一种精密数控车床水冷电主轴装置制造方法
【专利摘要】一种精密数控车床水冷电主轴装置，属于机床部件装置领域。现有车床风冷电主轴装置的散热效果无法满足高速大扭矩加工需要。本实用新型包括主轴箱体、前轴承支座、后轴承支座、中空主轴、主轴驱动机构、角度编码器装置、刹车装置和冷却系统，主轴通过轴承支撑安装于主轴箱体主轴孔两端的前、后轴承支座上，通过主轴驱动机构带动主轴旋转；角度编码器装置通过连接套安装于主轴后端，刹车装置包括刹车盘和液压刹车，液压刹车通过支架安装于主轴箱体后端，刹车盘安装于连接套后端；冷却系统包括主轴冷却机构和轴承冷却机构，主轴冷却机构包括主轴冷却水通道，轴承冷却水机构包括轴承冷却水通道。通过对主轴和轴承的冷却水循环，散热效果好且稳定性高。
【专利说明】一种精密数控车床水冷电主轴装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机床部件装置领域，尤其与一种精密数控车床水冷电主轴装置有关。
【背景技术】
[0002]目前，普通车床主轴结构传动链过长、外形尺寸大、传递扭矩小，影响了车床主轴的传动精度和定位精度，且需要停止加工时，主轴不能立即停止转动，控制性差。为解决上述普通车床主轴存在的缺陷，本专利 申请人:曾开发了一种精密数控车床风冷电主轴装置，申请了专利号为ZL201220337475.6的专利。该风冷电主轴装置虽然能解决普通主轴的缺陷，但是这样的风冷装置散热效果还无法满足高速大扭矩加工的需要，且仅适用于传动扭矩小，功率低的电主轴装置中。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的旨在克服现有车床风冷电主轴装置存在的散热效果无法满足高速大扭矩加工需要的缺陷，提供一种能散热性能好的精密数控车床水冷电主轴装置。
[0004]为此，本实用新型采用以下技术方案:一种精密数控车床水冷电主轴装置，包括主轴箱体、前轴承支座、后轴承支座、中空主轴、主轴驱动机构、角度编码器装置、刹车装置和冷却系统，所述的主轴箱体上设置有主轴孔和气管接头，前轴承支座、后轴承支座分别安装于所述主轴孔的前、后两端，前、后轴承支座均设置有轴向通孔，所述的轴向通孔和主轴孔同心，所述的主轴穿装于主轴孔中，主轴前端通过前轴承支撑安装于前轴承支座的轴向通孔上，前轴承前端设置有前法兰，前法兰前端设置有前端盖，前轴承后端设置有前隔套，前法兰通过螺钉固定于所述前轴承支座上，前隔套固定于所述主轴上，通过设置前法兰和前隔套，对前轴承进行轴向定位，所述主轴后端通过后轴承支撑安装于后轴承支座的轴向通孔上，后轴承前端和后端分别设置有后隔套和后法兰，后隔套固定于所述主轴上，后法兰通过螺钉固定于所述后轴承支座上，后法兰后端设置有后端盖，通过设置后隔套和后法兰，对后轴承进行轴向定位；主轴与前端盖之间设置有密封套，气管接头、主轴箱体、前轴承支座、前法兰、前端盖、密封套都设置有气孔，共同串接组成一个主轴吹气管路，能吹离切屑液及金属粉尘，有效的杜绝切屑液及金属粉尘进入电主轴内部；所述的角度编码器装置通过连接套安装于主轴后端，包括编码器支撑套、编码器光栅鼓、编码器读数头和编码器防护盖，编码器支撑套固定安装于连接套前端，编码器光栅鼓固定安装于编码器支撑套上，编码器读数头固定安装于所述的后端盖上，所述的编码器读数头与后端盖之间设置有调整垫，用来调整编码器读数头与后端盖之间的间隙，并且编码器读数头、调整垫、后端盖设置有4个定位销，用来实现编码器读数头的定位，编码器防护盖固定安装于后轴承支座上，对角度编码器装置进行防水、防尘保护；所述的主轴驱动机构包括转子、转子连接套、定子和定子连接套，转子固定套装于转子连接套，转子连接套固定套装于主轴，使得转子和主轴相互固定，随主轴一起转动，所述的定子固定嵌装于定子连接套，定子连接套固定安装于所述主轴孔内腔壁，使得定子和主轴箱体相互固定，定子外套于转子并且两者之间相互有间隙；刹车装置包括刹车盘、刹车盘支撑套、液压刹车和刹车支架，刹车支架安装于主轴箱体后端一侦U，液压刹车安装于刹车支架，刹车盘套装于刹车盘支撑套，刹车盘支撑套固定安装于所述的连接套后端；其特征是，所述的冷却系统包括主轴冷却机构和轴承冷却机构，主轴冷却机构包括主轴冷却水通道、主轴冷却水进口和主轴冷却水出口，主轴冷却水通道设置于所述主轴箱体和定子连接套之间并与定子连接套连接且紧密贴靠，主轴冷却水通道分布于所述定子连接套前端和后端之间，所述主轴冷却水进口和主轴冷却水出口都设置于主轴箱体上；所述的轴承冷却机构包括轴承冷却水通道、轴承冷却水进口和轴承冷却水出口，轴承冷却水通道设置于所述主轴箱体与所述前轴承支座之间并与前轴承座紧密贴靠，轴承冷却水通道分布于前轴承支座的前端和后端之间，轴承冷却水进口和轴承冷却水出口都设置于主轴箱体前端上。
[0005]作为对上述技术方案的完善和补充，本实用新型还包括以下技术特征。
[0006]所述的主轴冷却机构还包括第一密封机构，第一密封机构包括两个第一密封圈，分别套装于所述定子连接套两端的外圆面上，并与所述主轴孔内腔壁紧密贴靠，防止冷却水进入主轴内，起到密封作用。
[0007]所述的主轴冷却水通道由设于所述主轴箱体主轴孔内腔壁上的若干个主轴环形凹槽组成，主轴环形凹槽沿主轴轴向方向且间隔一定距离排列分布于所述两个第一密封圈之间，相邻两个主轴环形凹槽之间相互连通。
[0008]进一步，所述的相邻两个主轴环形凹槽之间均留有间隙，使冷却水流通顺畅。
[0009]所述的轴承冷却机构还包括第二密封机构，第二密封机构包括两个第二密封圈，分别套装于所述前轴承支座两端的外圆面上，并与所述主轴孔内腔壁紧密贴靠，防止冷却水进入轴承内，起到密封作用。
[0010]所述的轴承冷却水通道由设于所述前轴承支座外圆面上的若干个轴承环形凹槽组成，轴承环形凹槽沿主轴轴向方向且间隔一定距离排列分布于所述两个第二密封圈之间，相邻两个轴承环形凹槽之间相互连通。
[0011]进一步，所述的相邻两个轴承环形凹槽之间均留有间隙，使冷却水流通顺畅。
[0012]所述的前法兰和后法兰与主轴之间分别设置有前迷宫套和后迷宫套，前迷宫套和后迷宫套分别与所述主轴固定，分别与前法兰和后法兰形成迷宫结构，对轴承起到保护作用。
[0013]所述的前轴承包括轴向紧密排列的角接触球轴承和双列圆柱滚子轴承，最靠前的双列圆柱滚子轴承前端外圈抵靠在前法兰上，内圈抵靠在前迷宫套上，角接触球轴承数量为两个且背对背安装于所述双列圆柱滚子轴承后端，最后端的角接触球轴承后端外圈抵靠于前轴承支座的台阶端面靠肩上，内圈抵靠于前隔套上，对双列圆柱滚子轴承和角接触球轴承进行轴向限位。
[0014]所述的后轴承为单列圆柱滚子轴承，所述的后轴承支座上设置有台阶端面靠肩，单列圆柱滚子轴承前端外圈抵靠于所述台阶端面靠肩上，内圈抵靠于所述后隔套上，单列圆柱滚子轴承后端外圈抵靠于所述后法兰，内圈抵靠于所述后迷宫套上，对单列圆柱滚子轴承进行轴向限位。
[0015]本实用新型工作时:定子连接套固定于主轴箱体上固定不动，通过对定子输入电流产生电磁场来驱动转子，转子带动主轴旋转，实现对主轴的动力输入，此时液压刹车不供油，刹车盘与液压刹车有间隙；当需要主轴停止转动时，停止对定子输入电流，给液压刹车供油，液压刹车合住刹车盘,刹车盘停止转动,主轴也停止转动；当需要车床主轴伺服定位控制，可以通过角度编码器装置实现任一角度精确定位，电主轴装置正常工作后，冷却水从主轴冷却水进口进入，通过主轴环形凹槽从主轴冷却水出口流出，在轴承部分冷却水从轴承冷却水进口进入，通过轴承环形凹槽从轴承冷却水出口流出，冷却水在主轴箱体内循环流动，起到对电主轴的散热冷却作用，使电主轴装置保持在正常的温度范围内。
[0016]使用本实用新型可以达到以下有益效果:在精密车床主轴箱体内直接配置冷却水循环冷却系统，对主轴以及轴承进行内部冷却，有效起到了主轴的散热作用，散热稳定性提高，而且节省了在主轴箱体上安装风机的空间，使电主轴更加结构简单紧凑，同时通过去除了传统机床主轴的动力传动机构，实现了结构简单紧凑，高速大扭矩，通过刹车装置控制主轴的因惯性产生的转动，提高加工的准确性，通过角度编码器装置实现任一角度的精确定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的主视图。
[0018]图2是图1的A-A剖视图。
[0019]图3是图1的F-F剖视图。
[0020]图4是图1的B-B剖视的局部视图。
[0021]图5是图1的C-C剖视的局部视图。
[0022]图6是图1的D-D剖视的局部视图。
[0023]图7是图1的E-E剖视的局部视图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细描述。
[0025]如图广图7所示，本实用新型包括主轴箱体4、前轴承支座18、后轴承支座21、中空主轴15、主轴驱动机构、角度编码器装置、刹车装置和冷却系统，主轴箱体4上设置有主轴孔和气管接头34，前轴承支座18、后轴承支座21分别安装于所述主轴孔的前、后两端，前、后轴承支座21均设置有轴向通孔，所述的轴向通孔和主轴孔同心，主轴15穿装于主轴孔中，主轴15前端通过前轴承支撑安装于前轴承支座18的轴向通孔上,前轴承包括轴向紧密排列的角接触球轴承12和双列圆柱滚子轴承13，最靠前的为双列圆柱滚子轴承13，角接触球轴承12数量为两个且背对背安装于双列圆柱滚子轴承13后端，双列圆柱滚子轴承13前端设置有前法兰17，前法兰17通过螺钉固定于前轴承支座18上，前法兰17与主轴15之间设置有前迷宫套16，前迷宫套16与主轴15固定，与前法兰17形成迷宫结构，对轴承起到保护作用，后端设置有前隔套11，前隔套11固定于主轴15上，双列圆柱滚子轴承13前端外圈抵靠在前法兰17上，内圈抵靠在前迷宫套16上，最后端的角接触球轴承12外圈抵靠于前轴承支座18的台阶端面靠肩上，内圈抵靠于前隔套11上，对双列圆柱滚子轴承13和角接触球轴承12进行轴向限位，主轴15后端通过后轴承支撑安装于后轴承支座21的轴向通孔上，后轴承为单列圆柱滚子轴承5，单列圆柱滚子轴承5前端设置有后隔套6，后隔套6固定于主轴15上，后轴承支座21上设置有台阶端面靠肩，单列圆柱滚子轴承5后端设置有后法兰22，后法兰22通过螺钉固定于后轴承支座21上，后法兰22后端设置有后端盖24，后端盖24通过螺钉与后法兰22固定连接，后法兰22与主轴15之间设置有后迷宫套23，后迷宫套23与主轴15固定，与后法兰22形成迷宫结构，对单列圆柱滚子轴承5起到保护作用，单列圆柱滚子轴承5前端外圈抵靠于所述台阶端面靠肩上，内圈抵靠于后隔套6上，单列圆柱滚子轴承5后端外圈抵靠于后法兰22，内圈抵靠于后迷宫套23上，对单列圆柱滚子轴承5进行轴向限位；主轴15与前端盖14之间设置有密封套，气管接头34、主轴箱体4、前轴承支座18、前法兰17、前端盖14、密封套都设置有气孔，共同串接组成一个主轴吹气管路，能吹离切屑液及金属粉尘，有效的杜绝切屑液及金属粉尘进入电主轴15内部；所述的角度编码器装置通过连接套29安装于主轴15后端，包括编码器支撑套30、编码器光栅鼓28、编码器读数头27和编码器防护盖31，编码器支撑套30固定安装于连接套29前端，编码器光栅鼓28固定安装于编码器支撑套30上，编码器读数头27固定安装于后端盖24上，编码器读数头27与后端盖24之间设置有调整垫25，用来调整编码器读数头27与后端盖24之间的间隙，并且编码器读数头27、调整垫25、后端盖24设置有4个定位销26，用来实现编码器读数头27的定位，编码器防护盖31固定安装于后轴承支座21上，对角度编码器装置进行防水、防尘保护；所述的主轴驱动机构包括转子9、转子连接套20、定子8和定子连接套10，转子9固定套装于转子连接套20，转子连接套20固定套装于主轴15，使得转子9和主轴15相互固定，随主轴15 —起转动，定子8固定嵌装于定子连接套10，定子连接套10固定安装于所述主轴孔内腔壁，使得定子8和主轴箱体4相互固定，定子8外套于转子9并且两者之间相互有间隙；刹车装置包括刹车盘2、刹车盘支撑套3、液压刹车I和刹车支架，刹车支架安装于主轴箱体4后端一侧，液压刹车I安装于刹车支架，刹车盘2套装于刹车盘支撑套3，刹车盘支撑套3固定安装于连接套29后端；所述的冷却系统包括主轴冷却机构和轴承冷却机构，主轴冷却机构包括主轴冷却水通道、主轴冷却水进口 37、主轴冷却水出口 38和第一密封机构，主轴冷却水通道由设置于主轴箱体4和定子连接套10之间的六个主轴环形凹槽7组成，主轴环形凹槽7设置于主轴箱体4上，各相邻两个主轴环形凹槽7之间设置有间隙，第一密封机构包括两个第一密封圈33，分别套装于定子连接套10两端的外圆面上，且与所述主轴孔内腔壁紧密贴靠，防止冷却水进入主轴15内，有效起到密封作用，主轴环形凹槽7沿主轴轴向间隔一定距离排列分布于所述两个第一密封圈33之间，主轴冷却水进口 37和主轴冷却水出口 38分设于定子8前端与后端位置相对应的主轴箱体4上，且分别与主轴冷却水通道两端的主轴环形凹槽7连接，冷却水从主轴冷却水进口 37流进，通过主轴冷却水通道的各个主轴环形凹槽7，并从主轴冷却水出口 38流出，起到对主轴15的冷却散热作用；所述的轴承冷却机构包括轴承冷却水通道、轴承冷却水进口 35、轴承冷却水出口 36和第二密封机构，轴承冷却水通道由设置于主轴箱体4和前轴承支座18之间的两个相互连通的轴承环形凹槽19组成，轴承环形凹槽19设置于前轴承支座18上，各相邻两个轴承环形凹槽19之间设置有间隙，第二密封机构包括两个第二密封圈32，分别套装于前轴承支座18两端的外圆面上，且与所述主轴孔内腔壁紧密贴靠，防止冷却水进入轴承内，有效起到密封作用，轴承环形凹槽19沿主轴轴向间隔一定距离排列分布于所述两个第二密封圈32之间，轴承冷却水进口 35和轴承冷却水出口 36分设于前轴承支座18前端与后端位置相对应的主轴箱体4上，且分别与轴承冷却水通道两端的轴承环形凹槽19连接，冷却水从轴承冷却水进口 35流进，通过轴承冷却水通道的各个轴承环形凹槽19，并从轴承冷却水出口 36流出，起到对主轴15前端的轴承冷却散热作用。
[0026]本实用新型工作时:定子连接套10固定于主轴箱体4上固定不动，通过对定子8输入电流产生电磁场来驱动转子9，转子9带动主轴15旋转，实现对主轴15的动力输入，此时液压刹车I不供油，刹车盘2与液压刹车I有间隙；当需要主轴15停止转动时，停止对定子8输入电流，给液压刹车I供油，液压刹车I合住刹车盘2，刹车盘2停止转动，主轴15也停止转动；当需要车床主轴伺服定位控制，可以通过角度编码器装置实现任一角度精确定位，电主轴装置正常工作后，冷却水从主轴冷却水进口 37进入，通过主轴环形凹槽7从主轴冷却水出口 38流出，在轴承部分冷却水从轴承冷却水进口 35进入，通过轴承环形凹槽
19从轴承冷却水出口 36流出，冷却水在主轴箱体4内循环流动，起到对主轴15和轴承的散热冷却作用，使电主轴装置保持在正常的温度范围内。
【权利要求】
1.一种精密数控车床水冷电主轴装置，包括主轴箱体(4)、前轴承支座(18)、后轴承支座(21)、中空主轴(15)、主轴驱动机构、角度编码器装置、刹车装置和冷却系统，所述的主轴箱体(4)上设置有主轴孔和气管接头(34)，前轴承支座(18)、后轴承支座(21)分别安装于所述主轴孔的前、后两端，前、后轴承支座(21)均设置有轴向通孔，所述的轴向通孔和主轴孔同心，主轴(15)穿装于主轴孔中，主轴(15)前端通过前轴承支撑安装于前轴承支座(18)的轴向通孔上，前轴承前端设置有前法兰(17)，前法兰(17)前端设置有前端盖(14)，前轴承后端设置有前隔套(11 )，前法兰(17)通过螺钉固定于前轴承支座(18)上，前隔套(11)固定于主轴(15)上，主轴(15)后端通过后轴承支撑安装于后轴承支座(21)的轴向通孔上，后轴承前端和后端分别设置有后隔套(6)和后法兰(22)，后隔套(6)固定于主轴(15)上，后法兰(22)通过螺钉固定于后轴承支座(21)上，后法兰(22)后端设置有后端盖(24 );主轴(15 )与前端盖(14 )之间设置有密封套，气管接头(34 )、主轴箱体(4 )、前轴承支座(18)、前法兰(17)、前端盖(14)、密封套都设置有气孔，共同串接组成一个主轴吹气管路；所述的角度编码器装置通过连接套(29)安装于主轴(15)后端，包括编码器支撑套(30)、编码器光栅鼓(28)、编码器读数头(27)和编码器防护盖(31)，编码器支撑套(30)固定安装于连接套(29 )前端，编码器光栅鼓(28 )固定安装于编码器支撑套(30 )上，编码器读数头(27)固定安装于后端盖(24)上，编码器读数头(27)与后端盖(24)之间设置有调整垫(25)，用来调整编码器读数头(27)与后端盖(24)之间的间隙，并且编码器读数头(27)、调整垫(25)、后端盖(24)设置有4个定位销(26)，用来实现编码器读数头(27)的定位，编码器防护盖(31)固定安装 于后轴承支座(21)上；所述的主轴驱动机构包括转子(9)、转子连接套(20)、定子(8)和定子连接套(10)，转子(9)固定套装于转子连接套(20)，转子连接套(20)固定套装于主轴(15),使得转子(9)和主轴(15)相互固定,定子(8)固定嵌装于定子连接套(10)，定子连接套(10)固定安装于所述主轴孔内腔壁，使得定子(8)和主轴箱体(4)相互固定，定子(8)外套于转子(9)并且两者之间相互有间隙；刹车装置包括刹车盘(2)、刹车盘支撑套(3)、液压刹车(I)和刹车支架，刹车支架安装于主轴箱体(4)后端一侧，液压刹车(I)安装于刹车支架，刹车盘(2)套装于刹车盘支撑套(3)，刹车盘支撑套(3)固定安装于连接套(29)后端；其特征在于:所述的冷却系统包括主轴冷却机构和轴承冷却机构，主轴冷却机构包括主轴冷却水通道、主轴冷却水进口(37)和主轴冷却水出口(38)，主轴冷却水通道设置于主轴箱体(4)和定子连接套(10)之间并与定子连接套(10)连接且紧密贴靠，主轴冷却水通道分布于定子连接套(10)前端和后端之间，主轴冷却水进口(37)和主轴冷却水出口(38)都设置于主轴箱体(4)上；所述的轴承冷却机构包括轴承冷却水通道、轴承冷却水进口(35)和轴承冷却水出口(36)，轴承冷却水通道设置于主轴箱体(4)与前轴承支座(18)之间并与前轴承支座(18)紧密贴靠,轴承冷却水通道分布于前轴承支座(18)的前端和后端之间，轴承冷却水进口(35)和轴承冷却水出口(36)都设置于主轴箱体(4)前端上。
2.根据权利要求1所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的主轴冷却机构还包括第一密封机构，第一密封机构包括两个第一密封圈(33)，分别套装于定子连接套(10)两端的外圆面上，并与所述主轴孔内腔壁紧密贴靠。
3.根据权利要求2所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的主轴冷却水通道由设于主轴箱体(4)主轴孔内腔壁上的若干个主轴环形凹槽(7)组成，主轴环形凹槽(7)沿主轴(15)轴向方向且间隔一定距离排列分布于两个第一密封圈(33)之间，相邻两个主轴环形凹槽(7)之间相互连通。
4.根据权利要求3所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的相邻两个主轴环形凹槽(7)之间均留有间隙。
5.根据权利要求1或4所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的轴承冷却机构还包括第二密封机构，第二密封机构包括两个第二密封圈(32 )，分别套装于前轴承支座(18)两端的外圆面上，并与所述主轴孔内腔壁紧密贴靠。
6.根据权利要求5所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的轴承冷却水通道由设于前轴承支座(18)外圆面上的若干个轴承环形凹槽(19)组成，轴承环形凹槽(19)沿主轴(15)轴向方向且间隔一定距离排列分布于两个第二密封圈(32)之间，相邻两个轴承环形凹槽(19)之间相互连通。
7.根据权利要求6所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的相邻两个轴承环形凹槽(19)之间均留有间隙。
8.根据权利要求7所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的前法兰(17)和后法兰(22)与主轴(15)之间分别设置有前迷宫套(16)和后迷宫套(23)，前迷宫套(16)和后迷宫套(23)分别与主轴(15)固定，分别与前法兰(17)和后法兰(22)形成迷宫结构。
9.根据权利要求8所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的前轴承包括轴向紧密排列的角接触球轴承(12)和双列圆柱滚子轴承(13)，最靠前的双列圆柱滚子前端轴承外圈抵靠在前法兰(17)上，内圈抵靠在前迷宫套(16)上，角接触球轴承(12)数量为两个且背对背安装于双列圆柱滚子轴承(13)后端，最后端的角接触球轴承(12)后端外圈抵靠于前轴承支座(18)的台阶端面靠肩上，内圈抵靠于前隔套(11)上。
10. 根据权利要求9所述的一种精密数控车床水冷电主轴装置，其特征在于:所述的后轴承为单列圆柱滚子轴承(5)，后轴承支座(21)上设置有台阶端面靠肩，单列圆柱滚子轴承(5)前端外圈抵靠于所述台阶端面靠肩上，内圈抵靠于后隔套(6)上，单列圆柱滚子轴承(5)后端外圈抵靠于后法兰(22)，内圈抵靠于后迷宫套(23)上。
【文档编号】B23Q11/12GK203448683SQ201320573088
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】聂志亭, 周德润, 陆平山 申请人:浙江日发精密机械股份有限公司