新型高精度移动龙门式机床中主轴结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构，包括用于套装在主轴上的内撑轴套组件、前端盖和后端盖以及用于连接主轴端部的主轴机架，前端盖和后端盖分别盖在内撑轴套组件的前表面和后表面上，主轴前轴承的外环面与主轴后轴承的内环面之间环形均布支撑连接有至少三组螺母组件，每组螺母组件均由长螺杆螺母和短螺杆螺母组成，长螺杆螺母和短螺杆螺母之间夹角为22.5°。本实用新型专利技术的一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构，能够缩小主轴研发设计周期和减少设计投入成本；提高制造材料使用率，从而优化机械结构；能够杜绝主轴运行过程中出现的不良共振效应；减少工件报废率。

Spindle structure of new high precision mobile Longmen machine tool

The utility model relates to a spindle structure of a new high-precision moving gantry type machine tool, which comprises an inner supporting sleeve assembly, a front end cover and a rear end cover, and a spindle frame for connecting the ends of the main shaft, and a front end cover and a rear end cover cover cover cover cover cover cover respectively on the front surface and a rear surface of the inner supporting sleeve assembly, and a front spindle shaft shaft. There are at least three groups of nut assemblies, each consisting of a long screw nut and a short screw nut, with an angle of 22.5 degrees between the long screw nut and the short screw nut. The spindle structure of the new high-precision moving gantry machine tool of the utility model can reduce the development and design cycle of the spindle and reduce the design cost; improve the utilization rate of manufacturing materials, thereby optimizing the mechanical structure; eliminate the adverse resonance effect in the running process of the spindle; and reduce the rejection rate of the workpiece.

【技术实现步骤摘要】
新型高精度移动龙门式机床中主轴结构
本技术涉及装备加工设备的领域，尤其是一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构。
技术介绍
大型数控车床是每个国家工业化发展进程中重要的支柱，在国防、航空航天、化工、能源等国家重要行业里不可或缺，提高数控车床加工精度、加强刚性、提高运行可靠性、拓展加工范围是国内各个机床公司的发展方向，从而满足国内对该数控车床的需求量，并降低国内机械制造行业对进口数控车床的依赖。根据中商产业研究院大数据库数据统计，2017年1月份到9月份中国金属加工车床进口量总合约为6.7万台，金额约为65.1亿美元，与去年同期相比增长量分别约为24.3％和10.8％；其中，2017年9月中国金属加工车床进口量约为8.7万台，金额约为9.5亿美元，同比增长量分别约为24.4％和40.8％。移动式龙门车床的开发及研究，将具有良好的国内外市场需求前景，主要应用于铁路、航空、航天、桥梁、汽车、军工制造等行业。我国数控机床主要以中低端产品为主，高性能数控机床在精度和加工速度上跟国际范围内的前沿技术有较大差距。虽然近几年重大专项的实施推动了该行业技术进步，但相比主机技术的快速发展，高档数控系统和配套件的研发和生产还处于一个相对落后的境况。此外，还有众多科研成果仍停留在高校和研究院所。数控车床的加工精度受到材料、制造、安装、检测、控制、环境等诸多因素影响。数控车床加工过程中每一个因素都可能成为影响车床最终加工误差的主要原因，如果不进行综合分析与控制，任何一项误差源都可能影响到零件的加工精度。由于机床在正常工作条件下，产生的热量(如驱动系统设备部件中旋转轴承、电机)传递至机床核心部件，导致该部件出现较大的温升变化和热变形。由于零件中各个部分结构、形状等均不同，将产生弯曲、扭曲、拉伸等变形即热位移，从而造成加工误差。其中，机床主轴等重要零部件热变形误差是引起机床变形误差的重要因素，因此需要减少主轴系统的发热量和增强其散热能力，降低温升。本技术着重结合主轴系统的产生热量和散热结构，提出一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构设计，以提高加工精度、加工故障率。高性能数控车床作为一种先进的装备加工设备，在工业制造领域中已得到广泛的应用。其中，移动式龙门数控车床是目前为止机械制造业的主要加工设备，也是市场上比较热门的产品，收到广大公司青睐。由于数控机床的重要性，已经发展成为现在工业领域重要部分之一，也是必须的设备之一，进行机械制造的同时，在一定程度上促进公司的生产率，提高经济效益。近年来，随着我国国防、航空、高铁、汽车和模具等重要装备制造行业的快速发展，国产的数控机床技术已不能满足日益增长的需求，并且它与国外同类型的产品相比，在高速化、复合化、精密化、多轴化等方面存在着很大的差距。因此，目前中国高档数控系统和功能部件仍然主要依靠进口。为了能够解决当前遇到的困难，有必要针对大型高性能数控机床进行深入研究和设计，形成具有独立自主知识产权的机床生产能力，以改善国内机床大量需求状况。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：提供一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构，主要应用于大中型、超大型精密数控车床中，在解决本公司加工复杂工件任务的同时，还能够提高工件的加工精度和加工效率，并能够提高工件的材料使用率，且具有维修方便、保养简易、使用寿命长等。基于以上优点，它在国防、航空、高铁、汽车和模具等重要装备制造行业有着较为广阔的应用前景，因此有必要针对这样的高精度移动龙门式机床中主轴结构进行研究和设计。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构的制造方法，具体步骤如下：步骤一、构建有限元分析模型；步骤二、进行机床主轴系统中热源和边界条件进行计算，即主轴轴承摩擦热源Q＝k*n*F和系统换热系数α＝Nu*g/W进行严密计算和分析，其中k表示经验系数，n表示轴承旋转转速，F表示轴承摩擦转矩大小，Nu表示努谢尔特系数，g表示流体导热系数和W表示工件形状特征尺寸；步骤三、利用有限元仿真软件Ansysworkbench和Solidworks进行热量-结构耦合分析计算和验校，得到主轴温度场分布和热变形量；步骤四、根据仿真计算得到的结果，再利用Solidworks和AutoCAD进行主轴结构及其冷却结构设计。一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构，包括用于套装在主轴上的内撑轴套组件、前端盖和后端盖以及用于连接主轴端部的主轴机架，前端盖和后端盖分别盖在内撑轴套组件的前表面和后表面上，所述的内撑轴套组件包括主轴前轴承和主轴后轴承，主轴前轴承的直径小于主轴后轴承的直径，主轴前轴承的外环面与主轴后轴承的内环面之间环形均布支撑连接有至少三组螺母组件，每组螺母组件均由长螺杆螺母和短螺杆螺母组成，长螺杆螺母和短螺杆螺母之间夹角为22.5°，长螺杆螺母包括安装在主轴前轴承外环面上的第一底座、长螺杆以及连接在主轴后轴承的内环面上的第一支架，第一底座与长螺杆的一端相连接，长螺杆的另一端与第一支架相连接，所述的短螺杆螺母包括安装在主轴前轴承外环面上的第二底座、短螺杆以及连接在主轴后轴承的内环面上的第二支架，第二底座与短螺杆的一端相连接，短螺杆的另一端与第二支架相连接，第一底座的高度大于第二底座的高度，长螺杆的长度大于短螺杆的长度。所述的主轴前轴承的外环面与主轴后轴承的内环面之间环形均布有八组螺母组件，其中第一底座的数量为八个，第二底座的数量为八个，八个第一底座和八个第二底座相互交替且紧挨分布在主轴前轴承的外环面上，第一支架和第二支架之间具有一定间距。本技术的有益效果是，本技术的一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构，第一，采用的热量-结构耦合分析技术，能够缩小主轴研发设计周期和减少设计投入成本；第二，以仿真结果为基础，提高制造材料使用率，从而优化机械结构；第三，设计过程中，通过多次的仿真结果分析和计算，能够杜绝主轴运行过程中出现的不良共振效应；第四，该主轴系统除了能够实现普通车床的加工功能，还扩展了“3D打印”功能，实现加工零件的“增量加工”，减少工件报废率。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是本技术的立体图；图2是本技术的主视图；图3是本技术的侧视图。图中1.内撑轴套组件，11.主轴前轴承，12.主轴后轴承，21.长螺杆螺母，21-1.第一底座，21-2.长螺杆，21-3.第一支架，22.短螺杆螺母，22-1.第二底座，22-2.短螺杆，22-3.第二支架。具体实施方式现在结合附图对本技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本技术的基本结构，因此其仅显示与本技术有关的构成。本技术的一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构的制造方法，具体步骤如下：步骤一、构建有限元分析模型；步骤二、进行机床主轴系统中热源和边界条件进行计算，即主轴轴承摩擦热源Q＝k*n*F和系统换热系数α＝Nu*g/W进行严密计算和分析，其中k表示经验系数，n表示轴承旋转转速，F表示轴承摩擦转矩大小，Nu表示努谢尔特系数，g表示流体导热系数和W表示工件形状特征尺寸；步骤三、利用有限元仿真软件Ansysworkbench和Solidworks进行热量-结构耦合分析计算和验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构，其特征是：包括用于套装在主轴上的内撑轴套组件(1)、前端盖和后端盖以及用于连接主轴端部的主轴机架，前端盖和后端盖分别盖在内撑轴套组件(1)的前表面和后表面上，所述的内撑轴套组件(1)包括主轴前轴承(11)和主轴后轴承(12)，主轴前轴承(11)的直径小于主轴后轴承(12)的直径，主轴前轴承(11)的外环面与主轴后轴承(12)的内环面之间环形均布支撑连接有至少三组螺母组件，每组螺母组件均由长螺杆螺母(21)和短螺杆螺母(22)组成，长螺杆螺母(21)和短螺杆螺母(22)之间夹角为22.5°，长螺杆螺母(21)包括安装在主轴前轴承(11)外环面上的第一底座(21‑1)、长螺杆(21‑2)以及连接在主轴后轴承(12)的内环面上的第一支架(21‑3)，第一底座(21‑1)与长螺杆(21‑2)的一端相连接，长螺杆(21‑2)的另一端与第一支架(21‑3)相连接，所述的短螺杆螺母(22)包括安装在主轴前轴承(11)外环面上的第二底座(22‑1)、短螺杆(22‑2)以及连接在主轴后轴承(12)的内环面上的第二支架(22‑3)，第二底座(22‑1)与短螺杆(22‑2)的一端相连接，短螺杆(22‑2)的另一端与第二支架(22‑3)相连接，第一底座(21‑1)的高度大于第二底座(22‑1)的高度，长螺杆(21‑2)的长度大于短螺杆(22‑2)的长度。...

【技术特征摘要】
1.一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构，其特征是：包括用于套装在主轴上的内撑轴套组件(1)、前端盖和后端盖以及用于连接主轴端部的主轴机架，前端盖和后端盖分别盖在内撑轴套组件(1)的前表面和后表面上，所述的内撑轴套组件(1)包括主轴前轴承(11)和主轴后轴承(12)，主轴前轴承(11)的直径小于主轴后轴承(12)的直径，主轴前轴承(11)的外环面与主轴后轴承(12)的内环面之间环形均布支撑连接有至少三组螺母组件，每组螺母组件均由长螺杆螺母(21)和短螺杆螺母(22)组成，长螺杆螺母(21)和短螺杆螺母(22)之间夹角为22.5°，长螺杆螺母(21)包括安装在主轴前轴承(11)外环面上的第一底座(21-1)、长螺杆(21-2)以及连接在主轴后轴承(12)的内环面上的第一支架(21-3)，第一底座(21-1)与长螺杆(21-2)的一端相连接，长螺杆(21-2)的另一端与第一支架(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗松，翟文蓉，华庆强，张弢，
申请(专利权)人：中国航天科工集团上海浦东开发中心，上海庆强实业有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31