CN104525981B - 高速气浮电主轴 - Google Patents

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张翰乾
朱胜利
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Abstract

高速气浮电主轴，包括机体，其上设置有一进气通道；气浮轴承，其上均匀分布有多个径向延伸的安装孔，该安装孔的外侧端与进气通道的另一端导通、内侧端延伸至该气浮轴承的中心孔；穿接于中心孔内且与气浮轴承枢转配合的轴芯；阻尼塞，该阻尼塞安装于安装孔的内侧端，阻尼塞上由外向内依次设置有与安装孔连通的进气孔、连通于进气孔内侧端的第一节流孔、连通于第一节流孔内侧端的稳压腔、连通于稳压腔内侧端的第二节流孔，该第二节流孔的内侧端连通于轴芯和气浮轴承之间的间隙；驱动机构。本发明的高速气浮电主轴能够在工作时，对轴芯的偏摆进行及时的纠正，从而有效的防止了轴芯的偏摆，提高了电主轴在高速工作状态下的加工精度。

Description

高速气浮电主轴
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种高速气浮电主轴。
背景技术
电主轴是一种常用的机械加工设备，其用于带动刀具高速旋转对工件表面进行切削、磨削、钻孔等加工，为了增加电主轴的轴芯转速、以及降低能耗，利用气浮轴承替代传统的机械轴承，其具体是，在气浮轴承上设置阻尼塞，阻尼塞上开设进气口，接通外界高压气体后，利用阻尼塞将高压气体导入到轴芯侧面，由此，在轴芯的侧面形成气膜，对轴芯形成径向支承；然而，现有的气浮电主轴实际使用过程中，尤其是在轴芯高速转动的工作状态下，轴芯的偏摆幅度较大，阻尼塞不具备纠正轴芯的能力，因此，导致电主轴的加工精度较低，尤其是在轴芯高转速情况下，加工精度不能满足工件加工的高精度要求。
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高速气浮电主轴，其能够有效的防止轴芯偏摆，提高电主轴在高转速工作状态的加工精度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
高速气浮电主轴，包括，
机体，该机体上设置有一进气通道，进气通道的一端形成与外界高压气源连通的进气口；
固定在机体上的气浮轴承，该气浮轴承上均匀分布有多个沿其径向延伸的安装孔，该安装孔的外侧端与进气通道的另一端导通、内侧端延伸至该气浮轴承的中心孔；
穿接于中心孔内且与气浮轴承枢转配合的轴芯；
多个与安装孔一一对应的阻尼塞，该阻尼塞安装于安装孔的内侧端，阻尼塞上由外向内依次设置有与安装孔连通的进气孔、连通于进气孔内侧端的第一节流孔、连通于第一节流孔内侧端的稳压腔、连通于稳压腔内侧端的第二节流孔，该第二节流孔的内侧端连通于轴芯和气浮轴承之间的间隙；
以及用于带动轴芯相对于气浮轴承转动的驱动机构。
阻尼塞的内侧端面开设有一与第二节流孔连通的稳压室，该稳压室呈由外向内直径逐渐增大的锥状。
进气孔与第一节流孔衔接处、稳压腔与第二节流孔衔接处均形成一个呈锥状且直径由外向内逐渐减小的导流部。
轴芯采用钛合金材料制成。
驱动机构包括固定在机体内的定子、以及固定在轴芯内部与定子匹配的转子。
轴芯的表面开设有人字槽。
本发明的有益效果在于：
相比于现有技术，本发明的高速气浮电主轴能够在工作时，对轴 芯的偏摆进行及时的纠正，从而有效的防止了轴芯的偏摆，提高了电主轴在高速工作状态下的加工精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中上气浮轴承的结构示意图；
图3为图2中A处的放大视图；
图4为图1中轴芯的结构示意图；
其中：10、机体；11、进气通道；20、轴芯；30、上气浮轴承；31、安装孔；32、阻尼塞；321、进气孔；322、第一节流孔；323、稳压腔；324、第二节流孔；325、稳压室；40、下气浮轴承；50、定子；60、转子。
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、2、3、4所示，为本发明的一种高速气浮电主轴，其包括机体10、轴芯20、上气浮轴承30、下气浮轴承40、多个阻尼塞32以及驱动机构，机体10上设置有一进气通道11，该进气通道11的一端延伸至机体10外部形成与外界高压气源连通的进气口，上气浮轴承30和下气浮轴承40的结构相同，其二者均固定在机体10上并在机体10的轴向相互错开一定距离，由此，使上气浮轴承30和下气浮轴承40分别与轴芯20的上、下端部配合，上气浮轴承30和下 气浮轴承40上均设置有轴向的中心孔，轴芯20上、下端部分别穿接在上气浮轴承30和下气浮轴承40的中心孔内，使轴芯20上、下端部分别与上气浮轴承30和下气浮轴承40枢转配合；以上气浮轴承30为例，在上气浮轴承30上均匀分布有多个沿其径向延伸的安装孔31，该安装孔31的外侧端延伸至上气浮轴承30的外表面并与进气通道11连通、内侧端则延伸至上气浮轴承30的中心孔的侧壁上；多个阻尼塞32分别与上气浮轴承30和下气浮轴承40上的安装孔31一一对应，并且阻尼塞32安装于安装孔31的内侧端部，阻尼塞32上由外向内依次设置有与安装孔31连通的进气孔321、连通于进气孔321内侧端的第一节流孔322、连通于第一节流孔322内侧端的稳压腔323、连通于稳压腔323内侧端的第二节流孔324，该第二节流孔324的内侧端连通于轴芯20和上气浮轴承30之间的间隙；阻尼塞32与下气浮轴承40的配合与上述相同，在这里不做重复说明。与现有技术相同的，本发明中，阻尼塞32的内侧端面与上气浮轴承30和下气浮轴承40中心孔的侧壁平齐，当然，在考虑工件加工误差的前提下，也可以让阻尼塞32的内侧端面位于中心孔侧壁的外侧，只要确保其二者之间的距离足够小以满足使用要求即可。上述的驱动机构用于带动轴芯20绕自身中心轴线转动，即带动轴芯20相对于上气浮轴承30和下气浮轴承40转动。
本发明的高速气浮电主轴在使用时，驱动机构带动轴芯20高速转动，以上气浮轴承30与轴芯20配合处为例，外界高压气源经过进气孔321进入到阻尼塞32中，由第一节流孔322节流增压后依次经 过稳压腔323、第二节流孔324之后在轴芯20与上气浮轴承30之间形成高压气膜，均匀分布的多个径向阻尼塞32在轴芯20外周缘形成均匀、稳定的气膜，对轴芯20形成径向支承。如轴芯20发生偏摆时，该轴芯20必然向着其中一个阻尼塞32靠拢，在轴芯20向着该其中一个阻尼塞32靠拢的过程中，轴芯20与该阻尼塞32之间的间隙变小，此时，由于第二节流孔324的节流作用，气体不会马上从第二节流孔324中逆流泄压，由于不能及时泄压，其仍然对轴芯20施加与轴芯20偏摆方向相反的压力，同时，在上述过程中，在上气浮轴承30的圆周方向上与上述其中一个阻尼塞32正对的另一个阻尼塞32与轴芯20之间的间距逐渐增大，此时，由于在第一节流孔322与第二节流孔324之间设置一个稳压腔323，在轴芯20与该另一个阻尼塞32间距增大的过程中，由于设置两个节流孔，并且在第一节流孔322和第二节流孔324之间设置稳压腔323，使进气孔321内的气流不会迅速的向轴芯20与该另一个阻尼塞32的间隙中补充，并且在稳压腔323内部以及轴芯20与该另一个阻尼塞32之间形成一个瞬间的负压，从而，通过上述的两个相对设置的阻尼塞32，对轴芯20施加一个向着其偏摆方向相反的压力，从而及时的纠正轴芯20的偏摆，尤其是在轴芯20高速转动的情况下，能够对轴芯20起到较为明显的纠偏效果。
为了增加轴芯20的稳定性，尤其是增加轴芯20在高速转动情况下的稳定性，在阻尼塞32的内侧端面开设有一稳压室325，该稳压室325与第二节流孔324连通，并且稳压室325呈由外向内直径逐渐 增大的锥状。
上述的进气孔321与第一节流孔322衔接处、稳压腔323与第二节流孔324衔接处均形成一个呈锥状且直径由外向内逐渐减小的导流部，呈内锥状的导流部能够为气流在节流时提供导向，减小气流在流动时的阻力。
本发明中，驱动机构包括固定在机体10内的定子50、以及固定在轴芯20内部与定子50匹配的转子60，由于将转子60置于轴芯20内部，利用轴芯20包裹转子60，无需在转子60外部设置保护套，减小了轴芯20的整体外径以及转动惯量，提高了轴系的临界转速；同时，轴芯20可以选用钛合金材料制成，一方面保证了定子50磁路的通畅、另一方面降低了轴芯20的重量。
为了进一步提高轴芯20在高转速工作状态下的稳定性，还可以在轴芯20的表面开设人字槽。
在以上的技术方案中，设置上气浮轴承30和下气浮轴承40，用以在轴芯20的两端为轴芯20提供支承，本发明还可以是依据轴芯20的长度，设置相应数量的气浮轴承，当然，设置一个气浮轴承，也可以实现本发明防止轴芯20偏摆、提高气浮电主轴加工精度的目的。
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 (6)

1.高速气浮电主轴，其特征在于，包括，
机体，该机体上设置有一进气通道，进气通道的一端形成与外界高压气源连通的进气口；
固定在机体上的气浮轴承，该气浮轴承上均匀分布有多个沿其径向延伸的安装孔，该安装孔的外侧端与进气通道的另一端导通、内侧端延伸至该气浮轴承的中心孔；
穿接于中心孔内且与气浮轴承枢转配合的轴芯；
多个与安装孔一一对应的阻尼塞，该阻尼塞安装于安装孔的内侧端，阻尼塞上由外向内依次设置有与安装孔连通的进气孔、连通于进气孔内侧端的第一节流孔、连通于第一节流孔内侧端的稳压腔、连通于稳压腔内侧端的第二节流孔，该第二节流孔的内侧端连通于轴芯和气浮轴承之间的间隙；
以及用于带动轴芯相对于气浮轴承转动的驱动机构。
2.如权利要求1所述的高速气浮电主轴，其特征在于，阻尼塞的内侧端面开设有一与第二节流孔连通的稳压室，该稳压室呈由外向内直径逐渐增大的锥状。
3.如权利要求1所述的高速气浮电主轴，其特征在于，进气孔与第一节流孔衔接处、稳压腔与第二节流孔衔接处均形成一个呈锥状且直径由外向内逐渐减小的导流部。
4.如权利要求1所述的高速气浮电主轴，其特征在于，驱动机构包括固定在机体内的定子、以及固定在轴芯内部与定子匹配的转子。
5.如权利要求4所述的高速气浮电主轴，其特征在于，轴芯采用钛合金材料制成。
6.如权利要求1所述的高速气浮电主轴，其特征在于，轴芯的表面开设有人字槽。
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Granted publication date: 20160824

Pledgee: China Co. truction Bank Corp Guangzhou Tianhe subbranch

Pledgor: GUANGZHOU HAOZHI INDUSTRIAL Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980004445

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