本发明属于数控机床领域，具体涉及一种数控机床主轴。
背景技术：
1、主轴作为数控机床中的重要功能部件，在零件加工中起到关键作用。在安装主轴过程中，需要对安装在主轴上的前轴承和后轴承进行预紧操作。目前市面上的主轴，根据轴承预紧方式的不同，主要分为定位预紧和定压预紧两种。其中油气润滑方式的定压预紧主轴作为高转速、高性能主轴的代表，国内市场主要依赖进口，缺少自主生产能力。为满足油气润滑及定压预紧的结构需求，现有的定压预紧主轴通常针对前轴承的外圈设计冷却结构，有些前轴承甚至无冷却结构，仅通过油气润滑油冷却轴承，导致轴承寿命降低，影响零件加工效率。而现有的定压预紧主轴仅考虑电机的外部散热（即仅在主轴套筒的外围散热），忽略电机与轴承间的热传递，而主轴在高速旋转的工作状态下，电机的定子也会产生大量热量，导致主轴上的前轴承和后轴承的温升，影响轴承寿命和零件加工效率。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种数控机床主轴，能够极大程度上缓解主轴轴承的温升问题，从而延长轴承寿命，提高零件加工效率和加工精度，并保证轴承在高转速、高负载工况下的性能和寿命。
2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种数控机床主轴，包括中空的主轴、主轴套筒、电机、第一前轴承、第二前轴承、第一后轴承、第二后轴承和打刀缸单元，所述的第一前轴承和所述的第二前轴承前后间隔安装在所述的主轴的前段，所述的第一后轴承和所述的第二后轴承前后间隔安装在所述的主轴的后段，所述的第一前轴承和所述的第二前轴承的外侧安装有前轴承座，所述的第一后轴承和所述的第二后轴承的外侧安装有后轴承座，所述的第二前轴承的外侧固定有第一滑动套，所述的第一滑动套的前端面与所述的前轴承座接触，所述的第一后轴承和所述的第二后轴承的外侧固定有第二滑动套，所述的电机安装在所述的主轴的中后段，所述的电机包括定子和转子，所述的转子过盈配合连接在所述的主轴的外侧，所述的主轴套筒过盈配合连接在所述的定子的外侧，所述的主轴套筒的前端和后端分别与所述的前轴承座和所述的后轴承座定心连接，所述的打刀缸单元设置在所述的主轴的后侧，所述的打刀缸单元用于实现所述的主轴的松夹刀功能，所述的第一滑动套的前端面与所述的前轴承座之间均匀布置有若干预紧弹簧，所述的前轴承座的内侧定心连接有冷却套，所述的冷却套设置在所述的第一前轴承与所述的第二前轴承之间，所述的主轴套筒的内侧定心连接有电机隔热套，所述的电机隔热套设置在所述的主轴的外侧并位于所述的电机的前侧，所述的冷却套的外壁设有第一冷却环槽，所述的电机隔热套的外壁设有第二冷却环槽，所述的第一冷却环槽与所述的第二冷却环槽经若干冷却管路相连通，所述的若干冷却管路开设在所述的前轴承座与所述的主轴套筒内，所述的若干冷却管路与外部冷却水供应机构相通，每个所述的第一前轴承和每个所述的第二前轴承的前侧和后侧分别设有若干第一油气润滑支路，每个所述的第一后轴承和每个所述的第二后轴承的前侧和后侧分别设有若干第二油气润滑支路，所述的若干第一油气润滑支路和所述的若干第二油气润滑支路均与外部抽气机构相通。
3、本发明数控机床主轴通过设计冷却套和电机隔热套，在冷却套的外壁设计第一冷却环槽，在电机隔热套的外壁设计第二冷却环槽，并设计若干冷却管路将第一冷却环槽与第二冷却环槽连通，形成水冷循环冷却回路，可以有效吸收主轴工作时发热量相对较大的第一前轴承和第二前轴承的热量以及电机定子的热量，控制轴承发热，极大程度上缓解主轴轴承的温升问题，从而延长轴承寿命，提高零件加工效率和加工精度。同时，在第一冷却环槽、若干冷却管路和第二冷却环槽形成的水冷循环冷却回路的良好冷却效果基础上，若干第一油气润滑支路和若干第二油气润滑支路能够将第一前轴承、第二前轴承、第一后轴承、第二后轴承内的油气顺畅排出，带走第一前轴承、第二前轴承、第一后轴承、第二后轴承的热量，避免因轴承滚道内积油过多而温升异常，从而进一步强化轴承冷却效果，保证第一前轴承、第二前轴承、第一后轴承、第二后轴承在高转速、高负载工况下的性能和寿命。
4、本发明数控机床主轴是一款定压预紧主轴。区别于传统定压预紧主轴将预紧弹簧直接作用在轴承上，本发明通过若干预紧弹簧提供预紧力，为了使预紧力稳定，本发明将预紧弹簧均匀作用在第一滑动套上，这样能使预紧力均匀地作用在第二前轴承的外圈，也可以将单个预紧弹簧造成的误差影响降到最低，使主轴高速运转时的工作状态更稳定。
5、作为优选，所述的第一前轴承、所述的第二前轴承、所述的第一后轴承和所述的第二后轴承分别与所述的主轴的外圆过盈配合，所述的主轴的前段和后段的外圆分别设有第一台阶靠肩和第二台阶靠肩，所述的第二前轴承的内圈的后端面与所述的第一台阶靠肩接触，所述的第二前轴承的外圈的前端和后端分别由所述的第一滑动套和第一后压盖压紧，所述的第一滑动套与所述的第二前轴承间隙定心配合，所述的前轴承座与所述的第一滑动套的外圆定心配合，所述的第一后压盖定心连接在所述的第一滑动套的后端，所述的第一前轴承的内圈和所述的第二前轴承的内圈之间压紧设置有第一隔套，所述的第一隔套与所述的主轴的外圆间隙配合，所述的冷却套设置在所述的第一隔套的外侧，所述的第一前轴承的内圈的前端由内压盖压紧，所述的内压盖通过螺纹固定于所述的主轴的前端，所述的第一前轴承的外圈的前端和后端分别由外压盖和所述的前轴承座压紧，所述的外压盖固定于所述的前轴承座，所述的外压盖的前端由前端盖压紧，所述的前端盖和所述的外压盖与所述的前轴承座固定连接，所述的第一后轴承的内圈的前端面与所述的第二台阶靠肩接触，所述的第一后轴承的内圈和所述的第二后轴承的内圈之间压紧设置有第二隔套，所述的第二隔套与所述的主轴的外圆间隙配合，所述的第二后轴承的内圈的后端由第二后压盖压紧，所述的第二后压盖固定于所述的主轴的后端并与所述的主轴的外圆定心配合，所述的后轴承座与所述的第二滑动套的外圆定心配合。采用上述技术方案，可保证第一前轴承、第二前轴承、第一后轴承、第二后轴承等关键零件的安装精度，保证主轴的结构和性能的稳定。
6、作为优选，所述的冷却套与所述的前轴承座之间连接设置有若干第一角向定位销，所述的电机隔热套与所述的主轴套筒之间连接设置有若干第二角向定位销，所述的外压盖与所述的前轴承座之间连接设置有若干第三角向定位销，所述的第一滑动套与所述的第一后压盖之间连接设置有若干第四角向定位销，所述的第二滑动套与所述的后轴承座之间连接设置有若干第五角向定位销。若干第一角向定位销、若干第二角向定位销、若干第三角向定位销、若干第四角向定位销和若干第五角向定位销可以限制上述各相关零件之间的轴向自由度，保证零件的装配精度。
7、作为优选，所述的前端盖、所述的外压盖与所述的内压盖之间设有第一迷宫间隙，所述的外压盖与所述的内压盖之间设有第二迷宫间隙，所述的第二迷宫间隙的前端与所述的第一迷宫间隙的径向的中部相通，所述的第二迷宫间隙的后端正对所述的第一前轴承的前侧，所述的第一迷宫间隙的径向外边缘连接有第一回流槽，所述的第一迷宫间隙的径向内边缘连接有第二回流槽，所述的第二回流槽与外界大气相通，所述的外压盖内开设有鼻端气封通道，所述的鼻端气封通道的一端与所述的第二迷宫间隙相通，所述的鼻端气封通道的另一端与外部气源相通。前端盖、外压盖和内压盖形成带回流槽的主轴鼻端气密封结构，通过第一回流槽和第二回流槽减弱切削液侵入主轴时的速度，同时外部气源通过鼻端气封通道向主轴内部引入正压力，补充主轴高速旋转时产生的真空区，且鼻端气封通道引入的压力气体最终从第二回流槽通往主轴外部，防止外界杂质进入主轴内部，保证主轴的密闭性、可靠性和稳定性。
8、作为优选，所述的若干第一油气润滑支路连通后与外部抽气机构相通，所述的若干第二油气润滑支路连通后与外部抽气机构相通，所述的第一前轴承前侧的第一油气润滑支路开设在所述的外压盖内，所述的第一前轴承后侧的第一油气润滑支路开设在所述的前轴承座内，所述的第二前轴承前侧的第一油气润滑支路开设在所述的第一滑动套内，所述的第二前轴承后侧的第一油气润滑支路开设在所述的第一后压盖内，所述的第一后轴承前侧的第二油气润滑支路开设在所述的后轴承座内，所述的第一后轴承后侧的第二油气润滑支路、所述的第二后轴承前侧的第二油气润滑支路以及所述的第二后轴承后侧的第二油气润滑支路均开设在所述的第二滑动套内。
9、作为优选，所述的第二隔套的外侧设置有外隔套，所述的外隔套内开设有相通的径向导流槽和轴向导流槽，所述的轴向导流槽的前端和后端分别正对所述的第一后轴承的后侧和所述的第二后轴承的前侧，所述的第一后轴承后侧的第二油气润滑支路与所述的第二后轴承前侧的第二油气润滑支路合并为一路共用支路，该共用支路与所述的径向导流槽相通。
10、作为优选，所述的打刀缸单元包括打刀缸、拉刀杆、拉刀爪和松夹刀弹簧，所述的打刀缸的活塞的前端固定有若干连杆，所述的若干连杆穿过所述的第二后压盖与所述的拉刀杆连接，所述的拉刀杆设置在所述的主轴的内侧，所述的拉刀杆的后端的径向设有限位凸台，所述的主轴的前段的内圆设有第三台阶靠肩，所述的拉刀杆的前端前后定心配合设置有过渡套和弹簧隔套，所述的过渡套与所述的主轴的内圆定心配合，所述的过渡套内开设有径向通孔，所述的主轴的前端开设有锥柄吹气孔，在所述的主轴进行松刀动作时，所述的拉刀杆向所述的主轴的前端运动到位后，所述的径向通孔与所述的锥柄吹气孔接通，所述的弹簧隔套的前端面与所述的第三台阶靠肩接触，所述的松夹刀弹簧套设在所述的拉刀杆上，所述的松夹刀弹簧的后端与所述的限位凸台的前端面接触，所述的松夹刀弹簧的前端与所述的弹簧隔套的后端面接触，所述的拉刀杆的前端螺纹连接有限位螺母，所述的限位螺母位于所述的过渡套和所述的弹簧隔套之间，所述的限位螺母的后端面与所述的弹簧隔套的前端面之间预留有空隙，所述的拉刀爪与所述的拉刀杆的前端螺纹连接，所述的拉刀爪的前端用于安装刀具。
11、作为优选，所述的拉刀杆为中空的拉刀杆，所述的打刀缸的后端安装有中心出水旋转接头，所述的第二后压盖的中部一体设置有中心出水连接管，所述的中心出水连接管的后端与所述的中心出水旋转接头的出水口密封连接，所述的中心出水连接管的前端与所述的拉刀杆的内孔相通。传统的带有中心出水功能的主轴，中心出水连接管与后轴承压盖为分体结构，中心出水连接管通过螺纹固定在拉刀杆上，跟随拉刀杆运动，随着松、夹刀次数的增多，中心出水连接管相对于中心出水旋转接头频繁移动，中心出水连接管与中心出水旋转接头连接处会因松刀、夹刀动作的频繁磨损而导致中心出水旋转接头内置的轴承及密封件损坏，为避免此现象，本发明将中心出水连接管与第二后压盖一体设计为一个零件，主轴进行松、夹刀动作时，拉刀杆跟随打刀缸的活塞动作，第二后压盖和中心出水连接管保持不动，两者之间无相对移动，从而能够有效避免中心出水旋转接头内置的轴承及密封件的损坏，防止主轴内部进水，有效提升中心出水旋转接头的使用寿命及主轴的稳定性。
12、与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明数控机床主轴通过设计冷却套和电机隔热套，在冷却套的外壁设计第一冷却环槽，在电机隔热套的外壁设计第二冷却环槽，并设计若干冷却管路将第一冷却环槽与第二冷却环槽连通，形成水冷循环冷却回路，可以有效吸收主轴工作时发热量相对较大的第一前轴承和第二前轴承的热量以及电机定子的热量，控制轴承发热，极大程度上缓解主轴轴承的温升问题，从而延长轴承寿命，提高零件加工效率和加工精度。同时，若干第一油气润滑支路和若干第二油气润滑支路能够将第一前轴承、第二前轴承、第一后轴承、第二后轴承内的油气顺畅排出，带走热量，避免因轴承滚道内积油过多而温升异常，从而进一步强化轴承冷却效果，保证第一前轴承、第二前轴承、第一后轴承、第二后轴承在高转速、高负载工况下的性能和寿命。
1.一种数控机床主轴，包括中空的主轴、主轴套筒、电机、第一前轴承、第二前轴承、第一后轴承、第二后轴承和打刀缸单元，所述的第一前轴承和所述的第二前轴承前后间隔安装在所述的主轴的前段，所述的第一后轴承和所述的第二后轴承前后间隔安装在所述的主轴的后段，所述的第一前轴承和所述的第二前轴承的外侧安装有前轴承座，所述的第一后轴承和所述的第二后轴承的外侧安装有后轴承座，所述的第二前轴承的外侧固定有第一滑动套，所述的第一滑动套的前端面与所述的前轴承座接触，所述的第一后轴承和所述的第二后轴承的外侧固定有第二滑动套，所述的电机安装在所述的主轴的中后段，所述的电机包括定子和转子，所述的转子过盈配合连接在所述的主轴的外侧，所述的主轴套筒过盈配合连接在所述的定子的外侧，所述的主轴套筒的前端和后端分别与所述的前轴承座和所述的后轴承座定心连接，所述的打刀缸单元设置在所述的主轴的后侧，所述的打刀缸单元用于实现所述的主轴的松夹刀功能，其特征在于，所述的第一滑动套的前端面与所述的前轴承座之间均匀布置有若干预紧弹簧，所述的前轴承座的内侧定心连接有冷却套，所述的冷却套设置在所述的第一前轴承与所述的第二前轴承之间，所述的主轴套筒的内侧定心连接有电机隔热套，所述的电机隔热套设置在所述的主轴的外侧并位于所述的电机的前侧，所述的冷却套的外壁设有第一冷却环槽，所述的电机隔热套的外壁设有第二冷却环槽，所述的第一冷却环槽与所述的第二冷却环槽经若干冷却管路相连通，所述的若干冷却管路开设在所述的前轴承座与所述的主轴套筒内，所述的若干冷却管路与外部冷却水供应机构相通，每个所述的第一前轴承和每个所述的第二前轴承的前侧和后侧分别设有若干第一油气润滑支路，每个所述的第一后轴承和每个所述的第二后轴承的前侧和后侧分别设有若干第二油气润滑支路，所述的若干第一油气润滑支路和所述的若干第二油气润滑支路均与外部抽气机构相通。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床主轴，其特征在于，所述的第一前轴承、所述的第二前轴承、所述的第一后轴承和所述的第二后轴承分别与所述的主轴的外圆过盈配合，所述的主轴的前段和后段的外圆分别设有第一台阶靠肩和第二台阶靠肩，所述的第二前轴承的内圈的后端面与所述的第一台阶靠肩接触，所述的第二前轴承的外圈的前端和后端分别由所述的第一滑动套和第一后压盖压紧，所述的第一滑动套与所述的第二前轴承间隙定心配合，所述的前轴承座与所述的第一滑动套的外圆定心配合，所述的第一后压盖定心连接在所述的第一滑动套的后端，所述的第一前轴承的内圈和所述的第二前轴承的内圈之间压紧设置有第一隔套，所述的第一隔套与所述的主轴的外圆间隙配合，所述的冷却套设置在所述的第一隔套的外侧，所述的第一前轴承的内圈的前端由内压盖压紧，所述的内压盖通过螺纹固定于所述的主轴的前端，所述的第一前轴承的外圈的前端和后端分别由外压盖和所述的前轴承座压紧，所述的外压盖固定于所述的前轴承座，所述的外压盖的前端由前端盖压紧，所述的前端盖和所述的外压盖与所述的前轴承座固定连接，所述的第一后轴承的内圈的前端面与所述的第二台阶靠肩接触，所述的第一后轴承的内圈和所述的第二后轴承的内圈之间压紧设置有第二隔套，所述的第二隔套与所述的主轴的外圆间隙配合，所述的第二后轴承的内圈的后端由第二后压盖压紧，所述的第二后压盖固定于所述的主轴的后端并与所述的主轴的外圆定心配合，所述的后轴承座与所述的第二滑动套的外圆定心配合。
3.根据权利要求2所述的一种数控机床主轴，其特征在于，所述的冷却套与所述的前轴承座之间连接设置有若干第一角向定位销，所述的电机隔热套与所述的主轴套筒之间连接设置有若干第二角向定位销，所述的外压盖与所述的前轴承座之间连接设置有若干第三角向定位销，所述的第一滑动套与所述的第一后压盖之间连接设置有若干第四角向定位销，所述的第二滑动套与所述的后轴承座之间连接设置有若干第五角向定位销。
4.根据权利要求2所述的一种数控机床主轴，其特征在于，所述的前端盖、所述的外压盖与所述的内压盖之间设有第一迷宫间隙，所述的外压盖与所述的内压盖之间设有第二迷宫间隙，所述的第二迷宫间隙的前端与所述的第一迷宫间隙的径向的中部相通，所述的第二迷宫间隙的后端正对所述的第一前轴承的前侧，所述的第一迷宫间隙的径向外边缘连接有第一回流槽，所述的第一迷宫间隙的径向内边缘连接有第二回流槽，所述的第二回流槽与外界大气相通，所述的外压盖内开设有鼻端气封通道，所述的鼻端气封通道的一端与所述的第二迷宫间隙相通，所述的鼻端气封通道的另一端与外部气源相通。
5.根据权利要求2所述的一种数控机床主轴，其特征在于，所述的若干第一油气润滑支路连通后与外部抽气机构相通，所述的若干第二油气润滑支路连通后与外部抽气机构相通，所述的第一前轴承前侧的第一油气润滑支路开设在所述的外压盖内，所述的第一前轴承后侧的第一油气润滑支路开设在所述的前轴承座内，所述的第二前轴承前侧的第一油气润滑支路开设在所述的第一滑动套内，所述的第二前轴承后侧的第一油气润滑支路开设在所述的第一后压盖内，所述的第一后轴承前侧的第二油气润滑支路开设在所述的后轴承座内，所述的第一后轴承后侧的第二油气润滑支路、所述的第二后轴承前侧的第二油气润滑支路以及所述的第二后轴承后侧的第二油气润滑支路均开设在所述的第二滑动套内。
6.根据权利要求5所述的一种数控机床主轴，其特征在于，所述的第二隔套的外侧设置有外隔套，所述的外隔套内开设有相通的径向导流槽和轴向导流槽，所述的轴向导流槽的前端和后端分别正对所述的第一后轴承的后侧和所述的第二后轴承的前侧，所述的第一后轴承后侧的第二油气润滑支路与所述的第二后轴承前侧的第二油气润滑支路合并为一路共用支路，该共用支路与所述的径向导流槽相通。
7.根据权利要求2所述的一种数控机床主轴，其特征在于，所述的打刀缸单元包括打刀缸、拉刀杆、拉刀爪和松夹刀弹簧，所述的打刀缸的活塞的前端固定有若干连杆，所述的若干连杆穿过所述的第二后压盖与所述的拉刀杆连接，所述的拉刀杆设置在所述的主轴的内侧，所述的拉刀杆的后端的径向设有限位凸台，所述的主轴的前段的内圆设有第三台阶靠肩，所述的拉刀杆的前端前后定心配合设置有过渡套和弹簧隔套，所述的过渡套与所述的主轴的内圆定心配合，所述的过渡套内开设有径向通孔，所述的主轴的前端开设有锥柄吹气孔，在所述的主轴进行松刀动作时，所述的拉刀杆向所述的主轴的前端运动到位后，所述的径向通孔与所述的锥柄吹气孔接通，所述的弹簧隔套的前端面与所述的第三台阶靠肩接触，所述的松夹刀弹簧套设在所述的拉刀杆上，所述的松夹刀弹簧的后端与所述的限位凸台的前端面接触，所述的松夹刀弹簧的前端与所述的弹簧隔套的后端面接触，所述的拉刀杆的前端螺纹连接有限位螺母，所述的限位螺母位于所述的过渡套和所述的弹簧隔套之间，所述的限位螺母的后端面与所述的弹簧隔套的前端面之间预留有空隙，所述的拉刀爪与所述的拉刀杆的前端螺纹连接，所述的拉刀爪的前端用于安装刀具。
8.根据权利要求7所述的一种数控机床主轴，其特征在于，所述的拉刀杆为中空的拉刀杆，所述的打刀缸的后端安装有中心出水旋转接头，所述的第二后压盖的中部一体设置有中心出水连接管，所述的中心出水连接管的后端与所述的中心出水旋转接头的出水口密封连接，所述的中心出水连接管的前端与所述的拉刀杆的内孔相通。
