一种机床主轴制造技术

本发明专利技术公开了一种机床主轴，包括：主轴本体、主轴电机、轴芯、前轴承系、后轴承系、刀柄锁定与释放机构，其中，所述前轴承和/或所述后轴承具有油气润滑轴承侧结构，所述前轴承座和/或后轴承座具有油气润滑轴承座侧结构结构。润滑油气通过一系列通道后分别对第一轴承与第二轴承进行冷却降温和润滑，在这个过程中，由于压缩空气的作用，润滑油起初以油膜形式粘附在通道壁四周并以缓慢的速度向前移动，在即将到达第一出油孔的出口和第二出油孔的出口时,油膜变得越来越薄且连成一片，最后以极其精细的连续油滴流喷射出去以达到润滑点，能够确保对第一轴承与第二轴承良好的冷却降温和润滑效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种机床主轴


[0001]本申请实施例涉及机床，尤其涉及机床主轴。所述机床通常可以是数控机床(CNC机床，即Computer Numerical Control机床)，尤其可以是主轴被伺服机构带动能够至少在三维空间的X向坐标轴、Y向坐标轴和Z向坐标轴进给的机床(如各类加工中心，也包括雕刻机)。

技术介绍

[0002]申请人在本申请的申请日之前制造的一款机床主轴主要包括主轴本体、主轴电机、轴芯、前轴承系、后轴承系、刀柄锁定与释放机构和主轴冷却系统等七个部分。具体而言：1)所述主轴本体是机床主轴的核心支撑部件，用于与机床主轴其余零部件装配形成机床主轴；2)所述主轴电机包含电机定子和电机转子，所述电机定子固定在所述主轴本体中，所述电机转子与所述电机定子适配；3)所述轴芯通过前轴承系和后轴承系可转动安装于所述主轴本体中并随所述电机转子转动，所述轴芯前端设有刀柄装配结构；4)所述前轴承系包含前轴承座和前轴承，所述前轴承座设置在所述主轴本体前端，所述前轴承安装在所述前轴承座中并旋转支撑所述轴芯前部；5)所述后轴承系包含后轴承座和后轴承，所述后轴承座设置在所述主轴本体后端，所述后轴承安装在所述后轴承座中并旋转支撑所述轴芯后部；6)所述刀柄锁定与释放机构包含执行机构和驱动机构，当所述驱动机构运行第一驱动方式时所述执行机构可锁定刀柄而使该刀柄与所述刀柄装配结构紧密配合(这样，刀柄与所述刀柄装配结构之间能够传递扭矩，以使得主轴电机能够通过电机转子、轴芯和刀柄装配结构带动刀柄高速旋转)，当所述驱动机构运行第二驱动方式时所述执行机构释放刀柄而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离；7)所述主轴冷却系统包含冷却液通道网络，所述冷却液通道网络中的冷却液通道分布于所述主轴本体、所述前轴承座以及所述后轴承座的壳层内并分别与机床冷却液输入接口和机床冷却液回流接口连接。
[0003]通常而言，所述刀柄锁定与释放机构中，所述执行机构包含拉杆和刀柄夹持用张合部件，所述刀柄夹持用张合部件安装在所述拉杆的前端以组成刀柄夹持机构，所述刀柄夹持机构套装在所述轴芯中并可在所述拉杆的驱动下整体轴向前后运动，所述轴芯中用于容纳所述刀柄夹持用张合部件的通道中具有前端扩大部和后端收缩部，当所述刀柄夹持机构在所述拉杆的驱动下整体轴向从前往后运动而使所述刀柄夹持用张合部件从所述前端扩大部向所述后端收缩部运动时，所述刀柄夹持用张合部件受到所述后端收缩部的挤压而向内合拢从而可夹紧刀柄头部并带动刀柄与所述刀柄装配结构紧密配合，当所述刀柄夹持机构在所述拉杆的驱动下整体轴向从后往前运动而使所述刀柄夹持用张合部件从所述后端收缩部向所述前端扩大部运动时，所述刀柄夹持用张合部件逐渐释放开刀柄头部而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离。而所述驱动机构则包含拉杆前移顶推机构和拉杆后移复位机构，所述拉杆前移顶推机构安装在所述主轴本体的后端(后轴承座之后)并具有与所述拉杆后端对应的顶推部件以及用于驱动该顶推部件向前移动的顶推驱动装置(通常采用气缸)，所述拉杆后移复位机构具有安装在所述芯轴与所述拉杆之间并持续地施加给所
述拉杆向后运动的弹力的弹性部件，当所述驱动机构运行第二驱动方式时，所述顶推部件向前运动并顶推所述拉杆向前运动时所述拉杆克服弹性部件的弹力使所述刀柄夹持机构整体轴向从后往前运动，当所述驱动机构运行第一驱动方式时，所述顶推部件向后运动并脱离所述拉杆时所述拉杆通过所述弹性部件的弹力使所述刀柄夹持机构整体轴向从前往后运动。
[0004]基于上述结构，结合实际应用情况，发现该款机床主轴存在以下问题：第一，由于前轴承和后轴承高度依赖所述主轴冷却系统中流动的冷却液(例如冷却水)进行冷却，当轴芯转速较高(如转速≥15000rpm)时，前轴承和后轴承的发热量较大，而冷却液冷却效果往往较为有限，这样就会影响前轴承和后轴承使用寿命。第二，受制于零件加工精度等因素的影响，为了保证轴芯旋转时的重心稳定在前轴承系和后轴承系对轴芯的旋转支撑中心轴线上从而减小轴芯旋转振动，可对机床主轴的旋转部分进行动平衡。申请人在本申请的申请日之前采取的动平衡方法是：在机床主轴装配完成前，使用专门的动平衡设备单独对机床主轴的旋转部分(轴芯)进行动平衡，该动平衡设备能够在旋转轴芯的过程中对轴芯的重心相对于该动平衡设备对轴芯的旋转支撑中心轴线的偏移情况进行检测，操作人员可根据检测结果在轴芯表面相应部位进行增重。由于上述方式只能在机床主轴装配完成前实施，故无法对已经装配好的机床主轴进行动平衡，因此不便于机床主轴的出厂检测和维护检修。第三、前面提到的刀柄锁定与释放机构的具体工作原理实际上存在这样的情况，即：所述顶推部件向前运动并顶推所述拉杆向前运动时，所述刀柄夹持用张合部件也会快速从所述后端收缩部向所述前端扩大部运动，这样，就使得轴芯存在一个瞬时向前运动的趋势，进而尤其可使得前轴承承受到一个明显的轴向冲击，久而久之就会影响前轴承的使用寿命。第四、冷却液通道网络中冷却液通道布置尚不十分合理，特别是对前轴承系的冷却效果还有一定提升空间。第五、为了实现机床主轴在机床上的安装，该款机床主轴的外侧面上设置法兰环，可通过该法兰环将机床主轴安装在机床上。以往，该法兰环被设计成与所述主轴本体为一体结构，而由于主轴本体采用机床切削加工来制造，因此，法兰环的存在会大大增加主轴本体制造过程中的切削材料浪费和机床切削加工时间，从而提高了机床主轴整体制造成本。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于提供经改进的机床主轴，以解决上述至少一个技术问题。
[0006]根据本申请的第一个方面，提供了一种机床主轴，包括：主轴本体；主轴电机，所述主轴电机包含电机定子和电机转子，所述电机定子固定在所述主轴本体中，所述电机转子与所述电机定子适配；轴芯，所述轴芯通过前轴承系和后轴承系可转动安装于所述主轴本体中并随所述电机转子转动，所述轴芯前端设有刀柄装配结构；前轴承系，所述前轴承系包含前轴承座和前轴承，所述前轴承座设置在所述主轴本体前端，所述前轴承安装在所述前轴承座中并旋转支撑所述轴芯前部；后轴承系，所述后轴承系包含后轴承座和后轴承，所述后轴承座设置在所述主轴本体后端，所述后轴承安装在所述后轴承座中并旋转支撑所述轴芯后部；刀柄锁定与释放机构，所述刀柄锁定与释放机构包含执行机构和驱动机构，当所述驱动机构运行第一驱动方式时所述执行机构可锁定刀柄而使该刀柄与所述刀柄装配结构
紧密配合，当所述驱动机构运行第二驱动方式时所述执行机构释放刀柄而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离；其中，A)所述前轴承和/或所述后轴承具有油气润滑轴承侧结构，所述油气润滑轴承侧结构具有如下特征：A1)所述气润滑轴承侧结构具有中间进油式油气润滑轴承组，所述中间进油式油气润滑轴承组具有前后排列的第一轴承与第二轴承以及安装在所述第一轴承与所述第二轴承之间的进油环；A2)所述进油环包含内环件和外环件，所述内环件套装在所述轴芯上且前后两端分别与所述第一轴承内圈后端面和所述第二轴承内圈前端面轴向配合，所述外环件安装在对应轴承座上且前后两端分别与所述第一轴承外圈后端面和所述第二轴承外圈前端面轴向配合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机床主轴，包括：主轴本体；主轴电机，所述主轴电机包含电机定子和电机转子，所述电机定子固定在所述主轴本体中，所述电机转子与所述电机定子适配；轴芯，所述轴芯通过前轴承系和后轴承系可转动安装于所述主轴本体中并随所述电机转子转动，所述轴芯前端设有刀柄装配结构；前轴承系，所述前轴承系包含前轴承座和前轴承，所述前轴承座设置在所述主轴本体前端，所述前轴承安装在所述前轴承座中并旋转支撑所述轴芯前部；后轴承系，所述后轴承系包含后轴承座和后轴承，所述后轴承座设置在所述主轴本体后端，所述后轴承安装在所述后轴承座中并旋转支撑所述轴芯后部；刀柄锁定与释放机构，所述刀柄锁定与释放机构包含执行机构和驱动机构，当所述驱动机构运行第一驱动方式时所述执行机构可锁定刀柄而使该刀柄与所述刀柄装配结构紧密配合，当所述驱动机构运行第二驱动方式时所述执行机构释放刀柄而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离；其特征在于：A)所述前轴承和/或所述后轴承具有油气润滑轴承侧结构，所述油气润滑轴承侧结构具有如下特征：A1)所述气润滑轴承侧结构具有中间进油式油气润滑轴承组，所述中间进油式油气润滑轴承组具有前后排列的第一轴承与第二轴承以及安装在所述第一轴承与所述第二轴承之间的进油环；A2)所述进油环包含内环件和外环件，所述内环件套装在所述轴芯上且前后两端分别与所述第一轴承内圈后端面和所述第二轴承内圈前端面轴向配合，所述外环件安装在对应轴承座上且前后两端分别与所述第一轴承外圈后端面和所述第二轴承外圈前端面轴向配合，所述外环件与所述内环件不接触地套装在一起并在该外环件与该内环件之间形成扁环形通道；A3)所述外环件内开设有润滑油气外环件内输送通道，所述润滑油气外环件内输送通道的进油孔布置在该外环件上用于与对应轴承座配合的外环面上，所述润滑油气外环件内输送通道具有同时与该润滑油气外环件内输送通道的进油孔导通的第一出油孔和第二出油孔，所述第一出油孔布置在该外环件的前端面上而与所述第一轴承后端内外圈间隙导通，所述第二出油孔布置在该外环件的后端面上而与所述第二轴承前端内外圈间隙导通；B)所述前轴承座和/或后轴承座具有油气润滑轴承座侧结构结构，所述油气润滑轴承座侧结构具有如下特征：B1)所述油气润滑轴承座侧结构中开设有润滑油气轴承座内进油通道和润滑油气轴承座内回油通道；B2)所述润滑油气轴承座内进油通道的进油孔与润滑油气主进油通道导通，所述润滑油气轴承座内进油通道的出油孔与所述润滑油气外环件内输送通道的进油孔导通，所述润滑油气主进油通道位于所述主轴本体中并与机床润滑油气输入接口连接；B3)所述润滑油气轴承座内回油通道的出油孔与润滑油气主回油通道导通，所述润滑油气轴承座内回油通道具有同时与该润滑油气轴承座内回油通道的出油孔导通的第一进
油孔和第二进油孔，所述第一进油孔布置在所述中间进油式油气润滑轴承组的前侧并与所述第一轴承前端内外圈间隙导通，所述第二进油孔布置在所述中间进油式油气润滑轴承组的后侧并与所述第二轴承后端内外圈间隙导通，所述润滑油气主回油通道位于所述主轴本体中并与机床润滑油气回油接口连接。2.如权利要求1所述的机床主轴，其特征在于：所述外环件上用于与对应轴承座配合的外环面上开有环形槽，所述润滑油气外环件内输送通道的进油孔布置该环形槽的槽底面上并向该外环件的内环面延伸一定距离后分出前后两条支路分别作为所述第一出油孔和所述第二出油孔。3.如权利要求1所述的机床主轴，其特征在于：所述外环件的前端面和/或所述外环件的后端面上设有环形台阶结构，所述环形台阶结构的凸起部分围绕所述外环件的外侧边缘设置以作为轴承外圈轴向定位结构，所述环形台阶结构的凹陷部分形成润滑油气储存槽与对应轴承内外圈间隙导通。4.如权利要求1所述的机床主轴，其特征在于：所述润滑油气轴承座内进油通道整体的中心轴线、所述润滑油气主进油通道整体的中心轴线以及所述轴芯的旋转中心轴线均位于第一平面上，所述润滑油气轴承座内回油通道整体的中心轴线、所述润滑油气主回油通道导通整体的中心轴线以及所述轴芯的旋转中心轴线均位于第二平面上，所述第一平面与所述第二平面相交于所述轴芯的旋转中心轴线并形成角度大于0度的第一夹角，并且，所述润滑油气主进油通道整体的中心轴线和所述润滑油气主回油通道导通整体的中心轴线均为直线。5.如权利要求4所述的机床主轴，其特征在于：所述驱动机构安装在所述主轴本体的后端并构成该机床主轴的后端部，所述机床润滑油气输入接口和所述机床润滑油气回油接口分别设置在所述驱动机构的后端面上；所述润滑油气主进油通道通过开设在所述驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：周清明，陈留杰，刘国强，蒋坤霖，唐平，黄燕，周帆，
申请(专利权)人：四川省兴旺达精密机电有限公司，
类型：发明
国别省市：