專利名稱：電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其涉及電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸的改進(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精密加工是當(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)。高速精密加工機(jī)床不僅具有極高的生產(chǎn)效率，而且可顯著地提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。高速精密機(jī)床的電主軸作為核心功能部件，其性能的高低直接影響到高速精密加工機(jī)床的整體發(fā)展水平。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)。
流體滑動軸承由于承載能力強、潤滑介質(zhì)具有阻尼減振和“均化”誤差的作用，因此采用流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電主軸的支承部件。目前工程上采用流體滑動軸承作為支撐的電主軸常分為電機(jī)后置式結(jié)構(gòu)和電機(jī)內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)。電機(jī)后置式結(jié)構(gòu)，即電機(jī)定轉(zhuǎn)子位于前后軸承的后端，存在以下弱點一是結(jié)構(gòu)尺寸大，不利于機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊化；二是由于重量大，插補響應(yīng)慢，輪廓形面加工精度難以保證；三是容易造成載荷偏載，偏載負(fù)荷容易導(dǎo)致軸承受力情況差、軸承溫升升高，不利于提高速度和精度。如果采用電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸結(jié)構(gòu)，則具有如下明顯優(yōu)點一是重量減小約50％，當(dāng)主軸頭作為機(jī)床的移動部件實行全數(shù)控插補運動中，系統(tǒng)響應(yīng)速度很快，工件輪廓加工精度更高；二是結(jié)構(gòu)尺寸減小約50％，有利于機(jī)床頭架和尾架的布置，由于可以很方便地避免加工過程中后置電機(jī)與尾架或工件干涉，可提高機(jī)床的加工工件的尺寸范圍，減小機(jī)床結(jié)構(gòu)尺寸；三是軸承受力狀況明顯改善，溫升明顯降低，轉(zhuǎn)速和精度更高。
但是電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸在制造使用過程中存在裝配、拆卸和調(diào)試維修的困難。現(xiàn)有的流體動靜壓機(jī)床主軸的止推軸承通常與主軸采用整體式結(jié)構(gòu)，而止推軸承在制造、裝配和使用過程中，常常會由于止推面垂直度誤差等原因發(fā)生抱軸或刮擦，是檢修率最高的部位之一。
專利號為ZL200420069406.7的發(fā)明專利公開了一種電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其止推軸承與電主軸為一體式，電機(jī)置于前后兩個軸承的中間，裝配時只能從主軸小端進(jìn)入殼體，維修止推軸承時只能先拆卸后支座、電機(jī)轉(zhuǎn)子等，再從殼體前端取出主軸，拆裝過程非常煩瑣，不僅維修工作量大，而且前后軸承座的拆分容易導(dǎo)致前后軸承孔的同軸度變化，導(dǎo)致維修后的電主軸的精度和整體性能降低；維修止推軸承時還必須對整個主軸進(jìn)行夾裝，操作十分不便，耗時長，影響生產(chǎn)進(jìn)度。
專利號為ZL200410046640.2的發(fā)明專利公開了一種電機(jī)內(nèi)裝浮環(huán)式動靜壓電主軸，由于采用了復(fù)雜的浮環(huán)結(jié)構(gòu)，對設(shè)計精度和制造工藝性要求很高，其結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)不易匹配，并且由于主軸系統(tǒng)的剛度是由軸承與浮環(huán)之間以及浮環(huán)與軸之間的兩層流體膜“串聯(lián)形成”，相比于采用單層流體膜滑動軸承的主軸系統(tǒng)，其綜合剛度低，這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電主軸造價成本高而且剛度偏低，不利于普及應(yīng)用。
電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸由于存在上述缺陷，導(dǎo)致目前未能在機(jī)床上得到充分應(yīng)用，未能實現(xiàn)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)的不足，提供一種冷卻效果好、結(jié)構(gòu)合理、可以實現(xiàn)機(jī)床加工高速化、精密化的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。
本發(fā)明的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，包括主軸、殼體、前軸承、后軸承、后軸承座、電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述前軸承裝設(shè)于殼體前端內(nèi)，后軸承座與殼體后端相連，后軸承裝設(shè)于后軸承座中，主軸的兩端分別支承于前軸承和后軸承中，電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子裝設(shè)于主軸的中部，所述后軸承后端裝設(shè)止推軸承，止推軸承通過鎖緊螺母固定于主軸上，止推軸承后端設(shè)有后端蓋，后端蓋固定于后軸承座上，止推軸承前端與后軸承之間設(shè)有前端間隙，止推軸承后端與后端蓋之間設(shè)有后端間隙，前端間隙與后端間隙內(nèi)充滿有流體介質(zhì)。
所述后軸承的外壁上設(shè)有環(huán)形槽，后軸承上設(shè)有前流體膜通道和后流體膜通道，前流體膜通道和后流體膜通道通過環(huán)形槽連通，后端蓋上設(shè)有流體通道，后軸承座上設(shè)有與環(huán)形槽連通的總流體通道，前流體膜通道與止推軸承的前端間隙連通，后流體膜通道通過流體通道與止推軸承的后端間隙連通。
所述后端蓋與后軸承之間設(shè)有調(diào)整墊，調(diào)整墊套于止推軸承外，調(diào)整墊上設(shè)有連通后流體膜通道與流體通道的流體孔。
所述前軸承的后端和后軸承的前端各連有一套于主軸上的擋環(huán)，主軸上于擋環(huán)對應(yīng)處設(shè)有環(huán)形溝槽，構(gòu)成甩環(huán)，擋環(huán)的內(nèi)孔為階梯孔，階梯孔的小孔段與主軸套接，大孔段則與甩環(huán)之間形成腔體，大孔段下部設(shè)有排出口。
所述擋環(huán)的小孔段設(shè)有溝槽。
所述流體介質(zhì)為油液或水液或氣體。
所述殼體內(nèi)套設(shè)有封水套，封水套與殼體之間設(shè)有限位螺釘，電機(jī)定子通過封水套固定于殼體內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的殼體做成拆分式結(jié)構(gòu)，在后軸承后端裝設(shè)止推軸承對主軸軸向運動進(jìn)行限位，使電機(jī)定子的安裝、定位和拆卸維修方便。止推軸承與主軸分為兩個零件，止推軸承作為易損件，當(dāng)需要進(jìn)行檢修時，只需拆換止推軸承，簡化了拆裝過程，裝配及維修十分方便快捷，縮短了生產(chǎn)周期和維修時間，有利于提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，對設(shè)計精度和制造工藝要求低，便于加工制造，造價成本低，有利于普及應(yīng)用；在前后軸承上裝有擋環(huán)，在主軸上設(shè)有甩環(huán)，可有效防止流體飛濺到電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子上，避免電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子被腐蝕，延長了使用壽命；在殼體與電機(jī)定子間設(shè)置封水套，直接在封水套與前軸承座之間設(shè)置限位螺釘，防止封水套和電機(jī)定子相對于殼體轉(zhuǎn)動，減少將電機(jī)定子固定于殼體所需零件，縮短了電主軸整體的軸向尺寸和徑向尺寸，節(jié)省了材料和加工成本。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明止動軸承處的局部放大圖。
圖中各標(biāo)號表示1、前軸承 2、后軸承3、電機(jī)定子4、電機(jī)轉(zhuǎn)子5、主軸6、殼體7、限位螺釘8、封水套9、止推軸承10、后端蓋11、調(diào)整墊 12、總流體通道
13、擋環(huán) 14、鎖緊螺母21、前流體膜通道 22、后流體膜通道23、環(huán)形槽 51、甩環(huán)61、后軸承座 91、前端間隙92、后端間隙 101、流體通道111、流體孔131、小孔段132、大孔段133、腔體134、排出口135、溝槽具體實施方式
如圖1、2所示，本發(fā)明的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，包括主軸5、殼體6、前軸承1、后軸承2、后軸承座61、電機(jī)定子3和電機(jī)轉(zhuǎn)子4，前軸承1裝設(shè)于殼體6前端內(nèi)并通過前軸承1上所設(shè)凸緣定位，后軸承座61與殼體6后端通過緊固件相連，后軸承2裝設(shè)于后軸承座61中并通過后軸承2上所設(shè)凸緣定位，主軸5的兩端分別支承于前軸承1和后軸承2中，電機(jī)定子3和電機(jī)轉(zhuǎn)子4裝設(shè)于主軸5的中部。殼體6內(nèi)套設(shè)有封水套8，電機(jī)定子3與封水套8過盈配合，封水套8與殼體6之間設(shè)有限位螺釘7，限位螺釘7將封水套8與殼體6緊固，防止封水套8和電機(jī)定子3相對殼體6轉(zhuǎn)動，電機(jī)轉(zhuǎn)子4采用過盈配合的方式固定在主軸5上。后軸承2后端裝設(shè)止推軸承9，止推軸承9通過鎖緊螺母14固定于主軸5上，止推軸承9后端設(shè)有后端蓋10，后端蓋10與后軸承2之間設(shè)有調(diào)整墊11，后端蓋10、調(diào)整墊11和后軸承2通過緊固件固定于后軸承座61上，調(diào)整墊11套于止推軸承9外，止推軸承9前端與后軸承2之間設(shè)有前端間隙91，止推軸承9后端與后端蓋10之間設(shè)有后端間隙92，后軸承2的外壁上設(shè)有環(huán)形槽23，后軸承2上設(shè)有前流體膜通道21和后流體膜通道22，前流體膜通道21和后流體膜通道22通過環(huán)形槽23連通，調(diào)整墊11上設(shè)有流體孔111，后端蓋10上設(shè)有流體通道101，后軸承座61上設(shè)有與環(huán)形槽23連通的總流體通道12，前流體膜通道21與止推軸承9的前端間隙91連通，后流體膜通道22依次通過流體孔111和流體通道101與止推軸承9的后端間隙92連通，前端間隙91與后端間隙92內(nèi)充滿有流體介質(zhì)。流體介質(zhì)為油液，也可為水液或氣體。當(dāng)止推軸承9隨主軸5旋轉(zhuǎn)時，前端間隙91與后端間隙92內(nèi)充滿的流體介質(zhì)使止推軸承9不直接接觸后軸承2的后端面和后端蓋10的前端面，避免止推軸承9的磨損，同時又能對主軸5的軸向移動起限位作用。前軸承1的后端和后軸承2的前端各連有一套于主軸5上的擋環(huán)13，主軸5上于擋環(huán)13對應(yīng)處設(shè)有環(huán)形溝槽，構(gòu)成甩環(huán)51，擋環(huán)13的內(nèi)孔為階梯孔，階梯孔的小孔段131與主軸5套接，大孔段132則與甩環(huán)51之間形成腔體133，大孔段132的下部設(shè)有排出口134，擋環(huán)13的小孔段131設(shè)有溝槽135，溝槽135起密封作用，這種結(jié)構(gòu)可有效防止流體飛濺到電機(jī)定子3和電機(jī)轉(zhuǎn)子4上，避免電機(jī)定子3和電機(jī)轉(zhuǎn)子4被腐蝕，延長了使用壽命。從位于主軸5兩端的前軸承1、后軸承2泄漏的流體，沿主軸5流動至甩環(huán)51，在離心力的作用下大部分流體被甩到腔體133的內(nèi)壁，再在重力的作用下流至排出口134，經(jīng)排出口134排出，可有效防止前軸承1和后軸承2泄漏的流體飛濺至裝于主軸5中部的電機(jī)轉(zhuǎn)子4和電機(jī)定子3中，其中各擋環(huán)13分別通過緊固件安裝于前軸承1和后軸承2上，擋環(huán)13與兩軸承是分開加工制造的，軸承的加工精度容易保證；擋環(huán)13、前軸承1(后軸承2)和主軸5圍成一腔體133，腔體133空間大，有利于將甩環(huán)51甩到擋環(huán)13內(nèi)壁的流體介質(zhì)集中在一起，從下端的排出口134排出，將熱量帶走，散熱效果好。在擋環(huán)13與主軸5相接的小孔段131設(shè)有溝槽135，可有效防止少量沒有被甩環(huán)51甩掉的流體沿主軸5流至電機(jī)轉(zhuǎn)子4和電機(jī)定子3，避免電機(jī)轉(zhuǎn)子4和電機(jī)定子3受到污染。
本發(fā)明將止推軸承9與主軸5分為兩個零件，裝配時可以先將主軸5、電機(jī)定子3、轉(zhuǎn)子4、前軸承1、后軸承2、殼體6及后軸承座61裝配好之后，再將止推軸承9從主軸5的后端套入，用鎖緊螺母14緊固，由于電主軸工作時，止推軸承9是相對容易磨損的部位，一旦需要對止推軸承9進(jìn)行檢修時，只需將止推軸承9從主軸5后端拆下進(jìn)行研磨或更換即可。(若采用主軸5與止推軸承9一體化結(jié)構(gòu)，就必須先將殼體6和后軸承座61拆開，再將電機(jī)轉(zhuǎn)子4與主軸5拆開，再將主軸5取出對止推軸承9進(jìn)行維修，工序繁瑣復(fù)雜。)由此可見，采用止推軸承9與主軸5分離的結(jié)構(gòu)，可顯著提高電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸的裝配、拆卸和維修工藝性，縮短制造和維修的周期，降低制造和維修成本，工程應(yīng)用十分方便。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，包括主軸(5)、殼體(6)、前軸承(1)、后軸承(2)、后軸承座(61)、電機(jī)定子(3)和電機(jī)轉(zhuǎn)子(4)，其特征在于所述前軸承(1)裝設(shè)于殼體(6)前端內(nèi)，后軸承座(61)與殼體(6)后端相連，后軸承(2)裝設(shè)于后軸承座(61)中，主軸(5)的兩端分別支承于前軸承(1)和后軸承(2)中，電機(jī)定子(3)和電機(jī)轉(zhuǎn)子(4)裝設(shè)于主軸(5)的中部，所述后軸承(2)后端裝設(shè)止推軸承(9)，止推軸承(9)通過鎖緊螺母(14)固定于主軸(5)上，止推軸承(9)后端設(shè)有后端蓋(10)，后端蓋(10)固定于后軸承座(61)上，止推軸承(9)前端與后軸承(2)之間設(shè)有前端間隙(91)，止推軸承(9)后端與后端蓋(10)之間設(shè)有后端間隙(92)，前端間隙(91)與后端間隙(92)內(nèi)充滿有流體介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其特征在于所述后軸承(2)的外壁上設(shè)有環(huán)形槽(23)，后軸承(2)上設(shè)有前流體膜通道(21)和后流體膜通道(22)，前流體膜通道(21)和后流體膜通道(22)通過環(huán)形槽(23)連通，后端蓋(10)上設(shè)有流體通道(101)，后軸承座(61)上設(shè)有與環(huán)形槽(23)連通的總流體通道(12)，前流體膜通道(21)與止推軸承(9)的前端間隙(91)連通，后流體膜通道(22)通過流體通道(101)與止推軸承(9)的后端間隙(92)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其特征在于所述后端蓋(10)與后軸承(2)之間設(shè)有調(diào)整墊(11)，調(diào)整墊(11)套于止推軸承(9)外，調(diào)整墊(11)上設(shè)有連通后流體膜通道(22)與流體通道(101)的流體孔(111)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其特征在于所述前軸承(1)的后端和后軸承(2)的前端各連有一套于主軸(5)上的擋環(huán)(13)，主軸(5)上于擋環(huán)(13)對應(yīng)處設(shè)有環(huán)形溝槽，構(gòu)成甩環(huán)(51)，所述擋環(huán)(13)的內(nèi)孔為階梯孔，階梯孔的小孔段(131)與主軸(5)套接，大孔段(132)則與甩環(huán)(51)之間形成腔體(133)，大孔段(132)下部設(shè)有排出口(134)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其特征在于所述擋環(huán)(13)的小孔段(131)設(shè)有溝槽(135)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其特征在于所述流體介質(zhì)為油液或水液或氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其特征在于所述殼體(6)內(nèi)套設(shè)有封水套(8)，封水套(8)與殼體(6)之間設(shè)有限位螺釘(7)，電機(jī)定子(3)通過封水套(8)固定于殼體(6)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其特征在于所述流體介質(zhì)為油液或水液或氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，其特征在于所述殼體(6)內(nèi)套設(shè)有封水套(8)，封水套(8)與殼體(6)之間設(shè)有限位螺釘(7)，電機(jī)定子(3)通過封水套(8)固定于殼體(6)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸，包括主軸、殼體、前軸承、后軸承、后軸承座、電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子，前軸承裝設(shè)于殼體前端內(nèi)，后軸承座與殼體后端相連，后軸承裝設(shè)于后軸承座中，主軸的兩端分別支承于前軸承和后軸承中，電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子裝設(shè)于主軸的中部，后軸承后端裝設(shè)止推軸承，止推軸承通過鎖緊螺母固定于主軸上，止推軸承后端設(shè)有后端蓋，后端蓋固定于后軸承座上，止推軸承前端與后軸承之間設(shè)有前端間隙，止推軸承后端與后端蓋之間設(shè)有后端間隙，前端間隙與后端間隙內(nèi)充滿有流體介質(zhì)。該電機(jī)內(nèi)裝式動靜壓電主軸可實現(xiàn)機(jī)床高速精密加工，它具有裝配維修工藝性好、制造成本低、使用壽命長、結(jié)構(gòu)合理、冷卻效果好等顯著優(yōu)點。
文檔編號F16C32/06GK101060262SQ200710035040
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者熊萬里, 鄧新春 申請人:熊萬里