一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于機械加工領域，并涉及一種機械加工構件，特別涉及一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸。
【背景技術】
[0002]高速加工技術具有高速切削、高進給速度、高加工精度的特點，是現代四大先進制造技術之一，應用高速加工技術對產品進行加工，能獲得較高的表面加工質量以及加工精度，具有較高的生產率，降低了生產成本，作為高速加工技術的主要應用技術，電主軸是精密機械、精密模具、汽車、船舶、航空航天等精密產品制造領域所需要的高檔數控機床的核心功能部件之一，它的性能、水平和質量在很大程度上決定了數控機床的加工精度和生產效率。隨著高速加工技術的發展，數控機床尤其是高檔數控機床對于電主軸的性能要求越來越高，人們對常規電主軸的結構進行了各種各樣的改進來提高電主軸性能，但已經無法單純的通過改變電主軸的結構設計來達到高速加工機床對其性能的要求，因此必須通過改變電主軸的材料，引用更先進的控制系統，提尚電機以及軸承的尚速性能，來大幅度的提尚電主軸的轉速、功率以及加工質量等各方面的性能。人們隨著加工技術的進步和更多新型材料的出現，發現了一種更適合作為電主軸及軸承的材料:氮化硅(Si3N4)陶瓷。氮化硅陶瓷具有密度小、彈性模量大、線膨脹系數低、硬度高，耐高溫腐蝕、不導電、不導磁等諸多優點，與傳統的鋼制材料相比，在高速旋轉下主軸以及軸承產生的離心力更小，熱量更少，能在很大程度上改變高速電主軸的工作性能，使高速電主軸的速度和轉矩得到很大程度的提高。本實用新型提出一種新的主軸-軸承配置形式，即陶瓷主軸與陶瓷角接觸球軸承配合，中間加鋼套的配置形式，在主軸和軸承之間加鋼套是為了彌補軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異。選用陶瓷球軸承是因為它的標準化程度高，制造技術成熟。
【發明內容】
[0003]本實用新型目的在于提供一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，選擇熱壓氮化硅陶瓷作為主軸材料，是因為它密度小，彈性模量大，可以極大的提高電主軸各方面性能，選用陶瓷球軸承(只有滾動體為陶瓷，軸承內、外圈為軸承鋼)是因為它的標準化程度高，制造技術成熟，在主軸和軸承之間加鋼套是為了彌補軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]—種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，包括有主軸外殼、陶瓷電主軸轉軸、陶瓷球軸承、前套筒、后套筒、轉子襯套、電機定子、轉子、冷卻裝置、預緊防松裝置、軸承潤滑系統;前后套筒以及轉子襯套為鋼質材料，軸承內外圈為軸承鋼，軸承采用雙聯背靠背配置方式。
[0006]上述的一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其所述的定子冷卻采用水冷，冷卻水套和定子以及冷卻水套和電主軸箱體之間均采用過盈連接，前端為進水口，后端為出水口實現循環水冷。
[0007]上述的一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其所述的軸承潤滑采用油氣潤滑，前端進氣后端出氣，實現循環潤滑。
[0008]上述的一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其所述的前后套筒與電主軸轉軸采用小過盈連接，因為不需要傳遞扭矩，只要保證在高速旋轉下不脫離即可，還可以彌補軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異。
[0009]上述的一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其所述的轉子襯套為一個階梯過盈套，通過過盈連接把轉子和主軸轉軸連接起來，采用階梯形是為了便于前端軸承和轉子的拆卸。
[0010]本實用新型具有如下優點:
[0011]1.本實用新型采用陶瓷作為電主軸材料，陶瓷密度小，彈性模量大，可以降低主軸質量，減小主軸的轉動慣量，提高主軸的耐高溫腐蝕性能，產生的熱量較少，能在很大程度上改變高速電主軸的工作性能。
[0012]2.本實用新型選用陶瓷球軸承，軸承滾珠采用陶瓷材料，可以大幅度減小滾珠的離心力載荷，相對鋼球軸承能有效提高電主軸轉速，并且陶瓷球軸承標準化程度高，制造技術成熟。
[0013]3.本實用新型在陶瓷球軸承與主軸轉軸之間添加鋼質套筒，是為了彌補軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異，添加套筒之后可以充分發揮出陶瓷主軸與陶瓷球軸承的優點。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型電主軸結構圖。
[0015]圖2為本實用新型陶瓷主軸結構圖。
[0016]圖3為本實用新型前套筒(a)與后套筒(b)結構圖。
[0017]圖4為本實用新型轉子襯套結構圖。
[0018]圖5為本實用新型陶瓷球軸承結構圖。
【具體實施方式】
[0019]本實用新型一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸包括主軸外殼、陶瓷電主軸轉軸、陶瓷球軸承、套筒、轉子襯套、電機定子、轉子、冷卻裝置、預緊防松裝置、軸承潤滑系統。如圖1中，本電主軸采用的是陶瓷球軸承(5)，不僅其標準程度高，而且技術成熟，陶瓷球可以降低其本身的離心力載荷，內外圈為軸承鋼，可以起到一定的減震效果。在陶瓷球軸承(5)和陶瓷主軸(1)之間加鋼質套筒(3、11)，可以彌補軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異，進而充分發揮出陶瓷主軸和陶瓷球軸承的優勢。
[0020]在轉子和陶瓷主軸之間加一個階梯型鋼質轉子襯套(8)，其結構為一階梯型是為了便于前端軸承和轉子的拆卸。電機轉子是通過此襯套與主軸過盈連接，由于電機轉子和轉軸的連接不僅要保證在高速旋轉下不會因離心力而分離，更重要的是它要傳遞整個電主軸系統所需的扭矩，所以需要很大的過盈量，故而采取油浴下的熱壓裝配。
[0021]如圖1中所示，前后軸承通過軸承潤滑系統(4)采取油氣潤滑的方式，在前端進氣，先潤滑前軸承再通過油路到達后軸承，實現對軸承的潤滑，并且油氣可以帶走一部分熱量，對軸承也起到冷卻的作用。
[0022]如圖1中所示，在電主軸外殼(6)內加置一個冷卻裝置(7)，該冷卻裝置設有前進水口和后出水口，形成冷卻水循環，對電機定子(10)進行冷卻。
【主權項】
1.一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其特征包括有主軸外殼、陶瓷電主軸轉軸、陶瓷球軸承、套筒、轉子襯套、電機定子、轉子、冷卻裝置、預緊防松裝置、軸承潤滑系統;套筒以及轉子襯套為鋼質材料，軸承內外圈為軸承鋼，軸承采用雙聯背靠背配置方式。2.權利要求1中所述的一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其特征在于定子的冷卻采用水冷，冷卻水套和定子以及冷卻水套和電主軸箱體之間均采用過盈連接，前端為進水口，后端為出水口實現循環水冷。3.權利要求1中所述的一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其特征在于軸承潤滑采用油氣潤滑，前端進氣后端出氣，實現循環潤滑。4.權利要求1中所述的一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其特征在于套筒與電主軸轉軸之間采取小過盈連接。5.權利要求1中所述的一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸，其特征在于轉子襯套為一個階梯過盈套，通過過盈連接把轉子和主軸轉軸連接起來。
【專利摘要】一種陶瓷-金屬復合結構高速主軸屬于機械加工領域，并涉及一種機械加工構件，包括有主軸外殼(6)、陶瓷電主軸轉軸(1)、陶瓷球軸承(5)、前套筒(3)、后套筒(11)、轉子襯套(8)、電機定子(10)、轉子(9)、冷卻裝置(7)、預緊防松裝置(2)、軸承潤滑系統(4)；前套筒(3)、后套筒(11)以及轉子襯套(8)為鋼質材料，陶瓷主軸和陶瓷球軸承之間加鋼套是為了彌補軸承鋼與熱壓氮化硅陶瓷熱膨脹量差異，軸承采用雙聯背靠背配置方式。選擇熱壓氮化硅陶瓷作為主軸材料，是因為它密度小，彈性模量大，可以極大的提高電主軸各方面性能，選用陶瓷球軸承(只有滾動體為陶瓷，軸承內、外圈為軸承鋼)是因為它的標準化程度高，制造技術成熟，而且陶瓷球可以降低其本身的離心力載荷，內外圈為軸承鋼，可以起到一定的減震效果。
【IPC分類】B23B19/02
【公開號】CN205128941
【申請號】CN201520781480
【發明人】王軍, 唐海洋, 劉嘉兵, 劉瑋
【申請人】燕山大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年10月10日