CN107855545A - 一种气浮高速电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气浮高速电主轴；包括外壳主体、轴承机构、气缸机构及转子机构，转子机构包括轴芯、转子、拉杆、拉杆感应螺母、弹性组件及拉爪组件，弹性组件由若干个螺旋碟形弹簧所组成，若干个螺旋碟形弹簧分别套设于拉杆上，外壳主体设置有感应机构，感应机构从上至下依次设置有若干个接近开关，分别感应拉杆感应螺母的不同位置；本发明的有益效果体现为：本气浮主轴的空气轴承采用一体式，具备更高的加工精度，其体积大，气体节流孔多，转子体积足够大，使气浮主轴比传统主轴具有更大的径向承载力和主轴刚性，转子轴芯使用螺旋蝶形弹簧，具备更稳定的弹力，更长的使用寿命，便于拆装，并使主轴具有更好的稳定性，具备较强的适应性和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电主轴，特指一种径向承载能力强且便于安装、维护的气浮高速电主轴。
背景技术
在现有技术中，普通气浮高速电主轴因机体规格的限制，其加工功率、承载力、主轴刚度、主轴抓刀方式均有一定的局限性，在当前的生产技术加工条件下，气浮轴通过通入高压气体悬浮轴芯，相较于滚珠轴能达到更高的转速，但亦受此条件限制，使其轴向、径向承载力，主轴刚度，加工功率均小于滚珠轴，随着市场的个性化、多元化，产品材料的多样化，对加工效率、加工质量、加工方式提出了更高的要求，而现有的气浮主轴已越来越不能满足市场的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种电主轴，特指一种径向承载能力强且便于安装、维护的气浮高速电主轴。
实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种气浮高速电主轴，包括外壳主体、轴承机构、气缸机构及转子机构，所述轴承机构和所述转子机构分别安装于所述外壳主体内，所述气缸机构安装于所述外壳主体顶端，与所述转子机构可传动地相互连接，所述转子机构包括轴芯、转子、拉杆、拉杆感应螺母、弹性组件及拉爪组件，所述转子安装于所述轴芯的端部，所述拉杆可滑动的设置于所述轴芯内，所述拉杆感应螺母设置于所述拉杆的顶端，所述拉爪组件设置于所述拉杆的底端，所述弹性组件由若干个螺旋碟形弹簧所组成，若干个所述螺旋碟形弹簧分别套设于所述拉杆上，所述螺旋碟形弹簧的其中一端抵于所述拉杆的顶端，另一端抵于卡设于所述轴芯内的弹簧前垫环，所述外壳主体设置有感应机构，所述感应机构从上至下依次设置有若干个接近开关，分别感应所述拉杆感应螺母的不同位置。
其中，所述外壳主体一体成型地分别设置有气路通道和循环水冷通道，所述气路通道包括主气道和若干个位于所述外壳主体内部且具有一定间距的环形气槽，若干个所述环形气槽分别通过导气孔与所述主气道相互连通，所述主气道的气体通过所述环形气槽输送至所述轴承机构中。
其中，所述轴承机构包括气动轴承和推力轴承，所述气动轴承和所述推力轴承之间设置有定距环，所述气动轴承一体成型地设置有若干层与所述环形气槽相连通的径向节气孔、以及与所述外壳主体的所述主气道相连通的通气孔，每一层的所述径向节流孔均呈阵列式地均匀分布于所述气动轴承上，每一个所述径向节流孔均设置有径向节流塞，所述气动轴承设置有若干个端面气槽，每一个所述端面气槽内均设置有第一端面节流塞。
其中，所述推力轴承一体成型地设置有进气通道和气路槽，所述进气通道通过所述定距环上的气孔与所述气动轴承的所述通气孔相连通，所述气路槽内设置有若干个第二端面节流塞，所述第二端面节流塞与所述气动轴承的所述第一端面节流塞呈一定角度错开设置。
其中，所述气动轴承和所述推力轴承均一体成型地设置有相互连通的排气槽和冷却水道，所述冷却水道与所述外壳主体的循环水冷通道相连通，形成水路冷却系统。
其中，所述气缸机构包括安装座、以及分别安装于所述安装座上的气缸隔层片和气缸盖，所述气缸隔层片包括内部均设置有活塞的上隔片和下隔片，所述下隔片内的所述活塞设置有推杆，所述推杆套设有复位弹簧，所述推杆可滑动地安装于所述安装座内，并与拉杆形成联动。
其中，所述气缸机构设置有与所述外壳主体的循环水路通道相连通的水路冷却道。
其中，所述转子外部设置有定子组件，所述定子组件包括定子和套设于所述定子外部的定子缸套，所述定子缸套一体成型地设置有水路槽，所述水路槽与所述外壳主体的循环水路通道相连通。
其中，所述螺旋碟形弹簧之间设置有中垫片，所述拉杆和所述中垫片均设置有胶环。
其中，所述安装座31设置有消声器47。
本发明的有益效果体现为：本发明旨在提供一种气浮高速电主轴，本气浮主轴的空气轴承采用一体式，具备更高的加工精度，其体积大，气体节流孔多，转子体积足够大，使气浮主轴比传统主轴具有更大的径向承载力和主轴刚性，其次转子轴芯使用螺旋蝶形弹簧，相较于传统的蝶形弹片具备更稳定的弹力，更长的使用寿命，便于拆装，同时作为转子的组成部分，螺旋碟形弹簧的整体性使主轴具有更好的稳定性，本气浮主轴的额定功率为3.7KW，额定扭力0.50Nm，额定转速70.000rpm，比一般气浮主轴具备更高的加工效益，本发明主轴既适用于粗加工又适用于高光精加工，具备较强的适应性和实用性。
附图说明
图1为本发明气浮电主轴进气通道的结构示意图。
图2为本发明气浮电主轴排气通道的结构示意图。
图3为本发明气浮电主轴进出水通道的结构示意图。
图4为本发明气浮电主轴外壳主体的结构示意图
图5为本发明气浮电主轴气动轴承的结构示意图。
图6为本发明气浮电主轴推力轴承结构示意图。
图7为本发明气浮电主轴气缸机构的结构示意图。
图8为本发明气浮电主轴转子的结构示意图。
图9为本发明定子的结构示意图。
图10为本发明轴承机构下半段的水路截面结构示意图。
附图标注说明：
1-外壳主体；2-轴承机构；3-气缸机构；4-转子机构；5-轴芯；6-转子；7-拉杆；8-拉杆感应螺母；9-弹性组件；10-拉爪组件；11-螺旋碟形弹簧；12-弹簧前垫环；13-感应机构；14-气路通道；15-循环水冷通道；16-主气道；17-环形气槽；18-气动轴承；19-推力轴承；20-定距环；21-径向节气孔；22-通气孔；23-径向节流塞；24-端面气槽；25-第一端面节流塞；26-进气通道；27-气路槽；28-第二端面节流塞；29-排气槽；30-冷却水道；31-安装座；32-气缸隔层片；33-气缸盖；34-上隔片；35-下隔片；36-活塞；37-推杆；38-复位弹簧；39-定子组件；40-定子；41-定子缸套；42-水路槽；43-中垫片；44-胶环；45-水路冷却道；46-导气孔；47-消声器。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：
如图1-10所示，一种气浮高速电主轴，包括外壳主体1、轴承机构2、气缸机构3及转子机构4，所述轴承机构2和所述转子机构4分别安装于所述外壳主体1内，所述气缸机构3安装于所述外壳主体1顶端，与所述转子机构4可传动地相互连接，所述转子机构4包括轴芯5、转子6、拉杆7、拉杆感应螺母8、弹性组件9及拉爪组件10，所述转子6安装于所述轴芯5的端部，所述拉杆7可滑动的设置于所述轴芯5内，所述拉杆感应螺母8设置于所述拉杆7的顶端，所述拉爪组件10设置于所述拉杆7的底端，所述弹性组件9由若干个螺旋碟形弹簧11所组成，若干个所述螺旋碟形弹簧11分别套设于所述拉杆7上，所述螺旋碟形弹簧11的其中一端抵于所述拉杆7的顶端，另一端抵于卡设于所述轴芯5内的弹簧前垫环12，所述外壳主体1设置有感应机构13，所述感应机构13从上至下依次设置有若干个接近开关，分别感应所述拉杆感应螺母8的不同位置。
其中，所述外壳主体1一体成型地分别设置有气路通道14和循环水冷通道15，所述气路通道14包括主气道16和若干个位于所述外壳主体1内部且具有一定间距的环形气槽17，若干个所述环形气槽17分别通过导气孔46与所述主气道16相互连通，所述主气道16的气体通过所述环形气槽17输送至所述轴承机构2中。
其中，所述轴承机构2包括气动轴承18和推力轴承19，所述气动轴承18和所述推力轴承19之间设置有定距环20，所述气动轴承18一体成型地设置有若干层与所述环形气槽17相连通的径向节气孔21、以及与所述外壳主体1的所述主气道16相连通的通气孔22，每一层的所述径向节流孔均呈阵列式地均匀分布于所述气动轴承18上，每一个所述径向节流孔均设置有径向节流塞23，所述气动轴承18设置有若干个端面气槽24，每一个所述端面气槽24内均设置有第一端面节流塞25。
其中，所述推力轴承19一体成型地设置有进气通道26和气路槽27，所述进气通道26通过所述定距环20上的气孔与所述气动轴承18的所述通气孔22相连通，所述气路槽27内设置有若干个第二端面节流塞28，所述第二端面节流塞28与所述气动轴承18的所述第一端面节流塞25呈一定角度错开设置。
其中，所述气动轴承18和所述推力轴承19均一体成型地设置有相互连通的排气槽29和冷却水道30，所述冷却水道30与所述外壳主体1的循环水冷通道15相连通，形成水路冷却系统。
其中，所述气缸机构3包括安装座31、以及分别安装于所述安装座31上的气缸隔层片32和气缸盖33，所述气缸隔层片32包括内部均设置有活塞36的上隔片34和下隔片35，所述下隔片35内的所述活塞36设置有推杆37，所述推杆37套设有复位弹簧38，所述推杆37可滑动地安装于所述安装座31内，并与拉杆7形成联动。
其中，所述气缸机构3设置有与所述外壳主体1的循环水冷通道15相连通的水路冷却道45。
其中，所述转子6外部设置有定子缸套39，所述定子缸套39包括定子40和套设于所述定子40外部的定子缸套41，所述定子缸套41一体成型地设置有水路槽42，所述水路槽42与所述外壳主体1的循环水路通道相连通。
其中，所述螺旋碟形弹簧11之间设置有中垫片43，所述拉杆7和所述中垫片43均设置有胶环44。
其中，所述安装座31设置有消声器47。
本发明技术解决方案是加大主轴的整体规格，传统气浮高速主轴机体规格为直径61.9mm，机体的大小限制了空气轴承的大小，空气轴承又限制了转子6轴芯5的大小，导致转子6轴芯5的刚性不足，同时限制了轴芯5的夹刀方式只能采用夹头夹刀，本发明突破传统的气浮主轴机体规格，把机体直径加大到100mm，相应的加大气动轴承18、推力轴承19、转子6、气缸等组件的规格，因转子6轴芯5的加大，刚性的增强，使得转子6轴芯5具有足够空间，能够抛去传统的夹头夹刀方式，采用HSK刀柄高速加工刀具的抓刀方式。
本发明所述外壳主体1设置有气路通道14和循环水冷通道15，其中气路通道14中分别设置有堵孔螺丝，其循环水冷通道15的两端均以进水槽相连通，进水槽用水路垫片和密封胶覆盖密封，以实现机体上的水路循环系统，其气路通道14包括相互通过气孔相连通的主气道16和环形气槽17。
本发明进气时，高压气体从气缸机构3的进气孔进入，经过气缸机构3的进气孔进入到外壳主体1的主气道16，再经过通气孔22将气体输入到外壳主体1内的各个环形气槽17，随之气体由环形气槽17进入到气动轴承18的径向节流孔和端面气槽24中，从而进入径向节流塞23和端面节流塞，同时，一部分的气体通过气动轴承18的法兰通气孔22以及定距环20的通孔流向推力轴承19的将其通道中实现气体的输送。
本发明排气时，气缸机构3包含安装座31，安装座31侧面安装消声器，对主轴内部进行排气，并有效消除噪音，安装座31上固定设置有下隔片35，下隔片35上固定设置有上隔片34，上气缸隔层上固定设置有气缸盖33，气缸盖33与上隔片34形成上腔室，上隔片34与下隔片35形成中腔室，下隔片35与后座形成下腔室，3个腔室内分别设置有一个活塞36，分别为上活塞36、中活塞36、下活塞36，下活塞36下设置有推杆37，三个活塞36和推杆37通过螺丝固定连接。
活塞36与气缸盖33、气缸隔层片32之间均设置有密封0形环，气缸盖33上设置有气缸进气孔，高压气体通过进气孔和活塞36进气槽依次进入各腔室的上空腔，上、中腔室的下空腔原有气体通过排气槽29和过线孔排到后座空腔之中，而下腔室的下空腔气体则通过气孔排出去，因此，气缸活塞36在高压气体的推动下推动推杆37向下运动，活塞36需回位时，关闭气体进气孔，开通气缸回位进气孔，高压气体通过通气孔22道进入下腔室的下空腔，在气缸复位弹簧38的共同作用下，推动活塞36回位，气缸还设置有刀把清洁通道，同时还设置有进水通道和出水通道。
拉杆7和中垫片43上设置有胶环44，胶环44避免了拉杆7和中垫片43与转子6轴芯5的直接接触，消除干涉摩擦，拉杆7设置有中孔，当电主轴需要换刀时，气缸活塞36推动推杆37前移，推杆37顶住拉杆7克服螺旋碟形弹簧11的弹力往前运动，拉爪收缩进行松刀，相应的，气缸回位时，拉爪张开拉紧更换好的刀把，此过程中，气体从气缸进气孔进入，通过刀把清洁通道流通到拉杆7中孔上，并喷向刀把，对刀把使用气体进行清洁，同时起到防止粉尘、碎屑等附着在转子6轴芯5内孔壁上，影响刀具精度。
定子缸套39包括定子缸套41，定子缸套41上设置有上水槽、下水槽以及用于将上水槽和下水槽进行相互连通的联通槽，冷却水从气缸进水口进入，经过进水通道进入定子缸套41的上水槽内，通过联通槽进入到下水槽，随之进入外壳主体1的循环水冷通道15中，冷却水在电主轴主体的水冷过程中，先由外壳主体1中的循环水冷通道15流进气动轴承18的法兰冷却水道30中，随之通过定距环20中的过水孔流入推力轴承19的冷却水道30内，再通过推力轴承19的冷却水道30将水反向输送回外壳主体1的循环水冷通道15中，并由其排向气缸将水从出水道排出，实现水冷。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种气浮高速电主轴，其特征在于：包括外壳主体、轴承机构、气缸机构及转子机构，所述轴承机构和所述转子机构分别安装于所述外壳主体内，所述气缸机构安装于所述外壳主体顶端，与所述转子机构可传动地相互连接，所述转子机构包括轴芯、转子、拉杆、拉杆感应螺母、弹性组件及拉爪组件，所述转子安装于所述轴芯的端部，所述拉杆可滑动的设置于所述轴芯内，所述拉杆感应螺母设置于所述拉杆的顶端，所述拉爪组件设置于所述拉杆的底端，所述弹性组件由若干个螺旋碟形弹簧所组成，若干个所述螺旋碟形弹簧分别套设于所述拉杆上，所述螺旋碟形弹簧的其中一端抵于所述拉杆的顶端，另一端抵于卡设于所述轴芯内的弹簧前垫环，所述外壳主体设置有感应机构，所述感应机构从上至下依次设置有若干个接近开关，分别感应所述拉杆感应螺母的不同位置。
2.根据权利要求1所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述外壳主体一体成型地分别设置有气路通道和循环水冷通道，所述气路通道包括主气道和若干个位于所述外壳主体内部且具有一定间距的环形气槽，若干个所述环形气槽分别通过导气孔与所述主气道相互连通，所述主气道的气体通过所述环形气槽输送至所述轴承机构中。
3.根据权利要求2所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述轴承机构包括气动轴承和推力轴承，所述气动轴承和所述推力轴承之间设置有定距环，所述气动轴承一体成型地设置有若干层与所述环形气槽相连通的径向节气孔、以及与所述外壳主体的所述主气道相连通的通气孔，每一层的所述径向节流孔均呈阵列式地均匀分布于所述气动轴承上，每一个所述径向节流孔均设置有径向节流塞，所述气动轴承设置有若干个端面气槽，每一个所述端面气槽内均设置有第一端面节流塞。
4.根据权利要求3所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述推力轴承一体成型地设置有进气通道和气路槽，所述进气通道通过所述定距环上的气孔与所述气动轴承的所述通气孔相连通，所述气路槽内设置有若干个第二端面节流塞，所述第二端面节流塞与所述气动轴承的所述第一端面节流塞呈一定角度错开设置。
5.根据权利要求3所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述气动轴承和所述推力轴承均一体成型地设置有相互连通的排气槽和冷却水道，所述冷却水道与所述外壳主体的循环水冷通道相连通，形成水路冷却系统。
6.根据权利要求1所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述气缸机构包括安装座、以及分别安装于所述安装座上的气缸隔层片和气缸盖，所述气缸隔层片包括内部均设置有活塞的上隔片和下隔片，所述下隔片内的所述活塞设置有推杆，所述推杆套设有复位弹簧，所述推杆可滑动地安装于所述安装座内，并与拉杆形成联动。
7.根据权利要求6所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述气缸机构设置有与所述外壳主体的循环水路通道相连通的水路冷却道。
8.根据权利要求1所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述转子外部设置有定子组件，所述定子组件包括定子和套设于所述定子外部的定子缸套，所述定子缸套一体成型地设置有水路槽，所述水路槽与所述外壳主体的循环水路通道相连通。
9.根据权利要求1所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述螺旋碟形弹簧之间设置有中垫片，所述拉杆和所述中垫片均设置有胶环。
10.根据权利要求1所述一种气浮高速电主轴，其特征在于：所述安装座31设置有消声器47。
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