CN102974845A - 一种高速电主轴装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速电主轴装置，属于机械加工领域。本发明包括首级活塞、二级活塞、拉杆导向塞、轴承座组件、空心轴、上平衡盘、电主轴外壳、下平衡盘、电主轴内壳、拉杆、电机、气缸座、二级活塞缸体、首级活塞缸体、反馈装置、测振传感器、冷却装置、润滑装置等；本发明在机械加工制造中具有高效节能、无污染的产业特征，能大幅度提高转轴的转速，使电主轴的使用寿命延长，适合推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速电主轴装置，具体的涉及一种用于机械加工机床的高速电主轴，属于机械加工领域。
背景技术
高速主轴单元主要有高速电主轴，气动主轴和水动主轴，其中高速电主轴最为常见，高速电主轴单元是高速加工机床中最为关键的部件之一。由于高速电主轴要实现高速运转，因此对高速电主轴的性能有较高的要求，而直接影响高速电主轴性能的零部件主要有转轴、精密轴承、润滑系统。而在现有技术中：（1）高速电主轴的壳体主要用于固定轴承组件、电机部分等，但作为电主轴的外壳，往往不能保护电主轴内部各部件的正常工作，提供不了循环冷却系统来降低高速转动时主轴的温度；（2）高速电主轴的核心部件是高速精密轴承，轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小且成本较低等优点，而这些优点往往不能同时满足；（3）转轴在工作状态下要求转轴回转精度高，以降低偏心质量引起的振动，但如何降低偏心质量引起的振动和如何对转轴进行严格的动平衡测试在现有技术当中不完善；（4）采用油气润滑虽然润滑效果好，但润滑油不可再回收，对空气的污染较为严重；（5）冷却系统大部分设置在电主轴壳体上，不能有效降低高速转动时主轴的温度。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、且带有润滑系统、冷却系统、反馈装置的高速电主轴装置，以解决机械加工中污染严重、电主轴使用寿命短的问题。
本发明按以下技术方案实现：一种高速电主轴装置，包括首级活塞1、二级活塞2、拉杆导向塞3、轴承座组件4、空心轴6、上平衡盘7、电主轴外壳8、下平衡盘9、电主轴内壳10、拉杆13、电机14、气缸座15、二级活塞缸体16、首级活塞缸体17、反馈装置41、测振传感器47、冷却装置、润滑装置；首级活塞1安装在首级活塞缸体17内，二级活塞2安装二级活塞缸体16内，首级活塞缸体17安装在二级活塞缸体16上，二级活塞缸体16安装在气缸座15上，气缸座15安装在轴承座组件4上，轴承座组件4安装在电主轴外壳8上，电主轴内壳10安装在电主轴外壳8内，空心轴6安装在电主轴内壳10内，上平衡盘7、电机14、下平衡盘9分别通过空心轴6安装在电主轴内壳10的上部、中部、下部，电机14用于驱动空心轴6，拉杆导向塞3安装在轴承座组件4上，以防止空心轴6内流出的冷却液蔓延，拉杆13安装在空心轴6内， 轴承座组件4内安设有上轴承组件5，电主轴外壳8下部内安设有下轴承组件11，上轴承组件5、下轴承组件11分别安装在空心轴6的上下部，用于支撑空心轴6，反馈装置41安装在空心轴6的端部，测振传感器47安装在上平衡盘7上，冷却装置通过管道与电机14、空心轴6、拉杆13及上下轴承组件5、11连接，润滑装置通过管道与上轴承组件5、下轴承组件11连接。
所述首级活塞1内开设有盲孔18，二级活塞2内开设有通孔19，盲孔18与通孔19位置对应，二级活塞缸体16上开设有进出气孔35，以使二级活塞2在在缸体内运动时可通过进出气孔35吸气、排气，空心轴6与拉杆13之间设有冷却水套Ⅰ23，冷却液在冷却水套Ⅰ23中流动，即实现对电机14的内部冷却，也实现对轴承内部的冷却，拉杆13底端与空心轴6底部之间设有冷却液出口Ⅱ24，以连通两边的冷却水套Ⅰ23，首级活塞1的首级活塞缸体17上开设有冷却液入口Ⅱ36。
所述电主轴外壳8上安装有下轴承组件11处开设有润滑油气出口Ⅱ25、润滑油气入口Ⅰ26、润滑油气槽Ⅰ27，润滑油气槽Ⅰ27与润滑油气出口Ⅱ25、润滑油气入口Ⅰ26相通，以对下轴承组件11进行润滑，电主轴外壳8在安装有电机14处开设有冷却水套Ⅱ30、冷却液出口Ⅰ22、冷却液入口Ⅰ29，冷却水套Ⅱ30与冷却液出口Ⅰ22、冷却液入口Ⅰ29相通，以对电机14进行冷却，电主轴外壳8上部轴承座组件4上开设有润滑油气出口Ⅰ20、润滑油气入口Ⅱ32、润滑油气槽Ⅱ31、冷却液出口Ⅲ33，以对上轴承组件5进行润滑，空心轴6内的拉杆13内开设有通孔21，空心轴6与上轴承组件5、下轴承组件11连接处分别开设有轴承冷却孔28，空心轴6的上部开设有冷却液出口Ⅳ34、其与轴承座组件4上开设有的冷却液出口Ⅲ33的位置对应。
所述上轴承组件5、下轴承组件11内分别安设有轴承衬套12，上轴承组件5、下轴承组件11的轴承外圈上开设有进油孔Ⅲ37、出油孔Ⅲ25，轴承衬套12的外圈上开设有润滑油气入口Ⅳ38、润滑油气出口Ⅳ40。
所述冷却装置包括冷却管道48、液压泵49、冷却水箱50；冷却管道48一端与冷却液入口Ⅰ29、冷却液入口Ⅱ36、盲孔18连接，另一端与液压泵49连接，液压泵49通过冷却管道48与冷却水箱50连接，冷却管道48还分别与冷却液出口Ⅰ20、冷却液出口Ⅲ33、冷却液出口Ⅳ34连接。
所述润滑装置包括润滑管道42、化油器43、汽油泵44、油箱45、气体液化器46；润滑管道42一端与润滑油气入口Ⅰ26、润滑油气入口Ⅱ32连接，另一端通过化油器43连接，化油器43通过润滑管道42、汽油泵44与油箱45连接，气体液化器46一端通过润滑管道42与油箱45连接，另一端通过润滑管道42与润滑油气出口Ⅰ20、润滑油气出口Ⅱ25连接。
所述电主轴零部件的连接采用紧定螺钉连接，冷却系统的冷却液及润滑系统的润滑油气的密封采用0型密封圈。
一种高速电主轴装置的工作原理为：
一、润滑系统及冷却系统工作原理：启动液压泵49和汽油泵44，盛放在冷却水箱50中的冷却液通过液压泵49的作用，冷却液一部分通过冷却管道48及电主轴外壳8上的冷却液入口Ⅰ29流向电机14上方的冷却水套Ⅱ30中，实现对电机14的外冷，最后冷却液通过电主轴外壳8上冷却液出口Ⅰ22、冷却管道48流回冷却水箱中；另一部分冷却液通过气缸缸体上方的冷却管道48及首级气缸缸体上开的冷却液入口Ⅱ36流入首级活塞1中部的盲孔18、二级活塞2中部的通孔19及拉杆13中部的通孔21，然后通过拉杆13下端的冷却液出口Ⅱ24后流入空心轴6内圆柱面与拉杆13外圆柱面所形成的冷却水套Ⅰ23，冷却水套Ⅰ23中的冷却液通过冷却孔28与上下轴承组件5、11接触，因此冷却液在冷却水套Ⅰ23中的流动，既实现了对电机14的内部冷却，也实现了对轴承内部的冷却，最后冷却液通过空心轴6及轴承座组件4上的冷却液出口Ⅳ34和Ⅲ33流回冷却水箱50中；润滑油盛放在油箱45中，通过汽油泵44的作用使润滑油流进化油器43，化油器43使润滑油变成油气，从化油器43流出的润滑油气通过电主轴外壳8上方的润滑油路42一部分向左流向电主轴外壳8内部的润滑油气槽Ⅰ27中，另一部分向右流入轴承座组件中的润滑油气槽Ⅱ31当中，两个润滑油气槽中的油气分别通过轴承衬套12外圈上的进油孔Ⅳ38以及轴承外圈上的进油孔Ⅲ37对陶瓷滚珠轴承进行润滑，最后润滑后残余的油气通过电主轴外壳体8下方的管路流入气体液化器46，气体液化器46将润滑多余的油气液化为润滑油，从而实现对润滑油的回收利用，降低空气污染。由于冷却系统和润滑系统的同时工作，实现了对电主轴的预先散热。
二、反馈调节工作原理：启动电机14，带动空心轴6高速空转，反馈装置41对空心轴6工作状态时的温度、振动等进行反馈，通过控制液压泵49和汽油泵44的流量可以有效控制冷却温度以及润滑程度；测振传感器47安装在上平衡盘7上，实时有效的测量空心轴6由于偏心质量引起的振动，当空心轴7在空转时的偏心振动不满足加工精度的要求时，可以在上平衡盘7或者下平衡盘9上的有效位置加搭铁来降低偏心质量引起的振动。
三、电主轴工作原理：反馈调节完毕后，启动电机14，使电主轴的空心轴6转动，从而电主轴开始工作，通过控制电机14来调节电主轴的转速。根据空心轴6的转速调节液压泵49的功率，从而控制冷却液的流量，实现对电主轴不同工况下温度的调节；通过控制汽油泵44的功率来控制润滑油气对轴承的润滑。
四、电主轴停止工作原理：关闭电机14，液压缸开始工作，由首级活塞1推动二级活塞2运动，再由二级活塞2的运动推动拉杆13运动，由拉杆13的运动可以自动卸下电主轴上的装置，拉杆13的复位由拉杆底部的蝶形弹簧实现；最后，同时关闭液压泵49和汽油泵44，使冷却及润滑系统停止工作。
本发明具有以下有益效果：
1、采用两条冷却回路，能够提供循环的冷却液以降低主轴在高速转动时的温度，使电主轴在工作状态下热膨胀系数减小，有利于增大电主轴工作时的转速；
2、在润滑回路中加设了气体液化器，可对轴承润滑后残余的油气回收利用，可有效的降低对空气的污染；
3、在轴承的外圈和轴承衬套外圈上均开了润滑油气入口、出口，使轴承得到充分的润滑，可有利于提高转轴的转速、降低轴承的磨损；
4、在空心轴的左右两端安装了平衡盘，并在上平衡盘上安装了测振传感器，当转轴高速旋转时可通过测振传感器有效测量转轴的偏心振动以及在平衡盘上加搭铁来降低转轴的偏心振动。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图；
图2为本发明的管路剖视结构示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明的轴承组件结构示意图。
图中各标号为：1：首级活塞、2：二级活塞、3：拉杆导向塞、4：轴承座组件、5：上轴承组件、6：空心轴、7：上平衡盘、8：电主轴外壳、9：下平衡盘、10：电主轴内壳、11：下轴承组件、12：轴承衬套、13：拉杆、14：电机、15：气缸座、16：二级活塞缸体、17：首级活塞缸体；18：首级活塞盲孔、19：二级活塞通孔、20：润滑油气出口Ⅰ、21：拉杆通孔、22：冷却液出口Ⅰ、23：冷却水套Ⅰ、24：冷却液出口Ⅱ、25：润滑油气出口Ⅱ、26：润滑油气入口Ⅰ、27：润滑油气槽Ⅰ、28：轴承冷却孔、29：冷却液入口Ⅰ、30：冷却水套Ⅱ、31：润滑油气槽Ⅱ、32：润滑油气入口Ⅱ、33：冷却液出口Ⅲ、34：冷却液出口Ⅳ、35：气缸进排气孔、36：冷却液入口Ⅱ、37：润滑油气入口Ⅲ、38：润滑油气入口Ⅳ、25：润滑油气出口Ⅲ、40：润滑油气出口Ⅳ、41：反馈装置、42：润滑管道、43：化油器、44：汽油泵、45：油箱、46：气体液化器、47：测振传感器、48：冷却管道、49：液压泵、50：冷却水箱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-4所示，一种高速电主轴装置：包括首级活塞1、二级活塞2、拉杆导向塞3、轴承座组件4、空心轴6、上平衡盘7、电主轴外壳8、下平衡盘9、电主轴内壳10、拉杆13、电机14、气缸座15、二级活塞缸体16、首级活塞缸体17、反馈装置41、测振传感器47、冷却装置、润滑装置；首级活塞1安装在首级活塞缸体17内，二级活塞2安装二级活塞缸体16内，首级活塞缸体17安装在二级活塞缸体16上，二级活塞缸体16安装在气缸座15上，气缸座15安装在轴承座组件4上，轴承座组件4安装在电主轴外壳8上，电主轴内壳10安装在电主轴外壳8内，空心轴6安装在电主轴内壳10内，上平衡盘7、电机14、下平衡盘9分别通过空心轴6安装在电主轴内壳10的上部、中部、下部，拉杆导向塞3安装在轴承座组件4上，拉杆13安装在空心轴6内， 轴承座组件4内安设有上轴承组件5，电主轴外壳8下部内安设有下轴承组件11，上轴承组件5、下轴承组件11分别安装在空心轴6的上下部，反馈装置41安装在空心轴6的端部，测振传感器47安装在上平衡盘7上，冷却装置通过管道与电机14、空心轴6、拉杆13及上下轴承组件5、11连接，润滑装置通过管道与上轴承组件5、下轴承组件11连接。
首级活塞1内开设有盲孔18，二级活塞2内开设有通孔19，盲孔18与通孔19位置对应，二级活塞缸体16上开设有进出气孔35，空心轴6与拉杆13之间设有冷却水套Ⅰ23，拉杆13底端与空心轴6底部之间设有冷却液出口Ⅱ24，首级活塞1的首级活塞缸体17上开设有冷却液入口Ⅱ36。
电主轴外壳8上安装有下轴承组件11处开设有润滑油气出口Ⅱ25、润滑油气入口Ⅰ26、润滑油气槽Ⅰ27，电主轴外壳8在安装有电机14处开设有冷却水套Ⅱ30、冷却液出口Ⅰ22、冷却液入口Ⅰ29，电主轴外壳8上部轴承座组件4上开设有润滑油气出口Ⅰ20、润滑油气入口Ⅱ32、润滑油气槽Ⅱ31、冷却液出口Ⅲ33，空心轴6内的拉杆13内开设有通孔21，空心轴6与上轴承组件5、下轴承组件11连接处分别开设有轴承冷却孔28，空心轴6的上部开设有冷却液出口Ⅳ34、其与轴承座组件4上开设有的冷却液出口Ⅲ33的位置对应。
上轴承组件5、下轴承组件11内分别安设有轴承衬套12，上轴承组件5、下轴承组件11的轴承外圈上开设有进油孔Ⅲ37、出油孔Ⅲ25，轴承衬套12的外圈上开设有润滑油气入口Ⅳ38、润滑油气出口Ⅳ40。
冷却装置包括冷却管道48、液压泵49、冷却水箱50；冷却管道48一端与冷却液入口Ⅰ29、冷却液入口Ⅱ36、盲孔18连接，另一端与液压泵49连接，液压泵49通过冷却管道48与冷却水箱50连接，冷却管道48还分别与冷却液出口Ⅰ20、冷却液出口Ⅲ33、冷却液出口Ⅳ34连接。
润滑装置包括润滑管道42、化油器43、汽油泵44、油箱45、气体液化器46；润滑管道42一端与润滑油气入口Ⅰ26、润滑油气入口Ⅱ32连接，另一端通过化油器43连接，化油器43通过润滑管道42、汽油泵44与油箱45连接，气体液化器46一端通过润滑管道42与油箱45连接，另一端通过润滑管道42与润滑油气出口Ⅰ20、润滑油气出口Ⅱ25连接。
电主轴零部件的连接采用紧定螺钉连接，冷却系统的冷却液及润滑系统的润滑油气的密封采用0型密封圈。
Claims (6)
1.一种高速电主轴装置，其特征在于：包括首级活塞（1）、二级活塞（2）、拉杆导向塞（3）、轴承座组件（4）、空心轴（6）、上平衡盘（7）、电主轴外壳（8）、下平衡盘（9）、电主轴内壳（10）、拉杆（13）、电机（14）、气缸座（15）、二级活塞缸体（16）、首级活塞缸体（17）、反馈装置（41）、测振传感器（47）、冷却装置、润滑装置；首级活塞（1）安装在首级活塞缸体（17）内，二级活塞（2）安装二级活塞缸体（16）内，首级活塞缸体（17）安装在二级活塞缸体（16）上，二级活塞缸体（16）安装在气缸座（15）上，气缸座（15）安装在轴承座组件（4）上，轴承座组件（4）安装在电主轴外壳（8）上，电主轴内壳（10）安装在电主轴外壳（8）内，空心轴（6）安装在电主轴内壳（10）内，上平衡盘（7）、电机（14）、下平衡盘（9）分别通过空心轴（6）安装在电主轴内壳（10）的上部、中部、下部，拉杆导向塞（3）安装在轴承座组件（4）上，拉杆（13）安装在空心轴（6）内， 轴承座组件（4）内安设有上轴承组件（5），电主轴外壳（8）下部内安设有下轴承组件（11），上轴承组件（5）、下轴承组件（11）分别安装在空心轴（6）的上、下部，反馈装置（41）安装在空心轴（6）的端部，测振传感器（47）安装在上平衡盘（7）上，冷却装置通过管道与电机（14）、空心轴（6）、拉杆（13）及上下轴承组件（5）、下轴承组件（11）连接，润滑装置通过管道与上轴承组件（5）、下轴承组件（11）连接。
2.根据权利要求1所述的一种高速电主轴装置，其特征在于：所述首级活塞（1）内开设有盲孔（18），二级活塞（2）内开设有通孔（19），盲孔（18）与通孔（19）位置对应，二级活塞缸体（16）上开设有进出气孔（35），空心轴（6）与拉杆（13）之间设有冷却水套Ⅰ（23），拉杆（13）底端与空心轴（6）底部之间设有冷却液出口Ⅱ（24），首级活塞（1）的首级活塞缸体（17）上开设有冷却液入口Ⅱ（36）。
3.根据权利要求1所述的一种高速电主轴装置，其特征在于：所述电主轴外壳（8）上安装有下轴承组件（11）处开设有润滑油气出口Ⅱ（25）、润滑油气入口Ⅰ（26）、润滑油气槽Ⅰ（27），电主轴外壳（8）在安装有电机（14）处开设有冷却水套Ⅱ（30）、冷却液出口Ⅰ（22）、冷却液入口Ⅰ（29），电主轴外壳（8）上部轴承座组件（4）上开设有润滑油气出口Ⅰ（20）、润滑油气入口Ⅱ（32）、润滑油气槽Ⅱ（31）、冷却液出口Ⅲ（33），空心轴（6）内的拉杆（13）内开设有通孔（21），空心轴（6）与上轴承组件（5）、下轴承组件（11）连接处分别开设有轴承冷却孔（28），空心轴（6）的上部开设有冷却液出口Ⅳ（34）、其与轴承座组件（4）上开设有的冷却液出口Ⅲ（33）的位置对应。
4.根据权利要求1所述的一种高速电主轴装置，其特征在于：所述上轴承组件（5）、下轴承组件（11）内分别安设有轴承衬套（12），上轴承组件（5）、下轴承组件（11）的轴承外圈上开设有进油孔Ⅲ（37）、出油孔Ⅲ（25），轴承衬套（12）的外圈上开设有润滑油气入口Ⅳ（38）、润滑油气出口Ⅳ（40）。
5.根据权利要求1所述的一种高速电主轴装置，其特征在于：所述冷却装置包括冷却管道（48）、液压泵（49）、冷却水箱（50）；冷却管道（48）一端与冷却液入口Ⅰ（29）、冷却液入口Ⅱ（36）、盲孔（18）连接，另一端与液压泵（49）连接，液压泵（49）通过冷却管道（48）与冷却水箱（50）连接，冷却管道（48）还分别与冷却液出口Ⅰ（20）、冷却液出口Ⅲ（33）、冷却液出口Ⅳ（34）连接。
6.根据权利要求1所述的一种高速电主轴装置，其特征在于：所述润滑装置包括润滑管道（42）、化油器（43）、汽油泵（44）、油箱（45）、气体液化器（46）；润滑管道（42）一端与润滑油气入口Ⅰ（26）、润滑油气入口Ⅱ（32）连接，另一端通过化油器（43）连接，化油器（43）通过润滑管道（42）、汽油泵（44）与油箱（45）连接，气体液化器（46）一端通过润滑管道（42）与油箱（45）连接，另一端通过润滑管道（42）与润滑油气出口Ⅰ（20）、润滑油气出口Ⅱ（25）连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130320 |