CN1597201A - 滑动轴承式电主轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滑动轴承式电主轴，旨在提供一种结构合理、装配维修工艺性好、主轴刚性好、可以实现高速化、精密化的高速精密滑动轴承式电主轴。它包括主轴(6)、电机定子(7)、电机转子(8)、前、后轴承(4)、(11)、壳体(5)，前、后轴承(4)、(11)支承于主轴(6)两端，其特征在于所述前轴承(4)和后轴承(11)为滑动轴承，在前轴承(4)与主轴(6)之间设置前浮环(3)，后轴承(11)与主轴(6)之间设置后浮环(12)，电机定子(7)和电机转子(8)置于前轴承(4)和后轴承(11)之间，电机定子(7)的电缆(19)从壳体(5)穿出外部。本发明主要用作高速精密加工机床中。

Description

滑动轴承式电主轴
技术领域：
本发明属于机械制造领域，具体涉及一种高速精密电主轴的结构改进。
背景技术：
以高切削速度、高进给速度、高加工精度为主要特征的高速加工是当代四大先进制造技术之一，是继数控技术之后使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高新技术。它不仅具有极高的生产率，而且可显著地提高零件的加工精度和表面质量。高速精密电主轴作为高速数控加工机床中的核心功能部件，其性能的高低直接影响到高速加工机床的整体发展水平。
高速精密电主轴是一种直接依赖于轴承技术、精密制造与装配等技术的高度机电一体化的高科技产品。其特点在于，将电机的功能与机床主轴功能从结构上融为一体，省去了复杂的中间传动环节，具有调速范围宽、转动惯量小、可快速起动和停车、易于实现无级调速和精密控制等优点。随着现代装备，制造业向高速度、高精度、高效率方向的飞速发展，对机床主轴单元的性能要求越来越高，电主轴正逐步取代传统的皮带传动式机械主轴，成为现代机床主轴的主流结构。
高速精密电主轴的轴承包括磁悬浮轴承、空气轴承、滚动轴承和液体滑动轴承等。其中，磁悬浮轴承转速高，磨损小，但由于其控制系统复杂，造价高，其作为机床主轴的实用性受到限制。空气轴承具有转速高，磨损小，精度高的优点，但由于其刚度小，承载能力有限，只能用于微小切削力加工的小功率主轴上。滚动轴承是目前机床主轴的主要支撑结构，具有速度高、结构简单、可批量生产、维修时可以整体更换等优点，但是存在两个固有的不足：一是由于滚动轴承是在接触状态下高频率旋转工作，不可避免地存在摩擦磨损和疲劳磨损，使用寿命较短，工作一段时间之后，必须拆开主轴进行维修；并且由于主轴的维修及装配要求维修人员的工艺水平很高，维修或更换主轴需要花费较多的时间和成本，降低了机床的生产作业效率。二是由于滚动轴承是依靠有限个滚动体的刚性接触提供承载力，在轴承内外滚道与滚珠接触到的地方应力很高，而没有接触到的地方应力较小，在圆周方向上必然存在着变形不均匀的现象。因此采用滚动轴承作为支撑的机床主轴不适用于对加工精度和表面光洁度要求非常高的场合，如精密磨床、精密镗床等。
液体滑动轴承由于承载能力强、润滑介质具有阻尼减振和“均化”误差的作用，因此采用液体滑动轴承作为支撑的机床主轴刚性好、回转精度高，非常适合于作为精密机床如精密磨床和精密镗床的主轴部件。但是液体滑动轴承存在着液体介质摩擦损耗高、轴承温升高等缺点，从而导致采用液体滑动轴承作为支撑的机床主轴的工作转速较低。同时，由于采用液体滑动轴承的主轴的前后轴承与主轴壳体之间为过盈连接，常常导致两种不利情况出现：1、如果先安装轴承再安装电机的定子，由于电机定子外圆径向尺寸大于轴承内孔尺寸，电机定子不能直接装入两轴承之间，只能置于两轴承之外的主轴的后部，成为电机后置式主轴，导致主轴轴向尺寸过大，使主轴前端的刚性变差；2、如果要将电机定子装入两轴承之间，安装时必须先将电机定子装入壳体后再将后轴承装入壳体后部，当电机定子需要维修更换时，必须将与壳体过盈连接的后轴承先取出，才能取出电机定子，由于电机定子与壳体的过盈连接通常为“套死”的不再拆分的结构，实施拆卸非常困难。
采用液体滑动轴承作为支撑的电主轴由于存在上述缺陷，导致其目前未能在机床上得到充分应用，未能实现滑动轴承式电主轴作为单元功能部件的大批量生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种结构合理、装配维修工艺性好、主轴刚性好、可以实现高速化、精密化的滑动轴承式电主轴。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：它包括主轴、电机定子、电机转子、前、后轴承、壳体，前、后轴承支承于主轴两端，其特征在于所述前轴承和后轴承为滑动轴承，在前轴承与主轴之间设置前浮环，后轴承与主轴之间设置后浮环，电机定子和电机转子置于前轴承和后轴承之间，电机定子的电缆通过壳体上的孔穿出外部。
作为本发明的进一步改进，所述的壳体由前轴承座和后轴承座组合而成，两者通过紧固件紧固连接。
所述的前轴承置于前轴承座的前端，并通过该轴承前端设置的作轴向定位的凸缘定位，电机定子置于前轴承座的后端，后轴承置于后轴承座中，并通过该轴承后端设置的作轴向定位的凸缘定位，在电机定子后端设置有电机定子定位环，该电机定子定位环通过紧固件与电机定子和前轴承座紧固，所述的前浮环的前端设有一作轴向限位的凸缘，后浮环的后端设有作轴向限位的凸缘，在前轴承座的前端设置有前端盖，前端盖与前轴承之间设有前浮环止推调整垫，所述的前浮环止推调整垫套设于前浮环凸缘外圆周外，前端盖和前浮环止推调整垫紧固于前轴承座上；所述的后浮环后端设有固定环，在后轴承与固定环之间设有后浮环止推调整垫，所述的后浮环止推调整垫套设于后浮环凸缘外圆周外，在固定环后端设有主轴止推环，所述主轴止推环通过锁紧螺母固定于主轴上，在后轴承座的后端设置有与后轴承座紧固连接的后端盖，后端盖与固定环之间设有主轴止推环的调整垫，所述主轴止推环的调整垫套设于主轴止推环的外圆周外。
本发明的滑动轴承式电主轴，采用滑动轴承支承主轴，并在滑动轴承与主轴之间设置浮环，形成浮环式滑动轴承，主轴旋转时，浮环的内环面与主轴外圆面之间、浮环的外环面与轴承轴瓦之间都充满有润滑介质，浮环在主轴带动的润滑介质的带动下旋转。主轴的绝对旋转速度是主轴相对于圆环的旋转速度和圆环相对于轴瓦的旋转速度之和，因此在同样的绝对转速条件下，浮环式滑动轴承内外油膜的速度明显低于没有采用浮环的传统滑动轴承中的油膜的速度。由于速度减小导致摩擦损耗减少，温升自然降低。换句话说，在同样的温升条件下，采用浮环式主轴可以实现更高的工作转速，实现主轴高速化。而且，由于传统的单个滑动轴承变成了由浮环和滑动轴承组成的组合式轴承，可以拆分安装，方便了轴承及主轴和电机定子的装配拆卸。
本发明可将壳体做成拆分式结构，分为可拆卸的前、后轴承座，可更方便地实现电机的定转子置于两个滑动轴承之间的电主轴结构，使电机定子的安装、定位和拆卸维修方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中各标号表示：
1、前端盖                    2、前浮环止推调整垫
3、前浮环                    31、凸缘
4、前轴承                    41、凸缘
5、壳体                      51、前轴承座
52、后轴承座                 6、主轴
7、电机定子                  8、电机转子
9、电机定子定位环            11、后轴承
111、凸缘                    12、后浮环
121、凸缘                    13、后浮环止推调整垫
14、固定环                   15、主轴止推环
16、锁紧螺母                 17、主轴止推环的调整垫
18、后端盖                   19、电缆
具体实施方式
如图1所示，本发明的滑动轴承式电主轴，包括主轴6、电机定子7、电机转子8、前、后轴承4、11、壳体5，前、后轴承4、11支承于主轴6两端，前轴承4和后轴承11为滑动轴承，在前轴承4与主轴6之间设置前浮环3，后轴承11与主轴6之间设置后浮环12，形成浮环式滑动轴承，电机定子7和电机转子8置于前轴承4和后轴承11之间，电机定子7的电缆19从壳体5穿出外部。前、后浮环3、12的内环面与主轴6外圆面之间、前、后浮环3、12的外环面与前、后轴承4、11轴瓦之间都充满有润滑介质，主轴6旋转，带动主轴6与前、后浮环3、12之间的液体介质旋转，液体介质带动前、后浮环3、12旋转，前、后浮环3、12带动浮环3、12与前、后轴承4、11之间的液体介质旋转。主轴6与前、后浮环3、12之间形成相对旋转运动。主轴6的绝对旋转速度是主轴6相对于前、后浮环3、12的旋转速度和前、后浮环3、12相对于前、后轴承4、11轴瓦的旋转速度之和，因此在同样的绝对转速条件下，浮环式滑动轴承内外油膜的速度明显低于没有采用浮环的传统滑动轴承中的油膜的速度。由于速度减小导致摩擦损耗减少，温升自然降低。换句话说，在同样的温升条件下，采用浮环式主轴可以实现更高的工作转速。本发明的壳体5由前轴承座51和后轴承座52组合而成，两者通过紧固件紧固连接。后轴承座52与后轴承11为过盈连接，如果需要将电机定子8从壳体5取出时，可以先把后轴承座52与后轴承11整体取出，可方便地进行拆分安装，解决了整体式壳体存在电机定子装不进或装进去后难以拆出、而如果电机定子置于两轴承之外的主轴后部又会导致主轴轴向尺寸过大且主轴前端刚性变差的问题。前轴承4置于前轴承座51的前端，并通过该轴承前端设置的作轴向定位的凸缘41定位，电机定子7置于前轴承座51的后端，后轴承11置于后轴承座52中，并通过该轴承后端设置的作轴向定位的凸缘111定位，在电机定子后端设置有电机定子定位环9，该电机定子定位环9通过紧固件与电机定子7和前轴承座51紧固，对电机定子7起轴向定位作用，同时防止电机定子7在圆周方向的电磁扭矩作用下发生扭转运动。前浮环3的前端设有一作轴向限位的凸缘31，后浮环12的后端设有作轴向限位的凸缘121，凸缘31、121分别限制前浮环3、后浮环12的轴向运动。在前轴承座51的前端设置有前端盖1，前端盖1与前轴承4之间设有前浮环止推调整垫2，前浮环止推调整垫2套设于前浮环的凸缘31外圆周外，前端盖1和前浮环止推调整垫2紧固于前轴承座51上；后浮环12后端设有固定环14，在后轴承11与固定环14之间设有后浮环止推调整垫13，后浮环止推调整垫13套设于后浮环的凸缘121外圆周外，在固定环14后端设有主轴止推环15，主轴止推环15通过锁紧螺母16固定于主轴6上，安装时，由于主轴6采用主轴止推环15作为轴肩，在安装电机转子8等轴上零件之前，电机转子8可以非常方便地从主轴6后端套入。在后轴承座52的后端设置有与后轴承座52紧固连接的后端盖18，后端盖18与固定环14之间设有主轴止推环的调整垫17，该主轴止推环的调整垫17套设于主轴止推环15的外圆周外。可通过磨削加工改变调整垫2、13、17的厚度，分别为前浮环3作轴向限位的凸缘31、后浮环12作轴向限位的凸缘121和主轴止推环15的左右两侧提供适当的间隙。

Claims (3)

1、一种滑动轴承式电主轴，包括主轴(6)、电机定子(7)、电机转子(8)、前、后轴承(4)、(11)、壳体(5)，前、后轴承(4)、(11)支承于主轴(6)两端，其特征在于所述前轴承(4)和后轴承(11)为滑动轴承，在前轴承(4)与主轴(6)之间设置前浮环(3)，后轴承(11)与主轴(6)之间设置后浮环(12)，电机定子(7)和电机转子(8)置于前轴承(4)和后轴承(11)之间，电机定子(7)的电缆(19)从壳体(5)穿出外部。
2、根据权利要求1所述的滑动轴承式电主轴，其特征在于所述的壳体(5)由前轴承座(51)和后轴承座(52)组合而成，两者通过紧固件紧固连接。
3、根据权利要求2所述的滑动轴承式电主轴，其特征在于所述的前轴承(4)置于前轴承座(51)的前端，并通过该轴承前端设置的作轴向定位的凸缘(41)定位，电机定子(7)置于前轴承座(51)的后端，后轴承(11)置于后轴承座(52)中，并通过该轴承后端设置的作轴向定位的凸缘(111)定位，在电机定子(7)后端设置有电机定子定位环(9)，该电机定子定位环(9)通过紧固件与电机定子(7)和前轴承座(51)紧固，所述的前浮环(3)的前端设有一作轴向限位的凸缘(31)，后浮环(12)的后端设有作轴向限位的凸缘(121)，在前轴承座(51)的前端设置有前端盖(1)，前端盖(1)与前轴承(4)之间设有前浮环止推调整垫(2)，所述的前浮环止推调整垫(2)套设于前浮环凸缘(31)外圆周外，前端盖(1)和前浮环止推调整垫(2)紧固于前轴承座(51)上；所述的后浮环(12)后端设有固定环(14)，在后轴承(11)与固定环(14)之间设有后浮环止推调整垫(13)，所述的后浮环止推调整垫(13)套设于后浮环凸缘(121)外圆周外，在固定环(14)后端设有主轴止推环(15)，所述主轴止推环(15)通过锁紧螺母(16)固定于主轴(6)上，在后轴承座(52)的后端设置有与后轴承座(52)紧固连接的后端盖(18)，后端盖(18)与固定环(14)之间设有主轴止推环的调整垫(17)，所述主轴止推环的调整垫(17)套设于主轴止推环(15)的外圆周外。
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