向滑块9，所述导向滑块9与对应的线型轨道8配合。

[0027] 其通过采用线型轨道8来替代硬轨连接，改善了主轴箱1相对立柱2的配合形式，不仅减小磨擦作用力，而且在悬臂结构状态下能够确保固定在主轴箱装配基座6之上、下端位置的导向滑块9受到基本一致的摩擦力，进而保证不同进给速度下主轴箱1受到阻力的大小基本稳定，明显减小主轴箱1进给加工时的振动幅度及频率，提高机床整机的加工精度。

[0028] 所述导向滑块9的数目可以为四个，此时四个导向滑块9分别固定设置在所述凹槽的上、下两端位置处(即所述主轴箱装配基座6左端面的四角位置)。为提高配合效果同时减小悬臂梁结构的影响，所述导向滑块9的数目可为六个，此时导向滑块9分别固定设置在所述凹槽的上、下两端位置处以及每一个凹槽的垂向中心位置处，如图1。

[0029] 选用的六个导向滑块9的装配结构相对于四个导向滑块9的装配结构而言能够提高线型轨道及导向滑块的寿命，减少成本。因为在四个导向滑块9的装配结构下，受到悬臂梁结构影响较六个导向滑块9的装配结构下更明显：即四个导向滑块9的装配结构下主轴箱1左端受到上、下两侧作用力，即上端位置导向滑块9受到的拉力与下端位置导向滑块受到的压力，它们与主轴箱自身重力以及主轴伺服电机5的重力平衡。此时拉力以及压力的大小与总体重力相当。六个导向滑块9的装配结构下主轴箱1左端受到三侧作用力，位于中间的导向滑块9能够平衡导向滑块9受到的拉力或压力，即减小导向滑块9与线型轨道8的作用力，减小摩擦，延长导向滑块9与线型轨道8的寿命。进行加工时，四个导向滑块9的装配结构下，位于上、下端的导向滑块9受到的作用力相对它们静态下的差量幅度大，六个导向滑块9的装配结构下，中间的两导向滑块9能够平衡上、下端的导向滑块9受到的作用力，减小它们在静态与动态下的差量幅度，减小悬臂梁结构对导向滑块9受力均衡性的影响，减小加工状态下主轴箱2的振动情况，提高主轴的加工精度。

[0030] 采用线型轨道8与导向滑块9的配合形式下，主轴箱1采铸件结构：首先根据具体型号确定导向滑块9的具体位置，木模图绘出制作木模，木模制作完成后检验合格后转交铸造。铸造过程要充分考虑其材质、硬度要求。铸造完成后，检验合格转交机械加工，在加工过程中要注意相关的尺寸精度和形位精度。加工完成检验合格后进行装配，装配过程中要注意各个导向滑块9充分接触所述主轴箱装配基座6的左端面，避免装配固定不牢固以及有过大间隙。同时，校正主轴与线型轨道8运行轨迹的平行度在0.01mm内，最后进行测试实验。极限测试中的结果表明：六导向滑块9的主轴箱1装配结构，在切削时主轴箱1的变形量在2微米以内，而采用四导向滑块9的装配结构，在同样的极限测试条件下其变化量在10微米内。在大进给量的加工过程中，六导向滑块9的主轴箱1装配结构下(进给量达到6mm左右)的加工效率比四导向滑块9的主轴箱12装配结构下(进给量达到2mm左右)的加工效率提高近3倍。

[0031] 除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。