CN103658690A

CN103658690A - 一种高速气浮电主轴

Info

Publication number: CN103658690A
Application number: CN201310590814.0A
Authority: CN
Inventors: 汤秀清
Original assignee: Guangzhou Haozhi Electromechanical Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Haozhi Electromechanical Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: WO2015074403A1; CN103658690B

Abstract

本发明公开一种高速气浮电主轴，包括机体、定子、上气浮轴承、下气浮轴承、轴芯及定轴，所述机体、上气浮轴承和下气浮轴承上设有连通的输气通道，用于形成将所述轴芯悬浮的气膜，所述定轴内设有冷却水通道，该定轴的外表面与所述轴芯的内表面之间设有与所述冷却水通道相连通的冷却间隙，该冷却间隙顶部封闭，下部开口。本发明通过将冷却水通道设置在定轴内，在工作时不断向轴芯内壁直接喷射冷却水，该冷却水进而充满所述冷却间隙对轴芯进行持续冷却，达到降低轴芯温度的目的，该冷却间隙结构简单，易于加工，且冷却水直接与轴芯接触，冷却效率高，从而确保该电主轴具有更好的稳定性和更高的精度。

Description

一种高速气浮电主轴

技术领域

本发明涉及数控机床中的精密加工主轴，尤其涉及一种高速气浮电主轴。

背景技术

气浮主轴是利用高速气流在转轴和轴承之间形成一层薄薄的气膜，并以此作为润滑剂实现转轴高速转动的一种新型滑动轴承机构，其具有粘滞性小、耐高温、无污染的优点，因而被越来越多的应用在数控机床中，对各种零部件进行加工处理。一般的，这种主轴的转速极高、工作时间长，在这样的工作条件下，带来的问题就是机器发热严重，容易造成转轴和轴承变形，从而影响加工精度，降低主轴工作的稳定性，缩短其使用寿命。为此人们设计出带有水冷却系统的主轴，如中国专利申请号：200610124264的发明专利，公开了一种气浮高速电主轴，其在机体上设有水冷却系统，从而达到给转轴降温的效果。然而上述专利中使用的水冷却系统不能直接作用于转轴及轴承，其降温效率比较低；且该水冷却系统中的水通道比较复杂，难于加工，从而增加了制造成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高速气浮电主轴，其具有易加工、冷却效率高的特点，从而确保电主轴具有更好的稳定性及更高精度的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速气浮电主轴，包括机体、定子、上气浮轴承、下气浮轴承、轴芯及定轴，所述定子固定于机体内部，上气浮轴承和下气浮轴承分别装设于定子的上下方，轴芯上固定有与定子相配合的转子，该轴芯穿设于定子、上气浮轴承和下气浮轴承形成的轴向通孔内，所述定轴穿设于轴芯内并固定于机体上；其中，所述机体、上气浮轴承和下气浮轴承上设有连通的输气通道，该输气通道用于在所述轴芯与上、下气浮轴承的接触面之间产生将该轴芯悬浮的气膜；所述定轴内设有贯穿定轴上下表面的冷却水通道，定轴的外表面与轴芯的内表面之间设有与该冷却水通道相连通的冷却间隙，该冷却间隙顶部封闭，下部开口。

进一步地，还包括设于下气浮轴承下方的推力轴承，所述轴芯下部侧壁向外凸设有环形支撑部，该支撑部伸入于下气浮轴承与推力轴承之间。

进一步地，所述输气通道包括设于机体侧壁内的主通道、设于上气浮轴承内部的上气浮通道、设于下气浮轴承内部的下气浮通道及设于推力轴承内部的推力气浮通道，该上气浮通道、下气浮通道和推力气浮通道均与主通道连通，且该上气浮通道、下气浮通道和推力气浮通道均设有通向轴芯外表面的阻尼孔。

进一步地，所述主通道分设于机体侧壁内并沿着轴向贯通机体；所述上气浮通道包括第一环形导气槽及分布于该第一环形导气槽圆周上的数个第一轴向导气管；所述下气浮通道包括第二环形导气槽及分布于该第二环形导气槽圆周上的数个第二轴向导气管；所述推力气浮通道包括第三环形导气槽及分布于该第三环形导气槽圆周上的数个第一径向导气管。

进一步地，所述第一轴向导气管和第二轴向导气管的上下两端部均设有通向轴芯外表面的径向阻尼孔；所述第二轴向导气管的下端还设有第二径向导气管，该第二径向导气管设有通向所述轴芯支撑部上表面的轴向阻尼孔；所述推力轴承的第一径向导气管上设有通向所述轴芯支撑部下表面的轴向阻尼孔。

进一步地，所述通向轴芯支撑部的轴向阻尼孔沿径向设有至少两排。

进一步地，所述冷却水通道包括主冷却水通道及副冷却水通道，该副冷却水通道与所述冷却间隙通过喷水孔相连通。

进一步地，所述定轴下端设有连通主冷却水通道的出水管，该出水管伸出于轴芯下端面，轴芯内部靠近定轴下端面处设有锥面，该锥面与定轴的下端面形成一容置腔，该容置腔衔接所述冷却间隙的下部并通过出水管与轴芯之间的间隙与外界连通。

如上所述，本发明一种高速气浮电主轴将冷却水通道设置在定轴内，在工作时不断向轴芯内壁直接喷射冷却水，该冷却水进而充满所述冷却间隙对轴芯进行持续冷却，达到降低轴芯温度的目的，该冷却间隙结构简单，易于加工，且冷却水直接与轴芯接触，冷却效率高，从而确保该电主轴具有更好的稳定性和更高的精度。

附图说明

图1为本发明一种高速气浮电主轴的纵向剖视图；

图2为本发明一种高速气浮电主轴另一个角度的纵向剖视图（为了便于清楚显示其内部构造，去除了定轴这一部件）；

图3为本发明的推力轴承A向剖视图；

图4为本发明的定轴与轴芯的纵向剖视图。

其中：10、机体；11、主通道；21、定子；22、转子；30、上气浮轴承；31、第一环形导气槽；32、第一轴向导气管；40、下气浮轴承；41、第二环形导气槽；42、第二轴向导气管；43、第二径向导气管；50、轴芯；51、支撑部；60、推力轴承；61、第三环形导气槽；62、第一径向导气管；70、定轴；71、冷却水通道；711、主冷却水通道；712、副冷却水通道；713、出水管；72、喷水孔；73、容置腔；75、冷却间隙；361、径向阻尼孔；362、轴向阻尼孔。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

请参阅图1至图4，本发明提供一种高速气浮电主轴，其一较佳实施例包括机体10、定子21、上气浮轴承30、下气浮轴承40、轴芯50、推力轴承60及定轴70。

所述定子21固定于机体10内部，上气浮轴承30和下气浮轴承40分别固定设于定子21的上下方，所述推力轴承60位于下气浮轴承40下方，轴芯50上固定有与定子21相配合的转子22，该轴芯50穿设于定子21、上气浮轴承30、下气浮轴承40和推力轴承60之间形成的轴向通孔内，具体地，轴芯50下部侧壁向外凸设有环形支撑部51，该支撑部51伸入于下气浮轴承40与推力轴承60之间。

所述机体10、上气浮轴承30、下气浮轴承40和推力轴承60上设有连通的输气通道，在机器工作时，通过往输气通道内输入高压气流，可产生使转轴悬浮的气膜，从而使得轴芯50能无摩擦的高速转动；具体地，该输气通道包括设于机体10侧壁内的主通道11、设于上气浮轴承30内部的上气浮通道、设于下气浮轴承40内部的下气浮通道及设于推力轴承60内部的推力气浮通道，所述主通道11分设于机体10侧壁内并沿着轴向贯通机体10；该上气浮通道、下气浮通道和推力气浮通道均与主通道11连通，且该上气浮通道、下气浮通道和推力气浮通道均设有通向轴芯50外表面的阻尼孔，气流从这些阻尼孔喷在轴芯50外表面，从而在轴芯50与轴承之间形成所述气膜。

具体地，所述上气浮通道包括第一环形导气槽31及分布于该第一环形导气槽31圆周上的数个第一轴向导气管32；所述下气浮通道包括第二环形导气槽41及分布于该第二环形导气槽41圆周上的数个第二轴向导气管42；所述推力气浮通道包括第三环形导气槽61及分布于该第三环形导气槽61圆周上的数个第一径向导气管62；该第一轴向导气管32和第二轴向导气管42的上下两端部均设有通向轴芯50外表面的径向阻尼孔361；所述第二轴向导气管42的下端还设有向外延伸的第二径向导气管43，该第二径向导气管43设有通向所述轴芯50支撑部51上表面的轴向阻尼孔362；所述推力轴承60的第一径向导气管62上设有通向所述轴芯50支撑部51下表面的轴向阻尼孔362。

所述定轴70穿设于轴芯50内并固定于机体10上，定轴70内设有贯穿定轴70上下表面的冷却水通道71，具体地，所述冷却水通道71包括设于定轴70中心轴线上的主冷却水通道711及位于主冷却水通道711旁边的副冷却水通道712，该副冷却水通道712与所述冷却间隙75通过喷水孔72相连通；该定轴70的外表面与所述轴芯50的内表面之间设有与所述冷却水通道71相连通的冷却间隙75，该冷却间隙75顶部封闭，下部开口，具体地，所述定轴70下端设有出水管713，出水管713的上端连通主冷却水通道711，下端伸出于轴芯50下端面；轴芯50内部靠近定轴70下端面处设有锥面（图中未标示），该锥面与定轴70的下端面形成一容置腔73，该容置腔73与所述冷却间隙75的下部相衔接，并且该容置腔73通过轴芯50下部与出水管713外壁之间的间隙而与外界连通；在工作状态时，冷却水沿着主冷却水通道711径直地从出水管713处喷出，可对装设于电主轴下方的刀具等组件进行冷却；冷却水从副冷却水通道712从上往下流动，同时通过喷水孔72而流入冷却间隙75中，直接与轴芯50内壁相接触进行降温，从冷却间隙75流出的水在所述容置腔73处再与径直从副冷却水通道712流出的水相汇合，最后从轴芯50与所述出水管713之间的间隙喷出，与从主冷却水通道711中径直流下的水汇合一起喷淋在安装于电主轴下方的刀具等组件上，可起到冷却刀具等组件的作用。

具体地，所述定轴70外表面的中下段切掉一层材质而形成一个柱面状的凹槽（图中未标示），该凹槽与轴芯50的内壁共同形成所述冷却间隙75；该凹槽的底壁与所述冷却水通道71之间设有所述喷水孔72，该电主轴工作时，冷却水从喷水孔72射入该冷却间隙75内，进而注满整个冷却间隙75，达到给轴芯50及定轴70降温的目的；值得一提地，所述冷却间隙75还可以通过在轴芯50内壁上切设柱面状的凹槽而形成，或者在轴芯50内壁和定轴70外壁上均切设有凹槽来共同形成冷却间隙75；冷却间隙75顶部是封闭的，该设计是用于防止冷却水往该机器上方泄露。

优选地，所述通向轴芯50支撑部51上下表面的轴向阻尼孔362沿着径向设有至少两排，在本实施例中共设有两排轴向阻尼孔362（如图所示），这种增设多排阻尼孔的设计，可产生远大于单排阻尼孔的气膜刚度，进而可确保轴芯50获得更大的轴向支撑力，使轴芯50的上下位置的控制更加稳定，从而提高该电主轴加工时的精度；值得一提地，通过增加上气浮轴承30和下气浮轴承40的轴向长度，以此来增加轴承与转轴的接触面积，从而达到增加该电主轴径向上的气膜刚度，可使电主轴获得更稳定的工作状态。

如上所述，本发明一种高速气浮电主轴将冷却水通道71设置在定轴70内，在工作时不断向轴芯50内壁直接喷射冷却水，冷却水进而充满所述冷却间隙75对轴芯50进行持续冷却，达到降低轴芯50温度的目的，该冷却间隙75结构简单，易于加工，且冷却水直接与轴芯50接触，冷却效率高，从而确保该电主轴具有更好的稳定性和更高的精度。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种高速气浮电主轴，其特征在于：包括机体、定子、上气浮轴承、下气浮轴承、轴芯及定轴，所述定子固定于机体内部，上气浮轴承和下气浮轴承分别装设于定子的上下方，轴芯上固定有与定子相配合的转子，该轴芯穿设于定子、上气浮轴承和下气浮轴承形成的轴向通孔内，所述定轴穿设于轴芯内并固定于机体上；其中，所述机体、上气浮轴承和下气浮轴承上设有连通的输气通道，该输气通道用于在所述轴芯与上、下气浮轴承的接触面之间产生将该轴芯悬浮的气膜；所述定轴内设有贯穿定轴的冷却水通道，定轴的外表面与轴芯的内表面之间设有与该冷却水通道相连通的冷却间隙，该冷却间隙顶部封闭，下部开口。

2.如权利要求1所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：还包括设于下气浮轴承下方的推力轴承，所述轴芯下部侧壁向外凸设有环形支撑部，该支撑部伸入于下气浮轴承与推力轴承之间。

3.如权利要求2所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述输气通道包括设于机体侧壁内的主通道、设于上气浮轴承内部的上气浮通道、设于下气浮轴承内部的下气浮通道及设于推力轴承内部的推力气浮通道，该上气浮通道、下气浮通道和推力气浮通道均与主通道连通，且该上气浮通道、下气浮通道和推力气浮通道均设有通向轴芯外表面的阻尼孔。

4.如权利要求3所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述主通道分设于机体侧壁内并沿着轴向贯通机体；所述上气浮通道包括第一环形导气槽及分布于该第一环形导气槽圆周上的数个第一轴向导气管；所述下气浮通道包括第二环形导气槽及分布于该第二环形导气槽圆周上的数个第二轴向导气管；所述推力气浮通道包括第三环形导气槽及分布于该第三环形导气槽圆周上的数个第一径向导气管。

5.如权利要求4所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述第一轴向导气管和第二轴向导气管的上下两端部均设有通向轴芯外表面的径向阻尼孔；所述第二轴向导气管的下端还设有第二径向导气管，该第二径向导气管设有通向所述轴芯支撑部上表面的轴向阻尼孔；所述推力轴承的第一径向导气管上设有通向所述轴芯支撑部下表面的轴向阻尼孔。

6.如权利要求5所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述通向轴芯支撑部的轴向阻尼孔沿径向设有至少两排。

7.如权利要求1所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述冷却水通道包括主冷却水通道及副冷却水通道，该副冷却水通道与所述冷却间隙通过喷水孔相连通。

8.如权利要求7所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述定轴下端设有连通主冷却水通道的出水管，该出水管伸出于轴芯下端面，轴芯内部靠近定轴下端面处设有锥面，该锥面与定轴的下端面形成一容置腔，该容置腔衔接所述冷却间隙的下部并通过出水管与轴芯之间的间隙与外界连通。