CN101879609A - 一种采用气体静压轴承支承的电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用气体静压轴承支承的电主轴，包括轴体、前法兰盘、壳体内套、壳体外套、定子、后法兰盘；所述的轴体前段为半球形状、构成前支承半球，轴体后端通过轴向螺钉与后支承半球连接；在前法兰盘前端和后法兰盘后端分别安装有球形轴承内套，在球形轴承内套外安装有球形轴承外套，所述的球形轴承内套和球形轴承外套构成球形空气轴承，并沿轴向开有中心通孔；所述的球形轴承内套内部带有空气供给流道和数排节流小孔、内套内表面为与支承半球对应的球窝。由于本发明的轴承支承面为球面，气体通过节流小孔后能同时实现对主轴径向和轴向的支承作用，简化了电主轴的结构，并在一定程度上改善了气体静压轴承对于不同使用要求的适应能力。

Description

一种采用气体静压轴承支承的电主轴

技术领域

本发明涉及一种数控机床的电主轴，特别是一种采用气体静压轴承支承的电主轴。

背景技术

目前，电主轴作为数控机床的核心部件，是实现超精密加工的必要条件，当前电主轴在向着更高精度、更高承载能力的方向发展。

现在采用气体静压轴承支承的电主轴的结构主要采用的是径向与轴向轴承分离的支承结构，这在一定程度上导致了零件数量较多、气液流道设计难度大且排布复杂，也使得加工和装配过程中的难度加大，这些因素导致电主轴无法达到更加理想的精度。

另外，由于径向与轴向轴承的分离，导致在需要提升气体静压电主轴承载力的场合就必然要改变电主轴的整体尺寸结构，因此径向与轴向轴承分离的气体静压电主轴对使用环境的适应性较差。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种结构简单、适应能力较强的采用气体静压轴承支承的电主轴。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种采用气体静压轴承支承的电主轴，包括轴体、前法兰盘、壳体内套、壳体外套、定子、后法兰盘；所述的壳体内套和壳体外套组合成壳体，在壳体前后两端分别设置有前法兰盘和后法兰盘，并构成包括有水循环冷却通道的机体，定子安装在机体内，定子中间通孔处安装有轴体；所述的轴体前段为半球形状、构成前支承半球，轴体后端通过轴向螺钉与后支承半球连接，所述的轴体和后支承半球构成转轴；在机体前后两端分别通过径向螺钉安装有球形轴承内套，在球形轴承内套外安装有球形轴承外套，所述的球形轴承内套和球形轴承外套构成球形空气轴承，并沿轴向开有中心通孔，转轴位于球形空气轴承的中心通孔中；所述的球形轴承内套内部带有空气供给流道和数排节流小孔、内套内表面为与支承半球对应的球窝。

本发明所述的球形空气轴承与转轴之间采用气体支撑方式。

本发明所述的垫片安装在轴体后端与后支承半球之间的接触面上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明提出了一种采用气体球轴承支承的电主轴设计，轴承支承面为球面，气体通过节流小孔后能同时实现对主轴径向和轴向的支承作用，简化了电主轴的结构。

2、本发明采用方便拆卸球轴承支承方式，通过设计不同结构参数，如供气孔直径、数目、供气孔包角大小可方便达到调整了电主轴的轴向或径向载荷目的，这在一定程度上改善了气体静压轴承对于不同使用要求的适应能力。

3、本发明采用垫片调节气膜间隙，通过更换不同厚度的垫片，即可达到调节间隙的目的，方便可靠。

附图说明

本发明共有附图3张，其中：

图1是采用气体静压轴承支承的电主轴的左视构造示意图。

图2是图1的A-A剖面构造示意图。

图3是图1的B-B剖面构造示意图。

图中：1、轴体，2、球形轴承外套，3、球形轴承内套，4、前法兰盘，5、壳体内套，6、壳体外套，7、定子，8、后法兰盘，9、垫片，10、后支承半球，11、轴向螺钉，12、径向螺钉，13、进气通道，14、排气通道，15、冷却水供给通道，16、冷却水回流通道，17、前腔，18、中前腔，19、中后腔，20、后腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-3所示，一种采用气体静压轴承支承的电主轴，包括轴体1、前法兰盘4、壳体内套5、壳体外套6、定子7、后法兰盘8、受支承半球；所述的壳体内套5和壳体外套6组合成壳体，在壳体前后两端分别设置有前法兰盘4和后法兰盘8，并构成包括有水循环冷却通道的机体，定子7安装在机体内，定子7中间通孔处安装有轴体1；所述的轴体1前段为半球形状、构成前支承半球，轴体1后端通过轴向螺钉11与后支承半球10连接，所述的轴体1和后支承半球10构成转轴；在机体前后两端分别通过径向螺钉12安装有球形轴承内套3，在球形轴承内套3外安装有球形轴承外套2，所述的球形轴承内套3和球形轴承外套2构成球形空气轴承，并沿轴向开有中心通孔，转轴位于球形空气轴承的中心通孔中；所述的球形轴承内套3内部带有空气供给流道和数排节流小孔、内套内表面为与支承半球对应的球窝。所述的球形空气轴承与转轴之间采用气体支撑方式。所述的垫片9安装在轴体1后端与后支承半球10之间的接触面上。

本发明的工作原理是：从后法兰盘8上的径向进气通道13通入压缩空气，压缩空气通过壳体内的轴向空气供给通道与前法兰盘4和后法兰盘8上的轴向通气孔，进入球形空气轴承内的空气供给流道、节流孔，给转轴上的受支承半球施以承载力，使转轴进入工作状态，排出的空气一部分从球形空气轴承的中心通孔直接进入大气，另一部分进入电主轴内部腔室，从后法兰盘8上的径向排气通道14排入大气；同时从后法兰盘8上的冷却水供给通道15通入冷却水，冷却水经过壳体的螺旋形水槽，从前法兰盘4上的冷却水回流通道16回流，这样主要冷却定子7和转子部分，可以保持主轴的工作温度。

下面结合附图对本发明的工作过程作进一步描述：

图2所示是本发明的空气流道剖面图，气体从径向进气通道13进入电主轴，通过壳体内套5、前法兰盘4、后法兰盘8、球形轴承外套2和球形轴承内套3，进入节流小孔，对球轴承面形成支承作用。排出的气体一部分直接排入大气中，而另一部分气体分别进入前腔17和后腔20，再分别进入轴体1和法兰盘及定子7之间的中前腔18和中后腔19，最后通过后法兰盘8上的排气通道14排入大气。排出气体在通过定子7时也携带走了部分热量，起到了冷却效果。

图3所示是本发明的冷却液流道剖面图，冷却液从冷却水供给通道15通入，经过壳体上的螺旋形通道对定子7进行冷却，冷却液从冷却水回流通道16排出，确保驱动装置的有效工作。

如图2-3所示，由壳体内套5和壳体外套6组成的壳体与前法兰盘4、后法兰盘8由每边各4个螺钉连接；球形轴承内套3与球形轴承外套2通过压力配合、作为一个整体与前法兰盘4和后法兰盘通过径向螺钉12连接；轴体1和受支承半球10由轴向螺钉11连接固定，受支承半球10内安装垫片9，用以调节气膜间隙。

Claims (3)

1.一种采用气体静压轴承支承的电主轴，包括轴体(1)、前法兰盘(4)、壳体内套(5)、壳体外套(6)、定子(7)、后法兰盘(8)；所述的壳体内套(5)和壳体外套(6)组合成壳体，在壳体前后两端分别设置有前法兰盘(4)和后法兰盘(8)，并构成包括有水循环冷却通道的机体，定子(7)安装在机体内，定子(7)中间通孔处安装有轴体(1)；其特征在于：所述的轴体(1)前段为半球形状、构成前支承半球，轴体(1)后端通过轴向螺钉(11)与后支承半球(10)连接，所述的轴体(1)和后支承半球(10)构成转轴；在机体前后两端分别通过径向螺钉(12)安装有球形轴承内套(3)，在球形轴承内套(3)外安装有球形轴承外套(2)，所述的球形轴承内套(3)和球形轴承外套(2)构成球形空气轴承，并沿轴向开有中心通孔，转轴位于球形空气轴承的中心通孔中；所述的球形轴承内套(3)内部带有空气供给流道和数排节流小孔、内套内表面为与支承半球对应的球窝。

2.根据权利要求1所述的一种采用气体静压轴承支承的电主轴，其特征在于：所述的球形空气轴承与转轴之间采用气体支撑方式。

3.根据权利要求1所述的一种采用气体静压轴承支承的电主轴，其特征在于：所述的垫片(9)安装在轴体(1)后端与后支承半球(10)之间的接触面上。

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