CN106141213A - 一种气浮电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气浮电主轴，包括机体、轴芯组件、动力组件、铝水套、气缸、上轴承组件、下轴承组件、推力轴承组件和盖板组件；机体为空腔结构；轴芯组件包括转轴段和夹头段；夹头段上设有轴肩；转轴段设于机体内，其下部套设于夹头段上；轴肩从机体底部伸出；动力组件包括铜转子和定子组件，铜转子套设于转轴段上；定子组件设于机体内并与铜转子相对；上轴承组件设于转轴段上部；下轴承组件设于转轴段下部，推力轴承组件设于夹头段上；盖板组件设于推力轴承组件底部；铝水套设于上轴承组件顶部；气缸设置于铝水套顶部，其配设的活塞杆穿过铝水套并伸入转轴段内。该气浮电主轴加工容易，结构简单，运行平稳，散热效果好。

Description

一种气浮电主轴

技术领域

本发明涉及加工设备技术领域，尤其涉及一种气浮电主轴。

背景技术

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。随着经济发展和技术腾飞的需求，越来越多的新技术不断涌现，机械加工行业也在异军突起，尤其是占据领先地位的电主轴行业技术创新非常明显。由于油泵、油嘴磨削，有色金属的成型加工以及高光行业的精度越来越高，迫使电主轴向着高转速和高功率方向发展。传统的滚珠轴承电主轴受制于轴承的限制，其转速很难进一步提高。因此，电主轴行业的高转速必须在气浮主轴上进行研发。

现有气浮高速电主轴的功率(﹤1.5Kw)往往不如滚珠轴承，这主要是因为受到气浮轴芯的结构限制。如图1-2所示，为了节省空间，现有气浮轴芯多采用嵌铜鼠笼结构，其转子部件以嵌铜方式固定在轴芯上。也就是说，在轴向方向上，铜鼠笼转子不会向外凸出轴芯，与轴芯的外壁是平齐的。虽然，节省了一部分空间，然而，嵌铜工艺复杂，使得轴芯的加工周期偏长，良品率低，且嵌铜工艺往往需要使用硬磁材料，材料选择范围小；并且，需要以轴芯为导磁材料，导致电主轴电机磁损较大，发热严重，极大地影响了电主轴的加工成本与使用性能；同时，轴芯材料既要满足耐腐蚀性，又必须具备良好的导磁性，要求较苛刻。并且，现有的气浮高速电主轴存在运行平稳度欠佳，散热效果不好的现象。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种气浮电主轴，该气浮电主轴简化了轴芯的加工工艺，加工容易，结构简单、紧凑，既节约了生产成本，也延长了主轴的使用寿命，且运行平稳，散热效果好。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种气浮电主轴，包括机体、轴芯组件、动力组件、铝水套、气缸、上轴承组件、下轴承组件、推力轴承组件和盖板组件；所述机体为空腔结构，在所述机体的壁面内沿轴向方向分别设置有进气主通道和回气通道；所述轴芯组件包括转轴段和夹头段；所述转轴段和所述夹头段均为中空结构，所述夹头段上设置有轴肩；所述转轴段设置于所述机体内，其下部匹配套设并固定于所述夹头段上，且与所述轴肩承接；所述轴肩从所述机体的底部横向伸出；所述动力组件包括铜转子和定子组件，所述铜转子匹配套设并固定于所述转轴段上；所述定子组件设置于所述机体的内壁上，并与所述铜转子相对应；所述上轴承组件设置于所述转轴段的上部，并与所述转轴段之间形成有第一间隙；所述下轴承组件设置于所述转轴段的下部，并位于所述轴肩上方，所述下轴承组件与所述转轴段之间形成第二间隙，与所述轴肩之间形成有第三间隙；所述推力轴承组件设置于所述夹头段上，并位于所述轴肩下方，所述推力轴承组件与所述轴肩之间形成有第四间隙；所述盖板组件设置于所述推力轴承组件的底部；所述铝水套设置于所述上轴承组件的顶部；所述气缸设置于所述铝水套的顶部，其配设的活塞杆穿过所述铝水套并伸入所述转轴段内；所述铝水套内设置有进气口、出气口和第一气路；所述上轴承组件内设置有与所述第一间隙相通的第二气路；所述下轴承组件内设置有与所述第二间隙、第三间隙均相通的第三气路；所述推力轴承组件内设置有与所述第四间隙相通的第四气路；所述铝水套的进气口与所述第一气路的进气口连接，所述第一气路的出气口与所述进气主通道的进气口连接；所述第二气路、第三气路、第四气路的进气口均与所述进气主通道连通，它们的出气口均与所述回气通道连通，所述回气通道与所述铝水套出气口连通。

需要说明的是：定子组件是电动机静止不动的部分。定子组件由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。定子的主要作用是产生旋转磁场，而转子的主要作用是在旋转磁场中被磁力线切割进而产生(输出)电流。铜转子是由转子冲片叠在一起压制而成的，可单独取出，加工简单。转子冲片能够减少涡流损耗，且用良好的电工钢冲压而成，其导磁性优于转轴段材料。

优选的，所述第一气路包括第一进气道和第一出气道；所述进气口、第一进气道和进气主通道依次连通；所述第一出气道的出气端与所述出气口连通；所述第二气路包括设置于所述上轴承组件上的若干第一横向通气孔和第二出气道；所述第一横向通气孔的进气端与所述进气主通道连通，其出气端与所述第一间隙连通；所述第二出气道的进气端与所述第一间隙连通，其出气端与所述第一出气道的进气端连通；所述第三气路包括设置于所述下轴承组件上的若干第二横向通气孔、第一竖向通气孔和第三出气道；所述第二横向通气孔的出气端与所述第二间隙连通，其进气端与所述进气主通道连通；所述第一竖向通气孔的进气端与所述第二横向通气孔连通，其出气端与所述第三间隙连通；所述第三出气道的进气端与所述第二间隙、第三间隙均连通，其出气端与所述回气通道连通；所述第四气路包括设置于所述推力轴承组件上的第二进气道、第二竖向通气孔和第三出气道；所述第二进气道的进气端与所述进气主通道连通，其出气端与所述第二竖向通气孔的进气端连通，所述第二竖向通气孔的出气端与所述第四间隙连通；所述第三出气道的进气端与所述第四间隙连通，其出气端与所述回气通道连通。

优选的，在所述机体内分别设置有第一机体水道、第二机体水道、第三机体水道、第一回水道和第二回水道；所述铝水套上设置有进水口、出水口、第一进水道和第一出水道；所述上轴承组件内设置有第一水道和第二水道；所述定子组件外套设有铜套；所述铜套上内设置有第三水道；所述下轴承组件内设置有第四水道；所述推力轴承组件内设有第五水道；所述盖板组件内设置有第六水道；所述第一进水道的进水端与所述进水口连接，其出水端与所述第二水道、第一机体水道、第三水道、第二机体水道、第四水道、第三机体水道、第五水道和第六水道依次连通，所述第六水道的出水端与所述第一回水通道的进水端连接，所述第一回水通道的出水端与所述第一水道的进水端连接，所述第一进水道的出水端与所述第二回水道的进水端连接，所述第二回水道的出水端与所述第一出水道的进水端连接，所述第一出水道的出水端与所述出水口连接。

优选的，所述第一水道、第三水道、第四水道、第五水道和第六水道均为环形水道；所述铜套内设置有环形分隔件；所述环形分隔件设置于所述第三水道内，把所述第三水道分隔成连通的上部水道和下部水道；所述上轴承组件包括第一外套和第一内套；所述第一外套匹配套设于第一内套外；所述第一外套内设置有第一环形水道A，所述第一内套内设置有第一环形水道B；所述第一环形水道A和所述第二环形水道B组成所述第一水道；所述下轴承组件包括第二外套和第二内套；所述第二外套匹配套设于第二内套外；所述第二外套内设置有第四环形水道A，所述第二内套内设置有第四环形水道B；所述第四环形水道A和所述第四环形水道B组成所述第四水道。

优选的，所述轴芯组件还包括钢套；所述钢套固定于所述转轴段的上部，并与所述上轴承组件相对；所述上轴承组件与所述钢套之间形成所述第一间隙。

优选的，还包括夹头组件，所述夹头组件包括轴霸、碟簧和夹头；所述夹头包括柱形段和锥形段，所述锥形段上向内凹陷设置有环形储油槽；所述轴霸设置于所述转轴段内，并位于所述活塞杆的下方；所述碟簧套设于所轴霸上，其下端与所述夹头段的顶面连接；所述夹头段的下部形成有锥形安装孔；所述夹头设置于所述夹头段内，所述夹头的柱形段套设在所述轴霸上，其锥形段设置于所述锥形安装孔内。

优选的，还包括若干阻尼塞；所述阻尼塞内设置有通孔，所述通孔包括进气端和出气端，所述进气端的内径大于所述出气端的内径，且所述出气端的尾部向外扩张形成喇叭腔；所述第一横向通气孔、第二横向通气孔、第一竖向通气孔和第二竖向通气孔内均设置有所述阻尼塞。

优选的，所述盖板组件包括盖板本体和盖板内套；所述盖板内套设置于所述盖板本体内，并套设于所述夹头的锥形段上，且与所述夹头的锥形段之间形成有第五间隙；所述第五间隙沿所述夹头的锥形段与外界轴向相通，并与所述第四间隙连通。

优选的，所述上轴承组件的底部与所述定子组件相对的地方向上凹陷形成有凹陷部；所述上轴承组件的外壁向下延伸包围所述凹陷部。

优选的，所述铜转子匹配套设并固定于所述转轴段的中部。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明所提供的气浮电主轴，为了改善电主轴的加工能力，提高电主轴的承载能力和功率，转子部件一改传统的铜鼠笼结构，取而代之的是铜转子。设置铜转子无需嵌铜工艺，铜转子可用电学性能更好的材料，选材更加灵活，相比之前的嵌铜鼠笼的方式，电机性能有显著的改善，功率、承载力也极大的提高，且铜转子加工简单，周期较短。铜转子是由转子冲片叠在一起压制而成的，可单独取出，加工方便；转子冲片能够减少涡流损耗，且用良好的电工钢冲压而成，其导磁性优于转轴段材料。并且，本发明所提供的气浮电主轴，气浮气路设计合理，能够保证电主轴在工作过程中，轴芯与周围部件无接触，转动稳定性高。

(2)本发明所提供的气浮电主轴，铜转子设置于转轴段的中部，即采用铜转子中置结构，铜转子置于气浮轴芯的中间，可以有效的保证电主轴的稳定性。另外，为了装入铜转子，需要将转轴段的上端外圆做小，待铜转子装入后，再在转轴段的上端嵌入钢套，以此保证轴芯上、下气浮位尺寸一致性，进一步提高稳定性。

(3)本发明所提供的气浮电主轴，上轴承组件与定子组件上端面之间设置有凹陷部，即采取大间距设计。定子组件是电动机静止不动的部分，由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，其主要作用是产生旋转磁场，而转子的主要作用是在旋转磁场中被磁力线切割进而产生(输出)电流。对于气浮电主轴而言，为了尽可能提高功率以及电机性能，定子尽可能占用更大的空间，这会导致定子端面到上轴承组件端面的距离很小，在装配时容易压线，且易引起定子的击穿，存在安全隐患。凹陷部保证了定子组件端面到上轴承组件之间形成较大间隙，从而给线圈出线留下足够的空间，而凹陷部外被上轴承组件的外壁包围，能够保证轴承进气。

(4)本发明所提供的气浮电主轴，设置有冷却水系统，散热效果好。定子组件外表设置有铜套，冷却液从铝水套的进水口，依次经过铝水套内的第一进水道和上轴承组件内的第二道后，进入机体组件，然后进入铜套内的冷却水道，接着流经下轴承组件水道、推力轴承组件水道、盖板组件水道后，又经机体的回水通道，随即穿过上轴承组件水道，最后经铝水套组件流出。此设计，可以快速的带走电机产生的热量，保证主轴在恒定的温度下工作，可有效的延长主轴的使用寿命。

(5)本发明所提供的气浮电主轴，为了进一步提高散热能力，定子组件外的铜套采用强制循环冷却水道设计，即在第三水道内设置环形分隔件，从而形成上部水道和下部水道，冷却水从上部水道进入，强制循环绕着定子上端一圈后，进入下部水道，再绕定子下端一圈后回到机体的回水通道内。另外，上轴承组件和下轴承组件均采用内外套组合设计，冷却液可直接经过内套水道，带走更多的热量，内套与轴承座之间用密封圈密封，既可以将气道与水道隔开，同时还可以起到很好的减震作用，从而提高气浮主轴的稳定性。

(6)本发明所提供的气浮电主轴，夹头设置有储油槽。为了保证夹头的夹持力，并且防止其在多次换刀时磨损，夹头与锥形安装孔接的触面需涂抹润滑油，随着换刀以及清洗次数增多，润滑油逐渐消失。夹头设置有储油槽，润滑油会储存在储油槽内，可时刻对锥孔补充润滑油，持续保证夹持力大小，从而保证主轴的加工性能。

(7)本发明所提供的气浮电主轴，轴芯前端采用气封设计，即盖板组件的内套与轴芯夹头段前端留有第五间隙，系统中气体可通过该间隙流向外面，同时也起到气封作用，防止加工过程中粉尘进入主轴内部，延长主轴使用寿命，同时还可以将工件表面残留吹走，提高表面加工效果。

(8)本发明所提供的气浮电主轴，阻尼塞内设置有通孔，通孔的进气端内径大于出气端内径，且出气端向外扩张形成喇叭状。当气体从阻尼塞的进气端到达出气端时，流速增大，增加对轴芯的承载能力，气流通过喇叭状的出气尾端时，不会形成涡流，气膜的压力损失减小，从而增大了对轴芯的支撑力，并能能够减小发热量。

附图说明

图1为现有气浮电主轴中轴芯与铜鼠笼的装配示意图；

图2为铜鼠笼的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的气浮电主轴的剖面图；

图4为本发明实施例所提供的气浮电主轴的又一剖面图；

图5为本发明实施例所提供的气浮电主轴中轴芯与铜转子的装配示意图；

图6为本发明实施例所提供的气浮电主轴中铜转子的爆炸示意图；

图7为本发明实施例所提供的气浮电主轴中铜套的示意图；

图8为图3中的局部(圆圈F)放大图；

图9为图3中的局部(圆圈G)放大图；

图10为图3中的局部(圆圈H)放大图；

图11为图3中的局部(圆圈E)放大图；

图12为本发明实施例所提供的气浮电主轴中阻尼塞的示意图；

图中：10、机体；11、进气主通道；12、回气通道；20、轴芯组件；21、转轴段；22、夹头段；24、钢套；30、铜转子；31、定子组件；32、铜套；33、环形分隔件；34、转子冲片；40、上轴承组件；41、凹陷部；50、下轴承组件；51、第二内套；52、第二外套；60、推力轴承组件；70、盖板组件；71、盖板内套；72、第五间隙；80、铝水套；81、进气口；82、出气口；83、进水口；84、出水口；90、气缸；91、活塞杆；100、阻尼塞；101、进气端；102、出气端；110、轴霸；111、碟簧；112、夹头；113、储油槽；120、铜鼠笼；130、第一进水道；131、第二水道；132、第一机体水道；133、上部水道；134、下部水道；135、第四环形水道A；136、第四环形水道B；137、第五水道；138、第六水道；139、第一水道；140、密封圈；141、第二机体水道；142、第三机体水道；143、第一出水道；144、第二回水道。

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1-2所示，为现有技术气浮电主轴中轴芯组件20的结构示意图。为了节省空间，现有气浮轴芯多采用嵌铜鼠笼120结构，铜鼠笼120以嵌铜方式固定在轴芯上。也就是说，在轴向方向上，铜鼠笼120不会向外凸出轴芯，与轴芯的外壁是平齐的。虽然，节省了一部分空间，然而，嵌铜工艺复杂，使得轴芯的加工周期偏长，良品率低，且嵌铜工艺往往需要使用硬磁材料，导致电主轴电机磁损较大，发热严重，极大地影响了电主轴的加工成本与使用性能；同时，轴芯材料既要满足耐腐蚀性，又必须具备良好的导磁性，要求较苛刻。

为了改进现有技术的不足，本发明提供了一种气浮电主轴。

如图3-4所示，一种气浮电主轴，包括机体10、轴芯组件20、动力组件、铝水套80、气缸90、上轴承组件40、下轴承组件50、推力轴承组件60和盖板组件70；机体10为空腔结构，在机体10的壁面内沿轴向方向分别设置有进气主通道11和回气通道12。

如图5所示，轴芯组件20包括转轴段21和夹头段22；转轴段21和夹头段22均为中空结构，夹头段22上设置有轴肩，转轴段21设置于机体10内，其下部匹配套设并固定于夹头段22上，且与所述轴肩承接；所述轴肩从机体10的底部横向伸出。

如图3-4所示，所述动力组件包括铜转子30和定子组件31，铜转子30匹配套设并固定于转轴段21上；定子组件31设置于机体10的内壁上，并与铜转子30相对应。如图6所示，铜转子30是由转子冲片34叠在一起压制而成的，可单独取出，加工方便；转子冲片34能够减少涡流损耗，且用良好的电工钢冲压而成，其导磁性优于转轴段21的材料。

如图3所示，上轴承组件40设置于转轴段21的上部，并与转轴段21之间形成有第一间隙；下轴承组件50设置于转轴段21的下部，并位于所述轴肩上方，下轴承组件50与转轴段21之间形成第二间隙，与所述轴肩之间形成有第三间隙；推力轴承组件60设置于夹头段22上，并位于所述轴肩下方，所述推力轴承组件60与所述轴肩之间形成有第四间隙；盖板组件70设置于推力轴承组件60的底部；铝水套80设置于上轴承组件40的顶部；气缸90设置于铝水套80的顶部，其配设的活塞杆91穿过铝水套80并伸入转轴段21内。

本发明所提供的气浮电主轴，其气路系统的具体设置如下所述：见图3，机体10的壁面内沿轴向方向分别设置有进气主通道11和回气通道12。铝水套80内设置有进气口81、出气口82和第一气路；上轴承组件40内设置有与所述第一间隙相通的第二气路；下轴承组件50内设置有与所述第二间隙、第三间隙均相通的第三气路；推力轴承组件60内设置有与所述第四间隙相通的第四气路；进气口81与所述第一气路的进气口连接，所述第一气路的出气口与进气主通道11的进气口连接；所述第二气路、第三气路、第四气路的进气口均与进气主通道11连通，它们的出气口均与回气通道12连通，回气通道12与出气口连通。

更加具体地，对于铝水套80，所述第一气路包括第一进气道和第一出气道；进气口81、第一进气道和进气主通道11依次连通；出气口82、所述第一出气道和回气通道12之间相互连通，所述第一出气道的数目可以不限于一条，例如，设置一条第一出气道，其进气端可以与上轴承组件40内的第二出气道的出气端连接，其出气端与出气口82连接；然后设置另一条第一出气道，其进气端与回气通道12连通，出气端铝水套80上的出出气口82连通。所述第二气路包括设置于上轴承组件40上的若干第一横向通气孔和第二出气道；所述第一横向通气孔的一端与所述第一间隙连通，其另一端与进气主通道11连通；所述第二出气道的一端与所述第一间隙连通，其另一端与所述第一出气道连通。所述第三气路包括设置于下轴承组件50上的若干第二横向通气孔、第一竖向通气孔和第三出气道；所述第二横向通气孔的一端与所述第二间隙连通，其另一端与进气主通道11连通；所述第一竖向通气孔的一端与所述第二横向通气孔连通，其另一端与所述第三间隙连通；所述第三出气道的一端与所述第二间隙、第三间隙均连通，其另一端与回气通道12连通。所述第四气路包括设置于推力轴承组件60上的第二进气道、第二竖向通气孔和第三出气道；所述第二进气道的一端与进气主通道11连通，其另一端与所述第二竖向通气孔连通，所述第二竖向通气孔与所述第四间隙连通；所述第三出气道的进气端与所述第四间隙连通，其出气端与回气通道12连通。

另外，为了给本发明实施例所提供的气浮电主轴进行散热，提高工作性能，延长使用寿命。如图4所示，该气浮电主轴还设置有冷却水系统，在机体10内分别设置有第一机体水道132、第二机体水道141、第三机体水道142、第一回水道和第二回水道144；铝水套80上设置有进水口83、出水口84、第一进水道130和第一出水道143；上轴承组件40内设置有第一水道139和第二水道131；定子组件31外套设有铜套32；铜套32上内设置有第三水道；下轴承组件50内设置有第四水道；推力轴承组件60内设有第五水道137；盖板组件70内设置有第六水道138；第一进水道130的进水端与进水口83连接，其出水端依次与第二水道131、第一机体水道132、第三水道、第二机体水道141、第四水道、第三机体水道142、第五水道137和第六水道138依次连通，第六水道138的出水端与所述第一回水通道的进水端连接，所述第一回水通道的出水端与第一水道139的进水端连接，第一进水道139的出水端与第二回水道144的进水端连接，第二回水道144的出水端与第一出水道143的进水端连接，第一出水道143的出水端与出水口84连接。

为了进一步提高散热能力，更具体地，可以采取如下设置方式：如图7所示，第一水道139、第三水道、第四水道、第五水道137和第六水道138均为环形水道；铜套32内设置有环形分隔件33；环形分隔件33设置于所述第三水道内，把所述第三水道分隔成连通的上部水道133和下部水道134；上轴承组件40包括第一外套和第一内套；所述第一外套匹配套设于第一内套外；所述第一外套内设置有第一环形水道A，所述第一内套内设置有第一环形水道B；所述第一环形水道A和所述第二环形水道B组成第一水道139，下轴承组件50包括第二外套52和第二内套51，第二外套52匹配套设于第二内套51外；第二外套52内设置有第四环形水道A135，第二内套51内设置有第四环形水道B136；第四环形水道A135和第四环形水道B136组成所述第四水道。

该气浮电主轴工作过程中，水流方向如下：冷却水从铝水套80的进水口83进入，经过第一进水道130和第二水道131后，到达机体10内的第一机体水道132，然后从第一机体水道132进入定子组件31外的铜套32内，冷却水从上部水道133进入，强制循环绕着定子组件31上端一圈后，进入下部水道134，再绕定子组件31下端一圈后回到第二机体水道141，再接着流入第四环形水道A135和第四环形水道B136，随后进入第三机体水道142，接着依次流入第五水道137和第六水道138，然后流入第一回水道，接着从第一回水道进入第一水道139，水从第一水道130流出后，进入第二回水道144，最后经铝水套80流出。此设计，可以快速的带走电机产生的热量，保证主轴在恒定的温度下工作，可有效的延长主轴的使用寿命。在下轴承组件50内，第二外套52和所述第二内套51之间用密封圈140密封，既可以将气道与水道隔开，同时还可以起到很好的减震作用，从而提高气浮主轴的稳定性。上轴承组件40和下轴承组件50的设置方式一致。

如图3所示，为了装入铜转子30，需要将转轴段21的上端外圆做小，待铜转子30装入后，再在转轴段21的上端嵌入钢套24，以此保证轴芯上、下气浮位尺寸一致性，进一步提高稳定性。具体地，轴芯组件20还包括钢套24；钢套24固定于转轴段21的上部，并与上轴承组件40相对；上轴承组件40与钢套24之间形成所述第一间隙。

如图3和图10所示，该气浮电主轴，还包括夹头组件，所述夹头组件包括轴霸110、碟簧111和夹头112；夹头112包括柱形段和锥形段，所述锥形段上向内凹陷设置有环形储油槽113；轴霸110设置于转轴段21内，并位于活塞杆91的下方；碟簧111套设于轴霸110上，其下端与夹头段22的顶面连接；夹头段22的下部形成有锥形安装孔；夹头112设置于夹头段22内，夹头112的柱形段套设在轴霸110上，其锥形段设置于所述锥形安装孔内。润滑油会储存在储油槽113内，可时刻对锥孔补充润滑油，持续保证夹持力大小，从而保证主轴的加工性能。

如图12所示，该气浮电主轴还包括若干阻尼塞100；阻尼塞100内设置有通孔，所述通孔包括进气端101和出气端102，进气端101的内径大于出气端102的内径，且出气端102的尾部向外扩张形成喇叭腔；所述第一横向通气孔、第二横向通气孔、第一竖向通气孔和第二竖向通气孔内均设置有阻尼塞100。当气体从阻尼塞100的进气端101到达出气端102时，流速增大，增加对轴芯的承载能力，气流通过喇叭状的出气尾端时，不会形成涡流，气膜的压力损失减小，从而增大了对轴芯的支撑力，并能能够减小发热量。

如图9所示，该气浮电主轴的盖板组件70包括盖板本体和盖板内套71；盖板内套71设置于所述盖板本体内，并套设于夹头112的锥形段上，且与夹头112的锥形段之间形成有第五间隙72；第五间隙72沿夹头112的锥形段与外界轴向相通，并与所述第四间隙连通。系统中气体可通过第五间隙72流向外面，同时也起到气封作用，防止加工过程中粉尘进入主轴内部，延长主轴使用寿命，同时还可以将工件表面残留吹走，提高表面加工效果。

如图11所示，该气浮电主轴的上轴承组件40的底部与定子组件31相对的地方向上凹陷形成有凹陷部41；上轴承组件40的外壁向下延伸包围凹陷部41。对于气浮电主轴而言，为了尽可能提高功率以及电机性能，定子组件31尽可能占用更大的空间，这会导致定子组件31端面到上轴承组件40端面的距离很小，在装配时容易压线，且易引起定子组件31的击穿，存在安全隐患。凹陷部41保证了定子组件31端面到上轴承组件40之间形成较大间隙，从而给线圈出线留下足够的空间，而凹陷部41外被上轴承组件40的外壁包围，能够保证轴承进气。

如图3-4所示，铜转子30设置于转轴段21的中部，即采用铜转子30中置结构，铜转子30置于气浮轴芯的中间，可以有效的保证电主轴的稳定性。

本发明实施例所提供的气浮电主轴工作原理如下所述：

本发明所提供的气浮电主轴，高压空气从上轴承进气口经过铝水套组件后，一部分进入上轴承组件，一部分通过机体组件，然后依次进入下轴承组件和推力轴承组件。气体通过上轴承组件内的第一横向通气孔，进入到上轴承组件与转轴段之间的第一间隙，形成高压气膜，对轴芯的上端起到径向支撑作用；同理，气体通过下轴承组件内的第二横向通气孔，进入到下轴承组件与转轴段之间的第二间隙，形成高压气膜，对轴芯的下端起到径向支撑作用。同时，气体从上往下通过下轴承组件内的第一竖向通气孔，进入到下轴承组件与轴肩之间形成的第三间隙，形成高压气膜，对轴芯起到向下的轴向支撑作用；气体从下往上通过推力轴承组件内的第二竖向通气孔，进入到推力轴承组件与轴肩之间形成的第四间隙，形成高压气膜，对轴芯起到向上的轴向支撑作用。在高压气膜的径向支撑和轴向支撑作用下，轴芯能够无接触悬浮，并确保轴芯具有一定的承载能力与刚度。

铜转子镶嵌在轴芯中间，与定子组件组成三相异步感应电机，通过驱动器向定子组件通入高频交变电流，使得定子与铜转子之间构成交变磁场，铜转子中的铜条产生感应电流，进而铜转子受到旋转扭矩，带动整个轴芯一起作高速旋转。

当需要进行刀具更换时，给顶部气缸通入压缩气体，活塞杆推动轴芯内的轴霸，压缩碟簧使夹头下移张开，从而卸下刀具和装入新的刀具，切断气缸供气便可自动夹紧刀具。

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 (10)

1.一种气浮电主轴，其特征在于，包括机体、轴芯组件、动力组件、铝水套、气缸、上轴承组件、下轴承组件、推力轴承组件和盖板组件；

所述机体为空腔结构，在所述机体的壁面内沿轴向方向分别设置有进气主通道和回气通道；

所述轴芯组件包括转轴段和夹头段；所述转轴段和所述夹头段均为中空结构，所述夹头段上设置有轴肩；所述转轴段设置于所述机体内，其下部匹配套设并固定于所述夹头段上，且与所述轴肩承接；所述轴肩从所述机体的底部横向伸出；

所述动力组件包括铜转子和定子组件，所述铜转子匹配套设并固定于所述转轴段上；所述定子组件设置于所述机体的内壁上，并与所述铜转子相对应；

所述上轴承组件设置于所述转轴段的上部，并与所述转轴段之间形成有第一间隙；所述下轴承组件设置于所述转轴段的下部，并位于所述轴肩上方，所述下轴承组件与所述转轴段之间形成第二间隙，与所述轴肩之间形成有第三间隙；所述推力轴承组件设置于所述夹头段上，并位于所述轴肩下方，所述推力轴承组件与所述轴肩之间形成有第四间隙；所述盖板组件设置于所述推力轴承组件的底部；所述铝水套设置于所述上轴承组件的顶部；所述气缸设置于所述铝水套的顶部，其配设的活塞杆穿过所述铝水套并伸入所述转轴段内；

所述铝水套内设置有进气口、出气口和第一气路；所述上轴承组件内设置有与所述第一间隙相通的第二气路；所述下轴承组件内设置有与所述第二间隙、第三间隙均相通的第三气路；所述推力轴承组件内设置有与所述第四间隙相通的第四气路；

所述铝水套的进气口与所述第一气路的进气口连接，所述第一气路的出气口与所述进气主通道的进气口连接；所述第二气路、第三气路、第四气路的进气口均与所述进气主通道连通，它们的出气口均与所述回气通道连通，所述回气通道与所述铝水套的出气口连通。

2.根据权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于，所述第一气路包括第一进气道和第一出气道；所述进气口、第一进气道和进气主通道依次连通；所述第一出气道的出气端与所述出气口连通；

所述第二气路包括设置于所述上轴承组件上的若干第一横向通气孔和第二出气道；所述第一横向通气孔的进气端与所述进气主通道连通，其出气端与所述第一间隙连通；所述第二出气道的进气端与所述第一间隙连通，其出气端与所述第一出气道的进气端连通；

所述第三气路包括设置于所述下轴承组件上的若干第二横向通气孔、第一竖向通气孔和第三出气道；所述第二横向通气孔的出气端与所述第二间隙连通，其进气端与所述进气主通道连通；所述第一竖向通气孔的进气端与所述第二横向通气孔连通，其出气端与所述第三间隙连通；所述第三出气道的进气端与所述第二间隙、第三间隙均连通，其出气端与所述回气通道连通；

所述第四气路包括设置于所述推力轴承组件上的第二进气道、第二竖向通气孔和第三出气道；所述第二进气道的进气端与所述进气主通道连通，其出气端与所述第二竖向通气孔的进气端连通，所述第二竖向通气孔的出气端与所述第四间隙连通；所述第三出气道的进气端与所述第四间隙连通，其出气端与所述回气通道连通。

3.根据权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于，在所述机体内分别设置有第一机体水道、第二机体水道、第三机体水道、第一回水道和第二回水道；

所述铝水套上设置有进水口、出水口、第一进水道和第一出水道；

所述上轴承组件内设置有第一水道和第二水道；

所述定子组件外套设有铜套；所述铜套上内设置有第三水道；

所述下轴承组件内设置有第四水道；

所述推力轴承组件内设有第五水道；

所述盖板组件内设置有第六水道；

所述第一进水道的进水端与所述铝水套的进水口连接，其出水端与所述第二水道、第一机体水道、第三水道、第二机体水道、第四水道、第三机体水道、第五水道和第六水道依次连通，所述第六水道的出水端与所述第一回水通道的进水端连接，所述第一回水通道的出水端与所述第一水道的进水端连接，所述第一进水道的出水端与所述第二回水道的进水端连接，所述第二回水道的出水端与所述第一出水道的进水端连接，所述第一出水道的出水端与所述铝水套的出水口连接。

4.根据权利要求3所述的气浮电主轴，其特征在于，所述第一水道、第三水道、第四水道、第五水道和第六水道均为环形水道；

所述铜套内设置有环形分隔件；所述环形分隔件设置于所述第三水道内，把所述第三水道分隔成连通的上部水道和下部水道；

所述上轴承组件包括第一外套和第一内套；所述第一外套匹配套设于第一内套外；所述第一外套内设置有第一环形水道A，所述第一内套内设置有第一环形水道B；所述第一环形水道A和所述第二环形水道B组成所述第一水道；

所述下轴承组件包括第二外套和第二内套；所述第二外套匹配套设于第二内套外；所述第二外套内设置有第四环形水道A，所述第二内套内设置有第四环形水道B；所述第四环形水道A和所述第四环形水道B组成所述第四水道。

5.根据权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于，所述轴芯组件还包括钢套；所述钢套固定于所述转轴段的上部，并与所述上轴承组件相对；所述上轴承组件与所述钢套之间形成所述第一间隙。

6.根据权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于，还包括夹头组件，所述夹头组件包括轴霸、碟簧和夹头；所述夹头包括柱形段和锥形段，所述锥形段上向内凹陷设置有环形储油槽；所述轴霸设置于所述转轴段内，并位于所述活塞杆的下方；所述碟簧套设于所轴霸上，其下端与所述夹头段的顶面连接；所述夹头段的下部形成有锥形安装孔；所述夹头设置于所述夹头段内，所述夹头的柱形段套设在所述轴霸上，其锥形段设置于所述锥形安装孔内。

7.根据权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于，还包括若干阻尼塞；所述阻尼塞内设置有通孔，所述通孔包括进气端和出气端，所述进气端的内径大于所述出气端的内径，且所述出气端的尾部向外扩张形成喇叭腔；所述第一横向通气孔、第二横向通气孔、第一竖向通气孔和第二竖向通气孔内均设置有所述阻尼塞。

8.根据权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于，所述盖板组件包括盖板本体和盖板内套；所述盖板内套设置于所述盖板本体内，并套设于所述夹头的锥形段上，且与所述夹头的锥形段之间形成有第五间隙；所述第五间隙沿所述夹头的锥形段与外界轴向相通，并与所述第四间隙连通。

9.根据权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于，所述上轴承组件的底部与所述定子组件相对的地方向上凹陷形成有凹陷部；所述上轴承组件的外壁向下延伸包围所述凹陷部。

10.根据权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于，所述铜转子匹配套设并固定于所述转轴段的中部。