專利名稱：一種鋼軸承外圈與陶瓷軸承內(nèi)圈混合使用的高速電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械構(gòu)件，特別是一種鋼軸承外圈與陶瓷軸承內(nèi)圈混合使用
的高速電主軸。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代高檔機(jī)床的主軸越來(lái)越多的開(kāi)始應(yīng)用電主軸。特別是在高速加工機(jī)床上，電 主軸以其便于控制，便于調(diào)速的優(yōu)良性能而更顯優(yōu)勢(shì)。在數(shù)控機(jī)床中，對(duì)電主軸的要求主 要在以下幾個(gè)方面一、要求電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中便于控制。 二、在高速運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)由于機(jī)械摩擦及電磁損耗產(chǎn)生熱量，因此一方面要求電主軸要有 良好的冷卻環(huán)節(jié)，另一方面也要求電主軸要有一定的耐熱性。三、要求電主軸有足夠的剛度 及較長(zhǎng)的壽命。這些問(wèn)題的解決，電主軸關(guān)鍵部件 一一轉(zhuǎn)軸及軸承的材料選擇起到至關(guān)重 要的作用。陶瓷材料具有耐磨、耐蝕、耐高溫、電絕緣、不導(dǎo)磁、高強(qiáng)度、高剛度、比重小等性 能，使用陶瓷作為電主軸的轉(zhuǎn)軸及軸承材料，可以達(dá)到磨損小、噪聲低、振動(dòng)小等要求，可使 電主軸速度更高，在苛刻的環(huán)境及低潤(rùn)滑場(chǎng)合下運(yùn)行，并大幅提高其性能和可靠性。但是， 由于陶瓷材料為難加工材料，特別是軸承外圈的溝道加工精度很難保證，影響電主軸整體 使用性能。另外，鑒于軸承外圈為非旋轉(zhuǎn)件，在高速下對(duì)材料的沒(méi)有比重輕的要求。因此， 在設(shè)計(jì)電主軸時(shí)，軸承外圈的材料選用軸承鋼，轉(zhuǎn)軸(軸承內(nèi)圈)及球材料選用陶瓷，設(shè)計(jì) 一種混合軸承的高速電主軸，在充分利用陶瓷材料優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)使用鋼圈作為 軸承外圈在一定程度上起到減震作用。此種設(shè)計(jì)，不但解決了陶瓷軸承質(zhì)量問(wèn)題，也為電主 軸的設(shè)計(jì)制造提供新思路。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種鋼軸承外圈與陶瓷轉(zhuǎn)軸、陶瓷軸承內(nèi)圈、陶瓷球 混合使用的高速電主軸。采用氧化鋯及熱壓氮化硅為主軸及軸承內(nèi)圈、軸承滾珠材料，減輕 了主軸旋轉(zhuǎn)部分的重量，提高了旋轉(zhuǎn)速度。軸承外圈利用鋼質(zhì)材料，減小了加工難度，增加 了抗振效果。 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種鋼軸承外圈與陶瓷軸承內(nèi)圈混合使用的高速電主軸，包括有電主軸殼體、電 主軸陶瓷轉(zhuǎn)軸、混合材料軸承裝置的軸承內(nèi)圈、軸承外圈、電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、冷卻裝置、軸承 預(yù)緊裝置、潤(rùn)滑裝置；軸承裝置軸承內(nèi)圈及軸承球采用陶瓷材料，軸承保持架為樹(shù)脂材料， 軸承外圈為鋼質(zhì)材料；軸承采用可裝配式。軸承預(yù)緊裝置的軸承的預(yù)緊采用彈簧預(yù)緊，由預(yù) 緊彈簧的根數(shù)及長(zhǎng)度調(diào)整預(yù)緊力大小。軸承潤(rùn)滑裝置，采用前后軸承分別潤(rùn)滑的油霧潤(rùn)滑 方式，并通過(guò)采用一路出氣的方式使油霧強(qiáng)制通過(guò)轉(zhuǎn)子表面，將轉(zhuǎn)子強(qiáng)制冷卻。定子采用水 冷方式，在電主軸殼體內(nèi)通過(guò)熱套工藝裝上水套循環(huán)水冷。陶瓷轉(zhuǎn)軸與接桿采用圓柱面加 端面定位或錐面定位。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與效果是[0007] 1、本實(shí)用新型采用陶瓷作為主軸、軸承內(nèi)圈及軸承球的材料，減輕了電主軸轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量、提高了耐高溫性能及主軸系統(tǒng)的剛度、省去了熱處理環(huán)節(jié)、具有節(jié)能環(huán)保及耐腐蝕的 效果、提高了主軸系統(tǒng)的使用壽命。 2、本實(shí)用新型采用軸承鋼材料作為軸承外圈材料，相對(duì)于全陶瓷軸承，降低了加 工難度，提高了軸承部件的精度，降低了電主軸的振動(dòng)幅值及噪音，提高了軸承裝置的散熱 能力。 3、本實(shí)用新型潤(rùn)滑系統(tǒng)采用油霧潤(rùn)滑方式。前后軸承采用兩路進(jìn)氣，一路出氣、實(shí) 現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)制冷卻。

圖1為本實(shí)用新型混合軸承電主軸結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本實(shí)用新型軸承潤(rùn)滑及冷卻原理圖； 圖3為本實(shí)用新型混合軸承結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實(shí)用新型軸承擋圈結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 該電主軸結(jié)構(gòu)主要包括外殼、陶瓷主軸、陶瓷軸承內(nèi)圈、陶瓷球、鋼軸承外圈、定 子、轉(zhuǎn)子、冷卻裝置、潤(rùn)滑裝置及軸承預(yù)緊裝置。該電主軸的軸承內(nèi)外圈為不同材料。內(nèi)圈 采用陶瓷材料，保證了電主軸旋轉(zhuǎn)件的大剛度及低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的要求。外圈采用鋼質(zhì)材料，降 低了加工難度，并起到一定的減振作用。同時(shí)，其前后軸承的潤(rùn)滑采用兩路進(jìn)氣、一路出氣 的油霧潤(rùn)滑方式，并使油霧強(qiáng)行通過(guò)轉(zhuǎn)子表面，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的冷卻。該電主軸軸承采用油霧潤(rùn) 滑的方式，在滿足潤(rùn)滑要求的同時(shí)，通過(guò)控制油霧流向的方式，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)制冷卻。 如圖l所示，電主軸殼體7內(nèi)熱套水套的冷卻裝置4，形成封閉空間，通過(guò)設(shè)置進(jìn)水 口和出水口 ，形成水循環(huán)，用于冷卻電機(jī)定子6 。電主軸陶瓷轉(zhuǎn)軸1及軸承內(nèi)圈2及軸承球 為陶瓷材料，軸承外圈3為鋼質(zhì)材料，它們組成支撐部件。主軸軸承的預(yù)緊由預(yù)緊裝置8完 成，預(yù)緊力與預(yù)緊彈簧的根數(shù)及彈簧的壓縮量有關(guān)。 圖2為該電主軸的軸承潤(rùn)滑及轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)原理圖，進(jìn)氣時(shí)，前后軸承各設(shè)有一 路潤(rùn)滑油路，通過(guò)油霧潤(rùn)滑的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的潤(rùn)滑，同時(shí)帶走軸承熱量。出氣時(shí)，采用后 端出氣的方式，使前端軸承的潤(rùn)滑油霧強(qiáng)制通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子5與電機(jī)定子6間的氣隙，實(shí)現(xiàn)對(duì) 轉(zhuǎn)子的強(qiáng)制冷卻。
權(quán)利要求一種鋼軸承外圈與陶瓷軸承內(nèi)圈混合使用的高速電主軸，其特征在于包括有電主軸殼體(7)、電主軸陶瓷轉(zhuǎn)軸(1)、混合材料軸承裝置的軸承內(nèi)圈(2)、軸承外圈(3)、電機(jī)定子(6)、轉(zhuǎn)子(5)、冷卻裝置(4)、軸承預(yù)緊裝置(8)、潤(rùn)滑裝置，軸承為可裝配式，軸承預(yù)緊裝置(8)為彈簧預(yù)緊，軸承潤(rùn)滑裝置為前后軸承分別潤(rùn)滑、一路出氣潤(rùn)滑轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，定子為水冷結(jié)構(gòu)形式，在電主軸殼體內(nèi)通過(guò)熱套工藝裝設(shè)上水套，陶瓷轉(zhuǎn)軸與接桿為圓柱面加端面定位或錐面定位結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種鋼軸承外圈與陶瓷軸承內(nèi)圈混合使用的高速電主軸，涉及一種機(jī)械構(gòu)件，包括有電主軸殼體(7)、電主軸陶瓷轉(zhuǎn)軸(1)、混合材料軸承裝置的軸承內(nèi)圈(2)、軸承外圈(3)、電機(jī)定子(6)、轉(zhuǎn)子(5)、冷卻裝置(4)、軸承預(yù)緊裝置(8)、潤(rùn)滑裝置；軸承裝置軸承內(nèi)圈(2)及軸承球采用陶瓷材料，軸承保持架為樹(shù)脂材料，軸承外圈(3)為鋼質(zhì)材料；軸承采用可裝配式。提供一種鋼軸承外圈與陶瓷轉(zhuǎn)軸、陶瓷軸承內(nèi)圈、陶瓷球混合使用的高速電主軸。采用氧化鋯及熱壓氮化硅為主軸及軸承內(nèi)圈、軸承滾珠材料，減輕了主軸旋轉(zhuǎn)部分的重量，提高了旋轉(zhuǎn)速度。軸承外圈利用鋼質(zhì)材料，減小了加工難度，增加了抗振效果。
文檔編號(hào)B23B19/02GK201537703SQ200920247650
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者吳玉厚, 張麗秀, 李頌華 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)建筑大學(xué)