CN104227032B - 气浮高速电主轴 - Google Patents

Abstract

气浮高速电主轴，包括机体，机体上设置有压缩气通道；轴芯；两轴承座，该轴承座上设置有多个进气孔、以及多个出气孔，出气孔内安装有径向阻尼塞，该径向阻尼塞上设置有位于其内侧端的稳定室、以及位于稳定室外侧将稳定室与出气孔连通的节流孔，轴承座上设置有将轴向排布的径向阻尼塞的节流孔外侧端连通的汇流孔，汇流孔延伸至轴承座的端面；两轴承座上的进气孔的外侧端部与压缩气通道连通。本发明使空气压缩相位滞后，气浮高速电主轴的自激振动点延后，从而使得气浮高速电主轴的轴芯在转动时，具有较高的稳定性，尤其是钻工件的小孔时，轴芯高速转动具有较高的稳定性。

Description

气浮高速电主轴

技术领域

本发明涉及电主轴技术领域，具体涉及一种气浮高速电主轴。

背景技术

气浮电主轴是一种新型的数控加工装置，其是采用高压气膜支撑轴芯，对轴芯实现径向和轴向的承载，相比于传统的轴承承载方式，其具有功耗小等优点。目前的气浮电主轴通常是在上轴承座和下轴承座上安装进气阻尼塞，利用阻尼塞导入高压气体，高压气体在轴承座内孔与轴芯外表面之间的间隙、以及轴承座端面与轴芯端面的间隙之间形成高压气膜，对轴芯形成径向和轴向两端的支承。

目前的气浮电主轴在使用过程中，由于其是通过阻尼塞将压缩气体节流送入到轴承座与轴芯的间隙，导致轴芯在超高速转动钻小孔时，轴芯偏摆较为严重，稳定性较差，因而，很难被用于加工工件的小孔。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种气浮高速电主轴，其轴芯在超高速转动时具有较高的稳定性，能够被用于加工工件的小孔。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

气浮高速电主轴，包括：

机体，该机体内部安装有定子组件，机体上设置有压缩气通道；

穿接在机体内的轴芯，轴芯上安装有与定子组件匹配的转子；

分别固定在机体上下两端的两轴承座，轴承座上设置有多个均匀分布在轴承座上且沿轴承座径向向内延伸至轴承座内壁的进气孔、以及多个均匀分布在轴承座上且沿轴承座的径向由轴承座内壁向外延伸的出气孔，出气孔内安装有径向阻尼塞，该径向阻尼塞上设置有位于其内侧端的稳定室、以及位于稳定室外侧将稳定室与出气孔连通的节流孔，轴承座上设置有将轴向排布的径向阻尼塞的节流孔外侧端连通的汇流孔，汇流孔延伸至轴承座的端面；两轴承座上的进气孔的外侧端部与压缩气通道连通。

轴承座上的多个进气孔的外侧端延伸至轴承座的外侧面，该多个进气孔的外侧端通过设置在机体内壁的环槽与压缩气通道连通。

轴芯的下端部还设置有一轴肩，位于机体下端部的轴承座下方固定有一推力轴承座，轴肩被夹持在该位于机体下端部的轴承座与推力轴承座之间，该位于机体下端部的轴承座上和推力轴承座上分别设置有出口朝向轴肩上下端面的轴向阻尼塞，轴向阻尼塞的进口与压缩气通道连通。

轴向阻尼塞包括塞体，塞体上由轴向阻尼塞的进口向着出口依序的设置有进气口、节流通道以及气腔，气腔开设于轴向阻尼塞靠近轴肩的端面上，且气腔呈喇叭状，气腔的内径有远离轴肩的一端向着靠近轴肩的一端逐渐增大，节流通道的直径小于进气口的直径。

推力轴承座靠近轴肩的表面上设置有两个环形槽，两环形槽的圆心落在推力轴承座的中心轴上，推力轴承座的靠近轴肩的表面上开设有与其上的轴向阻尼塞一一对应的连通槽，连通槽穿过与其对应的轴向阻尼塞的气腔，且连通槽沿推力轴承座的径向由其中一个环形槽延伸至另一个环形槽。

轴芯的内壁在与转子径向对齐的位置设置有导磁套。

轴芯为中空筒状结构，轴芯下端内部固定有一轴霸，轴霸的下方设置有一夹头，夹头上端部穿接在轴霸内部并与轴霸通过螺纹固定连接，轴芯内部活动的穿接有一位于轴霸上方的推杆，机体的上端部固定有一用于带动推杆顺延轴芯的轴向活动的气缸。

推杆内部设置有一冷却通道，该冷却通道延伸至推杆上端部形成一冷媒进口，冷却通道延伸至推杆下端部形成一冷媒出口。

本发明的有益效果在于：

相比于现有技术，本发明使空气压缩相位滞后，气浮高速电主轴的自激振动点延后，从而使得气浮高速电主轴的轴芯在转动时，具有较高的稳定性，尤其是钻工件的小孔时，轴芯高速转动具有较高的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中上轴承座的结构示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图2中径向阻尼塞的结构示意图；

图5为图1中下轴承座的结构示意图；

图6为图5中轴向阻尼塞的结构示意图；

图7为图1中推力轴承座的结构示意图；

图8为图7所示推力轴承座的轴向截面视图；

其中：10、机体；11、定子组件；12、压缩气通道；20、轴芯；21、转子；22、导磁套；24、轴肩；25、轴霸；26、夹头；30、上轴承座；31、进气孔；32、出气孔；33、汇流孔；34、径向阻尼塞；341、稳定室；342、节流孔；40、下轴承座；41、进气孔；42、出气孔；43、汇流孔；44、径向阻尼塞；45、轴向阻尼塞；451、塞体；452、进气口；453、节流通道；454、气腔；50、推力轴承座；51、轴向阻尼塞；52、径向孔；53、环形槽；54、环形槽；55、连通槽；60、气缸；70、推杆；71、冷却通道。

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：

如图1-8所示，本发明的气浮高速电主轴包括机体10、轴芯20、上轴承座30和下轴承座40，其中，机体10内部安装有定子组件11，机体10上还设置有沿其轴向延伸的压缩气通道12，该压缩气通道12的上端部形成一与外界的压缩气源连接的管接头。轴芯20穿接在机体10内部，其上安装有与定子组件11匹配的转子21，转子21和定子组件11配合，用以驱动轴芯20绕自身轴线在机体10内部转动； 上轴承座30和下轴承座40分别固定在机体10的上下两端，其二者结构大致相同，以上轴承座30为例，其上设置有多个进气孔31，该多个进气孔31沿上轴承座30的径向延伸，并且在上轴承座30上均匀分布，进气孔31由上轴承座30的外侧端面延伸至上轴承座30的内壁，多个进气孔31的外侧端部均与压缩气通道12连通，为了使各个进气孔31的进气量一致，在机体10的内壁上正对进气孔31的位置设置一环槽，该多个进气孔31通过环槽与压缩气通道12连通，上轴承座30上还设置有多个出气孔32，该多个出气孔32沿上轴承座30的径向延伸，并在上轴承座30上均匀分布，出气孔32的内侧端延伸至上轴承座30的内壁、外侧端则为一盲端，出气孔32内位于出气孔32内侧端的部分安装有径向阻尼塞34，该径向阻尼塞34上设置有稳定室341和节流孔342，其中稳定室341位于径向阻尼塞34的内侧端部，节流孔342位于径向阻尼塞34的外侧，该节流孔342将稳定室341与出气孔32连通，此外，上轴承座30上还设置有轴向延伸的多个汇流孔33，汇流孔33贯穿连通轴向排布的出气孔32，用于将轴向排布的径向阻尼塞34的节流孔342外侧端连通，并且汇流孔33延伸至上轴承座30的端面。

下轴承座40的结构与上轴承座30相同，在这里不做重复描述，上述的气浮高速电主轴在使用过程中，向压缩气通道12内部通入高压气体，一部分高压气体经压缩气通道12由上轴承座30的多个进气孔31分流后进入到轴芯20和上轴承座30之间的间隙，形成气膜，对轴芯20起到径向支撑作用，之后，压缩气体进入到稳定室341中， 并继续顺延节流孔342进入到汇流孔33，最后由汇流孔33排出，由于节流孔342的直径小于稳定室341的直径，使得空气压缩相位滞后，这样，就使得气浮高速电主轴的自激振动点延后，从而提高了气浮高速电主轴的稳定性。由压缩气通道12进入的一部分高压气体则是继续向下，由下轴承座40上的多个进气孔41分流后进入到轴芯20与下轴承座40之间的间隙，形成气膜，对轴芯20起到径向支撑作用，之后压缩气体经由下轴承座40上的径向阻尼塞44，顺延出气孔42、汇流孔43排出。在通入压缩气体时，上述的上轴承座30和下轴承座40共同作用，分别对轴芯20的上端、下端进行支撑。

由于采用上述结构的上轴承座30和下轴承座40，使空气压缩相位滞后，气浮高速电主轴的自激振动点延后，从而使得气浮高速电主轴的轴芯20在转动时，具有较高的稳定性，尤其是钻工件的小孔时，轴芯20高速转动具有较高的稳定性。

上述的轴芯20下端部还设置有一轴肩24，下轴承座40的下方固定有一推力轴承座50，该推力轴承座50和下轴承座40共同作用，对轴芯20施加轴向的支撑力，具体的是，轴肩24被夹持在下轴承座40和推力轴承座50之间，下轴承座40上安装有出口朝向轴肩24上端面的轴向阻尼塞45，推力轴承座50上设置有出口朝向轴肩24下端面的轴向阻尼塞51，轴向阻尼塞45和轴向阻尼塞51的结构相同，只是其二者的安装方向相反，轴向阻尼塞45的进口通过下轴承座40的进气孔41与压缩气通道12连通，其将压缩气体导入到下轴承座40和轴肩24之间的间隙并形成气膜，轴向阻尼塞51的进口通过推 力轴承座50上开设的径向孔52与压缩气通道12连通，其将压缩气体导入到推力轴承座50与轴肩24之间的间隙并形成气膜。

为了进一步的使轴芯20在超高速转动的情况下更为稳定，上述的轴向阻尼塞45包括塞体451，塞体451上由轴向阻尼塞45的进口向着出口依序的设置进气口452、节流通道453以及气腔454，气腔454开设于轴向阻尼塞45靠近轴肩24的端面上，且气腔454呈喇叭状，气腔454的内径由远离轴肩24的一端向着靠近轴肩24的一端逐渐增大，节流通道453的直径小于进气口452的直径，压缩空气由进气口452进入，由于节流通道453的直径小于进气口452的直径，气流进入到节流通道453中后流速增大，增加了对轴芯20的承载能力，由于气腔454被设置为喇叭状，气流进入到气腔454内部后不会形成涡流，气膜的压力损失减小，从而增大了对轴肩24的支撑力，并且能够减小发热量。

推力轴承座50的上表面(即靠近轴肩24的表面)上设置有环形槽53和环形槽54，其中，环形槽53和环形槽54的圆心均落在推力轴承座50的中心轴上，环形槽53的直径大于环形槽54的直径，推力轴承座50的上表面开设有与轴向阻尼塞51一一对应的连通槽55，连通槽55均是沿推力轴承座50的径向延伸，连通槽55穿过轴向阻尼塞51的气腔，且连通槽55的两端分别连通至环形槽53和环形槽54。气浮高速电主轴工作时，气体由轴向阻尼塞51进入到连通槽55，接着由连通槽55分流至环形槽53和环形槽54，这样就增大了推力轴承座50上表面气膜的压力，从而增大了对轴芯20的承载能力，进 一步增大了轴芯20的稳定性。

本发明中，在轴芯20的内壁设置有一导磁套22，该导磁套22与转子21径向对齐，导磁套22可以选用导磁性较强的材料，例如纯铁(DT4)，低碳钢等，由于导磁套22的导磁作用，降低了电磁在轴芯20内部的损耗，减少了轴芯20转动的阻力以及发热量。

轴芯20为中空筒状结构，轴芯20下端内部固定有一轴霸25，轴霸25的下方设置有一夹头26，夹头26上端部穿接在轴霸25内部并与轴霸25通过螺纹固定连接，轴芯20内部活动的穿接有一位于轴霸25上方的推杆70，机体10的上端部固定有一用于带动推杆70顺延轴芯20的轴向活动的气缸60，在气缸60的带动下，推杆70上下运动，用以实现卸刀或上刀。推杆70内部设置有一冷却通道71，该冷却通道71延伸至推杆70上端部形成一冷媒进口，冷却通道71延伸至推杆70下端部形成一冷媒出口；在轴芯20处于工作状态时，推杆70上端部的冷媒进口接通外界的水、冷空气等冷媒，冷媒顺延推杆70向下流动并与轴芯20产生热交换，将轴芯20产生的热量带走后从冷媒出口流出，这样不仅可以对轴芯20起到冷却的作用，同时，从推杆70流出的冷媒还能够对工件的表面进行冷却。

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 (8)

1.气浮高速电主轴，其特征在于，包括，

机体，该机体内部安装有定子组件，机体上设置有压缩气通道；

穿接在机体内的轴芯，轴芯上安装有与定子组件匹配的转子；

分别固定在机体上下两端的两轴承座，轴承座上设置有多个均匀分布在轴承座上且沿轴承座径向向内延伸至轴承座内壁的进气孔、以及多个均匀分布在轴承座上且沿轴承座的径向由轴承座内壁向外延伸的出气孔，出气孔内安装有径向阻尼塞，该径向阻尼塞上设置有位于其内侧端的稳定室、以及位于稳定室外侧将稳定室与出气孔连通的节流孔，轴承座上设置有将轴向排布的径向阻尼塞的节流孔外侧端连通的汇流孔，汇流孔延伸至轴承座的端面；两轴承座上的进气孔的外侧端部与压缩气通道连通；节流孔的直径小于稳定室的直径。

2.如权利要求1所述的气浮高速电主轴，其特征在于，轴承座上的多个进气孔的外侧端延伸至轴承座的外侧面，该多个进气孔的外侧端通过设置在机体内壁的环槽与压缩气通道连通。

3.如权利要求1所述的气浮高速电主轴，其特征在于，轴芯的下端部还设置有一轴肩，位于机体下端部的轴承座下方固定有一推力轴承座，轴肩被夹持在该位于机体下端部的轴承座与推力轴承座之间，该位于机体下端部的轴承座上和推力轴承座上分别设置有出口朝向轴肩上下端面的轴向阻尼塞，轴向阻尼塞的进口与压缩气通道连通。

4.如权利要求3所述的气浮高速电主轴，其特征在于，轴向阻尼塞包括塞体，塞体上由轴向阻尼塞的进口向着出口依序的设置有进气口、节流通道以及气腔，气腔开设于轴向阻尼塞靠近轴肩的端面上，且气腔呈喇叭状，气腔的内径由远离轴肩的一端向着靠近轴肩的一端逐渐增大，节流通道的直径小于进气口的直径。

5.如权利要求4所述的气浮高速电主轴，其特征在于，推力轴承座靠近轴肩的表面上设置有两个环形槽，两环形槽的圆心落在推力轴承座的中心轴上，推力轴承座的靠近轴肩的表面上开设有与其上的轴向阻尼塞一一对应的连通槽，连通槽穿过与其对应的轴向阻尼塞的气腔，且连通槽沿推力轴承座的径向由其中一个环形槽延伸至另一个环形槽。

6.如权利要求1所述的气浮高速电主轴，其特征在于，轴芯的内壁在与转子径向对齐的位置设置有导磁套。

7.如权利要求1所述的气浮高速电主轴，其特征在于，轴芯为中空筒状结构，轴芯下端内部固定有一轴霸，轴霸的下方设置有一夹头，夹头上端部穿接在轴霸内部并与轴霸通过螺纹固定连接，轴芯内部活动的穿接有一位于轴霸上方的推杆，机体的上端部固定有一用于带动推杆顺延轴芯的轴向活动的气缸。

8.如权利要求7所述的气浮高速电主轴，其特征在于，推杆内部设置有一冷却通道，该冷却通道延伸至推杆上端部形成一冷媒进口，冷却通道延伸至推杆下端部形成一冷媒出口。