一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機(jī)械加工領(lǐng)域，并涉及一種機(jī)械加工構(gòu)件，特別涉及一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸。
【背景技術(shù)】
[0002]高速加工技術(shù)具有高速切削、高進(jìn)給速度、高加工精度的特點，是現(xiàn)代四大先進(jìn)制造技術(shù)之一，應(yīng)用高速加工技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行加工，能獲得較高的表面加工質(zhì)量以及加工精度，具有較高的生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，作為高速加工技術(shù)的主要應(yīng)用技術(shù)，電主軸是精密機(jī)械、精密模具、汽車、船舶、航空航天等精密產(chǎn)品制造領(lǐng)域所需要的高檔數(shù)控機(jī)床的核心功能部件之一，它的性能、水平和質(zhì)量在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率。隨著高速加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床尤其是高檔數(shù)控機(jī)床對于電主軸的性能要求越來越高，人們對常規(guī)電主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了各種各樣的改進(jìn)來提高電主軸性能，但已經(jīng)無法單純的通過改變電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計來達(dá)到高速加工機(jī)床對其性能的要求，因此必須通過改變電主軸的材料，引用更先進(jìn)的控制系統(tǒng)，提尚電機(jī)以及軸承的尚速性能，來大幅度的提尚電主軸的轉(zhuǎn)速、功率以及加工質(zhì)量等各方面的性能。人們隨著加工技術(shù)的進(jìn)步和更多新型材料的出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了一種更適合作為電主軸及軸承的材料:氮化硅(Si3N4)陶瓷。氮化硅陶瓷具有密度小、彈性模量大、線膨脹系數(shù)低、硬度高，耐高溫腐蝕、不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁等諸多優(yōu)點，與傳統(tǒng)的鋼制材料相比，在高速旋轉(zhuǎn)下主軸以及軸承產(chǎn)生的離心力更小，熱量更少，能在很大程度上改變高速電主軸的工作性能，使高速電主軸的速度和轉(zhuǎn)矩得到很大程度的提高。本實用新型提出一種新的主軸-軸承配置形式，即陶瓷主軸與陶瓷角接觸球軸承配合，中間加鋼套的配置形式，在主軸和軸承之間加鋼套是為了彌補(bǔ)軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異。選用陶瓷球軸承是因為它的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制造技術(shù)成熟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型目的在于提供一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，選擇熱壓氮化硅陶瓷作為主軸材料，是因為它密度小，彈性模量大，可以極大的提高電主軸各方面性能，選用陶瓷球軸承(只有滾動體為陶瓷，軸承內(nèi)、外圈為軸承鋼)是因為它的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制造技術(shù)成熟，在主軸和軸承之間加鋼套是為了彌補(bǔ)軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]—種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，包括有主軸外殼、陶瓷電主軸轉(zhuǎn)軸、陶瓷球軸承、前套筒、后套筒、轉(zhuǎn)子襯套、電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、冷卻裝置、預(yù)緊防松裝置、軸承潤滑系統(tǒng);前后套筒以及轉(zhuǎn)子襯套為鋼質(zhì)材料，軸承內(nèi)外圈為軸承鋼，軸承采用雙聯(lián)背靠背配置方式。
[0006]上述的一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其所述的定子冷卻采用水冷，冷卻水套和定子以及冷卻水套和電主軸箱體之間均采用過盈連接，前端為進(jìn)水口，后端為出水口實現(xiàn)循環(huán)水冷。
[0007]上述的一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其所述的軸承潤滑采用油氣潤滑，前端進(jìn)氣后端出氣，實現(xiàn)循環(huán)潤滑。
[0008]上述的一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其所述的前后套筒與電主軸轉(zhuǎn)軸采用小過盈連接，因為不需要傳遞扭矩，只要保證在高速旋轉(zhuǎn)下不脫離即可，還可以彌補(bǔ)軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異。
[0009]上述的一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其所述的轉(zhuǎn)子襯套為一個階梯過盈套，通過過盈連接把轉(zhuǎn)子和主軸轉(zhuǎn)軸連接起來，采用階梯形是為了便于前端軸承和轉(zhuǎn)子的拆卸。
[0010]本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0011]1.本實用新型采用陶瓷作為電主軸材料，陶瓷密度小，彈性模量大，可以降低主軸質(zhì)量，減小主軸的轉(zhuǎn)動慣量，提高主軸的耐高溫腐蝕性能，產(chǎn)生的熱量較少，能在很大程度上改變高速電主軸的工作性能。
[0012]2.本實用新型選用陶瓷球軸承，軸承滾珠采用陶瓷材料，可以大幅度減小滾珠的離心力載荷，相對鋼球軸承能有效提高電主軸轉(zhuǎn)速，并且陶瓷球軸承標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制造技術(shù)成熟。
[0013]3.本實用新型在陶瓷球軸承與主軸轉(zhuǎn)軸之間添加鋼質(zhì)套筒，是為了彌補(bǔ)軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異，添加套筒之后可以充分發(fā)揮出陶瓷主軸與陶瓷球軸承的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型電主軸結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2為本實用新型陶瓷主軸結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖3為本實用新型前套筒(a)與后套筒(b)結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖4為本實用新型轉(zhuǎn)子襯套結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖5為本實用新型陶瓷球軸承結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0019]本實用新型一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸包括主軸外殼、陶瓷電主軸轉(zhuǎn)軸、陶瓷球軸承、套筒、轉(zhuǎn)子襯套、電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、冷卻裝置、預(yù)緊防松裝置、軸承潤滑系統(tǒng)。如圖1中，本電主軸采用的是陶瓷球軸承(5)，不僅其標(biāo)準(zhǔn)程度高，而且技術(shù)成熟，陶瓷球可以降低其本身的離心力載荷，內(nèi)外圈為軸承鋼，可以起到一定的減震效果。在陶瓷球軸承(5)和陶瓷主軸(1)之間加鋼質(zhì)套筒(3、11)，可以彌補(bǔ)軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異，進(jìn)而充分發(fā)揮出陶瓷主軸和陶瓷球軸承的優(yōu)勢。
[0020]在轉(zhuǎn)子和陶瓷主軸之間加一個階梯型鋼質(zhì)轉(zhuǎn)子襯套(8)，其結(jié)構(gòu)為一階梯型是為了便于前端軸承和轉(zhuǎn)子的拆卸。電機(jī)轉(zhuǎn)子是通過此襯套與主軸過盈連接，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的連接不僅要保證在高速旋轉(zhuǎn)下不會因離心力而分離，更重要的是它要傳遞整個電主軸系統(tǒng)所需的扭矩，所以需要很大的過盈量，故而采取油浴下的熱壓裝配。
[0021]如圖1中所示，前后軸承通過軸承潤滑系統(tǒng)(4)采取油氣潤滑的方式，在前端進(jìn)氣，先潤滑前軸承再通過油路到達(dá)后軸承，實現(xiàn)對軸承的潤滑，并且油氣可以帶走一部分熱量，對軸承也起到冷卻的作用。
[0022]如圖1中所示，在電主軸外殼(6)內(nèi)加置一個冷卻裝置(7)，該冷卻裝置設(shè)有前進(jìn)水口和后出水口，形成冷卻水循環(huán)，對電機(jī)定子(10)進(jìn)行冷卻。
【主權(quán)項】
1.一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其特征包括有主軸外殼、陶瓷電主軸轉(zhuǎn)軸、陶瓷球軸承、套筒、轉(zhuǎn)子襯套、電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、冷卻裝置、預(yù)緊防松裝置、軸承潤滑系統(tǒng);套筒以及轉(zhuǎn)子襯套為鋼質(zhì)材料，軸承內(nèi)外圈為軸承鋼，軸承采用雙聯(lián)背靠背配置方式。2.權(quán)利要求1中所述的一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其特征在于定子的冷卻采用水冷，冷卻水套和定子以及冷卻水套和電主軸箱體之間均采用過盈連接，前端為進(jìn)水口，后端為出水口實現(xiàn)循環(huán)水冷。3.權(quán)利要求1中所述的一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其特征在于軸承潤滑采用油氣潤滑，前端進(jìn)氣后端出氣，實現(xiàn)循環(huán)潤滑。4.權(quán)利要求1中所述的一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其特征在于套筒與電主軸轉(zhuǎn)軸之間采取小過盈連接。5.權(quán)利要求1中所述的一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸，其特征在于轉(zhuǎn)子襯套為一個階梯過盈套，通過過盈連接把轉(zhuǎn)子和主軸轉(zhuǎn)軸連接起來。
【專利摘要】一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)高速主軸屬于機(jī)械加工領(lǐng)域，并涉及一種機(jī)械加工構(gòu)件，包括有主軸外殼(6)、陶瓷電主軸轉(zhuǎn)軸(1)、陶瓷球軸承(5)、前套筒(3)、后套筒(11)、轉(zhuǎn)子襯套(8)、電機(jī)定子(10)、轉(zhuǎn)子(9)、冷卻裝置(7)、預(yù)緊防松裝置(2)、軸承潤滑系統(tǒng)(4)；前套筒(3)、后套筒(11)以及轉(zhuǎn)子襯套(8)為鋼質(zhì)材料，陶瓷主軸和陶瓷球軸承之間加鋼套是為了彌補(bǔ)軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異，軸承采用雙聯(lián)背靠背配置方式。選擇熱壓氮化硅陶瓷作為主軸材料，是因為它密度小，彈性模量大，可以極大的提高電主軸各方面性能，選用陶瓷球軸承(只有滾動體為陶瓷，軸承內(nèi)、外圈為軸承鋼)是因為它的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制造技術(shù)成熟，而且陶瓷球可以降低其本身的離心力載荷，內(nèi)外圈為軸承鋼，可以起到一定的減震效果。
【IPC分類】B23B19/02
【公開號】CN205128941
【申請?zhí)枴緾N201520781480
【發(fā)明人】王軍, 唐海洋, 劉嘉兵, 劉瑋
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年10月10日