CN107262746A - 高稳定性的超声波气浮电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了高稳定性的超声波气浮电主轴，其依次从外到内包括本体内胆、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多节培林，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；主轴本体前端外表面还设有相互固定的抱卡及超声波换能器组件。本新型在主轴本体上设计多个培林，中培林能够在轴芯转动过程中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，对降低线圈的发热具有明显的减缓作用；而在电主轴上设置超声波换能器，可以有效去除粉尘，保持磨头清洁，提高磨削的质量及部件的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电机轴领域，特别涉及到一种使用超声波的高稳定电主轴结构。
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。同时，对于工作时产生的粉尘贴附在电主轴上将影响部件的寿命和磨削质量。
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：
高稳定性的超声波气浮电主轴，其依次从外到内包括本体内胆、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；所述的主轴本体前端外表面设有超声波换能器组件以及抱卡，所述抱卡固定超声波换能器组件于主轴本体上。
作为对上述高稳定性的超声波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超声波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超声波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超声波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。而在电主轴上设置超声波换能器，其可以根据需要选择不同换能器的频率可以有效去除粉尘，保持磨头清洁，提高磨削的质量及部件的寿命。
附图说明
图 1为本新型整体外部结构图；
图2为显示通槽处结构的电主轴整体示意图；
图3为显示通气空气培林支撑的截面结构示意图；
图4为超声波组件立体结构示意图；
图 5为超声波组件侧面结构示意图；
图6为超声波组件抱卡结构示意图；
图7为超声波组件与发生器接线接合结构示意图；
图 8 为超声波组件与发生器整体连接结构示意图。
图中：1.主轴本体；101.主线口；102.冷却液端出口；103.冷却液端入口；104.主气源接口；2.本体内胆；3.定子；4.轴芯；46.顶杆；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； 11.超声波换能器组件；111.抱卡。
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，高稳定性的超声波气浮电主轴，其依次从外到内包括电机主轴本体1、本体内胆 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 1 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1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 1 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。所述的本体内胆前端外表面设有超声波换能器组件11以及抱卡111，卡固定超声波换能器组件于主轴本体1上，在外部连接超声波发生器，即可使该超声波换能器组件工作（参照图 7-8）。传统的磨头在进行磨削加工时，其加工后的粉尘难以掉下而直接粘附在电机轴上，从而进行挤压磨削，这会使磨头降低磨削的能力，且加速部件的磨损损坏，本方案设置的超声波换能 器组件，其由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal 阵列接收器组成，超声波的频率影响着超声波的传播，不同的超声波设备对频率要求不同，因而可以根据需要选择不同换能器的频率利用超声波震动迅速脱落粉尘，保持磨头清洁，提高光洁效果，防止粉尘粘附从而提高磨削的质量及部件的寿命。
作为对上述高稳定性的超声波气浮电主轴的进一步描述，该气浮电主轴还设有冷却液端入口 103、冷却液端出口 102，其分别位于电主轴的后方且与所述冷却通槽相接通，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 102 与冷却液端入口 103 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超声波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。
作为对上述高稳定性的超声波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 104 相接通，由主气源接口 104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超声波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 101 通入而与定子 3 形成绕组。
作为对上述高稳定性的超声波气浮电主轴的进一步描述，所述的轴芯4 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：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，气缸的顶杆推动轴霸顶出夹头，夹头张开进行换刀，闭气后气缸回位弹簧 57使顶杆后退，顶杆前顶面与轴霸之间有一定的间隙，弹片组件后退夹头再次夹紧刀具。
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，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 (5)
1.高稳定性的超声波气浮电主轴，其特征在于：依次从外到内包括主轴本体（1）、本体内胆（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）；所述的主轴本体前端外表面设有超声波换能器组件（11）以及抱卡（111），所述抱卡固定超声波换能器组件于主轴本体上。
2.根据权利要求 1 所述的高稳定性的超声波气浮电主轴，其特征在于，所述的后培林（8）设置后培林循环水槽（81）。
3.根据权利要求 1 所述的高稳定性的超声波气浮电主轴，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。
4.根据权利要求 1 所述的高稳定性的超声波气浮电主轴，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）。
5.根据权利要求 1 所述的高稳定性的超声波气浮电主轴，其特征在于：还包括接入导线的主线口（101）、通入冷却液的冷却液端出口（102）、冷却液端入口（103）以及接入气源的主气源接口（104）。
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