CN102476194B - 空气静压电主轴和空气静压电主轴的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气静压电主轴和空气静压电主轴的冷却装置，该空气静压电主轴包括壳体、套筒、径向轴承、转轴和转子等，其中，壳体的内壁具有至少一个沟槽，沟槽在轴向上在壳体的内壁延伸，套筒的外壁与壳体的内壁固定并贴合，使沟槽形成用于容纳冷却物的通道；套筒的内壁与径向轴承的外壁贴合；径向轴承呈筒状，其中容纳有转轴，径向轴承用于在径向轴承的内壁与转轴之间形成空气膜，并通过空气膜支撑转轴，并且，转轴的一端与转子固定连接。本发明能够对径向轴承、转轴等部分进行有效冷却，避免了因缺少对径向轴承部分的散热措施而使空气静压电主轴中的转轴等部件出现热变形而影响精度的问题。

Description

空气静压电主轴和空气静压电主轴的冷却装置

技术领域

本发明涉及集成电路封装设备制造领域，尤其涉及一种空气静压电主轴和空气静压电主轴的冷却装置。

背景技术

目前，空气静压电主轴是一种常用的部件，其具备精度高、转速高、稳定性好、摩擦小、容易散热等优势，主要可以应用于切割机等设备中。

在空气静压电主轴工作时，经过精密过滤的压缩空气会经过管道进入空气静压电主轴壳体的通道，之后流入轴承的节流小孔，然后流入轴承和转轴之间的间隙，形成一层压力气膜，将转轴浮起，这样，转轴就能够在空气压力的作用下稳定旋转。

通常，采用了空气静压电主轴的切割机主要可以对诸如硅集成电路和发光二极管等零部件进行加工，可以切割铌酸锂、砷化镓、石英、玻璃、压电陶瓷、蓝宝石、氧化铝和氧化铁等多种材料。

在这种切割机中，空气静压电主轴是实现强力磨削的核心部件，空气静压电主轴的回转速度、精度、输出功率及稳定性等性能指标直接决定了切割机的划切精度。

在目前主要采用的空气静压电主轴中，由于电机的定子是主要产生热量的部分，因此，通常仅会对电机定子采用循环水冷却等方式进行冷却，对于转轴、径向轴承部分则不进行冷却，但是，电机定子产生的热量必然会传递到转子并进一步传递到转轴，从而使得转轴过热，造成转轴发生热变形而降低运转的精度。

类似地，对于其他采用空气静压电主轴的设备，同样会出现由于对径向轴承部分缺少冷却措施而导致整个设备冷却效果差进而影响设备精度的问题。

针对相关技术中由于对空气静压电主轴的径向轴承部分缺少冷却措施导致空气静压电主轴因过热而变形导致精度下降的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中由于对空气静压电主轴的径向轴承部分缺少冷却措施导致空气静压电主轴因过热而变形导致精度下降的问题，本发明提出一种空气静压电主轴和空气静压电主轴的冷却装置，能够针对空气静压电主轴的径向轴承部分进行冷却，降低转轴和转子的温度。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种空气静压电主轴。

根据本发明的空气静压电主轴包括壳体、套筒、径向轴承、转轴和转子，其中，壳体的内壁具有至少一个沟槽，沟槽在轴向上在壳体的内壁延伸，套筒的外壁与壳体的内壁固定并贴合，使沟槽形成用于容纳冷却物的通道；套筒的内壁与径向轴承的外壁贴合；径向轴承呈筒状，其中容纳有转轴，径向轴承用于在径向轴承的内壁与转轴之间形成空气膜，并通过空气膜支撑转轴，并且，转轴的一端与转子固定连接。

其中，该空气静压电主轴还包括：冷却物入口，设置于壳体，与沟槽的一端连通，用于将外部提供的冷却物输入沟槽；冷却物出口，设置于壳体，与沟槽的另一端连通，用于将经冷却物入口输入后沿沟槽传输的冷却物输出。

其中，冷却物入口与冷却物出口均设置在壳体轴向上靠近转子的一侧，并且，冷却物入口通过壳体中设置的导流通道在沟槽远离转子的一侧与沟槽连通，冷却物出口在沟槽靠近转子的一侧与沟槽连通。

并且，在沟槽的数量为多个的情况下，多个沟槽的一端共同与冷却物入口连通，多个沟槽的另一端共同与冷却物出口连通。

可选地，沟槽可以呈环绕壳体内壁圆周的螺旋状、呈直线状、或呈曲线状。

此外，沟槽的形状可以为以下之一：梯形、矩形、圆弧形。

可选地，冷却物可以包括以下之一：冷却液、冷却气。

优选地，套筒采用过盈配合的方式与壳体固定。

本发明还提供了一种空气静压电主轴的冷却装置，用于对包括径向轴承、转轴和转子的空气静压电主轴进行冷却。

根据本发明的空气静压电主轴的冷却装置包括壳体和套筒，其中，壳体的内壁具有至少一个沟槽，沟槽在轴向上在壳体的内壁延伸，套筒的外壁与壳体的内壁固定并贴合，使沟槽形成用于容纳冷却物的通道；套筒的内壁与径向轴承的外壁贴合；径向轴承呈筒状，其中容纳有转轴。

该装置还可以包括：冷却物入口，设置于壳体，与沟槽的一端连通，用于将外部提供的冷却物输入沟槽；冷却物出口，设置于壳体，与沟槽的另一端连通，用于将经冷却物入口输入后沿沟槽传输的冷却物输出。

本发明通过在壳体中设置沟槽并由套筒进行密封，借助于沟槽形成的通道中的冷却物，径向轴承能够以热传导方式与套筒进行热量交换，从而在转轴转动时有效对径向轴承进行散热，能够有效提高散热的效果，避免了空气静压电主轴在运转的过程中因缺少对径向轴承部分的散热措施而使空气静压电主轴中的转轴等部件出现热变形而影响精度的问题，保证了采用空气静压电主轴的设备加工的工件质量。

附图说明

图1是根据本发明实施例的空气静压电主轴的剖面图。

具体实施方式

针对相关技术中由于缺少对径向轴承部分的散热措施而使空气静压电主轴中的转轴等部件出现热变形而影响精度的问题，本发明提出了在壳体内壁开设沟槽，由套筒进行密封，使沟槽形成通道，以容纳冷却物，通过套筒与径向轴承进行热量交换对径向轴承以及转轴等部件进行冷却，能够有效提高冷却的效果，避免空气静压电主轴中的转轴等部件过热导致精度下降、进而影响加工工件的质量的问题。下面将结合附图详细描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，提供了一种空气静压电主轴。

为了清楚地体现本发明的改进以及目的，在以下的描述中，涉及到空气静压电主轴与本发明的改进点关联较为密切的部件，对于空气静压电主轴的其他部件，本发明不进行限定。

如图1所示，根据本发明实施例的空气静压电主轴包括壳体(可以呈筒状)1、套筒2、径向轴承3、转轴4和转子8，其中，壳体1的内壁具有至少一个沟槽5，该沟槽5在轴向上在壳体1的内壁延伸，套筒2的外壁与壳体1的内壁固定并贴合(优选地，套筒2的外壁与壳体1的内壁可以密封贴合，以防止冷却物漏出)，使沟槽5形成用于容纳冷却物的通道；套筒2的内壁与径向轴承3的外壁贴合；径向轴承3呈筒状，其中容纳有转轴4，径向轴承3用于在径向轴承3的内壁与转轴4之间形成空气膜，并通过空气膜支撑转轴4运转，并且，转轴4的一端与转子8固定连接，转轴可以是空心结构，也可以是实心结构。

由于转子8的热量主要以热传导方式传入转轴4，转轴4散发的热量会向外扩散到径向轴承3的表面，这样，通过套筒(为了保证散热性能，套筒的厚度不宜过大)2与壳体1形成的沟槽通道中的冷却物，径向轴承能够以热传导方式与套筒进行热量交换，从而在转轴转动时有效对径向轴承进行散热，能够有效提高散热的效果，避免了空气静压电主轴在运转的过程中因缺少对径向轴承部分的散热措施而使空气静压电主轴中的转轴等部件出现热变形而影响精度的问题。

其中，沟槽通过各种方式在壳体1的内部沿着轴向延伸。图1所示的剖面中可以看出，沟槽5呈环绕壳体内壁圆周的螺旋状。可选地，为了提高制冷的效果，可以设置多个螺旋状沟槽，这些螺旋状沟槽可以彼此平行环绕壳体内壁圆周并沿壳体轴向延伸。

此外，沟槽还可以呈曲线状、呈与壳体轴向平行的直线状或者采用其他形式，本文不再一一列举。并且，根据需要，直线、曲线或其他形式的沟槽的数量同样可以设置为一个或者多个。

此外，沟槽中的冷却物可以是沟槽中储存的用于冷却的物质，也可以是由外界输入并流经沟槽形成的通道的能够流动且能够起到冷却效果的物质。如图1所示，在由外界输入冷却物的情况下，为了保证冷却物的有效循环和流动，根据本发明实施例的空气静压电主轴还包括：冷却物入口6，与沟槽5的一端连通，用于将外部提供的冷却物输入沟槽5；冷却物出口9，与沟槽5的另一端连通，用于将经冷却物入口6输入后沿沟槽5传输的冷却物输出。优选地，在冷却物入口6和冷却物出口9的开口处，可以增设密封环，以避免冷却物泄漏。

可选地，在沟槽的数量为多个的情况下，这些沟槽的一端可以与同一冷却物入口连通，另一端可以与同一冷却物出口连通。

另外，在沟槽数量为多个的情况下，每个沟槽可以与各自对应的冷却物入口和冷却物出口连通；或者多个沟槽中的部分沟槽可以共用冷却物入口和/或冷却物出口，另一部分沟槽则连接至各自的共用冷却物入口和冷却物出口。

此外，冷却物入口可以设置在靠近转子的一侧，冷却物出口可以设置在远离转子的一侧，两者可以在各自所在侧与沟槽的一端连通，以保证冷却物能够流经整个沟槽，或者也可以将冷却物入口和冷却物出口的位置对换。

图1是采用能够流动的冷却物、且具有一个在壳体1内壁圆周呈螺旋状延伸沟槽的空气静压电主轴的剖面图。其中，可以采用冷却液(例如，水等液体)对径向轴承进行冷却，为了方便冷却液的循环以及使空气静压电主轴的其他部件同样能够使用冷却物进行冷却，可以如图1所示，将冷却物入口6与冷却物出口9均设置在壳体1轴向上靠近转子8的一侧，并且，冷却物入口6通过壳体中设置的导流通道7在沟槽5远离转子8的一侧与沟槽5连通，冷却物出口9在沟槽5靠近转子的一侧与沟槽5连通。

这样，当冷却物从冷却物入口6进入后，会沿着导流通道7流向远离转子8的一侧，并在位置11处进入沟槽5，在沟槽5内沿着沟槽5的延伸方向朝向转子8的方向流动，最终从冷却物出口9流出。

此外，也可以对图1所示的结构进行改变，使得冷却物入口在沟槽靠近转子的一侧与沟槽连通，而冷却物出口则通过壳体中设置的导流通道在沟槽远离转子的一侧与沟槽连通。类似的其他变形本文不再一一列举。

壳体1上下凹的沟槽可以为各种形状，例如，圆弧形、梯形等，为了降低冷却水在冷却水通道中流动时的压力损耗，并增加冷却水通道的散热面积，优选地，沟槽的形状可以采用梯形或矩形。

此外，冷却物不局限于：冷却液、以及冷却气等，任何具有冷却功能的物质均可以填充在沟槽中，为了便于循环，可以采用气体和液体，并设置上述的冷却物入口和冷却物出口。

此外，为了保证套筒2对沟槽5的密封性，以及套筒2与壳体1之间的牢固性，套筒2可以采用过盈配合的方式与壳体1固定，为了保证转轴4旋转工作时的精确度，转轴4同样可以采用过盈配合的方式与转子8固定。

此外，如图1所示，为了保证径向轴承3能够形成气膜，径向轴承3的内壁上设置有多个节流塞10，用于输入具有一定气压的气体，以支撑转轴4运转。

优选地，本发明的空气静压电主轴可以进一步采用相关技术中对电机定子进行冷却的方案，从而能够在定子和转轴侧(径向轴承侧)均进行冷却，进一步提高冷却的效果。

此外，上述的壳体1、套筒2可以独立于空气静压电主轴设置，作为独立的冷却装置。此时，空气静压电主轴的冷却装置包括壳体和套筒，壳体的内壁具有至少一个沟槽，沟槽在轴向上在壳体的内壁延伸，套筒的外壁与壳体的内壁固定并贴合，使沟槽形成用于容纳冷却物的通道；套筒的内壁与径向轴承的外壁贴合；径向轴承呈筒状，其中容纳有转轴。这样，该装置就能够用于对包括径向轴承、转轴和转子的空气静压电主轴进行冷却。

此外，该装置同样能够设置冷却物入口和冷却物出口，并且设置方式与之前描述的方式相似，这里不再重复。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在壳体中设置沟槽并由套筒进行密封，利用沟槽形成的通道中的冷却物，径向轴承能够以热传导方式与套筒进行热量交换，从而在转轴转动时有效对径向轴承进行散热，能够有效提高散热的效果，增大转轴等部件的散热系数，保证转轴的高速热稳定性，避免了空气静压电主轴在运转的过程中因缺少对径向轴承部分的散热措施而使空气静压电主轴中的转轴等部件出现热变形而影响精度的问题，保证了采用空气静压电主轴的设备加工工件的质量；此外，通过将沟槽的开口形状设计为梯形或矩形，将沟槽的延伸方向设计为螺旋形，不仅降低了冷却水在冷却水通道中流动时的压力损耗，而且增加了冷却水通道的散热面积，从而进一步保证了转轴高速运行时的冷却效果；并且，通过设置冷却物入口和冷却物出口，并将两者设置在靠近转子的一侧，能够方便冷却物的循环和使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空气静压电主轴，所述空气静压电主轴包括壳体、套筒、径向轴承、转轴和转子，其中，所述套筒的内壁与所述径向轴承的外壁贴合；所述径向轴承呈筒状，其中容纳有所述转轴，所述径向轴承用于在所述径向轴承的内壁与所述转轴之间形成空气膜，并通过空气膜支撑所述转轴，并且，所述径向轴承的内壁上设置有多个节流塞，用于输入具有一定气压的气体，以支撑转轴运转，其特征在于，所述壳体的内壁具有至少一个沟槽，所述沟槽在轴向上在所述壳体的内壁延伸，所述沟槽呈环绕壳体内壁圆周的螺旋状，所述套筒的外壁与所述壳体的内壁固定并贴合，使所述沟槽形成用于容纳冷却物的通道，以对所述径向轴承进行冷却；空气静压电主轴还包括：

冷却物入口，设置于所述壳体，与所述沟槽的一端连通，用于将外部提供的冷却物输入所述沟槽；

冷却物出口，设置于所述壳体，与所述沟槽的另一端连通，用于将经所述冷却物入口输入后沿所述沟槽传输的冷却物输出；所述转轴的一端与所述转子固定连接，

所述冷却物入口与所述冷却物出口均设置在所述壳体轴向上靠近所述转子的一侧，并且，所述冷却物入口通过所述壳体中设置的导流通道在所述沟槽远离所述转子的一侧与所述沟槽连通，所述冷却物出口在所述沟槽靠近所述转子的一侧与所述沟槽连通；在冷却物入口和冷却物出口的开口处，增设密封环，以避免冷却物泄漏。

2.根据权利要求1所述的空气静压电主轴，其特征在于，

在所述沟槽的数量为多个的情况下，所述多个沟槽的一端共同与所述冷却物入口连通，所述多个沟槽的另一端共同与所述冷却物出口连通。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的空气静压电主轴，其特征在于，所述沟槽呈环绕所述壳体内壁圆周的螺旋状、呈直线状、或呈曲线状。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的空气静压电主轴，其特征在于，所述沟槽的形状为以下之一：梯形、矩形、圆弧形。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的空气静压电主轴，其特征在于，所述冷却物包括以下之一：冷却液、冷却气。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的空气静压电主轴，其特征在于，所述套筒采用过盈配合的方式与所述壳体固定。