專利名稱：使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)床設(shè)備制造領(lǐng)域，具體涉及一種使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置。
背景技術(shù)：
高速切削加工以其高生產(chǎn)效率、高加工質(zhì)量和低加工成本，近年來(lái)在航空、航天、汽車、模具等產(chǎn)業(yè)得到快速應(yīng)用。高速電主軸裝置作為高速切削機(jī)床系統(tǒng)的核心部件，對(duì)高速機(jī)床的性能起著非常重要的影響。高速軸承則是高速主軸單元設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，高速軸承的性能很大程度上影響了高速機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度、切削剛度、使用壽命和可靠性等。目前國(guó)內(nèi)外在高速機(jī)床中使用的軸承有:陶瓷球軸承、靜壓軸承、動(dòng)靜壓軸承、氣浮軸承和磁懸浮軸承。其中國(guó)產(chǎn)陶瓷球軸承的壽命較短，且負(fù)載能力有限；氣浮軸承和磁懸浮軸承支承的電主軸可以在高轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，但其支撐主軸的剛度較低，難以在高負(fù)載工況下工作。動(dòng)靜壓軸承則同時(shí)擁有動(dòng)壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，具有高剛度、高精度、長(zhǎng)壽命和大功率等性能，是高速機(jī)床支撐技術(shù)發(fā)展的重要方向。動(dòng)靜壓軸承流場(chǎng)具有壓力梯度大和溫升高的特點(diǎn)，潤(rùn)滑油膜容易破裂，溫升過(guò)高時(shí)軸承間隙又會(huì)因熱變形而減小，因此，軸承結(jié)構(gòu)必須能夠有效防止油膜破裂、控制溫升并保證較高的穩(wěn)定性。本發(fā)明提出了一種高剛度、高精度、高轉(zhuǎn)速、大功率、長(zhǎng)壽命、低溫升、使用氣體止推軸承和水潤(rùn)滑動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，該裝置具有高剛度、高精度、長(zhǎng)壽命和大功率等性能，而且摩擦小，發(fā)熱量少，溫升低，噪音低，尤其適用于高速度、高精密、高剛度工作條件下的加工。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:—種使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，包括殼體，電主軸，支撐電主軸兩端并用于調(diào)節(jié)電主軸徑向位移的前軸承和后軸承，固定前軸承和后軸承的前軸承套和后軸承套，固定在殼體上的后軸承端蓋，以及用于調(diào)節(jié)主軸軸向位移的氣體止推軸承；所述前軸承和后軸承均為動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述氣體止推軸承包括固定在電主軸上的氣體止推軸承推力盤，在氣體止推軸承推力盤兩側(cè)分別設(shè)置有帶高壓進(jìn)氣孔的氣體止推軸承左推力瓦和氣體止推軸承右推力瓦，高壓氣體從左右兩側(cè)同時(shí)作用于氣體止推軸承推力盤。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述殼體進(jìn)一步包括有殼體進(jìn)水道和殼體出水道，所述殼體進(jìn)水道內(nèi)的介質(zhì)為液體水；液體水自殼體進(jìn)水道依次進(jìn)入到前軸承套和后軸承套、前軸承和后軸承，最后從殼體出水道流出。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述前軸承套和后軸承套上分別設(shè)置有與殼體進(jìn)水道相通的前軸承套進(jìn)水道和后軸承套進(jìn)水道，所述前軸承和后軸承上分別設(shè)置有與前軸承套進(jìn)水道相通的前軸承節(jié)流孔和與后軸承套進(jìn)水道相通的后軸承節(jié)流孔。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在所述前軸承節(jié)流孔的兩側(cè)進(jìn)一步設(shè)置有前軸承左環(huán)形回水槽和前軸承右環(huán)形回水槽，所述后軸承節(jié)流孔的兩側(cè)進(jìn)一步設(shè)置有后軸承左環(huán)形回水槽和后軸承右環(huán)形回水槽，所述前軸承左環(huán)形回水槽和前軸承右環(huán)形回水槽通過(guò)前軸承與電主軸之間的間隙相通，所述后軸承左環(huán)形回水槽和后軸承右環(huán)形回水槽通過(guò)后軸承與電主軸之間的間隙相通。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述前軸承的兩端設(shè)置有前軸承左氣封環(huán)和前軸承右氣封環(huán)，所述后軸承的兩端設(shè)置有后軸承左氣封環(huán)和后軸承右氣封環(huán)，防止介質(zhì)水沿電主軸的軸向流入電機(jī)和流出殼體。
作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述氣封環(huán)為沿著軸向依次設(shè)置的三個(gè)環(huán)形密封齒，在最外側(cè)的環(huán)形密封齒外側(cè)設(shè)置有環(huán)形進(jìn)氣裝置，以保證沿著主軸周向形成一道壓力均布的氣體密封墻。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述殼體進(jìn)一步設(shè)置有殼體進(jìn)氣道，高壓氣自殼體進(jìn)氣道依次進(jìn)入到軸承套、軸承和環(huán)形回水槽內(nèi)，對(duì)環(huán)形回水槽內(nèi)的水產(chǎn)生壓力,加快水從殼體出水道流出。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述前軸承套和后軸承套分別設(shè)置有與殼體進(jìn)氣道相通的前軸承套進(jìn)氣道和后軸承套進(jìn)氣道，所述前軸承和后軸承分別設(shè)置有前軸承進(jìn)氣道和后軸承進(jìn)氣道，所述前軸承進(jìn)氣道和后軸承進(jìn)氣道通過(guò)軸承與電主軸的間隙與前軸承回水槽和后軸承回水槽相通。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明以電主軸兩端安裝的前軸承和后軸承作為徑向位移調(diào)節(jié)，以主軸端部安裝的氣體止推軸承作為軸向位移調(diào)節(jié)；所述軸承以非接觸的方式支撐電主軸，減小了摩擦，減小了電主軸的噪音，提高了電主軸系統(tǒng)的壽命，增加了負(fù)載能力；同時(shí)，采用氣體作為止推軸承的潤(rùn)滑介質(zhì)，為電主軸提供的軸向剛度，控制電主軸的軸向位移及穩(wěn)定性的同時(shí)，兼具軸向支撐和冷卻作用，降低了電主軸的溫升。


圖1為使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置進(jìn)水通道方向縱剖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置進(jìn)氣通道方向縱剖結(jié)構(gòu)示意圖。其中，附圖標(biāo)記與元件名稱的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示:
I前軸承左氣封環(huán)2 前軸承
3 前軸承左環(huán)形回水槽4~前軸承套進(jìn)水道左密封O型圈
5 前軸承套進(jìn)水道6 前軸承節(jié)流孔
7 前軸承套進(jìn)水道右密封O型圈~ 8~前軸承右環(huán)形回水槽
權(quán)利要求
1.用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于:包括殼體(12)，電主軸(16)，支撐電主軸兩端并用于調(diào)節(jié)電主軸徑向位移的前軸承(2)和后軸承(23)，固定前軸承和后軸承的前軸承套(30)和后軸承套(18)，固定在殼體(12)上的后軸承端蓋(40)，以及用于調(diào)節(jié)主軸軸向位移的氣體止推軸承；所述前軸承和后軸承均為動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述氣體止推軸承包括固定在電主軸(16)上的氣體止推軸承推力盤(26)，在氣體止推軸承推力盤(26)兩側(cè)分別設(shè)置有帶高壓進(jìn)氣孔的氣體止推軸承左推力瓦(25)和氣體止推軸承右推力瓦(27 )，高壓氣體從左右兩側(cè)同時(shí)作用于氣體止推軸承推力盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述殼體進(jìn)一步包括有殼體進(jìn)水道(24)和殼體出水道(31)，所述殼體進(jìn)水道內(nèi)的介質(zhì)為液體水；液體水自殼體進(jìn)水道(24)依次進(jìn)入到前軸承套和后軸承套、前軸承和后軸承，最后從殼體出水道流出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述前軸承套(30)和后軸承套(18)上分別設(shè)置有與殼體進(jìn)水道相通的前軸承套進(jìn)水道(5)和后軸承套進(jìn)水道(20),所述前軸承和后軸承上分別設(shè)置有與前軸承套進(jìn)水道相通的前軸承節(jié)流孔(6)和與后軸承套進(jìn)水道相通的后軸承節(jié)流孔(21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，在所述前軸承節(jié)流孔(6)的兩側(cè)進(jìn)一步設(shè)置有前軸承左環(huán)形回水槽(3)和前軸承右環(huán)形回水槽(8)，所述后軸承節(jié)流孔(21)的兩側(cè)進(jìn)一步設(shè)置有后軸承左環(huán)形回水槽(34)和后軸承右環(huán)形回水槽(36)，所述前軸承左環(huán)形回水槽(3)和前軸承右環(huán)形回水槽(8)通過(guò)前軸承與電主軸之間的間隙相通，所述后軸承左環(huán)形回水槽和后軸承右環(huán)形回水槽通過(guò)后軸承與電主軸之間的間隙相通。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述前軸承(2)的兩端設(shè)置有前軸承左氣封環(huán)(I)和前軸承右氣封環(huán)(10)，所述后軸承(23)的兩端設(shè)置有后軸承左氣封環(huán)(32)和后軸承右氣封環(huán)(37)，防止介質(zhì)水沿電主軸的軸向流入電機(jī)和流出殼體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述前軸承(2)的兩端設(shè)置有前軸承左氣封環(huán)(I)和前軸承右氣封環(huán)(10)，所述后軸承(23)的兩端設(shè)置有后軸承左氣封環(huán)(32)和后軸承右氣封環(huán)(37)，防止介質(zhì)水沿電主軸的軸向流入電機(jī)和流出殼體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述氣封環(huán)為沿著軸向依次設(shè)置的三個(gè)環(huán)形密封齒，在最外側(cè)的環(huán)形密封齒外側(cè)設(shè)置有環(huán)形進(jìn)氣裝置，以保證沿著主軸周向形成一道壓力均布的氣體密封墻。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述殼體進(jìn)一步設(shè)置有殼體進(jìn)氣道(39)，高壓氣自殼體進(jìn)氣道依次進(jìn)入到軸承套、軸承和環(huán)形回水槽內(nèi)，對(duì)環(huán)形回水槽內(nèi)的水產(chǎn)生壓力,加快水從殼體出水道流出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，其特征在于，所述前軸承套(30)和后軸承套(18)分別設(shè)置有與殼體進(jìn)氣道(39)相通的前軸承套進(jìn)氣道(29)和后軸承套進(jìn)氣道(35)，所述前軸承(2)和后軸承(23)分別設(shè)置有前軸承進(jìn)氣道(28)和后軸承進(jìn)氣道(33)，所述前軸承進(jìn)氣道(28)和后軸承進(jìn)氣道(33)通過(guò)軸承與電主軸的間隙與 前軸承回水槽和后軸承回水槽相通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種使用氣液兩相潤(rùn)滑的高速動(dòng)靜壓軸承支撐的電主軸裝置，包括殼體，固定于殼體內(nèi)側(cè)的冷卻水套，電主軸，電機(jī)定子，電機(jī)轉(zhuǎn)子，支撐電主軸兩端的前、后軸承，氣體止推軸承。支撐電主軸的前、后軸承均是一種動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承，可以提高主軸剛度和穩(wěn)定性，降低溫升，軸承兩端分別設(shè)有前、后環(huán)形回水槽，潤(rùn)滑介質(zhì)水流入環(huán)形回水槽后再通過(guò)殼體出水道流出殼體；氣體密封裝置，每個(gè)動(dòng)靜壓軸承的兩側(cè)各有一個(gè)氣體密封裝置，可以阻止?jié)櫥橘|(zhì)水流入電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的空隙以及沿著電主軸軸向流出殼體；氣體止推軸承，采用氣體作為止推軸承的潤(rùn)滑介質(zhì)，為電主軸提供軸向剛度，控制電主軸軸向位移和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B23B19/02GK103084588SQ20131003384
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者徐華, 王琳, 熊顯智, 周夕維, 付玉敏 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)