CN108817421A - 一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴；包括主体机构、转子机构、轴承机构、定子机构、气缸机构及后座机构，转子机构包括轴芯、顶杆、拉杆、弹性组件及夹头，夹头通过螺丝与拉杆相互连接，轴承机构包括推力轴承、前轴承组件及后轴承组件，轴芯设有延伸部，延伸部与推力轴承相连接，推力轴承和前轴承组件间设有推力间隙环，推力轴承设有防尘机构；本发明的有益效果体现为：气浮轴的气静压轴承中镶有复合轴承内套，耐磨性好，能够自润滑和自定心，有效避免与轴芯的摩擦，高效的循环水冷通道，具有更高的CPK精度与转速，轴承镶有合理的阻尼塞，大幅减少耗气量，节约成本，出色的电机扭矩及刀具握持力，具备较强的适应性和实用性。

Description

一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴

技术领域

本发明涉及一种电主轴，特指一种便于安装、维护的高精度低能耗的高速气静压悬浮式电主轴。

背景技术

在现有技术中，普通气浮高速电主轴耗气量大，其加工功率、转速、主轴扭矩、主轴抓刀方式均有一定的局限性，随着市场的个性化、多元化，产品材料的多样化，对加工效率、加工效益、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，特指一种便于安装、维护的高精度低能耗的高速气静压悬浮式电主轴。

实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，包括主体机构、转子机构、轴承机构、定子机构、气缸机构及后座机构，所述转子机构、轴承机构及所述定子机构分别安装于所述主体机构的内腔中，所述后座机构设置于所述气缸机构和所述主体机构之间，所述转子机构包括分别设置于轴芯内的顶杆、拉杆、弹性组件及夹头组件，所述顶杆其中一端与所述气缸机构可传动地相互连接，另一端与所述拉杆可传动地相互连接，所述弹性组件由若干个套设于所述夹头组件上的碟形弹簧所组成，所述夹头组件通过螺丝与所述拉杆相互连接，所述轴承机构包括推力轴承、前轴承组件及后轴承组件，所述气缸机构和所述推力轴承分别安装于所述主体机构的两端，所述推力轴承和所述前轴承组件设置于所述轴芯的其中一端，所述后轴承组件设置于所述轴芯的另一端，所述轴芯一体成型地设置有延伸部，所述延伸部与所述推力轴承相连接，所述推力轴承和所述前轴承组件之间设有推力间隙环，所述推力轴承设置有防尘机构。

其中，所述主体机构包括外套和内胆，所述内胆设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分别与所述主气道相连通的导气孔，所述主气道的气体通过所述导气孔分别输送至所述前轴承组件和所述后轴承组件中，所述循环水冷通道可同时冷却所述主体机构和所述轴承机构。

其中，所述前轴承组件和所述后轴承组件内均设置有复合轴承套和套设于所述复合轴承套外侧的轴承外套，所述轴承外套设置有气流通道，所述气流通道包括第一环形气槽、若干个径向节气孔及通气孔，所述第一环形气槽与所述径向节气孔相互连通，所述通气孔与所述主气道相互连通，与所述主体机构的主气道相连通的通气孔，若干个所述径向节气孔呈阵列式地均匀分布于所述轴承外套上，若干个所述径向节气孔均设置有径向阻尼塞，若干个所述径向节气孔分别通过轴向节气孔实现相互连通，所述轴向节气孔内设置有第一轴向阻尼塞。

其中，所述推力轴承设有进气通道和气路槽，所述进气通道通过所述推力间隙环上的气孔与所述前轴承组件的通气孔相连通，所述气路槽内均设置有第二轴向阻尼塞，所述第二轴向阻尼塞与第一轴向阻尼塞呈一定角度相互错开，所述进气通道设置有第二环形气槽。

其中，所述的气缸组件为多级动力板联合推动结构，包括气缸盖、若干层气缸动力板、气缸分隔片及复位弹簧，若干层所述气缸分隔片中均设置有所述气缸动力板，若干层所述气缸动力板和所述后座机构均设置有位于同一轴线的安装孔，所述顶杆依次设置于若干层所述气缸动力板和所述后座机构的所述安装孔内，所述顶杆与所述安装孔之间具有一定间隙，所述后座机构设置有安装槽，所述复位弹簧套设于所述安装槽内，并套设于所述顶杆的外侧。

其中，所述顶杆的端部设置有轴向节流孔，所述的轴向节流孔设置有第三轴向阻尼塞。

其中，所述的定子组件包括两端分别设置有绕线端的若干个定子基体，所述定子基体和所述绕线端的连接处设置有绝缘板。

其中，所述后座机构设置有消声器及测速装置。

其中，所述复位弹簧的其中一端抵于最底层的所述气缸动力板，另一端抵于所述安装槽。

本发明的有益效果体现为：本发明旨在提供一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，在气浮轴的空气轴承中镶有铁氟龙材质的复合轴承套，具备更高的加工精度，其耐磨性好、摩擦系数低，能实现自润滑及自定心，形成的环形气膜均匀、流量稳定，侧向刚性强，避免与轴芯的摩擦，使该电主轴比传统电主轴具有更高的CPK精度与转速，其转速可达20,0000rpm，另轴承内镶有规格相适的阻尼塞，能大幅减少耗气量，节约使用成本，转子轴芯使用相适规格的碟形弹簧，具备更稳定的弹力，更少的弹性损失及更长的使用寿命，使主轴具有更好的稳定性，此外，线圈扭矩及刀具握持力也有大幅度的提升，比传统气浮主轴具备更高的加工精度及加工效益，其既适用于粗加工又适用于高精密加工，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整体结构剖视图。

图2为本发明气浮电主轴进气通道的结构示意图。

图3为本发明气浮电主轴前轴承组件的结构示意图。

图4为本发明气浮电主轴转子机构的结构示意图。

图5为本发明气浮电主轴气缸机构的结构示意图。

附图标注说明：

1-主体机构；2-转子机构；3-轴承机构；4-定子机构；5-气缸机构；6-后座机构；7-轴芯；8-顶杆；9-拉杆；10-弹性组件；11-夹头组件；12-推力轴承；13-前轴承组件；14-后轴承组件；15-延伸部；16-推力间隙环；17-防尘机构；18-外套；19-内胆；20-气路通道；21-主气道；22-导气孔；23-复合轴承套；24-轴承外套；25-气流通道；26-第一环形气槽；27-径向节气孔；28-通气孔；29-径向阻尼塞；30-轴向节气孔；31-第一轴向阻尼塞；32-进气通道；33-气路槽；34-第二轴向阻尼塞；35-第二环形气槽；36-气缸盖；37-气缸动力板；38-气缸分隔片；39-复位弹簧；40-安装孔；41-安装槽；42-轴向节流孔；43-第三轴向阻尼塞；44-绕线端；45-定子基体；46-绝缘板。

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1-5所示，一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，包括主体机构1、转子机构2、轴承机构3、定子机构4、气缸机构5及后座机构6，所述转子机构2、轴承机构3及所述定子机构4分别安装于所述主体机构1的内腔中，所述后座机构6设置于所述气缸机构5和所述主体机构1之间，所述转子机构2包括分别设置于轴芯7内的顶杆8、拉杆9、弹性组件10及夹头组件11，所述顶杆8其中一端与所述气缸机构5可传动地相互连接，另一端与所述拉杆9可传动地相互连接，所述弹性组件10由若干个套设于所述夹头组件11上的碟形弹簧所组成，所述夹头组件11通过螺丝与所述拉杆9相互连接，所述轴承机构3包括推力轴承12、前轴承组件13及后轴承组件14，所述气缸机构5和所述推力轴承12分别安装于所述主体机构1的两端，所述推力轴承12和所述前轴承组件13设置于所述轴芯7的其中一端，所述后轴承组件14设置于所述轴芯7的另一端，所述轴芯7一体成型地设置有延伸部15，所述延伸部15与所述推力轴承12相连接，所述推力轴承12和所述前轴承组件13之间设有推力间隙环16，所述推力轴承12设置有防尘机构17。

其中，所述主体机构1包括外套18和内胆19，所述内胆19设有气路通道20和循环水冷通道，所述气路通道20包括主气道21和若干个分别与所述主气道21相连通的导气孔22，所述主气道21的气体通过所述导气孔22分别输送至所述前轴承组件13和所述后轴承组件14中，所述循环水冷通道可同时冷却所述主体机构1和所述轴承机构3。

其中，所述前轴承组件13和所述后轴承组件14内均设置有铁氟龙材质的复合轴承套23和套设于所述复合轴承套23外侧的轴承外套24，所述轴承外套24设置有气流通道25，所述气流通道25包括第一环形气槽26、若干个径向节气孔27及通气孔28，所述第一环形气槽26与所述径向节气孔27相互连通，所述通气孔28与所述主气道21相互连通，与所述主体机构1的主气道21相连通的通气孔28，若干个所述径向节气孔27呈阵列式地均匀分布于所述轴承外套24上，若干个所述径向节气孔27均设置有径向阻尼塞29，若干个所述径向节气孔27分别通过轴向节气孔30实现相互连通，所述轴向节气孔30内设置有第一轴向阻尼塞31。

其中，所述推力轴承12设有进气通道32和气路槽33，所述进气通道32通过所述推力间隙环16上的气孔与所述前轴承组件13的通气孔28相连通，所述气路槽33内均设置有第二轴向阻尼塞34，所述第二轴向阻尼塞34与第一轴向阻尼塞31呈一定角度相互错开，所述进气通道32设置有第二环形气槽35。

其中，所述的气缸组件为多级动力板联合推动结构，包括气缸盖36、若干层气缸动力板37、气缸分隔片38及复位弹簧39，若干层所述气缸分隔片38中均设置有所述气缸动力板37，若干层所述气缸动力板37和所述后座机构6均设置有位于同一轴线的安装孔40，所述顶杆8依次设置于若干层所述气缸动力板37和所述后座机构6的所述安装孔40内，所述顶杆8与所述安装孔40之间具有一定间隙，所述后座机构6设置有安装槽41，所述复位弹簧39套设于所述安装槽41内，并套设于所述顶杆8的外侧。

其中，所述顶杆8的端部设置有轴向节流孔42，所述的轴向节流孔42设置有第三轴向阻尼塞43。

其中，所述的定子组件包括两端分别设置有绕线端44的若干个定子基体45，所述定子基体45和所述绕线端44的连接处设置有绝缘板46。

其中，所述后座机构6设置有消声器及测速装置。

其中，所述复位弹簧39的其中一端抵于最底层的所述气缸动力板37，另一端抵于所述安装槽41。

本发明一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，进气时，高压气体从后座机构6的进气孔进入到主体机构1的主气道21，一部分气体经过主体内胆19的导气孔22将气体输入到后轴承组件14的各个第一环形气槽26中，首先，由第一环形气槽26进入到后轴承组件14的轴承外套24内，通过轴承外套24的径向节气孔27将气体排入其径向阻尼塞29上，然后，主气道21的气体继续向前进入，另一部分的气体通过主体内胆19的导气孔22将其输入到前轴承组件13的第一环形气槽26内，再由第一环形气槽26进入到前轴承组件13的轴承外套24中，气体进而流入至轴承外套24的径向节气孔27和轴向节气孔30中，从而进入径向阻尼塞29和第一轴向阻尼塞31，最后一部分气体通过前轴承组件13的法兰盘气孔以及推力间隙环16的气孔流向推力轴承12的第二环形气槽35，再由第二环形气槽35分别进入到进气通道32和气路槽33中，从而使气体由气路槽33进入第二轴向阻尼塞34上，实现气体的输送。

本发明一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，排气时，气体由后座机构6上的消声器排出，可有效消除噪音。

本发明一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，换刀时，气缸机构5从下往上分别依次设置有若干层相互固定的气缸分隔片38，位于顶层的气缸分隔片38上固定安装有气缸盖36，最底层的气缸分隔片38与后座机构6形成下腔室，各层气缸分隔片38间相互形成中腔室，气缸盖36与顶层的气缸分隔片38形成上腔室，各个腔室内均设置有气缸动力板37，气依次可划分为上动力板、中动力板及下动力板，气缸动力板37与气缸盖36、气缸分隔片38之间均设置有密封O形密封圈，气缸盖36上设置有进气孔，高压气体通过进气孔和气缸动力板37的进气槽依次进入各腔室形成气压，气缸动力板37在高压气体的推动下推动顶杆8往前运动，顶杆8顶住拉杆9克服弹性组件10的弹力前移，促使夹头组件11张开后松刀，完成换刀后，关闭气缸盖36的进气孔，在复位弹簧39及弹性组件10的作用下促使气缸动力板37及顶杆8回位，从而拉紧新更换好的刀把。

此外，顶杆8设置有中通孔，且其前端设置有与中通孔相连通的轴向节流孔42，轴向节流孔42上设置有第三轴向阻尼塞43，主轴换刀过程中，气缸进气时一部分气体通过顶杆8中通孔流入轴向节流孔42，而后从顶杆8的第三轴向阻尼塞43喷出，对刀把进行清洁，同时防止粉尘及杂质进入轴芯7的内孔，影响加工精度。此举既保证了主轴的精度及稳定性，又合理利用了气源，避免资源的浪费。

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 (9)

1.一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，包括主体机构、转子机构、轴承机构、定子机构、气缸机构及后座机构，所述转子机构、轴承机构及所述定子机构分别安装于所述主体机构的内腔中，所述后座机构设置于所述气缸机构和所述主体机构之间，所述转子机构包括分别设置于轴芯内的顶杆、拉杆、弹性组件及夹头组件，所述顶杆其中一端与所述气缸机构可传动地相互连接，另一端与所述拉杆可传动地相互连接，所述弹性组件由若干个套设于所述夹头组件上的碟形弹簧所组成，所述夹头组件通过螺丝与所述拉杆相互连接，所述轴承机构包括推力轴承、前轴承组件及后轴承组件，所述气缸机构和所述推力轴承分别安装于所述主体机构的两端，所述推力轴承和所述前轴承组件设置于所述轴芯的其中一端，所述后轴承组件设置于所述轴芯的另一端，所述轴芯一体成型地设置有延伸部，所述延伸部与所述推力轴承相连接，所述推力轴承和所述前轴承组件之间设有推力间隙环，所述推力轴承设置有防尘机构。

2.根据权利要求1所述一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，其特征在于：所述主体机构包括外套和内胆，所述内胆设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分别与所述主气道相连通的导气孔，所述主气道的气体通过所述导气孔分别输送至所述前轴承组件和所述后轴承组件中，所述循环水冷通道可同时冷却所述主体机构和所述轴承机构。

3.根据权利要求1所述一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，其特征在于：所述前轴承组件和所述后轴承组件内均设置有复合轴承套和套设于所述复合轴承套外侧的轴承外套，所述轴承外套设置有气流通道，所述气流通道包括第一环形气槽、若干个径向节气孔及通气孔，所述第一环形气槽与所述径向节气孔相互连通，所述通气孔与所述主气道相互连通，与所述主体机构的主气道相连通的通气孔，若干个所述径向节气孔呈阵列式地均匀分布于所述轴承外套上，若干个所述径向节气孔均设置有径向阻尼塞，若干个所述径向节气孔分别通过轴向节气孔实现相互连通，所述轴向节气孔内设置有第一轴向阻尼塞。

4.根据权利要求1所述一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，其特征在于：所述推力轴承设有进气通道和气路槽，所述进气通道通过所述推力间隙环上的气孔与所述前轴承组件的通气孔相连通，所述气路槽内均设置有第二轴向阻尼塞，所述第二轴向阻尼塞与第一轴向阻尼塞呈一定角度相互错开，所述进气通道设置有第二环形气槽。

5.根据权利要求1所述一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，其特征在于：所述的气缸组件为多级动力板联合推动结构，包括气缸盖、若干层气缸动力板、气缸分隔片及复位弹簧，若干层所述气缸分隔片中均设置有所述气缸动力板，若干层所述气缸动力板和所述后座机构均设置有位于同一轴线的安装孔，所述顶杆依次设置于若干层所述气缸动力板和所述后座机构的所述安装孔内，所述顶杆与所述安装孔之间具有一定间隙，所述后座机构设置有安装槽，所述复位弹簧套设于所述安装槽内，并套设于所述顶杆的外侧。

6.根据权利要求5所述一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，其特征在于：所述顶杆的端部设置有轴向节流孔，所述的轴向节流孔设置有第三轴向阻尼塞。

7.根据权利要求1所述一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，其特征在于：所述的定子组件包括两端分别设置有绕线端的若干个定子基体，所述定子基体和所述绕线端的连接处设置有绝缘板。

8.根据权利要求1所述一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，其特征在于：所述后座机构设置有消声器及测速装置。

9.根据权利要求5所述一种高精度低能耗的高速气浮式电主轴，其特征在于：所述复位弹簧的其中一端抵于最底层的所述气缸动力板，另一端抵于所述安装槽。