[实用新型]一种高精度高速电主轴

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电主轴，特别是涉及一种高精度高速电主轴。

背景技术

高速主轴单元是高速加工机床最为关键的部件。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴。不同类型输出功率相差较大，高速加工机床主轴需在极短的时间内实现升降速，并在指定位置快速准停。这就要求主轴有很高的角减速度和角加速度。如果通过皮带等中间环节，不仅会在高速状态打滑、产生振动和噪音，而且增加转动惯量，给机床快速准停造成很大困难。目前，多数高速机床主轴采用内装式主轴电机一体化的主轴单元，即所谓内装式电机主轴（Build-in MotorSpindle），简称“电主轴”。它采用无外壳电机，将带有冷却套的电机定子装配在电主轴单元的壳体内，转子和机床主轴的旋转部件做成一体，主轴的变速范围完全由变频交流电机控制，使变频电机和机床主轴合二为一。

高速电主轴的核心支承部件是高速精密轴承。因电主轴的最高转速取决于轴承的大小、布置和润滑方法，所以这种轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。目前，用在高速主轴上的轴承主要有角接触球轴承、磁悬浮轴承、水基动静压轴承、空气动静压轴承等。磁悬浮轴承由于价格昂贵，控制系统复杂，发热问题难以解决，因而还无法在高速主轴单元上推广应用。水基静压轴承是利用水具有热容量较大、轴承温升较小的特点，部分解决了普通动、静压轴承发热严重的问题，主要用在低速重载场合。空气动静压轴承高速性能好，但径向刚度低并有冲击。角接触球轴承dn值在2.0×10⁶以下的高速主轴单元中应用，无论是速度极限、承载能力、刚度、精度等各方面均能很好地满足要求，但普通的全钢滚珠的角接触器轴承，在高速作用下，全钢滚珠上的离心力和陀螺力矩增大，离心力增大会增加滚珠和滚道间的摩擦，而陀螺力矩增大则会使滚珠和滚道间产生滑动摩擦，使轴承摩擦发热加剧，因而降低轴承的寿命。

此外，为了提高轴承的刚度，抑制振动及高速回转时滚珠公转和自转的滑动，提高轴的回转精度等，在主轴上使用的滚动轴承均需预紧。预紧的方式主要有恒位置预紧和恒力预紧。

恒位置预紧是将轴承内外圈在轴向固定，以初始预紧量确定其相对位置，运转过程中预紧量不能自动调节。随着转速的提高，轴承滚子发热膨胀、内外圈温差增大、滚子受离心力及轴承座的变形等因素影响，使轴承预紧力急剧增加，这是超高速主轴轴承破坏的主要原因，一般应用在dn值小于2.0×10⁶的高速主轴上。恒力预紧是一种利用弹簧或者液压系统对轴承实现预紧的方式。在高速运转中，弹簧或液压系统能吸收引起轴承预紧力增加的过盈量，以保持轴承预紧力不变，这对超高速主轴特别有利。但在低速重切削条件下，由于预紧结构的变形会影响主轴的刚性，所以恒力预紧一般只能用在超高速、载荷较轻的电主轴上。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种高精度高速电主轴，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种轴承使用寿命长、回转精度高的高速电主轴。

为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种高精度高速电主轴，包括轴壳，以及安装在轴壳内的主轴，主轴的两端分别套设有轴承，主轴的中间套有转子，轴壳内还设有与转子相对应的定子，油雾管一端连接在轴承上，另一端与设置在轴壳上的油雾入口相连；所述高速电主轴的轴壳内还设有冷却系统，冷却系统包括冷却套，冷却套安装在定子外侧，冷却套外侧环设有螺旋水槽，螺旋水槽连接冷却管，冷却管与安装在轴壳的底端和顶端的冷却液入口和冷却液出口相连；上述轴承为角接触陶瓷球轴承；所述轴承还设有恒位置预紧和恒力预紧切换机构。

所述轴承的轴承滚珠采用陶瓷(Si3N4)材料。

所述轴承的滚道上涂有TiAlN涂层，TiAlN涂层具有较大承载能力、粘合力和较高硬度，对滚道涂层可减小滚道的滚动摩擦，从而减少高速下的摩擦发热，以提高轴承的高速性能。

上述TiAlN涂层温度为160℃。

所述定子由具有高磁导率的矽钢片迭压而成，定子内腔带有冲制嵌线槽。

所述高速电主轴采用油雾润滑，油雾润滑具有润滑和冷却双重作用，它以压缩空气为动力，通过油雾器将油液雾化并混入空气流中，然后通过油雾入口和油雾管输送到轴承需要润滑的地方。当电主轴高速旋转时，油雾可在轴承沟道内形成流体动力润滑油膜。

本实用新型的冷却液为水，水从冷却液入口进入，通过冷却管，流入冷却套上的螺旋水槽，再从冷却管和冷却液出口流出，用循环冷却液体吸收和带走电机产生的热量，保持电主轴单元壳体均匀的温度分布。