專利名稱：無油霧高速電主軸的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高速電主軸，尤其涉及軸承加工行業(yè)的無油霧高速電主軸。
背景技術：
電主軸是“高頻主軸”(High Frequency Spindle)的簡稱,有時也稱作“直接傳動主軸”(Direct Drive Spindle),是內裝式電機主軸單元。電主軸把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”，具有結構緊湊、機械效率高、可獲得極高的回轉速度、回轉精度高、噪聲低、振動小等優(yōu)點，因而在現(xiàn)代機床，尤其是數(shù)控機床中獲得了愈來愈廣泛的應用。軸承制造業(yè)尤為極普遍應用。根據(jù)主軸轉速的不同，電主軸通常分為低速電主軸和高速電主軸。高速電主軸一般是指軸承的DN值達到100 200萬的電主軸。由于高速電主軸的主軸軸承處于急劇的高速摩擦狀態(tài)，并且承受高溫、高負載，因此高速電主軸的潤滑相當重要。高速電主軸在運轉時會產(chǎn)生大量熱量，引起主軸升溫，因此，與低速電主軸不同，高速電主軸常采用油霧潤滑、油氣潤滑、噴射潤滑這樣的潤滑方式，而不采用脂潤滑(原因在于其會因主軸升溫而揮發(fā)，油脂無法長期保持在軸承內)。所謂油霧潤滑，是利用壓縮空氣，經(jīng)過凈化處理后，依靠專用的噴霧裝置將專用油液噴成霧化狀態(tài)，并且利用壓縮空氣將油霧強制性送入電主軸的軸承部位，對高速軸承進行潤滑。在采用油霧潤滑的潤滑方式時，制造壓縮空氣需要耗費大量能源，一般平均每臺電主軸需要配備2 2. 5kff空壓機功率，耗電量很大，而且，每臺電主軸平均每天要添加專用主軸油I 2kg，耗油量大。另外，在油霧潤滑的潤滑方式中，由于油霧在通過電主軸軸承之后，即刻被排放到大氣中，因此還會造成嚴重的環(huán)境污染，損害員工身體健康。另一方面，由于高速電主軸的轉速可達到每分鐘6萬轉以上，軸承的DN值達到100 200萬，因此不可能采用接觸式的密封結構。例如，在將以往的采用非接觸式密封結構的電主軸結構應用于軸承磨床時，如果關閉氣霧潤滑，使得電主軸內沒有正壓壓縮空氣，由于軸承磨床工作時伴有大量的磨削冷卻液的噴射、濺射，冷卻液里含有的磨削鐵屑、砂輪的脫粒及雜物等顆粒物會混入電主軸的軸承，因此容易弓I起軸承受力的改變,使得主軸產(chǎn)生異音，甚至于停轉。這會導致電機線圈被燒毀。在采用水性冷卻液時，危害更大。同時，非接觸式密封結構利用的是兩個平面間氣體、液體的張力來實現(xiàn)密封的效果，必須將相對運動的兩個工件之間的間隙控制在一定范圍。間隙太小，工作中容易產(chǎn)生摩擦，容易損壞軸承，間隙太大則不會有密封效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，本發(fā)明的一個目的在于提供一種能有效避免油霧造成的環(huán)境污染、損害員工身體健康并且能夠節(jié)約能源的無油霧高速電主軸。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種在高速旋轉時能有效防止外部的顆粒物混入軸承的無油霧高速電主軸。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供一種無油霧高速電主軸，其具有外殼、被該外殼的內部所形成的收容空間收容的定子及轉子，利用設置于所述外殼的軸承設置部的軸承，所述轉子以與所述定子隔開間隙相對的方式旋轉自如地支承在所述外殼上，其中，在所述軸承設置部填充有潤滑脂，該潤滑脂是將基礎油作為主要成分并含有納米抗磨添加劑的聚脲全合成脂。另外，本發(fā)明的第二方面提供一種無油霧高速電主軸，其具有外殼、被該外殼的內部所形成的收容空間收容的定子及轉子，利用設置于所述外殼的軸承設置部的軸承，所述轉子以與所述定子隔開間隙相對的方式旋轉自如地支承在所述外殼上，其中，在所述軸承設置部的外側以覆蓋該軸承設置部的方式設置有迷宮式密封結構，該迷宮式密封結構具有與大氣連通的通路，在所述外殼上設有通孔，該通孔的一端在所述收容空間中開口，所述通孔的另一端與所述迷宮式密封結構的所述通路連通。較為理想的是，在所述軸承設置部填充有潤滑脂，該潤滑脂是將基礎油作為主要成分并含有納米抗磨添加劑的聚脲全合成脂。在本發(fā)明的第一方面或第二方面的無油霧高速電主軸中，較為理想的是，所述基礎油是植物油、動物油、礦物油及合成油中的任一種。所述納米抗磨添加劑優(yōu)選為納米銅顆粒。在本發(fā)明的第一方面或第二方面的無油霧高速電主軸中，較為理想的是，所述納米抗磨添加劑的重量占所述潤滑脂的總重量的3 8%。在本發(fā)明的第一方面或第二方面的無油霧高速電主軸中，較為理想的是，所述迷宮式密封結構是多道次的迷宮式密封結構。在本發(fā)明的第一方面或第二方面的無油霧高速電主軸中，較為理想的是，所述外殼包括外殼主體和安裝在該外殼主體兩端的前蓋體和后端蓋，在所述前端蓋和所述外殼主體上分別設置有作為所述軸承設置部的軸承孔，所述迷宮式密封結構以覆蓋所述前端蓋的所述軸承孔的方式設置在所述前端蓋上。在本發(fā)明的第一方面或第二方面的無油霧高速電主軸中，較為理想的是，所述迷宮式密封結構包括外側密封部件和內側密封部件，所述內側密封部件以覆蓋所述軸承設置部的方式安裝在所述軸承設置部的外側，所述外側密封部件以覆蓋所述內側密封部件的方式安裝在所述內側密封部件的外側，所述通路由相互連通的第一通路和第二通路構成，所述第一通路形成在所述內側密封部件上，所述第二通路由在所述內側密封部件和所述外側密封部件的對接面之間形成的間隙構成，且一端在大氣中開口，所述通孔的所述另一端在所述第一通路中開口。在本發(fā)明的第一方面或第二方面的無油霧高速電主軸中，較為理想的是，所述軸承選自角接觸軸承，深溝球軸承，角接觸滾子軸承，及徑向短圓柱軸承。在本發(fā)明的第一方面或第二方面的無油霧高速電主軸中，較為理想的是，所述通路和通孔大小為O. 10 O. 20mm。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的無油霧高速電主軸，在軸承設置部填充有潤滑脂，該潤 滑脂是將基礎油作為主要成分并含有納米抗磨添加劑的聚脲全合成脂。因此，在軸承設置部，黑色金屬在摩擦熱的條件下能在摩擦表面生成一層結合力非常牢固的減摩抗磨的陶瓷化合膜，依靠這層膜，能大幅度降低摩擦力和摩擦熱，使得填充于軸承設置部的潤滑脂不易揮發(fā)，容易長時間保持于軸承設置部，解決了以往因高速電主軸工作時會產(chǎn)生大量熱量而無法采用潤滑脂的問題。由于不采用以往的油霧潤滑的潤滑方式，因此能有效避免油霧造成的環(huán)境污染，并且能夠節(jié)約大量能源。根據(jù)本發(fā)明的第二方面的無油霧高速電主軸，在軸承設置部的外側設置有迷宮式 密封結構，該迷宮式密封結構具有與大氣連通的通路，在外殼上設有通孔，該通孔的一端在外殼的內部所形成的收容空間中開口，通孔的另一端與所述迷宮式密封結構的所述通路連通。藉此，外殼的內部所形成的收容空間可經(jīng)由通孔和通路而與外部的大氣連通，能避免在高速電主軸工作時在收容空間內形成負壓，從而能有效防止外部的顆粒物混入高速電主軸的軸承，大幅度延長了電主軸的壽命，使設計額定壽命可達到2000小時，相當于普通油霧潤滑電主軸壽命的4 5倍。同時，所述迷宮式密封結構還能夠防止?jié)櫥偷男孤丁?br>

圖I是本發(fā)明的電主軸的剖視圖。圖2是沒有密封的軸承工作狀態(tài)。圖3是單密封的軸承工作狀態(tài)。圖4是簡單迷宮式密封的工作狀態(tài)。圖5是多道次迷宮式密封結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的一實施方式進行說明。圖I是本發(fā)明的電主軸的剖視圖，其中，符號I是電主軸的殼體，其大致呈筒狀，在軸向(即圖I中的左右方向)上較長。殼體I主要由殼體主體la、后端蓋Ib和前端蓋Ic構成。殼體主體Ia呈一端開口的有底筒狀，具有大致呈筒狀的筒狀部和安裝于該筒狀部的一端(圖I中的左端)的底部。在上述底部，在殼體I的徑向(即圖I中的上下方向)內周側設有作為軸承設置部的軸承孔hi。后端蓋Ib大致呈帽狀，安裝在殼體主體Ia的底部而覆蓋該底部。前端蓋Ic大致呈板狀，安裝在殼體主體Ia的開口部(圖I中的殼體主體Ia的右端部)以堵住該開口部。另外，在前端蓋Ic的徑向內周側也設有作為軸承設置部的軸承孔h2。在組裝狀態(tài)下，在殼體I內形成大致封閉的收容空間A，該收容空間A用于收容定子2和轉子3。如圖I所示，定子2的繞組2a固接在殼體主體Ia的軸向大致中間部的內周側。在主體殼體Ia的底部的軸承孔hi內設有配對安裝的角接觸軸承。另外，在前端蓋Ic的軸承孔h2內也設有配對安裝的角接觸軸承。借助上述軸承，轉子3以能自由旋轉的方式與上述繞組2a的內周隔開規(guī)定間隙地支承在殼體主體Ia上。在本發(fā)明中，在各軸承孔hi、h2內填充有潤滑脂，該潤滑脂是聚脲全合成脂，其主要成分是基礎油，并含有納米抗磨添加劑。其中，作為基礎油，可選擇植物油、動物油、礦物油及合成油中的任一種，作為納米抗磨添加劑的添加比例，最好選擇潤滑脂總重量的3 8%。如圖I所示，在前端蓋Ic的右側以覆蓋其軸承孔h2的方式設有迷宮式密封結構4，該密封式密封結構4為多道次的迷宮式密封結構，由半截面呈大致C字狀的外側密封部件4a和半截面呈大致L字狀的內側密封部件4b構成。在將外側密封部件4a與內側密封部件4b組合成一體時，在該外側密封部件4a和內側密封部件4b的對接面之間形成通路4c，該通路4c的一端在大氣中開口。另外，在內側密封部件4b的一部分(圖I的上側部分)形成有通路4d。該通路4d大致沿殼體I的徑向直線延伸，其一端在內側密封部件4b的左側端面開口，另一端在內側密封部件4b的內周側開口。
另外，在本發(fā)明中，在前端蓋Ic上沿殼體I的軸向貫穿地設有通孔ld，即通孔Id在前端蓋Ic的兩端面上開口，該通孔Id與上述收容空間A連通。在內側密封部件4b安裝在前端蓋Ic的右側端面上并在該內側密封部件4b上安裝外側密封部件4a時，通孔Id與通路4d連通，而通路4d又與通路4c連通。藉此，上述收容空間A便與電主軸外部的大氣連通，能消除上述收容空間A內形成的負壓。如上所述，在本發(fā)明中，在前端蓋Ic上設置有與收容空間A連通的通孔ld，該通孔Id經(jīng)由密封式密封結構4具有的通路4d、通路4c而與大氣連通，因此，在將本發(fā)明的電主軸安裝于軸承磨床等裝置并使電主軸高速旋轉時，即使存在大量的磨削冷卻液等冷卻液的噴射、濺射，冷卻液里含有磨削鐵屑、砂輪的脫粒及雜物，冷卻液所含的磨削鐵屑、砂輪的脫粒及雜物也不會被吸入迷宮式密封結構中，更不會進入比迷宮式密封結構更靠電主軸內側的軸承中。藉此，便能避免軸承受力發(fā)生變化，使主軸產(chǎn)生異音，甚至于停轉的問題。另外，在本發(fā)明中，采用了多道次的密封式密封結構，因此，能有效解決冷卻液的侵入。上面結合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明的具體實現(xiàn)并不受上述實施方式的限制。在上述實施方式中，迷宮式密封結構由外側密封部件4a和內側密封部件4b這兩個部件構成，但并不限定于此，密封式密封結構也可由一個部件構成。在上述實施方式中，設置在內側密封部件4b上的通路4d大致沿殼體I的徑向直線延伸，但并不限定于此，通路4d可采用各種形狀。在上述實施方式中，本發(fā)明的高速電主軸包括角接觸軸承,但并不限定于此,亦可包括磁懸浮軸承，油基動靜壓軸承，空氣動靜壓軸承，深溝球軸承，角接觸滾子軸承，及徑向短圓柱軸承等來代替角接觸軸承。另外，在上述實施方式中，將本發(fā)明的高速電主軸應用于軸承磨床，但并不限定于此，也可應用于高速銑床、高速車床等其它高速機床。下面，結合附圖來簡單說明多道次迷宮式密封結構在避免雜質顆粒物混入電主軸的軸承方面的作用。圖2 圖5分別是用于說明軸承工作狀態(tài)的圖，其中，圖2是沒有密封的軸承工作狀態(tài)，圖3是單密封的軸承工作狀態(tài)，圖4是簡單迷宮式密封的工作狀態(tài)，圖5是多道次迷宮式密封結構示意圖。由圖2 圖5可知，采用多道次的迷宮式密封結構時，能夠有效避免雜質顆粒物混入電主軸的軸承，從而延長電主軸的壽命。下面，基于實施例來說明納米抗磨添加劑含量對電主軸的影響以及多道次迷宮式密封結構的通路大小對電主軸壽命的影響。順便提一下，以下所稱納米抗磨添加劑的含量，指其重量占所述潤滑脂的總重量的百分比。實施例I
使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑2%，觀察到潤滑度不夠，電主軸溫度得不到有效控制。實施例2使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑3 %，觀察到電主軸溫度得到有效控制，溫度維持在139度。
實施例3使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑6 %，觀察到電主軸溫度得到有效控制，溫度維持在103度。實施例4使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑8 %，觀察到電主軸溫度得到有效控制，溫度維持在133度。實施例5使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑10%，觀察到納米材料造成團聚，打碎后充分攪拌，2小時后，再次發(fā)生團聚。團聚后的納米顆粒，引起軸承噪音增大，振動值上升，電主軸溫度得不到有效控制。實施例6使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑6%，電主軸設計壽命為400小時，使用圖5所示的多道次迷宮式密封結構，通路4c的大小為O. 05mm,未觀察到冷卻液進入軸承，電主軸運行過程中發(fā)生數(shù)次碰撞，實際壽命為451小時。實施例7使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑6%，電主軸設計壽命為400小時，使用圖5所示的多道次迷宮式密封結構，通路4c的大小為O. IOmm,未觀察到冷卻液進入軸承，電主軸運行過程中不發(fā)生碰撞，實際壽命為912小時。實施例8使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑6%，電主軸設計壽命為400小時，使用圖5所示的多道次迷宮式密封結構，通路4c的大小為O. 15mm,未觀察到冷卻液進入軸承，電主軸運行過程中不發(fā)生碰撞，實際壽命為2036小時。實施例9使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑6%，電主軸設計壽命為400小時，使用圖5所示的多道次迷宮式密封結構，通路4c的大小為O. 20mm,未觀察到冷卻液進入軸承，電主軸運行過程中不發(fā)生碰撞，實際壽命為986小時。實施例10使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑6%，電主軸設計壽命為400小時，使用圖5所示的多道次迷宮式密封結構，通路4c的大小為O. 25mm,電主軸運行過程中不發(fā)生碰撞，但觀察到冷卻液進入軸承，達不到密封效果。實施例11使用基礎油作為主要成分的聚脲全合成脂，含有納米抗磨添加劑6%，電主軸設計壽命為400小時，使用圖4所示的簡單迷宮式密封結構，通路4c的大小為O. 15mm,未觀察到冷卻液進入軸承，電主軸運行過程中不發(fā)生碰撞，實際壽命為584小時。
實驗結果同時表明，不使用潤滑脂，而使用常規(guī)潤滑技術，對電主軸壽命無明顯影響，迷宮式密封結構仍然達到了預定技術效果，且多道次迷宮式密封結構比簡單迷宮式密 封結構具有更長的使用壽命。
權利要求
1.ー種無油霧高速電主軸，其具有外殼、被該外殼的內部所形成的收容空間收容的定子及轉子，利用設置于所述外殼的軸承設置部的軸承，所述轉子以與所述定子隔開間隙相對的方式旋轉自如地支承在所述外殼上，其特征在于，在所述軸承設置部的外側以覆蓋該軸承設置部的方式設置有迷宮式密封結構，該迷宮式密封結構具有與大氣連通的通路，在所述外殼上設有通孔，該通孔的一端在所述收容空間中開ロ，所述通孔的另一端與所述迷宮式密封結構的所述通路連通，在所述軸承設置部填充有潤滑脂，該潤滑脂是將基礎油作為主要成分并含有納米抗磨添加劑的聚脲全合成脂。
2.如權利要求I所述的無油霧高速電主軸，其特征在于，所述迷宮式密封結構是多道次的迷宮式密封結構。
3.如權利要求I所述的無油霧高速電主軸,其特征在于,所述外殼包括外殼主體和安裝在該外殼主體兩端的前蓋體和后端蓋，在所述前端蓋和所述外殼主體上分別設置有作為所述軸承設置部的軸承孔，所述迷宮式密封結構以覆蓋所述前端蓋的所述軸承孔的方式設置在所述前端蓋的外側。
4.如權利要求I所述的無油霧高速電主軸，其特征在于，所述迷宮式密封結構包括外側密封部件和內側密封部件，所述內側密封部件以覆蓋所述軸承設置部的方式安裝在所述軸承設置部的外側，所述外側密封部件以覆蓋所述內側密封部件的方式安裝在所述內側密封部件的外側，所述通路由相互連通的第一通路和第二通路構成，所述第一通路形成在所述內側密封部件上，所述第二通路由在所述內側密封部件和所述外側密封部件的對接面之間形成的間隙構成，且一端在大氣中開ロ，所述通孔的所述另一端在所述第一通路中開ロ。
5.如權利要求3所述的無油霧高速電主軸，其特征在于，所述迷宮式密封結構包括外側密封部件和內側密封部件，所述內側密封部件以覆蓋所述軸承孔的方式安裝在所述軸承孔的外側，所述外側密封部件以覆蓋所述內側密封部件的方式安裝在所述內側密封部件的外側，所述通路由相互連通的第一通路和第二通路構成，所述第一通路形成在所述內側密封部件上，所述第二通路由在所述內側密封部件和所述外側密封部件的對接面之間形成的間隙構成，且一端在大氣中開ロ，所述通孔的所述另一端在所述第一通路中開ロ。
6.如權利要求I的無油霧高速電主軸，其特征在于，所述軸承選自角接觸軸承、深溝球軸承、角接觸滾子軸承及徑向短圓柱軸承。
7.如權利要求I所述的無油霧高速電主軸，其特征在于，所述通路和通孔的直徑為0. 10 0. 20mm。
8.如權利要求I所述的無油霧高速電主軸，其特征在于，所述基礎油是植物油、動物油、礦物油及合成油中的任ー種。
9.如權利要求I的無油霧高速電主軸，其特征在于，所述納米抗磨添加劑為納米銅顆粒。
10.如權利要求I所述的無油霧高速電主軸，其特征在于，所述納米抗磨添加劑的重量占所述潤滑脂的總重量的3 8%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能有效避免油霧造成的環(huán)境污染、損害員工身體健康并能節(jié)約能源的無油霧高速電主軸。本發(fā)明的無油霧高速電主軸具有外殼、定子及轉子，利用設置在外殼的軸承設置部中的軸承，轉子以與定子隔開間隙相對的方式旋轉自如地支承在外殼上，在軸承設置部的外側以覆蓋該軸承設置部的方式設有迷宮式密封結構，該迷宮式密封結構具有與大氣連通的通路，在外殼上設有通孔，該通孔的一端在收容空間中開口，另一端與迷宮式密封結構的通路連通，在軸承設置部填充有潤滑脂，該潤滑脂是將基礎油作為主要成分并含有納米抗磨添加劑的聚脲全合成脂。推廣本發(fā)明的電主軸，估計能使我國每年節(jié)省耗電三十億度左右，能節(jié)省高級潤滑油六萬噸以上。
文檔編號B24B41/04GK102626898SQ201210044329
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權日2012年2月24日
發(fā)明者張雷震 申請人:張雷震