CN100360277C - 高频主轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高频主轴，它具有一主轴(4)，该主轴借助于一个轴承装置可绕一个主轴轴线(A)旋转地支承在一个主轴壳体(1)内，该轴承装置包括一径向和/或轴向作用的空气轴承(5、6)，其中，空气轴承(5、6)在与支承面(15、22)相对的一侧上具有许多孔(10、20)，这些孔除剩余壁厚之外接近于支承面(15、22)，在每个孔(10、20)的底面(13)上设有许多微型通孔(14、21)。此外，本发明还涉及一种用于该高频主轴的空气轴承。

Description

高频主轴
技术领域
本发明涉及一种高频主轴，而且还涉及一种用于这种高频主轴的空气轴承。
背景技术
高频主轴理解为这样一种机床部件，它们用于像铣、钻、磨等等的普通加工任务，但是大多没有自身的机架。而是它们用其大多在至少部分轴向段上做成圆柱形的壳体夹紧在外部夹紧装置内。直接作用在主轴上的(大多电动的)驱动电机产生高的转速，根据结构的不同从30000到100000转/分钟以上。
但是高频主轴也可以是机床的内置部件。
高转速对于通过它主轴可绕其轴线旋转地支承在主轴壳体内的轴承装置提出高的要求。特别是轴承摩擦必须减小到绝对最小的程度，以减小发热和磨损。
已知特别是在转速超过100000转/分钟的高频主轴中采用空气静压轴承-下面简称“空气轴承”，其中空气借助于外界压缩空气源通过一个或多个节流部位压入支承面之间的轴承缝隙。用这种方法在支承面之间形成一具有很高气压的气垫，使得防止在沿支承方向作用的力的作用下轴承支承面的接触。
由DE383414OA1已知一种具有一借助于空气静压轴承装置可绕轴线旋转地支承在主轴壳体内的主轴的高频主轴。空气静压轴承装置既包括径向也包括轴向作用的空气轴承。
迄今为止用于高频主轴中的空气轴承证明是有缺点的，即为了保持轴承缝隙内的气垫需要可观的空气量，由此对高速轴承的能量平衡产生不利影响。其次迄今所用的空气轴承容易出现故障，这可以用气垫的破裂和由此带来的支承面的相互接触来解释。
发明内容
因此本发明的目的是，创造一种带有空气轴承装置的主轴，它消耗较少能量并且不容易出故障。
这个目的通过下述的发明来实现。
按本发明的高频主轴，它具有一主轴，该主轴借助于一个轴承装置可绕一个主轴轴线旋转地支承在一个主轴壳体内，该轴承装置包括一径向和/或轴向作用的空气轴承，其特征为：空气轴承在与支承面相对的一侧上具有许多孔，这些孔除剩余壁厚之外接近于支承面，在每个孔的底面上设有许多微型通孔。
按照本发明的高频主轴的优选实施方式，剩余壁厚R为0.1mm≤R≤2.5mm。
按照本发明的高频主轴的优选实施方式，微型通孔具有小于等于0.1mm的直径。
按照本发明的高频主轴的优选实施方式，其中空气轴承做成轴向作用的空气轴承，其特征为：孔设置在一与主轴轴线同心分布的圆上。
按照本发明的高频主轴的优选实施方式，孔沿主轴轴线方向延伸，并且在主轴上设一垂直于主轴轴线分布的轴向支承面。
按照本发明的高频主轴的优选实施方式，附加地设置相对于孔沿相反方向分布的孔，并且在主轴上设置一与轴向支承面相反方向地作用的另一轴向支承面。
按照本发明的高频主轴的优选实施方式，其中空气轴承做成径向作用的空气轴承，其特征为：孔设置在一圆周上并径向延伸。
按照本发明的高频主轴的优选实施方式，孔设置在多个圆周上。
按本发明的空气轴承，该空气轴承在与支承面相对的一侧上具有许多孔，这些孔除剩余壁厚之外接近于支承面，并且，在每个孔的底面上设有许多微型通孔。
按照本发明的空气轴承的优选实施方式，剩余壁厚R为0.1mm≤R≤2.5mm。
按照本发明的空气轴承的优选实施方式，微型通孔具有小于等于0.1mm的直径。
实际令人惊讶地显示，如果空气轴承在与支承面相对的一侧上具有大量孔，它们除很小的剩余壁厚之外接近于支承面，其中在每个孔的底面上设有许多微型通孔，那么便可以在明显减少为此所需要的气量和由此带来的可观的能量节约的同时实现支承面之间稳定的气垫。
剩余壁厚最好为至少0.1mm，但最大为2.5mm。
微型通孔最好具有最大0.1mm的直径，其中特别优选的直径是0.04至0.06mm。
如果空气轴承做成止推空气轴承，那么孔最好设置在一个与主轴轴线同心分布的圆上。它们最好沿主轴轴线方向延伸。在主轴上最好设置一平面形轴向支承面，它布置在一垂直于主轴轴线分布的平面内。
可以设想采取这样的措施，主轴沿轴线方向受一弹性力作用，它将轴向支承面压在支承面上，微型通孔通入支承面。但是如果附加设置沿反方向分布的孔，并在主轴上设置从轴向支承面向前的平行的其他轴向支承面，使得在主轴轴线的两个轴线方向实现空气支承。
原则上空气止推轴承可以和其他-例如机械-作用的径向轴承组合，或倒过来。但如果不管是轴向还是径向都进行空气静压支承，则是特别优选的。
如果空气轴承做成径向作用空气轴承，孔设置在圆周上并大致径向延伸，则与此无关。如果孔设置在多个圆周上，便达到特别好的轴承性能。
附图说明
在附图中-局部和示意地-表示本发明高频主轴的一个实施例。附图中：
图1  纵向剖开的包括刀夹的高频主轴的一部分的正面透视图；
图2  以同样的透视图表示图1的细部1；
图3  沿图1中III-III线截取的高频主轴的横剖视图。
具体实施方式
在图1中作为整体以100表示的高频主轴包括一壳体1，其所示的朝向刀夹2的壳体前部具有一圆柱形外圆周面3。
刀夹2设置在总体用4表示的主轴的从按图1的壳体部分中向左伸出的末端上，主轴借助于空气轴承装置5、6绕主轴轴线A可旋转地径向和轴向支承在壳体1内。
在空气轴承装置之间一用高频交流电压工作的驱动电机8的定子7抗旋转地安装在壳体1内。因此主轴4在空气轴承装置5、6之间的区域用在图中不能看到的方式做有转子9。
下面应该具体说明空气轴承装置5、6的结构。特别是由图2和3可以看到，以放大的比例表示的空气轴承装置5的不同视图，这种径向作用的空气轴承装置包括径向孔10，它们均匀分布地设置在两个圆周11、12上。在每个径向孔10的平的底面13上延伸两个微型通孔14，它们通入空气轴承装置5的支承面15内。
特别是由图3可见，每一列11、12的径向孔10通过一环形腔16相互连接，它又与一在壳体1内平行于主轴轴线A延伸的通道17连通。通道17通入一在图中未画出的用于压缩空气源的接头，通过此接头向孔输入压缩空气，最终压缩空气通过起节流作用的微型通孔14流入位于支承面15和由主轴4的表面构成的支承面18之间的轴承缝隙，并在这里形成气垫。
空气轴承装置6的径向作用的轴承部分以与空气轴承装置5相应的方式形成。因此为了避免重复这个方面可以参照上述说明。但是空气轴承装置6附加地还具有一轴向作用的轴承部分19。为此在一与主轴轴线A同心分布的圆上分布设置轴向孔20，它们平行于主轴轴线A延伸。这些孔在其平的底面上同样具有许多(在所示实施例中是两个)微型通孔21，它们通入一轴向支承面22，在主轴4上轴向支承面22的对面设一支承面23，它由主轴4的一径向伸出的圆周轴环24构成。
轴向孔20同样通过通道17供给压缩空气，其中它们与后面圆周25上的径向孔10连通。通过微型通孔21排出的压缩空气在支承面22、23之间同样形成一气垫，它起主轴在壳体内沿主轴轴线A方向向前的支承作用。
一相应地反方向设置的空气轴承部分26的结构用于反方向的轴向支承，这个结构在图中由于部分被圆周轴环24遮盖不能清楚地看到。为此，空气轴承部分26具有与孔20反方向地定向的孔20’，并且与一轴向支承面23’共同地作用，该轴向支承面23’由径向伸出的圆周轴环的与轴向支承面23相对置的面构成。
图形标记表
1壳体             2刀夹
3外圆周面         4主轴
5空气轴承装置     6空气轴承装置
7定子             8驱动电机
9转子             10径向孔
11圆周            12圆周
13底面            14微型通孔
15支承面          16环形腔
17通道            18支承面
19轴向轴承部分    20轴向孔
21微型通孔        22支承面
23支承面          24圆周轴环
25圆周轴环        26空气轴承部分
100高频主轴       A主轴轴线

Claims (11)

1.一种高频主轴，它具有一主轴(4)，该主轴借助于一个轴承装置可绕一个主轴轴线(A)旋转地支承在一个主轴壳体(1)内，该轴承装置包括一径向和/或轴向作用的空气轴承(5、6)，
其特征为：
空气轴承(5、6)在与支承面(15、22)相对的一侧上具有许多孔(10、20)，这些孔除剩余壁厚之外接近于支承面(15、22)，
在每个孔(10、20)的底面(13)上设有许多微型通孔(14、21)。
2.按权利要求1所述的高频主轴，其特征为：剩余壁厚R为0.1mm≤R≤2.5mm。
3.按权利要求1或2所述的高频主轴，其特征为：微型通孔(14、21)具有小于等于0.1mm的直径。
4.按权利要求1所述的高频主轴，其中空气轴承做成轴向作用的空气轴承，其特征为：孔(20)设置在一与主轴轴线(A)同心分布的圆上。
5.按权利要求4所述的高频主轴，其特征为：孔(20)沿主轴轴线(A)方向延伸，并且在主轴(4)上设一垂直于主轴轴线(A)分布的轴向支承面(23)。
6.按权利要求5所述的高频主轴，其特征为：附加地设置相对于孔(20)沿相反方向分布的孔(20’)，并且在主轴(4)上设置一与轴向支承面(23)相反方向地作用的另一轴向支承面(23’)。
7.按权利要求1所述的高频主轴，其中空气轴承做成径向作用的空气轴承，其特征为：孔(10)设置在圆周上并径向延伸。
8.按权利要求7所述的高频主轴，其特征为：孔(10)设置在多个圆周(11、12)上。
9.一种用于高频主轴的空气轴承，该空气轴承在与支承面(15、22)相对的一侧上具有许多孔(10、20)，这些孔除剩余壁厚之外接近于支承面(15、22)，并且，在每个孔(10、20)的底面(13)上设有许多微型通孔(14、21)。
10.按权利要求9所述的空气轴承，其特征为：剩余壁厚R为0.1mm≤R≤2.5mm。
11.按权利要求10所述的空气轴承，其特征为：微型通孔(14、21)具有小于等于0.1mm的直径。
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