CN101697435A

CN101697435A - 一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴

Info

Publication number: CN101697435A
Application number: CN200910188242A
Authority: CN
Inventors: 吴玉厚; 张丽秀; 李颂华
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2010-04-21

Abstract

一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，涉及一种机械构件，包括有电主轴壳体(7)、电主轴陶瓷转轴(1)、混合材料轴承装置的轴承内圈(2)、轴承外圈(3)、电机定子(6)、转子(5)、冷却装置(4)、轴承预紧装置(8)、润滑装置；轴承装置轴承内圈(2)及轴承球采用陶瓷材料，轴承保持架为树脂材料，轴承外圈(3)为钢质材料；轴承采用可装配式。提供一种钢轴承外圈与陶瓷转轴、陶瓷轴承内圈、陶瓷球混合使用的高速电主轴。采用氧化锆及热压氮化硅为主轴及轴承内圈、轴承滚珠材料，减轻了主轴旋转部分的重量，提高了旋转速度。轴承外圈利用钢质材料，减小了加工难度，增加了抗振效果。

Description

一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴

技术领域

本发明涉及一种机械构件，特别是一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴。

背景技术

现代高档机床的主轴越来越多的开始应用电主轴。特别是在高速加工机床上，电主轴以其便于控制，便于调速的优良性能而更显优势。在数控机床中，对电主轴的要求主要在以下几个方面：一、要求电主轴转动件的转动惯量要小，在高速运动过程中便于控制。二、在高速运行过程中，会由于机械摩擦及电磁损耗产生热量，因此一方面要求电主轴要有良好的冷却环节，另一方面也要求电主轴要有一定的耐热性。三、要求电主轴有足够的刚度及较长的寿命。这些问题的解决，电主轴关键部件----转轴及轴承的材料选择起到至关重要的作用。陶瓷材料具有耐磨、耐蚀、耐高温、电绝缘、不导磁、高强度、高刚度、比重小等性能，使用陶瓷作为电主轴的转轴及轴承材料，可以达到磨损小、噪声低、振动小等要求，可使电主轴速度更高，在苛刻的环境及低润滑场合下运行，并大幅提高其性能和可靠性。但是，由于陶瓷材料为难加工材料，特别是轴承外圈的沟道加工精度很难保证，影响电主轴整体使用性能。另外，鉴于轴承外圈为非旋转件，在高速下对材料的没有比重轻的要求。因此，在设计电主轴时，轴承外圈的材料选用轴承钢，转轴(轴承内圈)及球材料选用陶瓷，设计一种混合轴承的高速电主轴，在充分利用陶瓷材料优良性能的基础上，通过使用钢圈作为轴承外圈在一定程度上起到减震作用。此种设计，不但解决了陶瓷轴承质量问题，也为电主轴的设计制造提供新思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢轴承外圈与陶瓷转轴、陶瓷轴承内圈、陶瓷球混合使用的高速电主轴。采用氧化锆及热压氮化硅为主轴及轴承内圈、轴承滚珠材料，减轻了主轴旋转部分的重量，提高了旋转速度。轴承外圈利用钢质材料，减小了加工难度，增加了抗振效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，包括有电主轴壳体、电主轴陶瓷转轴、混合材料轴承装置的轴承内圈、轴承外圈、电机定子、转子、冷却装置、轴承预紧装置、润滑装置；轴承装置轴承内圈及轴承球采用陶瓷材料，轴承保持架为树脂材料，轴承外圈为钢质材料；轴承采用可装配式。

所述的一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其所述的轴承预紧装置的轴承的预紧采用弹簧预紧，由预紧弹簧的根数及长度调整预紧力大小。

所述的一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其所述的轴承润滑装置，采用前后轴承分别润滑的油雾润滑方式，并通过采用一路出气的方式使油雾强制通过转子表面，将转子强制冷却。

所述的一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其所述的定子采用水冷方式，在电主轴壳体内通过热套工艺装上水套循环水冷。

所述的一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其所述的陶瓷转轴与接杆采用圆柱面加端面定位或锥面定位。

本发明的优点与效果是：

1、本发明采用陶瓷作为主轴、轴承内圈及轴承球的材料，减轻了电主轴转动惯量、提高了耐高温性能及主轴系统的刚度、省去了热处理环节、具有节能环保及耐腐蚀的效果、提高了主轴系统的使用寿命。

2、本发明采用轴承钢材料作为轴承外圈材料，相对于全陶瓷轴承，降低了加工难度，提高了轴承部件的精度，降低了电主轴的振动幅值及噪音，提高了轴承装置的散热能力。

3、本发明润滑系统采用油雾润滑方式。前后轴承采用两路进气，一路出气、实现对电机转子的强制冷却。

附图说明

图1为本发明混合轴承电主轴结构图；

图2为本发明轴承润滑及冷却原理图；

图3为本发明混合轴承结构示意图；

图4为本发明轴承挡圈结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

该电主轴结构主要包括外壳、陶瓷主轴、陶瓷轴承内圈、陶瓷球、钢轴承外圈、定子、转子、冷却装置、润滑装置及轴承预紧装置。该电主轴的轴承内外圈为不同材料。内圈采用陶瓷材料，保证了电主轴旋转件的大刚度及低转动惯量的要求。外圈采用钢质材料，降低了加工难度，并起到一定的减振作用。同时，其前后轴承的润滑采用两路进气、一路出气的油雾润滑方式，并使油雾强行通过转子表面，实现转子的冷却。该电主轴轴承采用油雾润滑的方式，在满足润滑要求的同时，通过控制油雾流向的方式，实现转子的强制冷却。

如图1所示，电主轴壳体7内热套水套的冷却装置4，形成封闭空间，通过设置进水口和出水口，形成水循环，用于冷却电机定子6。电主轴陶瓷转轴1及轴承内圈2及轴承球为陶瓷材料，轴承外圈3为钢质材料，它们组成支撑部件。主轴轴承的预紧由预紧装置8完成，预紧力与预紧弹簧的根数及弹簧的压缩量有关。

图2为该电主轴的轴承润滑及转子冷却系统原理图，进气时，前后轴承各设有一路润滑油路，通过油雾润滑的方式，实现对轴承的润滑，同时带走轴承热量。出气时，采用后端出气的方式，使前端轴承的润滑油雾强制通过电机转子5与电机定子6间的气隙，实现对转子的强制冷却。

Claims

1.一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其特征在于包括有电主轴壳体(7)、电主轴陶瓷转轴(1)、混合材料轴承装置的轴承内圈(2)、轴承外圈(3)、电机定子(6)、转子(5)、冷却装置(4)、轴承预紧装置(8)、润滑装置；轴承装置轴承内圈(2)及轴承球采用陶瓷材料，轴承保持架为树脂材料，轴承外圈(3)为钢质材料；轴承采用可装配式。

2.根据权利要求1所述的一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其特征在于所述的轴承预紧装置(8)的轴承的预紧采用弹簧预紧，由预紧弹簧的根数及长度调整预紧力大小。

3.根据权利要求1所述的一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其特征在于所述的轴承润滑装置，采用前后轴承分别润滑的油雾润滑方式，并通过采用一路出气的方式使油雾强制通过转子表面，将转子强制冷却。

4.根据权利要求1所述的一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其特征在于所述的定子采用水冷方式，在电主轴壳体内通过热套工艺装上水套循环水冷。

5.根据权利要求1所述的一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其特征在于所述的陶瓷转轴与接杆采用圆柱面加端面定位或锥面定位。