專利名稱：滑動軸承式電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，具體涉及一種高速精密電主軸的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
背景技術(shù)：
以高切削速度、高進(jìn)給速度、高加工精度為主要特征的高速加工是當(dāng)代四大先進(jìn)制造技術(shù)之一，是繼數(shù)控技術(shù)之后使制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項高新技術(shù)。它不僅具有極高的生產(chǎn)率，而且可顯著地提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。高速精密電主軸作為高速數(shù)控加工機(jī)床中的核心功能部件，其性能的高低直接影響到高速加工機(jī)床的整體發(fā)展水平。
高速精密電主軸是一種直接依賴于軸承技術(shù)、精密制造與裝配等技術(shù)的高度機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品。其特點在于，將電機(jī)的功能與機(jī)床主軸功能從結(jié)構(gòu)上融為一體，省去了復(fù)雜的中間傳動環(huán)節(jié)，具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)動慣量小、可快速起動和停車、易于實現(xiàn)無級調(diào)速和精密控制等優(yōu)點。隨著現(xiàn)代裝備，制造業(yè)向高速度、高精度、高效率方向的飛速發(fā)展，對機(jī)床主軸單元的性能要求越來越高，電主軸正逐步取代傳統(tǒng)的皮帶傳動式機(jī)械主軸，成為現(xiàn)代機(jī)床主軸的主流結(jié)構(gòu)。
高速精密電主軸的軸承包括磁懸浮軸承、空氣軸承、滾動軸承和液體滑動軸承等。其中，磁懸浮軸承轉(zhuǎn)速高，磨損小，但由于其控制系統(tǒng)復(fù)雜，造價高，其作為機(jī)床主軸的實用性受到限制?？諝廨S承具有轉(zhuǎn)速高，磨損小，精度高的優(yōu)點，但由于其剛度小，承載能力有限，只能用于微小切削力加工的小功率主軸上。滾動軸承是目前機(jī)床主軸的主要支撐結(jié)構(gòu)，具有速度高、結(jié)構(gòu)簡單、可批量生產(chǎn)、維修時可以整體更換等優(yōu)點，但是存在兩個固有的不足一是由于滾動軸承是在接觸狀態(tài)下高頻率旋轉(zhuǎn)工作，不可避免地存在摩擦磨損和疲勞磨損，使用壽命較短，工作一段時間之后，必須拆開主軸進(jìn)行維修；并且由于主軸的維修及裝配要求維修人員的工藝水平很高，維修或更換主軸需要花費較多的時間和成本，降低了機(jī)床的生產(chǎn)作業(yè)效率。二是由于滾動軸承是依靠有限個滾動體的剛性接觸提供承載力，在軸承內(nèi)外滾道與滾珠接觸到的地方應(yīng)力很高，而沒有接觸到的地方應(yīng)力較小，在圓周方向上必然存在著變形不均勻的現(xiàn)象。因此采用滾動軸承作為支撐的機(jī)床主軸不適用于對加工精度和表面光潔度要求非常高的場合，如精密磨床、精密鏜床等。
液體滑動軸承由于承載能力強(qiáng)、潤滑介質(zhì)具有阻尼減振和“均化”誤差的作用，因此采用液體滑動軸承作為支撐的機(jī)床主軸剛性好、回轉(zhuǎn)精度高，非常適合于作為精密機(jī)床如精密磨床和精密鏜床的主軸部件。但是液體滑動軸承存在著液體介質(zhì)摩擦損耗高、軸承溫升高等缺點，從而導(dǎo)致采用液體滑動軸承作為支撐的機(jī)床主軸的工作轉(zhuǎn)速較低。同時，由于采用液體滑動軸承的主軸的前后軸承與主軸殼體之間為過盈連接，常常導(dǎo)致兩種不利情況出現(xiàn)1、如果先安裝軸承再安裝電機(jī)的定子，由于電機(jī)定子外圓徑向尺寸大于軸承內(nèi)孔尺寸，電機(jī)定子不能直接裝入兩軸承之間，只能置于兩軸承之外的主軸的后部，成為電機(jī)后置式主軸，導(dǎo)致主軸軸向尺寸過大，使主軸前端的剛性變差；2、如果要將電機(jī)定子裝入兩軸承之間，安裝時必須先將電機(jī)定子裝入殼體后再將后軸承裝入殼體后部，當(dāng)電機(jī)定子需要維修更換時，必須將與殼體過盈連接的后軸承先取出，才能取出電機(jī)定子，由于電機(jī)定子與殼體的過盈連接通常為“套死”的不再拆分的結(jié)構(gòu)，實施拆卸非常困難。
采用液體滑動軸承作為支撐的電主軸由于存在上述缺陷，導(dǎo)致其目前未能在機(jī)床上得到充分應(yīng)用，未能實現(xiàn)滑動軸承式電主軸作為單元功能部件的大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)合理、裝配維修工藝性好、主軸剛性好、可以實現(xiàn)高速化、精密化的滑動軸承式電主軸。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是它包括主軸、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、前、后軸承、殼體，前、后軸承支承于主軸兩端，其特征在于所述前軸承和后軸承為滑動軸承，在前軸承與主軸之間設(shè)置前浮環(huán)，后軸承與主軸之間設(shè)置后浮環(huán)，電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子置于前軸承和后軸承之間，電機(jī)定子的電纜通過殼體上的孔穿出外部。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的殼體由前軸承座和后軸承座組合而成，兩者通過緊固件緊固連接。
所述的前軸承置于前軸承座的前端，并通過該軸承前端設(shè)置的作軸向定位的凸緣定位，電機(jī)定子置于前軸承座的后端，后軸承置于后軸承座中，并通過該軸承后端設(shè)置的作軸向定位的凸緣定位，在電機(jī)定子后端設(shè)置有電機(jī)定子定位環(huán)，該電機(jī)定子定位環(huán)通過緊固件與電機(jī)定子和前軸承座緊固，所述的前浮環(huán)的前端設(shè)有一作軸向限位的凸緣，后浮環(huán)的后端設(shè)有作軸向限位的凸緣，在前軸承座的前端設(shè)置有前端蓋，前端蓋與前軸承之間設(shè)有前浮環(huán)止推調(diào)整墊，所述的前浮環(huán)止推調(diào)整墊套設(shè)于前浮環(huán)凸緣外圓周外，前端蓋和前浮環(huán)止推調(diào)整墊緊固于前軸承座上；所述的后浮環(huán)后端設(shè)有固定環(huán)，在后軸承與固定環(huán)之間設(shè)有后浮環(huán)止推調(diào)整墊，所述的后浮環(huán)止推調(diào)整墊套設(shè)于后浮環(huán)凸緣外圓周外，在固定環(huán)后端設(shè)有主軸止推環(huán)，所述主軸止推環(huán)通過鎖緊螺母固定于主軸上，在后軸承座的后端設(shè)置有與后軸承座緊固連接的后端蓋，后端蓋與固定環(huán)之間設(shè)有主軸止推環(huán)的調(diào)整墊，所述主軸止推環(huán)的調(diào)整墊套設(shè)于主軸止推環(huán)的外圓周外。
本發(fā)明的滑動軸承式電主軸，采用滑動軸承支承主軸，并在滑動軸承與主軸之間設(shè)置浮環(huán)，形成浮環(huán)式滑動軸承，主軸旋轉(zhuǎn)時，浮環(huán)的內(nèi)環(huán)面與主軸外圓面之間、浮環(huán)的外環(huán)面與軸承軸瓦之間都充滿有潤滑介質(zhì)，浮環(huán)在主軸帶動的潤滑介質(zhì)的帶動下旋轉(zhuǎn)。主軸的絕對旋轉(zhuǎn)速度是主軸相對于圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度和圓環(huán)相對于軸瓦的旋轉(zhuǎn)速度之和，因此在同樣的絕對轉(zhuǎn)速條件下，浮環(huán)式滑動軸承內(nèi)外油膜的速度明顯低于沒有采用浮環(huán)的傳統(tǒng)滑動軸承中的油膜的速度。由于速度減小導(dǎo)致摩擦損耗減少，溫升自然降低。換句話說，在同樣的溫升條件下，采用浮環(huán)式主軸可以實現(xiàn)更高的工作轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)主軸高速化。而且，由于傳統(tǒng)的單個滑動軸承變成了由浮環(huán)和滑動軸承組成的組合式軸承，可以拆分安裝，方便了軸承及主軸和電機(jī)定子的裝配拆卸。
本發(fā)明可將殼體做成拆分式結(jié)構(gòu)，分為可拆卸的前、后軸承座，可更方便地實現(xiàn)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子置于兩個滑動軸承之間的電主軸結(jié)構(gòu)，使電機(jī)定子的安裝、定位和拆卸維修方便。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各標(biāo)號表示1、前端蓋2、前浮環(huán)止推調(diào)整墊3、前浮環(huán)31、凸緣4、前軸承41、凸緣5、殼體 51、前軸承座52、后軸承座 6、主軸7、電機(jī)定子 8、電機(jī)轉(zhuǎn)子9、電機(jī)定子定位環(huán)11、后軸承111、凸緣12、后浮環(huán)121、凸緣13、后浮環(huán)止推調(diào)整墊14、固定環(huán) 15、主軸止推環(huán)16、鎖緊螺母 17、主軸止推環(huán)的調(diào)整墊18、后端蓋 19、電纜具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明的滑動軸承式電主軸，包括主軸6、電機(jī)定子7、電機(jī)轉(zhuǎn)子8、前、后軸承4、11、殼體5，前、后軸承4、11支承于主軸6兩端，前軸承4和后軸承11為滑動軸承，在前軸承4與主軸6之間設(shè)置前浮環(huán)3，后軸承11與主軸6之間設(shè)置后浮環(huán)12，形成浮環(huán)式滑動軸承，電機(jī)定子7和電機(jī)轉(zhuǎn)子8置于前軸承4和后軸承11之間，電機(jī)定子7的電纜19從殼體5穿出外部。前、后浮環(huán)3、12的內(nèi)環(huán)面與主軸6外圓面之間、前、后浮環(huán)3、12的外環(huán)面與前、后軸承4、11軸瓦之間都充滿有潤滑介質(zhì)，主軸6旋轉(zhuǎn)，帶動主軸6與前、后浮環(huán)3、12之間的液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)，液體介質(zhì)帶動前、后浮環(huán)3、12旋轉(zhuǎn)，前、后浮環(huán)3、12帶動浮環(huán)3、12與前、后軸承4、11之間的液體介質(zhì)旋轉(zhuǎn)。主軸6與前、后浮環(huán)3、12之間形成相對旋轉(zhuǎn)運動。主軸6的絕對旋轉(zhuǎn)速度是主軸6相對于前、后浮環(huán)3、12的旋轉(zhuǎn)速度和前、后浮環(huán)3、12相對于前、后軸承4、11軸瓦的旋轉(zhuǎn)速度之和，因此在同樣的絕對轉(zhuǎn)速條件下，浮環(huán)式滑動軸承內(nèi)外油膜的速度明顯低于沒有采用浮環(huán)的傳統(tǒng)滑動軸承中的油膜的速度。由于速度減小導(dǎo)致摩擦損耗減少，溫升自然降低。換句話說，在同樣的溫升條件下，采用浮環(huán)式主軸可以實現(xiàn)更高的工作轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的殼體5由前軸承座51和后軸承座52組合而成，兩者通過緊固件緊固連接。后軸承座52與后軸承11為過盈連接，如果需要將電機(jī)定子8從殼體5取出時，可以先把后軸承座52與后軸承11整體取出，可方便地進(jìn)行拆分安裝，解決了整體式殼體存在電機(jī)定子裝不進(jìn)或裝進(jìn)去后難以拆出、而如果電機(jī)定子置于兩軸承之外的主軸后部又會導(dǎo)致主軸軸向尺寸過大且主軸前端剛性變差的問題。前軸承4置于前軸承座51的前端，并通過該軸承前端設(shè)置的作軸向定位的凸緣41定位，電機(jī)定子7置于前軸承座51的后端，后軸承11置于后軸承座52中，并通過該軸承后端設(shè)置的作軸向定位的凸緣111定位，在電機(jī)定子后端設(shè)置有電機(jī)定子定位環(huán)9，該電機(jī)定子定位環(huán)9通過緊固件與電機(jī)定子7和前軸承座51緊固，對電機(jī)定子7起軸向定位作用，同時防止電機(jī)定子7在圓周方向的電磁扭矩作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)運動。前浮環(huán)3的前端設(shè)有一作軸向限位的凸緣31，后浮環(huán)12的后端設(shè)有作軸向限位的凸緣121，凸緣31、121分別限制前浮環(huán)3、后浮環(huán)12的軸向運動。在前軸承座51的前端設(shè)置有前端蓋1，前端蓋1與前軸承4之間設(shè)有前浮環(huán)止推調(diào)整墊2，前浮環(huán)止推調(diào)整墊2套設(shè)于前浮環(huán)的凸緣31外圓周外，前端蓋1和前浮環(huán)止推調(diào)整墊2緊固于前軸承座51上；后浮環(huán)12后端設(shè)有固定環(huán)14，在后軸承11與固定環(huán)14之間設(shè)有后浮環(huán)止推調(diào)整墊13，后浮環(huán)止推調(diào)整墊13套設(shè)于后浮環(huán)的凸緣121外圓周外，在固定環(huán)14后端設(shè)有主軸止推環(huán)15，主軸止推環(huán)15通過鎖緊螺母16固定于主軸6上，安裝時，由于主軸6采用主軸止推環(huán)15作為軸肩，在安裝電機(jī)轉(zhuǎn)子8等軸上零件之前，電機(jī)轉(zhuǎn)子8可以非常方便地從主軸6后端套入。在后軸承座52的后端設(shè)置有與后軸承座52緊固連接的后端蓋18，后端蓋18與固定環(huán)14之間設(shè)有主軸止推環(huán)的調(diào)整墊17，該主軸止推環(huán)的調(diào)整墊17套設(shè)于主軸止推環(huán)15的外圓周外?？赏ㄟ^磨削加工改變調(diào)整墊2、13、17的厚度，分別為前浮環(huán)3作軸向限位的凸緣31、后浮環(huán)12作軸向限位的凸緣121和主軸止推環(huán)15的左右兩側(cè)提供適當(dāng)?shù)拈g隙。
權(quán)利要求
1.一種滑動軸承式電主軸，包括主軸(6)、電機(jī)定子(7)、電機(jī)轉(zhuǎn)子(8)、前、后軸承(4)、(11)、殼體(5)，前、后軸承(4)、(11)支承于主軸(6)兩端，其特征在于所述前軸承(4)和后軸承(11)為滑動軸承，在前軸承(4)與主軸(6)之間設(shè)置前浮環(huán)(3)，后軸承(11)與主軸(6)之間設(shè)置后浮環(huán)(12)，電機(jī)定子(7)和電機(jī)轉(zhuǎn)子(8)置于前軸承(4)和后軸承(11)之間，電機(jī)定子(7)的電纜(19)從殼體(5)穿出外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動軸承式電主軸，其特征在于所述的殼體(5)由前軸承座(51)和后軸承座(52)組合而成，兩者通過緊固件緊固連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑動軸承式電主軸，其特征在于所述的前軸承(4)置于前軸承座(51)的前端，并通過該軸承前端設(shè)置的作軸向定位的凸緣(41)定位，電機(jī)定子(7)置于前軸承座(51)的后端，后軸承(11)置于后軸承座(52)中，并通過該軸承后端設(shè)置的作軸向定位的凸緣(111)定位，在電機(jī)定子(7)后端設(shè)置有電機(jī)定子定位環(huán)(9)，該電機(jī)定子定位環(huán)(9)通過緊固件與電機(jī)定子(7)和前軸承座(51)緊固，所述的前浮環(huán)(3)的前端設(shè)有一作軸向限位的凸緣(31)，后浮環(huán)(12)的后端設(shè)有作軸向限位的凸緣(121)，在前軸承座(51)的前端設(shè)置有前端蓋(1)，前端蓋(1)與前軸承(4)之間設(shè)有前浮環(huán)止推調(diào)整墊(2)，所述的前浮環(huán)止推調(diào)整墊(2)套設(shè)于前浮環(huán)凸緣(31)外圓周外，前端蓋(1)和前浮環(huán)止推調(diào)整墊(2)緊固于前軸承座(51)上；所述的后浮環(huán)(12)后端設(shè)有固定環(huán)(14)，在后軸承(11)與固定環(huán)(14)之間設(shè)有后浮環(huán)止推調(diào)整墊(13)，所述的后浮環(huán)止推調(diào)整墊(13)套設(shè)于后浮環(huán)凸緣(121)外圓周外，在固定環(huán)(14)后端設(shè)有主軸止推環(huán)(15)，所述主軸止推環(huán)(15)通過鎖緊螺母(16)固定于主軸(6)上，在后軸承座(52)的后端設(shè)置有與后軸承座(52)緊固連接的后端蓋(18)，后端蓋(18)與固定環(huán)(14)之間設(shè)有主軸止推環(huán)的調(diào)整墊(17)，所述主軸止推環(huán)的調(diào)整墊(17)套設(shè)于主軸止推環(huán)(15)的外圓周外。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滑動軸承式電主軸，旨在提供一種結(jié)構(gòu)合理、裝配維修工藝性好、主軸剛性好、可以實現(xiàn)高速化、精密化的高速精密滑動軸承式電主軸。它包括主軸(6)、電機(jī)定子(7)、電機(jī)轉(zhuǎn)子(8)、前、后軸承(4)、(11)、殼體(5)，前、后軸承(4)、(11)支承于主軸(6)兩端，其特征在于所述前軸承(4)和后軸承(11)為滑動軸承，在前軸承(4)與主軸(6)之間設(shè)置前浮環(huán)(3)，后軸承(11)與主軸(6)之間設(shè)置后浮環(huán)(12)，電機(jī)定子(7)和電機(jī)轉(zhuǎn)子(8)置于前軸承(4)和后軸承(11)之間，電機(jī)定子(7)的電纜(19)從殼體(5)穿出外部。本發(fā)明主要用作高速精密加工機(jī)床中。
文檔編號B23B19/02GK1597201SQ200410046640
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月9日
發(fā)明者熊萬里, 鄧新春 申請人:湖南大學(xué)