一种陶瓷-金属复合结构高速主轴制造技术

一种陶瓷-金属复合结构高速主轴属于机械加工领域，并涉及一种机械加工构件，包括有主轴外壳(6)、陶瓷电主轴转轴(1)、陶瓷球轴承(5)、前套筒(3)、后套筒(11)、转子衬套(8)、电机定子(10)、转子(9)、冷却装置(7)、预紧防松装置(2)、轴承润滑系统(4)；前套筒(3)、后套筒(11)以及转子衬套(8)为钢质材料，陶瓷主轴和陶瓷球轴承之间加钢套是为了弥补轴承钢与热压氮化硅陶瓷热膨胀量差异，轴承采用双联背靠背配置方式。选择热压氮化硅陶瓷作为主轴材料，是因为它密度小，弹性模量大，可以极大的提高电主轴各方面性能，选用陶瓷球轴承(只有滚动体为陶瓷，轴承内、外圈为轴承钢)是因为它的标准化程度高，制造技术成熟，而且陶瓷球可以降低其本身的离心力载荷，内外圈为轴承钢，可以起到一定的减震效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机械加工领域，并涉及一种机械加工构件，特别涉及一种陶瓷-金属复合结构高速主轴。
技术介绍
高速加工技术具有高速切削、高进给速度、高加工精度的特点，是现代四大先进制造技术之一，应用高速加工技术对产品进行加工，能获得较高的表面加工质量以及加工精度，具有较高的生产率，降低了生产成本，作为高速加工技术的主要应用技术，电主轴是精密机械、精密模具、汽车、船舶、航空航天等精密产品制造领域所需要的高档数控机床的核心功能部件之一，它的性能、水平和质量在很大程度上决定了数控机床的加工精度和生产效率。随着高速加工技术的发展，数控机床尤其是高档数控机床对于电主轴的性能要求越来越高，人们对常规电主轴的结构进行了各种各样的改进来提高电主轴性能，但已经无法单纯的通过改变电主轴的结构设计来达到高速加工机床对其性能的要求，因此必须通过改变电主轴的材料，引用更先进的控制系统，提尚电机以及轴承的尚速性能，来大幅度的提尚电主轴的转速、功率以及加工质量等各方面的性能。人们随着加工技术的进步和更多新型材料的出现，发现了一种更适合作为电主轴及轴承的材料:氮化硅(Si3N4)陶瓷。氮化硅陶瓷具有密度小、弹性模量大、线膨胀系数低、硬度高，耐高温腐蚀、不导电、不导磁等诸多优点，与传统的钢制材料相比，在高速旋转下主轴以及轴承产生的离心力更小，热量更少，能在很大程度上改变高速电主轴的工作性能，使高速电主轴的速度和转矩得到很大程度的提高。本技术提出一种新的主轴-轴承配置形式，即陶瓷主轴与陶瓷角接触球轴承配合，中间加钢套的配置形式，在主轴和轴承之间加钢套是为了弥补轴承钢与热压氮化硅陶瓷热膨胀量差异。选用陶瓷球轴承是因为它的标准化程度高，制造技术成熟。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，选择热压氮化硅陶瓷作为主轴材料，是因为它密度小，弹性模量大，可以极大的提高电主轴各方面性能，选用陶瓷球轴承(只有滚动体为陶瓷，轴承内、外圈为轴承钢)是因为它的标准化程度高，制造技术成熟，在主轴和轴承之间加钢套是为了弥补轴承钢与热压氮化硅陶瓷热膨胀量差异。本技术的目的是通过以下技术方案实现的:—种陶瓷-金属复合结构高速主轴，包括有主轴外壳、陶瓷电主轴转轴、陶瓷球轴承、前套筒、后套筒、转子衬套、电机定子、转子、冷却装置、预紧防松装置、轴承润滑系统;前后套筒以及转子衬套为钢质材料，轴承内外圈为轴承钢，轴承采用双联背靠背配置方式。上述的一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其所述的定子冷却采用水冷，冷却水套和定子以及冷却水套和电主轴箱体之间均采用过盈连接，前端为进水口，后端为出水口实现循环水冷。上述的一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其所述的轴承润滑采用油气润滑，前端进气后端出气，实现循环润滑。上述的一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其所述的前后套筒与电主轴转轴采用小过盈连接，因为不需要传递扭矩，只要保证在高速旋转下不脱离即可，还可以弥补轴承钢与热压氮化硅陶瓷热膨胀量差异。上述的一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其所述的转子衬套为一个阶梯过盈套，通过过盈连接把转子和主轴转轴连接起来，采用阶梯形是为了便于前端轴承和转子的拆卸。本技术具有如下优点:1.本技术采用陶瓷作为电主轴材料，陶瓷密度小，弹性模量大，可以降低主轴质量，减小主轴的转动惯量，提高主轴的耐高温腐蚀性能，产生的热量较少，能在很大程度上改变高速电主轴的工作性能。2.本技术选用陶瓷球轴承，轴承滚珠采用陶瓷材料，可以大幅度减小滚珠的离心力载荷，相对钢球轴承能有效提高电主轴转速，并且陶瓷球轴承标准化程度高，制造技术成熟。3.本技术在陶瓷球轴承与主轴转轴之间添加钢质套筒，是为了弥补轴承钢与热压氮化硅陶瓷热膨胀量差异，添加套筒之后可以充分发挥出陶瓷主轴与陶瓷球轴承的优点。【附图说明】图1为本技术电主轴结构图。图2为本技术陶瓷主轴结构图。图3为本技术前套筒(a)与后套筒(b)结构图。图4为本技术转子衬套结构图。图5为本技术陶瓷球轴承结构图。【具体实施方式】本技术一种陶瓷-金属复合结构高速主轴包括主轴外壳、陶瓷电主轴转轴、陶瓷球轴承、套筒、转子衬套、电机定子、转子、冷却装置、预紧防松装置、轴承润滑系统。如图1中，本电主轴采用的是陶瓷球轴承(5)，不仅其标准程度高，而且技术成熟，陶瓷球可以降低其本身的离心力载荷，内外圈为轴承钢，可以起到一定的减震效果。在陶瓷球轴承(5)和陶瓷主轴(1)之间加钢质套筒(3、11)，可以弥补轴承钢与热压氮化硅陶瓷热膨胀量差异，进而充分发挥出陶瓷主轴和陶瓷球轴承的优势。在转子和陶瓷主轴之间加一个阶梯型钢质转子衬套(8)，其结构为一阶梯型是为了便于前端轴承和转子的拆卸。电机转子是通过此衬套与主轴过盈连接，由于电机转子和转轴的连接不仅要保证在高速旋转下不会因离心力而分离，更重要的是它要传递整个电主轴系统所需的扭矩，所以需要很大的过盈量，故而采取油浴下的热压装配。如图1中所示，前后轴承通过轴承润滑系统(4)采取油气润滑的方式，在前端进气，先润滑前轴承再通过油路到达后轴承，实现对轴承的润滑，并且油气可以带走一部分热量，对轴承也起到冷却的作用。如图1中所示，在电主轴外壳(6)内加置一个冷却装置(7)，该冷却装置设有前进水口和后出水口，形成冷却水循环，对电机定子(10)进行冷却。【主权项】1.一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其特征包括有主轴外壳、陶瓷电主轴转轴、陶瓷球轴承、套筒、转子衬套、电机定子、转子、冷却装置、预紧防松装置、轴承润滑系统;套筒以及转子衬套为钢质材料，轴承内外圈为轴承钢，轴承采用双联背靠背配置方式。2.权利要求1中所述的一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其特征在于定子的冷却采用水冷，冷却水套和定子以及冷却水套和电主轴箱体之间均采用过盈连接，前端为进水口，后端为出水口实现循环水冷。3.权利要求1中所述的一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其特征在于轴承润滑采用油气润滑，前端进气后端出气，实现循环润滑。4.权利要求1中所述的一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其特征在于套筒与电主轴转轴之间采取小过盈连接。5.权利要求1中所述的一种陶瓷-金属复合结构高速主轴，其特征在于转子衬套为一个阶梯过盈套，通过过盈连接把转子和主轴转轴连接起来。【专利摘要】一种陶瓷-金属复合结构高速主轴属于机械加工领域，并涉及一种机械加工构件，包括有主轴外壳(6)、陶瓷电主轴转轴(1)、陶瓷球轴承(5)、前套筒(3)、后套筒(11)、转子衬套(8)、电机定子(10)、转子(9)、冷却装置(7)、预紧防松装置(2)、轴承润滑系统(4)；前套筒(3)、后套筒(11)以及转子衬套(8)为钢质材料，陶瓷主轴和陶瓷球轴承之间加钢套是为了弥补轴承钢与热压氮化硅陶瓷热膨胀量差异，轴承采用双联背靠背配置方式。选择热压氮化硅陶瓷作为主轴材料，是因为它密度小，弹性模量大，可以极大的提高电主轴各方面性能，选用陶瓷球轴承(只有滚动体为陶瓷，轴承内、外圈为轴承钢)是因为它的标准化程度高，制造技术成熟，而且陶瓷球可以降低其本身的离心力载荷，内外圈为轴承钢，可以起到一定的减震效果。【IPC分类】B23B19/02【公开号】CN205128941【申请号】CN201520781480本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷‑金属复合结构高速主轴，其特征包括有主轴外壳、陶瓷电主轴转轴、陶瓷球轴承、套筒、转子衬套、电机定子、转子、冷却装置、预紧防松装置、轴承润滑系统；套筒以及转子衬套为钢质材料，轴承内外圈为轴承钢，轴承采用双联背靠背配置方式。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，唐海洋，刘嘉兵，刘玮，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：新型
国别省市：河北;13