CN107598192B - 数控机床主轴箱系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床主轴箱系统，包括箱体和主轴；还包括轴承密封系统，轴承预紧消隙装置，以及轴承润滑系统。本数控机床主轴箱系统的轴承密封系统既能对轴承起到防尘防污保护作用，还能对轴承内圈及主轴起到降温冷却作用，可提高主轴和轴承内圈刚度，保持主轴回转精度。且轴承预紧消隙装置能自动消除轴承磨损产生的间隙，使得第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的刚性大大增强，能很大的提高主轴系统的刚性，提高主轴回转精度和机床加工精度。

Description

数控机床主轴箱系统

技术领域

本发明涉及机床技术领域，特别涉及一种数控机床的主轴箱。

背景技术

主轴箱是机床的重要的部件，其包括箱体、主轴部件等。主轴部件通常由主轴、轴承和传动件(齿轮或带轮)等组成。主轴在机床中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩、带动工件或刀具旋转等，用作高精度加工的数控机床，对主轴部件的质量要求很高。

机床在加工过程中主轴径向受力大，而轴向受力相对较小，所以支承主轴的径向轴承受力能力非常关键。现有技术中常采用深沟球轴承支承主轴，因轴承原因导致加工精度降低的因素主要有：

1、轴承的内圈和外圈与钢球之间存在间隙，使得当主轴受径向力时，主轴中心会产生偏移，降低加工精度。

2、轴承磨损，导致轴承间隙增大，降低加工精度。

3、轴承高速运动，温度升高，导致轴承刚性降低，影响加工精度。

而主轴的刚性也是影响机床加工精度的重要因素。在加工中，切削金属会产生大量热量，切削热部分被冷却液带走，而部分会传递给主轴，导致主轴温度升高，主轴升温会降低主轴刚性，也会影响加工精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种数控机床主轴箱系统，以解决轴承间隙、轴承磨损、轴承及主轴升温等导致机床加工精度降低的技术问题。

本发明数控机床主轴箱系统，包括箱体和主轴；其特征在于：所述箱体的内侧面上形成有轴承座，所述主轴的前端通过两个深沟球轴承安装于箱体内侧的轴承座上，所述两个深沟球轴承中的第一深沟球轴承靠近箱体中部，第二深沟球轴承靠近箱体外侧；所述主轴的后端通过角接触轴承安装在箱体上；

还包括轴承密封系统，所述轴承密封系统包括通过螺栓连接在轴承座端面上的轴承盖，所述轴承盖上设置有压在第一深沟球轴承上的环形凸台，轴承盖的中部具有与主轴配合的轴套部，所述轴套部内设置有用于密封轴套部与主轴间间隙的第一密封圈，轴套部的端面上设置有防止第一密封圈脱落的第一端盖；所述箱体上与主轴前端配合的轴孔壁上设置有第二密封圈，所述第二密封圈用于密封主轴前端与箱体上轴孔之间的间隙，箱体端面上设置有固定第二密封圈的第二端盖；所述箱体上与第二深沟球轴承的内圈相对的部位上设置有第三密封圈，所述第三密封圈用于密封箱体与第二深沟球轴承端面间的间隙；所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈为V形密封圈；

所述轴承密封系统还包括气压密封系统，所述气压密封系统包括空气压缩机、与空气压缩机连接的空气净化器、与空气净化器连接的空气干燥器、与空气干燥器连接的气体稳压罐、与气体稳压罐连接的第一调压阀、与第一调压阀连接的进气接头，所述进气接头包括环形管、设置在环形管上与第一调压阀连通的进气嘴、以及均匀布置在环形管上的若干个出气嘴，所述出气嘴安装在轴承盖上，且出气嘴与第一深沟球轴承的内圈端面正对；所述主轴上设置有第一环形导气槽和第二环形导气槽，第一环形导气槽靠近第一深沟球轴承端面与轴承盖之间的间隙，第二环形导气槽靠近第二深沟球轴承端面与箱体之间的间隙；所述主轴的表面上还设置有连通第一环形导气槽和第二环形导气槽的轴向导气槽，所述轴向导气槽沿主轴圆周方向均匀布置若干条；

所述数控机床主轴箱系统还包括轴承预紧消隙装置，所述轴承预紧消隙装置包括设置在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承之间的隔环，所述隔环的两侧面分别贴在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的外圈端面上；所述轴承预紧消隙装置还包括分别设置在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承内圈端面上的左永磁环体和右永磁环体，所述左永磁环体和右永磁环体的相对面为同名磁极，且左永磁环体和右永磁环体的相对部还嵌在同一弹性密封环套中；所述第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的内圈在左永磁环体和右永磁环体的排斥力作用下压靠在钢球上，使第一深沟球轴承的外圈、钢球和内圈三者间直接接触，并使第二深沟球轴承的外圈、钢球和内圈三者间直接接触；

所述数控机床主轴箱系统还包括轴承润滑系统，所述轴承润滑系统包括油箱、滤油器、油泵、冷却器、第二调压阀、进油嘴、以及出油嘴，所述滤油器的进油口与油箱连接，滤油器的出油口与油泵的进油端连接，油泵的出油端与冷却器的进油口连接，冷却器的出油口与第二调压阀连接，所述进油嘴安装在轴承座的顶部上，进油嘴用于将润滑油送入轴承内，所述出油嘴安装在轴承座的底部上，出油嘴用于将润滑油接回油箱；所述隔环的上半部和下半部分别设置有相互分离的上弧形油槽和下弧形油槽，隔环上还设置有沿径向贯穿隔环的油孔，所述油孔的上端和下端分别位于上弧形油槽和下弧形油槽中，所述轴承座上设置有与上弧形油槽连通的进油通道和与下弧形油槽连通的出油通道，所述进油嘴安装在进油通道上，所述出油嘴安装在出油通道上。

进一步，所述弹性密封环套由丁腈橡胶制成。

本发明的有益效果：

1、本发明数控机床主轴箱系统，其设置的轴承密封系统能将压缩空气引入到轴套部与主轴间间隙处、以及主轴前端与箱体上轴孔之间的间隙处，在机床工作时，压缩空气的压力将第一密封圈和第二密封圈的密封唇推离主轴，同时将第三密封圈的密封唇推力第二深沟球轴承的端面，使得主轴的摩擦阻力得到减小，并能延长密封圈的使用寿命。且压缩空气还能阻止外界污染物如粉尘、冷却水等进入轴承内；当机床停机后，密封圈的密封唇回弹压在主轴上，从而在静态下也能防止粉尘、水汽等进入轴承内；因此该轴承密封系统能对轴承内摩擦副起良好的保护作用，可延长轴承寿命。

并且压缩空气在从主轴上轴向导气槽同向主轴前端与箱体上轴孔之间的间隙处的过程中，能将切削加工传递到主轴的热量带走，从而能对主轴进行降温，保持主轴刚性，保持机床加工精度。并且现有技术中对轴承的冷却通常都是向轴承内导入润滑油，这种冷却方式不能阻止主轴上的热量向轴承内圈传递，使得轴承内圈温度受主轴影响大，当轴承内圈温度升高时，轴承内圈刚度会降低，这回导致主轴系统刚度降低，进而降低加工精度。而本轴承密封系统中产生的压缩空气，能将切削加工传递到主轴的热量带走，从而能减少主轴箱轴承内圈传递热量，同时轴承旋转产生的热量也能部分被压缩空气带走，因此轴承密封系统不仅能对轴承起到防尘防污保护作用，还能对轴承内圈及主轴起到降温冷却作用，可提高主轴和轴承内圈刚度，保持主轴回转精度。

2、本发明数控机床主轴箱系统，其设置的轴承预紧消隙装置，在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承安装完成后，第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的内圈在左永磁环体和右永磁环体的排斥力作用下紧靠在钢球上，从而轴承外圈、钢球和轴承内圈三者间为无间隙接触，且永磁环体施加的排斥力能自动消除轴承磨损产生的间隙，使得第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的刚性大大增强，能很大的提高主轴系统的刚性，提高主轴回转精度和机床加工精度。

3、本发明数控机床主轴箱系统，其设置的轴承润滑系统将润滑油引入到轴承内，并且通过隔环上的上弧形油槽、下弧形油槽和油孔结构、以及连接左磁环体和右永磁环体的弹性密封环套结构，使得润滑油只能从轴承上半部流向轴承下半部，可对轴承内部进行良好润滑和冷却，能减小轴承摩擦磨损和降低轴承温度，使轴承长期保持良好性能；而且轴承润滑系统中的滤油器能避免润滑油将杂质带入轴承内，冷却器能是润滑油的温度保持稳定，从而能进一步提高润滑油对轴承内部的润滑和冷却，使轴承保持良好状态，进而保持机床系统加工精度。

附图说明

图1为实施例中数控机床主轴箱系统的结构示意图；

图2为图1中P部的放大示意图；

图3为气压密封系统的结构示意图；

图4为轴承润滑系统的结构示意图；

图5为隔环的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图所示，本实施例数控机床主轴箱系统，包括箱体1和主轴2；所述箱体的内侧面上形成有轴承座3，所述主轴的前端通过两个深沟球轴承安装于箱体内侧的轴承座上，所述两个深沟球轴承中的第一深沟球轴承4靠近箱体中部，第二深沟球轴承5靠近箱体外侧；所述主轴的后端通过角接触轴承6安装在箱体上。

本实施例数控机床主轴箱系统还包括轴承密封系统，所述轴承密封系统包括通过螺栓连接在轴承座端面上的轴承盖7，所述轴承盖上设置有压在第一深沟球轴承上的环形凸台8，轴承盖的中部具有与主轴配合的轴套部9，所述轴套部内设置有用于密封轴套部与主轴间间隙的第一密封圈10，轴套部的端面上设置有防止第一密封圈脱落的第一端盖11；所述箱体上与主轴前端配合的轴孔壁上设置有第二密封圈12，所述第二密封圈用于密封主轴前端与箱体上轴孔之间的间隙，箱体端面上设置有固定第二密封圈的第二端盖13；所述箱体上与第二深沟球轴承的内圈相对的部位上设置有第三密封圈14，所述第三密封圈用于密封箱体与第二深沟球轴承端面间的间隙；所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈为V形密封圈。

所述轴承密封系统还包括气压密封系统，所述气压密封系统包括空气压缩机15、与空气压缩机连接的空气净化器16、与空气净化器连接的空气干燥器17、与空气干燥器连接的气体稳压罐18、与气体稳压罐连接的第一调压阀19、与第一调压阀连接的进气接头20，所述进气接头包括环形管201、设置在环形管上与第一调压阀连通的进气嘴202、以及均匀布置在环形管上的若干个出气嘴203，所述出气嘴安装在轴承盖上，且出气嘴与第一深沟球轴承的内圈端面正对；所述主轴上设置有第一环形导气槽21和第二环形导气槽22，第一环形导气槽靠近第一深沟球轴承端面与轴承盖之间的间隙，第二环形导气槽靠近第二深沟球轴承端面与箱体之间的间隙；所述主轴的表面上还设置有连通第一环形导气槽和第二环形导气槽的轴向导气槽23，所述轴向导气槽沿主轴圆周方向均匀布置若干条。本实施例中的进气接头能将压缩空气均匀的送到第一深沟球轴承端面与轴承盖之间的间隙中，同时第二环形导气槽22能将压缩空气均匀的送到第二深沟球轴承端面与箱体之间的间隙，从而形成稳定的气压密封，避免润滑油泄露。同时气压密封系统中的空气净化器能避免压缩空气将杂质带入轴承内，空气干燥器17能避免空气将水分带入轴承内，使得轴承能免受杂质和水分等的损坏。且气体稳压罐能对气压进行稳定，避免压力波动造成密封性能波动，且通过第一调压阀能方便的对气进行调节，保证在机床工作时气压能使第一密封圈、第二密封圈脱离主轴、及第三密封圈的密封唇脱离轴承端面，从而能保证气压能形成可靠密封，保证不会发生润滑油泄露。

所述数控机床主轴箱系统还包括轴承预紧消隙装置，所述轴承预紧消隙装置包括设置在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承之间的隔环24，所述隔环的两侧面分别贴在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的外圈端面上；所述轴承预紧消隙装置还包括分别设置在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承内圈端面上的左永磁环体25和右永磁环体26，所述左永磁环体和右永磁环体的相对面为同名磁极，且左永磁环体和右永磁环体的相对部还嵌在同一弹性密封环套27中，弹性密封环体在轴承安装后处于压缩状体；所述第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的内圈在左永磁环体和右永磁环体的排斥力作用下压靠在钢球上，使第一深沟球轴承的外圈、钢球和内圈三者间直接接触，并使第二深沟球轴承的外圈、钢球和内圈三者间直接接触。

所述数控机床主轴箱系统还包括轴承润滑系统，所述轴承润滑系统包括油箱28、滤油器29、油泵30、冷却器31、第二调压阀32、进油嘴33、以及出油嘴34，所述滤油器的进油口与油箱连接，滤油器的出油口与油泵的进油端连接，油泵的出油端与冷却器的进油口连接，冷却器的出油口与第二调压阀连接，所述进油嘴安装在轴承座的顶部上，进油嘴用于将润滑油送入轴承内，所述出油嘴安装在轴承座的底部上，出油嘴用于将润滑油接回油箱；所述隔环的上半部和下半部分别设置有相互分离的上弧形油槽35和下弧形油槽36，隔环上还设置有沿径向贯穿隔环的油孔37，所述油孔的上端和下端分别位于上弧形油槽和下弧形油槽中，所述轴承座上设置有与上弧形油槽连通的进油通道38和与下弧形油槽连通的出油通道39，所述进油嘴安装在进油通道上，所述出油嘴安装在出油通道上。

本实施例数控机床主轴箱系统，其设置的轴承密封系统能将压缩空气引入到轴套部与主轴间间隙处、以及主轴前端与箱体上轴孔之间的间隙处，在机床工作时，压缩空气的压力将第一密封圈和第二密封圈的密封唇推离主轴，同时将第三密封圈的密封唇推力第二深沟球轴承的端面，使得主轴的摩擦阻力得到减小，并能延长密封圈的使用寿命。且压缩空气还能阻止外界污染物如粉尘、水汽等进入轴承内；当机床停机后，密封圈的密封唇回弹压在主轴上，从而在静态下也能防止粉尘、水汽等进入轴承内；因此该轴承密封系统能对轴承内摩擦副起良好的保护作用，可延长轴承寿命。

并且压缩空气在从主轴上轴向导气槽同向主轴前端与箱体上轴孔之间的间隙处的过程中，能将切削加工传递到主轴的热量带走，从而能对主轴进行降温，保持主轴刚性，保持机床加工精度。并且现有技术中对轴承的冷却通常都是向轴承内导入润滑油，这种冷却方式不能阻止主轴上的热量向轴承内圈传递，使得轴承内圈温度受主轴影响大，当轴承内圈温度升高时，轴承内圈刚度会降低，这回导致主轴系统刚度降低，进而降低加工精度。而本轴承密封系统中产生的压缩空气，能将切削加工传递到主轴的热量带走，从而能减少主轴箱轴承内圈传递热量，同时轴承旋转产生的热量也能部分被压缩空气带走，因此轴承密封系统不仅能对轴承起到防尘防污保护作用，还能对轴承内圈及主轴起到降温冷却作用，可提高主轴和轴承内圈刚度，保持主轴回转精度。

本实施例数控机床主轴箱系统，其设置的轴承预紧消隙装置，在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承安装完成后，第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的内圈在左永磁环体和右永磁环体的排斥力作用下紧靠在钢球上，从而轴承外圈、钢球和轴承内圈三者间为无间隙接触，且永磁环体施加的排斥力能自动消除轴承磨损产生的间隙，使得第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的刚性大大增强，能很大的提高主轴系统的刚性，提高主轴回转精度和机床加工精度。

本实施例数控机床主轴箱系统，其设置的轴承润滑系统将润滑油引入到轴承内，并且通过隔环上的上弧形油槽、下弧形油槽和油孔结构、以及连接左磁环体和右永磁环体的弹性密封环套结构，使得润滑油只能从轴承上半部流向轴承下半部，可对轴承内部进行良好润滑和冷却，能减小轴承摩擦磨损和降低轴承温度，使轴承长期保持良好性能；而且轴承润滑系统中的滤油器能避免润滑油将杂质带入轴承内，冷却器能是润滑油的温度保持稳定，从而能进一步提高润滑油对轴承内部的润滑和冷却，使轴承保持良好状态，进而保持机床系统加工精度。

本实施例中，所述弹性密封环套由丁腈橡胶制成。本实施例中，所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈也丁腈橡胶制成。

本实施例中制成弹性密封环套的丁腈橡胶按重量百分比计，由以下组分组成：

丁腈橡胶50-80份；

金属纤维6-10份；

硬脂酸0.5-1.0份；

氧化铜2-3份；

氧化钙0.5-1份；

金属纤维6-10份；

己二酸二辛脂5～10，

癸二酸二辛脂5～10，

邻苯二甲酸二乙酯3-8份

聚乙烯蜡1-3份

促进剂0.5-1.5份

抗臭氧剂1-3份

防老剂0-3份

炭黑20-30份

防老剂DDA 0.5～1.5。

本实施例中的丁腈橡胶中通过增加金属纤维成分，提高了丁腈橡胶的耐磨性能，同时回弹性能也到了提升。能使密封圈具有更长的使用寿命和更好的密封性性能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种数控机床主轴箱系统，包括箱体和主轴；其特征在于：所述箱体的内侧面上形成有轴承座，所述主轴的前端通过两个深沟球轴承安装于箱体内侧的轴承座上，所述两个深沟球轴承中的第一深沟球轴承靠近箱体中部，第二深沟球轴承靠近箱体外侧；所述主轴的后端通过角接触轴承安装在箱体上；

还包括轴承密封系统，所述轴承密封系统包括通过螺栓连接在轴承座端面上的轴承盖，所述轴承盖上设置有压在第一深沟球轴承上的环形凸台，轴承盖的中部具有与主轴配合的轴套部，所述轴套部内设置有用于密封轴套部与主轴间间隙的第一密封圈，轴套部的端面上设置有防止第一密封圈脱落的第一端盖；所述箱体上与主轴前端配合的轴孔壁上设置有第二密封圈，所述第二密封圈用于密封主轴前端与箱体上轴孔之间的间隙，箱体端面上设置有固定第二密封圈的第二端盖；所述箱体上与第二深沟球轴承的内圈相对的部位上设置有第三密封圈，所述第三密封圈用于密封箱体与第二深沟球轴承端面间的间隙；所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈为V形密封圈；

所述轴承密封系统还包括气压密封系统，所述气压密封系统包括空气压缩机、与空气压缩机连接的空气净化器、与空气净化器连接的空气干燥器、与空气干燥器连接的气体稳压罐、与气体稳压罐连接的第一调压阀、与第一调压阀连接的进气接头，所述进气接头包括环形管、设置在环形管上与第一调压阀连通的进气嘴、以及均匀布置在环形管上的若干个出气嘴，所述出气嘴安装在轴承盖上，且出气嘴与第一深沟球轴承的内圈端面正对；所述主轴上设置有第一环形导气槽和第二环形导气槽，第一环形导气槽靠近第一深沟球轴承端面与轴承盖之间的间隙，第二环形导气槽靠近第二深沟球轴承端面与箱体之间的间隙；所述主轴的表面上还设置有连通第一环形导气槽和第二环形导气槽的轴向导气槽，所述轴向导气槽沿主轴圆周方向均匀布置若干条；

所述数控机床主轴箱系统还包括轴承预紧消隙装置，所述轴承预紧消隙装置包括设置在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承之间的隔环，所述隔环的两侧面分别贴在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的外圈端面上；所述轴承预紧消隙装置还包括分别设置在第一深沟球轴承和第二深沟球轴承内圈端面上的左永磁环体和右永磁环体，所述左永磁环体和右永磁环体的相对面为同名磁极，且左永磁环体和右永磁环体的相对部还嵌在同一弹性密封环套中；所述第一深沟球轴承和第二深沟球轴承的内圈在左永磁环体和右永磁环体的排斥力作用下压靠在钢球上，使第一深沟球轴承的外圈、钢球和内圈三者间直接接触，并使第二深沟球轴承的外圈、钢球和内圈三者间直接接触；

所述数控机床主轴箱系统还包括轴承润滑系统，所述轴承润滑系统包括油箱、滤油器、油泵、冷却器、第二调压阀、进油嘴、以及出油嘴，所述滤油器的进油口与油箱连接，滤油器的出油口与油泵的进油端连接，油泵的出油端与冷却器的进油口连接，冷却器的出油口与第二调压阀连接，所述进油嘴安装在轴承座的顶部上，进油嘴用于将润滑油送入轴承内，所述出油嘴安装在轴承座的底部上，出油嘴用于将润滑油接回油箱；所述隔环的上半部和下半部分别设置有相互分离的上弧形油槽和下弧形油槽，隔环上还设置有沿径向贯穿隔环的油孔，所述油孔的上端和下端分别位于上弧形油槽和下弧形油槽中，所述轴承座上设置有与上弧形油槽连通的进油通道和与下弧形油槽连通的出油通道，所述进油嘴安装在进油通道上，所述出油嘴安装在出油通道上；

所述弹性密封环套由丁腈橡胶制成。