专利名称：一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械构件，特别是一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用
的高速电主轴。
背景技术：
现代高档机床的主轴越来越多的开始应用电主轴。特别是在高速加工机床上，电 主轴以其便于控制，便于调速的优良性能而更显优势。在数控机床中，对电主轴的要求主 要在以下几个方面一、要求电主轴转动件的转动惯量要小，在高速运动过程中便于控制。 二、在高速运行过程中，会由于机械摩擦及电磁损耗产生热量，因此一方面要求电主轴要有 良好的冷却环节，另一方面也要求电主轴要有一定的耐热性。三、要求电主轴有足够的刚度 及较长的寿命。这些问题的解决，电主轴关键部件 一一转轴及轴承的材料选择起到至关重 要的作用。陶瓷材料具有耐磨、耐蚀、耐高温、电绝缘、不导磁、高强度、高刚度、比重小等性 能，使用陶瓷作为电主轴的转轴及轴承材料，可以达到磨损小、噪声低、振动小等要求，可使 电主轴速度更高，在苛刻的环境及低润滑场合下运行，并大幅提高其性能和可靠性。但是， 由于陶瓷材料为难加工材料，特别是轴承外圈的沟道加工精度很难保证，影响电主轴整体 使用性能。另外，鉴于轴承外圈为非旋转件，在高速下对材料的没有比重轻的要求。因此， 在设计电主轴时，轴承外圈的材料选用轴承钢，转轴(轴承内圈)及球材料选用陶瓷，设计 一种混合轴承的高速电主轴，在充分利用陶瓷材料优良性能的基础上，通过使用钢圈作为 轴承外圈在一定程度上起到减震作用。此种设计，不但解决了陶瓷轴承质量问题，也为电主 轴的设计制造提供新思路。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种钢轴承外圈与陶瓷转轴、陶瓷轴承内圈、陶瓷球 混合使用的高速电主轴。采用氧化锆及热压氮化硅为主轴及轴承内圈、轴承滚珠材料，减轻 了主轴旋转部分的重量，提高了旋转速度。轴承外圈利用钢质材料，减小了加工难度，增加 了抗振效果。 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的 —种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，包括有电主轴壳体、电 主轴陶瓷转轴、混合材料轴承装置的轴承内圈、轴承外圈、电机定子、转子、冷却装置、轴承 预紧装置、润滑装置；轴承装置轴承内圈及轴承球采用陶瓷材料，轴承保持架为树脂材料， 轴承外圈为钢质材料；轴承采用可装配式。轴承预紧装置的轴承的预紧采用弹簧预紧，由预 紧弹簧的根数及长度调整预紧力大小。轴承润滑装置，采用前后轴承分别润滑的油雾润滑 方式，并通过采用一路出气的方式使油雾强制通过转子表面，将转子强制冷却。定子采用水 冷方式，在电主轴壳体内通过热套工艺装上水套循环水冷。陶瓷转轴与接杆采用圆柱面加 端面定位或锥面定位。 本实用新型的优点与效果是[0007] 1、本实用新型采用陶瓷作为主轴、轴承内圈及轴承球的材料，减轻了电主轴转动 惯量、提高了耐高温性能及主轴系统的刚度、省去了热处理环节、具有节能环保及耐腐蚀的 效果、提高了主轴系统的使用寿命。 2、本实用新型采用轴承钢材料作为轴承外圈材料，相对于全陶瓷轴承，降低了加 工难度，提高了轴承部件的精度，降低了电主轴的振动幅值及噪音，提高了轴承装置的散热 能力。 3、本实用新型润滑系统采用油雾润滑方式。前后轴承采用两路进气，一路出气、实 现对电机转子的强制冷却。
图1为本实用新型混合轴承电主轴结构图； 图2为本实用新型轴承润滑及冷却原理图； 图3为本实用新型混合轴承结构示意图； 图4为本实用新型轴承挡圈结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明。 该电主轴结构主要包括外壳、陶瓷主轴、陶瓷轴承内圈、陶瓷球、钢轴承外圈、定 子、转子、冷却装置、润滑装置及轴承预紧装置。该电主轴的轴承内外圈为不同材料。内圈 采用陶瓷材料，保证了电主轴旋转件的大刚度及低转动惯量的要求。外圈采用钢质材料，降 低了加工难度，并起到一定的减振作用。同时，其前后轴承的润滑采用两路进气、一路出气 的油雾润滑方式，并使油雾强行通过转子表面，实现转子的冷却。该电主轴轴承采用油雾润 滑的方式，在满足润滑要求的同时，通过控制油雾流向的方式，实现转子的强制冷却。 如图l所示，电主轴壳体7内热套水套的冷却装置4，形成封闭空间，通过设置进水 口和出水口 ，形成水循环，用于冷却电机定子6 。电主轴陶瓷转轴1及轴承内圈2及轴承球 为陶瓷材料，轴承外圈3为钢质材料，它们组成支撑部件。主轴轴承的预紧由预紧装置8完 成，预紧力与预紧弹簧的根数及弹簧的压縮量有关。 图2为该电主轴的轴承润滑及转子冷却系统原理图，进气时，前后轴承各设有一 路润滑油路，通过油雾润滑的方式，实现对轴承的润滑，同时带走轴承热量。出气时，采用后 端出气的方式，使前端轴承的润滑油雾强制通过电机转子5与电机定子6间的气隙，实现对 转子的强制冷却。
权利要求一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，其特征在于包括有电主轴壳体(7)、电主轴陶瓷转轴(1)、混合材料轴承装置的轴承内圈(2)、轴承外圈(3)、电机定子(6)、转子(5)、冷却装置(4)、轴承预紧装置(8)、润滑装置，轴承为可装配式，轴承预紧装置(8)为弹簧预紧，轴承润滑装置为前后轴承分别润滑、一路出气润滑转子的结构形式，定子为水冷结构形式，在电主轴壳体内通过热套工艺装设上水套，陶瓷转轴与接杆为圆柱面加端面定位或锥面定位结构。
专利摘要一种钢轴承外圈与陶瓷轴承内圈混合使用的高速电主轴，涉及一种机械构件，包括有电主轴壳体(7)、电主轴陶瓷转轴(1)、混合材料轴承装置的轴承内圈(2)、轴承外圈(3)、电机定子(6)、转子(5)、冷却装置(4)、轴承预紧装置(8)、润滑装置；轴承装置轴承内圈(2)及轴承球采用陶瓷材料，轴承保持架为树脂材料，轴承外圈(3)为钢质材料；轴承采用可装配式。提供一种钢轴承外圈与陶瓷转轴、陶瓷轴承内圈、陶瓷球混合使用的高速电主轴。采用氧化锆及热压氮化硅为主轴及轴承内圈、轴承滚珠材料，减轻了主轴旋转部分的重量，提高了旋转速度。轴承外圈利用钢质材料，减小了加工难度，增加了抗振效果。
文档编号B23B19/02GK201537703SQ200920247650
公开日2010年8月4日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者吴玉厚, 张丽秀, 李颂华 申请人:沈阳建筑大学