CN104214351A - 一种机床主轴的气密封设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机床主轴的气密封设计方法，其特征是从主轴与端盖的环形缝隙流出的气流可以第一次阻挡外部的冷却液和切屑进入主轴与端盖的环形缝隙；由主轴上设置的两个环形凹槽与端盖形成的两个环形气密封环可以两次滞留冷却液和切屑；由前隔环与端盖间隙形成的迷宫可以再次阻挡冷却液和切屑靠近轴承；停机时，垂直向下的出气路出口能保证回补的空气相对洁净，主轴上锯齿状环形凹槽能在主轴重新旋转时将滞留物甩出；多重保护的气密封装置为主轴的高精度运转提供可靠的保证。本发明的气密封设计方法简单实用，可以在各种机床和加工中心上广泛应用，具有广泛的推广价值。

Description

一种机床主轴的气密封设计方法
技术领域
本发明涉及一种机床主轴的气密封装置的设计方法，属于机床设计技术领域。
背景技术
机床主轴与端盖之间有相对运动，存在间隙，加工切屑和空气中的悬浮微粒可以通过此缝隙进入，致使主轴、轴承或其它零部件发生磨损，影响机床的使用寿命和加工性能；大力喷射的冷却液也能经此进入，稀释甚至带走润滑脂，影响轴承的润滑效果。许多机床采用迷宫式设计来防止冷却液及异物进入，但在机床使用中发现，迷宫式密封无法完全阻挡冷却液夹带微小切屑颗粒的进入。发明专利2012100945736公开了一种风机中主轴的气密封装置，在主轴外套装了波纹管，波纹管内通有压力气体，此种设计不适合机床主轴。发明专利2012105183438公开了一种主轴新型多孔流气密封结构，在气封垫周围设有若干均布的气孔形成气幕；发明专利200810234503X公开了一种主轴吹气密封结构，在轴承与法兰之间由外挡圈和内挡圈形成迷宫；发明专利2008102373167公开了一种油脂磨用电主轴的气密封结构设计方法，在前螺帽与挡板间可以形成气密封环；这些专利普遍存在两个缺陷，一是装置比较复杂难以在机床上应用，二是无法解决停机时由于冷却负压造成的粉尘吸留问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种机床主轴的气密封设计方法，该设计方法简单实用，可以在各种机床和加工中心上广泛应用，具有很高的推广应用价值。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种机床主轴的气密封设计方法，其特征是前隔环分别与主轴和轴承内圈紧密配合，端盖分别与大套和轴承外圈紧密配合，端盖通过螺栓固定在大套上；大套上设有前气路，端盖上设有后气路，端盖上远离后气路的相对位置设有出气路，后气路轴线和出气路轴线都与主轴轴线垂直相交；大套与端盖的气路连接处设有O型密封圈，主轴上设有两个锯齿状环形凹槽，两个环形凹槽靠近前隔环的侧边都与主轴轴线垂直，其中后气路轴线与靠近前隔环的环形凹槽的垂直面在同一平面内，另一环形凹槽的斜面外沿对应出气路轴线；前隔环与端盖之间的间隙形成迷宫，端盖与主轴上的锯齿状环形凹槽形成环形空腔；具有一定压力的清洁空气通过前气路和后气路进入两个环形空腔形成两个环形气密封环，最后从出气路和主轴与端盖的环形缝隙流出。
从主轴与端盖的环形缝隙流出的气流可以有效阻挡外部的冷却液和切屑进入主轴与端盖的环形缝隙；如果有少量冷却液和切屑不慎进入，则其首先会遇到由主轴上设置的两个环形凹槽与端盖形成的两个环形气密封环，这两个环形气密封环可以两次有效滞留冷却液和切屑，并随气流排出密封装置；如果仍有少量冷却液和切屑通过环形气密封环继续深入，则会遇到由前隔环与端盖间隙形成的迷宫，此迷宫将再次阻挡冷却液和切屑靠近轴承，多重保护的气密封装置为主轴的高精度运转提供可靠的保证。
主轴停止旋转时，随着迷宫和气密封环内空气的冷却，其体积会收缩，此时出气路可以回补空气，以避免从主轴与端盖的环形缝隙吸入残留的冷却液和粉尘，垂直向下的出气路出口由于重力作用能保证回补的空气相对洁净，主轴上设计的外侧斜边的锯齿状环形凹槽能在主轴重新旋转时将凹槽中的滞留物甩向外侧并被压力空气带出。
两个锯齿状环形凹槽间距2～4mm，每个凹槽宽3～5mm，深2～3mm，后气路与出气路的孔径比为2～3∶1。
附图说明
图1为机床主轴的气密封装置的结构示意图。
图中各组件为：1 主轴、2 端盖、3 后气路、4 O型密封圈、5 前隔环、6 轴承、7 大套、8 前气路、9 出气路。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种机床主轴的气密封设计方法，其特征是前隔环(5)分别与主轴(1)和轴承(6)内圈紧密配合，端盖(2)分别与大套(7)和轴承(6)外圈紧密配合，端盖(2)通过螺栓固定在大套(7)上；大套(7)上设有前气路(8)，端盖上设有后气路(3)，端盖(2)上远离后气路(3)的相对位置设有出气路(9)，后气路(3)轴线和出气路(9)轴线都与主轴(1)轴线垂直相交；大套(7)与端盖(2)的气路连接处设有O型密封圈(4)，主轴(1)上设有两个锯齿状环形凹槽，两个环形凹槽靠近前隔环(5)的侧边都与主轴(1)轴线垂直，其中后气路(3)轴线与靠近前隔环(5)的环形凹槽的垂直面在同一平面内，另一环形凹槽的斜面外沿对应出气路(9)轴线；前隔环(5)与端盖(2)之间的间隙形成迷宫，端盖(2)与主轴(1)上的锯齿状环形凹槽形成环形空腔；具有一定压力的清洁空气通过前气路(8)和后气路(3)进入两个环形空腔形成两个环形气密封环，最后从出气路(9)和主轴(1)与端盖(2)的环形缝隙流出。
从主轴(1)与端盖(2)的环形缝隙流出的气流可以有效阻挡外部的冷却液和切屑进入主轴(1)与端盖(2)的环形缝隙；如果有少量冷却液和切屑不慎进入，则其首先会遇到由主轴(1)上设置的两个环形凹槽与端盖(2)形成的两个环形气密封环，这两个环形气密封环可以两次有效滞留冷却液和切屑，并随气流排出密封装置；如果仍有少量冷却液和切屑通过环形气密封环继续深入，则会遇到由前隔环(5)与端盖(2)间隙形成的迷宫，此迷宫将再次阻挡冷却液和切屑靠近轴承(6)，多重保护的气密封装置为主轴(1)的高精度运转提供可靠的保证。
机床停机时，随着迷宫和气密封环内空气的冷却，空气的体积会缩小，此时出气路(9)可以回补空气，以避免从主轴(1)与端盖(2)的环形缝隙吸入残留的冷却液和粉尘，出气路(9)出口垂直向下，由于重力作用能保证回补的空气相对洁净，主轴(1)上设计的内侧垂直外侧倾斜的锯齿状环形凹槽能在主轴(1)重新旋转时将凹槽中的微量滞留物甩向外侧并被压力空气带出。
两个锯齿状环形凹槽间距2～4mm，每个凹槽宽3～5mm，深2～3mm，后气路(3)与出气路(9)的孔径比为2～3∶1。

Claims (2)

1.一种机床主轴的气密封设计方法，其特征是前隔环分别与主轴和轴承内圈紧密配合，端盖分别与大套和轴承外圈紧密配合，端盖通过螺栓固定在大套上；大套上设有前气路，端盖上设有后气路，端盖上远离后气路的相对位置设有出气路，后气路轴线和出气路轴线都与主轴轴线垂直相交；大套与端盖的气路连接处设有O型密封圈，主轴上设有两个锯齿状环形凹槽，两个环形凹槽靠近前隔环的侧边都与主轴轴线垂直，其中后气路轴线与靠近前隔环的环形凹槽的垂直面在同一平面内，另一环形凹槽的斜面外沿对应出气路轴线；前隔环与端盖之间的间隙形成迷宫，端盖与主轴上的锯齿状环形凹槽形成环形空腔；具有一定压力的清洁空气通过前气路和后气路进入两个环形空腔形成两个环形气密封环，最后从出气路和主轴与端盖的环形缝隙流出；从主轴与端盖的环形缝隙流出的气流可以有效阻挡外部的冷却液和切屑进入主轴与端盖的环形缝隙；由主轴上设置的两个环形凹槽与端盖形成的两个环形气密封环可以两次有效滞留冷却液和切屑，并随气流排出密封装置；由前隔环与端盖间隙形成的迷宫将再次阻挡冷却液和切屑靠近轴承；主轴停止旋转时，迷宫和气密封环内空气会因冷却而收缩，此时出气路可以回补空气，以避免从主轴与端盖的环形缝隙吸入残留的冷却液和粉尘，垂直向下的出气路出口由于重力作用能保证回补的空气相对洁净，主轴上设计的外侧斜边的锯齿状环形凹槽能在主轴重新旋转时将凹槽中的滞留物甩向外侧并被压力空气带出；多重保护的气密封装置为主轴的高精度运转提供可靠的保证。
2.根据权利要求1所述的一种机床主轴的气密封设计方法，其特征是两个锯齿状环形凹槽间距2～4mm，每个凹槽宽3～5mm，深2～3mm，后气路与出气路的孔径比为2～3∶1。
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