[发明专利]一种机床主轴轴承预紧力的动态调整装置和动态调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床主轴性能测试领域，具体是一种机床主轴轴承预紧力的动态调整装置和动态调整方法。

背景技术

机床主轴轴承的预紧力直接影响主轴系统的静力学特性、热力学特性和动力学特性。为了提高主轴系统的刚度和旋转精度等级，需要施加初始预紧力来减少滚动轴承大间隙引起的振动和噪声；但是，当通过增加预紧力来提高滚动轴承刚度时，滚珠和内外轨道的高接触压力会使油膜损坏且引起咬粘，从而降低轴承寿命，特别是当主轴高速旋转时，由于离心力和发热作用的影响，轴承内部载荷急剧增大，过大的预紧力会缩短轴承的寿命。因此，在实际运行过程中，如何快速、准确地根据工况条件动态调整主轴轴承预紧力大小尤为重要。

目前，对主轴轴承预紧力调整的方法主要有：利用液压装置调节预紧力、利用离心装置调节预紧力和利用可调整机械结构(调节螺栓)调节预紧力等。液压调整装置结构复杂、成本高，并且在实际安装时该装置与主轴系统的集成和连接较困难，且液压系统在实际使用中易发生液体泄露等问题。使用弹性元件(弹力环)在主轴高速运转离心力作用下调节轴承预紧力，可以随着转速变化实时调节，结构简单，但是该方法不易精确控制，预紧力的调节精度低。

申请号201510352514.8公开了一种电主轴外部可调定压预紧装置，包括壳体、轴承支承系统和预紧调节系统；轴承支承系统由轴承、内外隔圈、轴承座、直线轴承、紧固螺栓等构成；预紧调节系统由弹簧挡板、螺栓、连接板、调节螺栓构成；弹簧挡板安装在壳体内部，弹簧挡板耳部通过螺栓连接到连接板上，调节螺栓通过连接板中孔伸出电主轴后盖；工作时通过旋转调节螺栓改变内部弹簧挡板对弹簧的作用力，从而实时调节施加给轴承的预紧力。该方法结构设计简单，避免了外置液压调节装置，实用性强，但是该方法只能依靠经验定性判断特定工况下预紧力是否合适。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种机床主轴轴承预紧力的动态调整装置和动态调整方法。该方法只需控制电磁铁外部线圈通电电流的大小，就可以改变电磁力的大小，最终实现可动态调整轴承预紧力，使主轴在连续完成一系列低速大转矩切削运动和高速大功率小转矩切削运动时，在高速段温度许可的范围内尽量提高轴承预紧力，在低速段须考虑轴承的疲劳寿命，有效减小轴承内部发热，提高主轴旋转精度和寿命。

本发明解决所述装置问题的技术方案是，提供一种机床主轴轴承预紧力的动态调整装置，主轴系统包括主轴、内套筒、外套筒、壳体、前轴承和后轴承；所述前轴承和后轴承同向面对面安装在主轴中部，内套筒和外套筒安装在前轴承和后轴承之间，内套筒分别与前轴承和后轴承的内圈接触，外套筒分别与前轴承和后轴承的外圈接触；前轴承与后轴承的轴肩与壳体固定；其特征在于该装置包括力传感器、固定部件、电磁铁、镶套、移动部件、端盖、垫片、定压预紧弹簧和支撑块；

所述固定部件与主轴连接，固定部件与壳体之间存在间隙；所述支撑块与主轴连接；所述电磁铁与镶套固定连接，形成组合体；所述镶套嵌套在主轴上，并与固定部件连接；所述垫片安装在后轴承外圈上；所述移动部件插入到支撑块和镶套之间，两表面分别与支撑块和镶套接触，移动部件可以沿主轴轴向移动，镶套的另一端是移动部件向靠近后轴承方向运动的极限位置；所述定压预紧弹簧穿过固定部件的通孔，一端与垫片接触，另一端与移动部件接触；所述端盖与壳体连接，是移动部件沿远离轴承方向运动的极限位置；所述力传感器安装在后轴承外圈上，与垫片接触。

本发明解决所述方法问题的技术方案是，提供一种机床主轴轴承预紧力的动态调整方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将固定部件安装到主轴上，固定部件与主轴紧密连接；

(2)将支撑块与主轴紧密连接，确保不发生滑动；

(3)将电磁铁与镶套紧密连接，形成组合体，再将组合体嵌套在主轴上，当镶套与固定部件接触时，旋转组合体，使镶套一端上的螺纹与固定部件的卡槽上的螺纹紧密连接，拧紧后，组合体与壳体之间有间隙，且与固定部件等高；

(4)将定压预紧弹簧放入固定部件的通孔中，定压预紧弹簧的一端与垫片接触，定压预紧弹簧的另一端留有余量；

(5)将移动部件从支撑块和镶套之间的缝隙插入，确保移动部件与定压预紧弹簧接触，移动部件可以沿主轴轴向移动，镶套另一端是移动部件向靠近后轴承方向运动的极限位置；

(6)拧上端盖，端盖与壳体采用螺纹连接，端盖是移动部件向远离后轴承方向运动的极限位置；

(7)安装完成后，根据公式1，计算出预紧力；