阅读说明：本技术 一种中置式主轴箱结构 (Central spindle box structure ) 是由 陈仁杰 于 2019-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种中置式主轴箱结构,包括轴组件和连接组件,轴组件包括主轴箱和Z轴进给组件,主轴箱的上端设有主轴电机,主轴箱的外侧设有对称的四组滚柱导轨副,各滚柱导轨副与Z轴竖直滑块适配；连接组件包括两个连接板、两组直角弯板和连接两个连接板的Y轴螺母座,Y轴螺母座的一侧设有固定Y轴丝杠螺母的第一安装孔。本发明,通过扁平的连接板和直角弯板,将Y轴横向导轨滑块与主轴箱上的Z轴竖直滑块连接起来,且空间距离最近,结构更紧凑；缩小了主轴箱和连接板所需的截面尺寸,从而增强连接板的刚度,提高连接组件稳定性,主轴箱整体重量明显降低,提高了主轴箱和横梁组成的工艺系统的刚性,适合模块化设计,批量生产,生产成本低。(The invention discloses a central spindle box structure, which comprises a shaft assembly and a connecting assembly, wherein the shaft assembly comprises a spindle box and a Z-axis feeding assembly, a spindle motor is arranged at the upper end of the spindle box, four symmetrical roller guide rail pairs are arranged on the outer side of the spindle box, and each roller guide rail pair is matched with a Z-axis vertical sliding block; the connecting assembly comprises two connecting plates, two groups of right-angle bent plates and a Y-axis nut seat for connecting the two connecting plates, and a first mounting hole for fixing a Y-axis lead screw nut is formed in one side of the Y-axis nut seat. According to the invention, the Y-axis transverse guide rail sliding block and the Z-axis vertical sliding block on the spindle box are connected through the flat connecting plate and the right-angle bent plate, the space distance is nearest, and the structure is more compact; the required cross sectional dimension of headstock and connecting plate has been reduced to the rigidity of reinforcing connecting plate improves coupling assembling stability, and the whole weight of headstock obviously reduces, has improved the rigidity of the process system that headstock and crossbeam are constituteed, is fit for the modularized design, batch production, low in production cost.)

一种中置式主轴箱结构

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种中置式主轴箱结构。

背景技术

机械加工设备是制造行业的重要组成部分，机械加工方式多样。而龙门式加工中心可实现车铣镗磨钻等多种加工，而且还可以根据需要实现三个方向移动，适合与多种加工场合。

龙门式加工中心的主轴箱结构，按照主轴箱在横梁上的安装位置分为前置式和中置式。按主轴箱的导轨类型分为硬轨型和线轨型，线轨型多采用滚柱直线导轨副。在中置式线轨型主轴箱结构中，目前多均采用主轴电机直连结构，电机装在主轴箱内。主轴箱装在由上下两块框架式整体结构件组成的框形组件内，主轴箱随框形组件在横梁导轨上左右移动。主轴箱导轨的滑块装在框形组件上，主轴箱沿其导轨在框形组件内上下移动。如中国发明专利申请CN106271627A公开的一种龙门动梁式立式车铣复合加工中心，采用龙门框架设置，坐于地脚上的床身与左右两侧立柱、立柱上有导轨、滑块支撑垂直相交的横梁，通过电机、丝杠形成对横梁的Y轴双驱动；滑鞍带主轴箱在横梁左右X轴移动，并且主轴箱还与竖立导轨连接，滑块、滑鞍与主轴箱一起在电机运行状态下，带动丝杠，上下Z轴移动；主轴驱动单元倒置于主轴箱内，斗笠式刀库固定于床身后侧，主轴动力单元可通过X、Y、Z三轴实现主轴取刀功能，根据机床不同类型，实现铣或车的功能。这样的结构造成以下缺陷：

(1)主轴箱与横梁之间均采用上下两块框架式整体结构件，其框架结构悬臂大，刚性差，在各连接面上的形位误差很难控制，结构复杂，装配工艺性差；

(2)主轴电机装在主轴箱内，使主轴箱外形截面增大，刚性差，加工工艺性和装配工艺性差，很难组织批量生产；

(3)主轴箱截面大，重量大，使主轴箱部件和横梁部件组成的工艺系统刚性差，占用空间大，整机成本大；

(4)主轴箱和框形组件加工、装配的一致性差，很难组织批量生产。

有鉴于此，急需对现有的中置式主轴箱结构进行改进，以方便加工和装配，提高结构刚性和稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的中置式主轴箱结构存在不易加工和装配，结构刚性和稳定性差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种中置式主轴箱结构，包括：

轴组件，包括主轴箱和设置在所述主轴箱一侧的Z轴进给组件，所述主轴箱的上端设有主轴电机，所述主轴箱的内部设有第一联轴器和主轴，所述主轴电机通过所述第一联轴器驱动所述主轴转动，所述主轴箱的外侧设有对称的四组滚柱导轨副，各所述滚柱导轨副与Z轴竖直滑块适配；

连接组件，包括；

两个连接板，各个所述连接板的中心设有供所述主轴箱穿过的轴箱孔，所述连接板的外侧设有用于与Y轴横向滚柱导轨副适配的Y轴横向导轨滑块，所述Z轴进给组件固定在所述连接板上；

两组直角弯板，各组所述直角弯板为四个，固定于同一个所述轴箱孔内，各所述直角弯板与所述连接板、对应的所述Z轴竖直滑块分别固定；

连接两个所述连接板的Y轴螺母座，所述Y轴螺母座的一侧设有固定Y轴丝杠螺母的第一安装孔。

在另一个优选的实施例中，所述Z轴进给组件包括：

电机座，与上方的所述连接板固定，Z轴进给电机固定在所述电机座的顶面上；

Z轴丝杠组件，包括Z轴丝杠副和固定在所述Z轴丝杠副下方的Z轴丝杠螺母，所述Z轴丝杠副的上端通过第二联轴器与所述Z轴进给电机联动，；

Z轴螺母座，固定在所述主轴箱的侧面，设有用于固定所述Z轴丝杠螺母的第二安装孔；

Z轴轴承座，与下方的所述连接板固定，所述Z轴丝杠副的下方设有定位柱，所述定位柱通过角接触球轴承转动设置在所述Z轴轴承座内。

在另一个优选的实施例中，所述电机座的底部设有U形延伸板，所述U形延伸板的两侧分别与两个相邻的所述直角弯板的顶面固定，中部与所述连接板的外框固定。

在另一个优选的实施例中，所述连接板为方框形结构，且设有若干镂空的工艺孔，还设有：

内圈，设有供所述直角弯板螺栓固定的Z轴固定位，所述内圈的一侧设有供所述Z轴进给组件穿过的避空槽；

外圈，正面设有凹槽，反面对应所述凹槽的外侧边缘设有定位凸台，螺栓穿过所述凹槽和所述Y轴横向导轨滑块，且所述Y轴横向导轨滑块的外侧与所述定位凸台固定，所述凹槽和所述定位凸台形成所述Y轴固定位。

在另一个优选的实施例中，所述电机座内设有轴承孔，所述轴承孔内设有若干并排的角接触球轴承，所述Z轴丝杠副通过角接触球轴承转动设置于所述轴承孔内。

在另一个优选的实施例中，所述第二联轴器和所述轴承孔之间设有：

锁紧螺母，置于所述第二联轴器的底部，所述Z轴丝杠副穿过所述锁紧螺母，定位销穿过所述锁紧螺母与所述Z轴丝杠副固定；

密封套，与所述轴承孔的顶面固定，所述锁紧螺母转动设置于所述密封套内。

在另一个优选的实施例中，所述Y轴螺母座为镂空的竖直板状结构，设有：

第一固定位，设置在所述螺母座的顶部和底部中心，用于与两个所述连接板通过螺栓竖直***固定；

第二固定位，设置在所述螺母座的顶部和底部两侧，用于与对应的所述直角弯板通过螺栓水平***固定。

在另一个优选的实施例中，所述主轴箱为方形结构，相对的两个侧面分别设有两组所述滚柱导轨副，两两相邻的四组所述滚柱导轨副之间设有多个加强筋板。

在另一个优选的实施例中，其中一个所述滚柱导轨副的上下两端设有弹性限位挡块。

在另一个优选的实施例中，若干所述加强筋板上设有用于线缆、气管和水管穿过的通孔，所述主轴的内侧设有线缆、气管和水管。

与现有技术相比，本发明，具有以下优点：

1.通过扁平的连接板和直角弯板，直接将Y轴横向导轨滑块与主轴箱上的Z轴竖直滑块连接起来，且空间距离最近，占用空间更小，结构更紧凑，结构工艺性好，整体刚性高；缩小主轴箱和连接板所需的截面尺寸，从而有更多的设计空间增强主轴箱、连接板和相配横梁的刚度，提高连接组件的稳定性。

2.主轴电机设置在主轴箱的顶端，利用第一联轴器与主轴连接，而主轴箱竖直移动的距离由主轴箱外侧的Z轴进给组件限定，从而避免主轴电机影响轴箱孔的尺寸，可进一步缩小主轴箱、轴箱孔、连接板的截面尺寸，从而增强连接板的刚度，提高连接组件的稳定性，而且，主轴箱的整体重量明显降低，提高了主轴箱和横梁组成的工艺系统的刚性。

3.两个连接板分别滑动设置在横梁的顶面和底面上，与横梁的连接位置更对称，而且两个连接板采用了Y轴螺母座进行加固形成一个整体刚性框架，有效提高了两个连接板之间的稳定性，同时使得Y轴丝杠螺母驱动Y轴螺母座、连接板和主轴箱整体进行Y轴移动。

4.采用对称设置的四组滚柱导轨副，实现双轨结构，可有效保证主轴箱的重力均衡，提高竖直移动和加工过程的稳定性。

5.连接板和主轴箱的结构可进行批量磨削加工，加工精度和装配精度容易控制，特别适合模块化设计，批量生产，产品质量稳定，生产成本较低。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的拆分示意图；

图3为本发明中两个连接板的结构示意图；

图4为本发明中Y轴螺母座的结构示意图；

图5为本发明中轴组件的上半部的结构示意图；

图6为本发明中轴组件的下半部的结构示意图；

图7为本发明中Z轴进给组件的结构示意图；

图8为本发明中Z轴进给组件的拆分结构示意图；

图9为本发明中主轴箱的拆分示意图；

图10为本发明置于龙门加工中心的横梁上的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种中置式主轴箱结构，下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1和图10所示，本发明提供的一种中置式主轴箱结构100，包括轴组件和连接组件，连接组件用于将轴组件置于龙门加工中心的横梁200上，随着轴组件沿横梁200进行Y轴移动，同时为Z轴进给组件20提供支撑，也能够在Z轴进给组件20的作用下竖直移动。

如图7所示，轴组件包括主轴箱10和设置在主轴箱10一侧的Z轴进给组件20，主轴箱10的上端设有主轴电机11，主轴箱10的内部设有第一联轴器111和主轴112，主轴电机11通过第一联轴器111驱动主轴112转动，主轴箱10的外侧设有对称的四组滚柱导轨副12，各滚柱导轨副12与Z轴竖直滑块121适配。主轴112装在主轴箱10的主轴112孔中，用螺钉紧固，带打刀缸和中心出水结构。

如图1～4所示，连接组件包括两个连接板31、两组直角弯板32和连接两个连接板31的Y轴螺母座33。其中：

如图3所示，各个连接板31的中心设有供主轴箱10穿过的轴箱孔311，连接板31的外侧设有用于与Y轴横向滚柱导轨副适配的Y轴横向导轨滑块317，Z轴进给组件20固定在连接板31上。连接板31为主轴箱10的竖直移动提供了空间，并使得主轴箱10在Z轴进给组件20的驱动下，在轴箱孔311实现上下移动，功率损耗低，工作效率高效精准。

如图5和图6所示，各组直角弯板32为四个，固定于同一个轴箱孔311内，各直角弯板32与连接板31、对应的Z轴竖直滑块121分别固定。两组直角弯板32分别设置在两个连接板31上，直角弯板32分别设置在轴箱孔311的不同位置，与连接板31、对应的Z轴竖直滑块121在空间错开。

如图4所示，Y轴螺母座33将上下两个连接板31固定，而且它的一侧设有固定Y轴丝杠螺母333的第一安装孔330。Y轴丝杠传动使得Y轴螺母座33带动两个连接板31、主轴箱10实现Y轴横向移动。本实施例中，第一安装孔330的一侧设有开口，提高装配效率。

如图7和图8所示，在一个优选的实施例中，Z轴进给组件20包括Z轴进给电机210、电机座21、Z轴丝杠组件、Z轴螺母座23和Z轴轴承座24。其中：

电机座21与上方的连接板31固定，Z轴进给电机210固定在电机座21的顶面上，Z轴丝杠副22的上端通过第二联轴器211与Z轴进给电机210联动；

Z轴丝杠组件，包括Z轴丝杠副22和固定在Z轴丝杠副22下方的Z轴丝杠螺母221，Z轴丝杠副22的上端通过第二联轴器211与Z轴进给电机210联动；

Z轴螺母座23，固定在主轴箱10的侧面，设有用于固定Z轴丝杠螺母221的第二安装孔；

Z轴轴承座24，与下方的连接板31固定，Z轴丝杠副22的下方设有定位柱222，定位柱222通过角接触球轴承转动设置在Z轴轴承座24内。

本实施例中，Z轴丝杠副22在Z轴进给电机210的驱动下转动，Z轴螺母座23与主轴箱10固定，因此Z轴螺母座23带动主轴箱10竖直滑移。Z轴丝杠副22的长度较长，上端通过电机座21、第二联轴器211实现定位，而Z轴轴承座24与连接板31固定，为Z轴丝杠副22的底端提供了定位效果。Z轴丝杠副22的上端双向定位，后端简支，既保证了良好的传动效果，也保证了传动过程的稳定，具体可采用滚珠丝杠结构。

进一步地，电机座21的底部设有U形延伸板213，U形延伸板213的两侧分别与两个相邻的直角弯板32的顶面固定，中部与连接板31的外框固定。电机座21与直角弯板32和连接板31分别固定，三个部件之间两两固定，有效提高了电机座21的稳定性，能够减少Z轴进给电机210的震动。

或者，进一步地，电机座21内设有轴承孔212，轴承孔212内设有四列DBB组合配置的角接触球轴承，Z轴丝杠副22穿过轴承孔212，并通过角接触球轴承转动设置于轴承孔212内。本实施例中，电机座21不仅为Z轴进给电机210提供安装位置，还为Z轴丝杠副22提供了起到定位和导向功能的轴承孔212，有效保证Z轴丝杠副22在加工过程中转动的稳定性，进一步提高主轴箱10竖直移动的平稳度。

或者，进一步地，第二联轴器211和轴承孔212之间设有锁紧螺母222和密封套223。其中：

锁紧螺母222，置于第二联轴器211的底部，Z轴丝杠副22穿过锁紧螺母222，定位销穿过锁紧螺母222与Z轴丝杠副22固定；

密封套223，外侧与轴承盖间隙密封，锁紧螺母222通过密封套223压紧上侧角接触球轴承的内圈。

本实施例中，密封套223和锁紧螺母222接合，目的是限定第二联轴器211的位置，防止第二联轴器211和Z轴丝杠副22之间产生松动。

如图3所示，在另一个优选的实施例中,连接板31为方框形结构，且设有若干镂空的工艺孔，还设有内圈312和外圈313。本实施例中，将Z轴和Y轴不同方向的相关组件进行连接，互不干扰。其中：

内圈312，设有供直角弯板32螺栓固定的Z轴固定位，直角弯板32分别固定在上方连接板31的顶面和下方连接板31的底面，内圈312的一侧设有供Z轴进给组件20穿过的避空槽316；内圈312用于将直角弯板32、Z轴竖直滑块121配合，与主轴箱10产生滑动连接关系。

外圈313，设有与Y轴横向导轨滑块317螺栓固定的Y轴固定位，Y轴横向导轨滑块分别固定在上方连接板31的底面和下方连接板31的顶面，外圈313的正面设有四个凹槽314，反面对应各个凹槽314的外侧边缘设有定位凸台315，螺栓穿过各个凹槽314和Y轴横向导轨滑块317，且Y轴横向导轨滑块317的外侧与定位凸台315固定，其中两个定位凸台315用于侧定位，另外两个用于加紧，凹槽314和定位凸台315形成Y轴固定位。外圈313用于Y轴横向导轨滑块317和横梁200实现滑动配合连接，实现Y轴方向的移动。

如图4所示，在另一个优选的实施例中，Y轴螺母座33为镂空的竖直板状结构，设有第一固定位331和第二固定位332，其中：

第一固定位331，设置在螺母座的顶部和底部中心，用于与上下两个连接板31通过螺栓竖直***固定；

第二固定位332，设置在螺母座的顶部和底部两侧，用于与对应的直角弯板32通过螺栓水平***固定。

本实施例中，Y轴螺母座33不仅与两个连接板31固定，还与上下两组直角弯板32的两对进行固定，采用多点固定，进一步提高牢固程度。

如图1和图9所示，在另一个优选的实施例中，主轴箱10为方形结构，设有相对的两个侧面分别设有两组滚柱导轨副12，两两相邻的四组滚柱导轨副12之间设有多个加强筋板。由于滚柱导轨副12凸出设置，加强筋板13可提高两个滚柱导轨副12之间的刚度。

进一步地，若干加强筋板13上设有用于线缆、气管和水管穿过的通孔，主轴111的内侧设有线缆、气管和水管，线缆用于电连接，气管用于气封、打刀和吹刀，水管用于及时对工件和刀具进行冷却，降低由于力度过大产生的高温，保证工件的加工质量。

如图5所示，在另一个优选的实施例中，其中一个滚柱导轨副12的上下两端设有弹性限位挡块122。其中Z轴进给组件20驱动主轴箱10竖直移动，而弹性限位挡块122用于机床调试时，万一出现误操作，避免部件之间发生碰撞，保护设备安全。

本发明中，固定方式均可采用螺钉固定并打圆锥定位销加固。

本发明，具有以下优点：

1.通过扁平的连接板和直角弯板，直接将Y轴横向导轨滑块与主轴箱上的Z轴竖直滑块连接起来，且空间距离最近，占用空间更小，结构更紧凑，结构工艺性好，整体刚性高；缩小主轴箱和连接板所需的截面尺寸，从而有更多的设计空间增强主轴箱、连接板和相配横梁的刚度，提高连接组件的稳定性。

2.主轴电机设置在所述主轴箱的顶端，利用第一联轴器与主轴连接，而主轴箱竖直移动的距离由主轴箱外侧的Z轴进给组件限定，从而避免主轴电机影响轴箱孔的尺寸，可进一步缩小主轴箱、轴箱孔、连接板的截面尺寸，从而增强连接板的刚度，提高连接组件的稳定性，而且，主轴箱的整体重量明显降低，提高了主轴箱和横梁组成的工艺系统的刚性。

3.两个连接板分别滑动设置在横梁的顶面和底面上，与横梁的连接位置更对称，而且两个连接板采用了Y轴螺母座进行加固形成一个整体刚性框架，有效提高了两个连接板之间的稳定性，同时使得Y轴丝杠螺母驱动Y轴螺母座、连接板和主轴箱整体进行Y轴移动。

4.采用对称设置的四组滚柱导轨副，实现双轨结构，可有效保证主轴箱的重力均衡，提高竖直移动和加工过程的稳定性。

5.连接板和主轴箱的结构可进行批量磨削加工，加工精度和装配精度容易控制，特别适合模块化设计，批量生产，产品质量稳定，生产成本较低。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。