一种电主轴和加工设备的制作方法

1.本发明用于电主轴领域，特别是涉及一种电主轴和加工设备。


背景技术：

2.随着技术的不断发展，在机械加工领域中，对机床加工效率的要求在不断提高，而实现此要求的关键因素就是电主轴。电主轴作为机床最核心的功能部件，它的性能直接影响到机床的加工性能。在超高速切削加工中，油脂润滑电主轴的转速达不到需求，此时需采用油气润滑电主轴。油气润滑电主轴具备超高转速，加工效率高，能满足机床高效率的加工，已逐渐成为目前机床行业的热门选择。油气润滑电主轴在超高转速切削加工过程中，内部轴承的温度在不断升高，而过高的温度将影响到电主轴的加工性能，甚至直接损坏电主轴。因此，如何在加工过程中实时监测轴承的温度至关重要。
3.现有技术中一般采用在电主轴上嵌装温度传感器来实时监测轴承温度，其中，温度传感器一般安装于机体上，对轴承温度进行非接触式监测，监测精度较低，外部读取温度信息不便。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电主轴和加工设备，其可更好的实时监测在工作状态下电主轴内部轴承的温度。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.第一方面，一种电主轴，包括：
7.机体组件，沿轴向由前端延伸到后端，所述机体组件设有前轴承座和后轴承座，所述后轴承座设有用于沿径向承载后轴承的后轴承承载面，所述前轴承座设有用于沿径向承载前轴承的前轴承承载面，所述机体组件设有第一传感器安装孔道和第二传感器安装孔道，所述第一传感器安装孔道由所述机体组件的后端延伸至所述后轴承承载面，所述第二传感器安装孔道由所述机体组件的后端延伸至所述前轴承承载面；
8.轴芯组件，包括轴芯，所述轴芯通过前轴承和后轴承转动的安装于所述机体组件；
9.电机组件，包括转子和定子，所述转子设置于所述轴芯，所述定子设置于所述机体组件；
10.铠装热电偶，沿长度方向由测量端延伸至自由端，所述铠装热电偶包括第一铠装热电偶和第二铠装热电偶，所述第一铠装热电偶插装于所述第一传感器安装孔道，所述第一铠装热电偶的测量端接触于所述后轴承，所述第二铠装热电偶插装于所述第二传感器安装孔道，所述第二铠装热电偶的测量端接触于所述前轴承，所述第一铠装热电偶、第二铠装热电偶的自由端由所述机体组件的后端引出。
11.结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一传感器安装孔道和第二传感器安装孔道在所述机体组件的后端设有螺纹结构，所述第一铠装热电偶固定连接于所述第一传感器安装孔道的螺纹结构，所述第二铠装热电偶固定连接于所述第二传感器安装
孔道的螺纹结构。
12.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述前轴承和所述后轴承均设置多个，所述机体组件设有多个与所述后轴承一一对应的第一传感器安装孔道，所述机体组件设有多个与所述前轴承一一对应的第二传感器安装孔道。
13.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体组件包括固定壳体、嵌装于所述固定壳体前端的前端轴承安装套和嵌装于所述固定壳体后端的后端轴承安装套，所述前端轴承安装套的外周面设有前端冷却槽，所述前端轴承安装套的内周面形成所述前轴承承载面，所述后端轴承安装套的外周面设有后端冷却槽，所述后端轴承安装套的内周面形成所述后轴承承载面。
14.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体组件的后端设有进液口和出液口，所述机体组件内部设有引导冷却液由所述进液口进入并依次流经所述前端冷却槽、后端冷却槽后由所述出液口流出的第一冷却流道。
15.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体组件还包括嵌装于所述固定壳体与所述定子之间的定子套，所述定子套的外周面设有定子套冷却槽，所述机体组件内部设有引导冷却液由所述进液口进入并流经所述定子套冷却槽后由所述出液口流出的第二冷却流道。
16.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第二冷却流道将冷却液从所述定子套冷却槽的中部入口引入，然后沿着所述定子套冷却槽向前后两侧流动对所述定子进行冷却，最后从所述定子套冷却槽的前后两端的出口流出，汇入所述第二冷却流道，最后由所述出液口流出。
17.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，相邻所述前轴承之间、相邻所述后轴承之间均设有用于输送油气的通油套，所述前端轴承安装套和后端轴承安装套上设有连通至所述通油套的进油口和出油口。
18.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述前端轴承安装套设有多个对应各所述前轴承的前端冷却槽，所述前端轴承安装套的外周面于相邻所述前端冷却槽之间设有环形进油槽和环形出油槽，所述前端冷却槽、所述环形进油槽和环形出油槽之间设有密封槽，所述环形进油槽和环形出油槽的槽底截面为圆弧形。
19.第二方面，一种加工设备，包括第一方面中任一实现方式所述的电主轴。
20.上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：为了实时监测轴承的温度，在机体组件内部轴承安装位分别设计了温度传感器安装结构，可监测轴承在旋转时的温度。温度传感器选择铠装热电偶，铠装热电偶是将两种不同的金属材料的一端焊接在一起(测量端)，另一端不做连接(自由端)，从而形成的一种感温元件。在电主轴机体组件内部，沿机体组件设计多条传感器安装孔道，每条传感器安装孔道延伸至对应的轴承承载面，用于将铠装热电偶的测量端引向对应的轴承外圈，直接接触式监测轴承的温度。热电偶的测量端固定后，把热电偶自由端与外部显示仪器连接，当电主轴处于工作状态时，轴承表面温度发生变化，热电偶的测量端和自由端的热电势不再保持一致，在两端形成了温度差，且随着转速的变化，温度差也随之变化，此时通过外部显示仪器，可直接观测到热电偶产生的热电势。
21.在电主轴内部安装铠装热电偶传感器，相比于其他类型温度传感器，铠装热电偶
传感器可直接测量轴承表面的温度，并且测温范围广，易弯曲，响应速度快，外部读取简单方便，可更好的实时监测在工作状态下电主轴内部轴承的温度。
22.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1是本发明电主轴的一个实施例第二铠装热电偶安装于第二传感器安装孔道结构示意图；
25.图2是图1所示的一个实施例第一铠装热电偶安装于第一传感器安装孔道结构示意图；
26.图3是图1所示的一个实施例第一冷却流道工作原理示意图；
27.图4是图1所示的一个实施例第二冷却流道工作原理示意图；
28.图5是图1所示的一个实施例定子套冷却槽工作原理示意图；
29.图6是图1所示的一个实施例前端轴承安装套截面图；
30.图7是图1所示的一个实施例前端轴承安装套轴测图。
具体实施方式
31.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
32.本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
34.本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
35.其中，图1给出了本发明实施例的参考方向，以下结合图1所示的方向，对本发明的实施例进行说明。
36.本发明的实施例提供了一种电主轴，能够实时监测电主轴内部轴承的温度，保证了电主轴的加工性能。
37.参见图1、图2，电主轴包括机体组件、轴芯组件200、电机组件和铠装热电偶。
38.机体组件沿轴向由前端延伸到后端，机体组件设有前轴承座101和后轴承座102，后轴承座102设有用于沿径向承载后轴承103的后轴承承载面104，前轴承座101设有用于沿径向承载前轴承105的前轴承承载面106，机体组件设有第一传感器安装孔道107和第二传感器安装孔道108，第一传感器安装孔道107由机体组件的后端延伸至后轴承承载面104，以使安装于第一传感器安装孔道107的第一铠装热电偶能够直接的、更准确的监控后轴承103的温度信息，对应的，第二传感器安装孔道108由机体组件的后端延伸至前轴承承载面106，以使安装于第二传感器安装孔道108的第二铠装热电偶能够直接的、更准确的监控前轴承105的温度信息。
39.轴芯组件200包括轴芯，轴芯通过前轴承105和后轴承103转动的安装于机体组件，其中，前轴承105的轴承外圈安装于前轴承承载面106，后轴承103的轴承外圈安装于后轴承承载面104。电机组件包括转子301和定子302，转子301设置于轴芯，定子302设置于机体组件；电机组件用于驱动轴芯转动，并在前端向外输出动力。
40.参见图1、图2，铠装热电偶沿长度方向由测量端301延伸至自由端302，铠装热电偶包括第一铠装热电偶303和第二铠装热电偶304，第一铠装热电偶303用于实时监测后轴承103的温度，第一铠装热电偶303插装于第一传感器安装孔道107，第一铠装热电偶303的测量端301接触于后轴承103。第二铠装热电偶304用于实时监测前轴承105的温度，第二铠装热电偶304插装于第二传感器安装孔道108，第二铠装热电偶304的测量端301接触于前轴承105，第一铠装热电偶303、第二铠装热电偶304的自由端302由机体组件的后端引出，自由端302可直接连接外部显示仪器，可直接观测到热电偶产生的热电势。
41.为了实时监测轴承的温度，在机体组件内部轴承安装位分别设计了温度传感器安装结构，可监测轴承在旋转时的温度。温度传感器选择铠装热电偶，铠装热电偶是将两种不同的金属材料的一端焊接在一起(测量端301)，另一端不做连接(自由端302)，从而形成的一种感温元件。在电主轴机体组件内部，沿机体组件设计多条传感器安装孔道，每条传感器安装孔道延伸至对应的轴承承载面，用于将铠装热电偶的测量端301引向对应的轴承外圈，直接接触式监测轴承的温度。热电偶的测量端301固定后，把热电偶自由端302与外部显示仪器连接，当电主轴处于工作状态时，轴承表面温度发生变化，热电偶的测量端301和自由端302的热电势不再保持一致，在两端形成了温度差，且随着转速的变化，温度差也随之变化，此时通过外部显示仪器，可直接观测到热电偶产生的热电势。
42.在电主轴内部安装铠装热电偶传感器，相比于其他类型温度传感器，铠装热电偶传感器可直接测量轴承表面的温度，并且测温范围广，易弯曲，响应速度快，外部读取简单方便，可更好的实时监测在工作状态下电主轴内部轴承的温度。
43.在电主轴工作时，实时监测其内部轴承的温度，通过对轴承温度的实时监测，保证了电主轴的性能，防止电主轴因温度过高而损坏。
44.参见图1、图2，第一传感器安装孔道107和第二传感器安装孔道108在机体组件的后端设有螺纹结构305，第一铠装热电偶303固定连接于第一传感器安装孔道107的螺纹结构305，第二铠装热电偶304固定连接于第二传感器安装孔道108的螺纹结构305。通过螺纹结构305将铠装热电偶插入到电主轴内部指定位置后，通过螺纹配合锁紧铠装热电偶，间接将铠装热电偶的测量端301固定，防止其在移动和工作过程中松动，从而影响测量结果。
45.前轴承105和后轴承103设置一个或多个，在一些实施例中，参见图1、图2，前轴承105和后轴承103均设置多个，机体组件设有多个与后轴承103一一对应的第一传感器安装孔道107，多个第一传感器安装孔道107中均设有第一铠装热电偶303，机体组件设有多个与前轴承105一一对应的第二传感器安装孔道108，多个第二传感器安装孔道108中均设有第二铠装热电偶304，本实施例中，铠装热电偶针能够对每个轴承进行精确温度监测，为电主轴的温度控制提供反馈信息，进一步保证了电主轴的性能。
46.前轴承座101和后轴承座102可直接成型于机体组件，也可以通过在机体组件中设置轴承安装套，例如在一些实施例中，参见图1、图2，机体组件包括固定壳体109、嵌装于固定壳体109的前端的前端轴承安装套和嵌装于固定壳体109的后端的后端轴承安装套，前端轴承安装套的外周面设有前端冷却槽110，前端轴承安装套的内周面形成前轴承承载面106，后端轴承安装套的外周面设有后端冷却槽111，后端轴承安装套的内周面形成后轴承承载面104。其中，前端冷却槽110和后端冷却槽111中可以通入冷却液，从而对前后轴承103进行冷却，降低轴承的工作温度。
47.在采用单水道冷却结构的电主轴中，冷却液进入电主轴内部后，是按照前轴承、后轴承、电机或者后轴承、前轴承、电机或者其他顺序对轴承和电机依次进行冷却，这种冷却结构，将会造成轴承和电机之间温度的互相影响，使轴承和电机的冷却性能不能达到设计要求，最终影响电主轴的冷却效果。
48.参见图3，本发明的实施例中，机体组件的后端设有进液口112和出液口113，机体组件内部设有引导冷却液由进液口112进入并依次流经前端冷却槽110、后端冷却槽111后由出液口113流出的第一冷却流道114。第一冷却流道114依次对前轴承105和后轴承103进行冷却，可将前轴承105和后轴承103在高速旋转产生的热量有效带走，使前后轴承103保持在相对低的温度。
49.进一步的，参见图4，机体组件还包括嵌装于固定壳体109与定子302之间的定子套115，定子套115的外周面设有定子套冷却槽116，机体组件内部设有引导冷却液由进液口112进入并流经定子套冷却槽116后由出液口113流出的第二冷却流道117。冷却液进入后沿着第二冷却流道117流入定子302冷却槽中，最后从出口流出，汇入出液口113冷却通道，最后与第一冷却流道114流出的冷却液一起流出。本发明的实施例采用第一冷却流道114+第二冷却流道117的双水道冷却结构，通过对电主轴内部轴承和电机的分别冷却，极大地降低了轴承和电机之间温度的影响，显著提高了电主轴的冷却性能。
50.进一步的，参见图5，第二冷却流道117将冷却液从定子套冷却槽116的中部入口引入，然后沿着定子套冷却槽116向前后两侧流动对定子302进行冷却，最后从定子套冷却槽116的前后两端的出口流出，汇入第二冷却流道117，最后由出液口113流出，本实施例中，通过将冷却液从定子套冷却槽116的中部入口引入然后沿着定子套冷却槽116向前后两侧流动对定子302进行冷却的创新设计，降低因定子套冷却槽116前后两端温度的影响，提升定子302的冷却效果。
51.参见图1、图2，相邻前轴承105之间、相邻后轴承103之间均设有用于输送油气的通油套400，前端轴承安装套和后端轴承安装套上设有连通至通油套400的进油口和出油口，前轴承105和后轴承103采用油气润滑，使电主轴具备超高转速，提升加工效率，能满足机床高效率的加工。
52.参见图6、图7，前端轴承安装套设有多个对应各前轴承105的前端冷却槽110，可对每个轴承单独冷却。前端轴承安装套的外周面于相邻前端冷却槽110之间设有环形进油槽118和环形出油槽119，前端冷却槽110、环形进油槽118和环形出油槽119之间设有密封槽120，对流经安装套的冷却液和润滑油进行密封，防止其渗漏。环形进油槽118和环形出油槽119的槽底截面为圆弧形。这种结构可以保证润滑油在槽中具备高的流动形，同时也不易堆积杂质，保证了进入轴承的润滑油的清洁度。前端轴承安装套采用内嵌式轴承安装套结构，整合电主轴的冷却和润滑功能，且对每颗轴承进行单独冷却和润滑，在保证电主轴具备优良的润滑效果的同时使主轴具备更高的冷却性能。
53.本发明的实施例还提供了一种加工设备，包括以上任一实施例中的电主轴。
54.在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
55.当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。