CN214290858U - 一种自平衡电主轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自平衡电主轴，包括主轴、壳体、上端盖、下端盖、转子线圈、定子线圈、自平衡装置，所述主轴为空心轴，自平衡装置穿过主轴的中心孔，两端分别固定在靠近上端盖一侧的主轴端部及主轴另一侧端部的轴承外圈第三固定套上；所述壳体上安装有振动传感器，所述振动传感器与自平衡装置电连接。所述所述壳体上沿轴向开有定转子冷却进水通道和定转子冷却出水通道，壳体内壁沿周向间隔设置有多个环形冷却水槽；还设置有第第一润滑油气通道和第三轴承润滑通道。本实用新型首次在电主轴中引入主轴在线动平衡的功能，能够根据不平衡量自动在线调节，进而使主轴呈现动平衡。

Description

一种自平衡电主轴

技术领域

本实用新型属于机床电主轴技术领域，尤其涉及一种自平衡电主轴。

背景技术

最近几年越来越多的加工中心采用了电主轴，电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪声低、响应快、转速高及功率大等优点，电主轴是将机床主轴与主轴电动机融为一体的新技术，而这种将机床主轴与主轴电动机“合二为一”的传动结构形式，有效使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，而机床主轴则由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。由于机床的加工精度直接决定了零件的精密加工质量，同时电主轴的运行精度又直接影响机床的加工精度，因此，想要保证零件的精密加工质量，就必须要保证电主轴的运行精度。然而目前质量不平衡是主轴最常见的故障之一，对于类似机床主轴系统的高精密旋转机械，微弱的质量不平衡就会严重影响运转精度和质量。动平衡技术是解决旋转机械不平衡振动问题的有效方案，其可以通过移动动平衡装置质量块来补偿不平衡质量的方式达到在线动平衡的目的，但现有的动平衡技术是当电主轴发生质量不平衡故障时停机然后手动添加一个校正量，这使得电主轴在被运用到机床上时会降低加工效率，并且在拆装以及定位不平衡量时比较麻烦。另外目前有些电主轴采用两条润滑通道一条进油一条出油，这样使得每个轴承的润滑不充分，电主轴的温升主要来自于轴承的摩擦生热，如果润滑不充分轴承的温升会更大进而影响电主轴的运动特性。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种自平衡电主轴，具备自动平衡功能。

一种自平衡电主轴，包括主轴、壳体、上端盖、下端盖、转子线圈、定子线圈、自平衡装置，所述转子线圈固定套装在主轴中部，转子线圈外部依次设置定子线圈和壳体，定子线圈通过挡油环固定安装在壳体内表面；所述下端盖安装在壳体一端，电主轴接线端口设置在下端盖上，壳体另一端过盈连接有第一、二轴承固定套，第一、二轴承固定套端部安装有上端盖，上端盖与主轴间设置有轴承外挡油环；所述主轴另一端通过紧固螺钉安装有轴承外圈第三固定套；所述主轴为空心轴，自平衡装置穿过主轴的中心孔，两端分别固定在靠近上端盖一侧的主轴端部及轴承外圈第三固定套上；所述轴承外圈第三固定套与转子线圈之间的主轴上，由主轴端部一侧至内部依次套装有第四角接触球轴承、第三轴承润滑套及第三角接触球轴承，第三轴承润滑套与主轴间设置有轴承内挡油环；所述第四角接触轴承与轴承外圈第三固定套间设置有轴承外圈第二固定套；所述转子线圈与上端盖和轴承外挡油环之间的主轴上，由主轴内部至主轴端部一侧依次套装有第二角接触轴承、轴承内挡油环、第一角接触球轴承，所述第一轴承润滑套与主轴间设置有轴承内挡油环，第一轴承润滑套与轴承内挡油环过盈连接；所述壳体上安装有振动传感器，所述振动传感器与自平衡装置电连接。

所述第四角接触球轴承及第三角接触球轴承的内圈与主轴过盈连接，第四角接触球轴承及第三角接触球轴承的外圈通过轴承外圈第三、四轴承固定套与壳体一部分内表面过盈连接；第二角接触球轴承及第一角接触球轴承的内圈与主轴过盈连接，第二角接触球轴承及第一角接触球轴承的外圈通过轴承外圈第一、二轴承固定套与壳体过盈连接。

所述自平衡装置包括平衡头、控制仪和螺旋电缆，平衡头两端用平衡头部件紧固螺钉分别固定在靠近上端盖一侧的主轴端部及轴承外圈第三固定套上，所述平衡头可以选用有线平衡头或无线平衡头，平衡头与平衡头的底座之间用螺旋电缆两端接头的螺纹进行连接。

所述壳体上沿轴向开有定转子冷却进水通道和定转子冷却出水通道，壳体内壁沿周向间隔设置有多个环形冷却水槽，定转子冷却进水通道出水端与其最近的环形冷却水槽相通，进水端设置在下端盖上，下端盖上设置有定转子冷却通道接嘴；定转子冷却出水通道进水端通过定转子冷却出水口与其最近的环形冷却水槽相通，出水端设置在下端盖上。

所述第一、二轴承固定套、壳体内开有第一润滑油气通道，第一润滑油气通道的出口端与第一轴承润滑套相通，进口端设置在下端盖上，下端盖上设置有油气接嘴；所述第三、四轴承固定套、壳体内开有第三轴承润滑通道，第三轴承润滑通道的出口端与第三轴承润滑套相通，进口端设置在下端盖上，下端盖上设置有相应的接嘴。

本实用新型的有益效果是：本实用新型首次在电主轴中引入主轴在线动平衡的功能，能够根据不平衡量自动在线调节，进而使主轴呈现动平衡，这为加工中心的高速化发展提供了有力保障，节省了在电主轴发生不平衡故障时需进行停机维修的时间；同时为了进一步的提高电主轴运性能以及制造时的加工精度提供了很大的帮助。

附图说明

图1为本实用新型一种自平衡电主轴的主视半剖图；

图2为图1中A处的放大图；

其中，

1-第一、二轴承固定套，2-上端盖，3-轴承外挡油环，4-自平衡装置，5-轴承内挡油环，6-主轴，7-第一轴承润滑套，8-第一角接触轴承，9-第二角接触轴承，10-第一润滑油气通道，11-壳体，12-振动传感器，13-定子线圈，14-转子线圈，15-第三角接触轴承，16-第三、四轴承固定套，17-第三轴承润滑套，18-轴承预紧力调节弹簧，19-下端盖，20-定转子冷却通道接嘴，21-轴承外圈第三固定套，22-紧固螺钉，23-轴承外圈第二固定套，24-平衡头部件紧固螺钉，25-电主轴接线端口，26-第四角接触轴承，27-第三轴承润滑通道，28-转子紧固螺母，29-挡油环，30-定转子冷却进水通道，31-定转子冷却出水通道，32-定转子冷却出水口。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案和效果作详细描述。

如图1-2所示，一种自平衡电主轴6，包括主轴6、壳体11、上端盖2、下端盖19、转子线圈14、定子线圈13、自平衡装置4，所述转子线圈14固定套装在主轴6中部，转子线圈14两端设置有转子紧固螺母28，转子线圈14外部依次设置定子线圈13和壳体11，定子线圈13通过挡油环29固定安装在壳体11内表面，壳体11端部向外突出于主轴6端部；所述下端盖19安装在壳体11一端，电主轴6接线端口设置在下端盖19上，壳体11另一端过盈连接有第一、二轴承固定套1，第一、二轴承固定套1端部安装有上端盖2，上端盖2与主轴6间设置有轴承外挡油环3；所述主轴6另一端通过紧固螺钉22安装有轴承外圈第三固定套21；所述主轴6为空心轴，自平衡装置4穿过主轴6的中心孔，两端分别固定在靠近上端盖2一侧的主轴6端部及轴承外圈第三固定套21上，所述自平衡装置4的环形线可放置在中心孔内。所述轴承外圈第三固定套21与转子线圈14之间的主轴6上，由主轴6端部一侧至内部依次套装有第四角接触轴承26、第三轴承润滑套17及第三角接触轴承15，第四角接触轴承26及第三角接触轴承15的内圈与主轴6过盈连接，第四角接触轴承26及第三角接触轴承15的外圈通过轴承外圈第三、四轴承固定套16与壳体11一部分内表面过盈连接，所述第三轴承润滑套17与主轴6间设置有轴承内挡油环5；所述第四角接触轴承26与轴承外圈第三固定套21间设置有轴承外圈第二固定套23，轴承轴向限位螺母与轴承外圈第二固定套螺纹连接；所述转子线圈14与上端盖2和轴承外挡油环3之间的主轴6上，由主轴6内部至主轴6端部一侧依次套装有第二角接触轴承9、第一轴承润滑套7、第一角接触轴承8，第二角接触轴承9及第一角接触轴承8的内圈与主轴6过盈连接，第二角接触轴承9及第一角接触轴承8的外圈、第一轴承润滑套7通过轴承外圈第一、二轴承固定套1与壳体11过盈连接，所述第一轴承润滑套7与主轴6间设置有轴承内挡油环5，第一轴承润滑套7与轴承内挡油环5过盈连接。所述壳体11上安装有振动传感器12，所述振动传感器12与自平衡装置4电连接。

所述自平衡装置4包括平衡头、控制仪和螺旋电缆，平衡头两端用平衡头部件紧固螺钉24分别固定在靠近上端盖2一侧的主轴6端部及轴承外圈第三固定套21上，所述平衡头可以选用有线平衡头或无线平衡头，平衡头与平衡头的底座之间用螺旋电缆两端接头的螺纹进行连接，振动传感器12与控制仪电连接。振动传感器12将采集的振动信号传递给控制仪，控制仪对自平衡装置4发出相应信号，控制电主轴6的平衡。当电主轴6被不平衡因素所影响时，电主轴6的振动幅值会变大而且其相关的其他的性能会发生变化，比如运行的精度还有在运转时的噪声会很大，此时可以通过振动传感器12和自平衡装置4直接在不停机的情况下去平衡这个不平衡量，以此来保证电主轴6的运行精度。

在电主轴6运行过程中，温度因素是影响运行精度的首要因素，为了降低电主轴6发热行为，针对定转子损耗发热设置了水冷结构，所述壳体11上沿轴向开有定转子冷却进水通道30和定转子冷却出水通道31，壳体11内壁沿周向间隔设置有多个环形冷却水槽，本实施例中有三个，定转子冷却进水通道30出水端与其最近的环形冷却水槽相通，进水端设置在下端盖19上，下端盖19上设置有定转子冷却通道接嘴20；定转子冷却出水通道31进水端通过定转子冷却出水口32与其最近的环形冷却水槽相通，出水端设置在下端盖19上。以上水冷结构能够有效降低定转子的温度，从而降低定转子的发热高温对主轴6及各个轴承产生的不良影响。

另外，除了定转子损耗发热这一影响因素，还有轴承自身的摩擦发热，而轴承的发热主要由摩擦引起。因此针对所有轴承均设计了润滑结构，所述第一、二轴承固定套1、壳体11内开有第一润滑油气通道10，为第一角接触轴承8和第二角接触轴承9提供润滑，第一润滑油气通道10的出口端与第一轴承润滑套7相通，进口端设置在下端盖19上，下端盖19上设置有油气接嘴。所述第三、四轴承固定套16、壳体11内开有第三轴承润滑通道27，为第三角接触轴承15和第四角接触轴承26提供润滑，第三轴承润滑通道27的出口端与第三轴承润滑套17相通，进口端设置在下端盖19上，下端盖19上设置有相应的接嘴。以上润滑结构能够在降低轴承摩擦程度，同时辅以上述水冷散热，最大程度限制了轴承的摩擦发热。

所述壳体11与第三轴承润滑套17的端部间设置有轴承预紧力调节弹簧18，用于调整第三角接触轴承15和第四角接触轴承26的轴向预紧力。

上述水冷结构和润滑结构能够防止轴承温度的快速升高，最大程度缓解各个轴承的热变形。随着电主轴6转速的继续提高，通过水冷散热和轴承润滑的方式能够起到缓解轴承热变形的效果会逐渐降低，此时为了保证高转速状态下的电主轴6的运行精度，自平衡装置4将逐渐起效。随着转速的升高以及使用时间的变化，电主轴6内轴承出现损坏或者主轴6本身出现质量缺失或者增加引起的不平衡，会导致电主轴6运行精度降低或者噪声变大时，自平衡装置4的振动传感器12能够捕捉到这种信号，将信号传递给控制仪，进而让控制仪控制平衡头去平衡这个不平衡量，以保证电主轴6的正常运转。这不仅保证了电主轴6的运行精度，也能够节省电主轴6在运用于机床时的生产准备时间。

Claims (5)

1.一种自平衡电主轴，其特征在于：包括主轴、壳体、上端盖、下端盖、转子线圈、定子线圈、自平衡装置，所述转子线圈固定套装在主轴中部，转子线圈外部依次设置定子线圈和壳体，定子线圈通过挡油环固定安装在壳体内表面；所述下端盖安装在壳体一端，电主轴接线端口设置在下端盖上，壳体另一端过盈连接有第一、二轴承固定套，第一、二轴承固定套端部安装有上端盖，上端盖与主轴间设置有轴承外挡油环；所述主轴另一端通过紧固螺钉安装有轴承外圈第三固定套；所述主轴为空心轴，自平衡装置穿过主轴的中心孔，两端分别固定在靠近上端盖一侧的主轴端部及轴承外圈第三固定套上；所述轴承外圈第三固定套与转子线圈之间的主轴上，由主轴端部一侧至内部依次套装有第四角接触轴承、第三轴承润滑套及第三角接触轴承，第三轴承润滑套与主轴间设置有轴承内挡油环；所述第四角接触轴承与轴承外圈第三固定套间设置有轴承外圈第二固定套；所述转子线圈与上端盖和轴承外挡油环之间的主轴上，由主轴内部至主轴端部一侧依次套装有第二角接触轴承、第一轴承润滑套、轴承内挡油环、第一角接触球轴承，所述第一轴承润滑套与主轴间设置有轴承内挡油环，第一轴承润滑套与轴承内挡油环过盈连接；所述壳体上安装有振动传感器，所述振动传感器与自平衡装置电连接。

2.根据权利要求1所述的一种自平衡电主轴，其特征在于：所述第四角接触轴承及第三角接触轴承的内圈与主轴过盈连接，第四角接触轴承及第三角接触轴承的外圈通过轴承外圈第三、四轴承固定套与壳体一部分内表面过盈连接；第二角接触球轴承及第一角接触球轴承的内圈与主轴过盈连接，第二角接触球轴承及第一角接触球轴承的外圈通过轴承外圈第一、二轴承固定套与壳体过盈连接。

3.根据权利要求1所述的一种自平衡电主轴，其特征在于：所述自平衡装置包括平衡头、控制仪和螺旋电缆，平衡头两端用平衡头部件紧固螺钉分别固定在靠近上端盖一侧的主轴端部及轴承外圈第三固定套上，所述平衡头可以选用有线平衡头或无线平衡头，平衡头与平衡头的底座之间用螺旋电缆两端接头的螺纹进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种自平衡电主轴，其特征在于：所述壳体上沿轴向开有定转子冷却进水通道和定转子冷却出水通道，壳体内壁沿周向间隔设置有多个环形冷却水槽，定转子冷却进水通道出水端与其最近的环形冷却水槽相通，进水端设置在下端盖上，下端盖上设置有定转子冷却通道接嘴；定转子冷却出水通道进水端通过定转子冷却出水口与其最近的环形冷却水槽相通，出水端设置在下端盖上。

5.根据权利要求1所述的一种自平衡电主轴，其特征在于：所述第一、二轴承固定套、壳体内开有第一润滑油气通道，第一润滑油气通道的出口端与第一轴承润滑套相通，进口端设置在下端盖上，下端盖上设置有油气接嘴；所述第三、四轴承固定套、壳体内开有第三轴承润滑通道，第三轴承润滑通道的出口端与第三轴承润滑套相通，进口端设置在下端盖上，下端盖上设置有相应的接嘴。

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