CN102335755A - 大规格精密直驱主轴结构 - Google Patents

Abstract

一种机械工程技术领域的数控机床中大规格精密直驱式主轴结构，本发明包括：液体动静压技术与电主轴技术两者结合的主轴结构，可以实现大规格、液体动静压轴承、内装电机的精密直驱式数控机床主轴部件。电动机装于前、后静压轴承之间，这种直驱式结构，加大了主轴轴承跨距，电动机驱动主轴旋转时，由于没有了中间传动环节的外力作用，主轴不承受径向驱动力，只承受周向旋转力矩，主轴高速运行没有中间传动冲击而更为平衡，加工零件精度更高。采用大规格精密直驱式主轴结构，精度高、刚度大、寿命长、吸振抗震性能好，工作稳定性和可靠性好，可用于精密加工机械及高速、高精度设备的主轴。

Description

大规格精密直驱主轴结构

技术领域

本发明涉及的是一种机械工程技术领域的数控机床大规格高精密直驱式主轴结构。

背景技术

数控机床是机床工业的主流产品，高速精密数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速精密数控机床的工作性能，首先取决于高速精密主轴的性能，高速精密主轴***历来就是数控机床三大高新技术之一，而为了提高主轴速度和加工精度，内装式电主轴就成为数控机床主轴结构的最好选择。

实现电主轴高速化、精密化的关键是精密轴承的应用，目前在高速精密电主轴中主要应用的是精密角接触球轴承和精密圆柱滚子轴承，但这些轴承与动静压轴承相比承载能力小，精度不高，使用寿命短。虽有少部分使用液体动静压轴承、气体动静压轴承和磁悬浮轴承的主轴结构，但其规格都比较小。

发明内容

本发明的目的在于将液体动静压轴承技术与电主轴技术两者结合起来，实现大规格精密直驱主轴结构，不仅可确保主轴很高的回转精度、刚度和转速，而且结构简单，零件数量少，可大大降低主轴箱体轴承安装孔及主轴支承外径的机械加工难度，降低加工成本，延长轴承使用寿命。

简单地说，一种大规格精密直驱主轴结构，其是将液体动静压结构与电主轴两者结合为一体构成精密直驱主轴。

具体地说，大规格精密直驱主轴结构，其包括主轴箱体、主轴、前静压轴承、后轴承座、后静压轴承、电动机转子、电动机定子；前静压轴承外圈与主轴箱体的孔配合，其内径与主轴外径配合；后静压轴承外圈与后轴承座内孔配合，其内径与主轴外径配合；电动机转子、电动机定子装于前、后静压轴承之间；主轴箱体上制有前、后静压轴承的进、出油口和主轴冷却液进、出液口。

本发明的有益效果是：电动机装于前、后静压轴承之间，主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”，布局合理、结构紧凑；采用液体动静压技术，精度高、刚度大、寿命长、吸振性能好，工作稳定性和可靠性好，可用于精密加工机械及高速、高精度设备的主轴。实现了液体静压轴承直径Φ160mm，内装电机功率67.4Kw，最高转速5000r/min的大规格精密直驱主轴部件。

附图说明

图1是本发明的结构简图。

图2为图1中II部放大图。

图3为本发明的气密封结构简图。

图中标记为：1.主轴箱体，2.主轴，3.前静压轴承，4.后轴承座，5.后静压轴承，6.电动机转子，7.止推环，8.锁紧螺母，9.电动机定子，10.前法兰，11.密封环，12.电主轴定子法兰，A液压油进口，B液压油泄漏口，C液压油出口，D液压油泄漏腔，E密封气体进口。

具体实施方式

如图1-3给出了本发明具体实施方式。本发明主要发明点在于：液体动静压主轴技术及结构；内装式电主轴技术及结构。具体实施方案为：

前静压轴承外圈与主轴箱体孔配合、内径与主轴外径配合；前静压轴承与主轴之间设有止推环；后静压轴承外圈与后轴承座内孔配合、内径与主轴外径配合；电动机布局于前、后静压轴承之间；主轴箱体中的各相应孔，作为静压轴承的进、出油口，电主轴冷却液进、出液口。

电动机转子与主轴外径配合，装于前、后静压轴承之间，定子通过电主轴定子法兰与主轴箱体固连，其外径与主轴箱体孔配合。这种直驱式结构加大了主轴轴承跨距，机械结构更为简单，转动惯量小，因而快速响应性好。电动机驱动主轴旋转时，由于没有了中间传动环节的外力作用，主轴不承受径向驱动力，只承受周向旋转力矩，主轴高速运行没有中间传动冲击而更为平衡，加工零件精度更高。

动静压轴承为整体式结构，轴承与箱体孔接触面积大，为刚性连接，使油膜刚度得到充分的发挥利用；主轴高速旋转时，轴承油腔内由于阶梯效应自然形成动静压承载油膜，轴承成为具有静压压力场的动压滑动轴承，油膜刚度是轴承静态刚度与动态刚度的叠加，使主轴有很强的径向和轴向承载能力；压力油膜的“均化”作用可使主轴回转精度高于轴颈的加工精度和表面粗糙度，提高机床主轴精度，并可多年连续使用而不需要维修。

在结构简图1中，主轴箱体1为主结构支承件，主轴2与前静压轴承3、后静压轴承5之间形成静压腔，液压油通过主轴箱体上前后液压油进油口进入前、后静压轴承的静压腔，形成静压油膜，主轴箱体底部内腔为液压油泄漏腔，通过其液压油出口流出泄漏油液。电动机为动力驱动***，置于前、后静压轴承之间，驱动主轴2旋转而工作。电主轴组件为动力驱动***，置于前、后静压轴承之间，驱动主轴2旋转而工作，主轴是通过配合与电主轴组件的转子连接，其输出轴就是主轴。采用该大规格精密直驱主轴，结构简单，布局合理，工作稳定性和可靠性好，精度高，可以制造液体动静压轴承、主轴结构较大的精密直驱式主轴部件。

电动机装于前、后静压轴承之间的直驱式结构，电动机驱动主轴旋转时，由于没有了中间传动环节的外力作用，主轴不承受径向驱动力，只承受轴向旋转力矩，主轴高速运行没有中间传动冲击而更为平衡，加工零件精度更高。

图3是本发明的气密封结构简图。图3中，密封气体从主轴箱体进气口进入，通过相应的气路和密封环等结构，实现了静压轴承液压油与内装电机和冷却液之间的有效隔离。

Claims (5)

1.一种大规格精密直驱主轴结构，其特征是将液体动静压结构与电主轴两者结合为一体构成精密直驱主轴。

2.根据权利要求1所述的大规格精密直驱主轴结构，其特征是包括主轴箱体(1)、主轴(2)、前静压轴承(3)、后轴承座(4)、后静压轴承(5)、电动机转子(6)、电动机定子(9)；前静压轴承(3)外圈与主轴箱体(1)的孔配合，其内径与主轴(2)外径配合；后静压轴承(5)外圈与后轴承座(4)内孔配合，其内径与主轴(2)外径配合；电动机转子(6)、电动机定子(9)装于前、后静压轴承之间；主轴箱体(1)上制有前、后静压轴承的进、出油口和主轴冷却液进、出液口。

3.根据权利要求1或2所述的大规格精密直驱主轴结构，其特征是在前静压轴承(3)与主轴(2)之间设有使主轴在承受径向力的同时可以承受轴向力的止推环(7)。

4.根据权利要求3所述的大规格精密直驱主轴结构，其特征是前静压轴承(3)、后轴承座(4)和后静压轴承(5)为整体式结构，所述轴承与箱体为刚性连接。使得主轴可同时承受大的径向力和轴向力。

5.根据权利要求4所述的大规格精密直驱主轴，其特征是：采用气密封实现静压轴承液压油与内装电机和冷却液之间的有效隔离。

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