本發(fā)明涉及精密數(shù)控機床技術領域，尤其涉及一種高速高精度內置式動靜壓電主軸。

背景技術：

隨著中國制造2025的提出，對制造業(yè)提出了更高的要求，要求數(shù)控機床向精密化、高速化、智能化方向發(fā)展，主軸作為數(shù)控機床的核心部件，其動態(tài)性能直接決定著機床的加工精度。目前，越來越多的高檔數(shù)控機床主軸開始采用電主軸結構，電主軸是將機床主軸與內置電機轉子通過過盈配合而融為一體，不再使用皮帶或齒輪傳動，省去了中間機械傳動環(huán)節(jié)，并且將主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結構中相對獨立出來，從而實現(xiàn)機床的“零傳動”，具有結構緊湊、重量輕、慣性小、調速范圍寬、振動噪聲小等優(yōu)點，因此被廣泛應用于各種精密與超精密機床。軸承是電主軸系統(tǒng)的核心支承部件，對軸承的要求，除了需要高的精度、高剛度、高承載能力、潤滑性能好和發(fā)熱量小外，更重要的是必須適于高速運行。目前，可用于電主軸支承的軸承主要有：滾動軸承、動靜壓軸承和氣浮軸承等，由于動靜壓軸承利用油膜的動壓效應承載，具有誤差均化和緩沖吸振的作用，承載力大回轉精度高、剛度大、磨損小、壽命長。因此，精密數(shù)控機床普遍采用動靜壓軸承作為主軸支承部件。

動靜壓軸承在高速工作過程中由于摩擦生熱，其中大部分熱量被潤滑油帶走，剩下的熱量向軸承座和主軸傳導，主軸在軸向和徑向都會產生一定的熱變形，一般主軸單元前軸承負荷比后軸的大，所以前軸承的發(fā)熱量也比后軸承大，從而造成前、后軸承溫度差，導致主軸產生熱變形，熱變形的結果使主軸前端會出現(xiàn)“抬頭”現(xiàn)象，且機床主軸轉速越高，軸承發(fā)熱越嚴重，主軸單元熱變形也越大，當發(fā)熱量過大或溫升超過一定值時，由主軸熱變形引起的誤差將會影響機床的加工精度。因此，必須采取有效措施來降低前、后軸承的溫差，降低主軸單元熱變形對數(shù)控機床加工精度的影響。此外，由于主軸系統(tǒng)的受力變形、熱變形以及砂輪磨損不均勻等造成主軸系統(tǒng)不平衡所引發(fā)的振動也嚴重影響著數(shù)控機床的加工精度和加工效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高速高精度內置式動靜壓電主軸，以提主軸系統(tǒng)在高速下動態(tài)性能。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是提供了一種高速高精度內置式動靜壓電主軸，其特征在于，包括箱體，前軸承及后軸承分別通過前軸承端蓋及后軸承端蓋設于箱體內，由前軸承和后軸承共同支承內部帶有在線動平衡頭的主軸，在箱體上設有進油孔及出油孔，進油孔經由油路與出油孔相通，油路分為2部分，一部分通過進油孔進入前軸承和后軸承中，將主軸懸浮在前軸和后軸承的間隙中形成純液體潤滑，另一部分供給前軸承和前軸承端蓋，使主軸實現(xiàn)軸向定位，砂輪通過法蘭盤設于前軸承端蓋上；

在主軸露于箱體外的部分外設有電機轉子，電機轉子外設有電機定子，電機定子安裝在電機殼體上，電機殼體與箱體連接固定在，電機殼體上設有電機定子冷卻油進口和電機定子冷卻油出口，電機定子冷卻油進口經由電子冷卻油路與電機定子冷卻油出口相通，由電機端蓋將電機殼體密封，主軸的端部露于電機端蓋外，在主軸的該端部上設有在線動平衡頭接收器及編碼器。

優(yōu)選地，在所述前軸承和所述后軸承的內壁面均布有五個靜壓油腔，且在一端的出油口分別安裝有溫度傳感器一和溫度傳感器二。

優(yōu)選地，所述砂輪通過螺釘安裝在所述法蘭盤上。

優(yōu)選地，所述油路上設有流量調節(jié)閥。

優(yōu)選地，所述前軸承與所述前軸承端蓋之間設有調整墊片。

優(yōu)選地，所述電機轉子通過隔熱套筒過盈配合安轉在所述后軸承之后。

本發(fā)明的結構與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：

1、采用溫度傳感器采集前、后軸承出油口的潤滑油溫度，然后將采集的溫度信號傳遞給控制器，控制器輸出信號給流量調節(jié)閥，通過控制后軸承的進油流量使得前、后軸承出油口的潤滑油的溫度差在2℃范圍內，如此降低了主軸的熱變形量，提高了電主軸系統(tǒng)的輸出精度。

2、采用電機位于后軸承之后的安裝方式，散熱條件好，采用隔熱套筒將電機轉子和主軸分開，大大降低了電機轉子的熱量向主軸的傳遞，電機采用油冷卻方式，減少了電機發(fā)熱對主軸單元的影響。

3、采用五腔動靜壓軸承作為支撐，承載能力大，磨損小，能夠均化誤差、緩沖吸振，回轉精度高。

4、后軸承端蓋采用隔熱材料，降低了電機產生的熱量向后軸承的傳遞，降低了主軸的熱變形量。

5、采用在線砂輪動平衡頭，在電主軸系統(tǒng)工作時進行實時動平衡，平衡效率高，降低了主軸系統(tǒng)不平衡所引起的振動。

綜上所述，本發(fā)明結構簡單，動態(tài)性能好，主軸轉數(shù)高、回轉精度高、熱變形小，可廣泛應用于精密磨床的砂輪電主軸、數(shù)控加工中心以及精密車床的主軸等。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為兩軸承溫度差控制原理圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

結合圖1及圖2，本發(fā)明提供的一種高速高精度內置式動靜壓電主軸，由砂輪1、法蘭盤2、前軸承端蓋3、調整墊片4、前軸承5、溫度傳感器一6、進油孔7、流量調節(jié)閥8、后軸承9、后軸承端蓋10、溫度傳感器二11、電機定子冷卻油進口12、電機定子冷卻油出口13、編碼器14、在線動平衡頭接收器15、螺釘16、在線動平衡頭17、箱體18、出油孔19、主軸20、電機定子21、電機轉子22、隔熱套筒23、電機殼體24、電機端蓋25、控制器26和溫度顯示器27等組成。

箱體18上設有進油孔7、出油孔19和流量調節(jié)閥8。所述的主軸20由過盈配合安裝在箱體18上的前軸承5和后軸承9共同支承，其內部裝有在線動平衡頭17，以及其末端設有在線動平衡頭接收器15以及編碼器14。所述的前軸承5和后軸承7均為動靜壓軸承，其中，前軸承5還具有端面軸承功能。前軸承5與前軸承端蓋3之間設有調整墊片4。后軸承端蓋10采用隔熱材料。此外，在前軸承5和后軸承7的內壁面還設有均布的五個靜壓油腔，且在一端的出油口分別安裝有溫度傳感器一6和溫度傳感器二11。所述的砂輪1通過螺釘16安裝在法蘭盤2上，法蘭盤2采用莫氏錐度五號安裝在主軸20的前端。所述的電機轉子22通過隔熱套筒23過盈配合安轉在后軸承9之后，電機定子21安裝在電機殼體24上，在電機殼體24上設有電機定子冷卻油進口12和電機定子冷卻油出口13，電機端蓋25將電機密封，電機殼體24與后軸承端蓋10一起安裝在箱體18上。

電主軸系統(tǒng)工作時，首先開啟液壓油泵，采用恒流量供油，油路分為2部分，一部分潤滑油通過進油孔7進入前軸承5和后軸承7中，將主軸20懸浮在前軸5和后軸承7的間隙中形成純液體潤滑；另一部分供給前軸承5和前軸承端蓋3，使主軸20實現(xiàn)軸向定位。然后，設置轉數(shù)、上電，啟動電機轉子22，此時在線動平衡頭17、編碼器14、溫度傳感器一6、溫度傳感器二11和流量調節(jié)閥8也開始工作，前軸承5和后軸承7的溫度以及溫差通過溫度傳感器一6和溫度傳感器二11反饋且顯示在溫度顯示器27上，一定時間后，電機定子21的油冷卻系統(tǒng)啟動。

從圖2可以看出，溫度傳感器一6和溫度傳感器二11采集到前軸承5和后軸承7的溫度后，會實時顯示在溫度顯示器27上，由于電主軸系統(tǒng)的重心以及工作載荷距離前軸承5較近，因此，前軸承5的承受的載荷要大于后軸承7，從而前軸承5的溫升要高于后軸承7。當前軸承5的溫度超過后軸承7溫度2℃時，控制器25發(fā)出信號使流量調節(jié)閥8動作使得后軸承7的供油流量減少，由于采用恒流量供油，那么前軸承5的供油流量就會增加，從而使得前軸承5溫度降低以及后軸承溫7度升高，當前軸承5的溫度和后軸承7的溫度溫差在2℃范圍內，控制器25發(fā)出信號使流量調節(jié)閥8停止動作，從而降低了電主軸系統(tǒng)熱變形對主軸輸出端精度的影響。

本發(fā)明結構簡單，電主軸系統(tǒng)的動態(tài)性能好，產生的熱變形小，能夠保證主軸在高速下的熱穩(wěn)定性，具有輸出精度高、高速動態(tài)性能好、可靠性高、使用壽命長等優(yōu)點，適用于大多數(shù)的精密數(shù)控機床的主軸。