自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈及生产方法技术

本发明专利技术涉及自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈及生产方法，所述轴承隔圈的外隔圈设计为分离的左半隔圈和右半隔圈，左半隔圈的右端设有一圈外圆弧面，右半隔圈的左端设有一圈内圆弧面，外圆弧面和内圆弧面均为光滑的凸圆弧面，所述左半隔圈和右半隔圈相接组成外隔圈时，左半隔圈的外圆弧面位于右半隔圈的内圆弧面内，生产时，在外圆弧面和内圆弧面上镀多层膜改善其力学性能，当机床主轴组件热膨胀时，左半隔圈和右半隔圈通过圆弧面的错动沿轴向发生相对位移来补偿热诱导预紧力产生的影响，当隔圈冷却时，左半隔圈和右半隔圈能够自动复位供下次使用。自动复位供下次使用。自动复位供下次使用。

【技术实现步骤摘要】
自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈及生产方法


[0001]本专利技术涉及高速精密机床主轴单元热误差控制
，具体涉及自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈及生产方法。

技术介绍

[0002]电主轴单元因具备高转速、高加减角速度、快速准停等特性而被广泛应用于机械加工领域。主轴轴承作为高速精密机床主轴单元的核心零部件，其运行状态直接决定了主轴单元的工作性能；其中，角接触球轴承作为机床主轴轴承最常用的类型，预紧力是影响其运行状态的关键因素之一，预紧力大小直接影响了轴承的滚动体打滑、温升及疲劳寿命等关键性能指标。
[0003]轴承的预紧方式一般可分为定位预紧、定压预紧及调压预紧三种。但在主轴单元实际工作中，由于定压预紧所用弹簧的刚度难以确定，调压预紧结构过于复杂、操作繁琐等问题，这两种预紧方式几乎都没有被采用。目前较常见的轴承预紧方式是螺栓与定位预紧结合使用，即通过调节螺栓旋合长度施加初始预紧力；但在转速、切削力以及初始预紧力等因素作用下轴承摩擦引起功率损耗，进而导致主轴单元组件大幅温升，轴承产生较大的热诱导预紧力，进一步加大轴承温升，同时也造成螺栓与定位预紧结合使用的预紧方式施加的初始预紧力未知，主轴单元工作中实际预紧力难以调控，难以补偿产生的热诱导预紧力，影响主轴单元服役特性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的一个目的在于提供一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈，能够降低现有技术中由于热膨胀给主轴轴承预紧力调控带来的不确定性；另一个目的在于提供一种该轴承隔圈的生产方法，以便隔圈在受热膨胀后能够自动复位，更好地解决此类问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈，所述轴承隔圈包括内隔圈和外隔圈，所述外隔圈设计为分离式隔圈，由左半隔圈和右半隔圈组成，所述左半隔圈的右端设有一圈从右端面向外壁过渡延伸的外圆弧面，所述右半隔圈的左端设有一圈从左端面向内壁过渡延伸的内圆弧面，所述外圆弧面和内圆弧面均为光滑的凸圆弧面，所述左半隔圈和右半隔圈以彼此的圆弧面相接组成外隔圈时，左半隔圈的外圆弧面位于右半隔圈的内圆弧面内，当机床主轴组件热膨胀时，所述左半隔圈和右半隔圈可以通过圆弧面的错动沿轴向发生相对位移来补偿热诱导预紧力产生的影响，当隔圈冷却时，左半隔圈和右半隔圈能够自动复位。
[0006]进一步地，所述外圆弧面和内圆弧面均经过镀膜处理，所镀膜层为CrN/W2N多层膜。
[0007]进一步地，所述外圆弧面从左半隔圈的右端面上一点向左半隔圈外壁延伸，且外
圆弧面在轴承隔圈的轴向上的长度大于所述外圆弧面在轴承隔圈径向上的高度；所述内圆弧面从右半隔圈的左端面上一点向右半隔圈内壁延伸，且内圆弧面在轴承隔圈的轴向上的长度大于所述内圆弧面在轴承隔圈径向上的高度。
[0008]进一步地，所述外圆弧面和内圆弧面的高度不相同，所述外圆弧面和内圆弧面的长度不相同。
[0009]进一步地，所述左半隔圈的右端面和右半隔圈的左端面均通过挖空一部分外壁后形成台阶面，所述外圆弧面或内圆弧面均设置在邻近隔圈内壁处的台阶上。
[0010]一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈的生产方法，包括以下步骤：步骤一：采用车床将毛坯原料加工成圆柱体；步骤二：用铣床将圆柱体中间掏空，形成圆环形的左半隔圈和右半隔圈；步骤三：将圆环形材料送入数控机床，在数控机床中进行精确加工；其中，左半隔圈以圆环轴线上一点为中心，选择合适的曲率半径，在圆环右端面和外壁处加工出一圈凸球面，形成所述外圆弧面；右半隔圈以圆环外一点为中心，选择合适的曲率半径，在右半隔圈的左端面和内壁处加工出一圈凸球面，形成所述内圆弧面；步骤四：对加工后的初始毛坯进行抛光处理，得到轴承外隔圈样品。
[0011]进一步地，所述生产方法还包括对外圆弧面和内圆弧面的镀膜处理步骤，使用磁控溅射方法进行镀膜，将已经清洗好的轴承外隔圈样品和单晶硅片放置在样品台上，然后调整靶材与样品台的间距，溅射时通入的气体是氩气和氮气的混合气体，关闭真空腔体进行溅射镀膜，具体过程如下：（1）开机预热，通冷却水，开机械泵抽低真空至1Pa左右，打开分子泵抽高真空至5
×
10
‑3Pa，同时将真空室加热至100℃；（2）打开气瓶阀门和流量计，通入氩气，调整气压使靶材起辉；（3）加基底偏压至
‑
500V，用Ar
+
溅射基底表面30min，以去除表面杂质；（4）通入氮气，调整工作气压至0.4Pa；调整基底偏压为
‑
100V，设置基底温度为100℃；（5）沉积一层金属Cr的过渡层，以提高薄膜和基底的结合力；（6）调整工作气压为0.2Pa，设置Cr靶电流为3A，W靶电流为5A，四个靶材共同溅射2h，同时控制样台匀速转动，设置不同的转速，以得到具有不同的调制周期的CrN/W2N多层膜；（7）镀膜完毕，待冷却后充气并取出样品。
[0012]有益效果：1、本专利技术将轴承外隔圈设计为分离式隔圈，并在左半隔圈和右半隔圈相接处采用相互配合的圆弧面，使得左半隔圈和右半隔圈在局部形成点接触，在圆周方向上形成线接触，以使得当主轴部件产生热膨胀时，分离式隔圈相互接触部分较为光滑，彼此能够产生较大位移的相互错动，使得外隔圈通过相对位移来抵抗热膨胀带来的影响，减少热误差，获得更好的补偿热诱导预紧力效果。
[0013]2、本专利技术进一步在圆弧面上增加表面镀层，尤其是CrN/W2N多层膜，能够降低圆弧面的内应力、提高韧性、改善摩擦性能，当轴承隔圈冷却时，两个圆弧面之间的摩擦力很小，由于温度升高的变形可以自动复位，以便该分离式隔圈可以多次生效。
附图说明
[0014]图1 为本专利技术轴承隔圈示意图；图2为图1中A处的放大图。
[0015]附图标记：1、主轴箱，2、5轴承，3、左半隔圈，4、右半隔圈，6、主轴，7、内隔圈。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明。
[0017]如图1和2所示，主轴6设置在主轴箱1内，轴承2、5背靠背安装，轴承之间安装隔圈，一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈，所述轴承隔圈包括7内隔圈和外隔圈，其中，所述外隔圈设计为分离式隔圈，由左半隔圈3和右半隔圈4组成，所述左半隔圈3的右端设有一圈从右端面向外壁过渡延伸的外圆弧面，所述右半隔圈4的左端设有一圈从左端面向内壁过渡延伸的内圆弧面，所述外圆弧面和内圆弧面均为光滑的凸圆弧面，所述左半隔圈3和右半隔圈4以彼此的圆弧面相接组成外隔圈时，左半隔圈3的外圆弧面位于右半隔圈4的内圆弧面内，当机床主轴组件热膨胀时，所述左半隔圈3和右半隔圈4可以通过圆弧面之间的错动沿轴向发生相对位移来补偿热诱导预紧力产生的影响，当隔圈冷却时，左半隔圈3和右半隔圈4能够自动复位。
[0018]为了进一步改善隔圈上圆弧面的力学性能，使其在受热膨胀时能够顺利的发生相对运动，所述外圆弧面和内圆弧面均经过镀膜处理，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈，所述轴承隔圈包括内隔圈和外隔圈，其特征在于，所述外隔圈设计为分离式隔圈，由左半隔圈和右半隔圈组成，所述左半隔圈的右端设有一圈从右端面向外壁过渡延伸的外圆弧面，所述右半隔圈的左端设有一圈从左端面向内壁过渡延伸的内圆弧面，所述外圆弧面和内圆弧面均为光滑的凸圆弧面，所述左半隔圈和右半隔圈以彼此的圆弧面相接组成外隔圈时，左半隔圈的外圆弧面位于右半隔圈的内圆弧面内，当机床主轴组件热膨胀时，所述左半隔圈和右半隔圈可以通过圆弧面的错动沿轴向发生相对位移来补偿热诱导预紧力产生的影响，当隔圈冷却时，左半隔圈和右半隔圈能够自动复位。2.如权利要求1所述的一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈，其特征在于，所述外圆弧面和内圆弧面均经过镀膜处理，所镀膜层为CrN/W2N多层膜。3.如权利要求1所述的一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈，其特征在于，所述外圆弧面从左半隔圈的右端面上一点向左半隔圈外壁延伸，且外圆弧面在轴承隔圈的轴向上的长度大于所述外圆弧面在轴承隔圈径向上的高度；所述内圆弧面从右半隔圈的左端面上一点向右半隔圈内壁延伸，且内圆弧面在轴承隔圈的轴向上的长度大于所述内圆弧面在轴承隔圈径向上的高度。4.如权利要求3所述的一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈，其特征在于，所述外圆弧面和内圆弧面的高度不相同，所述外圆弧面和内圆弧面的长度不相同。5.如权利要求1所述的一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈，其特征在于，所述左半隔圈的右端面和右半隔圈的左端面均通过挖空一部分外壁后形成台阶面，所述外圆弧面或内圆弧面均设置在邻近隔圈内壁处的台阶上。6.如权利要求1所述的一种自补偿机床主轴轴承热诱导预紧力的轴承隔圈的生产方法，其特征在于，包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：董艳方，陈非凡，卢团良，邱明，陈立海，庞晓旭，李军星，杨传猛，李迎春，杜辉，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：