CN113458429B - 一种轴向双向振动电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向双向振动电主轴，由振子、支承系统、壳体、内置电机、主轴、润滑油路、油雾润滑喷嘴、水冷系统等组成；电机定子固定于机体内壁上，转子穿接于定子内，主轴穿接于转子，并在转子的带动下高速旋转；壳体内部开设有进水孔、进气孔等；主轴的其中一端设有刀柄槽，刀柄联接固定于刀柄槽内；本发明的电主轴，壳体上的孔与振子内部加工出的孔相对应组成液压脉冲输入通道，以实现液压脉冲的交替输入使主轴产生规律的微量振动，并且振幅与频率可调。支承轴承配合安装于主轴两端，滚动轴承内外圈分别与主轴、轴承室内圈配合连接，直线轴承内外圈分别与轴承室外圈、壳体内侧相配合连接；左侧预紧弹簧安装于密封盖与壳体之间，右侧预紧弹簧安装于弹簧座与拉杆之间，以实现预紧力可变、系统刚度的提升。

Description

一种轴向双向振动电主轴

技术领域

机械加工领域。

背景技术

使刀具和工件发生间断性的接触，从而使传统切削模式发生了根本性的变化。振动切削改变了工件与刀具之间的时间与空间的分配，从而改变了切削加工机理，达到了减小切削力和减少切削热的目的，并且可以提高加工质量和效率，在一定的范围内可以有效解决部分材料难加工的问题。但是随着需求的提高，在振动加工生产过程中，我们还愈发面临着压电陶瓷振动技术产生的轴向超声振动幅度不足、轴向刚度不足等问题。 振动切削加工是上世纪中期兴起的一种先进制造技术，目前已广泛应用到磨削、钻削等加工方式；它通过在常规的切削刀具上施加一定规律的振动。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种轴向双向振动电主轴，其能解决传统振动加工幅度不足、轴向刚度不足等问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种轴向双向振动电主轴，由振子、支承系统、壳体、内置电机、主轴、润滑油路、油雾润滑喷嘴及水冷系统等组成；电机定子固定于机体内壁上，转子穿接于定子内，主轴穿其而过并在转子的带动下高速旋转；壳体内部开设有进水孔、进气孔等；主轴的其中一端设有刀柄槽，刀柄联接固定于刀柄槽内；壳体上的孔与振子内部加工出的孔相对应组成液压脉冲输入通道；支承轴承安装配合于主轴两端，滚动轴承内外圈分别与主轴外圈、轴承室内圈配合连接，直线轴承内外圈分别接与轴承室外圈、壳体内侧；左侧预紧弹簧安装于密封盖与壳体之间，右侧预紧弹簧安装于弹簧座与拉杆之间。

进一步地，该电主轴的振子不随着主轴旋转，并由定位螺钉和外壳约束轴向位置，振子左右两侧面以中心轴线为基准均布加工出孔，圆周侧面也均布开孔开槽，与两侧面的孔连通，形成振子部分的油液输入通道，对应位置的壳体也加工出通孔，壳体上孔与振子上的孔共同形成液压油液输入通道。

进一步地，该电主轴左侧支承结构中，两个滚动轴承内圈套在阶梯轴上，外圈与轴承室配合连接，油雾润滑喷嘴安装在两轴承中间；两个轴承室的一端勾住滚动轴承的外圈；直线轴承内侧与轴承室相接，外侧与壳体配合连接；其中轴承室与密封盖由螺钉紧固在一起，弹簧安装于密封盖与壳体之间；密封螺母固定住轴承内圈并与密封盖形成迷宫密封；保护盖处于最外侧；右侧支承系统中，滚动轴承内圈与主轴配合连接，外圈与轴承室配合连接，油雾润滑喷嘴在两轴承中间；后螺母与主轴螺纹联接并约束轴承内圈；轴承室内圈与轴承外圈配合，外圈与线轴承连接，并且一端勾住轴承外圈；拉杆与轴承室使用螺钉紧固联接，其外螺纹与压紧螺母为螺纹联接，右侧弹簧一端与拉杆相接，另一端与弹簧座相接，弹簧座与壳体为刚性联接。

进一步地，该电主轴的滚动轴承可以面对面布置，也可以背靠背布置。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种轴向双向振动电主轴，由保护盖、壳体、内置电机、主轴、润滑油路及、振动系统、支承系统及水冷系统等组成；振动件在外来液压脉冲的激励下能产生规律并且幅值与频率可控的双向振动。由滚动轴承、直线轴承、轴承室、弹簧等组成的支承系统可以实现轴承预紧力可调，并在轴向微量振动时也可以有很好的刚度。

附图说明

图1是振动电主轴的总装配示意图。

图2为油气润滑，循环水冷，液压脉冲P1、P2的通道分布侧视示意图。

图3是振动件的结构示意图。

图4是激励信号示意图。

图5是轴承背对背布置示意图。

图6是轴承面对面布置示意图。

图中：1-后端盖；2-壳体一；3-压紧螺母；4-弹簧座；5-弹簧；6-拉杆；7-后螺母；8-线轴承一；9-后轴承室；10-主轴；11-电机；12-振子；13-旋紧螺母；14-壳体二；15-壳体三；16-线轴承二；17-油雾喷嘴；18-前轴承室；19-密封盖；20-密封螺母；21-保护盖；22.-紧固螺钉；23-弹簧；24-左一轴承；25-左二轴承；26-定位螺钉一；27-右一轴承；28-右二轴承；29-紧定螺钉；30-定位螺钉二；P1，P2-液压脉冲输入通道；P3-油气润滑输入通道；P4-水冷系统输入通道。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1至图6所示的电主轴包括保护盖21、电机11、主轴10等；振子12通过周向均布的定位螺钉一26与壳体二14进行定位，旋紧螺母13通过螺纹联接在主轴上，振子12正常工作时，外部振源产生的液压脉冲交替进入P1、P2，液压脉冲从振子12左右两端面的孔输出并分别交替作用于左侧旋紧螺母13与右侧轴肩上，从而带动主轴10的轴向振动，进一步带动端部的刀具进行轴向振动；若不需要振动则在外部设备将P1、P2两管并联，没有压力差则不会产生振动；外部激励源的产生的交替脉冲信号可以是方波，也可以是正弦波。通过调节外部激励源的参数（比如压强）或者在加工时改变有效受力面积对振动幅度进行调整；通过改变外部液压脉冲源的激振频率改变主轴10的振动频率。

左右两侧轴承的预紧：压紧螺母3螺纹联接在拉杆6端部的螺柱上，压紧螺母3侧平面顶在弹簧座4上。拧紧螺母3时，由于弹簧座4固定在壳体2上，不能移动，所以会将拉杆6沿轴向向右拉紧，拉杆的侧面被周向均布的弹簧5支撑住，以抵抗轴向拉力，拉杆6与后轴承室9由螺钉30刚性联接，因此，拉杆6会拉动后轴承室9向右移动，后轴承室9端部的钩圈直接钩在右一轴承27的外圈上，从而将压紧螺母3压紧形成的预紧力作用在轴承27外圈上，实现了右侧两轴承的预紧；左侧两个轴承24、25内圈被密封螺母20固定，壳体15固定不动，有压缩量的弹簧22施加给密封盖19向左的弹力，轴承室18与密封盖19是由螺钉22刚性联接，从而使前轴承室18左移，前轴承室18末端勾住轴承25外圈左移完成左侧两轴承的预紧。

主轴产生向右的微量振动位移时，左侧支承系统中轴承24受力，力由轴承内圈通过滚珠传至外圈，从而带动轴承室18右移；右侧支承系统中，轴肩将位移与力依次传到右一轴承27内圈、右一轴承27外圈，使轴承室9右移。主轴产生向左的微量振动位移时，左侧支承系统中，位移与力依次传递至左二轴承25内圈、左二轴承25外圈、轴承室18、密封盖19使支承系统左移；同时右侧支承系统的轴承28内圈会给外圈施加力，轴承室9会向左移动，以此提高电主轴的整体刚度。

在某些实施例中，滚动轴承的分布可以按照面对面布置，也可以背对背布置。

壳体其中一个侧面为安装面并开设有冷却水入口P3、润滑入口P3、以及P1、P2的脉冲输入通道。某些实施例中，只在壳体二14中加工出带有螺纹的通孔，并由液压管接头联接电主轴液压通道与外部脉冲源，从而避免了在壳体二14中加工液压输入通道的繁琐工艺工序。

密封螺母20与密封盖19形成迷宫密封。主轴的一端加工出刀柄槽。电主轴轴承为高精密件，保护盖21可在不工作的时候旋套在电主轴端部用于密封。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只适用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种轴向双向振动电主轴，由振子（12）、支承系统、壳体、内置电机、主轴（10）、润滑油路、油雾润滑喷嘴及水冷系统组成；电机定子固定于机体内壁上，转子穿接于定子内，主轴（10）穿其而过并在转子的带动下高速旋转；壳体内部开设有进水孔、进气孔；主轴（10）的其中一端设有刀柄槽，刀柄联接固定于刀柄槽内；其特征在于：壳体上的孔与振子（12）内部加工出的孔相对应组成液压脉冲输入通道；支承轴承安装配合于主轴（10）两端，滚动轴承内外圈分别与主轴（10）、轴承室内圈配合连接，直线轴承内外圈分别与轴承室外圈、壳体内侧相配合连接；左侧预紧弹簧安装于密封盖与壳体之间，右侧预紧弹簧（5）安装于弹簧座（4）与拉杆（6）之间；

振子（12）不随着主轴（10）旋转，并由定位螺钉一（26）和外壳约束轴向位置，振子（12）左右两侧面以中心轴线为基准均布加工出孔，圆周侧面也均布开孔开槽，与两侧面的孔连通，形成振子（12）部分的油液输入通道，对应位置的壳体也加工出通孔，壳体上的孔与振子上的孔共同组成液压油液输入通道；

左侧支承结构中，两个滚动轴承内圈与主轴（10）配合连接、外圈与前轴承室（18）配合连接，油雾润滑喷嘴（17）安装在两轴承中间；前轴承室（18）的一端勾住滚动轴承的外圈；线轴承二（16）内侧与前轴承室（18）配合相接、外侧与壳体配合连接；其中前轴承室（18）与密封盖（19）由螺钉紧固在一起，弹簧（23）安装于密封盖（19）与壳体之间；密封螺母（20）固定住轴承内圈并与密封盖（19）形成迷宫密封；保护盖（21）处于最外侧；

右侧支承结构中，滚动轴承内圈与主轴（10）配合连接，外圈与后轴承室（9）配合连接，油雾润滑喷嘴在两轴承中间；后螺母（7）与主轴（10）螺纹联接并固定住轴承内圈；后轴承室（9）内圈与轴承外圈配合连接、外圈与线轴承一（8）连接、并一端勾住轴承外圈；拉杆（6）与后轴承室（9）使用螺钉紧固联接，预紧弹簧（5）一端与拉杆（6）相接，另一端与弹簧座（4）相接；压紧螺母（3）与拉杆（6）为螺纹联接；

振子（12）通过周向均布的定位螺钉一（26）与壳体二（14）进行定位，旋紧螺母（13）通过螺纹联接在主轴上，振子（12）正常工作时，外部振源产生的液压脉冲交替进入P1、P2，液压脉冲从振子（12）左右两端面的孔输出并分别交替作用于左侧旋紧螺母（13）与右侧轴肩上，从而带动主轴（10）的轴向振动，进一步带动端部的刀具进行轴向振动；若不需要振动则在外部设备将P1、P2两管并联，没有压力差则不会产生振动；外部激励源产生的交替脉冲信号是方波或者正弦波；通过调节外部激励源的参数或者在加工时改变有效受力面积对振动幅度进行调整；通过改变外部液压脉冲源的激振频率改变主轴（10）的振动频率。