一种油气镗杆机械主轴结构及其工作方法

技术领域

本发明涉及镗杆机械主轴技术领域，特别是一种油气镗杆机械主轴结构及其工作方法。

背景技术

在机械加工领域，镗杆是一项常见的加工工艺，用于加工内孔或沟槽。传统的机械主轴结构在进行镗杆加工时存在一些技术问题，例如轴承发热问题和主轴热延伸问题。在高速和长时间运行时，机械主轴容易产生过多的热量，导致轴承温度升高和主轴的热延伸，进而影响加工质量和精度。

传统的机械主轴结构往往无法满足高速连续切削的要求，也无法实现W轴镗杆主轴延伸加工。现有的冷却方式主要通过冷却油对发热部位外围水套进行循环通油降温。然而，这种间接的冷却方式存在一些缺点，如温度控制不灵敏、延迟较大，并且零件一直处于冷热交替的环境中，导致使用寿命缩短，同时由于无法满足高速连续切削的需求，通用性较低，不适用于磨具等行业的加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气镗杆机械主轴结构及其工作方法，能同时实现主轴高转速连续切削与W轴镗杆主轴延伸加工，同时通过直接对主轴发热部位进行降温，提高温度控制的灵敏度和时效性，从而增加零件的使用寿命，并增强其通用性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种油气镗杆机械主轴结构，包括主轴外套、主轴芯轴、镗杆、支撑轴承、轴承压盖、防尘机械迷宫、金属切削刀具、拉刀机构、中空内冷模块、油气冷却及控制装置、温度检测装置、速度检测装置，其中：

主轴外套，与机床主轴箱本体中心孔间隙配合装入，端面相连；

主轴芯轴，设置在所述主轴外套内部，为回转部件，主轴芯轴上设有平键；

镗杆，设置在所述主轴芯轴内部，与主轴芯轴内部开槽相连接，与主轴芯轴一同回转，且可轴向位移；

支撑轴承，设置于所述主轴外套与所述主轴芯轴之间，提供回转支撑；

轴承压盖，设置在轴承端部，用以固定轴承位置，并调整轴承压盖厚度，以调整所述支撑轴承预紧力，从而产生不同的主轴切削性能；

防尘机械迷宫，设置在所述支撑轴承与所述轴承压盖之间，用以防止切削颗粒及冷却液这些杂质污染轴承；

金属切削刀具，设置在镗杆端面，用以切削金属材料；

拉刀机构，设置在所述镗杆内部，用以拉紧金属切削刀具；

中空内冷模块，置于所述拉刀机构杆件内部中心，用以对所述对金属切削刀具进行冷却；

油气冷却及控制装置，置于主轴外部，油气冷却介质经管路及预设于主轴外套内的流道，介质进入轴承内部，用以对高速轴承进行冷却；

温度检测装置，用以对主轴轴承温度进行实时检测；

速度检测装置，用以检测主轴实时旋转速度。

进一步地，采用双列圆柱滚子轴承进行前端和后端的径向支撑。

进一步地，前端采用斜角支撑轴承O形支撑与双列圆柱滚子轴承，进行定位支撑；后端采用双列圆柱滚子轴承，进行浮动支撑；轴承温度升高，主轴刚性材质往后端延伸。

进一步地，油气冷却及控制装置，具体如下：

通过空气压缩机产生的压缩空气与经过油冷设备降温后的冰油通入油气混合器中，产生冷却油与气体混合体，接入主轴内部设计通路，流入轴承位置，进行轴承润滑及冷却降温，油气从迷宫结构处排出，带走热量。

进一步地，镗杆通过滑移平键与主轴连接，约束主轴与镗杆周向移动，轴向能够在进给丝杆及电机的驱动下，进行轴向移动。

进一步地，温度传感器实时检测主轴轴承位置温升状态，设定温升区间，高于区间值，加大油气冷却介质供应速率，进行降温，温度低于区间值时，减小油气冷却介质供应速率，使温度稳定于设定区间。

进一步地，具体包括镗杆、主轴、前轴承前压盖、前迷宫环、圆柱滚子轴承、油气分流隔环、角接触轴承、前轴承后压盖、后迷宫环、锁紧螺母、三通接头、后轴承外圈支撑件、后圆柱滚子轴承、后轴承压盖、拉爪、拉杆、弹片、弹片压盖、油气混合器、空气压缩机、油冷设备、平键、主轴外壳、刀具。

进一步地，镗杆通过4个平键与主轴相连，约束圆周向运动，镗杆与拉爪、拉杆、弹片、弹片压盖、刀具一同轴向方向移动，通过进给运动，实现刀具延伸加工功能；拉爪在弹片预设的作用力下，往后拉伸，拉紧刀具；

主轴前端为3颗轴承：1颗圆柱滚子轴承、2颗角接触轴承；通过前轴承前压盖、前轴承后压盖进行轴承外圈固定，通过锁紧螺母锁紧进行前轴承的预紧；后轴承为1颗后圆柱滚子轴承，安装于主轴及后轴承外圈支撑件上，起径向支撑作用，后轴承压盖锁紧轴承防止轴向窜动。

进一步地，通过空气压缩机产生压缩空气与经过油冷设备降温的冰油通入油气混合器进行混合，经过三通接头进行分流，经主轴外壳、后轴承外圈支撑件接入主轴内部设计通路，进行冷却降温，油气从前迷宫环、后迷宫环处排出。

一种如所述油气镗杆机械主轴结构的工作方法，具体如下：

配置油气镗杆机械主轴结构的圆柱滚柱轴承，前端采用双列圆柱轴承，以及2颗大钢珠角接触主轴轴承，作为定位轴承，进行轴向及径向支撑，后端采用双列圆柱轴承作为浮动轴承；

镗杆伸缩：镗杆通过平键与主轴相连，约束与主轴间圆周向运动，与主轴一同旋转，轴向在推进结构的作用下轴向移动，将金属切削刀具延伸后，进行箱体内控工艺的加工；

冷却控制：通过空气压缩机产生压缩空气与经过油冷设备降温的冰油通入油气混合器进行混合后，产生冷却油与气体混合体，接入主轴内部通路，流入轴承位置，进行轴承润滑并冷却降温，油气从迷宫环结构处排出，带走热量。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)降低了轴承发热，减少了主轴热延伸，提高了主轴的精度；

(2)同时实现了高转速连续切削和W轴镗杆主轴延伸加工，提高了主轴转速，增加了切削范围，实现了高速连续加工；

(3)通过直接对主轴发热部位进行降温，提高温度控制的灵敏度和时效性，增加零件的使用寿命，并且适用于磨具等行业的加工，通用性强。

附图说明

图1本发明实施例中油气镗杆机械主轴结构的工作原理图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

本发明提供一种油气镗杆机械主轴结构，包括主轴外套、主轴芯轴、镗杆、支撑轴承、轴承压盖、防尘机械迷宫、金属切削刀具、拉刀机构、中空内冷模块、油气冷却及控制装置、温度检测装置、速度检测装置，其中：

主轴外套，与机床主轴箱本体中心孔间隙配合装入，端面相连；

主轴芯轴，设置在所述主轴外套内部，为回转部件，主轴芯轴上设有平键；

镗杆，设置在所述主轴芯轴内部，与主轴芯轴内部开槽相连接，与主轴芯轴一同回转，且可轴向位移；

支撑轴承，设置于所述主轴外套与所述主轴芯轴之间，提供回转支撑；

轴承压盖，设置在轴承端部，用以固定轴承位置，并调整轴承压盖厚度，以调整所述支撑轴承预紧力，从而产生不同的主轴切削性能；

防尘机械迷宫，设置在所述支撑轴承与所述轴承压盖之间，用以防止切削颗粒及冷却液这些杂质污染轴承；

金属切削刀具，设置在镗杆端面，用以切削金属材料；

拉刀机构，设置在所述镗杆内部，用以拉紧金属切削刀具；

中空内冷模块，置于所述拉刀机构杆件内部中心，用以对所述对金属切削刀具进行冷却；

油气冷却及控制装置，置于主轴外部，油气冷却介质经管路及预设于主轴外套内的流道，介质进入轴承内部，用以对高速轴承进行冷却；

温度检测装置，用以对主轴轴承温度进行实时检测；

速度检测装置，用以检测主轴实时旋转速度。

作为一种具体示例，所述的油气镗杆机械主轴结构中，轴承布置方式控制热延伸结构，采用双列圆柱滚子轴承进行前端和后端的径向支撑，增强主轴径向切削刚性。

作为一种具体示例，所述的油气镗杆机械主轴结构中，前端采用斜角支撑轴承O形支撑与双列圆柱滚子轴承，进行定位支撑；后端采用双列圆柱滚子轴承，进行浮动支撑；轴承温度升高，主轴刚性材质往后端延伸，不影响主轴前端的主轴精度。

作为一种具体示例，所述的油气镗杆机械主轴结构中，油气润滑冷却方式及提升极限转速结构，具体如下：

通过空气压缩机产生的压缩空气与经过油冷设备降温后的冰油通入油气混合器中，产生冷却油与气体混合体，接入主轴内部设计通路，流入轴承位置，进行轴承润滑及冷却降温，油气从迷宫结构处排出，带走热量，此方式降温快速，快速达到热平衡状态，提升极限转速。

作为一种具体示例，所述的油气镗杆机械主轴结构中，镗杆主轴伸缩结构为：镗杆通过滑移平键与主轴连接，约束主轴与镗杆周向移动，轴向能够在进给丝杆及电机的驱动下，进行轴向移动。

作为一种具体示例，所述的油气镗杆机械主轴结构中，热平衡控制方式为：温度传感器实时检测主轴轴承位置温升状态，设定温升区间，高于区间值，加大油气冷却介质供应速率，进行降温，温度低于区间值时，减小油气冷却介质供应速率，使温度稳定于设定区间。

作为一种具体示例，所述的油气镗杆机械主轴结构，具体包括镗杆1、主轴2、前轴承前压盖3、前迷宫环4、圆柱滚子轴承5、油气分流隔环6、角接触轴承7、前轴承后压盖8、后迷宫环9、锁紧螺母10、三通接头11、后轴承外圈支撑件12、后圆柱滚子轴承13、后轴承压盖14、拉爪15、拉杆16、弹片17、弹片压盖18、油气混合器19、空气压缩机20、油冷设备21、平键22、主轴外壳23、刀具24。

作为一种具体示例，所述的油气镗杆机械主轴结构，镗杆1通过4个平键22与主轴2相连，约束圆周向运动，镗杆1与拉爪15、拉杆16、弹片17、弹片压盖18、刀具24一同轴向方向移动，通过进给运动，实现刀具延伸加工功能；拉爪15在弹片17预设的作用力下，往后拉伸，拉紧刀具24；

主轴前端为3颗轴承：1颗圆柱滚子轴承5、2颗角接触轴承7；通过前轴承前压盖3、前轴承后压盖8进行轴承外圈固定，通过锁紧螺母10锁紧进行前轴承的预紧；后轴承为1颗后圆柱滚子轴承13，安装于主轴2及后轴承外圈支撑件12上，起径向支撑作用，后轴承压盖14锁紧轴承防止轴向窜动。

作为一种具体示例，所述的油气镗杆机械主轴结构，通过空气压缩机20产生压缩空气与经过油冷设备21降温的冰油通入油气混合器19进行混合，经过三通接头11进行分流，经主轴外壳23、后轴承外圈支撑件12接入主轴内部设计通路，进行冷却降温，油气从前迷宫环4、后迷宫环9处排出。

本发明还提供一种如所述油气镗杆机械主轴结构的工作方法，具体如下：

配置油气镗杆机械主轴结构的圆柱滚柱轴承，前端采用双列圆柱轴承，以及2颗大钢珠角接触主轴轴承，作为定位轴承，进行轴向及径向支撑，后端采用双列圆柱轴承作为浮动轴承；

镗杆伸缩：镗杆通过平键与主轴相连，约束与主轴间圆周向运动，与主轴一同旋转，轴向在推进结构的作用下轴向移动，将金属切削刀具延伸后，进行箱体内控工艺的加工；

冷却控制：通过空气压缩机产生压缩空气与经过油冷设备降温的冰油通入油气混合器进行混合后，产生冷却油与气体混合体，接入主轴内部通路，流入轴承位置，进行轴承润滑并冷却降温，油气从迷宫环结构处排出，带走热量。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例

图1本发明实施例提供的新型油气镗杆主轴结构及冷却控制方式。

所述的油气镗杆机械主轴结构，具体包括镗杆1、主轴2、前轴承前压盖3、前迷宫环4、圆柱滚子轴承5、油气分流隔环6、角接触轴承7、前轴承后压盖8、后迷宫环9、锁紧螺母10、三通接头11、后轴承外圈支撑件12、后圆柱滚子轴承13、后轴承压盖14、拉爪15、拉杆16、弹片17、弹片压盖18、油气混合器19、空气压缩机20、油冷设备21、平键22、主轴外壳23、刀具24。

结构关系及工作原理：

所述的油气镗杆机械主轴结构，镗杆1通过4个平键22与主轴2相连，约束圆周向运动，镗杆1与拉爪15、拉杆16、弹片17、弹片压盖18、刀具24一同轴向方向移动，通过进给运动，实现刀具延伸加工功能；拉爪15在弹片17预设的作用力下，往后拉伸，拉紧刀具24；

主轴前端为3颗轴承：1颗圆柱滚子轴承5、2颗角接触轴承7；通过前轴承前压盖3、前轴承后压盖8进行轴承外圈固定，通过锁紧螺母10锁紧进行前轴承的预紧；后轴承为1颗后圆柱滚子轴承13，安装于主轴2及后轴承外圈支撑件12上，起径向支撑作用，后轴承压盖14锁紧轴承防止轴向窜动。

冷却原理：所述的油气镗杆机械主轴结构，通过空气压缩机20产生洁净的压缩空气与经过油冷设备21降温的冰油通入油气混合器19进行混合，经过三通接头11进行分流，经主轴外壳23、后轴承外圈支撑件12接入主轴内部设计通路，进行冷却降温，油气从前迷宫环4、后迷宫环9处排出，带走热量。

此款前三后一的圆柱滚柱轴承配置，刚性强，适合重力切削。镗杆1可移动，方便进行深腔体加工。

本实施例还提供一种油气镗杆机械主轴结构及冷却控制方式：

本实施例油气镗杆机械主轴结构的圆柱滚柱轴承配置，前端采用双列圆柱轴承，以及2颗大钢珠角接触主轴轴承，作为定位轴承，进行轴向及径向支撑，后端采用双列圆柱轴承作为浮动轴承，此配置，切削能力大大增强，径向刚性提升50％，轴向刚性提升30％，适合重力切削。

镗杆伸缩功能，镗杆通过平键与主轴相连，约束与主轴间圆周向运动，可与主轴一同旋转，轴向可在另推进结构的作用下轴向移动，可延伸700长度，将金属切削刀具延伸700mm长度进行箱体内控工艺的加工。

所述冷却控制方式，通过空气压缩机产生洁净的压缩空气与经过油冷设备降温的冰油通入油气混合器进行混合后，产生冷却油与气体混合体，接入主轴内部设计通路，流入轴承位置，进行轴承润滑并冷却降温，油气从前迷宫环、后迷宫环处排除，带走热量。

进一步地，本实例能够直接对主轴前后轴承发热位置进行油气混合降温及润滑，通过主轴温度检测传感器，检测主轴实时温度，控制冰油的温度及打油间隔，经过实验检测，建立温度补偿模型，将主轴温度控制在需求范围以内，降低主轴热伸长，提高精度且提高主轴的转速。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

应当理解，为了精简本发明并帮助本领域的技术人员理解本发明的各个方面，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时在单个实施例中进行描述，或者参照单个图进行描述。但是，不应将本发明解释成示例性实施例中包括的特征均为本专利权利要求的必要技术特征。