CN113145873B - 一种电主轴和机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴和机床，包括：机体组件，设有定子、第一轴承进油通道、第二轴承进油通道和回油通道；轴芯组件，轴芯组件设有转子，轴承组件包括轴承座、第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承之间设有隔套组件，隔套组件设有第一轴承油气喷油嘴，第一轴承油气喷油嘴与第一轴承进油通道连接，隔套组件设有第二轴承废油气排出通道，轴承组件设有端盖，端盖设有第一轴承废油气排出孔，轴承组件设有第一喷嘴部件，第一喷嘴部件设有第二轴承油气喷油嘴，第二轴承油气喷油嘴与第二轴承进油通道连接，第一轴承废油气排出孔和第二轴承废油气排出通道均与回油通道连接。本发明能够使轴承运转于正常温度范围，提高轴承寿命。

Description

一种电主轴和机床

技术领域

本发明用于车削、镗削领域，特别是涉及一种电主轴和机床。

背景技术

电主轴轴承在高速运转的剧烈摩擦发热，使主轴产生热变形，甚至引起主轴系统性失效。而采用油气润滑的轴承仅需少量的油量，大大降低润滑油对滚动体的阻尼，提高了轴承的极限运转速度。同时由于油气润滑的流体中有源源不断的气体吹往轴承滚道，不仅可以防止污染物入侵轴承，提高轴承对恶劣环境的适应能力；也可以有效抑制轴承升温，使轴承运转于正常温度范围，提高轴承寿命,主轴也具有良好的热稳定性能。

目前市场上的油气润滑电主轴，应用水平偏低，电主轴性能差，主要的问题在于轴承未能充分润滑。

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，提供一种电主轴和机床。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种电主轴，包括：

机体组件，设有定子、第一轴承进油通道、第二轴承进油通道和回油通道；

轴芯组件，通过轴承组件支承于所述机体组件，所述轴芯组件设有转子，所述轴承组件包括轴承座、第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承沿轴向安装于所述轴承座，所述第一轴承和第二轴承之间设有隔套组件，所述隔套组件将所述第一轴承和第二轴承隔开，所述隔套组件在所述第一轴承的一侧设有第一轴承油气喷油嘴，所述第一轴承油气喷油嘴与所述第一轴承进油通道连接，所述隔套组件在所述第二轴承的一侧设有第二轴承废油气排出通道，所述轴承组件于第一轴承的外侧设有端盖，所述端盖设有第一轴承废油气排出孔，所述轴承组件于第二轴承的外侧设有第一喷嘴部件，所述第一喷嘴部件设有第二轴承油气喷油嘴，所述第二轴承油气喷油嘴与所述第二轴承进油通道连接，所述第一轴承废油气排出孔和第二轴承废油气排出通道均与所述回油通道连接。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一轴承油气喷油嘴对准所述第一轴承的滚动体与轴承内圈接触点的切线方向；所述第二轴承油气喷油嘴对准所述第二轴承的滚动体与轴承内圈接触点的切线方向。

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，所述隔套组件包括外环隔套和第二喷嘴部件，所述第二喷嘴部件过盈安装于所述外环隔套内，所述第二喷嘴部件设有伸入第一轴承中的第一轴承油气喷油嘴，所述第一轴承油气喷油嘴设有多处让油气进入第一轴承内部的第一倾斜通道。

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，所述外环隔套的外周面设有第一进气环槽，所述外环隔套的外周面与所述轴承座的内壁贴合，所述第一轴承进油通道接入所述第一进气环槽，所述第二喷嘴部件的外周面设有与各所述第一倾斜通道连接的第二进气环槽，所述第二喷嘴部件的外周面与所述外环隔套的内壁贴合，所述外环隔套开设连接所述第一进气环槽和第二进气环槽的油气进入孔。

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，所述外环隔套的端面与第二轴承抵接，所述外环隔套的端面设有废油气收集环槽，所述外环隔套的外周面设有排气环槽，所述回油通道与所述排气环槽相连接，所述废油气收集环槽的外侧槽壁上开设连通所述排气环槽和废油气收集环槽的通孔。

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，所述第一喷嘴部件设有伸入第二轴承中的第二轴承油气喷油嘴，所述第二轴承油气喷油嘴设有多处让油气进入第二轴承内部的第二倾斜通道。

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，所述第一喷嘴部件的外周面设有与各所述第二倾斜通道连接的第三进气环槽，所述第一喷嘴部件的外周面与所述轴承座的内壁贴合，所述第二轴承进油通道接入所述第三进气环槽。

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，所述回油通道的孔径面积大于或等于所有轴承进油通道的孔径面积之和。

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，所述第一轴承进油通道、第二轴承进油通道中设有通过挤压成型的金属管，所述金属管的管孔形成供油气进入的通道。

第二方面，一种机床，包括第一方面中任一实现方式所述的电主轴。

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：

油气润滑系统提供的油气经过第一轴承进油通道进入第一轴承油气喷油嘴，实现第一轴承高效润滑，油气润滑系统提供的油气经过第二轴承进油通道进入第二轴承油气喷油嘴，实现第二轴承高效润滑，从而抑制第一轴承、第二轴承的轴承滚动体与轴承外圈高速滚动剧烈摩擦产生的温度。其间，轴承隔套实现了油气顺利进入及顺畅排出的功能，且这个过程通入每个轴承的油气不能窜入隔壁轴承，避免应前轴承排走的废油气污染后一轴承。使轴承运转于正常温度范围，提高轴承寿命,主轴也具有良好的热稳定性能。

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是本发明一个实施例第一轴承独立油道结构示意图；

图2是图1所示的一个实施例第二轴承独立油道结构示意图；

图3是图1所示的一个实施例第一轴承油气流动示意图；

图4是图3中A处局部放大图；

图5是图3中B处局部放大图；

图6是图1所示的一个实施例第二轴承油气流动示意图；

图7是图6中C处局部放大图；

图8是图6中D处局部放大图；

图9是图1所示的一个实施例第一喷嘴部件结构示意图；

图10是图1所示的一个实施例隔套组件结构示意图；

图11是图1所示的一个实施例端盖结构示意图；

图12是图1所示的一个实施例金属管设置结构示意图。

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和图2给出了本发明实施例的参考方向坐标系，以下结合图1和图2所示的方向，对本发明的实施例进行说明。

参见图1、图2，本发明的实施例提供了一种电主轴，包括机体组件1和轴芯组件2，机体组件1上端设有油气入口和出口接头、气缸组件3和铝水套组件4。

机体组件1内部设有定子11、第一轴承进油通道12、第二轴承进油通道13和回油通道14，第一轴承进油通道12和第二轴承进油通道13与对应的油气入口接头连接，分别用于为第一轴承51和第二轴承52输入油气。回油通道14与油气出口接头连接。

轴芯组件2通过轴承组件支承于机体组件1，轴芯组件2设有转子21，与机体组件1的定子11组成电机，电机驱动轴芯组件2旋转，实现动力输出。

其中，轴承组件根据设置位置包括上轴承组件和下轴承组件，上轴承组件和下轴承组件的结构类似，本发明的实施例以下轴承组件为例进行说明。

油气润滑主轴在高速运转时，对轴承隔套或喷油嘴的喷油要求极高。轴承隔套需实现油气顺利进入及顺畅排出的功能，且这个过程通入每个轴承的油气不能窜入隔壁轴承，避免应前轴承排走的废油气污染后一轴承。参见图1、图2、图3、图6，轴承组件包括轴承座53、第一轴承51和第二轴承52，轴承座53与机体组件1连接，第一轴承51和第二轴承52沿轴向安装于轴承座53，第一轴承51和第二轴承52之间设有隔套组件54，隔套组件54将第一轴承51和第二轴承 52隔开，隔套组件54在第一轴承51的一侧设有第一轴承油气喷油嘴，第一轴承油气喷油嘴与第一轴承进油通道12连接，隔套组件54 在第二轴承52的一侧设有第二轴承废油气排出通道，轴承组件于第一轴承51的外侧设有端盖55，端盖55设有第一轴承废油气排出孔 56，轴承组件于第二轴承52的外侧设有第一喷嘴部件57，第一喷嘴部件57设有第二轴承油气喷油嘴，第二轴承油气喷油嘴与第二轴承进油通道13连接，第一轴承废油气排出孔56和第二轴承废油气排出通道均与回油通道14连接。

油气润滑系统提供的油气经过第一轴承进油通道12进入第一轴承油气喷油嘴，实现第一轴承51高效润滑，油气润滑系统提供的油气经过第二轴承进油通道13进入第二轴承油气喷油嘴，实现第二轴承52高效润滑，从而抑制第一轴承51、第二轴承52的轴承滚动体与轴承外圈高速滚动剧烈摩擦产生的温度。其间，轴承隔套实现了油气顺利进入及顺畅排出的功能，且这个过程通入每个轴承的油气不能窜入隔壁轴承，避免应前轴承排走的废油气污染后一轴承。使轴承运转于正常温度范围，提高轴承寿命,主轴也具有良好的热稳定性能。

为顺利实现精确供油，喷油嘴则需精确向轴承内部喷射油气，实现轴承的充分润滑。参见图3、图6，第一轴承油气喷油嘴对准第一轴承51的滚动体与轴承内圈接触点的切线方向；第二轴承油气喷油嘴对准第二轴承52的滚动体与轴承内圈接触点的切线方向。通过设置精确的喷油嘴对准轴承滚动体与轴承内圈接触点的切线方向源源不断地喷射油气，实现轴承高效润滑，同时抑制轴承升温，提高轴承寿命，进而提升油气润滑电主轴性能。

在一些实施例中，参见图10，隔套组件54包括外环隔套58和第二喷嘴部件59，第二喷嘴部件59过盈安装于外环隔套58内，第一轴承油气喷油嘴凸出于第二喷嘴部件59，第二喷嘴部件59设有伸入第一轴承51中的第一轴承油气喷油嘴，第一轴承油气喷油嘴设有多处让油气进入第一轴承51内部的第一倾斜通道510。例如在图10 所示的实施例中，第一轴承油气喷油嘴端面设置有4处呈十字均匀分布的可让油气进入轴承内部的第一倾斜通道510，实现对第一轴承51 进行精确喷油。

进一步的，为了将油气引入第一倾斜通道510，参见图3、图10，外环隔套58的外周面设有第一进气环槽511，外环隔套58的外周面与轴承座53的内壁贴合，外环隔套58与轴承座53之间于第一进气环槽511两侧设有O形密封圈512，第一轴承进油通道12接入第一进气环槽511，第二喷嘴部件59的外周面设有与各第一倾斜通道510 连接的第二进气环槽513，第二喷嘴部件59的外周面与外环隔套58 的内壁贴合，外环隔套58开设连接第一进气环槽511和第二进气环槽513的油气进入孔514。例如在图10所示的实施例中，外环隔套 58的中部设置有4处呈十字均匀分布的可让油气进入第二进气环槽 513的油气进入孔514。

进一步的，对第二轴承52的废油气进行排出，外环隔套58的端面与第二轴承52抵接，外环隔套58的端面设有废油气收集环槽515，外环隔套58的外周面设有排气环槽516，回油通道14与排气环槽516 相连接，废油气收集环槽515的外侧槽壁上开设连通排气环槽516和废油气收集环槽515的通孔517。例如在图10所示的实施例中，外环隔套58的上端面设置有4处呈十字均匀分布的可让废油气排出的通孔517，第二轴承52的废油气先汇集于废油气收集环槽515，由通孔517经排气环槽516，到达轴承座53上的第二轴承废油气排出孔 518，最终回到回油通道14。隔套组件54同时可实现对第一轴承51 进行精确喷油，对第二轴承52的废油气进行排出的功能。

参见图2、图6和图9，第一喷嘴部件57设有伸入第二轴承52 中的第二轴承油气喷油嘴，第二轴承油气喷油嘴凸出于第一喷嘴部件 57，第二轴承油气喷油嘴设有多处让油气进入第二轴承52内部的第二倾斜通道520。

进一步的，参见图9，第一喷嘴部件57的外周面设有与各第二倾斜通道520连接的第三进气环槽519，第一喷嘴部件57的外周面与轴承座53的内壁贴合，第二轴承进油通道13接入第三进气环槽519。

轴承座53设置有独立两条油气通道分别接通第一喷嘴部件57的第三进气环槽519和隔套组件54的第一进气环槽511，同时轴承组件的轴承座53也接通回油通道14。

参见图1和图11，端盖55设置有第一轴承废油气收集环槽521，且第一轴承废油气收集环槽521接通第一轴承废油气排出孔56。

同时，参见图4、图5，由外环隔套、第一轴承51内圈和第二喷嘴部件59组成的动压结构；由第一轴承51内圈、锁紧螺母522和端盖55组成的动压结构，在主轴高速运转时形成动压密封效果，阻挡喷入轴承的油气反窜至第二轴承52和第一轴承51的废油气窜入锁紧螺母522和端盖55形成的间隙。使进入第一轴承51的油气实现对其的充分润滑。

同理，对于第二轴承52，参见图7、图8，由轴芯、第二轴承52 内圈和第一喷嘴部件57组成的动压结构；由第二轴承52内圈、外环隔套58组成的动压结构，在主轴高速运转时形成动压密封效果。当主轴高速运转时，空气流动产生压力形成动压密封，阻挡喷入轴承的油气或废油气乱窜影响轴承的持续润滑和废油气排出地顺畅性。

供油系统带有一定压力的油气会被送到轴承内部，当油气润滑电主轴高速运转时，主轴轴承的高速运动让一定压力的油气进一步压缩，提高压力。根据流体流动的特性，如果负责排出油气的回油通道 14的孔径与小于或等于进油通道，油气的流动就会受到阻碍，轴承内部的压力就逐渐上升，当压力上升到一定程度和回油通道14泄压能力平衡时，压力便不会继续上升。当主轴往更高转速提升，轴承内部的压力进一步提高，加之主轴设计有对每个轴承独立进油润滑的结构，在多个轴承的废油气汇集成到总回油通道14时，对回油通道14 要求有更强的泄压能力，保持轴承内部的压力不宜过高。过高的轴承内部的压力会抵消一部分供油系统的油气压力，影响润滑油顺利到达轴承接触点，降低轴承的润滑效果，这个问题对于设计有对每个轴承独立进油润滑的主轴的影响是致命的。为解决以上问题，本发明的实施例，对各轴承采用独立润滑形式，每个轴承的进油通道的孔径设置为一样大，每个轴承汇集到总回油通道14的油气排出孔大于进油通道孔，且回油通道14的孔径面积大于或等于所有轴承进油通道的孔径面积之和。这样的设计保证了总回油通道14有更强的泄压能力，良好地平衡了主轴最大转速下轴承内部的压力，实现油气可顺利抵达轴承内部，保证了轴承的及时润滑。通过将主轴油气进出通道按严进宽出的理念严格设计结构，让总回油通道14有更强的泄压能力，更好地平衡了主轴最大转速下轴承内部的压力，让油气顺利到达轴承内部。

主轴高速运转时，油气供油系统源源不断将油气供入主轴达到轴承内部。油气在通过主轴零件油气通道过程会杂乱无章地推进，而由于零件常规钻孔加工形式为下刀加工，抬刀排屑，反复多次钻深，最终形成如图3具有明显接刀痕迹的内孔，内孔孔壁凹凸不平，极不光滑，无法达到理论油气通道内孔。当油气以一定压力通过时，油气中的润滑油被凸出的接刀痕拦截形成集油点，在聚集一定量后成股的润滑油沿孔壁被气压吹入轴承，轴承被迫过量润滑，使轴承快速升温，严重影响轴承寿命；油气中气流流过油气通道接刀痕的凸出点时被迫返流，而后进的气流遇上返流的气流，发生气流紊乱，流速减缓，影响主轴进油气效率。也使得油气在达到轴承内部时快时慢，影响轴承润滑持续性。为解决以上问题，其一：针对该油气润滑电主轴零件的油气通道在钻孔后，通过特定工艺进行消除通道接刀痕处理，将凸出点打磨圆滑，达到提高主轴零件内孔表面的光洁度。其二：参见图 12，第一轴承进油通道12、第二轴承进油通道13中设有通过挤压成型的金属管6，金属管6的管孔形成供油气进入的通道。金属管6可采用铜管或铝管，由于铜管或铝管由模具直接挤压成型，内孔表面光洁度较好。通过以上两种方式在方便加工、装配的条件下，提升油气在零件内孔中的通过效率。

本发明的实施例还提供一种机床，包括以上任一实施例中的电主轴。

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 (9)

1.一种电主轴，其特征在于，包括：

机体组件，设有定子、第一轴承进油通道、第二轴承进油通道和回油通道；

轴芯组件，通过轴承组件支承于所述机体组件，所述轴芯组件设有转子，所述轴承组件包括轴承座、第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承沿轴向安装于所述轴承座，所述第一轴承和第二轴承之间设有隔套组件，所述隔套组件将所述第一轴承和第二轴承隔开，所述隔套组件在所述第一轴承的一侧设有第一轴承油气喷油嘴，所述第一轴承油气喷油嘴与所述第一轴承进油通道连接，形成第一轴承独立油道结构，所述隔套组件在所述第二轴承的一侧设有第二轴承废油气排出通道，所述轴承组件于第一轴承的外侧设有端盖，所述端盖设有第一轴承废油气排出孔，所述轴承组件于第二轴承的外侧设有第一喷嘴部件，所述第一喷嘴部件设有第二轴承油气喷油嘴，所述第二轴承油气喷油嘴与所述第二轴承进油通道连接，形成第二轴承独立油道结构，所述第一轴承废油气排出孔和第二轴承废油气排出通道均与所述回油通道连接，所述回油通道的孔径面积大于或等于所有轴承进油通道的孔径面积之和。

2.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述第一轴承油气喷油嘴对准所述第一轴承的滚动体与轴承内圈接触点的切线方向；所述第二轴承油气喷油嘴对准所述第二轴承的滚动体与轴承内圈接触点的切线方向。

3.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述隔套组件包括外环隔套和第二喷嘴部件，所述第二喷嘴部件过盈安装于所述外环隔套内，所述第二喷嘴部件设有伸入第一轴承中的第一轴承油气喷油嘴，所述第一轴承油气喷油嘴设有多处让油气进入第一轴承内部的第一倾斜通道。

4.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于，所述外环隔套的外周面设有第一进气环槽，所述外环隔套的外周面与所述轴承座的内壁贴合，所述第一轴承进油通道接入所述第一进气环槽，所述第二喷嘴部件的外周面设有与各所述第一倾斜通道连接的第二进气环槽，所述第二喷嘴部件的外周面与所述外环隔套的内壁贴合，所述外环隔套开设连接所述第一进气环槽和第二进气环槽的油气进入孔。

5.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于，所述外环隔套的端面与第二轴承抵接，所述外环隔套的端面设有废油气收集环槽，所述外环隔套的外周面设有排气环槽，所述回油通道与所述排气环槽相连接，所述废油气收集环槽的外侧槽壁上开设连通所述排气环槽和废油气收集环槽的通孔。

6.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述第一喷嘴部件设有伸入第二轴承中的第二轴承油气喷油嘴，所述第二轴承油气喷油嘴设有多处让油气进入第二轴承内部的第二倾斜通道。

7.根据权利要求6所述的电主轴，其特征在于，所述第一喷嘴部件的外周面设有与各所述第二倾斜通道连接的第三进气环槽，所述第一喷嘴部件的外周面与所述轴承座的内壁贴合，所述第二轴承进油通道接入所述第三进气环槽。

8.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述第一轴承进油通道、第二轴承进油通道中设有通过挤压成型的金属管，所述金属管的管孔形成供油气进入的通道。

9.一种机床，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的电主轴。