CN107790747A - 一种具有双重动气压气封系统的电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有双重动压气封系统的电主轴，包括主轴系统组件及轴芯组件，主轴系统组件包括机体组件及定子，定子设于机体组件内部，轴芯组件贯通定子；轴芯组件包括依次连接的中心出水导向体、芯轴，中心出水导向体、芯轴中部具有供冷却水流通的通道，中心出水导向体在与芯轴连接处设有高压气体的第一压力槽，主轴系统组件还设环绕芯轴外壁面的导气套，导气套与芯轴外壁面贴合表面设有第二压力槽。本发明采用双重动压气体密封有效地阻挡了冷却水进入主轴内部并对冷却水具有导流作用，能够使主轴运转精度大幅提高，并且大幅延长主轴使用寿命，使本发明主轴高效稳定地运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机主轴，尤其涉及一种具有双重动气压气封系统的电主轴。
背景技术
电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，电主轴通常由无外壳电机、主轴、轴承、主轴单元壳体、驱动模块和冷却装置等组成。电主轴具有高速运转的特性，在切削过程中需要喷射切削液对刀具和零件进行降温。采用中心出水的方式，能够使得水能够沿着刀具流动，对刀具实现全面的冷却。采用中心出水方式，必须使得切削液管路可随主轴同步旋转，需要在打刀抓刀机构上方装设一旋转接头供切削液管路连接组装，而这种活动的连接方式容易使得切削液进入主轴内部，对主轴内部造成污染。目前主要依靠气源密封对主轴实施密封，既能主轴高速运转由能保证切削液沿主轴中心喷洒于刀具上。但是现有的气源密封仍然存在以下缺陷：
现有的气源密封并未提供多层次的保护，仅仅提供一层的高压气体，阻绝冷却液体进入主轴内部，在不同的工况下，切削液可突破高压气体构成的密封结构，污染主轴，造成损坏。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有气封系统的高速电主轴，以达到对主轴气封的目的，保障主轴不被冷却液所污染。本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种具有双重动气压气封系统的电主轴，包括主轴系统组件及轴芯组件，所述主轴系统组件包括机体组件及定子，所述定子设于所述机体组件内部，所述轴芯组件贯通所述定子；其特征在于：所述轴芯组件包括依次连接的中心出水导向体、芯轴，所述中心出水导向体、芯轴中部具有供冷却水流通的通道，所述中心出水导向体在与所述芯轴连接处设有高压气体的第一压力槽，所述主轴系统组件还设环绕所述芯轴外壁面的导气套，所述导气套与所述芯轴外壁面贴合表面设有第二压力槽。
进一步地，所述芯轴一端设有凹槽，所述中心出水导向体部分设于所述凹槽内。
进一步地，所述第一压力槽沿所述中心出水导向体表面分布且位于所述凹槽内。
进一步地，所述中心出水导向体上设有第一压缩气体入孔、与第一压缩气体入孔连通的第一压缩气体通道；所述第一压缩气体通道连通所述第一压力槽。
进一步地，所述主轴系统组件还设有第二压缩气体入孔、与第二压缩气体入孔连接的第二压缩气体通道，所述第二压缩气体通道连接所述导气套。
进一步地，所述第二压力槽的气体压力大于所述第一压力槽内部的气体压力。
进一步地，所述主轴系统组件还包括机体下盖组件，所述机体下盖设于主轴系统组件下部，所述机体下盖组件设有第二导气套。
进一步地，所述第二导气套与排气通道连接，将高压气体排出主轴，所述排气通道为迷宫密封回路排气通道。
进一步地，所述主轴系统组件还包括钢水套组件，所述第二压缩气体入孔、第二压缩气体通道均设于所述钢水套组件；所述钢水套组件包括溢流孔，压缩气体充满所述第一压力槽后，进而充满所述钢水套组件、轴芯组件构成的形腔，再经由所述溢流孔排出；所述第一压力槽具有多个，均布于所述中心出水导向体表面。
进一步地，所述主轴系统组件包括依次安装的下轴承组件、机体下盖组件、防尘盖；所述下轴承组件抵接所述机体组件，所述机体下盖设于下轴承组件远离所述机体组件的表面；所述主轴系统组件设有第三压缩气体入孔、与第三压缩气体入孔连接的第三压缩气体通道；所述第三压缩气体通道连接所述第二导气套，所述第二导气套抵接于所述下轴承组件，所述防尘盖、下轴承组件、芯轴构成所述排气通道。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、采用了主轴中心出水，冷却液对刀具冷却的同时也能对轴芯组件进行冷却，使主轴运转精度大幅提高，并且大幅延长主轴使用寿命；
2、设有第一压缩气体密封和第二压缩气体密封，为了防止冷却液进由配合间隙进入主轴内部，创新地设计了两道压动压气体密封，在该第一压力槽内形成第一道动压气膜，即为第一道动压气体密封，阻挡冷却水由该配合间隙渗入主轴并引导冷却水进入芯轴中心通水孔；由导气套喷入导气套与所述芯轴外壁面配合的第二压力槽，形成第二道动压气膜，阻挡第一道动压气体密封的压缩气体向下渗入主轴内，本发明的两道动压气体密封有效地阻挡了冷却水进入主轴内部并对冷却水具有导流作用，使本发明主轴高效稳定地运行。
附图说明
图1为本发明具有双重动气压气封系统的电主轴的整体视图；
图2为图1具有双重动气压气封系统的电主轴A处的放大视图；
图3为图1具有双重动气压气封系统的电主轴的上轴承组件的示意图；
图4为图1具有双重动气压气封系统的电主轴的下轴承组件的示意图；
图5为图1具有双重动气压气封系统的电主轴的迷宫回路气密封的示意图。
图中：1、主轴系统组件；11、机体组件；12、定子；13、钢水套组件；131、第二压缩气体入孔；132、第二压缩气体通道；133、溢流孔；134、形腔；14、第一导气套；141、第二压力槽；15、上轴承组件；151、上轴承；152、上轴承座外套；153、定位销；154、钢珠套；155、上轴承座；1551、定位销孔；1552、预紧弹簧安装孔；156、预紧弹簧；157、上轴承座盖板；158、第一导油套；159、上轴承内环锁紧螺母；16、下轴承组件；161、下轴承座；162、下轴承；163、第二导油套；164、下轴承内环锁紧螺母；17、机体下盖组件；171、机体下盖；172、第二导气套；18、防尘盖；2、轴芯组件；21、中心出水导向体；211、第一冷却水通道；212、第一压缩气体入孔；213、第一压缩气体通道；214、第一压力槽；215、入水孔；22、芯轴；221、凹槽；222、第二冷却水通道；3、换刀气缸组件；4、滑动芯组件；5、刀柄组件。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如说明书附图1-2所示，一种具有双重动气压气封系统的电主轴，包括主轴系统组件1及轴芯组件2，主轴系统组件1包括机体组件11及定子12，定子12设于机体组件11内部，轴芯组件2贯通定子12；轴芯组件2包括中心出水导向体21及与中心出水导向体21同轴设置的芯轴22，芯轴22一端设有凹槽221，中心出水导向体21部分设于凹槽221内；中心出水导向体21沿轴线设有供冷却水流动的第一冷却水通道211，芯轴22沿轴线设有供冷却水流动的第二冷却水通道222；中心出水导向体21上设有第一压缩气体入孔212、与第一压缩气体入孔212连通的第一压缩气体通道213及与第一压缩气体通道213连通的第一压力槽214；第一压力槽214沿中心出水导向体21表面分布且位于凹槽221内；主轴系统组件1设有第二压缩气体入孔131、与第二压缩气体入孔131连接的第二压缩气体通道132及与第二压缩气体通道132连接的第一导气套14，第一导气套14环绕芯轴22外壁面设置，第一导气套14与芯轴22外壁面贴合表面设有第二压力槽141。中心出水导向体21与芯轴22间隙配合。第二压缩气体入孔131通入的压缩气体压力大于第一压缩气体入孔212通入的压缩气体压力。第二压缩气体入孔131、第二压缩气体通道132均设于钢水套组件13内部，中心出水导向体21顶部还具有入水孔215，入水孔215与供冷却水流动的第一冷却水通道211连通。
钢水套组件13包括溢流孔133，压缩气体充满第一压力槽214后，进而充满钢水套组件13、轴芯组件2构成的形腔134，再经由溢流孔133排出。第一压力槽214具有多个，均布于中心出水导向体21表面。芯轴22连接滑动芯组件4，且滑动芯组件4内部具有与芯轴22第二冷却水通道222连通的通孔，滑动芯组件4内部通孔与芯轴22外圆面使用密封圈密封。具有内部通孔的刀柄组件5与滑动芯组件4连接，其刀柄组件5内部通孔与滑动芯组件4内部通孔连通。
本实施例在中心出水导向体21顶部设有用于中心出水的入水孔215和第一压缩气体入孔212。在钢水套组件13顶部设有第二压缩气体入孔131和溢流孔133。在启动中心出水功能前，必须先将压缩气体持续地通入第一压缩气体入孔212和第二压缩气体入孔131，这两道压缩气体分别形成中心出水的第一道动压气体密封和第二道动压气体密封，防止水漏入主轴内部。当向中心出水导向体21顶部入水孔215通入冷却水时，本发明主轴开始中心出水，流过中心出水导向体21的冷却水以一定的流速流入转动的芯轴22内部通孔，芯轴22与中心出水导向体21为间隙配合，由于有第一道动压气体密封，并不会有过量的水通过第一道动压气体密封，少量渗过第一道动压气体密封的冷却液会随着第二道动压气体密封经钢水套组件13由溢流孔133流出，通过芯轴22内部通孔的冷却液流入滑动芯组件4内部通孔，滑动芯组件4内部通孔与芯轴22外圆面使用密封圈密封，随后冷却液进入刀柄组件5内部通孔向外喷出，对刀具和工件加工表面进行冷却，带走大量切削热，减少刀具损耗，能够更为长久地保持刀具的精度，同时流出刀柄组件5的冷却液也能对轴芯组件2进行冷却，使主轴运转精度大幅提高，并且大幅延长主轴使用寿命。本发明在加工易产生粉尘微粒的工件时，中心出水能够有效地沉淀粉尘，防止粉尘污染。在对工件进行镜面铣削时，冷却液能够冲开切屑，有效地防止切屑刮花已加工的镜面。
主轴系统组件1上部设有换刀气缸组件3，中心出水导向体21嵌接于换刀气缸组件3中部。主轴系统组件1还包括钢水套组件13、上轴承组件15、下轴承组件16、机体下盖组件17、防尘盖18，钢水套组件13位于主轴系统组件1上部，与换刀气缸组件3抵接。
如说明书附图3所示，上轴承组件15嵌设于钢水套组件13与机体组件11之间。上轴承组件15具有包括上轴承151、上轴承座外套152、定位销153、钢珠套154、上轴承座155、预紧弹簧156、星形密封圈及上轴承座盖板157。上轴承座外套152具有大端部与小端部，上轴承座外套152小端部卡接于机体组件11内部，大端部外表面与机体组件11表面平齐，上轴承座外套152沿着外壁面轮廓开设有具有均匀壁面厚度的空腔。上轴承座155设于上轴承座外套152小端部的空腔内，并且通过钢珠套154与上轴承座外套152小端部的空腔内壁抵接，钢珠套154上布有均匀分布的钢珠。上轴承座155第一端与上轴承座外套152小端的端面壁板抵接，上轴承座155第一端开设有定位销孔1551及预紧弹簧安装孔1552，预紧弹簧156一端抵接于预紧弹簧安装孔1552底部，另一端抵接于上轴承座外套152小端的端面壁板，上轴承座外套152小端的端面壁板上还开有与定位销孔1551对应的通孔，定位销153通过通孔插入定位销孔1551。上轴承151嵌设于上轴承座155内腔，上轴承151端面设有第一导油套158，油套布有导油环形槽和4个均布的润滑油气导向孔。上轴承座盖板157设于上轴承座外套152大端内部空腔，抵接上轴承座155第二端及上轴承端面。上轴承座盖板157内还嵌设有上轴承内环锁紧螺母159，上轴承内环锁紧螺母159抵接上轴承内环。
如说明书附图4所示，下轴承组件16、机体下盖组件17、防尘盖18依次安装，下轴承组件16抵接主轴系统组件1，机体下盖组件17设于下轴承组件16远离主轴系统组件1的表面。下轴承组件16包括下轴承座161、下轴承162、第二导油套163、密封圈槽、冷却液通孔、润滑油气通孔、堵头孔。下轴承座161包括下轴承安装腔、位于下轴承安装腔一端且沿下轴承安装腔外壁面凸出的凸台，下轴承安装腔的端面壁板设有安装第二导油套163的导油套安装槽，下轴承位于下轴承安装腔内部并抵接下轴承安装腔端面壁板。第二导油套163设有导油孔、导油环槽。机体下盖组件17包括机体下盖171、第二导气套172，机体下盖171包括嵌入下轴承安装腔的小端及抵接下轴承座161凸台端面的大端，机体下盖171小端的端面抵接下轴承162，内部开设有安装第二导气套172的环形槽及润滑油气导通环槽。机体下盖171还嵌设有下轴承内环锁紧螺母164，下轴承内环锁紧螺母164抵接下轴承162内环。防尘盖18抵接于机体下盖171，遮蔽导油套及下轴承内环锁紧螺母164。
如说明书附图5所示，主轴系统组件1设有第三压缩气体入孔、与第三压缩气体入孔连接的第三压缩气体通道及与第三压缩气体通道连接的第二导气套172，第二导气套172设于机体下盖171内并抵接于下轴承组件16，防尘盖18、下轴承组件16、芯轴22构成排气通道。排气通道为迷宫密封回路排气通道。
第三压缩气体入孔具体设置于钢水套组件13上部，钢水套组件13、上轴承座外套152、机体、下轴承座161、机体下盖171内部通孔依次构成第三压缩气体的气封通路，压缩气体经以上气封通路导入第二导气套172，由第二导气套172与下轴承内环锁紧螺母164的间隙部分喷出，然后经过防尘盖18、下轴承内环锁紧螺母164、芯轴22所构成的迷宫密封回路排出主轴外部，并在改迷宫密封通路中形成气幕，在主轴工作时防止主轴外部污水、切屑、气体等进入主轴，实现电主轴气封。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种具有双重动气压气封系统的电主轴，包括主轴系统组件及轴芯组件，所述主轴系统组件包括机体组件及定子，所述定子设于所述机体组件内部，所述轴芯组件贯通所述定子；其特征在于：所述轴芯组件包括依次连接的中心出水导向体、芯轴，所述中心出水导向体、芯轴中部具有供冷却水流通的通道，所述中心出水导向体在与所述芯轴连接处设有高压气体的第一压力槽，所述主轴系统组件还设环绕所述芯轴外壁面的导气套，所述导气套与所述芯轴外壁面贴合表面设有第二压力槽。
2.如权利要求1所述的具有双重动压气封系统的电主轴，其特征在于：所述芯轴一端设有凹槽，所述中心出水导向体部分设于所述凹槽内。
3.如权利要求2所述的具有双重动气压气封系统的电主轴，其特征在于：所述第一压力槽沿所述中心出水导向体表面分布且位于所述凹槽内。
4.如权利要求2所述的具有双重动气压气封系统的电主轴，其特征在于：所述中心出水导向体上设有第一压缩气体入孔、与第一压缩气体入孔连通的第一压缩气体通道；所述第一压缩气体通道连通所述第一压力槽。
5.如权利要求1所述的具有双重动气压气封系统的电主轴，其特征在于：所述主轴系统组件还设有第二压缩气体入孔、与第二压缩气体入孔连接的第二压缩气体通道，所述第二压缩气体通道连接所述导气套。
6.如权利要求1所述的具有双重动气压气封系统的电主轴，其特征在于：所述第二压力槽的气体压力大于所述第一压力槽内部的气体压力。
7.如权利要求1所述的具有双重动气压气封系统的电主轴，其特征在于：所述主轴系统组件还包括机体下盖组件，所述机体下盖设于主轴系统组件下部，所述机体下盖组件设有第二导气套。
8.如权利要求7所述的具有双重动气压气封系统的电主轴，其特征在于：所述第二导气套与排气通道连接，将高压气体排出主轴，所述排气通道为迷宫密封回路排气通道。
9.如权利要求5所述的具有双重动气压气封系统的电主轴，其特征在于：所述主轴系统组件还包括钢水套组件，所述第二压缩气体入孔、第二压缩气体通道均设于所述钢水套组件；所述钢水套组件包括溢流孔，压缩气体充满所述第一压力槽后，进而充满所述钢水套组件、轴芯组件构成的形腔，再经由所述溢流孔排出；所述第一压力槽具有多个，均布于所述中心出水导向体表面。
10.如权利要求8所述的具有双重动气压气封系统的电主轴，其特征在于：所述主轴系统组件包括依次安装的下轴承组件、机体下盖组件、防尘盖；所述下轴承组件抵接所述机体组件，所述机体下盖设于下轴承组件远离所述机体组件的表面；所述主轴系统组件设有第三压缩气体入孔、与第三压缩气体入孔连接的第三压缩气体通道；所述第三压缩气体通道连接所述第二导气套，所述第二导气套抵接于所述下轴承组件，所述防尘盖、下轴承组件、芯轴构成所述排气通道。
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Denomination of invention: A motorized spindle with double pneumatic seal system Effective date of registration: 20210329 Granted publication date: 20191018 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Guangzhou Tianhe subbranch Pledgor: GUANGZHOU HAOZHI INDUSTRIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2021980002261 |
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Denomination of invention: An electric spindle with double dynamic air pressure and air sealing system Effective date of registration: 20220902 Granted publication date: 20191018 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Guangzhou tianpingjia sub branch Pledgor: GUANGZHOU HAOZHI INDUSTRIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2022980014309 |
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Date of cancellation: 20230914 Granted publication date: 20191018 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Guangzhou tianpingjia sub branch Pledgor: GUANGZHOU HAOZHI INDUSTRIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2022980014309 |
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