CN112343924A - 一种主轴接触式密封结构、主轴和机床 - Google Patents

一种主轴接触式密封结构、主轴和机床 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主轴接触式密封结构、主轴和机床，包括：机体组件；轴芯组件，通过轴承支承于所述机体组件；密封结构，设置于所述轴承外侧，所述密封结构包括密封静环和密封动环，所述密封静环安装于所述机体组件，所述密封动环安装于所述轴芯组件，所述密封动环具有密封唇，沿半径方向，所述密封唇位于所述密封静环的内侧；其中，所述密封动环旋转时，所述密封唇由于本身的惯性产生变形，所述密封动环的密封唇与密封静环接触形成接触式密封。其提高了主轴的密封效果，解决了主轴使用寿命短等技术缺陷问题。

Description

一种主轴接触式密封结构、主轴和机床
技术领域
本发明用于工业制造业加工领域，特别是涉及一种主轴接触式密封结构、主轴和机床。
背景技术
数控加工中心作为加工机床领域的主要设备，随着进几年的技术更新发展，其加工可应用于车、铣、钻、攻、镗等多种加工工序。工件可一次装夹完成多个工序加工，因此可有效提高零件加工精度及效率，这样就使得加工中心主轴需具有长时间工作要求。
主轴作为加工机床核心功能部件，在零件加工过程由于加工刀具及工件需要冷却液冷却带走大量的加工热量，而冷却液有一定的压力要求，在使用过程，大量的冷却液及加工碎屑会由主轴前端进入内部，污染轴承润滑油脂，从而影响轴承使用精度，最终导致主轴精度、振动、异响、卡滞等。
主轴的密封结构性能尤为重要，目前，数控加工中心主轴前端密封结构主要采用迷宫+气幕形式，结构上简单，维护方便，但其密封效果达不到最佳，使用过程气幕气源中断时易进入切削液及加工碎屑。主轴加工过程必须保持气幕气源开通，这就会造成能源浪费，增加机床设备能耗及成本。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种主轴接触式密封结构、主轴和机床，提高主轴的密封效果，解决主轴使用寿命短等技术缺陷问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
第一方面，一种主轴接触式密封结构，包括：
机体组件；
轴芯组件，通过轴承支承于所述机体组件；
密封结构，设置于所述轴承外侧，所述密封结构包括密封静环和密封动环，所述密封静环安装于所述机体组件，所述密封动环安装于所述轴芯组件，所述密封动环具有密封唇，沿半径方向，所述密封唇位于所述密封静环的内侧；
其中，所述密封动环旋转时，所述密封唇由于本身的惯性产生变形，所述密封动环的密封唇与密封静环接触形成接触式密封。
一种主轴接触式密封结构，包括：
机体组件；
轴芯组件，通过轴承支承于所述机体组件；
密封结构，设置于所述轴承外侧，所述密封结构包括密封静环和密封动环，所述密封静环安装于所述机体组件，所述密封动环安装于所述轴芯组件，所述密封动环具有密封唇，沿半径方向，所述密封唇位于所述密封静环的内侧，所述密封动环的内侧形成气压腔，所述气压腔外接进气通道；
其中，所述进气通道接通时，所述密封唇由于所述气压腔的压力产生变形，所述密封动环的密封唇与密封静环接触形成接触式密封。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述密封动环的内侧形成气压腔，所述气压腔外接进气通道，其中，所述密封唇由于本身的惯性和/或所述气压腔的压力产生变形，所述密封动环的密封唇与密封静环接触形成接触式密封。
结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述密封静环位于所述密封动环的上方，所述密封静环底部开设环槽，所述密封动环的密封唇伸入所述环槽中，变形的所述密封唇与所述环槽的槽壁接触形成接触式密封。
结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述密封静环和密封动环之间限定出所述气压腔，所述进气通道在密封静环上形成进气孔。
结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体组件包括机体和主轴端盖，所述主轴端盖安装于所述机体前端，所述密封静环安装于所述主轴端盖，所述轴芯组件包括轴芯和密封盖，所述密封盖安装于所述轴芯，所述密封动环安装于所述密封盖。
结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述进气通道开设于所述主轴端盖。
结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述密封动环采用PTFE材料制作，所述密封静环采用PE材料制作。
第二方面，一种主轴，包括第一方面中任一实现方式所述的主轴接触式密封结构。
第三方面，一种机床，包括第二方面中任一实现方式所述的主轴。
上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本发明的实施例采用接触式密封，通过动环旋转时离心力或在气源气压作用下与静环接触形成接触式密封，其中，气源气压的气源保留在气压腔内没有外漏，达到密封要求的同时，又能节省能耗。本发明的实施例通过采用上述技术方案，提高了主轴的密封效果，解决了主轴使用寿命短等技术缺陷问题。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明主轴接触式密封结构的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
其中，图1给出了本发明实施例的参考方向坐标系，以下结合图1所示的方向，对本发明的实施例进行说明。
本发明的实施例提供了一种主轴接触式密封结构，结合图1，在一些实施例中，主轴接触式密封结构包括机体组件1、轴芯组件2和密封结构3，轴芯组件2通过轴承4支承于机体组件1，轴芯组件2用于回转件的安装固定，传递电机动力，带动加工刀具旋转实现加工功能。密封结构3设置于轴承4外侧，密封结构3包括密封静环31和密封动环32，密封静环31安装于机体组件1，密封动环32安装于轴芯组件2，密封动环32具有密封唇33，密封唇33具有弹性和一定质量，沿半径方向，密封唇33位于密封静环31的内侧，密封动环32和密封静环31之间预留间隙，即在密封动环32在变形前，密封唇33的外轮廓小于与其配合的密封静环31，方便安装，降低产品适配难度。
结合图1，密封动环32旋转时，密封唇33由于本身的惯性产生变形，密封动环32的密封唇33外扩，密封动环32的密封唇33与密封静环31接触形成接触式密封。换言之，当主轴工作时，密封动环32旋转时在离心力的作用下产生变形，密封动环32的密封唇33与密封静环31外圆接触形成接触式密封。该实施例通过该结构优化设计，提高主轴的密封性能，以提高加工中心主轴综合使用性能。该实施例直接利用密封动环32的离心现象，实现与密封静环31的接触密封，避免进入切削液及加工碎屑，提升轴承4使用精度，避免主轴精度下降、振动、异响、卡滞等。密封其间不用任何驱动，节约能源，降低机床设备能耗及成本。
密封结构3不仅可以通过上述离心现象实现接触密封，还可以通过气源气压实现接触密封，例如在一些实施例中，结合图1，一种主轴接触式密封结构3，包括机体组件1、轴芯组件2和密封结构3，轴芯组件2通过轴承4支承于机体组件1，轴芯组件2用于回转件的安装固定，传递电机动力，带动加工刀具旋转实现加工功能。密封结构3设置于轴承4外侧，密封结构3包括密封静环31和密封动环32，密封静环31安装于机体组件1，密封动环32安装于轴芯组件2，密封动环32具有密封唇33，密封唇33具有弹性，沿半径方向，密封唇33位于密封静环31的内侧，密封动环32的内侧形成气压腔34，气压腔34外接进气通道35。其中，密封动环32和密封静环31之间预留间隙，即在密封动环32在变形前，密封唇33的外轮廓小于与其配合的密封静环31，这样可以方便安装，降低产品适配难度。
结合图1，其中，进气通道35接通时，密封唇33由于气压腔34的压力产生变形，密封动环32的密封唇33与密封静环31接触形成接触式密封。该实施例中，密封静环31和密封动环32通过气源气压实现接触密封。其间，气源保留在气压腔34内没有外漏，相较于迷宫+气幕形式，该实施例在达到密封要求的同时，又能节省能耗。
在一些实施例中，将上述离心现象实现接触密封与通过气源气压实现接触密封相结合，结合图1，主轴接触式密封结构3包括机体组件1、轴芯组件2和密封结构3，轴芯组件2通过轴承4支承于机体组件1，轴芯组件2用于回转件的安装固定，传递电机动力，带动加工刀具旋转实现加工功能。密封结构3设置于轴承4外侧，密封结构3包括密封静环31和密封动环32，密封静环31安装于机体组件1，密封动环32安装于轴芯组件2，密封动环32具有密封唇33，沿半径方向，密封唇33位于密封静环31的内侧，密封动环32和密封静环31之间预留间隙，即在密封动环32在变形前，密封唇33的外轮廓小于与其配合的密封静环31，方便安装，降低产品适配难度。进一步地，密封动环32的内侧形成气压腔34，气压腔34外接进气通道35，其中，密封唇33由于本身的惯性和/或气压腔34的压力产生变形，密封动环32的密封唇33与密封静环31接触形成接触式密封。该实施例通过动环旋转时离心力和/或在气源气压作用下与静环接触形成接触式密封，将两种变形方式相结合，可以避免因转速、密封唇33自身性质导致无法密封。同时，气源气压的气源保留在气压腔34内没有外漏，达到密封要求的同时，又能节省能耗。本发明的实施例通过采用上述技术方案，提高了主轴的密封效果，解决了主轴使用寿命短等技术缺陷问题。
密封静环31和密封动环32均呈环状，密封动环32通过变形与外侧的密封静环31接触实现密封。
进一步地，结合图1，主轴加工过程，因前端进油气、冷却液、加工碎屑等，导致滚动轴承4润滑油脂被污染，降低主轴使用寿命，密封结构3设置于机体组件1和轴芯组件2前端，即图1中的下端。密封静环31位于密封动环32的上方，密封静环31底部开设环槽，密封动环32的密封唇33位于密封动环32的顶部边缘，呈扩口形状，密封动环32的密封唇33伸入环槽中，与密封静环31适配。变形的密封唇33与环槽的槽壁接触形成接触式密封。
结合图1，密封动环32形成覆盖环槽的结构形式，密封静环31和密封动环32之间限定出气压腔34，进气通道35在密封静环31上形成进气孔36，气源的气体通过进气通道35、进气孔36进入气压腔34，以提供密封唇33的变形作用力。
在一些实施例中，结合图1，机体组件1包括机体11和主轴端盖12，主轴端盖12安装于机体11前端，主轴端盖12用于主轴前端轴系固定、调节及密封静环31的固定安装，密封静环31安装于主轴端盖12，轴芯组件2包括轴芯21和密封盖22，密封盖22安装于轴芯21，密封盖22用于主轴前端密封及密封动环32的固定安装，密封动环32安装于密封盖22。
进一步地，结合图1，进气通道35开设于主轴端盖12，并在主轴端盖12的外侧形成接口，方便与外部气源连接。
密封动环32和密封静环31可以根据需要选择合适材料制作，例如在一些实施例中，密封动环32采用PTFE(聚四氟乙烯)材料制作，密封静环31采用PE(聚乙烯)材料制作。其技术特点为设计时密封静环31与动环间存在很小的间隙，密封静环31固定在端盖，保证密封静环31与密封动环32接触面的精度及表面粗糙度，且材料具有自润滑功能，有效减低摩擦系数，减小摩擦力，提高密封件的使用寿命。
本发明的实施例还提供一种主轴，包括以上任一实施例的主轴接触式密封结构。主轴包括机械主轴或电主轴。主轴密封结构进行优化设计，提高了主轴的密封效果，以提高加工中心主轴综合使用性能。
本发明的实施例还提供一种机床，包括以上任一实施例的主轴。机床包括数控机床、加工中心等。
在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种主轴接触式密封结构，其特征在于，包括：
机体组件；
轴芯组件，通过轴承支承于所述机体组件；
密封结构，设置于所述轴承外侧，所述密封结构包括密封静环和密封动环，所述密封静环安装于所述机体组件，所述密封动环安装于所述轴芯组件，所述密封动环具有密封唇，沿半径方向，所述密封唇位于所述密封静环的内侧；
其中，所述密封动环旋转时，所述密封唇由于本身的惯性产生变形，所述密封动环的密封唇与密封静环接触形成接触式密封。
2.一种主轴接触式密封结构，其特征在于，包括：
机体组件；
轴芯组件，通过轴承支承于所述机体组件；
密封结构，设置于所述轴承外侧，所述密封结构包括密封静环和密封动环，所述密封静环安装于所述机体组件，所述密封动环安装于所述轴芯组件，所述密封动环具有密封唇，沿半径方向，所述密封唇位于所述密封静环的内侧，所述密封动环的内侧形成气压腔，所述气压腔外接进气通道；
其中，所述进气通道接通时，所述密封唇由于所述气压腔的压力产生变形，所述密封动环的密封唇与密封静环接触形成接触式密封。
3.根据权利要求1所述的主轴接触式密封结构，其特征在于，所述密封动环的内侧形成气压腔，所述气压腔外接进气通道，其中，所述密封唇由于本身的惯性和/或所述气压腔的压力产生变形，所述密封动环的密封唇与密封静环接触形成接触式密封。
4.根据权利要求3所述的主轴接触式密封结构，其特征在于，所述密封静环位于所述密封动环的上方，所述密封静环底部开设环槽，所述密封动环的密封唇伸入所述环槽中，变形的所述密封唇与所述环槽的槽壁接触形成接触式密封。
5.根据权利要求4所述的主轴接触式密封结构，其特征在于，所述密封静环和密封动环之间限定出所述气压腔，所述进气通道在密封静环上形成进气孔。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的主轴接触式密封结构，其特征在于，所述机体组件包括机体和主轴端盖，所述主轴端盖安装于所述机体前端，所述密封静环安装于所述主轴端盖，所述轴芯组件包括轴芯和密封盖，所述密封盖安装于所述轴芯，所述密封动环安装于所述密封盖。
7.根据权利要求6所述的主轴接触式密封结构，其特征在于，所述进气通道开设于所述主轴端盖。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的主轴接触式密封结构，其特征在于，所述密封动环采用PTFE材料制作，所述密封静环采用PE材料制作。
9.一种主轴，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的主轴接触式密封结构。
10.一种机床，其特征在于，包括权利要求9所述的主轴。
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