本發(fā)明涉及精密數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速高精度內(nèi)置式動(dòng)靜壓電主軸。

背景技術(shù)：

隨著中國(guó)制造2025的提出，對(duì)制造業(yè)提出了更高的要求，要求數(shù)控機(jī)床向精密化、高速化、智能化方向發(fā)展，主軸作為數(shù)控機(jī)床的核心部件，其動(dòng)態(tài)性能直接決定著機(jī)床的加工精度。目前，越來越多的高檔數(shù)控機(jī)床主軸開始采用電主軸結(jié)構(gòu)，電主軸是將機(jī)床主軸與內(nèi)置電機(jī)轉(zhuǎn)子通過過盈配合而融為一體，不再使用皮帶或齒輪傳動(dòng)，省去了中間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，并且將主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的“零傳動(dòng)”，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、調(diào)速范圍寬、振動(dòng)噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種精密與超精密機(jī)床。軸承是電主軸系統(tǒng)的核心支承部件，對(duì)軸承的要求，除了需要高的精度、高剛度、高承載能力、潤(rùn)滑性能好和發(fā)熱量小外，更重要的是必須適于高速運(yùn)行。目前，可用于電主軸支承的軸承主要有：滾動(dòng)軸承、動(dòng)靜壓軸承和氣浮軸承等，由于動(dòng)靜壓軸承利用油膜的動(dòng)壓效應(yīng)承載，具有誤差均化和緩沖吸振的作用，承載力大回轉(zhuǎn)精度高、剛度大、磨損小、壽命長(zhǎng)。因此，精密數(shù)控機(jī)床普遍采用動(dòng)靜壓軸承作為主軸支承部件。

動(dòng)靜壓軸承在高速工作過程中由于摩擦生熱，其中大部分熱量被潤(rùn)滑油帶走，剩下的熱量向軸承座和主軸傳導(dǎo)，主軸在軸向和徑向都會(huì)產(chǎn)生一定的熱變形，一般主軸單元前軸承負(fù)荷比后軸的大，所以前軸承的發(fā)熱量也比后軸承大，從而造成前、后軸承溫度差，導(dǎo)致主軸產(chǎn)生熱變形，熱變形的結(jié)果使主軸前端會(huì)出現(xiàn)“抬頭”現(xiàn)象，且機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速越高，軸承發(fā)熱越嚴(yán)重，主軸單元熱變形也越大，當(dāng)發(fā)熱量過大或溫升超過一定值時(shí)，由主軸熱變形引起的誤差將會(huì)影響機(jī)床的加工精度。因此，必須采取有效措施來降低前、后軸承的溫差，降低主軸單元熱變形對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響。此外，由于主軸系統(tǒng)的受力變形、熱變形以及砂輪磨損不均勻等造成主軸系統(tǒng)不平衡所引發(fā)的振動(dòng)也嚴(yán)重影響著數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高速高精度內(nèi)置式動(dòng)靜壓電主軸，以提主軸系統(tǒng)在高速下動(dòng)態(tài)性能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種高速高精度內(nèi)置式動(dòng)靜壓電主軸，其特征在于，包括箱體，前軸承及后軸承分別通過前軸承端蓋及后軸承端蓋設(shè)于箱體內(nèi)，由前軸承和后軸承共同支承內(nèi)部帶有在線動(dòng)平衡頭的主軸，在箱體上設(shè)有進(jìn)油孔及出油孔，進(jìn)油孔經(jīng)由油路與出油孔相通，油路分為2部分，一部分通過進(jìn)油孔進(jìn)入前軸承和后軸承中，將主軸懸浮在前軸和后軸承的間隙中形成純液體潤(rùn)滑，另一部分供給前軸承和前軸承端蓋，使主軸實(shí)現(xiàn)軸向定位，砂輪通過法蘭盤設(shè)于前軸承端蓋上；

在主軸露于箱體外的部分外設(shè)有電機(jī)轉(zhuǎn)子，電機(jī)轉(zhuǎn)子外設(shè)有電機(jī)定子，電機(jī)定子安裝在電機(jī)殼體上，電機(jī)殼體與箱體連接固定在，電機(jī)殼體上設(shè)有電機(jī)定子冷卻油進(jìn)口和電機(jī)定子冷卻油出口，電機(jī)定子冷卻油進(jìn)口經(jīng)由電子冷卻油路與電機(jī)定子冷卻油出口相通，由電機(jī)端蓋將電機(jī)殼體密封，主軸的端部露于電機(jī)端蓋外，在主軸的該端部上設(shè)有在線動(dòng)平衡頭接收器及編碼器。

優(yōu)選地，在所述前軸承和所述后軸承的內(nèi)壁面均布有五個(gè)靜壓油腔，且在一端的出油口分別安裝有溫度傳感器一和溫度傳感器二。

優(yōu)選地，所述砂輪通過螺釘安裝在所述法蘭盤上。

優(yōu)選地，所述油路上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥。

優(yōu)選地，所述前軸承與所述前軸承端蓋之間設(shè)有調(diào)整墊片。

優(yōu)選地，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子通過隔熱套筒過盈配合安轉(zhuǎn)在所述后軸承之后。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用溫度傳感器采集前、后軸承出油口的潤(rùn)滑油溫度，然后將采集的溫度信號(hào)傳遞給控制器，控制器輸出信號(hào)給流量調(diào)節(jié)閥，通過控制后軸承的進(jìn)油流量使得前、后軸承出油口的潤(rùn)滑油的溫度差在2℃范圍內(nèi)，如此降低了主軸的熱變形量，提高了電主軸系統(tǒng)的輸出精度。

2、采用電機(jī)位于后軸承之后的安裝方式，散熱條件好，采用隔熱套筒將電機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸分開，大大降低了電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱量向主軸的傳遞，電機(jī)采用油冷卻方式，減少了電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸單元的影響。

3、采用五腔動(dòng)靜壓軸承作為支撐，承載能力大，磨損小，能夠均化誤差、緩沖吸振，回轉(zhuǎn)精度高。

4、后軸承端蓋采用隔熱材料，降低了電機(jī)產(chǎn)生的熱量向后軸承的傳遞，降低了主軸的熱變形量。

5、采用在線砂輪動(dòng)平衡頭，在電主軸系統(tǒng)工作時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)平衡，平衡效率高，降低了主軸系統(tǒng)不平衡所引起的振動(dòng)。

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，主軸轉(zhuǎn)數(shù)高、回轉(zhuǎn)精度高、熱變形小，可廣泛應(yīng)用于精密磨床的砂輪電主軸、數(shù)控加工中心以及精密車床的主軸等。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為兩軸承溫度差控制原理圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

結(jié)合圖1及圖2，本發(fā)明提供的一種高速高精度內(nèi)置式動(dòng)靜壓電主軸，由砂輪1、法蘭盤2、前軸承端蓋3、調(diào)整墊片4、前軸承5、溫度傳感器一6、進(jìn)油孔7、流量調(diào)節(jié)閥8、后軸承9、后軸承端蓋10、溫度傳感器二11、電機(jī)定子冷卻油進(jìn)口12、電機(jī)定子冷卻油出口13、編碼器14、在線動(dòng)平衡頭接收器15、螺釘16、在線動(dòng)平衡頭17、箱體18、出油孔19、主軸20、電機(jī)定子21、電機(jī)轉(zhuǎn)子22、隔熱套筒23、電機(jī)殼體24、電機(jī)端蓋25、控制器26和溫度顯示器27等組成。

箱體18上設(shè)有進(jìn)油孔7、出油孔19和流量調(diào)節(jié)閥8。所述的主軸20由過盈配合安裝在箱體18上的前軸承5和后軸承9共同支承，其內(nèi)部裝有在線動(dòng)平衡頭17，以及其末端設(shè)有在線動(dòng)平衡頭接收器15以及編碼器14。所述的前軸承5和后軸承7均為動(dòng)靜壓軸承，其中，前軸承5還具有端面軸承功能。前軸承5與前軸承端蓋3之間設(shè)有調(diào)整墊片4。后軸承端蓋10采用隔熱材料。此外，在前軸承5和后軸承7的內(nèi)壁面還設(shè)有均布的五個(gè)靜壓油腔，且在一端的出油口分別安裝有溫度傳感器一6和溫度傳感器二11。所述的砂輪1通過螺釘16安裝在法蘭盤2上，法蘭盤2采用莫氏錐度五號(hào)安裝在主軸20的前端。所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子22通過隔熱套筒23過盈配合安轉(zhuǎn)在后軸承9之后，電機(jī)定子21安裝在電機(jī)殼體24上，在電機(jī)殼體24上設(shè)有電機(jī)定子冷卻油進(jìn)口12和電機(jī)定子冷卻油出口13，電機(jī)端蓋25將電機(jī)密封，電機(jī)殼體24與后軸承端蓋10一起安裝在箱體18上。

電主軸系統(tǒng)工作時(shí)，首先開啟液壓油泵，采用恒流量供油，油路分為2部分，一部分潤(rùn)滑油通過進(jìn)油孔7進(jìn)入前軸承5和后軸承7中，將主軸20懸浮在前軸5和后軸承7的間隙中形成純液體潤(rùn)滑；另一部分供給前軸承5和前軸承端蓋3，使主軸20實(shí)現(xiàn)軸向定位。然后，設(shè)置轉(zhuǎn)數(shù)、上電，啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子22，此時(shí)在線動(dòng)平衡頭17、編碼器14、溫度傳感器一6、溫度傳感器二11和流量調(diào)節(jié)閥8也開始工作，前軸承5和后軸承7的溫度以及溫差通過溫度傳感器一6和溫度傳感器二11反饋且顯示在溫度顯示器27上，一定時(shí)間后，電機(jī)定子21的油冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)。

從圖2可以看出，溫度傳感器一6和溫度傳感器二11采集到前軸承5和后軸承7的溫度后，會(huì)實(shí)時(shí)顯示在溫度顯示器27上，由于電主軸系統(tǒng)的重心以及工作載荷距離前軸承5較近，因此，前軸承5的承受的載荷要大于后軸承7，從而前軸承5的溫升要高于后軸承7。當(dāng)前軸承5的溫度超過后軸承7溫度2℃時(shí)，控制器25發(fā)出信號(hào)使流量調(diào)節(jié)閥8動(dòng)作使得后軸承7的供油流量減少，由于采用恒流量供油，那么前軸承5的供油流量就會(huì)增加，從而使得前軸承5溫度降低以及后軸承溫7度升高，當(dāng)前軸承5的溫度和后軸承7的溫度溫差在2℃范圍內(nèi)，控制器25發(fā)出信號(hào)使流量調(diào)節(jié)閥8停止動(dòng)作，從而降低了電主軸系統(tǒng)熱變形對(duì)主軸輸出端精度的影響。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電主軸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好，產(chǎn)生的熱變形小，能夠保證主軸在高速下的熱穩(wěn)定性，具有輸出精度高、高速動(dòng)態(tài)性能好、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于大多數(shù)的精密數(shù)控機(jī)床的主軸。