CN112792363B - 一种电主轴和机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴和机床，包括：机体组件，设有前轴承座组件和后轴承座组件；轴芯组件，前端通过前轴承支承于所述前轴承座组件，后端通过后轴承支承于所述后轴承座组件；其中，所述后轴承座组件包括后轴承座外套和后轴承座，所述后轴承座外套与所述机体组件连接，所述后轴承的外圈支承于所述后轴承座，所述后轴承座与所述后轴承座外套配合，所述后轴承座能够相对于所述后轴承座外套沿轴向浮动，所述后轴承座外套设有第一冷却介质流道，所述后轴承座设有第二冷却介质流道，所述第一冷却介质流道和第二冷却介质流道相连通；所述前轴承座组件设有第三冷却介质流道。后轴承可以到达和前轴承一样的冷却效果，从而延长后轴承的使用寿命。

Description

一种电主轴和机床

技术领域

本发明用于车削、镗削领域，特别是涉及一种电主轴和机床。

背景技术

复合加工就是把车削、镗削、钻削、铣削等几种不同的加工工艺在一台机床上实现，是目前机械加工领域较为流行的加工工艺，而属车铣复合加工应用最为广泛。工件在一次装夹中可完成车削、镗削、钻削、铣削等大部分或者全部加工工序，从而提高零件加工精度和机床的加工效率。

车铣复合电主轴需要提供大的切削力，因此电机的设计需求是大功率大扭矩，大功率电机必然会产生很大的热量，这部分热量会传递到前后轴承，使得轴承发热增大，同时由于该类型主轴使用的轴承都属于高承载的轴承发热量远大于普通承载的轴承，电机发热与轴承自身发热使得轴承部位的温度急剧增加，但由于后端的轴承属于浮动端轴承，很难做到跟前轴承一样的冷却效果，大大影响后轴承的使用寿命。

而且，由于上轴承座和上轴承座外套存在较大温差，没有冷却的后轴承座受热膨胀，受冷却的后轴承座外套缩小，从而导致配合效果被破坏，影响轴承的预紧。

此外，现有的电主轴的轴承跨距较长，不能够满足车铣电主轴在机床上的长度限制要求。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电主轴和机床。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种电主轴，包括：

机体组件，设有前轴承座组件和后轴承座组件；

轴芯组件，前端通过前轴承支承于所述前轴承座组件，后端通过后轴承支承于所述后轴承座组件；

其中，所述后轴承座组件包括后轴承座外套和后轴承座，所述后轴承座外套与所述机体组件连接，所述后轴承的外圈支承于所述后轴承座，所述后轴承座与所述后轴承座外套配合，所述后轴承座能够相对于所述后轴承座外套沿轴向浮动，所述后轴承座外套设有第一冷却介质流道，所述后轴承座设有第二冷却介质流道，所述第一冷却介质流道和第二冷却介质流道相连通；所述前轴承座组件设有第三冷却介质流道。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，还包括连接管，所述连接管沿轴向设置并装配于所述后轴承座外套和后轴承座之间，所述连接管将所述第一冷却介质流道和第二冷却介质流道相连通，所述连接管与所述后轴承座外套和/或后轴承座活动配合以实现浮动连接。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述后轴承座外套设有与所述第一冷却介质流道连通的第一轴向插孔，所述后轴承座设有与所述第二冷却介质流道连通的第二轴向插孔，所述连接管的一端装配于所述第一轴向插孔，并与所述第一轴向插孔过盈配合，所述连接管的另一端装配于所述第二轴向插孔，并与所述第二轴向插孔间隙配合。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述后轴承座包括第一部件和第二部件，所述第一部件和第二部件均呈环状，所述第一部件沿径向位于所述后轴承座外套的内侧，所述第二部件沿轴向位于所述后轴承座外套的后方，所述连接管设置于所述第二部件与所述后轴承座外套之间，所述第二冷却介质流道设置于所述第一部件。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述后轴承座外套和所述第一部件之间设有滚动套。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一部件的后端设有第二环槽，所述第二部件与所述第一部件配合并遮蔽所述第二环槽，所述第一部件的前端设有第三环槽，所述后轴承座还包括第三部件，所述第三部件与所述第一部件配合并遮蔽所述第三环槽，所述第二环槽和第三环槽通过轴向孔连通，所述第二环槽和第三环槽形成所述第二冷却介质流道。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述后轴承座外套的外壁上开设第一环槽，所述机体组件与所述后轴承座外套配合，所述机体组件遮蔽所述第一环槽以形成所述第一冷却介质流道。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体组件设有第四冷却介质流道，所述第四冷却介质流道与所述第二冷却介质流道相连通，所述第三冷却介质流道与所述第一冷却介质流道相连通，冷却介质依次流过所述第三冷却介质流道、所述第一冷却介质流道、所述第二冷却介质流道和第四冷却介质流道。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括主轴箱，所述机体组件的外周面设有螺旋环槽，所述机体组件装配于所述主轴箱内，所述主轴箱遮蔽所述螺旋环槽以形成所述第四冷却介质流道，所述主轴箱设有与所述第三冷却介质流道相连通的进水孔，所述主轴箱设有与所述第四冷却介质流道相连通的出水孔。

第二方面，一种机床，包括第一方面中任一实现方式所述的电主轴。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

前轴承通过第三冷却介质流道实现冷却，后轴承座与后轴承座外套均设有冷却介质流道，后轴承可以直接通过后轴承座冷却，可以到达和前轴承一样的冷却效果，从而延长后轴承的使用寿命。

由于后轴承座和后轴承座外套同时通过连通的冷却介质流道被冷却，而不会导致两者温差大，避免出现没有冷却的后轴承座受热膨胀，受冷却的后轴承座外套缩小，从而避免配合效果被破坏，保证轴承的预紧。

由于后轴承座带有冷却介质流道，可以将轴承至于机体组件内孔之内缩短了主轴的轴承跨距，使电主轴更能够满足车铣电主轴在机床上的长度限制要求。

由于后轴承座带有冷却介质流道，故后轴承可以选在满足载荷之内的更小型号的轴承，既减少成本又降低了主轴的转动惯量，减少了主轴加减速时间。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例结构示意图；

图2是图1中A处局部放大图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

其中，图1给出了本发明实施例的参考方向，以下结合图1所示的方向，对本发明的实施例进行说明。

参见图1，本发明的实施例提供了一种电主轴，包括机体组件1和轴芯组件2，机体组件1设有前轴承座组件5和后轴承座组件3，轴芯组件2前端通过前轴承6支承于前轴承座组件5，后端通过后轴承4支承于后轴承座组件3。轴芯组件2包括轴芯和转子，机体组件1包括机体和定子，前轴承6和后轴承4根据需要分别设置一个或多个，轴芯组件2能够在机体组件1中通过转子、定子驱动旋转，并在机体组件1的前端输出扭矩。

参见图1、图2，后轴承座组件3包括后轴承座外套31和后轴承座32，后轴承座外套31与机体组件1连接，后轴承4的外圈支承于后轴承座32，后轴承4的内圈与轴芯组件2配合，后轴承座32与后轴承座外套31配合，后轴承座32能够相对于后轴承座外套31沿轴向浮动，形成浮动端轴承结构。其中，后轴承座外套31设有第一冷却介质流道33，第一冷却介质流道33能够通入冷却水等冷却介质，以实现对于后轴承座外套31的冷却。后轴承座32设有第二冷却介质流道34，第二冷却介质流道34能够通入冷却水等冷却介质，以实现对于后轴承座32的冷却。第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34相连通，冷却水等冷却介质流经第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34，这样保证冷却后轴承座外套的冷却介质也可以冷却到后轴承座32，第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34共同实现对于后轴承座组件3的冷却，更加充分地带走后轴承工作中产生的热量。前轴承座组件5设有第三冷却介质流道51，第三冷却介质流道51能够通入冷却水等冷却介质，以实现对于前轴承6的冷却。本发明解决了由于轴承冷却不充分、不均匀带来的诸多问题，延长前轴承、后轴承的使用寿命，避免影响轴承的预紧。

由于后轴承座32能够相对于后轴承座外套31沿轴向浮动，为了实现第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34相连通，第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34可通过变形软管、浮动接头等方式实现连接。

例如在图1、图2所示的实施例中，后轴承座组件3还包括连接管35，连接管35沿轴向设置并装配于后轴承座外套31和后轴承座32之间，连接管35将第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34相连通，连接管35与后轴承座外套31和/或后轴承座32活动配合以实现浮动连接。换言之，连接管35可以与后轴承座外套31固定连接后，再与后轴承座32活动配合；连接管35也可以与后轴承座32固定连接后，再与后轴承座外套31活动配合；连接管35还可以两端分别与后轴承座32和后轴承座外套31活动配合。连接管35通过形成的浮动连接结构，保证第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34相连通不受轴承浮动的影响，得以实现冷却后轴承座外套的冷却介质也可以冷却到后轴承座32。

进一步的，在一些实施例中，参见图1、图2，后轴承座外套31设有与第一冷却介质流道33连通的第一轴向插孔，后轴承座32设有与第二冷却介质流道34连通的第二轴向插孔，连接管35的一端装配于第一轴向插孔，并与第一轴向插孔过盈配合，连接管35的另一端装配于第二轴向插孔，并与第二轴向插孔间隙配合，连接管35与后轴承座32之间为大间隙配合保证轴承的浮动不受影响，这样保证冷却后轴承座外套的水也可以冷却到后轴承座32。

其中，可以理解的是，连接管35根据进水和出水需要，确定具体设置的数量，例如两个或更多。

为了避免冷却介质在连接管35处发生泄漏，连接管35与第一轴向插孔、第二轴向插孔之间均设有密封圈36。其中，连接管35与第二轴向插孔间的密封圈36既能保证密封性，又能保证连接管35能够相对于后轴承座32相对浮动不受影响。

参见图1、图2，后轴承座32包括第一部件37和第二部件38，第一部件37和第二部件38均呈环状。其中，第一部件37沿轴向延伸，形成圆筒状，第一部件37沿径向位于后轴承座外套31的内侧，后轴承4装配于第一部件37，第二冷却介质流道34设置于第一部件37，第二冷却介质流道34中的冷却介质直接对第一部件37进行冷却，大大提升对于后轴承4的冷却效果。第二部件38沿径向延伸，形成圆形法兰状，第二部件38沿轴向位于后轴承座外套31的后方，后轴承座32的第二部件38与后轴承座外套31沿轴向分布，连接管35设置于第二部件38与后轴承座外套31之间，后轴承座32通过开设在第二部件38内部的孔道实现第一冷却介质流道33与第二冷却介质流道34的连通，保证轴承冷却的不受轴承浮动的影响。

在一些实施例中，参见图1、图2，后轴承座外套31和第一部件37之间设有滚动套39，滚动套39保证了主轴可靠的浮动性能，但是由于滚动套39的导热系数差，导致轴承的冷却和预紧提出了更高的要求，本发明通过相连通的第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34绕过滚动套39实现对于轴承的充分冷却，大大提升了轴承冷却和预紧效果。

在一些实施例中，参见图1、图2，后轴承座外套31和第二部件38之间设有预紧弹簧310，预紧弹簧310对后轴承座32施加轴向的预紧力，用于实现后轴承4的预紧。为了方便预紧弹簧310的安装，可以在后轴承座外套31或第二部件38上设置安装槽，用于容置预紧弹簧310。

为了保证冷却效果，第一冷却介质流道33环绕后轴承座外套31一周或多周，第一冷却介质流道33可通过开孔或开槽的方式形成，第一冷却介质流道33可以设置呈迂回的S形或简单的环形，例如在图1、图2所示的一些实施例中，后轴承座外套31的外壁上开设第一环槽，后轴承座外套31嵌入机体组件1，机体组件1与后轴承座外套31配合，机体组件1遮蔽第一环槽以形成第一冷却介质流道33。机体组件1在对应位置开孔，已经冷却介质引入或引出第一冷却介质流道33。其中，通过第一环槽形成第一冷却介质流道33的结构形式大大降低了第一冷却介质流道33在后轴承座外套31的加工难度。

第二冷却介质流道34环绕后轴承座32一周或多周，第二冷却介质流道34可通过开孔或开槽的方式形成，第二冷却介质流道34可以设置呈迂回的S形或简单的环形，例如在图1、图2所示的一些实施例中，第一部件37的后端设有第二环槽311，第二部件38与第一部件37配合并遮蔽第二环槽311，第一部件37的前端设有第三环槽312，后轴承座32还包括第三部件313，第三部件313与第一部件37配合并遮蔽第三环槽312，此外，第三部件313也为后轴承的外圈提供轴向限位。第二环槽311和第三环槽312通过轴向孔314连通，第二环槽311和第三环槽312形成两条第二冷却介质流道34。第二部件38开设孔道，以导通第一冷却介质流道33和第二冷却介质流道34。其中，第一部件37、第二部件38和第三部件313在设置对应的孔或槽后，连接为一个整体，从而大大降低了后轴承座32上二冷却介质流道的制作难度，同时保证后轴承4的冷却效果。

具体的，参见图1，冷却液从机体组件1输入，再流到后轴承座外套，此时分两条冷却水道，一条为第一冷却介质流道33，第一冷却介质流道33环绕后轴承座外套31流到对侧，另一条经连接管35流入后轴承座32，经第二冷却介质流道34环绕冷却后轴承座32后流到对侧，然后经连接管35导出，与第一冷却介质流道33交汇后流出，两个通道分别冷却后轴承座外套和后轴承座32。

在一些实施例中，参见图1，机体组件1设有第四冷却介质流道11，第四冷却介质流道11位于定子外侧，第四冷却介质流道11能够通入冷却水等冷却介质，以实现对于定子的冷却，及时散去大功率电机产生的热量。

根据需要，前轴承座组件5的冷却介质流道、后轴承座组件3的冷却介质流道和机体组件1的冷却介质流道可以设置为彼此独立或相连通。

例如在图1所示的一些实施例中，第四冷却介质流道11与第二冷却介质流道34相连通，第三冷却介质流道51与第一冷却介质流道33相连通。工作时，冷却介质进入电主轴，依次流过第三冷却介质流道51、第一冷却介质流道33、第二冷却介质流道34和第四冷却介质流道11。可以有效地对主轴工作过程中产生热量的部件进行冷却，因加工中心电主轴最主要的发热部件是定子，冷却介质冷却完定子温度会升高很多，优先冷却轴承使轴承得到充分冷却，因此，本发明设计的冷却介质的冷却顺序是先冷却前轴承，再冷却后轴承，最后冷却定子。

其中，第四冷却介质流道11可以设置为沿机体组件外壁呈迂回的S形、螺旋形或简单的环形。在一些实施例中，参见图1，电主轴还包括主轴箱7，机体组件的外周面设有螺旋环槽，机体组件装配于主轴箱7内，主轴箱7与机体组件相匹配，主轴箱7遮蔽螺旋环槽以形成第四冷却介质流道11，主轴箱7设有与第三冷却介质流道51相连通的进水孔71，主轴箱7设有与第四冷却介质流道11相连通的出水孔72。

冷却也只从主轴箱7的进水孔71进入机体组件的第一个环路①，第一个环路①环绕于机体组件的前端外壁，环绕机体组件一圈后进入径向孔②，经环第三冷却介质流道51绕前轴承座组件5一圈后由径向孔③流入机体组件的冷却水孔，再流到后轴承外套，此时分两条冷却水道，一条环绕后轴承座外套的第一冷却介质流道33流到对侧的第一冷却介质流道33的出口位置⑤，另一条经过连接管流入后轴承座，经第二冷却介质流道34环绕冷却从对侧位置④经连接管流到第一冷却介质流道33的出口位置⑤，两个通道分别冷却后轴承外套和后轴承座，从⑤经过机体组件的冷却水孔流至机体组件前端，并流出机体组件，在环绕机体组件到⑥，经过⑥环绕机体组件到达⑦，经过⑦环绕机体组件到达⑧，经过⑧环绕机体组件到达⑨，经过⑨环绕机体组件到达⑩，经过⑩环绕机体组件到达出水孔72。

本发明的实施例还提供一种机床，包括以上任一实施例中的电主轴，用于车削、镗削、钻削、铣削等。

本发明具有以下优势：

后轴承座32与后轴承座外套31均设有冷却介质流道，后轴承4可以直接通过后轴承座32冷却，可以到达和前轴承一样的冷却效果，从而延长后轴承4的使用寿命。

由于后轴承座32和后轴承座外套31同时通过连通的冷却介质流道被冷却，而不会导致两者温差大，避免出现没有冷却的后轴承座32受热膨胀，受冷却的后轴承座外套31缩小，从而避免配合效果被破坏，保证轴承的预紧。

由于后轴承座32带有冷却介质流道，可以将轴承至于机体组件1内孔之内缩短了主轴的轴承跨距，使电主轴更能够满足车铣电主轴在机床上的长度限制要求。

由于后轴承座32带有冷却介质流道，故后轴承4可以选在满足载荷之内的更小型号的轴承，既减少成本又降低了主轴的转动惯量，减少了主轴加减速时间。

实现了冷却液先冷却轴承后冷却电机，大大提升轴承的冷却效果。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种电主轴，其特征在于，包括：

机体组件，设有前轴承座组件和后轴承座组件；

轴芯组件，前端通过前轴承支承于所述前轴承座组件，后端通过后轴承支承于所述后轴承座组件；

其中，所述后轴承座组件包括后轴承座外套和后轴承座，所述后轴承座外套与所述机体组件连接，所述后轴承的外圈支承于所述后轴承座，所述后轴承座与所述后轴承座外套配合，所述后轴承座能够相对于所述后轴承座外套沿轴向浮动，所述后轴承座外套设有第一冷却介质流道，所述后轴承座设有第二冷却介质流道，所述第一冷却介质流道和第二冷却介质流道相连通；所述前轴承座组件设有第三冷却介质流道；

还包括连接管，所述连接管沿轴向设置并装配于所述后轴承座外套和后轴承座之间，所述连接管将所述第一冷却介质流道和第二冷却介质流道相连通，所述连接管与所述后轴承座外套和/或后轴承座活动配合以实现浮动连接，所述后轴承座外套设有与所述第一冷却介质流道连通的第一轴向插孔，所述后轴承座设有与所述第二冷却介质流道连通的第二轴向插孔，所述连接管的一端装配于所述第一轴向插孔，并与所述第一轴向插孔过盈配合，所述连接管的另一端装配于所述第二轴向插孔，并与所述第二轴向插孔间隙配合。

2.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述后轴承座包括第一部件和第二部件，所述第一部件和第二部件均呈环状，所述第一部件沿径向位于所述后轴承座外套的内侧，所述第二部件沿轴向位于所述后轴承座外套的后方，所述连接管设置于所述第二部件与所述后轴承座外套之间，所述第二冷却介质流道设置于所述第一部件。

3.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于，所述后轴承座外套和所述第一部件之间设有滚动套。

4.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于，所述第一部件的后端设有第二环槽，所述第二部件与所述第一部件配合并遮蔽所述第二环槽，所述第一部件的前端设有第三环槽，所述后轴承座还包括第三部件，所述第三部件与所述第一部件配合并遮蔽所述第三环槽，所述第二环槽和第三环槽通过轴向孔连通，所述第二环槽和第三环槽形成所述第二冷却介质流道。

5.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述后轴承座外套的外壁上开设第一环槽，所述机体组件与所述后轴承座外套配合，所述机体组件遮蔽所述第一环槽以形成所述第一冷却介质流道。

6.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述机体组件设有第四冷却介质流道，所述第四冷却介质流道与所述第二冷却介质流道相连通，所述第三冷却介质流道与所述第一冷却介质流道相连通，冷却介质依次流过所述第三冷却介质流道、所述第一冷却介质流道、所述第二冷却介质流道和第四冷却介质流道。

7.根据权利要求6所述的电主轴，其特征在于，还包括主轴箱，所述机体组件的外周面设有螺旋环槽，所述机体组件装配于所述主轴箱内，所述主轴箱遮蔽所述螺旋环槽以形成所述第四冷却介质流道，所述主轴箱设有与所述第三冷却介质流道相连通的进水孔，所述主轴箱设有与所述第四冷却介质流道相连通的出水孔。

8.一种机床，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的电主轴。

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