CN111822734B - 一种电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴，包括主轴以及以主轴为转轴设置的角接触球轴承、平衡环套、壳体、转子绕组、轴承座、定子绕组，所述平衡环套固定在主轴上，所述角接触球轴承设置在壳体两端的轴承座上，壳体的进油管槽用于将油气通入平衡环套的各个型腔，通过油路控制器调节油量大小，以改变平衡环套偏心质量的分布，进而对转子进行动平衡控制；同时，平衡环套喷出的油气对角接触球轴承进行润滑。本发明有效解决了现有技术中因电主轴运行产生的转子动不平衡而影响加工质量和加工精度的问题。

Description

一种电主轴

技术领域

本发明涉及一种电主轴结构，尤其涉及一种利用润滑油气进行转子动平衡控制的电主轴。

背景技术

高速加工技术是当代先进制造技术之一，发展和应用高速加工技术的前提是必须拥有性能优良的高级数控机床，高端数控机床及其关键技术是装备制造业的技术基础和发展方向之一，也是衡量一个国家制造业水平的重要标志。

电主轴是数控机床的核心功能部件之一，在高速运转时，主轴的质量不平衡将导致主轴偏心振动，降低主轴的振动将极大提高电主轴的加工精度。现阶段，电主轴的振动控制都是通过外接平衡设备来进行。

因此，现有技术中缺乏利用油气将润滑和转子动平衡控制两项功能集成于一体的电主轴。

发明内容

发明目的：本发明提出一种结构精巧、运转过程中振动及噪音小的电主轴。

技术方案：本发明所述的电主轴包括：主轴以及以主轴为转轴设置的角接触球轴承、平衡环套、壳体、转子绕组、轴承座、定子绕组；

所述角接触球轴承安装在壳体两端轴承座上，其内圈与主轴形成过盈配合；主轴的中段缠绕有转子绕组，转子绕组两侧对称设置有安装在主轴上的平衡环套，所述平衡环套用于保持主轴的动平衡，将油气喷出至角接触球轴承；转子绕组与平衡环套之间存在空隙，所述壳体中的油气管槽与平衡环套连接；壳体中的冷却管槽与冷却装置连接，形成冷却回路，所述冷却管槽靠近主轴的内侧安装有定子绕组，所述定子绕组与电主轴驱动器连接。

进一步地，该电主轴还包括相互连接的油路控制器和油气润滑装置，每个平衡环套包括第一平衡环套和第二平衡环套，分别设置在转子绕组两侧，所述壳体中的进油管槽与油路控制器相连接，进油管槽中的油气分别经过第一平衡环套和第二平衡环套喷向靠近的角接触球轴承，角接触球轴承再将油气通入壳体的出油管槽，输出至油气润滑装置，形成油气回路。

进一步地，每个平衡环套包括固定在主轴上的第一平衡环部件、与壳体连接的第二平衡环部件；均为中空圆柱体，用于同时穿过主轴；所述第一平衡环部件位于转子绕组两侧，两者固定连接，所述第一平衡环部件通过第二平衡环部件与所述壳体的油气出口对接。

进一步地，所述第一平衡环部件包括平衡环盖和平衡环座，两者相配合，中间形成用于存储油气的型腔，型腔内部填充有吸油性材料；所述平衡环盖与第二平衡环部件相连接，用于将从壳体中的油气管槽接入的油气输出至型腔内；平衡环座设有对应各型腔的油气喷出结构，所述喷出结构用于将型腔内的油气喷向角接触球轴承。平衡环套喷出的油气可以对角接触轴承进行润滑。

进一步地，所述平衡环座包括侧壁和底部，平衡环座底部设有n个挡板和中空环形凸起，所述挡板、中空环形凸起和平衡环座侧壁等高，与平衡环盖相配合形成密闭空间；所述挡板将平衡环座内部空间分割成n个型腔。

进一步地，所述油气喷出结构包括设置于每个型腔内部的油气出孔及与各油气出孔分别相连的n个连通结构，所述连通结构设置于平衡环座底部外侧，其上均设有油气喷口，设置上使各油气喷口依次相连构成正n边形。

进一步地，所述第二平衡环部件的侧面设置有n个油气进孔，底面设置有第一凹凸槽，所述油气进孔和壳体中的进油管槽的n个油气出孔对应连接，再通过n个孔道进入第一凹凸槽，形成n路油气；所述平衡环盖的内侧设置有弧形槽，外侧设有与第一凹凸槽(4-3)配合的第二凹凸槽；其中，

所述第一凹凸槽为n个同心圆环形凸起，所述第二凹凸槽为n+1个同心圆环形凸起，相邻凸起间形成圆环形卡槽，所述第一凹凸槽的凸起与第二凹凸槽的卡槽密封连接，以防油气泄漏；

所述弧形槽为第二凹凸槽的圆环形卡槽上的n个圆弧开口，每个圆弧开口的半径不同，对应的圆心角不重叠且相加等于360°，用于将油气通入第一平衡环部件内部的n个的型腔；

第一凹凸槽的每个同心圆环形凸起上设有至少一个油气出孔，每个油气出孔贯穿于弧形槽中的一个圆弧开口。

进一步地，所述平衡环座内侧设有与弧形槽相卡合的弧形配重筋，用于平衡第一平衡环部件旋转时弧形槽处的离心力。

进一步地，所述油路控制器用于改变平衡环套偏心质量的分布，进而对主轴进行动平衡控制。当吸油性材料吸附油气后，平衡环套会附有一定重量。当振动监测系统监测到主轴的振动信号时，通过油路控制器分别调节n路油气量的大小，改变平衡环套偏心质量的分布，进而对主轴进行动平衡控制。

有益效果：本发明能有效利用油气将润滑和转子动平衡控制两项功能集成于一体，有效降低主轴运转过程中的振动和噪音。

附图说明

图1是本发明的结构剖面示意图；

图2是本实施例所述平衡环套结构图的左视图；

图3是本实施例所述平衡环套结构图的右视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

请参见图1，其示出了本发明所述的电主轴的剖面示意图，该电主轴包括：主轴1(即转子)，角接触球轴承2、第一平衡环部件3、第二平衡环部件4、壳体5、转子绕组6、轴承座7、定子绕组8以主轴1为转轴设置。

以主轴1为转轴，角接触球轴承2、第一平衡环部件3、转子绕组6均固定在主轴1上。其中，角接触球轴承2位于壳体5两端轴承座7上，其内圈与主轴1过盈装配。转子绕组6缠绕在主轴1的中段。第一平衡环部件3对称设置在转子绕组6两侧，且第一平衡环部件3与转子绕组6之间留有空隙。

转子绕组6两侧对称设有第一平衡环套和第二平衡环套，所述壳体5中的进油管槽9与油路控制器相连接，所述油路控制器与油气润滑装置连接。进油管槽9中的油气分别经过第一平衡环套和第二平衡环套喷向靠近的角接触球轴承2，各角接触球轴承2再将油气通入壳体5的出油管槽10输出至油气润滑装置，形成两条油气回路。其中，所述进油管槽9可以设计为两路独立的油气管槽，直接从壳体5上的两个入口与油路控制器相连，油路控制器分别控制两路油气进入电主轴。也可以设置为从电主轴上唯一一个入口进入的一条油气管槽主干路，再分成两条支路使得油气分别进入两侧的第一平衡环套和第二平衡环套，电主轴内部两路油气管槽上分别内置油路控制器，与油气管槽主干路连接，形成油气通路。同理，出油管槽10也可以设计为独立的两条油气管槽，继而通过壳体5上的两个出口分别进入油气润滑装置。也可以将经过两侧角接触球轴承2后的油气汇聚到一条油气管槽主干路上，再由壳体5上唯一一个出口输出至油气润滑装置，从而再次进入油路控制器。

由于平衡环套是对称设置的相同结构。因此，只对其中一个环套进行描述，另一个结构对称设置即可，不做赘述。如图2、3所示，第一平衡环部件3、第二平衡环部件4为中空圆柱体，两者中空部分大小相等，用于同时穿过主轴1。第一平衡环部件3与主轴固定。第二平衡环部件4与壳体固定，且与主轴1之间存在空隙。第一平衡环部件3和第二平衡环部件4之间通过凹凸状结构的密封圈组合，可相对转动，能保证平衡环套内部油气不泄漏。所述第一平衡环部件3通过第二平衡环部件4与所述壳体的油气出口对接。

第一平衡环部件3包括平衡环盖3-1和平衡环座3-2，两者通过螺纹方式连接，形成密闭空间，其内部填充有吸油性材料。平衡环座3-2包括侧壁和底部，平衡环座3-2底部内侧设有4个挡板和中空环形凸起，所述挡板、中空环形凸起和平衡环座3-2侧壁等高，与平衡环盖3-1相配合形成密闭空间；所述挡板将密闭空间平均分割成4个用于存储油气的型腔。事实上，型腔大小并不一定需要相等，通过油路控制器调节至各型腔吸油后控制主轴动平衡即可，只是型腔大小相等更便于调节。需要相等每个型腔内部的油气出孔3-4及与各油气出孔3-4分别相连的4个连通结构，所述连通结构设置于平衡环座3-2底部外侧，其上均设有油气喷口3-7，各油气喷口依次相连时呈正4边形。

第二平衡环部件的侧面设置有4个油气进孔4-1，底面设置有第一凹凸槽4-3，所述油气进孔4-1和壳体5中的进油管槽的油气出孔连接，再通过4个孔道进入第一凹凸槽4-3，形成4路油气；所述平衡环盖3-1的内侧设置有弧形槽，外侧设有与第一凹凸槽4-3配合的第二凹凸槽3-3；其中，

所述第一凹凸槽4-3为4个同心圆环形凸起，所述第二凹凸槽3-3为5个同心圆环形凸起，相邻凸起间形成圆环形卡槽(即4个环形凹槽)，所述第一凹凸槽4-3的凸起与第二凹凸槽3-3的圆环形卡槽密封连接，以防油气泄漏；

分别在第二凹凸槽3-3的每个环形凹槽上开一个圆弧开口，使得4个圆弧开口的半径不同，对应的圆心角不重叠且平分360°，记为弧形槽3-6。

第一凹凸槽4-3的每个同心圆环形凸起上设有至少一个油气出孔4-2，每个油气出孔4-2贯穿于弧形槽3-6中的一个圆弧开口。所述平衡环座3-2内侧设有与弧形槽3-6相卡合的弧形配重筋，用于平衡第一平衡环部件3旋转时弧形槽3-6处的离心力。

壳体5内部安装有冷却管槽，所述冷却管槽通过冷却管槽进口和冷却管槽出口与外部冷却装置连接。冷却管槽安装在定子绕组8外侧，转子绕组6设置于定子绕组8内侧的空间。定子绕组8与电主轴驱动器连接。

壳体5内部安装有进油管槽9，其输出的4路油气对应通入油气进孔4-1，从第二平衡环部件4中的孔道输出至油气出孔4-2，通过第一凹凸槽4-3与第二凹凸槽3-3的密封圈组合通入第一平衡环部件3，弧形槽3-6将油气放入第一平衡环部件3的4个等大的型腔中，油气与吸油性材料混合。

当电主轴振动系统在检测振动信号时，油路控制器通过分别调节4路油气量的大小，改变平衡环转动部件3偏心质量的分布，进而对主轴1进行动平衡控制。

同时，第一平衡环部件3每个腔内的油气混合物通过油气出孔3-4和油气喷口3-7，喷射到角接触球轴承2上，对角接触球轴承2进行润滑，最后通过壳体5上的油气回路，返回至油气润滑装置中。

Claims (7)

1.一种电主轴，其特征在于，包括主轴（1）以及以主轴（1）为转轴设置的角接触球轴承（2）、平衡环套、壳体（5）、转子绕组（6）、轴承座（7）、定子绕组（8）；

所述角接触球轴承（2）安装在壳体（5）两端轴承座（7）上，其内圈与主轴（1）形成过盈配合；主轴（1）的中段缠绕有转子绕组（6），转子绕组（6）两侧对称设置有安装在主轴（1）上的平衡环套；所述平衡环套用于保持主轴（1）的动平衡，将油气喷出至角接触球轴承（2）；转子绕组（6）与平衡环套之间存在空隙，所述壳体（5）中的油气管槽与平衡环套连接；壳体（5）中的冷却管槽与冷却装置连接，形成冷却回路，所述冷却管槽靠近主轴（1）的内侧安装有定子绕组（8），所述定子绕组（8）与电主轴驱动器连接；

该电主轴还包括相互连接的油路控制器和油气润滑装置；所述平衡环套包括第一平衡环套和第二平衡环套，转子绕组（6）两侧对称设有第一平衡环套和第二平衡环套，所述壳体（5）中的进油管槽（9）与油路控制器相连接，进油管槽（9）中的油气分别经过第一平衡环套和第二平衡环套喷向靠近的角接触球轴承（2），角接触球轴承（2）再将油气通入壳体（5）的出油管槽（10），输出至油气润滑装置，形成油气回路；所述油路控制器用于在振动监测系统监测到主轴（1）的振动信号时，通过分别调节n路油气量的大小，改变平衡环套偏心质量的分布，进而对主轴（1）进行动平衡控制。

2.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于：所述平衡环套包括固定在主轴（1）上的第一平衡环部件（3）、与壳体（5）连接的第二平衡环部件（4），均为中空圆柱体，用于同时穿过主轴（1）；所述第一平衡环部件（3）位于转子绕组（6）两侧，第一平衡环部件（3）通过第二平衡环部件（4）与所述壳体（5）的油气出口对接。

3.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于：所述第一平衡环部件（3）包括平衡环盖（3-1）和平衡环座（3-2），两者相配合，中间形成用于存储油气的型腔，型腔内部填充有吸油性材料；所述平衡环盖（3-1）与第二平衡环部件（4）相连接，用于将从壳体（5）中的油气管槽接入的油气输出至型腔内；平衡环座（3-2）设有对应各型腔的油气喷出结构，所述喷出结构用于将型腔内的油气喷向角接触球轴承（2）。

4.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于：所述平衡环座（3-2）包括侧壁和底部，平衡环座（3-2）底部内侧设有n个挡板和中空环形凸起，所述挡板、中空环形凸起和平衡环座（3-2）侧壁等高，与平衡环盖（3-1）相配合形成密闭空间；所述挡板将密闭空间分割成n个型腔。

5.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于：所述油气喷出结构包括设置于每个型腔内部的油气出孔（3-4）及与各油气出孔（3-4）分别相连的n个连通结构，所述连通结构设置于平衡环座（3-2）底部外侧，其上均设有油气喷口（3-7），各油气喷口依次相连时呈正n边形。

6.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于：所述第二平衡环部件（4）的侧面设置有n个油气进孔（4-1），底面设置有第一凹凸槽（4-3），所述油气进孔（4-1）和壳体（5）中的进油管槽（9）的n个油气出孔对应连接，再通过n个孔道进入第一凹凸槽（4-3），形成n路油气；所述平衡环盖（3-1）的内侧设置有弧形槽（3-6），外侧设有与第一凹凸槽（4-3）配合的第二凹凸槽（3-3）；其中，

所述第一凹凸槽（4-3）为n个同心圆环形凸起，所述第二凹凸槽（3-3）为n+1个同心圆环形凸起，相邻凸起间形成圆环形卡槽，所述第一凹凸槽（4-3）的凸起与第二凹凸槽（3-3）的卡槽密封连接；

所述弧形槽（3-6）为第二凹凸槽（3-3）的圆环形卡槽上的n个圆弧开口，每个圆弧开口的半径不同，对应的圆心角不重叠且相加等于360°，用于将油气通入第一平衡环部件（3）内部的n个的型腔；

第一凹凸槽（4-3）的每个同心圆环形凸起上设有至少一个油气出孔（4-2），每个油气出孔（4-2）贯穿于弧形槽（3-6）中的一个圆弧开口。

7.根据权利要求6所述的电主轴，其特征在于：所述平衡环座（3-2）内侧设有与弧形槽（3-6）相卡合的弧形配重筋（3-5），用于平衡第一平衡环部件（3）旋转时弧形槽（3-6）处的离心力。

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