一種高速高精高效動(dòng)靜壓電主軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及精密機(jī)床先進(jìn)功能部件主軸領(lǐng)域，尤其是涉及一種高速高精高效動(dòng)靜壓電主軸。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技進(jìn)步的飛速發(fā)展，對(duì)裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求日益提高，對(duì)金屬切削精密加工領(lǐng)域的技術(shù)要求更加迫切的向高切削速度、高加工精度、高進(jìn)給速度方向發(fā)展，是繼數(shù)控技術(shù)之后先進(jìn)制造技術(shù)具有重大進(jìn)步意義的高新技術(shù)。
[0003]高速精密電主軸是適應(yīng)現(xiàn)代高速加工技術(shù)發(fā)展起來(lái)的機(jī)電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品，應(yīng)用于軸承行業(yè)已有五十余年歷史。隨著機(jī)械制造業(yè)加工技術(shù)向高速、高精、高效方向的不斷發(fā)展，電主軸技術(shù)應(yīng)用范圍不斷拓寬，高速磨削、銑削、車(chē)削、鉆削、雕刻、加工中心等數(shù)控精密加工設(shè)備越來(lái)越多地采用精密電主軸作為核心功能部件，現(xiàn)已成為高檔數(shù)控設(shè)備的主要標(biāo)志。
[0004]高速精密電主軸的基本原理是把高速電機(jī)置于精密主軸內(nèi)部，電機(jī)和主軸一體化，實(shí)現(xiàn)零傳動(dòng)，具有高轉(zhuǎn)速、高精度、低噪聲、低溫升、體積小、安裝方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)主要有:高頻電機(jī)技術(shù)、精密制造技術(shù)、高速軸承潤(rùn)滑技術(shù)、系統(tǒng)冷卻技術(shù)、刀具接口技術(shù)、恒轉(zhuǎn)矩和矢量驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)等。
[0005]作為決定主軸回轉(zhuǎn)精度的軸承按摩擦類(lèi)型分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類(lèi)，滑動(dòng)軸承又分為動(dòng)壓軸承、靜壓軸承及動(dòng)靜壓軸承。滾動(dòng)軸承的缺陷是精度受限且易磨損、抗振性差、壽命短；動(dòng)壓軸承的優(yōu)點(diǎn)是高速時(shí)承載力大而啟動(dòng)和停車(chē)時(shí)易磨損；靜壓軸承的特點(diǎn)是油膜將相對(duì)滑動(dòng)面完全隔開(kāi)，有高精度、高承載力、高抗振性及長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)而在機(jī)床行業(yè)廣泛應(yīng)用；動(dòng)靜壓軸承綜合了靜壓和動(dòng)壓軸承的優(yōu)點(diǎn)而具有更高的性能且節(jié)能環(huán)保而更有發(fā)展前途。
[0006]傳統(tǒng)電主軸普遍采用滾動(dòng)軸承作為主軸支承，存在回轉(zhuǎn)精度低、振動(dòng)大、剛性欠佳、壽命短、維修頻繁、累積維護(hù)費(fèi)用高等弊端。
[0007]目前也有少量靜壓、動(dòng)靜壓主軸應(yīng)用于高檔機(jī)床，但多數(shù)為低速，套筒結(jié)構(gòu)，皮帶傳動(dòng)的應(yīng)用，止推軸承往往為對(duì)置的平面軸承放在主軸的一端，密封形式也停留在間隙密封或骨架密封。鑒于端面止推軸承在高速時(shí)不能克服慣性離心力對(duì)油腔壓力穩(wěn)定性的影響，因此不適用于高速、超高速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的是為解決現(xiàn)有動(dòng)靜壓軸承中采用間隙密封或骨架密封的密封形式造成的密封效果差以及端面止推軸承在高速時(shí)不能克服慣性離心力對(duì)油腔壓力穩(wěn)定性的影響，因此不適用于高速、超高速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題，提供一種高速高精高效動(dòng)靜壓電主軸。
[0009]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題的不足，所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種高速高精高效動(dòng)靜壓電主軸，包括殼體、安裝在殼體內(nèi)的主軸、定子和轉(zhuǎn)子，主軸包括芯軸、前軸肩、后軸肩、前軸頸和后軸頸，前軸頸和后軸頸分別通過(guò)前軸肩和后軸肩連接在芯軸的兩端，且芯軸、前軸肩、后軸肩、前軸頸和后軸頸為一體結(jié)構(gòu)，定子安裝在殼體內(nèi)、轉(zhuǎn)子固定在主軸的芯軸上，轉(zhuǎn)子的兩端還設(shè)置有平衡環(huán)，且定子與轉(zhuǎn)子配合構(gòu)成電機(jī)以驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸的前軸頸和后軸頸均為圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，且前軸頸和后軸頸大直徑的一端與主軸的芯軸連接，主軸的前軸頸通過(guò)前軸承安裝在殼體前端的軸承座孔內(nèi)，前軸承通過(guò)前壓蓋密封在殼體內(nèi)，殼體的后端還安裝有后軸座，主軸的后軸頸通過(guò)后軸承安裝在后軸座的軸承座孔內(nèi)，后軸承通過(guò)調(diào)整蓋密封在后軸座內(nèi)，并且調(diào)整蓋與后軸座之間通過(guò)螺紋配合的方式連接以便于通過(guò)擰動(dòng)調(diào)整蓋改變軸承間隙，與前軸肩對(duì)應(yīng)的殼體上開(kāi)設(shè)有旋向?yàn)橛倚那奥菪芊獠?，通過(guò)前螺旋密封槽和前軸肩配合以阻止前軸承處的潤(rùn)滑油進(jìn)入芯軸段，與后軸肩對(duì)應(yīng)的后軸座上開(kāi)設(shè)有旋向?yàn)樽笮暮舐菪芊獠郏ㄟ^(guò)后螺旋密封槽和后軸肩配合以阻止后軸承處的潤(rùn)滑油進(jìn)入芯軸段。
[0011]所述的殼體內(nèi)部還設(shè)置有隔水套，隔水套與殼體之間通過(guò)過(guò)盈配合的方式連接在一起，隔水套與殼體的側(cè)壁上設(shè)有相連通的通孔，在該通孔內(nèi)設(shè)置有定位頂絲，定子安裝在隔水套內(nèi)并通過(guò)定位頂絲確定定子的安裝位置。
[0012]與隔水套相互連接的殼體上還開(kāi)設(shè)有螺旋制冷水槽，螺旋制冷水槽與隔水套配合構(gòu)成電機(jī)制冷回路，所述電機(jī)制冷回路通過(guò)進(jìn)水接頭與水源連接，電機(jī)制冷回路還通過(guò)排水接頭與排水裝置連接。
[0013]所述的殼體上開(kāi)設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)油孔，且油孔外緣設(shè)置有堵頭，油孔配合堵頭形成殼體內(nèi)的油路，油路包括進(jìn)油路和回油路。
[0014]所述的前軸承和后軸承均采用圓錐動(dòng)靜壓軸承，圓錐動(dòng)靜壓軸承寬徑比為5:8，圓錐動(dòng)靜壓軸承的錐孔全角為24度，圓錐動(dòng)靜壓軸承的錐孔工作面上開(kāi)設(shè)有小端閉口、大端開(kāi)口的周向回油槽以實(shí)現(xiàn)主軸潤(rùn)滑油從回油路排出，減少前端處的潤(rùn)滑油滲出，每?jī)蓚€(gè)周向回油槽之間均設(shè)置有油墊，且油墊的封油邊內(nèi)設(shè)有淺油腔，圓錐動(dòng)靜壓軸承上設(shè)置有小孔節(jié)流器，小孔節(jié)流器上開(kāi)設(shè)有便于將小孔節(jié)流器油槽內(nèi)的潤(rùn)滑油通入淺油腔并保持淺油腔油壓的節(jié)流孔。
[0015]所述的前壓蓋外部還設(shè)有防塵蓋，與主軸連接處的前壓蓋上開(kāi)設(shè)有限制前軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油外泄的密封溝槽，殼體前端還套設(shè)有護(hù)套。
[0016]所述的調(diào)整蓋后部設(shè)有調(diào)整孔，便于插入調(diào)整扳手來(lái)調(diào)整軸承徑向間隙，調(diào)整蓋后部還安裝有鎖緊頂絲以鎖緊限制調(diào)整蓋的自由移動(dòng)。
[0017]所述的后軸座上還安裝有用于將后軸承密封在殼體內(nèi)的后大蓋，后大蓋上安裝有電源座，電源座通過(guò)電源線與定子的線包連接并為定子線包供電。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型由高精度動(dòng)靜壓主軸系統(tǒng)和高精度變頻調(diào)速大功率電機(jī)組合而成。主軸系統(tǒng)采用獨(dú)特的適應(yīng)高速、超高速穩(wěn)定運(yùn)行的圓錐動(dòng)靜壓軸承作為主軸支承，為有周向回油槽多油墊小孔節(jié)流圓錐結(jié)構(gòu)，對(duì)置安放，排除了慣性離心力的影響，徑向間隙調(diào)整方便。主軸依靠外部液壓系統(tǒng)供給壓力油，壓力油進(jìn)入軸承油腔中將軸頸浮起，保證軸頸在主軸額定轉(zhuǎn)速下和預(yù)定負(fù)荷下都與軸承處于完全液體摩擦狀態(tài)。主軸轉(zhuǎn)速越高，動(dòng)壓效應(yīng)越強(qiáng)，主軸剛性就越高，主軸動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)精度極高。因主軸軸頸與軸承被剛性油膜隔開(kāi)，不存在金屬摩擦，主軸的理論壽命是無(wú)限的，且具有承載力大、剛性強(qiáng)、抗振性好，回轉(zhuǎn)精度超高、壽命長(zhǎng)、精度保持性好、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、調(diào)整維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
[0019]總體而言本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)、合理，零件少，精度高，成本低，便于批量生產(chǎn)，裝配、調(diào)整、維修方便、快捷。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖示標(biāo)記:1、主軸;101、前軸頸;102、前軸肩;103、芯軸;104、后軸肩;105、后軸頸；2、前壓蓋；3、防塵蓋；4、護(hù)套；5、前軸承；6、殼體；7、堵頭；8、平衡環(huán)；9、隔水套；10、轉(zhuǎn)子；11、定子；12、后軸座；14、后軸承；15、調(diào)整蓋；16、后大蓋；17、電源座；18、進(jìn)水接頭；19、小孔節(jié)流器；20、周向回油槽；21、淺油腔；22、后螺旋密封槽；23、螺旋制冷水槽；24、定位頂絲；25、回油路；26、進(jìn)油路；27、節(jié)流孔；28、密封溝槽；29、泄油孔；30、鎖緊頂絲。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖中所示，【具體實(shí)施方式】如下:
[0023]一種高速高精高效動(dòng)靜壓電主軸，包括殼體6、安裝在殼體內(nèi)的主軸1、定子11和轉(zhuǎn)子10，主軸I包括芯軸103、前軸肩102、后軸肩104、前軸頸101和后軸頸105，前軸頸101和后軸頸105分別通過(guò)前軸肩102和后軸肩104連接在芯軸103的兩端，且芯軸103、前軸肩102、后軸肩104、前軸頸101和后軸頸105為一體結(jié)構(gòu)，定子11安裝在殼體6內(nèi)、轉(zhuǎn)子10固定在主軸I的芯軸103上，轉(zhuǎn)子10的兩端還設(shè)置有平衡環(huán)8，且定子11與轉(zhuǎn)子10配合構(gòu)成電機(jī)以驅(qū)動(dòng)主軸I轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸I的前軸頸101和后軸頸105均為圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，且前軸頸101和后軸頸105大直徑的一端與主軸I的芯軸103連接，主軸I的前軸頸101通過(guò)前軸承5安裝在殼體6前端的軸承座孔內(nèi)，前軸承5通過(guò)前壓蓋2密封在殼體6內(nèi)，殼體6的后端還安裝有后軸座12，主軸I的后軸頸105通過(guò)后軸承14安裝在后軸座12的軸承座孔內(nèi)，后軸承14通過(guò)調(diào)整蓋15密封在后軸座12內(nèi)，并且調(diào)整蓋15與后軸座12之間通過(guò)螺紋配合的方式連接以便于通過(guò)擰動(dòng)調(diào)整蓋15改變軸承間隙，與前軸肩102對(duì)應(yīng)的殼體6上開(kāi)設(shè)有旋向?yàn)橛倚那奥菪芊獠?，通過(guò)前螺旋密封槽和前軸肩102配合以阻止前軸承5處的潤(rùn)滑油進(jìn)入芯軸103段，與后軸肩104對(duì)應(yīng)的后軸座12上開(kāi)設(shè)有旋向?yàn)樽笮暮舐菪芊獠?2，通過(guò)后螺旋密封槽22和后軸肩104配合以阻止后軸承14處的潤(rùn)滑油進(jìn)入芯軸103段，此處為了避免潤(rùn)滑油進(jìn)入芯軸段采用的是動(dòng)密封的方式，在主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，進(jìn)入前螺旋密封槽和后螺旋密封槽內(nèi)的潤(rùn)滑油由于設(shè)置的旋向，使得在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不斷的被旋出重新返回軸承的潤(rùn)滑油油道內(nèi)，無(wú)法進(jìn)入芯軸段，從而起到密封的作用，同時(shí)由于潤(rùn)滑油具有粘附性，這樣軸承的潤(rùn)滑油油道內(nèi)的潤(rùn)滑油在進(jìn)入前螺旋密封槽和后螺旋密封槽內(nèi)時(shí)，會(huì)與前螺旋密封槽和后螺旋密封槽內(nèi)被旋出的潤(rùn)滑油相互作用，增大了潤(rùn)滑油芯軸額難度從而提高密封效果，螺旋槽與軸承之間的臺(tái)階處銑有上下兩個(gè)R槽，用于方便維修拆卸軸承，前后軸承錐孔大口端相對(duì)，主軸I兩端的軸頸分別支承于前軸承5和后軸承14之中，前軸承5前端裝有定位前壓蓋2，前壓蓋2外安裝有防塵蓋3，后軸承14后部裝有調(diào)整蓋15，可調(diào)整軸承間隙即油膜厚度，并設(shè)有鎖緊頂絲30，前后軸承都采用適宜超高速穩(wěn)定運(yùn)行的新型圓錐動(dòng)靜壓軸承，軸承寬徑比為5:8，圓錐動(dòng)靜壓軸承的錐孔全角24度，圓錐動(dòng)靜壓軸承的錐孔工作面上開(kāi)設(shè)有小端閉口、大端開(kāi)口的周向回油槽20 (以實(shí)現(xiàn)主軸潤(rùn)滑油從回油路排出，減少前端處的潤(rùn)滑油滲出)、油腔21 (每?jī)蓚€(gè)周向回油槽之間均設(shè)置有油墊，且油墊的封油邊內(nèi)設(shè)有淺油腔)，采用小孔節(jié)流器19軸承結(jié)構(gòu)。主軸前后軸頸與前后軸承之間設(shè)有間隙，間隙大小可由調(diào)整蓋15控制、調(diào)節(jié)，調(diào)整蓋15還起密封后油路、泄油的作用，運(yùn)行時(shí)軸承間隙內(nèi)充滿高壓油液介質(zhì)將主軸浮起，并由大功率變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作。
[0024]所述的殼體6內(nèi)部還設(shè)置有隔水套9，隔水套9與殼體6之間通過(guò)過(guò)盈配合的方式連接在一起，隔水套9與殼體6的側(cè)壁上設(shè)有相連通的通孔，在該通孔內(nèi)設(shè)置有定位頂絲24，定子11安裝在隔水套9內(nèi)并通過(guò)定位頂絲24確定定子11的安裝位置。
[0025]與隔水套9相互連接的