一种主轴结构的制作方法

本发明涉及机床设备技术领域，特别是涉及一种主轴结构。

背景技术：

自动化及全民智造的背景下，机床领域对主轴提出了更高的要求，未来电主轴模块化、通用化是大势所需，一种电主轴只能适配一种型号的机床的情况将会越来越少。在主轴模块化、通用化的进程中难免会遇到一些难题，需要克服某些甚至是由来已久的工业难点、痛点，其中对主轴的密封性能的要求便是伴随着主轴诞生的。

主轴应用于机床上难免会受到机床冷却液、切削液及空气中的加工粉尘等各种杂质侵扰，外界污物会对主轴造成极大影响，首当其冲的便是主轴轴承，轴承是主轴中最重要的一个部件，往往轴承失效主轴即失效。轴承作为相对精密的部件之一，对工况的要求很严格，如果没有合适的密封结构，则主轴轴承的回转精度、振动、散热各项性能指标会迅速降低乃至完全丧失，轴承磨损、卡滞最终失效。另外，倘若外界水汽等进入主轴内部会导致主轴电机受到致命影响，严重的可能会使电机定子击穿，所以主轴的鼻端密封结构也是不可或缺的。一个合理的密封结构能有效降低主轴轴承损坏率，使主轴的性能更加稳定、寿命更加长久。

现有的主轴密封技术中，气幕密封最为高效，被主轴制造商广泛使用，具体工作原理为气源提供干净的干燥的高压空气从主轴内部向外界吹拂，在轴承与外界形成一个流动的空气幕墙，从而阻止外界污染物进入轴承。但现有的主轴密封结构普遍仅支持卧式或立式安装中的其中一种方式：将卧式安装的主轴采用立式安装后，可能有渗液风险，要转换成立式安装通常需要更换主轴或是返厂改变主轴密封结构以实现防水防尘的需要；而立式安装的主轴采用卧式安装后，则由于重力作用在机体下盖与防尘盖形成的内部空间可能会积液，需要特别开一个泄露孔，且在安装时需将此孔竖直向下安装。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种主轴结构，其能够实现立卧通用化设计，且不管是立式安装或卧式安装均可取得良好的密封效果。

本申请的目的是通过如下技术方案实现的：

一种主轴结构，其特征在于，包括：

机体，其前端开设有安装孔；

轴承，其安装于所述安装孔内；

轴芯，其插设于所述轴承内，所述轴芯能够绕其转动轴线相对于所述机体发生转动；

锁紧件，其套设于所述轴芯的外周，并能够随所述轴芯转动而转动，所述锁紧件的后端抵接于所述轴承的内圈的前端；

前盖组件，其环设于所述锁紧件的外周，所述前盖组件与所述机体相连，且所述前盖组件的后端抵接于所述轴承的外圈的前端；及

防尘盖，其环设于所述轴芯的外周并位于所述锁紧件及所述前盖组件的前端，所述防尘盖与所述锁紧件或所述前盖组件可拆卸连接；

其中，所述机体上开设有第一气道，所述前盖组件上开设有与所述第一气道连通的第二气道，所述前盖组件的前端邻近所述轴芯的部分呈第一阶梯结构，所述第一阶梯结构环绕所述轴芯设置，所述锁紧件的后端呈与所述第一阶梯结构的轮廓相适配的第二阶梯结构，所述第一阶梯结构与所述第二阶梯结构之间限定成迷宫气道，所述迷宫气道的后端连通至所述轴承的前端，所述前盖组件上开设有连通所述第二气道及所述迷宫气道的通气孔，所述防尘盖与所述前盖组件之间、或者所述防尘盖与锁紧件的前端以及所述轴线的外周面之间限定有连通所述迷宫气道的前端与外部空间的出气道。

在上述主轴结构中，可选地，所述前盖组件的后端面上相对于所述轴承的位置开设有开槽，所述开槽与所述迷宫气道的后端连通。

在上述主轴结构中，可选地，所述第二气道包括进气道、连通气道及分配气道，所述进气道沿轴向延伸并与所述第一气道连通，所述连通气道沿径向延伸，所述连通气道的远转动轴线端与所述进气道连通，所述连通气道的近转动轴线端与所述分配气道连通，所述分配气道环绕所述轴芯开设；

所述前盖组件上开设有若干所述通气孔，所述通气孔连通所述分配气道与所述迷宫气道，各所述通气孔沿所述分配气道的周向间隔均匀分布。

在上述主轴结构中，可选地，所述通气孔与所述连通气道错开设置。

在上述主轴结构中，可选地，所述前盖组件包括：

前盖体，其套设于所述锁紧件的后端外周，所述进气道开设于所述前盖体的后端面上，所述连通气道贯穿于所述前盖体的内、外侧开设，且所述前盖体的前端面开设有环绕于所述锁紧件外周的容纳槽；

内套，其设于所述容纳槽内并与所述前盖体相连；及

堵头，其插设于所述连通气道的外端；

其中，所述内套与所述前盖体之间限定有所述分配气道，且所述通气孔开设于所述内套上。

在上述主轴结构中，可选地，所述内套包括：

第一环体，其外周壁开设有环形槽；及

第二环体，其沿所述第一环体的内缘设置且连接于所述第一环体的后端，所述第一环体与所述第二环体相连的外周限定成台阶状，所述通气孔开设于所述第二环体上；

其中，所述环形槽与所述前盖体之间设有密封胶。

在上述主轴结构中，可选地，所述防尘盖包括防尘盖体及后弯部，所述防尘盖体套设于所述轴芯的外周，所述后弯部沿所述防尘盖体的外缘向后延伸并环设于所述前盖组件的外周，所述后弯部与所述前盖组件之间限定有后端与外部空间连通的出气段；

所述防尘盖体的后端面开设有环绕所述轴芯且沿径向延伸的槽体，所述槽体的近转动轴线端与所述迷宫气道的前端连通，所述槽体的远转动轴线端与所述出气段连通，所述出气段及所述槽体共同限定成所述出气道。

在上述主轴结构中，可选地，所述防尘盖的外周开设有环形的引流槽；

沿所述防尘盖的纵截面观察，所述引流槽包括从后至前顺次连接的第一壁及第二壁，所述第一壁大致垂直于所述转动轴线，所述第二壁呈倾斜状且从后至前逐渐远离所述转动轴线。

在上述主轴结构中，可选地，所述防尘盖的内周面与所述轴芯之间限定有与外部空间连通的出气段，所述防尘盖的后端面开设有环绕所述轴芯且沿径向延伸的槽体，所述槽体的远转动轴线端与所述迷宫气道的前端连通，所述槽体的近转动轴线端与所述出气段连通，所述出气段及所述槽体共同限定成所述出气道。

在上述主轴结构中，可选地，所述迷宫气道包括沿轴向延伸的进气段、依次连接于所述进气段的后端的至少一个沿径向延伸的第一段及至少一个沿轴向延伸的第二段，所述进气段的前端与所述槽体连通；

其中，所述进气段的径向宽度与所述出气段的径向宽度基本一致，所述槽体的轴向宽度与所述第一段的轴向宽度基本一致，将所述进气段的径向宽度定义为a，所述第一段的轴向宽度定义为b，所述第二段的径向宽度定义为c，a＜c＜b。

在上述主轴结构中，可选地，所述前盖组件与所述机体之间设有第一密封圈，所述第一密封圈沿所述第一气道与所述第二气道连通位置的边缘设置。

在上述主轴结构中，可选地，所述前盖组件与所述机体之间设有第二密封圈，所述第二密封圈环绕所述轴芯设置，且相对于所述第一气道与所述第二气道的连通位置，所述第二密封圈更靠近所述转动轴线。

在上述主轴结构中，可选地，所述前盖组件与所述机体之间、以及所述防尘盖与所述锁紧件或所述前盖组件之间均采用螺钉相连。

在上述主轴结构中，可选地，所述锁紧件与所述轴芯采用螺纹相连。

本申请的主轴结构，主轴结构将前盖部分一分为二设计，其中前盖组件安装于机体上，防尘罩可拆卸安装于前盖组件的前侧，且在轴芯外部套设有锁紧件，装配完成后，在锁紧件与前盖组件之间限定有迷宫气道；工作过程中，机体内通有高压空气，高压空气经机体及前盖组件后，进入迷宫气道，从而在迷宫气道内形成气幕，以对轴承实现较好的密封防尘，最后高压气体从出气道向外喷出；本实施例利用重力、离心力及气封气流的共同作用，以避免在机体前盖部分积水，并能够起到较好的密封防尘作用；另外，在卧式与立式安装之间进行转换时，仅需要更换不同的防尘盖即可，能够大大提升主轴的通用性和可维护性。

附图说明

以下结合附图和优选实施例来对本申请进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为本申请范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅是意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1是本申请的主轴结构的一个实施例的剖视图；

图2是图1中的主轴结构关于迷宫气道的局部放大示意图；

图3是图1中的主轴结构的另一方向的剖视图；

图4是图1中的主轴结构的内套的结构示意图；

图5是图4的主视图；

图6是图5的i部局部放大图；

图7是图1中的主轴结构的防尘盖的结构示意图；

图8是本申请的主轴结构的另一个实施例的剖视图。

图中，1、机体；11、安装孔；12、第一气道；2、轴承；3、轴芯；31、转动轴线；4、锁紧件；5、前盖组件；51、第二气道；511、进气道；512、连通气道；513、分配气道；52、通气孔；53、前盖体；531、容纳槽；54、内套；541、第一环体；5411、环形槽；542、第二环体；55、堵头；56、开槽；6、防尘盖；61、防尘盖体；62、后弯部；63、槽体；64、引流槽；641、第一壁；642、第二壁；7、迷宫气道；71、进气段；72、第一段；73、第二段；8、出气道；9、出气段；10、第一密封圈；20、第二密封圈；30、螺钉。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本申请的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应当被解释为限定了本申请的保护范围。

首先，需要说明的是，在本文中所提到的“前”、“后”分别指的是，当在主轴结构安装加工工具以对工件进行加工时，近工件的一端为“前”，远工件的一端为“后”，它们是相对的概念，并且因此能够根据其所处于的不同位置和不同的实用状态而改变。所以，不应将这些或其他方位用于理解为限制性用语。

应注意，术语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且“一”或“一个”并不排除复数。

此外，还应当指出的是，对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征，或在附图中示出或隐含的任意单个技术特征，仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行组合，从而获得未在本文中直接提及的本申请的其他实施例。

另外还应当理解的是，本文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

应当注意的是，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的组件。

实施例一

如图1－图7所示，本实施例提供一种主轴结构，其包括：机体1、轴承2、轴芯3、锁紧件4、前盖组件5及防尘盖6。机体1的前端开设有安装孔11，轴承2安装于安装孔11内，轴芯3插设于轴承2内，轴芯3能够绕其转动轴线31相对于机体1发生转动，锁紧件4套设于轴芯3的外周，并能够随轴芯3转动而转动，锁紧件4的后端抵接于轴承2的内圈的前端，前盖组件5环设于锁紧件4的外周，前盖组件5与机体1相连，且前盖组件5的后端抵接于轴承2的外圈的前端，防尘盖6环设于轴芯3的外周并位于锁紧件4及前盖组件5的前端，防尘盖6与锁紧件4可拆卸连接；其中，机体1上开设有第一气道12，前盖组件5上开设有与第一气道12连通的第二气道51，前盖组件5的前端邻近轴芯3的部分呈第一阶梯结构，第一阶梯结构环绕轴芯3设置，锁紧件4的后端呈与第一阶梯结构的轮廓相适配的第二阶梯结构，第一阶梯结构与第二阶梯结构之间限定成迷宫气道7，迷宫气道7连通至轴承2的前端，前盖组件5上开设有连通第二气道51及迷宫气道7的通气孔52，防尘盖6与前盖组件5之间限定有连通迷宫气道7的前端与外部空间的出气道8。

更具体地，防尘盖6包括防尘盖体61及后弯部62，防尘盖体61套设于轴芯3的外周，后弯部62沿防尘盖体61的外缘向后延伸并环设于前盖组件5的外周，后弯部62与前盖组件5之间限定有与外部空间连通的出气段9；防尘盖体61的后端面开设有环设于轴芯3且沿径向延伸的槽体63，槽体63的近转动轴线31端与迷宫气道7的前端连通，槽体63的远转动轴线31端与出气段9连通，出气段9及槽体63共同限定成上述出气道8。

该实施例中的主轴结构主要适用于卧式安装，其主要的改进点是将传统的机体1前盖一分为二，其中，前盖组件5作为动部件安装于机体1的前端，防尘盖6作为动部件可拆线安装在锁紧件4上与轴芯3一同转动，且前盖组件5与锁紧件4均设置成台阶结构，从而通过前盖组件5与锁紧件4两两凹凸相对的形式构成迷宫气道7；主轴工作时，往机体1内持续通入高压空气，高压空气经由机体1的第一气道12到达机体1的前端，并通过第二气道51后流入迷宫气道7内，在迷宫气道7内形成密封气幕，且迷宫气道7连通于轴承2的前端，因此能够对轴承2实现密封，最后气体出气段9沿轴向向后喷出。

本实施例中的主轴通过在前端设置该密封结构，外界杂质难以进入主轴内部，能有效杜绝来自环境的各种加工粉尘、油雾、水汽等气相杂质进入轴承2；另外，本实施例中各气道的设置结合卧式安装的工作特点，加上离心力的作用，能够实现低转速下的自排液，在一定程度上避免磨削冷却液等进入主轴内部。

为了更好地实现对轴承2的气封作用，在前盖组件5的后端面上相对于轴承2的位置开设有开槽56，开槽56与迷宫气道7的后端连通；在轴承2的前端面与迷宫通道之间形成一段流动的空气幕墙。

进一步地，为了避免气封气流流量不均匀的现象，第二气道51包括进气道511、连通气道512及分配气道513，进气道511沿轴向延伸并与第一气道12连通，连通气道512沿径向延伸，连通气道512的远转动轴线31端与进气道511连通，连通气道512的近转动轴线31端与分配气道513连通，分配气道513环绕轴芯3开设；前盖组件5上开设有若干通气孔52，通气孔52连通分配气道513与迷宫气道7，各通气孔52沿分配气道513的周向间隔均匀分布。由于通气孔52的流通面积远小于分配气道513的横截面积(整个分配气道513内的气压可视为相同)，因此，各通气孔52起到节流作用，可使气封气流均匀、稳定地分布在迷宫气道7内。

示例性地，如图4所示，本实施例中设置8个φ1mm的通气孔52。

进一步地，为了使气封气流更均匀稳定地分布在迷宫气道7内，通气孔52与连通气道512错开设置，即应避免通气孔52与分配气道513相正对。

为了便于加工且精准控制第二气道51的尺寸，前盖组件5包括：前盖体53、内套54及堵头55，前盖体53套设于锁紧件4的后端外周，进气道511开设于前盖体53的后端面上，连通气道512贯穿于前盖体53的内、外侧开设，且前盖体53的前端面开设有环绕于锁紧件4外周的容纳槽531，内套54设于容纳槽531内并与前盖体53相连，堵头55插设于连通气道512的外端以对连通气道512的外端进行密封；其中，内套54的外周与前盖体53的内周之间限定成分配气道513，且通气孔52开设于内套54上。示例性地，堵头55与前盖体53之间采用涨紧涂胶的方式紧密相连。需要注意的是，前盖体53、堵头55及内套54相互之间的配合面均需要经过精加工，以确保无气封气体发生泄漏。示例性地，堵头55采用不锈钢制成。

更具体地，内套54包括第一环体541及第二环体542，第一环体541的外周壁开设有环形槽5411，第二环体542沿第一环体541的内缘设置且连接于第一环体541的后端，第一环体541与第二环体542相连的外周限定成台阶状，通气孔52开设于第二环体542上；其中，环形槽5411与前盖体53之间设有密封胶，如采用涨紧涂胶的方式密封相连，能够保证密封的稳定可靠性，确保无气封气体泄露。

为了进一步防止在气封通道内积水，防尘盖6的外周开设有呈环形的引流槽64，引流槽64用于引流；沿防尘盖6的纵截面观察，引流槽64包括从后至前顺次连接的第一壁641及第二壁642，第一壁641大致垂直于转动轴线31，第二壁642呈倾斜状且从后至前逐渐远离转动轴线31；通过在防尘盖6上开设有引流槽64，能够更加适用于卧式安装的工作特点，实现自排液。

更具体地，为了保证良好的密封效果的同时降低加工难度，迷宫气道7包括沿轴向延伸的进气段71、依次连接于进气段71的后端的至少一个沿径向延伸的第一段72及至少一个沿轴向延伸的第二段73，进气段71的前端与槽体63连通；其中，进气段71的径向宽度与出气段9的径向宽度基本一致，槽体63的轴向宽度与第一段72的轴向宽度基本一致，将进气段71的径向宽度定义为a，第一段72的轴向宽度定义为b，第二段73的径向宽度定义为c，a＜c＜b。

其中，出气段9作为主轴密封的第一道防线，有大流量的压缩空气从此向吹出，迷宫气道7的进气段71作为第二道防线，迷宫气道7中各相连的第一段72及第二段73作为主轴密封的最后一道防线能够避免主轴长期使用的粉尘累积而导致主轴卡滞；另外，开设于防尘盖6的后端面上且整体呈环形的槽体63作为缓冲区域，可使飞溅的液体动能大大降低，从而增大其突破第二道防线的难度，即使液体等进入到该缓冲区域，也会在重力、离心力及气封气流的作用下及时排出，不会造成积液，相比于传统主轴设置泄露孔来说，其没有气封气流的浪费，气封结构更加高效可靠。另外，上述实施例中，在气封气源气压为0.25mpa的情况下，气封气流量可达80l/min。

进一步地，为了实现较好的密封安装，前盖组件5与机体1之间设有第一密封圈10，第一密封圈10沿第一气道12与第二气道51连通位置的边缘设置；前盖组件5与机体1之间设有第二密封圈20，第二密封圈20环绕轴芯3设置，且相对于第一气道12与第二气道51的连通位置，第二密封圈20更靠近转动轴线31；示例性地，可在加工时将前盖组件5后端与机体1的前端相对的避空位稍微加工，即可用于安装上述第二密封圈20。

另外，为了便于安装及拆卸，前盖组件5与机体1之间以及防尘盖6与锁紧件4之间均采用螺钉30相连；另外，锁紧件4与轴芯3采用螺纹相连。

另外，为了保证各安装面之间的紧密配合，各安装面均需要达到较高精度；同时，为了保证合理的气封间隙，需要保证各环形槽5411的同轴度，使得环形气道内形成流速与流量均匀的气幕，达到理想的气封效果。

实施例二

如图8所示，本实施例提供另一种主轴结构，其与实施例一的区别仅在于防尘盖6的结构不相同，以下仅对不同之处进行阐述。

本实施例中的主轴结构适用于立式安装，防尘盖6作为静部件可拆卸安装于前盖组件5的前端，且出气道8限定于防尘盖6与锁紧件4的前端面以及防尘盖6的内周面与轴芯3的外周面之间。

具体地，防尘盖6的内周面与轴芯3之间限定有前端与外部空间连通的出气段9，防尘盖6的后端面开设有环绕轴芯3且沿径向延伸的槽体63，槽体63的远转动轴线31端与迷宫气道7的前端连通，槽体63的近转动轴线31端与出气段9连通，出气段9及槽体63共同限定成出气道8。在主轴结构立式安装的工作过程中，气封气流通过出气段9沿轴向向前喷出，能够达到较好的防尘防水效果。

示例性地，本实施例中的防尘盖6于前盖组件5之间也采用螺钉30相连。

另外，需要说明的是，为了能够适配不同类型的防尘罩以适用于立式或卧式安装，上述任一实施例中，在锁紧件4及前盖组件5上均预留有螺钉孔位。

综上，本实施例的主轴结构将前盖部分一分为二设计，其中前盖组件安装于机体上，防尘罩可拆卸安装于前盖组件的前侧，且在轴芯外部套设有锁紧件，装配完成后在锁紧件与前盖组件之间限定形成迷宫气道；工作过程中，机体内通有高压空气，高压空气经机体及前盖组件后，进入迷宫气道，从而在迷宫气道内形成气幕，以对轴承实现较好的密封防尘，最后高压气体从出气道向外喷出；本实施例利用重力、离心力及气封气流的共同作用，以避免在机体前盖部分积水，并能够起到较好的密封防尘作用；在卧式与立式安装进行转换时，仅需要更换不同的防尘盖即可，能够大大提升主轴的通用性和可维护性。

本说明书参考附图来公开本申请，并且还使本领域中的技术人员能够实施本申请，包括制造和使用任何装置或系统、采用合适的材料以及使用任何结合的方法。本申请的范围由请求保护的技术方案限定，并且包括本领域中的技术人员想到的其他实例。只要此类其他实例包括并非不同于请求保护的技术方案字面语言的结构元件，或此类其他实例包含与请求保护的技术方案的字面语言没有实质性区别的等价结构元件，则此类其他实例应当被认为处于本申请请求保护的技术方案所确定的保护范围内。