CN102886534A - 高速高刚性动静压内置式电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速高刚性动静压内置式电主轴，后轴承后端装有端面止推轴承，端面止推轴承通过止推套由锁紧螺母紧固在主轴上，端面止推轴承后端设有端盖，端盖与后轴承之间设有调整隔圈，端盖和调整隔圈通过紧固件固定于后轴承侧壁上，调整隔圈套于端面止推轴承外。本发明通过将端面止推轴承装设于后轴承的后端，简化了高速高刚性动静压内置式电主轴的装配和维修工艺；通过在前轴承电机侧和后轴承电机侧设置甩液槽和环形浅腔使动静压轴承的润滑液及时回收，通过在前后轴承电机侧设置气密封装置确保前后轴承的润滑液不会流入电机所在的容积内来避免润滑液对电机的腐蚀，提高了电主轴电机和轴系的动态运行性能，延长了电主轴的使用寿命。

Description

高速高刚性动静压内置式电主轴

技术领域

本发明涉及一种用于高速精密数控机床的内置式电主轴，尤其是一种高速高刚性动静压内置式电主轴。

背景技术

随着科技的进步和机械加工工艺的发展，体现高切削速度、高进给速度、高加工精度等特征的高速精密数控机床是装备制造业的技术和发展方向，是装备制造业的战略性产业。高速精密数控机床不仅具有极高的生产效率，而且可显著提高零件的加工精度和表面质量。高速精密数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴单元的性能。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。高速精密数控机床电主轴由主轴电动机直接驱动，实现了主轴电动机与机床主轴“合二为一”的“零传动”结构形式，省去了复杂的中间传动环节，具有调速范围宽、转动惯量小、可快速启动和停车、易于实现无级调速等特点，逐渐取代传统的皮带传动主轴，在机床行业中电主轴取得了广泛的应用。

液体动静压轴承由于具有转速范围宽、承载能力大、运动精度高、抗振性能好、使用寿命长等优点，采用液体动静压轴承为支撑的机床主轴回转精度高、刚性好，是精密磨床和精密镗床大量采用的支承部件。

电主轴中按电机的安装方式分为外置式电主轴和内置式电主轴。外置式电主轴的电机安装在电主轴的尾部，其电机可采用风扇冷却，具有结构简单、安装维修方便等优点，与此同时亦存在不少缺点：一是结构尺寸大，很难以理想支撑跨距配置来实现紧凑的结构；二是电机安装侧为悬臂端，质量大，不利于回转精度的提高，影响了轮廓型面加工的精度。内置式电主轴的电机安装在主轴两支承之间，具有体积小、刚性好等优点，主轴结构紧凑。但也存在自身的缺点，表现在装配、调试、维修等不便，大大影响了其研发的难度。

专利号ZL200420069406.7的发明专利公开了一种动静压内置式电主轴。当发生由于止推面垂直度误差等原因造成的抱轴或刮擦等故障后进行检修时需要对整个电主轴进行拆装，维修工作量大。此外由于电主轴拆分后前后轴承的同轴度变化太大，维修后的电主轴的精度和性能有所降低。

专利号200720063388.5的实用新型专利公开了一种电机内装式动静压电主轴。电机两侧的密封采用的是专利号200720063389.x的密封结构，这种密封结构设计方案要求主轴与挡环的间隙配合精度较高。此外后轴承支承在后轴承座中，当维修时需对后轴承座拆装，后轴承座与壳体的重复定位精度影响了前后轴承的同轴度，也影响电主轴的精度和性能。

动静压内置式电主轴虽然受力状况有所改善，但主轴的变形无法避免。对于高速高刚性动静压内置式电主轴来说，高刚性的设计指标要求主轴轴径大，当主轴轴径较大时，由高转速的设计指标就使动静压轴承的供油量大大增加，此外当主轴变形引起电机两侧轴承间隙变得不对称后，纯粹的机械密封方法很难保证电机内部不受动静压轴承润滑液的影响，为了确保电机的稳定安全运行就必须采用密封效果更好的结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种密封效果好、维修方便的高速高刚性动静压内置式电主轴。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种高速高刚性动静压内置式电主轴，包括主轴及主轴上装设的电机转子，端面止推轴承，止推套，锁紧螺母，壳体及壳体上装设的前、后轴承、电机定子、电机后密封盖，调整隔圈和端盖，其特点是：后轴承后端装有端面止推轴承，端面止推轴承通过止推套由锁紧螺母紧固在主轴上，端面止推轴承后端设有端盖，端盖与后轴承之间设有调整隔圈，端盖和调整隔圈通过紧固件固定于后轴承侧壁上，调整隔圈套于端面止推轴承外，装设于壳体内的电机定子由电机后密封盖压紧固定。

前轴承内表面后侧开有前轴承内表面环形浅腔，主轴对应前轴承内表面环形浅腔处开有第一环形甩液槽；前轴承后侧壁开有前轴承后侧环形腔，主轴对应前轴承后侧环形腔处开有第二环形甩液槽；壳体在前轴承和电机定子安装位置之间的凸缘内表面开有壳体内表面环形浅腔，体壳在对应壳体内表面环形浅腔处径向开设壳体内第一气体通道。

电机后密封盖内表面开有电机后密封盖内表面环形浅腔，电机后密封盖内开有供气体流通的电机后密封盖气体通道，电机后密封盖气体通道与开设于壳体上的壳体内第二气体通道连通。

后轴承和端盖侧壁上分别开有后轴承外侧壁环形槽和端盖侧壁环形槽，后轴承外侧壁环形槽和端盖侧壁环形槽分别通过后轴承上的后轴承液体通道、调整隔圈上的调整隔圈液体通道和端盖上的端盖液体通道与压力润滑液供给装置连接。

后轴承侧壁上的后轴承外侧壁环形槽与后轴承上的后轴承液体通道通过后轴承供液螺纹孔连通，端盖侧壁上的端盖侧壁环形槽通过端盖供液螺纹孔与端盖内端盖液体通道连通。

后轴承上的后轴承供液螺纹孔和端盖上的端盖供液螺纹孔内分别装有用于后轴承侧壁上的后轴承外侧壁环形槽和端盖侧壁上的端盖侧壁环形槽的供液压力调整的第一，二小孔节流器。

后轴承侧壁上的后轴承外侧壁环形槽和端盖侧壁上的端盖侧壁环形槽内所通润滑液液体介质为油液或水液。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过将端面止推轴承装设于后轴承的后端，简化了高速高刚性动静压内置式电主轴的装配和维修工艺；通过在前轴承电机侧和后轴承电机侧设置甩液槽和环形浅腔使动静压轴承的润滑液及时回收；通过在前后轴承电机侧设置气密封装置确保前后轴承的润滑液不会流入电机所在的容积内来避免润滑液对电机的腐蚀，提高了电主轴电机和轴系的动态运行性能，延长了电主轴的使用寿命。本发明结构简单，定位可靠，便于作为单元功能部件大批量生产。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图；

图2是图1中Ⅰ处电机前轴承侧密封结构的局部放大图；

图3是图1中Ⅱ处电机后轴承侧密封结构的局部放大图；

图4是图1中Ⅲ处端面止推轴承结构的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图 4所示，本发明的高速高刚性动静压内置式电主轴，包括主轴1、壳体2、前轴承3、后轴承7、电机定子4、电机转子5、电机后密封盖6、调整隔圈8、端面止推轴承9、端盖10、止推套11，锁紧螺母12等。

前轴承3装设于壳体2前端内，前轴承3的端面通过紧固件和壳体2固定，电机定子4装设于壳体2的中部，后轴承7装设于壳体2的后端内，后轴承7的端面通过紧固件按螺纹连接的装配工艺和壳体2固定，电机转子5装设于主轴1的中部，主轴1的两端分别支承于前轴承3和后轴承7中。后轴承7后端装有端面止推轴承9，端面止推轴承9通过止推套11由锁紧螺母12紧固在主轴1上，端面止推轴承9后端设有端盖10，端盖10与后轴承7之间设有调整隔圈8，端盖10和调整隔圈8通过紧固件固定于后轴承7侧壁上，调整隔圈8套于端面止推轴承9外，端面止推轴承9与后轴承7和端盖10装配时留有间隙。

前轴承3内表面后侧开有前轴承内表面环形浅腔102，前轴承3后侧开有前轴承后侧环形腔104，主轴1对应前轴承内表面环形浅腔102处开有第一环形甩液槽101，第一环形甩液槽101将前轴承3的润滑液甩到前轴承3内表面上进行回收，主轴1对应前轴承后侧环形腔104设有第二环形甩液槽103，第二环形甩液槽103将前轴承3后侧泄漏到前轴承3后端的润滑液甩向前轴承后侧环形腔104内壁上进行回收。壳体2在前轴承3和电机定子4之间的内表面开有壳体内表面环形浅腔105，外置气源可通过开设于壳体2内与壳体内表面环形浅腔105相通的壳体内第一气体通道106向壳体内表面环形浅腔105吹气。电机定子4在壳体2中的轴向位置由电机后密封盖6通过紧固件固定，电机后密封盖6内表面开有电机后密封盖内表面环形浅腔203，电机后密封盖6设有电机后密封盖气体通道202和开设于壳体2上的壳体内第二气体通道201和电机后密封盖内表面环形浅腔203连通，外置气源可通过壳体2上的壳体内第二气体通道201、电机后密封盖6上的电机后密封盖气体通道202向电机后密封盖内表面环形浅腔203吹气。后轴承7内表面前侧开有后轴承内表面环形浅腔204，主轴1对应后轴承内表面环形浅腔204处设有第三甩液槽205，第三甩液槽205及时将后轴承7前侧润滑液甩向后轴承7的内表面进行回收。后轴承7后侧外壁上设有后轴承外侧壁环形槽304，后轴承外侧壁环形槽304与后轴承7内开设的后轴承液体通道301和后轴承供液螺纹孔302相通，端盖10侧表面设有端盖侧壁环形槽306，端盖侧壁环形槽306与端盖10上的端盖供液螺纹孔308和端盖液体通道309、调整隔圈8上的调整隔圈液体通道305以及后轴承7上的后轴承液体通道301相通，端面止推轴承9与后轴承7的间隙和后轴承7后侧壁的后轴承外侧壁环形槽304、端面止推轴承9与端盖10的间隙和端盖10侧壁的端盖侧壁环形槽306内充满润滑液液体介质，润滑液液体介质为油液，也可为水液。当主轴1旋转时，通过向后轴承7的后轴承液体通道301输入压力润滑液液体，压力润滑液液体分两路分别通过后轴承液体通道301和调整隔圈液体通道305、端盖液体通道309，最后经第一，二小孔节流器303，307后进入后轴承7后侧壁的后轴承外侧壁环形槽304和端盖10侧壁的端盖侧壁环形槽306，输送进来的压力润滑液液体使端面止推轴承9与后轴承7的间隙和端面止推轴承9与端盖10的间隙也充满润滑液液体，对主轴1起轴向定位，避免了端面止推轴承9与后轴承7和端盖10之间的磨损。

本发明是对在壳体2前轴承3侧的内表面和电机后密封盖6内表面开设的壳体内表面环形浅腔105和电机后密封盖内表面环形浅腔203吹气而使前轴承3和后轴承7的润滑液不会流入电机定子4和电机转子5所在的容积内，确保了电机的动态性能，大大提高了电主轴的运行可靠性。

本发明将端面止推轴承9装设于后轴承7的后端，简化了高速高刚性动静压内置式电主轴的装配和维修工艺，方便工程应用。

Claims (8)

1.一种高速高刚性动静压内置式电主轴，包括主轴（1）及主轴（1）上装设的电机转子（5），端面止推轴承（9），止推套（11），锁紧螺母（12），壳体（2）及壳体（2）上装设的前、后轴承（3、7）、电机定子（4）、电机后密封盖（6），调整隔圈（8）和端盖（10），其特征在于，所述的后轴承（7）后端装有端面止推轴承（9），端面止推轴承（9）通过止推套（11）由锁紧螺母（12）紧固在主轴（1）上，端面止推轴承（9）后端设有端盖（10），端盖（10）与后轴承（7）之间设有调整隔圈（8），端盖（10）和调整隔圈（8）通过紧固件固定于后轴承（7）侧壁上，调整隔圈（8）套于端面止推轴承（9）外，装设于壳体（2）内的电机定子（4）由电机后密封盖（6）压紧固定。

2.根据权利要求1所述的高速高刚性动静压内置式电主轴，其特征在于：所述前轴承（3）内表面后侧开有前轴承内表面环形浅腔（102），主轴（1）对应前轴承内表面环形浅腔（102）处开有第一环形甩液槽（101）；前轴承（3）后侧壁开有前轴承后侧环形腔（104），主轴（1）对应前轴承后侧环形腔（104）处开有第二环形甩液槽（103）；壳体（2）在前轴承（3）和电机定子（4）安装位置之间的凸缘内表面开有壳体内表面环形浅腔（105），体壳（2）在对应壳体内表面环形浅腔（105）处径向开设壳体内第一气体通道（106）。

3.根据权利要求1所述的高速高刚性动静压内置式电主轴，其特征在于，电机后密封盖（6）内表面开有电机后密封盖内表面环形浅腔（203），电机后密封盖（6）内开有供气体流通的电机后密封盖气体通道（202），电机后密封盖气体通道（202）与开设于壳体（2）上的壳体内第二气体通道（201）连通。

4.根据权利要求1所述的高速高刚性动静压内置式电主轴，其特征在于：所述后轴承（7）和端盖（10）侧壁上分别开有后轴承外侧壁环形槽（304）和端盖侧壁环形槽（306），后轴承外侧壁环形槽（304）和端盖侧壁环形槽（306）分别通过后轴承（7）上的后轴承液体通道（301）、调整隔圈（8）上的调整隔圈液体通道（305）和端盖（10）上的端盖液体通道（309）与压力润滑液供给装置连接。

5.根据权利要求1所述的高速高刚性动静压内置式电主轴，其特征在于：所述前轴承（3）和后轴承（7）为动静压轴承。

6.根据权利要求4所述的高速高刚性动静压内置式电主轴，其特征在于：所述后轴承（7）侧壁上的后轴承外侧壁环形槽（304）与后轴承（7）上的后轴承液体通道（301）通过后轴承供液螺纹孔（302）连通，端盖（10）侧壁上的端盖侧壁环形槽（306）通过端盖供液螺纹孔（308）与端盖（10）内端盖液体通道（309）连通。

7.根据权利要求6所述的高速高刚性动静压内置式电主轴，其特征在于：所述后轴承（7）上的后轴承供液螺纹孔（302）和端盖（10）上的端盖供液螺纹孔（308）内分别装有用于后轴承（7）侧壁上的后轴承外侧壁环形槽（304）和端盖（10）侧壁上的端盖侧壁环形槽（306）的供液压力调整的第一，二小孔节流器（303、307）。

8.根据权利要求7所述的高速高刚性动静压内置式电主轴，其特征在于：所述后轴承（7）侧壁上的后轴承外侧壁环形槽（304）和端盖（10）侧壁上的端盖侧壁环形槽（306）内所通润滑液液体介质为油液或水液。

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