本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，特別涉及帶有預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置的機(jī)床主軸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

數(shù)控機(jī)床主軸軸承預(yù)緊力的大小對高速機(jī)床主軸動(dòng)態(tài)特性有重要影響。目前主軸預(yù)緊方法主要有定位預(yù)緊和定壓預(yù)緊，其預(yù)緊力的大小是兼顧低速大轉(zhuǎn)矩和高速大功率兩方面因素而綜合確定的。對于低速段，預(yù)緊力偏小，系統(tǒng)抵抗受迫振動(dòng)與自激振動(dòng)能力較弱，往往表現(xiàn)出工件已加工的表面上殘留的振紋較明顯。對于高速段，預(yù)緊力又偏大，導(dǎo)致軸承溫度過高，縮短了軸承的使用壽命，降低主軸回轉(zhuǎn)精度。因此，如果主軸軸承的預(yù)緊力能隨主軸轉(zhuǎn)速的變化而變化，不僅可望獲得高品質(zhì)的動(dòng)力學(xué)性能，而且還可以大幅延長軸承壽命。

如圖1所示的德國GMN公司使用主軸軸承預(yù)緊力測試機(jī)構(gòu)，其前后軸承采用整體“背對背”形式，在后端軸承和軸承座之間設(shè)計(jì)一拉套，該拉套分別與軸承外圈和軸承座內(nèi)圈配合。在拉套和軸承座之間的封閉空腔內(nèi)通入壓力油，推動(dòng)拉套進(jìn)而拉動(dòng)軸承外圈，使軸承的內(nèi)、外圈之間發(fā)生相對位移，進(jìn)而調(diào)節(jié)預(yù)緊力。該測試機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是由于主軸預(yù)緊載荷分為輕載、中載及重載幾種工況，其預(yù)緊載荷在0～2500N以內(nèi)，所需液壓壓力在0～1MPa之間，該區(qū)間處于液壓閥的非線性區(qū)內(nèi)，使得所調(diào)節(jié)的預(yù)緊力難以控制和測量，也就不能夠準(zhǔn)確調(diào)節(jié)對于主軸的預(yù)緊力。

如圖2所示的浙江大學(xué)姜春發(fā)明的預(yù)緊力控制結(jié)構(gòu)，其是一中空密閉的圓環(huán)形構(gòu)件，圓環(huán)兩端面焊接有金屬彈性薄膜，空腔內(nèi)充滿液體塑料，推動(dòng)彈性薄膜膨脹或收縮，對軸承外圈能夠施加不同的預(yù)緊力。該控制結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是需要對軸承套打孔，因此如果軸承套外部設(shè)置有復(fù)雜零部件時(shí)，則需要對整個(gè)主軸的結(jié)構(gòu)作出很大的改動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種帶有預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置的機(jī)床主軸系統(tǒng)包括：

主軸；

間隔地套設(shè)于所述主軸上的第一滾珠軸承和第二滾珠軸承；

套設(shè)于所述主軸上且位于所述第一滾珠軸承和所述第二滾珠軸承之間的內(nèi)隔套，所述內(nèi)隔套的兩端分別抵觸在所述第一滾珠軸承的內(nèi)圈和所述第二滾珠軸承的內(nèi)圈上；

環(huán)繞所述主軸且和所述第一滾珠軸承的外圈以及所述第二滾珠軸承的外圈均貼合的冷卻套；

設(shè)置于所述冷卻套上的用于推動(dòng)所述第一滾珠軸承的外圈軸向運(yùn)動(dòng)的活塞元件；

設(shè)置于所述冷卻套上的用于獲取所述第二滾珠軸承的外圈所承受載荷的壓力測定元件。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述冷卻套位于所述第一滾珠軸承和所述第二滾珠軸承之間的部分具有向內(nèi)的收窄段，所述收窄段和所述第一滾珠軸承的外圈之間形成第一間隙，所述收窄段和所述第二滾珠軸承的外圈之間形成第二間隙；所述活塞元件設(shè)置于所述冷卻套上且位于所述第一間隙中；所述壓力測定元件設(shè)置于所述冷卻套上且位于所述第二間隙中。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述的帶有預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置的機(jī)床主軸系統(tǒng)還包括：

氣壓單元；

氣液轉(zhuǎn)換單元，能夠?qū)⑺鶜鈮簡卧妮敵鰵鈮恨D(zhuǎn)化為液壓，并以該液壓控制所述活塞元件運(yùn)動(dòng)；

控制單元，預(yù)存有主軸轉(zhuǎn)速相匹配的最佳預(yù)緊載荷數(shù)值，其能夠比較壓力測定元件獲取的載荷數(shù)值和預(yù)緊載荷數(shù)值，并向氣壓單元發(fā)出輸出控制信號(hào)。

本發(fā)明提供的帶有預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置的機(jī)床主軸系統(tǒng)通過將第一滾珠軸承和活塞元件接觸，第二滾珠軸承、壓力測量元件和冷卻套定位，通過液壓推動(dòng)第一滾珠軸承外圈，然后將該載荷傳導(dǎo)至第二滾珠軸承的外圈，并且被壓力測定元件獲取?？刂茊卧鶕?jù)獲取的載荷值，將其與預(yù)設(shè)的載荷值對比，然后進(jìn)一步通過氣壓單元和氣液轉(zhuǎn)換單元調(diào)整活塞元件的位置，改變施加于第一滾珠軸承外圈的載荷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的主軸轉(zhuǎn)速對主軸軸承進(jìn)行預(yù)緊。

本發(fā)明能夠較方便地將現(xiàn)有的主軸系統(tǒng)改造為帶有預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置的機(jī)床主軸系統(tǒng)，除了冷卻套及活塞元件需要另外加工，對其它主軸部件和結(jié)構(gòu)不需要作出其它改變，并且對于任意的軸承配置方式，例如“背對背”、“面對面”、“串聯(lián)”，本發(fā)明都可以對其進(jìn)行預(yù)緊載荷測量和控制。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中主軸軸承預(yù)緊力測試機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)緊力控制結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3為發(fā)明提供的帶有預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置的機(jī)床主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明控制單元的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。雖然附圖中顯示了本公開示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹的理解本發(fā)明，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

參照圖3，本發(fā)明一實(shí)施方式提供的帶有預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置的機(jī)床主軸系統(tǒng)包括主軸1、第一滾珠軸承2和第二滾珠軸承3、內(nèi)隔套4、冷卻套5、活塞元件6以及壓力測定元件7。該主軸系統(tǒng)以主軸1的中心線對稱，因此圖3僅顯示出該系統(tǒng)上半部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

第一滾珠軸承2和第二滾珠軸承3間隔地套設(shè)于主軸1上。內(nèi)隔套4套設(shè)于主軸1上且位于第一滾珠軸承2和所述第二滾珠軸承3之間，內(nèi)隔套4的兩端分別抵觸在第一滾珠軸承2的內(nèi)圈和所述第二滾珠軸承3的內(nèi)圈上。冷卻套5環(huán)繞主軸1且其內(nèi)圓面和第一滾珠軸承2的外圈以及第二滾珠軸承3的外圈均貼合?；钊?設(shè)置于冷卻套5上，并且其能夠在微笑的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以推動(dòng)第一滾珠軸承2的外圈軸向運(yùn)動(dòng)的。壓力測定元件7設(shè)置于冷卻套5上且能夠獲取第二滾珠軸承2的外圈所承受載荷。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，冷卻套5位于第一滾珠軸承2和第二滾珠軸承3之間的部分具有向內(nèi)的收窄段，該收窄段和第一滾珠軸承2的外圈之間形成第一間隙，該收窄段和第二滾珠軸承3的外圈之間形成第二間隙?；钊?設(shè)置于冷卻套5上且位于第一間隙中。壓力測定元件7設(shè)置于冷卻套5上且位于第二間隙中。

結(jié)合圖4所示的為本發(fā)明控制單元的示意圖，活塞元件6與冷卻套5配合，其通過氣液轉(zhuǎn)換單元8輸入液壓油。活塞元件6的兩端裝有密封圈，用于液壓油密封。第一滾珠軸承2的內(nèi)圈通過鎖緊螺母9固定于主軸1上。

使用時(shí)，活塞元件6向右移動(dòng)推動(dòng)第一滾珠軸承2的外圈向右移動(dòng)，第一滾珠軸承2的外圈產(chǎn)生的載荷通過自身的滾珠、軸承內(nèi)圈、內(nèi)隔套4、第二滾珠軸承3的內(nèi)圈、滾珠、軸承外圈，最終將預(yù)緊載荷作用于壓力測定元件7。壓力測定元件7將所測載荷經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換輸入控制單元。當(dāng)活塞元件6向右微動(dòng)，則會(huì)推動(dòng)第一滾珠軸承2外圈發(fā)生微動(dòng)，使軸承外圈和內(nèi)隔圈之間產(chǎn)生相對位移，增大預(yù)緊力。當(dāng)活塞元件6向左微動(dòng)，則由于第一滾珠軸承2的滾珠處于彈性形變范圍，滾珠擴(kuò)張，軸承外圈也會(huì)隨之發(fā)生微動(dòng)，使內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對位移，減小預(yù)緊力。

控制單元對壓力測定元件7所測載荷進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，與數(shù)據(jù)庫中預(yù)存的當(dāng)前轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最佳預(yù)緊載荷數(shù)值進(jìn)行比較之后，輸出調(diào)整信號(hào)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電壓值，輸入氣壓單元的氣動(dòng)減壓閥，氣動(dòng)減壓閥調(diào)節(jié)進(jìn)入氣液轉(zhuǎn)換單元的壓力，而氣液轉(zhuǎn)換單元將氣壓壓力轉(zhuǎn)換為液壓壓力并輸入液壓油腔，使活塞元件6向右微動(dòng)或向左微動(dòng)，從而使第一滾珠軸承2外圈相對于自身的內(nèi)圈產(chǎn)生一定的相對位移，進(jìn)而獲得所需的最佳預(yù)緊量。

最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制性的。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。