CN103752864A

CN103752864A - 大功率高速电主轴

Info

Publication number: CN103752864A
Application number: CN201310754845.5A
Authority: CN
Inventors: 汤秀清
Original assignee: Guangzhou Haozhi Electromechanical Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Haozhi Electromechanical Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103752864B; WO2015100940A1

Abstract

大功率高速电主轴，包括，机体总成，其包括机体、上轴承座组件、下轴承座组件；轴芯，上端部通过上轴承枢接于上轴承座组件、下端部通过下轴承枢接于下轴承座组件；安装于轴芯下端部用于挂接刀具的拉爪；拉杆；机体上设置有一内侧端与下轴承的内圈和外圈之间的间隙连通的下轴承进油气通道、以及一内侧端与下轴承内圈和外圈之间的间隙连通的下轴承出油气通道；机体总成上设置有一内侧端与上轴承的内圈和外圈之间的间隙连通的上轴承进油气通道、以及一内侧端与上轴承内圈和外圈之间的间隙连通的上轴承出油气通道。本发明采用油气润滑介质对电主轴的上轴承、下轴承和中轴承内圈和外圈进行润滑，增强了润滑效果，提高了电主轴轴心的转动效率。

Description

大功率高速电主轴

技术领域

本发明涉及一种应用于机械加工领域的大功率高速电主轴

背景技术

电主轴是机械加工常用的设备，其通常是包括机体、轴芯组件，轴芯组件安装在机体内部，电主轴工作时，机体上内部的定子产生环绕于轴芯组件的转子外部的磁场，使轴芯组件高速转动，机体上固定有上轴承座和下轴承座，轴芯组件的两端分别通过上轴承和下轴承枢接在上轴承座和下轴承座上。

目前，电主轴的高速转动主要依赖于轴芯两端上轴承座和下轴承座配合的上轴承和下轴承，上轴承和下轴承的内圈和外圈之间填充润滑油，以确保电主轴的轴芯高速转动，这种润滑的方式，对润滑脂的性能要求较高，且润滑脂在长时间使用后，润滑效果不够理想，影响电主轴的转动速率；为了提高电主轴的转动效率，现有的改进均是通过提高润滑脂的性能来实现，因此，其改进的效果较为有限。此外，目前的高速电主轴的冷却技术通常是在电主轴机体上进行冷却，用于降低机体和轴芯表面的温度，这种冷却方式的冷却效果比较有限，对于一些功率较大的主轴来说，由于轴芯转动速率较高，仅在机体进行表面冷却的方式，已经不能满足大功率电主轴的使用要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种大功率高速电主轴，其用于改善轴承的润滑效果，从而提高轴芯的转动效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

大功率高速电主轴，包括，

机体总成，其包括机体、安装在机体上部的上轴承座组件、安装在机体下部的下轴承座组件、连接于下轴承座组件下部的端盖；

轴芯，穿接于机体内部，其上端部通过上轴承枢接于上轴承座组件、下端部通过下轴承枢接于下轴承座组件，轴芯的下端面形成一个与刀具上端面配合的对接面；

安装于轴芯下端部用于挂接刀具的拉爪；

拉杆，穿接于轴芯内部并可沿轴芯的轴向上下活动，拉杆的下端部具有一用于顶压拉爪使拉爪张开的凸缘，拉杆与轴芯之间设置有一弹性元件，该弹性元件用于提供一个将拉杆向上顶压的弹性应力；

机体上设置有一内侧端与下轴承的内圈和外圈之间的间隙连通的下轴承进油气通道、以及一内侧端与下轴承内圈和外圈之间的间隙连通的下轴承出油气通道，下轴承进油气通道和下轴承出油气通道延伸至机体总成的外侧分别形成一个下轴承进油口和下轴承出油口；

机体总成上设置有一内侧端与上轴承的内圈和外圈之间的间隙连通的上轴承进油气通道、以及一内侧端与上轴承内圈和外圈之间的间隙连通的上轴承出油气通道，上轴承进油气通道和上轴承出油气通道延伸至机体总成的外侧分别形成一个上轴承进油口和上轴承出油口。

轴芯通过一中轴承枢接在下轴承座组件的上端部；机体上设置有一内侧端与中轴承的内圈和外圈之间的间隙连通的中轴承进油气通道、以及一内侧端与中轴承内圈和外圈之间的间隙连通的中轴承出油气通道，中轴承进油气通道和中轴承出油气通道延伸至机体总成的外侧分别形成一个中轴承进油口和中轴承出油口。

拉杆上设置有由其上端面延伸至下端面的冷却通道；该大功率高速电主轴还包括一旋转接头组件，该旋转接头组件包括安装于机体上部的缸体、安装在缸体内用于向下顶压拉杆的活塞、活动的穿接在活塞内部的旋转轴，该旋转轴的下端部同步联接于拉杆的上端部；旋转轴上设置有由其上端面贯穿至下端面的冷却流道，该冷却流道的上端部形成一个冷却液入口、下端部则拉杆的冷却通道连通。

旋转轴下端部穿接在拉杆上端部，且旋转轴与拉杆的结合处设置有密封圈。

该大功率高速电主轴还包括一吹气通道，该吹气通道包括位于机体上与外界气源连通的第一吹气通道、位于下轴承座组件上与第一吹气通道连通的第二吹气通道、位于端盖上的第三吹气通道，该第三吹气通道一端与第二吹气通道连通、另一端延伸至端盖与轴芯配合的间隙处。

该大功率高速电主轴还包括气体检测通道，该气体检测通道包括设置于下轴承座组件上的第一气流通道、设置于轴芯上的第二气流通道，第一气流通道在下轴承座组件的外表面形成的进口与外界气源连通，第二气流通道的出口延伸至轴芯的对接面上，第一气流通道的出口和第二气流通道的进口相对设置；

滑套，滑动的安装在下轴承座组件和轴芯之间，该滑套上设置有一通孔；

开关机构，用于带动滑套轴向运动以带动通孔在一与第一气流通道的出口平齐的打开位置和一与第一气流通道的出口相互错开的关闭位置之间运动。

开关机构包括设置于下轴承座组件上的第三气流通道和弹簧，第三气流通道在下轴承座组件的外表面形成的进口与外界气源连通；下轴承座组件内部设置有一供滑套在其内轴向滑动的活动腔室，第三气流通道的出口与活动腔室的下部导通，弹簧被限定在滑套的顶端部和下轴承座组件之间且用于提供一将滑套向下顶压的弹性应力。

轴芯上位于第二气流通道的进口处均匀布置有多个止回阀，该多个止回阀的输出端朝向第二气流通道的出口。

下轴承座组件包括一活动的套接在轴芯外部的下导热套，该下导热套的外表面设置有一下环形凹槽，上轴承座组件包括一活动的套接在轴芯外部的上导热套，该上导热套的外表面设置有一上环形凹槽；下轴承座组件上设置有冷却液进口和冷却液出口，机体内部设置有与冷却液进口连通的冷却液输入通道以及与冷却液出口连通的冷却液输出通道，下环形凹槽和上环形凹槽一侧与冷却液输入通道连通、下环形凹槽和上环形凹槽的另一侧与冷却液输出通道连通。

本发明的有益效果在于：

相比于现有技术，本发明电主轴采用油气润滑介质对电主轴的上轴承、下轴承和中轴承内圈和外圈进行润滑，增强了润滑效果，提高了电主轴轴心的转动效率；此外，本发明还具备中心冷却系统和外部冷却系统带走电主轴在工作时所产生的热量，保证电主轴在低温环境下工作；本发明的电主轴能够在拉杆完成卸刀动作后，利用高压气体吹向刀具，实现刀具的快速装卸，并且采用气体流量的方式来检测刀具是否被安装到位，有效避免了刀具脱刀的风险。

附图说明

图1为本发明一个轴向剖面的视图；

图2为本发明另一个轴向剖面的视图；

图3为本发明外部冷却系统的示意图；

图4为本发明上轴承润滑系统的示意图；

图5为本发明中轴承和下轴承润滑系统的进油结构示意图；

图6为本发明中轴承和下轴承润滑系统的出油结构示意图；

其中：11、机体；111、第一吹气通道；112、冷却液输入通道；113、冷却液输出通道；114、中轴承进油气通道；115、中轴承出油气通道；116、下轴承进油气通道；117、下轴承出油气通道；12、下轴承座组件；1201、第二吹气通道；1202、第一气流通道；1203、第三气流通道；1204、冷却液进口；1205、冷却液出口；121、下轴承；122、滑套；1221、通孔；123、弹簧；124、下导热套；1241、下环形凹槽；125、中轴承；13、上轴承座组件；131、上轴承；132、上导热套；1321、上环形凹槽；14、端盖；141、第三吹气通道；151、上轴承进油气通道；152、上轴承出油气通道；20、轴芯；21、碟簧；22、止回阀；23、第二气流通道；30、拉杆；31、凸缘；32、顶环；33、冷却通道；40、拉爪；50、油缸组件；51、缸体；52、活塞；53、上刀进油口；54、卸刀进油口；60、旋转轴；61、冷却液入口；62、冷却流道。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1和图2所示，本发明的大功率高速电主轴包括机体总成、轴芯20、拉爪40、拉杆30、旋转接头组件和吹气通道，机体总成包括机体11、安装在机体11上部的上轴承座组件13、安装在机体11下部的下轴承座组件12以及连接于下轴承座组件12下端部的端盖14。轴芯20传接于机体11内部，其上端部通过上轴承131与上轴承座组件13枢接，下端部则通过下轴承121与下轴承座组件12枢接，轴芯20的下端部穿过下轴承座组件12和端盖14，外露于高速电主轴的下端部，使得轴芯20的下端面形成一个与刀具的刀柄上端面配合的对接面；拉爪40安装在轴芯20的下端部，在拉杆30顺延轴芯20轴向运动时，该拉爪40可张开或闭合，用以固定刀具或松开刀具；具体的是，拉杆30穿接在轴芯20内部并可沿着轴芯20的轴向上下活动，拉杆30的下端部具有用于顶压拉爪40的凸缘31，在拉杆30运动至凸缘31与拉爪40高度一致的位置时，凸缘31将拉爪40向外顶压，使拉爪40张开，当凸缘31向下运动至与拉爪40高度相互错开时，拉爪40则在其内部弹性部件的作用下闭合。此外，拉杆30与轴芯20之间还设置有一弹性元件，该弹性元件为碟簧21，该碟簧21用于提供一个将拉杆30向上顶压的弹性应力，也就是说，在碟簧21的作用下，拉杆30始终具有向上运动的趋势，如此，在不受外力的前提下，使拉爪40始终保持在固定刀具的状态。

旋转接头组件包括安装于机体11上部的缸体51、安装在缸体51内用于向下顶压拉杆30的活塞52，该活塞52将缸体51的内腔分隔为上腔室和下腔室，缸体51上设置有与上腔室连通的卸刀进油口54、以及与下腔室连通的上刀进油口53，卸刀进油口54和上刀进油口53均与外部的供油设备连通，当需要卸刀时，液压油从卸刀进油口54进入，推动活塞52向下运动，活塞52向下推动固定于拉杆30上端部的顶环32，使拉杆30向下运动，拉爪40闭合，松开刀具，反之，需要上刀时，则液压油从上刀进油口53进入，推动活塞52向上运动，预先挂接在拉爪40上的刀具在拉爪40逐渐张开的过程中，被固定在拉爪40上。

为了确保刀具快速装卸，上述的高速电主轴还包括有一吹气通道，该吹气通道包括位于机体11上与外界的气源接通的第一吹气通道111、位于下轴承座组件12上与第一吹气通道111连通的第二吹气通道1201、以及位于端盖14上的第三吹气通道141，其中，第三吹气通道141沿端盖14的径向延伸，该第三吹气通道141一端连通第二吹气通道1201，另一端延伸至端盖14与轴芯20配合的间隙处。在卸刀时，活塞52带动拉杆30完成卸刀动作后，快速的由吹气通道向端盖14和轴芯20配合的缝隙处吹气，高压气体顺延该缝隙吹向刀柄的上端面，使刀具与轴芯20快速的脱离。当然，在电主轴工作时，也可以向吹气通道内部送入高压气体，对端盖14和轴芯20配合的缝隙处实施气体密封，能有效的防止加工过程中产生的碎屑、灰尘进入到电主轴内部，保护电主轴内部的部件不受碎屑、灰尘的影响，并且保证刀具清洁。

此外，本发明的高速电主轴还包括有一气体检测通道，用以在上刀动作完成后，检测刀具是否安装到位；气体检测通道包括设置于下轴承座组件12上的第一气流通道1202、设置于轴芯20上的第二气流通道23，第一气流通道1202由下轴承座组件12的外表面延伸至下轴承座组件12的内表面，第二气流通道23则由轴芯20的外表面延伸至轴芯20与刀柄上端面配合的对接面上，第一气流通道1202在下轴承座组件12的外表面形成的进口用于与外界起源连通，第一气流通道1202的出口和第二气流通道23的进口相对的设置，也就是说，第一气流通道1202的出口与第二气流通道23的进口在轴芯20的同一个轴向截面所在的平面上。下轴承座组件12和轴芯20之间活动的安装有一滑套122，滑套122上设置有一通孔1221，滑套122可在下轴承座组件12和轴芯20之间形成的活动腔室内沿轴芯20的轴向上下活动，滑套122将该活动腔室分隔为上下两部分，滑套122的上下活动由一开关机构来带动。当开关机构带动滑套122沿轴芯20的轴向运动，使通孔1221运动到与第一气流通道1202的出口和平齐的位置时，该通孔1221将第一气流通道1202的出口和第二气流通道23的进口连通，使气体检测通道导通，此时，外界气源输入的高压气体可顺延第一气流通道1202、第二气流通道23达到轴芯20的对接面上；当开关机构带动滑套122沿轴芯20的轴向运动，使通孔1221运动到与第一气流通道1202的出口错开的位置时，则滑套122将第一气流通道1202的出口与第二气流通道23的进口隔离，气体检测通道关闭，此时外界气源输入的高压气体不能够进入到第二气流通道23。

上述的开关机构同样是采用气压的方式来实现的，具体的是，该开关机构包括设置于下轴承座组件12上的第三气流通道1203以及弹簧123，其中，第三气流通道1203在下轴承座组件12的外表面形成的进口用于与外界气源连通，在下轴承座组件12内的活动腔室被滑套122分隔的下部分则与第三气流通道1203的出口连通，也就是说，当第三气流通道1203接通外界高压气源时并被输入高压气体时，高压气体顺延第三气流通道1203进入到上述活动腔室的下部分，其产生的压力能够使滑套122向上运动，用以使通孔1221向上运动，在压力调整到适合的强度时，最终使通孔1221能够与第一气流通道1202的出口平齐，连通第一气流通道1202和第二气流通道23。弹簧123被安装在滑套122和下轴承座组件12之间，其用于提供一个将滑套122向下顶压的弹性应力。此外，为了防止气体逆流，在轴芯20上位于第二气流通道23的进口处均匀布置有多个止回阀22，该多个止回阀22的输出端朝向第二气流通道23的出口，也就是说，当气体检测通道导通时，高压气体只能从第一气流通道1202流入到第二气流通道23中，从而有效的防止不干净的气体或杂质经由轴芯20的对接面进入到下轴承座组件12内部，从而很好的保护了下轴承座组件12及其内部的部件。

在拉杆30拉动刀具完成上刀动作后，向第三气流通道1203内部通入高压气体，带动滑套122向上运动，使通孔1221将第一气流通道1202与第二气流通道23连通，此时，向第一气流通道1202内部通入高压气体，高压气体顺次经过通孔1221、止回阀22、第二气流通道23到达轴芯20的对接面处，如刀具安装到位，其刀柄的上端面与对接面密闭贴合，即刀柄的上端面将第二气流通道23的出口封闭，此时检测到的气体检测通道内的气体流量为零，则证明刀具安装到位，反之，当气体检测通道内具有一定的气体流量时，则证明刀具的上端面与轴芯20的对接面之间没有密闭贴合，其二者之间存在一定的安装间隙，这就说明刀具没有被安装到位，此时，提醒电主轴不能启动工作，检查刀具并重新安装后，才能开启电主轴，从而避免了在工作过程中出现脱刀的现象。

参见图3，为了降低电主轴的工作温度，本发明还具有一外部冷却系统，具体的是，下轴承座组件12还包括有一活动的套接在轴芯20外部的下导热套124，下导热套124外表面设置有一下环形凹槽1241，上轴承座组件13包括一活动的套接在轴芯20外部的上导热套132，该上导热套132的外表面设置有一上环形凹槽1321；下轴承座组件12上设置有冷却液进口1204和冷却液出口1205，机体11内部设置有与冷却液进口1204连通的冷却液输入通道112以及与冷却液出口1205连通的冷却液输出通道113，下环形凹槽1241和上环形凹槽1321一侧与冷却液输入通道112连通、下环形凹槽1241和上环形凹槽1321的另一侧与冷却液输出通道113连通，在电主轴工作时，制冷设备向冷却液进口1204输入冷却液，冷却液从冷却液输入通道112中分别进入到上环形凹槽1321和下环形凹槽1241中，分别与上导热套132和下导热套124换热，将轴芯20、上轴承座组件13和下轴承座组件12产生的热量带走，并最终顺延冷却液输出通道113、冷却液出口1205回到制冷设备，从而持续的对电主轴内部做降温处理。

本发明的高速电主轴还具有中心冷却系统，具体的是，旋转接头组件还包括有一活动的穿接在活塞52内部的旋转轴60，该旋转轴60上设置有一由其上端面贯穿至其下端面的冷却流道62，冷却流道62的上端部位于旋转轴60的上端面处形成一个冷却液入口61，拉杆30上设置有一由其上端面贯穿至其下端面的冷却通道33，冷却流道62的下端部穿过油缸组件50的活塞52与冷却通道33的上端部导通，在电主轴工作时，制冷设备由冷却液入口61向冷却流道62内输送冷却液，冷却液顺延冷却通道33向着刀具的方向流动，在冷却通道33内部，冷却液与拉杆30换热，并且流到刀柄处的冷却液可对刀具进行冷却，保证刀具工作端的温度处于低温状态。为了防止冷却液流入到电主轴内部对电主轴内部的零部件造成影响，可以将旋转轴60下端部穿接在拉杆30上端部，且旋转轴60与拉杆30的结合处设置有密封圈63。

参见图4、图5和图6，机体总成上设置有一内侧端与上轴承131的内圈和外圈之间的间隙连通的上轴承进油气通道151、以及一内侧端与上轴承131内圈和外圈之间的间隙连通的上轴承出油气通道152，上轴承进油气通道151和上轴承出油气通道152延伸至机体总成的外侧分别形成一个上轴承进油口和上轴承出油口，在电主轴工作时，向上轴承进油气通道151内部通入油气润滑介质，顺滑油进入到上轴承131的内圈和外圈的间隙，对上轴承131起到润滑的作用，多余的油气润滑介质顺延上轴承出油气通道152流出后被收集。

轴芯20通过一中轴承125枢接在下轴承座组件12的上端部；机体11上设置有一内侧端与中轴承125的内圈和外圈之间的间隙连通的中轴承进油气通道114、以及一内侧端与中轴承125内圈和外圈之间的间隙连通的中轴承出油气通道115，中轴承进油气通道114和中轴承出油气通道115延伸至机体总成的外侧分别形成一个中轴承进油口和中轴承出油口，在电主轴工作时，向中轴承进油气通道114内部通入油气润滑介质，顺滑油进入到中轴承125的内圈和外圈的间隙，对中轴承125起到润滑的作用，多余的油气润滑介质顺延中轴承出油气通道115流出后被收集。

机体11上设置有一内侧端与下轴承121的内圈和外圈之间的间隙连通的下轴承进油气通道116、以及一内侧端与下轴承121内圈和外圈之间的间隙连通的下轴承出油气通道117，下轴承进油气通道116和下轴承出油气通道117延伸至机体总成的外侧分别形成一个下轴承进油口和下轴承出油口，在电主轴工作时，向下轴承进油气通道116内部通入油气润滑介质，顺滑油进入到下轴承121的内圈和外圈的间隙，对下轴承121起到润滑的作用，多余的油气润滑介质顺延下轴承出油气通道117流出后被收集。

在电主轴工作状态下，通过对下轴承121、中轴承125、上轴承131的内圈和外圈的间隙输入油气润滑介质，提高了下轴承121、中轴承125、上轴承131的润滑效果，提高了轴芯20的转动效率。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.大功率高速电主轴，其特征在于，包括，

安装于轴芯下端部用于挂接刀具的拉爪；

2.如权利要求1所述的大功率高速电主轴，其特征在于，轴芯通过一中轴承枢接在下轴承座组件的上端部；机体上设置有一内侧端与中轴承的内圈和外圈之间的间隙连通的中轴承进油气通道、以及一内侧端与中轴承内圈和外圈之间的间隙连通的中轴承出油气通道，中轴承进油气通道和中轴承出油气通道延伸至机体总成的外侧分别形成一个中轴承进油口和中轴承出油口。

3.如权利要求1所述的大功率高速电主轴，其特征在于，拉杆上设置有由其上端面延伸至下端面的冷却通道；该大功率高速电主轴还包括一旋转接头组件，该旋转接头组件包括安装于机体上部的缸体、安装在缸体内用于向下顶压拉杆的活塞、活动的穿接在活塞内部的旋转轴，该旋转轴的下端部同步联接于拉杆的上端部；旋转轴上设置有由其上端面贯穿至下端面的冷却流道，该冷却流道的上端部形成一个冷却液入口、下端部则拉杆的冷却通道连通。

4.如权利要求3所述的大功率高速电主轴，其特征在于，旋转轴下端部穿接在拉杆上端部，且旋转轴与拉杆的结合处设置有密封圈。

5.如权利要求1所述的大功率高速电主轴，其特征在于，该大功率高速电主轴还包括一吹气通道，该吹气通道包括位于机体上与外界气源连通的第一吹气通道、位于下轴承座组件上与第一吹气通道连通的第二吹气通道、位于端盖上的第三吹气通道，该第三吹气通道一端与第二吹气通道连通、另一端延伸至端盖与轴芯配合的间隙处。

6.如权利要求5所述的大功率高速电主轴，其特征在于，该大功率高速电主轴还包括气体检测通道，该气体检测通道包括设置于下轴承座组件上的第一气流通道、设置于轴芯上的第二气流通道，第一气流通道在下轴承座组件的外表面形成的进口与外界气源连通，第二气流通道的出口延伸至轴芯的对接面上，第一气流通道的出口和第二气流通道的进口相对设置；

7.如权利要求6所述的大功率高速电主轴，其特征在于，开关机构包括设置于下轴承座组件上的第三气流通道和弹簧，第三气流通道在下轴承座组件的外表面形成的进口与外界气源连通；下轴承座组件内部设置有一供滑套在其内轴向滑动的活动腔室，第三气流通道的出口与活动腔室的下部导通，弹簧被限定在滑套的顶端部和下轴承座组件之间且用于提供一将滑套向下顶压的弹性应力。

8.如权利要求6所述的大功率高速电主轴，其特征在于，轴芯上位于第二气流通道的进口处均匀布置有多个止回阀，该多个止回阀的输出端朝向第二气流通道的出口。

9.如权利要求1所述的大功率高速电主轴，其特征在于，下轴承座组件包括一活动的套接在轴芯外部的下导热套，该下导热套的外表面设置有一下环形凹槽，上轴承座组件包括一活动的套接在轴芯外部的上导热套，该上导热套的外表面设置有一上环形凹槽；下轴承座组件上设置有冷却液进口和冷却液出口，机体内部设置有与冷却液进口连通的冷却液输入通道以及与冷却液出口连通的冷却液输出通道，下环形凹槽和上环形凹槽一侧与冷却液输入通道连通、下环形凹槽和上环形凹槽的另一侧与冷却液输出通道连通。