专利名称：一种内置式超高速电主轴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种内置式超高速电主轴，解决目前电主轴功率小，速度低回转 精度不高的问题，该装置主要用于超高速磨床超高速磨削加工。
背景技术：
传统的电主轴功率较小一般在20千瓦以下，转速在3000转/分以内，对应的砂轮 线速度在80米/秒以内。这种装置存在的主要问题1、功率不够大，生产效率难以提高。 2、砂轮线速度限制在80米/秒以内，零件加工精度和生产节拍受到限制。3、由于受到功率 和转速的限制无法实现超高速磨削加工工艺要求。4、回转精度不高。因此，对现有电主轴 以及装置加以改进，以满足超高速磨削工艺要求。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种功率大、转速高且回转精度高的内置 式超高速电主轴。为了解决上述技术问题，本实用新型提供的内置式超高速电主轴，主轴的两端通 过前轴承和后轴承安装在壳体上，在所述的前轴承和后轴承上分别周向均勻设有4个与所 述的主轴对应的静动压油腔，在所述的壳体上设有压力油路及其节流器与所述的静动压油 腔连通，前端盖设有与所述的主轴的台肩一侧对应且与所述的压力油路及其节流器连通的 前端盖端面油腔，所述的前轴承设有与所述的主轴的台肩另一侧对应且与所述的静动压油 腔连通的前轴承端面油腔，所述的壳体底部设有回油路，在所述的壳体的中部设有电机定 子，在所述的主轴的中部设有与所述的电机定子对应的电机转子。所述的主轴内安装有内置式超高速动平衡头及其动平衡传感器。所述的前后轴承供油路的管道上设有温度传感器和温度控制装置。所述的前轴承和后轴承与所述的主轴之间间隙为0. 05mm。所述的电机定子与电机转子之间有l_2mm间隙。所述的电机定子和电机转子为内置式伺服主轴电机。采用上述技术方案的内置式超高速电主轴，采用一种润滑液作为介质，润滑液增 压后填充在主轴和轴承中间，将主轴和轴承隔离。润滑液在增压节流后进入轴承内腔，将主 轴托起，使主轴在润滑液中悬浮。主轴和电机的转子联结成一体，电机定子和安装轴承的壳 体联结在一起，电机通电后，电机转子带动主轴回转。本实用新型提供的大功率内置式超高 速电主轴，采用伺服电机驱动功率为40-120千瓦，采用液体静动压轴承结构，其介质为高 速主轴液体润滑液，液体介质将主轴和轴承隔离不发生金属接触，使主轴直径在Φ 100毫 米时能达到15000转/分以上正常运转，使对应的砂轮线速达到300米/秒以上，使主轴轴 承动刚度达到100公斤/微米。本实用新型的工作原理是利用流体力学原理，机电一体化原理，自动控制原理， 设计节流器和静动压油腔，使主轴悬浮在润滑液中，主轴在高速回转中不发生金属接触，因少量摩擦产生的热量通过润滑液带走，主轴在高速回转中自动平衡装置能进行自动平衡，使主轴转速达到DN = 2 X IO6 (D主轴直径，单位毫米，N主轴转速，单位转/分)。由于静 动压油腔的复合作用，使主轴在超高速回转中能自动定心保持稳定工作。本实用新型的显著特点是1、设有由主轴、静动压油腔组成的静动压轴承、主轴伺服电机、内置式动平衡装 置、油泵、温度传感器、温度控制装置和油路组成的超高速电主轴，实现了纯液体摩擦，无金 属接触，理论上无摩损。2、设置于主轴内部的内置式动平衡装置，能在超高速回转下，实现在线动平衡，大 大提高了主轴的转速。3、采用特种润滑液减少了摩擦和发热，使主轴转速能达到DN= 2X IO64、将主轴伺服电机设置于主轴中部，所构成的超高速电主轴结构紧凑，体积小，受 力状况好，驱动力大。5、设置于静动压轴承内的静压油腔和动压油腔组成的静动压复合油腔，大大提高 了主轴在超高速情况下的动刚度和回转精度，使主轴轴承刚度达到100公斤/微米。综上所述，本实用新型是一种结构简单，无金属接触，无磨损，摩擦系数小，高刚 性，高回转精度，高寿命，超高速的内置式超高速电主轴，可广泛用于各种数控机床的主轴 系统特别是超高速数控磨床的主轴系统。
图1为本实用新型液压原理图图2为本实用新型的结构示意图；图3为本实用新型的轴承部分结构示意图；图4为本实用新型的轴承部分的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述，但本实用新型的保护范围 并不限于实施例所描述的范围。参见图1、图2、图3和图4，主轴6的两端通过前轴承4和后轴承10安装在壳体2 上，前轴承4和后轴承10为液体静动压轴承，在前轴承4和后轴承10上分别周向均勻设有 4个与主轴6对应的静动压油腔13，在壳体2上设有压力油路15及其节流器14与静动压 油腔13连通，前端盖1设有与主轴6的台肩一侧对应且与压力油路15及其节流器14连通 的前端盖端面油腔16，前轴承4设有与主轴6的台肩另一侧对应且与静动压油腔13连通的 前轴承端面油腔18，壳体2底部设有回油路17，壳体2与电机壳体合成一体，在壳体2的中 部设有电机定子7，在主轴6的中部上设有与电机定子7对应的电机转子8，主轴6内安装 有内置式超高速动平衡头5及其动平衡传感器12。前轴承4和后轴承10为液体静动压轴承，电机定子7和电机转子8为内置式伺服 主轴电机，内置式动平衡头5及其动平衡传感器12进行在线动平衡。从图2可以看出主轴6置于前轴承4和后轴承10轴承中心，前轴承4和后轴承10与主轴6之间 间隙为0. 05mm,前轴承4和后轴承10过盈安装在壳体2内，后轴承10过盈安装在后端盖9内，后端盖9与壳体2联结在一起成为整体，壳体2通过调整垫3、前轴承4的端面和前端 盖1，将主轴6的台肩夹持在中间，中间间隙为0. 06mm。电机定子7安装于壳体2内，电机 转子8与主轴6联结成一体，电机定子7与电机转子8之间有l-2mm间隙。主轴6内安装 有内置式超高速动平衡头5和动平衡传感器12。后端盖11将壳体封闭。从图3可以看出通过油泵增压后的压力润滑液径管路通过进口 19进入壳体2的 压力油路15，润滑液按箭头指示的方向流动，进入前轴承4和后轴承10的润滑液通过节流 器14沿中间小孔进入前后轴承的静动压油腔13。从图3、图4可以看出进入前轴承4的两路润滑液，一路进入前轴承端面内腔18， 一路经壳体2、调整垫3进入前端盖端面内腔16，前端盖端面油腔16和前轴承端面油腔18 能通过调整垫3将主轴6的台肩夹持在中间，其间隙为0. 06mm。参见图1、图2、图3、图4，润滑液经泵增压后，一路油进入压力油路15经节流器14 进入前轴承4的4个静动压腔13和前轴承端面内腔18、前端盖端面内腔16，一路润滑液进 入压力油路15，经过4个节流器14进入后轴承10的4个静动压腔13，将主轴6浮起使主 轴6和前轴承4、后轴承10不发生金属接触。静动压油腔13由为圆的一部分的静压腔和阿 基米德螺旋线一部分的动压腔组成，润滑液经泵增压后经过压力油路15进入节流器14，节 流后的润滑液经节流器14中部小孔进入轴承表面的静动压腔13，然后经封油边20流出轴 承，进入壳体2内，再经回油路17流回油箱。前后轴承供油路的管道上设有温度传感器21， 通过温度传感器21发信号至温度控制装置22，温度控制装置22控制润滑液的温度在适当 的范围内，然后润滑液通过回油路流回箱。
权利要求一种内置式超高速电主轴，其特征是主轴(6)的两端通过前轴承(4)和后轴承(10)安装在壳体(2)上，在所述的前轴承(4)和后轴承(10)上分别周向均匀设有4个与所述的主轴(6)对应的静动压油腔(13)，在所述的壳体(2)上设有压力油路(15)及其节流器(14)与所述的静动压油腔(13)连通，前端盖(1)设有与所述的主轴(6)的台肩一侧对应且与所述的压力油路(15)及其节流器(14)连通的前端盖端面油腔(16)，所述的前轴承(4)设有与所述的主轴(6)的台肩另一侧对应且与所述的静动压油腔(13)连通的前轴承端面油腔(18)，所述的壳体(2)底部设有回油路(17)，在所述的壳体(2)的中部设有电机定子(7)，在所述的主轴(6)的中部设有与所述的电机定子(7)对应的电机转子(8)。
2.根据权利要求1所述的内置式超高速电主轴，其特征是所述的主轴(6)内安装有 内置式超高速动平衡头(5)及其动平衡传感器(12)。
3.根据权利要求1或2所述的内置式超高速电主轴，其特征是所述的前轴承(4)和 后轴承(10)与所述的主轴(6)之间间隙为0.05mm。
4.根据权利要求1或2所述的内置式超高速电主轴，其特征是所述的电机定子(7)与 电机转子⑶之间有l_2mm间隙。
5.根据权利要求1或2所述的内置式超高速电主轴，其特征是所述的电机定子(7)和 电机转子(8)为伺服电机。
专利摘要本实用新型公开了一种内置式超高速电主轴，主轴(6)的两端通过前轴承(4)和后轴承(10)安装在壳体(2)上，在前轴承(4)和后轴承(10)上分别周向均匀设有4个与主轴(6)对应的静动压油腔(13)，在壳体(2)上设有压力油路及其节流器与静动压油腔连通，前端盖(1)设有前端盖端面油腔，前轴承(4)设有前轴承端面油腔，壳体(2)底部设有回油路，在壳体(2)的中部设有电机定子(7)，在主轴(6)的中部设有电机转子(8)。本实用新型回转精度高，寿命高，超高速。
文档编号B24B41/04GK201573113SQ200920316500
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者胡惜时 申请人:湖南杰克数控磨床有限公司