专利名称：电机内装式动静压电主轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械制造领域，尤其涉及电机内装式动静压电主轴的改进。
背景技术：
以高切削速度、高进给速度、高加工精度为主要特征的高速精密加工是当代四大先进制造技术之一，是继数控技术之后使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高新技术。高速精密加工机床不仅具有极高的生产效率，而且可显著地提高零件的加工精度和表面质量。高速精密机床的电主轴作为核心功能部件，其性能的高低直接影响到高速精密加工机床的整体发展水平。电主轴是一种直接依赖于轴承技术、精密制造与装配等技术的高度机电一体化的高科技产品。其特点在于，将电机的功能与机床主轴功能从结构上融为一体，省去了复杂的中间传动环节，具有调速范围宽、转动惯量小、可快速起动和停车、易于实现无级调速和精密控制等优点。随着现代制造业向高速度、高精度、高效率方向的飞速发展，对机床主轴单元的性能要求越来越高，电主轴正逐步取代传统的皮带传动式机械主轴，成为现代机床主轴的主流结构。
流体滑动轴承由于承载能力强、润滑介质具有阻尼减振和“均化”误差的作用，因此采用流体滑动轴承作为支撑的机床主轴刚性好、回转精度高，非常适合于作为精密机床如精密磨床和精密镗床电主轴的支承部件。目前工程上采用流体滑动轴承作为支撑的电主轴常分为电机后置式结构和电机内装式结构。电机后置式结构，即电机定转子位于前后轴承的后端，存在以下弱点一是结构尺寸大，不利于机床结构紧凑化；二是由于重量大，插补响应慢，轮廓形面加工精度难以保证；三是容易造成载荷偏载，偏载负荷容易导致轴承受力情况差、轴承温升升高，不利于提高速度和精度。如果采用电机内装式动静压电主轴结构，则具有如下明显优点一是重量减小约50％，当主轴头作为机床的移动部件实行全数控插补运动中，系统响应速度很快，工件轮廓加工精度更高；二是结构尺寸减小约50％，有利于机床头架和尾架的布置，由于可以很方便地避免加工过程中后置电机与尾架或工件干涉，可提高机床的加工工件的尺寸范围，减小机床结构尺寸；三是轴承受力状况明显改善，温升明显降低，转速和精度更高。
但是电机内装式动静压电主轴在制造使用过程中存在装配、拆卸和调试维修的困难。现有的流体动静压机床主轴的止推轴承通常与主轴采用整体式结构，而止推轴承在制造、装配和使用过程中，常常会由于止推面垂直度误差等原因发生抱轴或刮擦，是检修率最高的部位之一。
专利号为ZL200420069406.7的发明专利公开了一种电机内装式动静压电主轴，其止推轴承与电主轴为一体式，电机置于前后两个轴承的中间，装配时只能从主轴小端进入壳体，维修止推轴承时只能先拆卸后支座、电机转子等，再从壳体前端取出主轴，拆装过程非常烦琐，不仅维修工作量大，而且前后轴承座的拆分容易导致前后轴承孔的同轴度变化，导致维修后的电主轴的精度和整体性能降低；维修止推轴承时还必须对整个主轴进行夹装，操作十分不便，耗时长，影响生产进度。
专利号为ZL200410046640.2的发明专利公开了一种电机内装浮环式动静压电主轴，由于采用了复杂的浮环结构，对设计精度和制造工艺性要求很高，其结构参数和工艺参数不易匹配，并且由于主轴系统的刚度是由轴承与浮环之间以及浮环与轴之间的两层流体膜“串联形成”，相比于采用单层流体膜滑动轴承的主轴系统，其综合刚度低，这种复杂结构的电主轴造价成本高而且刚度偏低，不利于普及应用。
电机内装式动静压电主轴由于存在上述缺陷，导致目前未能在机床上得到充分应用，未能实现作为单元功能部件的大批量生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种冷却效果好、结构合理、可以实现机床加工高速化、精密化的电机内装式动静压电主轴。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。
本发明的电机内装式动静压电主轴，包括主轴、壳体、前轴承、后轴承、后轴承座、电机定子和电机转子，所述前轴承装设于壳体前端内，后轴承座与壳体后端相连，后轴承装设于后轴承座中，主轴的两端分别支承于前轴承和后轴承中，电机定子和电机转子装设于主轴的中部，所述后轴承后端装设止推轴承，止推轴承通过锁紧螺母固定于主轴上，止推轴承后端设有后端盖，后端盖固定于后轴承座上，止推轴承前端与后轴承之间设有前端间隙，止推轴承后端与后端盖之间设有后端间隙，前端间隙与后端间隙内充满有流体介质。
所述后轴承的外壁上设有环形槽，后轴承上设有前流体膜通道和后流体膜通道，前流体膜通道和后流体膜通道通过环形槽连通，后端盖上设有流体通道，后轴承座上设有与环形槽连通的总流体通道，前流体膜通道与止推轴承的前端间隙连通，后流体膜通道通过流体通道与止推轴承的后端间隙连通。
所述后端盖与后轴承之间设有调整垫，调整垫套于止推轴承外，调整垫上设有连通后流体膜通道与流体通道的流体孔。
所述前轴承的后端和后轴承的前端各连有一套于主轴上的挡环，主轴上于挡环对应处设有环形沟槽，构成甩环，挡环的内孔为阶梯孔，阶梯孔的小孔段与主轴套接，大孔段则与甩环之间形成腔体，大孔段下部设有排出口。
所述挡环的小孔段设有沟槽。
所述流体介质为油液或水液或气体。
所述壳体内套设有封水套，封水套与壳体之间设有限位螺钉，电机定子通过封水套固定于壳体内。
与现有技术相比，本发明的优点在于本发明的壳体做成拆分式结构，在后轴承后端装设止推轴承对主轴轴向运动进行限位，使电机定子的安装、定位和拆卸维修方便。止推轴承与主轴分为两个零件，止推轴承作为易损件，当需要进行检修时，只需拆换止推轴承，简化了拆装过程，装配及维修十分方便快捷，缩短了生产周期和维修时间，有利于提高生产效率。本发明的结构简单，对设计精度和制造工艺要求低，便于加工制造，造价成本低，有利于普及应用；在前后轴承上装有挡环，在主轴上设有甩环，可有效防止流体飞溅到电机定子和电机转子上，避免电机定子和电机转子被腐蚀，延长了使用寿命；在壳体与电机定子间设置封水套，直接在封水套与前轴承座之间设置限位螺钉，防止封水套和电机定子相对于壳体转动，减少将电机定子固定于壳体所需零件，缩短了电主轴整体的轴向尺寸和径向尺寸，节省了材料和加工成本。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明止动轴承处的局部放大图。
图中各标号表示1、前轴承 2、后轴承3、电机定子4、电机转子5、主轴6、壳体7、限位螺钉8、封水套9、止推轴承10、后端盖11、调整垫 12、总流体通道
13、挡环 14、锁紧螺母21、前流体膜通道 22、后流体膜通道23、环形槽 51、甩环61、后轴承座 91、前端间隙92、后端间隙 101、流体通道111、流体孔131、小孔段132、大孔段133、腔体134、排出口135、沟槽具体实施方式
如图1、2所示，本发明的电机内装式动静压电主轴，包括主轴5、壳体6、前轴承1、后轴承2、后轴承座61、电机定子3和电机转子4，前轴承1装设于壳体6前端内并通过前轴承1上所设凸缘定位，后轴承座61与壳体6后端通过紧固件相连，后轴承2装设于后轴承座61中并通过后轴承2上所设凸缘定位，主轴5的两端分别支承于前轴承1和后轴承2中，电机定子3和电机转子4装设于主轴5的中部。壳体6内套设有封水套8，电机定子3与封水套8过盈配合，封水套8与壳体6之间设有限位螺钉7，限位螺钉7将封水套8与壳体6紧固，防止封水套8和电机定子3相对壳体6转动，电机转子4采用过盈配合的方式固定在主轴5上。后轴承2后端装设止推轴承9，止推轴承9通过锁紧螺母14固定于主轴5上，止推轴承9后端设有后端盖10，后端盖10与后轴承2之间设有调整垫11，后端盖10、调整垫11和后轴承2通过紧固件固定于后轴承座61上，调整垫11套于止推轴承9外，止推轴承9前端与后轴承2之间设有前端间隙91，止推轴承9后端与后端盖10之间设有后端间隙92，后轴承2的外壁上设有环形槽23，后轴承2上设有前流体膜通道21和后流体膜通道22，前流体膜通道21和后流体膜通道22通过环形槽23连通，调整垫11上设有流体孔111，后端盖10上设有流体通道101，后轴承座61上设有与环形槽23连通的总流体通道12，前流体膜通道21与止推轴承9的前端间隙91连通，后流体膜通道22依次通过流体孔111和流体通道101与止推轴承9的后端间隙92连通，前端间隙91与后端间隙92内充满有流体介质。流体介质为油液，也可为水液或气体。当止推轴承9随主轴5旋转时，前端间隙91与后端间隙92内充满的流体介质使止推轴承9不直接接触后轴承2的后端面和后端盖10的前端面，避免止推轴承9的磨损，同时又能对主轴5的轴向移动起限位作用。前轴承1的后端和后轴承2的前端各连有一套于主轴5上的挡环13，主轴5上于挡环13对应处设有环形沟槽，构成甩环51，挡环13的内孔为阶梯孔，阶梯孔的小孔段131与主轴5套接，大孔段132则与甩环51之间形成腔体133，大孔段132的下部设有排出口134，挡环13的小孔段131设有沟槽135，沟槽135起密封作用，这种结构可有效防止流体飞溅到电机定子3和电机转子4上，避免电机定子3和电机转子4被腐蚀，延长了使用寿命。从位于主轴5两端的前轴承1、后轴承2泄漏的流体，沿主轴5流动至甩环51，在离心力的作用下大部分流体被甩到腔体133的内壁，再在重力的作用下流至排出口134，经排出口134排出，可有效防止前轴承1和后轴承2泄漏的流体飞溅至装于主轴5中部的电机转子4和电机定子3中，其中各挡环13分别通过紧固件安装于前轴承1和后轴承2上，挡环13与两轴承是分开加工制造的，轴承的加工精度容易保证；挡环13、前轴承1(后轴承2)和主轴5围成一腔体133，腔体133空间大，有利于将甩环51甩到挡环13内壁的流体介质集中在一起，从下端的排出口134排出，将热量带走，散热效果好。在挡环13与主轴5相接的小孔段131设有沟槽135，可有效防止少量没有被甩环51甩掉的流体沿主轴5流至电机转子4和电机定子3，避免电机转子4和电机定子3受到污染。
本发明将止推轴承9与主轴5分为两个零件，装配时可以先将主轴5、电机定子3、转子4、前轴承1、后轴承2、壳体6及后轴承座61装配好之后，再将止推轴承9从主轴5的后端套入，用锁紧螺母14紧固，由于电主轴工作时，止推轴承9是相对容易磨损的部位，一旦需要对止推轴承9进行检修时，只需将止推轴承9从主轴5后端拆下进行研磨或更换即可。(若采用主轴5与止推轴承9一体化结构，就必须先将壳体6和后轴承座61拆开，再将电机转子4与主轴5拆开，再将主轴5取出对止推轴承9进行维修，工序繁琐复杂。)由此可见，采用止推轴承9与主轴5分离的结构，可显著提高电机内装式动静压电主轴的装配、拆卸和维修工艺性，缩短制造和维修的周期，降低制造和维修成本，工程应用十分方便。
权利要求
1.一种电机内装式动静压电主轴，包括主轴(5)、壳体(6)、前轴承(1)、后轴承(2)、后轴承座(61)、电机定子(3)和电机转子(4)，其特征在于所述前轴承(1)装设于壳体(6)前端内，后轴承座(61)与壳体(6)后端相连，后轴承(2)装设于后轴承座(61)中，主轴(5)的两端分别支承于前轴承(1)和后轴承(2)中，电机定子(3)和电机转子(4)装设于主轴(5)的中部，所述后轴承(2)后端装设止推轴承(9)，止推轴承(9)通过锁紧螺母(14)固定于主轴(5)上，止推轴承(9)后端设有后端盖(10)，后端盖(10)固定于后轴承座(61)上，止推轴承(9)前端与后轴承(2)之间设有前端间隙(91)，止推轴承(9)后端与后端盖(10)之间设有后端间隙(92)，前端间隙(91)与后端间隙(92)内充满有流体介质。
2.根据权利要求1所述的电机内装式动静压电主轴，其特征在于所述后轴承(2)的外壁上设有环形槽(23)，后轴承(2)上设有前流体膜通道(21)和后流体膜通道(22)，前流体膜通道(21)和后流体膜通道(22)通过环形槽(23)连通，后端盖(10)上设有流体通道(101)，后轴承座(61)上设有与环形槽(23)连通的总流体通道(12)，前流体膜通道(21)与止推轴承(9)的前端间隙(91)连通，后流体膜通道(22)通过流体通道(101)与止推轴承(9)的后端间隙(92)连通。
3.根据权利要求2所述的电机内装式动静压电主轴，其特征在于所述后端盖(10)与后轴承(2)之间设有调整垫(11)，调整垫(11)套于止推轴承(9)外，调整垫(11)上设有连通后流体膜通道(22)与流体通道(101)的流体孔(111)。
4.根据权利要求1或2或3所述的电机内装式动静压电主轴，其特征在于所述前轴承(1)的后端和后轴承(2)的前端各连有一套于主轴(5)上的挡环(13)，主轴(5)上于挡环(13)对应处设有环形沟槽，构成甩环(51)，所述挡环(13)的内孔为阶梯孔，阶梯孔的小孔段(131)与主轴(5)套接，大孔段(132)则与甩环(51)之间形成腔体(133)，大孔段(132)下部设有排出口(134)。
5.根据权利要求4所述的电机内装式动静压电主轴，其特征在于所述挡环(13)的小孔段(131)设有沟槽(135)。
6.根据权利要求5所述的电机内装式动静压电主轴，其特征在于所述流体介质为油液或水液或气体。
7.根据权利要求6所述电机内装式动静压电主轴，其特征在于所述壳体(6)内套设有封水套(8)，封水套(8)与壳体(6)之间设有限位螺钉(7)，电机定子(3)通过封水套(8)固定于壳体(6)内。
8.根据权利要求1或2或3所述的电机内装式动静压电主轴，其特征在于所述流体介质为油液或水液或气体。
9.根据权利要求1或2或3所述电机内装式动静压电主轴，其特征在于所述壳体(6)内套设有封水套(8)，封水套(8)与壳体(6)之间设有限位螺钉(7)，电机定子(3)通过封水套(8)固定于壳体(6)内。
全文摘要
本发明公开了一种电机内装式动静压电主轴，包括主轴、壳体、前轴承、后轴承、后轴承座、电机定子和电机转子，前轴承装设于壳体前端内，后轴承座与壳体后端相连，后轴承装设于后轴承座中，主轴的两端分别支承于前轴承和后轴承中，电机定子和电机转子装设于主轴的中部，后轴承后端装设止推轴承，止推轴承通过锁紧螺母固定于主轴上，止推轴承后端设有后端盖，后端盖固定于后轴承座上，止推轴承前端与后轴承之间设有前端间隙，止推轴承后端与后端盖之间设有后端间隙，前端间隙与后端间隙内充满有流体介质。该电机内装式动静压电主轴可实现机床高速精密加工，它具有装配维修工艺性好、制造成本低、使用寿命长、结构合理、冷却效果好等显著优点。
文档编号F16C32/06GK101060262SQ200710035040
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者熊万里, 邓新春 申请人:熊万里