CN107199352A - 高稳定性的气浮电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了高稳定性的气浮电主轴，其依次从外到内包括电机外壳、主轴本体、定子和轴芯，轴芯尾部连接电机组件；在轴芯和主轴本体之间设置的多节的培林，培林包括设置于轴芯前端部轴头处的推培林、轴芯后端部与定子之间设置的后培林和轴芯中前部与定子之间设置的中培林；中培林包括前部和后部；主轴本体表面设置冷却通槽和连通培林的冷却液流通孔；主轴本体内还设置主气路，多节的培林设置与主气路连通的气路环槽。本新型在主轴本体上设计为推培林、后培林、中培林，该中培林能够在轴芯转动过程中，有效地与前后方的培林相配合，使转轴的转动更为平稳。冷却液通过冷却通槽，配合多气路，其对于降低线圈的发热，具有明显的减缓作用。

Description

高稳定性的气浮电主轴

技术领域

本发明涉及电机轴领域，特别涉及到一种稳定的电主轴结构。

背景技术

随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成电主轴。由于电主轴在工作时需要大量摩擦产生热量，其降温冷却成为了重点解决的问题之一，现有的冷却液的使用与主轴接触面小，且冷却液流动性没法保证，同时，轴心需要前后轴承进行定位，但该定位依然不够稳定，而且在与冷却液相配合时会发生接触不充分的问题，致使电主轴的线圈在工作时产生大量的热量无法疏散，线圈在散热方面效果有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可在工作过程中有效降温且保持稳定性能的电主轴。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

高稳定性的气浮电主轴，其依次从外到内包括电机外壳、主轴本体、定子和轴芯，所述的轴芯尾部连接电机组件；在所述的轴芯和主轴本体之间设置的多节的培林，所述的培林包括设置于轴芯前端部轴头处的推培林、轴芯后端部与定子之间设置的后培林和轴芯中前部与定子之间设置的中培林；所述的中培林包括前部和后部；所述的主轴本体表面设置冷却通槽和连通培林的冷却液流通孔；所述的主轴本体内还设置主气路，所述多节的培林设置与主气路连通的气路环槽。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的中培林包括侧面两组支撑结构，分别组成前部和后部，所述的前部表面设前循环水槽，所述的后部设置后循环水槽。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的后培林设置后培林循环水槽。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的定子设置于轴芯外侧并且位于轴芯中后部位置。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的冷却液流通孔包括与冷却通槽、中培林及后培林外表面相连通的第三出液口、第三进液口、第一出液口、第一进液口、第二出液口和第二进液口。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，还有包括若干节点进气口，所述的推培林与主气路之间设置连通的第一节点进气口、所述的中培林的中部设置与主气路连通的第二节点进气口、所述的后培林设置与主气路连通的第三节点进气口。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的轴芯包括所述的轴头、锁定于轴头内的刀具、与轴头相互嵌合的轴件。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的轴头内依次设置夹头、弹簧组件和轴霸锁定所述刀具，并且轴件内设置一轴向的顶杆，所述的顶杆通过一连接件固定于所述电机组件的电机后座内。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的轴头前端内部设置锥面，弹簧夹头为标准夹头，所述的弹簧夹头固定所述的刀具，所述的弹簧夹头与所述的锥面配合；所述的轴头前端外部设置外螺纹，通过一螺母与所述的外螺纹旋合锁定弹簧夹头。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，其还包括接入导线的主线口、通入冷却液的冷却液端出口、冷却液端入口以及接入气源的主气源接口。

本发明的有益效果是：在主轴本体上除了设计为推培林、后培林以外，还在中部设置中培林，该中培林能够在轴心转动过程中，有效地与推培林、后培林相配合，使转轴的转动更为平稳，且可有效地降低后端轴心的偏摆现象。同时，增加冷却液端入口管，该入口管通入冷却液，可以向通槽的冷却液处进行推压，从而促进冷却液的充分流动，其配合多气孔进气的方式通气，使高速旋转下的轴承冷却效果更为有效，该方案的通槽采用螺旋式结构设计，可通冷却液至主轴本体内且充分接触，配合通气孔通入培林内，对于降低线圈的发热，具有明显的减缓作用。

附图说明

图1 为本发明主轴轴芯采用后拉式夹头形式的整体结构图；

图2为显示通槽处结构的电主轴整体示意图；

图3为图1主轴显示通气空气培林支撑轴芯的截面结构示意图；

图4为图1主轴显示通气空气培林主气路的截面结构示意图；

图5为图3中采用后拉式夹头形式的主轴轴芯结构示意图；

图6为图3中A处的局部放大图；

图7为主轴轴芯采用弹簧锁嘴螺母直锁形式的截面结构示意图；

图8为图7采用弹簧锁嘴螺母直锁形式的主轴轴芯结构示意图。

图中：1.电机外壳；11.主线口；12.冷却液端出口；13.冷却液端入口；14.主气源接口;2.主轴本体；21.第三出液口；22.第三进液口；23.第一出液口；24.第一进液口；25.第二出液口；26.第二进液口；27.冷却通槽；28、本体通孔；3.定子；4.轴芯；41.轴头；42.刀具；43.夹头；431、弹簧夹头；432、锥面；433、螺母； 44.弹片组件；45.轴霸；46.顶杆；47. 轴件；48.柱塞；49.阶梯平台；5.电机组件；51.电机后座；52.气缸进气接头；53.连接件；54.螺母；55.气缸活动板；56.气缸隔环；57.气缸回位弹簧6.推培林；7.中培林；71.前部；72.后部；73.前循环水槽；74. 后循环水槽；8.后培林；81.后培林循环水槽；9.主气路；91.第一节点进气口；92.第二节点进气口；93.第三节点进气口；10.气路环槽；101.第一吹气支撑；102.第二吹气支撑；103.第三吹气支撑；104.第四吹气支撑。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明：

以下实施例中所提到的方向用语，例如“上、下、左、右”仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

如图1-8所示，高稳定性的气浮电主轴，其依次从外到内包括电机外壳1、主轴本体2、定子3和轴芯4，所述的轴芯尾部连接电机组件5；在所述的轴芯和主轴本体2之间设置的多节的培林，所述的培林包括设置于轴芯4前端部轴头41处的推培林6、轴芯4后端部与定子3之间设置的后培林8和轴芯4中前部与定子3之间设置的中培林7；所述的中培林包括前部和后部；所述的主轴本体2表面设置冷却通槽和连通培林的冷却液流通孔；所述的主轴本体2内还设置主气路9，所述多节的培林设置与主气路9连通的气路环槽10。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的冷却液流通孔包括与冷却通槽27、中培林及后培林外表面相连通的第三出液口21、第三进液口22、第一出液口23、第一进液口24、第二出液口25和第二进液口26。该气浮电主轴还设有冷却液端入口13、冷却液端出口12，其分别位于电主轴的后方且与所述冷却通槽27相接通，该入口与出口用以进出冷却液，以有效利用导入的水流带动冷却液向多节培林内流动，使冷却液的流动更加充分，通过冷却液端出口12与冷却液端入口13的配合，可以达到冷却液的封闭式循环使用，而新颖的水路冷却结构，通过采用螺纹状的水路绕多个培林流动，可以大大地增大水与培林之间的接触面积，提高冷却效果，同时通过这个系统更利于进行产品加工，提高工作效率。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的中培林7包括侧面两组支撑结构，分别组成前部71和后部72，所述的前部71表面设前循环水槽73，所述的后部72设置后循环水槽74。而所述后培林8则设置有后培林循环水槽81。

现将本方案中的冷却过程说明如下：冷却液先从电机后座51通过冷却液端入口13进入主轴本体2，直接进入本体通孔28，由本体2中的冷却通槽27向下循环至本体2的第一进液口24，在中培林的前部71的前循环水槽73绕转一圈从主轴本体2的第一出液口23流出，经由本体2的冷却通槽27向上至本体2的第二进液口26，在中培林后部72的后循环水槽74绕转一圈从主轴本体2的第二出液口25流出，再经由本体2的冷却通槽27向上循环至本体2的第三进液口22，在后培林循环水槽81绕转一圈从主轴本体2第三出液口21流出，再经本体2流入电机后座51从冷却液端出口12流出。冷却液直接接触相应的培林内部冷却槽，使该冷却效果更为有效，可降低线圈和培林的发热温度。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，还包括若干节点进气口，所述的推培林与主气路9之间设置连通的第一节点进气口91，所述的中培林的中部设置与主气路9连通的第二节点进气口92，所述的后培林设置与主气路9连通的第三节点进气口93。主气路9与主气源接口14相接通，由主气源接口14通入高压气源，并依次通过各节点进气口而进入到各培林的外表面。通入的高压气源在各培林与轴芯4的相对面之间可形成气膜，由于气膜是由贯穿轴承的、始终如一的空气流提供的，使轴芯即转子能够处于悬浮状态运转时候不会与任何配件接触，给定子符合要求的三相交流电源，使用其产生磁场，在磁场的作用下，转子进行高速转动。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的定子3设置于轴芯4外侧并且位于轴芯4中后部位置，电源线经由主线口11通入而与定子3形成绕组。

作为对上述高稳定性的气浮电主轴的进一步描述，所述的轴芯4包括轴头41、锁定于轴头41内的刀具42、与轴头41相互嵌合的轴件，该结构中的轴头包括凸出的环状飞盘。轴芯4的其中一种结构形式为利用夹头后拉锁螺母方式，该种结构中自带有气缸组件，可实现自动换刀（参照图3-5）：所述的轴头41位置依次设置夹头43、弹簧组件和轴霸45锁定所述刀具42，轴头前端部内设置锥面432与夹头43配合，并且轴件内设置一轴向的顶杆46，所述的顶杆46通过一连接件53固定于所述电机组件后座51内，以更有效地调整弹片组件44带来的高度差异，控制气缸完全顶出刀具，该连接件53与气缸活动板55连接，并通过螺母54锁定，具体地，气缸活动板55与气缸隔环56的中间空隙为气缸顶出空间；在气缸顶部的气缸进气接头52接入一定的压力空气，气缸的顶杆46推动轴霸45顶出夹头43，夹头43张开进行换刀，闭气后气缸回位弹簧57使顶杆46后退，顶杆46前顶面与轴霸45之间有一定的间隙，弹片组件44后退夹头43再次夹紧刀具，优选地该弹片组件44设有调整弹片，可以随着轴头41的工作而进行相应调整；所述的轴头41末端设有阶梯平台49，轴头41固定于阶梯平台49上且外表面与阶梯平台49的上表面平齐，以往的飞盘与轴件一体，维修不便，通过飞盘与轴头一体设计，通过阶梯平台49连接后，整体结构保持一致的同时，能够把轴头部分单独分离出来，这样便于维修。

对于上述高稳定性的气浮电主轴，所述的轴芯4还具有另外一种结构形式，即弹簧锁嘴的形式（参照图7-8）：其结构与上述夹头后拉锁螺母的形式相近，所述的轴头41末端设有阶梯平台49，所述轴件47固定于所述的阶梯平台49上，且轴件47外表面与阶梯平台49的上表面平齐。其还带有一柱塞48，所述的轴头41前端内部设置锥面432，弹簧夹头431为标准夹头，所述的弹簧夹头431固定所述的刀具42，所述的弹簧夹头431与所述的锥面432配合；所述的轴头41前端外部设置外螺纹，通过一螺母433与所述的外螺纹旋合锁定弹簧夹头432。利用该柱塞48可以有效地封闭轴头41内部，使其构成了封闭空间，防止外部的灰尘进入，影响转动的精度和稳定性。该阶梯平台49的设置，使轴头41与轴件平齐，其可以防止转动时产生局部偏高而使重心偏移的问题，整个轴芯4的转动更加稳定。

本方案中，轴芯4采用了前端飞盘设计，在飞盘前端设置推培林，后端设置中培林，而中培林前部的内侧面采用了双组吹气支撑，后部的内侧面同样采用双组吹气支撑设计方案，配合后端增加的后培林，后培林内侧面同样采用双组吹气支撑，其作为辅助作用，可以有效地促使轴芯4在进行高速运转时，仍能保持既有的稳定性。同时，培林上设有多个可通气的吹气支撑103（参照图6）：在推培林的端面上均匀设置有8 个第一吹气支撑101，可通过外部气源向内进行吹气；中培林与推培林的结构相类似，其端面上同样设置有8 个均匀设置的第二吹气支撑102，第一吹气支撑101和第二吹气支撑102分别位于轴芯4飞盘外侧对轴芯4的飞盘进行轴向支撑，中培林的内侧面还设置有4 组每排8个的第三吹气支撑103；对于后培林，其也同时内侧面设置有2 组每排8个的第四吹气支撑104。上述每个培林设置的吹气支撑均分别与气路环槽10连通。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.高稳定性的气浮电主轴，其特征在于：依次从外到内包括电机外壳（1）、主轴本体（2）、定子（3）和轴芯（4），所述的轴芯（4）尾部连接电机组件5；在所述的轴芯（4）和主轴本体（2）之间设置多节的培林，所述的培林包括设置于轴芯（4）前端部轴头处的推培林（6）、轴芯（4）后端部与定子（3）之间设置的后培林（8）和轴芯（4）中前部与定子（3）之间设置的中培林（7）；所述的中培林（7）包括前部（71）和后部（72）；所述的主轴本体（2）表面设置冷却通槽和连通培林的冷却液流通孔；所述的主轴本体（2）内还设置主气路（9），所述多节的培林设置与主气路（9）连通的气路环槽（10）。

2.根据权利要求1所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于，所述的中培林（7）包括侧面两组支撑结构，分别组成前部（71）和后部（72），所述的前部（71）表面设前循环水槽（73），所述的后部（72）表面设置后循环水槽（74）。

3.根据权利要求2所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于，所述的后培林（8）设置后培林循环水槽（81）。

4.根据权利要求3所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于，所述的定子（3）设置于轴芯（4）外侧并且位于轴芯（4）中后部位置。

5.根据权利要求4所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于，所述的冷却液流通孔包括与冷却通槽（27）、中培林（7）及后培林（8）外表面相连通的第三出液口（22）、第三进液口（21）、第一出液口（23）、第一进液口（24）、第二出液口（25）和第二进液口（26）。

6.根据权利要求5所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于：还包括若干节点进气口，所述的推培林（6）与主气路（9）之间设置连通的第一节点进气口（91）、所述的中培林（7）的中部设置与主气路（9）连通的第二节点进气口（92）、所述的后培林（8）设置与主气路（9）连通的第三节点进气口（93）。

7.根据权利要求6所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于：所述的轴芯（4）包括轴头（41）、锁定于轴头（41）内的刀具（42）、与轴头（41）相互嵌合的轴件（47）。

8.根据权利要求7所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于：所述的轴头（41）内依次设置夹头（43）、弹簧组件（41）和轴霸（45）锁定所述刀具（42），并且轴件（47）内设置一轴向的顶杆（46），所述的顶杆（46）通过一连接件（53）固定于所述电机组件（5）的电机后座（51）内。

9.根据权利要求7所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于：所述的轴头（41）前端内部设置锥面（432），夹头（43）为弹簧夹头（431）是一标准夹头，所述的弹簧夹头（431）固定所述的刀具（42），所述的弹簧夹头（431）与所述的锥面（432）配合；所述的轴头（41）前端外部设置外螺纹，通过一螺母（433）与所述的外螺纹旋合锁定弹簧夹头。

10.根据权利要求1所述的高稳定性的气浮电主轴，其特征在于：还包括接入导线的主线口（11）、通入冷却液的冷却液端出口（12）、冷却液端入口（13）以及接入气源的主气源接口（14）。