法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-01-15
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):B23B19/02 授权公告日:20150701 终止日期:20180129 申请日:20130129
专利权的终止
2015-07-01
授权
授权
2013-06-12
实质审查的生效 IPC(主分类):B23B19/02 申请日:20130129
实质审查的生效
2013-05-08
公开
公开
技术领域
本发明属于机床设备制造领域,具体涉及一种使用气液两相润滑 的高速动静压轴承支撑的电主轴装置。
背景技术
高速切削加工以其高生产效率、高加工质量和低加工成本,近年 来在航空、航天、汽车、模具等产业得到快速应用。高速电主轴装置 作为高速切削机床系统的核心部件,对高速机床的性能起着非常重要 的影响。高速轴承则是高速主轴单元设计的核心技术,高速轴承的性 能很大程度上影响了高速机床主轴的回转精度、切削刚度、使用寿命 和可靠性等。
目前国内外在高速机床中使用的轴承有:陶瓷球轴承、静压轴承、 动静压轴承、气浮轴承和磁悬浮轴承。其中国产陶瓷球轴承的寿命较 短,且负载能力有限;气浮轴承和磁悬浮轴承支承的电主轴可以在高 转速下长时间连续运行,但其支撑主轴的刚度较低,难以在高负载工 况下工作。动静压轴承则同时拥有动压轴承和静压轴承的优点,具有 高刚度、高精度、长寿命和大功率等性能,是高速机床支撑技术发展 的重要方向。
动静压轴承流场具有压力梯度大和温升高的特点,润滑油膜容易 破裂,温升过高时轴承间隙又会因热变形而减小,因此,轴承结构必 须能够有效防止油膜破裂、控制温升并保证较高的稳定性。本发明提 出了一种高刚度、高精度、高转速、大功率、长寿命、低温升、使用 气体止推轴承和水润滑动静压轴承支撑的电主轴装置。
发明内容
本发明提供了一种使用气液两相润滑的高速动静压轴承支撑的 电主轴装置,该装置具有高刚度、高精度、长寿命和大功率等性能, 而且摩擦小,发热量少,温升低,噪音低,尤其适用于高速度、高精 密、高刚度工作条件下的加工。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种使用气液两相润滑的高速动静压轴承支撑的电主轴装置,包 括壳体,电主轴,支撑电主轴两端并用于调节电主轴径向位移的前轴 承和后轴承,固定前轴承和后轴承的前轴承套和后轴承套,固定在壳 体上的后轴承端盖,以及用于调节主轴轴向位移的气体止推轴承;所 述前轴承和后轴承均为动静压滑动轴承。
作为本发明的优选实施例,所述气体止推轴承包括固定在电主轴 上的气体止推轴承推力盘,在气体止推轴承推力盘两侧分别设置有带 高压进气孔的气体止推轴承左推力瓦和气体止推轴承右推力瓦,高压 气体从左右两侧同时作用于气体止推轴承推力盘。
作为本发明的优选实施例,所述壳体进一步包括有壳体进水道和 壳体出水道,所述壳体进水道内的介质为液体水;液体水自壳体进水 道依次进入到前轴承套和后轴承套、前轴承和后轴承,最后从壳体出 水道流出。
作为本发明的优选实施例,所述前轴承套和后轴承套上分别设置 有与壳体进水道相通的前轴承套进水道和后轴承套进水道,所述前轴 承和后轴承上分别设置有与前轴承套进水道相通的前轴承节流孔和 与后轴承套进水道相通的后轴承节流孔。
作为本发明的优选实施例,在所述前轴承节流孔的两侧进一步设 置有前轴承左环形回水槽和前轴承右环形回水槽,所述后轴承节流孔 的两侧进一步设置有后轴承左环形回水槽和后轴承右环形回水槽,所 述前轴承左环形回水槽和前轴承右环形回水槽通过前轴承与电主轴 之间的间隙相通,所述后轴承左环形回水槽和后轴承右环形回水槽通 过后轴承与电主轴之间的间隙相通。
作为本发明的优选实施例,所述前轴承的两端设置有前轴承左气 封环和前轴承右气封环,所述后轴承的两端设置有后轴承左气封环和 后轴承右气封环,防止介质水沿电主轴的轴向流入电机和流出壳体。
作为本发明的优选实施例,所述气封环为沿着轴向依次设置的三 个环形密封齿,在最外侧的环形密封齿外侧设置有环形进气装置,以 保证沿着主轴周向形成一道压力均布的气体密封墙。
作为本发明的优选实施例,所述壳体进一步设置有壳体进气道, 高压气自壳体进气道依次进入到轴承套、轴承和环形回水槽内,对环 形回水槽内的水产生压力,加快水从壳体出水道流出。
作为本发明的优选实施例,所述前轴承套和后轴承套分别设置有 与壳体进气道相通的前轴承套进气道和后轴承套进气道,所述前轴承 和后轴承分别设置有前轴承进气道和后轴承进气道,所述前轴承进气 道和后轴承进气道通过轴承与电主轴的间隙与前轴承回水槽和后轴 承回水槽相通。
相对于现有技术,本发明至少具有以下优点:本发明以电主轴两 端安装的前轴承和后轴承作为径向位移调节,以主轴端部安装的气体 止推轴承作为轴向位移调节;所述轴承以非接触的方式支撑电主轴, 减小了摩擦,减小了电主轴的噪音,提高了电主轴系统的寿命,增加 了负载能力;同时,采用气体作为止推轴承的润滑介质,为电主轴提 供的轴向刚度,控制电主轴的轴向位移及稳定性的同时,兼具轴向支 撑和冷却作用,降低了电主轴的温升。
附图说明
图1为使用气液两相润滑的高速动静压轴承支撑的电主轴装置 进水通道方向纵剖结构示意图;
图2是使用气液两相润滑的高速动静压轴承支撑的电主轴装置进 气通道方向纵剖结构示意图。
其中,附图标记与元件名称的对应关系如下表所示:
具体实施方式
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种使用气液两相润 滑的高速动静压轴承支撑的电主轴装置,包括:
壳体12,壳体12内侧固定有冷却水套13和电机定子14,所述 冷却水套13过盈装配于壳体12上,电机定子14过盈配合安装于冷 却水套13上,电机转子15过盈配合安装于主轴上,并与电机定子 14相对应。
主轴,将电机转子15和主轴做成一体,作为电主轴16;所述电 主轴16的两端安装有前、后轴承2、23,所述前、后轴承分别是一 种动静压滑动轴承,可以提高高速电主轴16的刚度和稳定性,降低 温升;所述前轴承2过盈配合安装于前轴承套30内,后轴承23过盈 配合安装于后轴承套18内,并都用螺母紧固,之后通过螺母将前轴 承套30和后轴承套18固定于壳体12上。螺母穿过后轴承套18上的 通孔将后轴承端盖40固定于壳体12上。
所述壳体12设置有壳体进水道24和壳体出水道31,所述前轴承 套30和后轴承套18分别设置有与壳体进水道24相通的前轴承套进 水道5和后轴承套进水道20,所述前轴承套进水道5的两侧设置有 前轴承套进水道左密封O型圈4和前轴承套进水道右密封O型圈7, 所述后轴承套进水道20的两侧设置有后轴承套进水道左密封O型圈 19和后轴承套进水道右密封O型圈22,所述前轴承2和后轴承23 分别设置有前轴承节流孔6和后轴承节流孔21,所述前轴承节流孔6 与前轴承套进水道5相通,所述后轴承节流孔21与后轴承套进水道 20相通;所述前轴承2在前轴承节流孔6的两侧进一步设置有前轴 承左环形回水槽3和前轴承右环形回水槽8,所述后轴承23在后轴 承节流孔21的两侧进一步设置有后轴承左环形回水槽34和后轴承右 环形回水槽36;润滑介质水从壳体进水道24分别流入前轴承套进水 道5和后轴承套进水道20,然后分别流入前轴承节流孔6和后轴承 节流孔21,前轴承节流孔6和后轴承节流孔21中的水自轴承与主轴 之间的间隙分别流入前轴承回水槽和后轴承回水槽,最后由壳体出水 道流出。
高压水进入轴承与电主轴之间的空隙11,会沿着电主轴16的轴 向向壳体12外部和电机转子15方向流动,所以,本发明在所述前轴 承2和后轴承23的两侧各有一个气体密封装置,即前轴承左气封环 1、前轴承右气封环10、后轴承左气封环32和后轴承右气封环37, 所述气封环可以阻止润滑介质水流入电机定子14和电机转子15之间 的空隙,从而保证水流入前轴承2左右两侧的前轴承左环形回水槽2 和前轴承右环形回水槽8,以及后轴承左右两侧的后轴承左环形回水 槽34和后轴承右环形回水槽36,然后流入壳体出水道31中,最终 流出壳体12。气封环为沿着转轴轴向依次设置的三个环形密封齿, 在最外侧的环形密封齿外侧进一步设置有环形进气装置,这样,沿着 电主轴周向形成一道压力均布的气体密封墙,阻止润滑液体水沿着电 主轴轴向流入电机间隙和流出壳体外部。
所述壳体进一步设置有壳体进气道39,所述前轴承套30和后轴 承套18分别设置有与壳体进气道39相通的前轴承套进气道29和后 轴承套进气道35,所述前轴承2和后轴承23分别设置有前轴承进气 道28和后轴承进气道33,所述前轴承进气道28和后轴承进气道33 通过轴承与电主轴的间隙与前轴承回水槽和后轴承回水槽相通;这样 高压的气体通过壳体进气道39依次进入到轴承套、轴承和轴承回水 槽内,最后对轴承回水槽内的水产生压力,加快水从壳体出水道流出。 此外,所述前轴承和后轴承分别设置有前轴承气封O型圈9和后轴 承气封O型圈17。
气体止推轴承,采用高压气作为止推轴承的润滑介质,包括固定 在电主轴16上的气体止推轴承推力盘26,在气体止推轴承推力盘26 两侧分别设置带有高压进气孔的气体止推轴承左推力瓦25和气体止 推轴承右推力瓦27,高压气体从左右两侧同时作用于推力盘,为电 主轴提供轴向刚度,控制电主轴轴向位移和稳定性。高压气体首先进 入气体止推轴承右推力瓦27上的通气孔,然后进入气体止推轴承左 推力瓦25,分别经过气体止推轴承右推力瓦27和气体止推轴承左推 力瓦25上的节流作用后,作用于气体止推轴承推力盘26上,达到控 制电主轴16轴向位移,保持电主轴16轴向稳定的作用。气体最终从 气体止推轴承与电主轴之间的空隙38通过后轴承左环形回水槽34从 壳体出水道31排出。
所述动静压轴承,是一种以液体水同时作为轴承润滑介质和冷却 介质的水润滑动静压轴承,高速流动的润滑介质水除了支撑高速电主 轴的高速转动外,还将因轴承摩擦产生的热量迅速带走,降低温升。
本发明具有的有益效果是:
1.电主轴的支撑轴承是一种既继承了动压和静压轴承的优点,又 克服二者缺点的动静压滑动轴承。高速运转的润滑剂产生的动压及外 部静压,使轴承在全速度范围内都能形成高压油膜,其误差均化作用、 良好的阻尼抗震性保证了电主轴具有高加工精度和高运转稳定性。
2.气体密封装置可以阻止润滑液体水沿着电主轴轴向进入电机 定子和电机转子之间的空隙,保证了电主轴装置运行的安全性和稳定 性。
3.使用的气体止推轴承,同滚动体止推轴承和液体止推轴承相 比,具有摩擦小、噪音低、温升低和寿命长的特点,且便于依据不同 的刚度和阻尼需要进行拆卸和更换,在提供电主轴轴向刚度的同时, 提高了电主轴装置的经济性和可靠性。
4.整个电主轴装置均使用气体和液体这样的流体作为支撑润滑 介质,这样使电主轴装置在高速运转的同时,能够保持低温升、高刚 度和长寿命。
5.本发明适用于卧式电主轴装置和轴向负载较小的立式电主轴 装置。
以上所述仅为本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点, 本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实 施例和说明书中描述只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和 范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落 入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求 书及其等效物界定。
机译: 圆柱电主轴保持装置和圆柱电主轴的集合,用于支撑高速机床的工具和装卸设备
机译: 纺纱机的电主轴驱动装置,其使用围绕空心轴的纺纱机支撑轴
机译: 一种使用液体润滑剂对高速,垂直或几乎垂直倾斜的波的轴承点进行润滑的润滑装置