CN114453603B - 一种电主轴及具有其的数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电主轴及具有其的数控机床，其中电主轴包括定子、冷却水套和外壳，冷却水套套设在定子与外壳之间；在冷却水套和外壳之间还套设有减振套；减振套与冷却水套过盈配合，减振套设置在外壳的安装孔内且形成有凸起，安装孔形成有与凸起配合的凹槽，凸起的倾斜段方便于减振套的装配；减振套结构简单、可靠和使用寿命长，有效减缓定子的振动和降低定子的变形，提高了电主轴运行的稳定性，延长了电主轴的寿命；减振套采用弹簧钢制成，不易磨损和老化，可变形，有效衰减振动，提高定子与外壳之间的同轴度；多个凸起沿减振套的轴向依次设置，多个凸起组沿减振套的周向依次设置，降低了减振套与外壳之间的装配难度。

Description

一种电主轴及具有其的数控机床

技术领域

本发明涉及主轴装备技术领域，尤其涉及一种电主轴及具有其的数控机床。

背景技术

电主轴作为现代数控机床的核心部件，是将电动机的转子直接作为机床的主轴、主轴单元的壳体作为电动机机座，且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化；电主轴回转精度决定了零部件的加工精度与装配精度，在实际高速切削加工过程中，受切削载荷的作用，电主轴会产生较大的径向振动，造成定子的振动变形，严重影响电主轴寿命及工件加工质量；有人提出在轴承与轴承座之间设置橡胶减振层，但这种方案减振效果不明显且主轴的安装精度降低；还有人提出在外壳外套设有减振层，但这种方案中主轴引起定子的振动没有改变，定子变形仍存在，电机性能没有得到有效改变。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种电主轴及具有其的数控机床，以解决现有技术中主轴的安装精度降低、减振效果不明显和定子的振动变形导致电机性能变差等问题。

本发明提供一种电主轴，包括定子、冷却水套和外壳，所述冷却水套套设在所述定子与外壳之间；在所述冷却水套和外壳之间还套设有减振套。

进一步可选地，所述减振套采用弹簧钢制成。

进一步可选地，所述减振套与冷却水套过盈配合。

进一步可选地，所述外壳形成有安装孔；所述减振套设置在所述安装孔内且所述减振套的外周侧形成有凸起，所述安装孔的内周侧形成有与所述凸起配合的凹槽。

进一步可选地，所述凸起包括朝所述减振套的端部倾斜的倾斜段。

进一步可选地，所述倾斜段的中心线与减振套的轴线处于所述减振套的同一纵切面内，且所述倾斜段的中心线与减振套的轴线的夹角为α，其中，30°＜α＜80°。

进一步可选地，所述凸起还形成有沿所述减振套的轴向延伸的轴向段，所述轴向段位于所述凸起的端部；对应地，所述凹槽沿所述安装孔的轴向延伸。

进一步可选地，所述凸起具有沿所述减振套的径向的高度h1，所述凹槽具有沿所述安装孔的径向的深度h2，其中，h1＞h2；和/或

所述凸起具有沿所述减振套的周向的宽度b1，所述凹槽具有沿所述安装孔的周向的宽度b2，其中，b1＞b2。

进一步可选地，所述减振套的外周侧形成有多个凸起组，每个所述凸起组包括多个所述凸起；

每个所述凸起组中的凸起沿所述减振套的轴向设置，一个所述凹槽可与每个所述凸起组中的多个凸起配合；多个所述凸起组沿所述减振套的周向设置。

进一步可选地，所述凸起组的数量为m，每个所述凸起组中凸起的数量为n，其中，m≥3，n≥2；

所述凹槽的数量与所述凸起组的数量一致。

进一步可选地，还包括后端密封圈、前端密封圈和轴承座；所述安装孔的后端形成有限位部，所述后端密封圈的一侧与所述限位部抵接，所述后端密封圈的另一侧与所述减振套的后端和冷却水套的后端均抵接；

所述轴承座设置于所述安装孔的前端，且所述前端密封圈一侧与所述轴承座抵接，所述前端密封圈的另一侧与所述减振套的前端和冷却水套的前端均抵接。

本发明还提供一种电主轴，包括外壳、轴承座、前端轴承和后端轴承；所述轴承座设置于所述外壳的前端且形成有前端轴承位，所述前端轴承设置于所述前端轴承位处，在所述前端轴承与轴承座之间套设有前端减振套；所述前端减振套采用弹簧钢制成；和/或

所述外壳的后端形成有后端轴承位，所述后端轴承设置于所述后端轴承位处，在所述后端轴承与外壳之间套设有后端减振套；所述后端减振套采用弹簧钢制成。

本发明还提供一种数控机床，包括机床本体和设置所述机床本体上的电主轴，所述电主轴为上述任一项所述的电主轴。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要在于：

(1)在冷却水套和外壳之间套设减振套，减振套结构简单、可靠和使用寿命长，有效减缓定子的振动和降低定子的变形，提高了电主轴运行的稳定性，延长了电主轴的寿命，保证电主轴可靠运行，进一步提高零件的加工精度；

(2)减振套采用弹簧钢制成，不易磨损和老化，可变形，有效衰减振动，提高定子与外壳之间的同轴度，进一步提高定子和转子的同轴度，解决常见的橡胶等减振材料在装配过程中易损坏、易老化和可靠性不高的问题；减振套具有导热性，不影响冷却水套的散热功能；

(3)减振套与冷却水套过盈配合，减振套与外壳通过凸起和凹槽实现过盈配合，有效减缓定子与壳体之间的周向振动和径向振动，提高了定子和转子之间磁路平衡度，降低了因定子和转子偏心引起的电主轴噪声；限制定子与壳体之间的周向转动，保证高速加工时定子不产生角位移；解决定子和转子之间的同轴度差的问题，解决电主轴振动大和电磁噪声高的问题；

(4)凸起包括倾斜段，一方面顺着倾斜段的倾斜方向，可将减振套很方便地装配入安装孔内，减小装配减振套的阻力，另一方面降低了使凸起产生径向变形的作用力，提高了减缓径向振动的效果；此外，凸起与减振套的外周侧之间形成容纳空间，凸起变形时，容纳空间可容纳凸起的变形量，进一步提高减振套的减振效果；

(5)多个凸起沿减振套的轴向依次设置，多个凸起组沿减振套的周向依次设置，降低了减振套与外壳之间的装配难度，可根据实际需要调整凸起的数量和结构尺寸；凸起变形并与振动引起的径向磁力平衡，使定子与转子之间保持较好的同轴度，从传动路径上有效衰减定子的振动，切断由定子到外壳之间的振动传动路径；

(6)在减振套的前端和后端各设有一密封圈，密封效果明显，大大降低了电主轴各部件再装配的风险，有效节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1a为本发明提供的电主轴实施例剖视结构示意图；

图1b为图1a中A-A处的剖视图；

图2a、图2b、图2c和图2d为本发明提供的减振套实施例结构示意图；

图3为本发明提供的外壳实施例结构示意图；

图中：

11-定子；12-冷却水套；13-外壳；131-第一进水口；132-第一出水口；133-安装孔；134-凹槽；135-限位部；14-轴承座；15-后端密封圈；16-前端密封圈；

2-减振套；21-第二进水口；22-第二出水口；23-凸起；231-倾斜段；232-轴向段。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

电主轴作为现代数控机床的核心部件，其回转精度决定了零部件的加工精度与装配精度，在实际高速切削加工过程中，受切削载荷的作用，电主轴会产生较大的径向振动，引起定子和转子之间的偏心，从而导致电主轴的磁路不平衡，产生径向磁拉力等电机故障，造成定子振动变形，严重影响电主轴寿命及工件加工质量；因此，需要减小电机振动来提高主轴运行的稳定性；现有技术中，在轴承与轴承座之间设置橡胶减振层，但减振效果不明显且主轴的安装精度降低；在外壳外套设有减振层，但主轴引起定子的振动没有改变，定子变形仍存在；电主轴的减振主要从振源、传递路径和响应三个方向入手，在外壳处减振已经是响应的层面，对电主轴的内部结构几乎没有减振效果；

本发明创造性地提供一种电主轴，包括定子、冷却水套和外壳，冷却水套套设在定子与外壳之间；在冷却水套和外壳之间还套设有减振套。减振套结构简单和可靠，从传递路径上进行减振，有效减缓定子的振动和降低定子的变形，提高了电主轴运行的稳定性，延长了电主轴的寿命。

实施例1

如图1a和图1b所示，本实施例提供一种电主轴，包括定子11、冷却水套12和外壳13，冷却水套12套设在定子11与外壳13之间；在冷却水套12和外壳13之间还套设有减振套2；具体地，沿定子11的径向向外，定子11、冷却水套12、减振套2和外壳13依次同轴设置，冷却水套12的外周侧形成有螺旋流道，冷却水流经冷却水道时有效带走电主轴电机运转产生的热量；冷却水套12形成有相对设置的流道进水口和流道出水口，减振套2形成有第二进水口21和第二出水口22，且第二进水口21和第二出水口22沿减振套2的径向设置；外壳13形成有第一进水口131和第一出水口132，且第一进水口131和第一出水口132沿外壳13的径向设置；流道进水口、第二进水口21和第一进水口131对应设置且依次连通，流道出水口、第二出水口22和第一出水口132对应设置且依次连通，则冷却水的流动路径为：第一进水口131-第二进水口21-流道进水口-螺旋流道-流道出水口-第二出水口22-第一出水口132；

综上所述，减振套2结构简单、可靠和使用寿命长，从传递路径上进行减振，有效减缓定子11的振动和降低定子11的变形，提高了电主轴运行的稳定性，延长了电主轴的寿命，保证电主轴可靠运行，进一步提高零件的加工精度。

进一步，减振套2采用高弹性恢复性能的弹簧钢制成或采用高弹性、高疲劳强度的材料制成；优选地，减振套2采用弹簧钢制成，不易磨损和老化，可变形，有效衰减振动，同时具有一定的刚度，提高定子11与外壳13之间的同轴度，进一步提高定子11和转子的同轴度，解决常见的橡胶等减振材料在装配过程中易损坏、易老化和可靠性不高的问题；减振套2具有导热性，提高冷却水套12的散热功能。

针对定子11与外壳13之间存在周向转动的问题，本实施例提出，冷却水套12与定子11过盈配合，减振套2与冷却水套12过盈配合，外壳13与减振套2过盈配合；

具体地，如图3所示，外壳13形成有安装孔133；减振套2设置在安装孔133内且减振套2的外周侧形成有凸起23，安装孔133的内周侧形成有与凸起23配合的凹槽134，减振套2与外壳13通过凸起23和凹槽134实现过盈配合；有效减缓定子11与壳体之间的周向振动和径向振动，提高了定子11和转子之间磁路平衡度，降低了因定子11和转子偏心引起的电主轴噪声；限制定子11与壳体之间的周向转动，保证高速加工时定子11不产生角位移。

如图2a、图2b、图2c、图2d和图3所示，针对减振套2与外壳13之间的装配难度大和定子11与外壳13之间周向转动大的问题，本实施例提出，凸起23包括朝减振套2的端部倾斜的倾斜段231；

进一步，倾斜段231的中心线与减振套2的轴线处于减振套2的同一纵切面内，且倾斜段231的中心线与减振套2的轴线的夹角为α，其中，30°＜α＜80°；优选地，45°＜α＜80°；

倾斜段的主要作用是：一方面顺着倾斜段的倾斜方向，可将减振套很方便地装配入安装孔内，减小装配减振套的阻力，另一方面降低了使凸起产生径向变形的作用力，提高了减缓径向振动的效果；但α不宜过小，α过小会减小减振套的减振效果，α为45°以上较好。

如图3所示，针对凸起23与凹槽134配合不紧密导致减振套2的减振效果差的问题，凸起23还形成有沿减振套2的轴向延伸的轴向段232，轴向段232位于凸起23的端部；对应地，凹槽134沿安装孔133的轴向延伸；

进一步，如图2b和图2d所示，凸起23呈倒L型结构，凸起23的一端与减振套2的外周侧连接，凸起23的另一端悬空，且凸起23与减振套2的外周侧之间形成有容纳空间，凸起23变形时，容纳空间可容纳凸起23的变形量，有限减缓定子11与外壳13之间的振动，避免由于凸起23变形量小导致凹槽134或凸起23损坏，延长了减振套2与外壳13的使用寿命。

针对凸起23与凹槽134之间的接触面小导致减振套2的减振效果差的问题，凸起23具有沿减振套2的径向的高度h1，凹槽134具有沿安装孔133的径向的深度h2，其中，h1＞h2，则沿安装孔133的径向，凸起23与凹槽134具有有效的接触面积，定子11与外壳13相对转动时，凸起23具有有效的径向变形量，提高了减振套2的减振作用；

凸起23具有沿减振套2的周向的宽度b1，凹槽134具有沿安装孔133的周向的宽度b2，其中，b1＞b2，则定子11与外壳13相对转动时，凸起23具有有效的周向变形量，提高了减振套2的减振作用；

因此，凸起23与凹槽134过盈配合，提高了减振套2与安装孔133的配合精度，保证定子11与安装孔133的同轴度；凸起23与凹槽134有效接触，凸起23高度可有效减缓定子11的径向振动，再结合减振套2的外周侧的减振作用，减振效果明显；凸起23宽度可有效减缓定子11的周向振动；电主轴的装配以外壳13的安装孔133为基准，故减振套2可有效保证定子11和转子之间的同轴度。

凸起23具有沿减振套2的轴向的长度a1，凹槽134具有沿安装孔133的轴向的长度a2，其中，a2≥a1；凸起23的长度等于减振套2的轴向长度，或凸起23沿减振套2的轴向相间隔设有多个；由于定子11与外壳13之间的振动主要发生在端部，优选凸起23沿减振套2的轴向相间隔设有多个；

如图2a和图2b所示，针对减振套2减振效果不明显的问题，减振套2的外周侧形成有多个凸起组，每个凸起组包括多个凸起23；

每个凸起组中的凸起23沿减振套2的轴向间隔均匀设置，一个凹槽134可与每个凸起组中的多个凸起23配合，每个凸起23与减振套2之间均形成有容纳空间；多个凸起组沿减振套2的周向间隔均匀设置；

因此，凸起23与对应的凹槽134配合，多个凸起组与多个凹槽134配合，降低了减振套2与外壳13之间的装配难度；将定子11与外壳13之间的振动均匀分散到减振套2的各个凸起23处，再经多个凸起23与对应凹槽134的配合，有效减缓定子11的振动；可根据实际需要调整凸起23的数量和结构尺寸，随着电主轴转速的增大，振动增大，振动引起定子11和转子偏心，凸起23产生相应的弹性形变并与振动引起的径向磁力平衡，形变量的大小取决于径向磁力的大小，使定子11与转子之间保持较好的同轴度，从传动路径上有效衰减定子11的振动，切断由定子11到外壳13之间的振动传动路径，并减小由于磁场分布改变所引起的主轴电机噪声；电主轴转速的减小，振动减小，凸起23在弹性力作用下恢复，并再次与振动引起的径向磁力平衡，使定子11与转子之间保持较好的同轴度，从而降低主轴电机的振动和噪声。

进一步，凸起组的数量为m，每个凸起组中凸起23的数量为n，其中，m≥3，n≥2；

凹槽134的数量与凸起组的数量一致；

需要说的是，凸起23的数量并不限定，可根据实际需要设置多个；当电主轴定子11组件质量较大时，可通过增加凸起23的个数、增大凸起23的宽度或减小凸起23的长度的途径来提高其刚度，从而保证电主轴的定子11和转子之间的同轴度。

针对减振套2与冷却水套12之间密封效果差的问题，本实施例提出电主轴还包括后端密封圈15、前端密封圈16和轴承座14；安装孔133的后端形成有限位部135，后端密封圈15的一侧与限位部135抵接，后端密封圈15的另一侧与减振套2的后端和冷却水套12的后端均抵接；

轴承座14设置于安装孔133的前端，且前端密封圈16一侧与轴承座14抵接，前端密封圈16的另一侧与减振套2的前端和冷却水套12的前端均抵接；轴承座14压紧前端密封圈16，对电主轴的前端形成有效密封；

具体地，外壳13的后端还形成有后端轴承位，后端轴承位为孔型结构，其内径小于安装孔133的内径，则后端轴承位与安装孔133的连接处形成限位部135，限位部135位台阶状，后端密封圈15抵接在台阶状处，对后端密封圈15起到限位作用；

综上所述，在减振套2的前端和后端各设有一密封圈，密封效果明显，大大降低了电主轴各部件再装配的风险，有效节约成本。

电主轴的各部件安装过程为：

将冷却水套12通过过盈配合套设在定子11上，将减振套2通过过盈配合套设在冷却水套12上，则减振套2、冷却水套12、定子11固定在一起；

在安装孔133的限位部135处放置后端密封圈，进行冷却系统后端的密封；

将减振套2、冷却水套12和定子11整体设置在安装孔133内，且凸起23与凹槽134配合；套装完成后，将前端密封圈套设在定子11的前端，并通过轴承座14压紧，进行冷却系统前端的密封。

本实施例还提供一种数控机床，包括机床本体和设置机床本体上的电主轴，电主轴为上述任一项的电主轴。

实施例2

本实施例还提供一种电主轴，包括外壳13、轴承座14、前端轴承和后端轴承；轴承座14设置于外壳13的前端且形成有前端轴承位，前端轴承设置于前端轴承位处，在前端轴承与轴承座14之间套设有前端减振套；前端减振套采用具有高弹性恢复能力的弹簧钢制成；

外壳13的后端形成有后端轴承位，后端轴承设置于后端轴承位处，在后端轴承与外壳13之间套设有后端减振套；后端减振套均采用具有高弹性恢复能力的弹簧钢制成；

具体地，前端减振套和后端减振套均具有轴向部和径向部；前端减振套的轴向部位于前端轴承的外圈与轴承座14之间，减缓前端轴承的外圈与轴承座14之间的径向振动；前端减振套的径向部位于前端轴承的端部与轴承座14之间，减缓前端轴承的端部与轴承座14之间的轴向振动；

后端减振套的轴向部位于后端轴承的外圈与外壳13之间，减缓后端轴承的外圈与外壳13之间的径向振动；后端减振套的径向部位于后端轴承的端部与轴承座14之间，减缓后端轴承的端部与外壳13之间的轴向振动。

本实施例还提供一种数控机床，包括机床本体和设置机床本体上的电主轴，电主轴为上述任一项的电主轴。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (11)

1.一种电主轴，包括定子、冷却水套和外壳，所述冷却水套套设在所述定子与外壳之间；其特征在于，在所述冷却水套和外壳之间还套设有减振套；

所述外壳形成有安装孔，所述安装孔的内周侧形成有凹槽；所述减振套设置在所述安装孔内且所述减振套的外周侧形成有凸起；所述凸起与凹槽配合且所述凸起包括朝所述减振套的端部倾斜的倾斜段。

2.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述减振套采用弹簧钢制成。

3.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述减振套与冷却水套过盈配合。

4.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于，所述倾斜段的中心线与减振套的轴线处于所述减振套的同一纵切面内，且所述倾斜段的中心线与减振套的轴线的夹角为α，其中，30°＜α＜80°。

5.根据权利要求4所述的电主轴，其特征在于，所述凸起还形成有沿所述减振套的轴向延伸的轴向段，所述轴向段位于所述凸起的端部；对应地，所述凹槽沿所述安装孔的轴向延伸。

6.根据权利要求5所述的电主轴，其特征在于，所述凸起具有沿所述减振套的径向的高度h1，所述凹槽具有沿所述安装孔的径向的深度h2，其中，h1＞h2；和/或

所述凸起具有沿所述减振套的周向的宽度b1，所述凹槽具有沿所述安装孔的周向的宽度b2，其中，b1＞b2。

7.根据权利要求5所述的电主轴，其特征在于，所述减振套的外周侧形成有多个凸起组，每个所述凸起组包括多个所述凸起；

每个所述凸起组中的凸起沿所述减振套的轴向设置，一个所述凹槽可与每个所述凸起组中的多个凸起配合；多个所述凸起组沿所述减振套的周向设置。

8.根据权利要求7所述的电主轴，其特征在于，所述凸起组的数量为m，每个所述凸起组中凸起的数量为n，其中，m≥3，n≥2；

所述凹槽的数量与所述凸起组的数量一致。

9.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于，还包括后端密封圈、前端密封圈和轴承座；所述安装孔的后端形成有限位部，所述后端密封圈的一侧与所述限位部抵接，所述后端密封圈的另一侧与所述减振套的后端和冷却水套的后端均抵接；

所述轴承座设置于所述安装孔的前端，且所述前端密封圈一侧与所述轴承座抵接，所述前端密封圈的另一侧与所述减振套的前端和冷却水套的前端均抵接。

10.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，还包括轴承座、前端轴承和后端轴承；所述轴承座设置于所述外壳的前端且形成有前端轴承位，所述前端轴承设置于所述前端轴承位处，在所述前端轴承与轴承座之间套设有前端减振套；所述前端减振套采用弹簧钢制成；和/或

所述外壳的后端形成有后端轴承位，所述后端轴承设置于所述后端轴承位处，在所述后端轴承与外壳之间套设有后端减振套；所述后端减振套采用弹簧钢制成。

11.一种数控机床，其特征在于，包括机床本体和设置所述机床本体上的电主轴，所述电主轴为权利要求1-10任一项所述的电主轴。