CN219005683U - 磨削电主轴及数控加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及静压主轴的技术领域，特别涉及一种磨削电主轴及数控加工设备；磨削电主轴包括旋转主轴、轴壳、前端盖和单向反馈节流器，旋转主轴上形成有沿径向凸出的轴肩，轴壳和前端盖分别套设于旋转主轴上并位于轴肩的两侧，且前端盖与轴壳密封连接；轴壳和旋转主轴之间建立有用于径向静压支撑的径向静压轴承，轴壳和轴肩之间、前端盖和轴肩之间分别建立有用于轴向静压支撑的止推静压轴承；轴壳和前端盖上还分别设有单向反馈节流器，对应单向反馈节流器用于为对应静压轴承提供静压油液。可实现旋转主轴与轴壳及旋转主轴与前端盖间无任何的机械摩擦，并利用静压轴承的高阻尼特性和均化误差的特性还可实现静压主轴的高转速、长寿命以及高回转精度。

Description

磨削电主轴及数控加工设备

技术领域

本申请涉及静压主轴的技术领域，特别涉及一种磨削电主轴及数控加工设备。

背景技术

目前在高精度磨削机床方面，国产机床的技术先进性方面仍然落后于欧美日等先进国家，目前高精度磨削机床电主轴主要是采用陶瓷轴承或静压轴承技术来实现电主轴的高转速、高精度、高刚性，提高机床的加工精度、切削速度和切削力。而国内机床产品想要达到更高的精度、转速、刚性，只能通过进口相应的磨削电主轴进行解决，技术上严重受制于人，为实现高精度往往采用动、静压轴承结合的电主轴或纯静压电主轴，但目前国内生产的动、静压结合电主轴和静压电主轴刚度有限，回转精度有限，严重制约国产高速数控机床向高端领域发展。

目前国内的高端磨削电主轴主要为陶瓷轴承为主的接触式的磨削电主轴，或是以小孔节流或毛细管节流为主的液体或气体静压电主轴或动、静压结合的电主轴。陶瓷轴承为主的磨削电主轴由于陶瓷轴承属于接触式的轴承，受轴承本身精度影响，虽然切削刚度足够，但精度有限很难突破1μm以下；气体静压电主轴回转精度高，但切削刚度有限，受气体可压缩影响，只能加工硬度低的工件，如塑料或硬度较低的金属，以小孔节流和毛细管节流为主为液体静压电主轴或动、静压结合的电主轴，由于小孔节流器和毛细管节流器为固定液阻式节流器，所以产生的油膜刚度也收到限制，无法进一步提升磨削电主轴的刚度，这将直接影响磨削电主轴的切削刚度，进而影响加工效率。

因而，上述存在的技术问题亟待解决。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供磨削电主轴及数控加工设备，旨在解决包括以下至少一个问题：

现有的磨削电主轴存在加工精度不高的问题。

本申请第一方面提供一种磨削电主轴，在一个实施例中，所述磨削电主轴旋转主轴、轴壳、前端盖和单向反馈节流器，其中：

所述旋转主轴上形成有沿径向凸出的轴肩，所述轴壳和所述前端盖分别套设于所述旋转主轴上并位于所述轴肩的两侧，且所述前端盖与所述轴壳密封连接；

所述轴壳和所述旋转主轴之间建立有用于径向静压支撑的径向静压轴承，所述轴壳和所述轴肩之间、所述前端盖和所述轴肩之间分别建立有用于轴向静压支撑的止推静压轴承；

所述轴壳和所述前端盖上还分别设有所述单向反馈节流器，对应所述单向反馈节流器用于为对应静压轴承提供静压油液。

可选地，所述径向静压轴承包括在所述轴壳上沿径向设有的径向静压油腔；所述止推静压轴承包括在所述轴壳上沿轴向设有的轴向静压油腔，及包括在所述前端盖上沿轴向设有的轴向静压油腔，其中：

分别在所述径向静压油腔内、所述轴壳上设有的轴向静压油腔和所述前端盖上设有的轴向静压油腔内输入所述静压油液，以使所述轴壳和所述旋转主轴之间、所述轴壳和所述轴肩之间及所述前端盖和所述轴肩分别形成静压油膜。

可选地，所述径向静压油腔开设在所述轴壳与所述旋转主轴的配合面上；所述轴向静压油腔分别开设在所述轴壳和所述轴肩的配合面上、及所述前端盖和所述轴肩的配合面上。

可选地，每一所述静压油腔均设有对应的单向反馈节流器；所述径向静压油腔包括多个，其中：

多个所述径向静压油腔在所述轴壳上均匀分布，相邻径向静压油腔预留有间距，且所述间距相等。

可选地，所述轴壳上形成的轴向静压油腔与所述前端盖形成的轴向静压油腔为对称设置。

可选地，所述单向反馈节流器包括节流器底板、节流器上盖，及设于所述节流器底板和节流器上盖之间的节流膜片，其中：

所述节流器上盖开设有依次连通的上进油孔、上节流孔和上腔室，所述节流器底板上开设有依次连通的下进油孔、第一下节流孔、下腔室、第二下节流孔和出油孔，所述下进油孔为输入油孔，所述下进油孔和所述上进油孔相连通。

可选地，所述单向反馈节流器为液压先导式单向反馈节流器。

可选地，所述轴壳和所述旋转主轴之间、所述旋转主轴和所述前端盖之间，及所述轴壳和所述前端盖之间均采用间隙密封连接。

可选地，所述磨削电主轴还包括主轴电机组件，所述主轴电机组件与所述旋转主轴连接，所述主轴电机组件用于驱动所述旋转主轴进行转动加工。

本申请第二方面提供一种数控加工设备，在一个实施例中，所述数控加工设备包括上面第一方面任一项所述的磨削电主轴。

本申请的磨削电主轴，至少包括以下一个有益效果：

通过在轴壳和旋转主轴之间建立的径向静压轴承，轴壳和轴肩之间建立的止推静压轴承，及前端盖和轴肩之间建立的止推静压轴承，并配置对应的单向反馈节流器分别为对应的静压轴承提供静压油液，可使得轴壳和旋转主轴之间、轴壳和轴肩之间及前端盖和轴肩之间充满静压油液，即可使得旋转主轴在轴壳与前端形成的密闭空间内处于液体悬浮状态，并建立静压油膜，可以理解，通过径向静压轴承和止推静压轴承可以使旋转主轴获得径向承载和轴向承载，同时由径向静压轴承和止推静压轴承分别能够产生径向和轴向的油膜刚度，如此使得旋转主轴在该密闭空间内进行旋转运动时，旋转主轴与轴壳之间及旋转主轴与前端盖之间无任何的机械摩擦，并利用静压轴承的高阻尼特性和均化误差的特性还可实现静压主轴的高转速、长寿命以及高回转精度。

本申请实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点在说明书以及附图所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的磨削电主轴的一个示意图；

图2是本实用新型实施例提供的磨削电主轴的另一个示意图；

图3是本实用新型实施例提供的磨削电主轴的另一个示意图；

图4是本实用新型实施例提供的磨削电主轴的单向反馈节流器的一个示意图。

其中，如下为附图标记说明：

1-轴壳；

2-前端盖；

3-旋转主轴；

4-单向反馈节流器；41-节流器上盖；42-节流器底板；43-节流膜片；

5-主轴电机组件；

6-径向静压轴承；

7-止推静压轴承；

8-径向静压油腔；

9-轴向静压油腔。

具体实施方式

尽管在本申请的说明书文字及附图中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本申请的专利保护范围。凡是基于本申请的实质理念，利用本申请说明书文字及附图记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本申请的专利保护范围之内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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实用新型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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本申请第一方面提供一种磨削电主轴，如图1所示，该磨削电主轴包括旋转主轴3、轴壳1、前端盖2和单向反馈节流器4，其中：

旋转主轴3上形成有沿径向凸出的轴肩，轴壳1和前端盖2分别套设于旋转主轴3上并位于轴肩的两侧，由图2可看出，轴壳1套设于旋转主轴3上并位于旋转主轴3的轴肩的左侧，前端盖2套设于旋转主轴3上并位于旋转主轴3的轴肩的右侧，旋转主轴3的头端沿前端盖2露出，且前端盖2与轴壳1密封连接。

具体地，轴壳1和旋转主轴3之间建立有用于径向静压支撑的径向静压轴承6，轴壳1和轴肩之间、前端盖2和轴肩之间分别建立有用于轴向静压支撑的止推静压轴承7。

基于轴壳1和旋转主轴3之间建立的径向静压轴承6，轴壳1和轴肩之间建立的止推静压轴承7，及前端盖2和轴肩之间建立的止推静压轴承7，对应地，轴壳1和前端盖2上还分别设有单向反馈节流器4，对应单向反馈节流器4用于为对应静压轴承提供静压油液，也即，轴壳1上的单向反馈节流器4用于为轴壳1和旋转主轴3之间的径向静压轴承6提供静压油液，及用于为轴壳1和轴肩之间的止推静压轴承7提供静压油液，前端盖2上的单向反馈节流器4用于为前端盖2和轴肩之间的止推静压轴承7提供静压油液。具体地，该单向反馈节流器4可以配置为液压先导式的单向反馈节流器4，该种单向反馈节流器4利用载荷变动时引起的弹性薄膜的变形，从而改变节流器的液阻，进一步加大油腔压力差的平衡载荷，并使旋转主轴3又恢复到原始的趋势。

上述实施例中，通过在轴壳1和旋转主轴3之间建立的径向静压轴承6，轴壳1和轴肩之间建立的止推静压轴承7，及前端盖2和轴肩之间建立的止推静压轴承7，并配置对应的单向反馈节流器4分别为对应的静压轴承提供静压油液，可使得轴壳1和旋转主轴3之间、轴壳1和轴肩之间及前端盖2和轴肩之间充满静压油液，即可使得旋转主轴3在轴壳1与前端形成的密闭空间内处于液体悬浮状态，并建立静压油膜，可以理解，通过径向静压轴承6和止推静压轴承7可以使旋转主轴3获得径向承载和轴向承载，同时由径向静压轴承6和止推静压轴承7分别能够产生径向和轴向的油膜刚度，如此使得旋转主轴3在该密闭空间内进行旋转运动时，旋转主轴3与轴壳1之间及旋转主轴3与前端盖2之间无任何的机械摩擦，并利用静压轴承的高阻尼特性和均化误差的特性还可实现静压主轴的高转速、长寿命以及高回转精度。此外，由于单向反馈节流器4为可变液阻节流器，单向反馈节流器4的节流膜片43随着负载压力的增大而变形，从而改变单向薄膜反馈节流器的液阻，提高静压油膜的刚度，并使旋转主轴3中心的偏心距保持不变，从而获得更高的回转精度。

在一个实施例中，如图2和图3所示，径向静压轴承6包括在轴壳1上沿径向设有的径向静压油腔8；止推静压轴承7包括在轴壳1上沿轴向设有的轴向静压油腔9，及包括在前端盖2上沿轴向设有的轴向静压油腔9，其中：

分别在径向静压油腔8内、轴壳1上设有的轴向静压油腔9和前端盖2上设有的轴向静压油腔9内输入静压油液，以使轴壳1和旋转主轴3之间、轴壳1和轴肩之间及前端盖2和轴肩分别形成静压油膜。

上述实施例中，通过将对应静压轴承配置成轴壳1及前端盖2上的静压油腔，可使得仅对轴壳1及前端盖2进行相应加工即可实现，而无需改动旋转主轴3，可使得方案不仅容易实施，而且不会旋转主轴3结构，进一步保证了磨削电主轴的性能。

在一个实施例中，径向静压油腔8开设在轴壳1与旋转主轴3的配合面上；轴向静压油腔9分别开设在轴壳1和轴肩的配合面上、及前端盖2和轴肩的配合面上。

上述实施例中，通过在对应的配合面上开设的静压油腔，可使得输入静压油液后，配合面与配合面之间充盈有静压油液，如此可使得实现对旋转主轴3的静压支撑。

在一个实施例中，如图1和图3所示，径向静压油腔8包括多个，多个径向静压油腔8在轴壳1上均匀分布，相邻径向静压油腔8预留有间距，且间距相等，示例性地，轴壳1上加工有12个径向静压油腔8，6个一组平均分布在轴壳1的上部和下部，具体地，6个径向静压油腔8分布在轴壳1的上部，6个径向静压油腔8分布在轴壳1的下部，并对应以圆周形式均匀分布，即轴壳1的上部的6个径向静压油腔8以圆周形式均匀分布，相邻间的径向静压油腔8具备一定的间隔，且相应的间隔相同，同样地，轴壳1的下部的6个径向静压油腔8以圆周形式均匀分布，相邻间的径向静压油腔8具备一定的间隔，且相应的间隔相同。上述实施例中的均匀配置方式，可使得旋转主轴3与被安装的砂轮工装的总旋转质量始终处于对应相邻径向静压轴承6之间，这样的支撑效果最佳，以使得提高旋转主轴3加工的稳定性。

需要说明的是，上述实施例中涉及的个数数值仅用于举例说明，实际并不代表限定，除了配置的12个径向静压油腔8外，当然也可以配置4个、6个、8个、10个甚至14个、16个及以上，为避免累赘，此处便不展开赘述。

在一个实施例中，如图4所示，单向反馈节流器4包括节流器底板42、节流器上盖41，及设于节流器底板42和节流器上盖41之间的节流膜片43，其中：

节流器上盖41开设有依次连通的上进油孔、上节流孔和上腔室，节流器底板42上开设有依次连通的下进油孔、第一下节流孔、下腔室、第二下节流孔和出油孔，下进油孔为输入油孔，下进油孔和上进油孔相连通。

上述实施例中的单向反馈节流器4，通过在节流器底板42和节流器上盖41之间配置的节流膜片43形成上下腔室，及分别配置上节流孔、第一下节流孔及第二下节流孔，可以使得恒定压力的高压油经过单向反馈节流器4的节流器底板42的下进油孔进入后，一部分压力油经过节流器上盖41的上进油孔及上节流孔到达节流膜片43的上腔室，另一部分压力油经过节流器底板42的第一下节流孔及第二下节流孔，分别到达节流膜片43的下腔室和节流器底板42的出油孔。该第二下节流孔起到液压先导的作用。

在一个实施例中，每一静压油腔均设有对应的单向反馈节流器4，并对应配置为液压先导式单向反馈节流器4，如此可使得每一个液压先导式单向反馈节流器4均能够为静压油腔提供静压力，以保证旋转主轴3的径向和轴向的承载以及刚度，从而保证旋转主轴3的性能。

基于旋转主轴3上形成有沿径向凸出的轴肩，及轴壳1和前端盖2分别套设于旋转主轴3上并位于轴肩的两侧，为了使得旋转主轴3具备轴向自平衡的能力，在一个实施例中，轴壳1上形成的轴向静压油腔9与前端盖2形成的轴向静压油腔9为对称设置。如此使得轴壳1和前端盖2之间分别能提高对称的轴向静压支撑，如此实现旋转主轴3具备轴向自平衡的能力，以提高该磨削电主轴应用的稳定性。

在一个实施例中，轴壳1和旋转主轴3之间，旋转主轴3和前端盖2之间，及轴壳1和前端盖2之间均采用间隙密封连接。上述实施例中，通过对各部件间配置间隙密封，如此使得各部件之间的微小间隙能起到密封作用的同时，还可以使得输入静压油液的压力更加集中，以提高静压支撑的性能。

在一个实施例中，如图1所示，磨削电主轴还包括主轴电机组件5，主轴电机组件5与旋转主轴3连接，主轴电机组件5用于驱动旋转主轴3进行转动加工。

上述实施例中，通过将主轴电机组件5与旋转主轴3连接，该种直接连接的方式，可使得磨削电主轴的整体结构更加紧凑，并减少通过联轴器或皮带轮等连接方式进行连接时产生的功率损失，从而提高该磨削电主轴的加工效率。

下面以一个完整的实施例描述该磨削电主轴的工作过程：

在轴壳1上的进油口输入恒定压力的高压油，高压油经过轴壳1和前端盖2的内部油路分别到达各个单向反馈节流器4中，并经过每个单向反馈节流器4输出静压油液到每个静压油腔内，以建立对应的静压轴承，从而提供静压支撑力与油膜刚度，其中，轴壳1的径向静压油腔8可以在两个位置分别配置有6个，并对应平均分布成6个弧形，轴向静压油腔9可以配置有2个，并对称分布在旋转主轴3的轴肩的两侧，如此使得使旋转主轴3在静压轴承的作用下，旋转主轴3悬浮于静压油膜上。

由于静压轴承的建立中采用间隙密封，多余的油液通过间隙密封排出到轴壳1外部。当旋转主轴3径向或轴向受到外部载荷时，液压先导式单向反馈节流器4起到提高油膜刚度的作用，恒定压力的高压油经过单向反馈节流器4的节流器底板42的下进油孔进入后，一部分压力油经过节流器上盖41的上进油孔及上节流孔到达节流膜片43的上腔室，另一部分压力油经过节流器底板42的第一下节流孔及第二下节流孔，分别到达节流膜片43的下腔室和节流器底板42的出油孔。该第二下节流孔起到液压先导的作用，使得提前稳定静压油腔压力。

进一步地，上腔室的压力油挤压节流膜片43，流经第一下节流孔的液压油和第二下节流孔的液压油向上挤压节流膜片43，通过节流膜片43上下压力不同，能够起到调节出油口油液压力的作用，致使单向反馈节流器4的刚度发生变化，如此可使得当旋转主轴3受到径向或轴向负载时，旋转主轴3起初会偏向负载的方向，受载一侧静压油膜被挤压，压力升高，此时单向反馈节流器4的节流器底板42的出油孔压力增高，节流膜片43形变上移，通过第二下节流孔的流量增大，静压油腔压力增高，油膜刚度增大，以此平衡外部负载，从而使旋转主轴3径向或轴向上的位移保持不变，使静压的旋转主轴3获得较高的回转精度。

本申请第二方面提供一种数控加工设备，在一个实施例中，该数控加工设备包括上述第一方面任一实施例中的磨削电主轴。

可以理解，基于上述第一方面实施例中的磨削电主轴具有的诸多优点，该数控加工设备同样也具有诸多优点，为避免累赘，此处便不展开赘述。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磨削电主轴，其特征在于，包括旋转主轴、轴壳、前端盖和单向反馈节流器，其中：

所述旋转主轴上形成有沿径向凸出的轴肩，所述轴壳和所述前端盖分别套设于所述旋转主轴上并位于所述轴肩的两侧，且所述前端盖与所述轴壳密封连接；

所述轴壳和所述旋转主轴之间建立有用于径向静压支撑的径向静压轴承，所述轴壳和所述轴肩之间、所述前端盖和所述轴肩之间分别建立有用于轴向静压支撑的止推静压轴承；

所述轴壳和所述前端盖上还分别设有所述单向反馈节流器，对应所述单向反馈节流器用于为对应静压轴承提供静压油液。

2.如权利要求1所述的磨削电主轴，其特征在于，所述径向静压轴承包括在所述轴壳上沿径向设有的径向静压油腔；所述止推静压轴承包括在所述轴壳上沿轴向设有的轴向静压油腔，及包括在所述前端盖上沿轴向设有的轴向静压油腔，其中：

分别在所述径向静压油腔内、所述轴壳上设有的轴向静压油腔和所述前端盖上设有的轴向静压油腔内输入所述静压油液，以使所述轴壳和所述旋转主轴之间、所述轴壳和所述轴肩之间及所述前端盖和所述轴肩分别形成静压油膜。

3.如权利要求2所述的磨削电主轴，其特征在于，所述径向静压油腔开设在所述轴壳与所述旋转主轴的配合面上；所述轴向静压油腔分别开设在所述轴壳和所述轴肩的配合面上、及所述前端盖和所述轴肩的配合面上。

4.如权利要求2所述的磨削电主轴，其特征在于，每一所述静压油腔均设有对应的单向反馈节流器；所述径向静压油腔包括多个，其中：

多个所述径向静压油腔在所述轴壳上均匀分布，相邻径向静压油腔预留有间距，且所述间距相等。

5.如权利要求2所述的磨削电主轴，其特征在于，所述轴壳上形成的轴向静压油腔与所述前端盖形成的轴向静压油腔为对称设置。

6.如权利要求1所述的磨削电主轴，其特征在于，所述单向反馈节流器包括节流器底板、节流器上盖，及设于所述节流器底板和节流器上盖之间的节流膜片，其中：

所述节流器上盖开设有依次连通的上进油孔、上节流孔和上腔室，所述节流器底板上开设有依次连通的下进油孔、第一下节流孔、下腔室、第二下节流孔和出油孔，所述下进油孔为输入油孔，所述下进油孔和所述上进油孔相连通。

7.如权利要求1所述的磨削电主轴，其特征在于，所述单向反馈节流器为液压先导式单向反馈节流器。

8.如权利要求1-7任一项所述的磨削电主轴，其特征在于，所述轴壳和所述旋转主轴之间、所述旋转主轴和所述前端盖之间，及所述轴壳和所述前端盖之间均采用间隙密封连接。

9.如权利要求1-7任一项所述的磨削电主轴，其特征在于，所述磨削电主轴还包括主轴电机组件，所述主轴电机组件与所述旋转主轴连接，所述主轴电机组件用于驱动所述旋转主轴进行转动加工。

10.一种数控加工设备，其特征在于，所述数控加工设备包括如权利要求1-9任一项所述的磨削电主轴。

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