CN109261993A - 数控车床用高速电主轴气体密封结构 - Google Patents

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Abstract

提供一种数控车床用高速电主轴气体密封结构，包括主轴箱体，主轴箱体内部设轴承座，轴承座中通过轴承支撑有主轴，主轴的前轴肩端面与轴承内圈通过主轴隔套隔开，主轴隔套外部套有前法兰，主轴的前轴肩外部套有密封环，主轴前端连接有液压卡盘，液压卡盘与主轴箱体之间设防水罩，防水罩前端内圆与液压卡盘外圆之间设一级气压旋转密封结构，密封环与主轴的前轴肩之间设二级气压旋转密封结构，前法兰与主轴隔套之间设三级气压旋转密封结构，前法兰与主轴隔套外之间设四级旋转密封结构，主轴箱体、轴承座、前法兰和密封环上设密封气体气路结构。采用四级气体密封，使主轴内部气压大，外部气压小，有效防止切削液和铁屑进入电主轴内部，延长使用寿命。

Description

数控车床用高速电主轴气体密封结构
技术领域
本发明属车床电主轴密封技术领域，具体涉及一种数控车床用高速电主轴气体密封结构。
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技术，其属于高精度技术行业，而电主轴是安装在各种不同的机床上，用于零件的加工，绝大部分零件的加工过程需要喷射切削液，同时也会产生铁屑等污物。当电主轴应用在较高的转速和复杂的环境下时，电主轴的轴芯、轴承不允许进入污物，而且，电主轴内部某些零件的配合要求非常高，更加不允许有污物进入主轴内部。但是，目前电主轴前部的密封结构主要以机械密封为主，其密封效果不好，不能十分有效的防止铁屑、切削液等污物进入主轴内部，导致主轴的寿命降低。因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种数控车床用高速电主轴气体密封结构，本发明采用四级密封结构结合压缩气体密封，使主轴安装结构内部气压大于外部气压而形成背压密封结构，内部气压大，外部气压小，从而能够有效杜绝外部切削液和铁屑进入电主轴内部，延长了电主轴轴承等部件的使用寿命，结构简单，密封效果好。
本发明采用的技术方案：数控车床用高速电主轴气体密封结构，包括主轴箱体，所述主轴箱体内部设有轴承座，所述轴承座中通过轴承支撑有主轴，所述主轴的前轴肩端面与轴承内圈端面之间通过套于主轴上的主轴隔套隔开，所述主轴隔套外部套有与轴承座端面连接对轴承外圈进行限位的前法兰，所述主轴的前轴肩外部套有与前法兰紧贴的密封环，所述主轴前端连接有液压卡盘，所述液压卡盘与主轴箱体前端面之间设有将主轴前部安装结构遮挡的防水罩，所述防水罩前端内圆柱表面与液压卡盘外圆柱表面之间设有一级气压旋转密封结构，所述密封环内圆柱表面与主轴的前轴肩外圆柱表面之间设有二级气压旋转密封结构，所述前法兰内圆柱表面前部与主轴隔套外圆柱表面前部之间设有三级气压旋转密封结构，所述前法兰内表面后部与主轴隔套外表面后部之间设有四级旋转密封结构，所述主轴箱体、轴承座、前法兰和密封环上设有与二级气压旋转密封结构连通的密封气体气路结构，通过所述密封气体气路结构向一级气压旋转密封结构、二级气压旋转密封结构、三级气压旋转密封结构和四级旋转密封结构中充入压缩气体形成使主轴内部安装气压大于外部气压的背压密封结构。
对上述技术方案的进一步改进，所述一级旋转密封结构是由防水罩前端内圆柱表面与液压卡盘外圆柱表面之间形成的0.05～0.1mm的旋转间隙构成，在所述防水罩前端内圆柱表面上制有一级回收环形槽；所述二级气压旋转密封结构是由密封环内圆柱表面与主轴的前轴肩外圆柱表面之间形成的0.1～0.3mm的旋转间隙构成，在所述密封环内圆柱表面上制有通气环形槽和二级回收环形槽；所述三级气压旋转密封结构是由前法兰内圆柱表面前部与主轴隔套外圆柱表面前部之间形成的0.3～0.4mm的旋转间隙构成，所述前法兰内圆柱表面前部设有三级回收环形槽；所述四级旋转密封结构是由前法兰内表面后部与主轴隔套外表面后部形成的迷宫式密封结构构成且密封间隙为0.4～0.5mm。
对上述技术方案的进一步改进，所述主轴的前轴肩外圆柱表面上与通气环形槽和二级回收环形槽对应处、以及所述主轴隔套外圆柱表面上与三级回收环形槽对应处均设有甩水槽，所述甩水槽为外边为斜边、内边为竖边的V型结构横截面。
对上述技术方案的进一步改进，所述密封气体气路结构包括制于主轴箱体内部的一段气路、制于轴承座内部二段气路、制于前法兰内部的三段气路、以及制于密封环内部的四段气路，所述一段气路一端为进气口，所述一段气路另一端与二段气路一端连通，所述二段气路另一端与三段气路一端连通，所述三段气路另一端与四段气路一端连通，所述四段气路另一端与二级气压旋转密封结构连通，所述密封气体气路结构中设有节流阀块。
对上述技术方案的进一步改进，所述节流阀块为内部制有直径为0.3～0.5mm节流孔的普通钢材阀块结构。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本方案在主轴的前部安装结构中设一级气压旋转密封结构、二级气压旋转密封结构、三级气压旋转密封结构和四级旋转密封结构，并通过密封气体气路结构向一级气压旋转密封结构、二级气压旋转密封结构、三级气压旋转密封结构和四级旋转密封结构中充入压缩气体，使主轴安装结构内部气压大于外部气压而形成背压密封结构，内部气压大，外部气压小，从而能够有效杜绝外部切削液和铁屑进入电主轴内部，延长了电主轴轴承等部件的使用寿命，结构简单，密封效果好；
2、本方案中在密封气体气路结构中设置节流阀块，能够对气流量进行控制，使气流量稳定，节流阀块采用内部制有直径为0.3～0.5mm节流孔的普通钢材阀块制成，结构简单，制造成本低；
3、本方案在主轴的前轴肩外圆柱表面上与通气环形槽和二级回收环形槽对应处、以及主轴隔套外圆柱表面上与三级回收环形槽对应处均设有甩水槽，甩水槽为外边为斜边、内边为竖边的V型结构横截面，有利于将进入主轴安装结构内部的污水甩出，进一步加强对主轴安装结构的密封。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-2描述本发明的实施例。
数控车床用高速电主轴气体密封结构，如图1和2所示，包括主轴箱体1，所述主轴箱体1内部设有轴承座2，所述轴承座2中通过轴承支撑有主轴3，所述主轴3的前轴肩25端面与轴承内圈端面之间通过套于主轴3上的主轴隔套4隔开，所述主轴隔套4外部套有与轴承座2端面连接对轴承外圈进行限位的前法兰5，所述主轴3的前轴肩25外部套有与前法兰5紧贴的密封环6，所述主轴3前端连接有液压卡盘8，所述液压卡盘8与主轴箱体1前端面之间设有将主轴3前部安装结构遮挡的防水罩7。
所述防水罩7前端内圆柱表面与液压卡盘8外圆柱表面之间设有一级气压旋转密封结构9，优选的，所述一级旋转密封结构9是由防水罩7前端内圆柱表面与液压卡盘8外圆柱表面之间形成的0.05～0.1mm的旋转间隙构成，在所述防水罩7前端内圆柱表面上制有一级回收环形槽10；所述密封环6内圆柱表面与主轴3的前轴肩25外圆柱表面之间设有二级气压旋转密封结构11，优选的，所述二级气压旋转密封结构11是由密封环6内圆柱表面与主轴3的前轴肩25外圆柱表面之间形成的0.1～0.3mm的旋转间隙构成，在所述密封环6内圆柱表面上制有通气环形槽12和二级回收环形槽13；所述前法兰5内圆柱表面前部与主轴隔套4外圆柱表面前部之间设有三级气压旋转密封结构14，优选的，所述三级气压旋转密封结构14是由前法兰5内圆柱表面前部与主轴隔套4外圆柱表面前部之间形成的0.3～0.4mm的旋转间隙构成，所述前法兰5内圆柱表面前部设有三级回收环形槽15；所述前法兰5内表面后部与主轴隔套4外表面后部之间设有四级旋转密封结构17，优选的，所述四级旋转密封结构17是由前法兰5内表面后部与主轴隔套4外表面后部形成的迷宫式密封结构构成且密封间隙为0.4～0.5mm。
所述主轴箱体1、轴承座2、前法兰5和密封环6上设有与二级气压旋转密封结构11连通的密封气体气路结构18，通过所述密封气体气路结构18向一级气压旋转密封结构9、二级气压旋转密封结构11、三级气压旋转密封结构14和四级旋转密封结构17中充入压缩气体形成使主轴3内部安装气压大于外部气压的背压密封结构。所述密封气体气路结构18包括制于主轴箱体1内部的一段气路20、制于轴承座2内部二段气路21、制于前法兰5内部的三段气路22、以及制于密封环6内部的四段气路23，所述一段气路20一端为进气口19，所述一段气路20另一端与二段气路21一端连通，所述二段气路21另一端与三段气路22一端连通，所述三段气路22另一端与四段气路23一端连通，所述四段气路23另一端与二级气压旋转密封结构11连通。
本发明密封原理是：压缩气体由进气口19进入，依次经过一段气路20、二段气路21、三段气路22、四段气路23进入二级气压旋转密封结构11的通气环形槽12，通气环形槽12中的压缩气体通过密封环6内圆柱表面与主轴3的前轴肩25外圆柱表面之间的旋转间隙进入防水罩7围成的空腔中，并进入防水罩7前端内圆柱表面与液压卡盘8外圆柱表面之间形成的旋转间隙中，使一级旋转密封结构9中的气压大于外部气压，形成一级旋转背压密封，压缩气体也充满一级回收环形槽10，为保证一级旋转密封气压而提供充气腔；通气环形槽12中的压缩气体进入密封环6内圆柱表面与主轴3的前轴肩25外圆柱表面之间的旋转间隙中，使二级气压旋转密封结构11中的气压大于外部气压而形成二级背压密封，通气环形槽12中的压缩气体通过密封环6内圆柱表面与主轴3的前轴肩25外圆柱表面之间的旋转间隙充满二级回收环形槽13，为保证二级气压旋转密封气压而提供充气腔；二级回收环形槽13中压缩气体进入前法兰5内圆柱表面前部与主轴隔套4外圆柱表面前部之间的旋转间隙中，使三级气压旋转密封结构14中的气压大于外部气压而形成三级背压密封，压缩气体也通过前法兰5内圆柱表面前部与主轴隔套4外圆柱表面前部之间的旋转间隙充满三级回收环形槽15，为保证三级气压旋转密封气压而提供充气腔；经过三级气压旋转密封结构14的压缩气体进入由前法兰5内表面后部与主轴隔套4外表面后部形成的迷宫式密封间隙中，使四级旋转密封结构17中的气压大于外部气压而形成四级旋转背压密封。
本发明采用四级密封结构结合压缩气体密封，使主轴3安装结构内部气压大于外部气压而形成背压密封结构，内部气压大，外部气压小，从而能够有效杜绝外部切削液和铁屑进入电主轴内部，延长了电主轴轴承等部件的使用寿命，结构简单，密封效果好。
所述密封气体气路结构18中设有节流阀块24，具体的，本实施例中将节流阀块24安装在四段气路23中，能够对气流量进行控制，使气流量稳定，所述节流阀块24为内部制有直径为0.3～0.5mm节流孔的普通钢材阀块结构，结构简单，制造成本低。
所述主轴3的前轴肩25外圆柱表面上与通气环形槽12和二级回收环形槽13对应处、以及所述主轴隔套4外圆柱表面上与三级回收环形槽15对应处均设有甩水槽16，所述甩水槽16为V型结构，有利于将进入主轴安装结构内部的污水甩出，进一步加强对主轴安装结构的密封。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (5)

1.数控车床用高速电主轴气体密封结构，包括主轴箱体(1)，所述主轴箱体(1)内部设有轴承座(2)，所述轴承座(2)中通过轴承支撑有主轴(3)，所述主轴(3)的前轴肩(25)端面与轴承内圈端面之间通过套于主轴(3)上的主轴隔套(4)隔开，所述主轴隔套(4)外部套有与轴承座(2)端面连接对轴承外圈进行限位的前法兰(5)，所述主轴(3)的前轴肩(25)外部套有与前法兰(5)紧贴的密封环(6)，所述主轴(3)前端连接有液压卡盘(8)，所述液压卡盘(8)与主轴箱体(1)前端面之间设有将主轴(3)前部安装结构遮挡的防水罩(7)，其特征在于：所述防水罩(7)前端内圆柱表面与液压卡盘(8)外圆柱表面之间设有一级气压旋转密封结构(9)，所述密封环(6)内圆柱表面与主轴(3)的前轴肩(25)外圆柱表面之间设有二级气压旋转密封结构(11)，所述前法兰(5)内圆柱表面前部与主轴隔套(4)外圆柱表面前部之间设有三级气压旋转密封结构(14)，所述前法兰(5)内圆表面后部与主轴隔套(4)外圆表面后部之间设有四级旋转密封结构(17)，所述主轴箱体(1)、轴承座(2)、前法兰(5)和密封环(6)上设有与二级气压旋转密封结构(11)连通的密封气体气路结构(18)，通过所述密封气体气路结构(18)向一级气压旋转密封结构(9)、二级气压旋转密封结构(11)、三级气压旋转密封结构(14)和四级旋转密封结构(17)中充入压缩气体形成使主轴(3)内部安装气压大于外部气压的背压密封结构。
2.根据权利要求1所述的数控车床用高速电主轴气体密封结构，其特征在于：所述一级旋转密封结构(9)是由防水罩(7)前端内圆柱表面与液压卡盘(8)外圆柱表面之间形成的0.05～0.1mm的旋转间隙构成，在所述防水罩(7)前端内圆柱表面上制有一级回收环形槽(10)；所述二级气压旋转密封结构(11)是由密封环(6)内圆柱表面与主轴(3)的前轴肩(25)外圆柱表面之间形成的0.1～0.3mm的旋转间隙构成，在所述密封环(6)内圆柱表面上制有通气环形槽(12)和二级回收环形槽(13)；所述三级气压旋转密封结构(14)是由前法兰(5)内圆柱表面前部与主轴隔套(4)外圆柱表面前部之间形成的0.3～0.4mm的旋转间隙构成，所述前法兰(5)内圆柱表面前部设有三级回收环形槽(15)；所述四级旋转密封结构(17)是由前法兰(5)内表面后部与主轴隔套(4)外表面后部形成的迷宫式密封结构构成且密封间隙为0.4～0.5mm。
3.根据权利要求2所述的数控车床用高速电主轴气体密封结构，其特征在于：所述主轴(3)的前轴肩(25)外圆柱表面上与通气环形槽(12)和二级回收环形槽(13)对应处、以及所述主轴隔套(4)外圆柱表面上与三级回收环形槽(15)对应处均设有甩水槽(16)，所述甩水槽(16)为外边为斜边、内边为竖边的V型结构横截面。
4.根据权利要求1所述的数控车床用高速电主轴气体密封结构，其特征在于：所述密封气体气路结构(18)包括制于主轴箱体(1)内部的一段气路(20)、制于轴承座(2)内部的二段气路(21)、制于前法兰(5)内部的三段气路(22)、以及制于密封环(6)内部的四段气路(23)，所述一段气路(20)一端为进气口(19)，所述一段气路(20)另一端与二段气路(21)一端连通，所述二段气路(21)另一端与三段气路(22)一端连通，所述三段气路(22)另一端与四段气路(23)一端连通，所述四段气路(23)另一端与二级气压旋转密封结构(11)连通，所述密封气体气路结构(18)中设有节流阀块(24)。
5.根据权利要求4所述的数控车床用高速电主轴气体密封结构，其特征在于：所述节流阀块(24)为内部制有直径为0.3～0.5mm节流孔的普通钢材阀块结构。
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