CN110883344A - 一种直驱式气浮主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直驱式气浮主轴,包括主径向轴承及外壳(4),设置在主径向轴承及外壳(4)上的径向轴承部,径向轴承部包括设置在主径向轴承及外壳(4)左端的前端止推轴承(3),设置在主径向轴承及外壳(4)内部的后端止推轴承(6);径向轴承部内设置有转轴(5);转轴(5)内设置有推杆(17),推杆(17)通过位于主径向轴承及外壳(4)尾端的双作用气缸(14)驱动;转轴(5)前端为中空,推杆(17)位于该中空部分设置有压紧螺母(18)和碟片弹簧(19);主径向轴承及外壳(4)外部还连接有弹簧夹头(1);还包括位于主径向轴承及外壳(4)内的电机定子(7),以及设置在转轴(5)上的电机动子(8),转轴后端安装有编码器(11)。本装置能够有效实现气浮,并能够在高转速下带定位控制运行。
Description
技术领域
本发明涉及机床加工技术领域,具体涉及一种直驱式气浮主轴。
背景技术
气浮主轴(又称为空气主轴)指的是用气体(通常是空气,但也有可能是其它气体)作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小,耐高温,无污染,因而可用于高速机器、仪器及放射性装置中,但其负荷能力比油低。
现有的气浮主轴结构复杂,工件在高速旋转的时候,气浮不稳定,不利于高速运转。
有鉴于上述的缺陷,本设计人,积极加以研究创新,以期创设一种新型结构的直驱式气浮主轴,使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种直驱式气浮主轴。
本发明的技术方案如下:
一种直驱式气浮主轴,其特征在于:
包括主径向轴承及外壳(4),设置在所述主径向轴承及外壳(4)上的径向轴承部,所述径向轴承部包括设置在所述主径向轴承及外壳(4)左端的前端止推轴承(3),设置在所述主径向轴承及外壳(4)内部的后端止推轴承(6);
所述径向轴承部内设置有转轴(5);
所述转轴(5)内设置有推杆(17),所述推杆(17)通过位于所述主径向轴承及外壳(4)尾端的双作用气缸(14)驱动;
所述转轴(5)前端为中空,所述推杆(17)位于该中空部分设置有压紧螺母(18)和碟片弹簧(19);
所述主径向轴承及外壳(4)外部还连接有弹簧夹头(1);
还包括位于所述主径向轴承及外壳(4)内的电机定子(7),以及设置在所述转轴(5)上的电机动子(8)。
进一步的,所述主径向轴承及外壳(4)内还设置有辅助径向轴承(9)和辅助轴(10),所述辅助径向轴承(9)位于所述主径向轴承及外壳(4)内壁上,所述辅助轴(10)位于所述辅助径向轴承(9)内壁上,所述转轴(5)套设在所述辅助轴(10)内部。
进一步的,所述主径向轴承及外壳(4)和双作用气缸(14)之间还连接有工件安装反馈装置(12),所述工件安装反馈装置(12)内壁上设置有唇形密封圈(13),所述转轴(5)套设在所述唇形密封圈(13)内。
进一步的,所述主径向轴承及外壳(4)内还设置有旋转编码器(11)。
进一步的,所述转轴(5)材料采用Y1Cr17。
进一步的,所述前端止推轴承(3)及后端止推轴承(6)气浮面均压槽形式设计为雪花状。
进一步的,所述均压槽槽宽0.12~0.18mm,槽深20~30um。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
本装置能够有效实现气浮,并能够在高转速下带定位控制运行。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某个实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的剖视结构示意图;
图2是本发明的止推轴承气浮压槽结构示意图;
图中:弹簧夹头1、夹头固定座2、前端止推轴承3、主径向轴承及外壳4、转轴5、后端止推轴承6、电机定子7、电机动子8、辅助径向轴承9、辅助轴10、旋转编码器11、工件安装反馈装置12、唇形密封圈13、双作用气缸14、推杆衬套15、气缸固定板16、推杆17、压紧螺母18、碟片弹簧19。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明作为一种直驱式气浮主轴,能够将主轴直接通过气浮的方式进行支撑,减小了摩擦力,使其具有更高的精度以及更高的速度。
本装置具体包括了弹簧夹头1、夹头固定座2、前端止推轴承3、主径向轴承及外壳4、转轴5、后端止推轴承6、电机定子7、电机动子8、辅助径向轴承9、辅助轴10、旋转编码器11、工件安装反馈装置12、唇形密封圈13、双作用气缸14、推杆衬套15、气缸固定板16、推杆17、压紧螺母18、碟片弹簧19。
主径向轴承及外壳4作为整个装置的壳体部分,其具有外壳和主径向轴承两个方面的功能,具体主径向轴承在内壁上,外壳主要是外壁,相当于前端的内部作为主径向轴承。主径向轴承及外壳4内通过一个隔环分割成两个安装空间,其中主径向轴承在左侧的安空间中,后端止推轴承6是安装在主径向轴承及外壳4内部的也位于左侧的安装空间中,在右侧的安装空间的一端安装有辅助径向轴承9和辅助轴10,辅助径向轴承9连接在右侧安装空间的内壁上,辅助轴10位于辅助径向轴承9内部。
前端止推轴承3位于主径向轴承及外壳4的前端,转轴5安装到主径向轴承及外壳4的内壁,位于前端止推轴承3、主径向轴承、后端止推轴承6、辅助轴10的内部,转轴5与辅助轴10连接方式为过盈配合,能达到两个气浮面较高的同轴度。
电机定子7固定在主径向轴承及外壳4中右侧安装空间的内壁上并位于辅助径向轴承9的一侧,作为整个气浮主轴的定子部分,电机动子8是安装到转轴5上的。
工件安装反馈装置12连接至主径向轴承及外壳4的尾部,并在其后连接有气缸固定板16和双作用气缸14。
推杆衬套15位于转轴5的尾端内部,推杆17位于转轴5的内部且一端位于推杆衬套15内,推杆17连接双作用气缸14的驱动端。
唇形密封圈13是位于工件安装反馈装置12和转轴5之间,主要起到密封的作用。
旋转编码器11套接在转轴5的外部,主要起到高速运动过程中可实现精确定位控制。
转轴5的前端具有一个安装空间设计成中空形式,给碟片弹簧19及压紧螺母18等零件安装留有足够的安装空间,压紧螺母18、碟片弹簧19连接到转轴5上,弹簧夹头1连接至主径向轴承及外壳4的端部,弹簧夹头1还延伸至主径向轴承及外壳4内部并和碟片弹簧19相互接触。弹簧夹头1与转轴5相连,正常工作时随转轴5一起转动。由于压紧螺母18有预紧,常态时碟片弹簧19有一定压缩量,会将推杆17推至最后,此时弹簧夹头1处于收紧夹持状态。当气缸14工作时,将推杆17向前推动,碟片弹簧19继续压缩,弹簧夹头1在推杆17的带动下张开,夹取工件。
径向轴承由前后两部分组成,前端由主径向轴承及外壳4与转轴5组成,采用双排节流孔,每排节流孔18个,轴径相对较粗,气膜间隙相对较小(12.5um左右单边间隙),能提供较大的径向刚度。在径向支撑上起主要作用。后端由辅助径向轴承9与辅助轴10组成,采用单排节流孔,节流孔个数10个,轴径相对较小,气膜间隙相对较大(20um左右单边间隙),在径向支撑上起辅助支撑作用。双轴承所提供的的径向刚度更大,承载力更大,在主轴高转速运动中更稳定,辅助轴承气膜间隙相对更大,承载力相对较小,能够有效克服前后轴承安装偏心误差,确保主轴高速运行稳定性。
转轴5材料采用不锈钢材质(Y1Cr17),表面渗氮处理,使主轴甚至可以在潮湿的切削环境中运行,辅助轴10材料采用铝合金材料,表面做硬质阳极氧化处理,表面硬化易于加工,能达到较高精度。
前端止推轴承3、主径向轴承及外壳4、后端止推轴承6及辅助径向轴承9基体材料均为铝合金材料,质量较轻且易于加工,气浮表面考虑到加工性及材料稳定性,在气浮表面高温烧结或高温喷涂一层MoSi2材料,厚度0.5~1mm左右。此种做法优点,既提高材料的表面硬度,又有一定的可加工性,较低的热膨胀系数是做气浮轴承的极佳材料。
前端止推轴承3及后端止推轴承6气浮面均压槽形式设计为雪花状,使整个气浮面压力均等,不会产生偏心及气锤,提高主轴高转速下的稳定性。
电机为直驱力矩电机,电机定子7自带水冷槽,缩小了主轴设计尺寸。电机定子7及电机动子8均采用粘接的方式与主径向轴承及外壳4及转轴5固定,易于安装且节省空间。辅助径向轴承9与主径向轴承及外壳4装配方式为过盈配合,此做法能最大限度的满足前后径向轴承的同轴度。工件安装反馈装置12能将带有压力的气体输送至弹簧夹头1前端,当有工件安装时,后端压力表示数升高,能够有效判别是否有工件安装。
本装置能够有效实现气浮,并能够在高转速下带定位控制运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种直驱式气浮主轴,其特征在于:
包括主径向轴承及外壳(4),设置在所述主径向轴承及外壳(4)上的径向轴承部,所述径向轴承部包括设置在所述主径向轴承及外壳(4)左端的前端止推轴承(3),设置在所述主径向轴承及外壳(4)内部的后端止推轴承(6);
所述径向轴承部内设置有转轴(5);
所述转轴(5)内设置有推杆(17),所述推杆(17)通过位于所述主径向轴承及外壳(4)尾端的双作用气缸(14)驱动;
所述转轴(5)前端为中空,所述推杆(17)位于该中空部分设置有压紧螺母(18)和碟片弹簧(19);
所述主径向轴承及外壳(4)外部还连接有弹簧夹头(1);
还包括位于所述主径向轴承及外壳(4)内的电机定子(7),以及设置在所述转轴(5)上的电机动子(8)。
2.根据权利要求1所述的一种直驱式气浮主轴,其特征在于:所述主径向轴承及外壳(4)内还设置有辅助径向轴承(9)和辅助轴(10),所述辅助径向轴承(9)位于所述主径向轴承及外壳(4)内壁上,所述辅助轴(10)位于所述辅助径向轴承(9)内壁上,所述转轴(5)套设在所述辅助轴(10)内部。
3.根据权利要求1所述的一种直驱式气浮主轴,其特征在于:所述主径向轴承及外壳(4)和双作用气缸(14)之间还连接有工件安装反馈装置(12),所述工件安装反馈装置(12)内壁上设置有唇形密封圈(13),所述转轴(5)套设在所述唇形密封圈(13)内。
4.根据权利要求1所述的一种直驱式气浮主轴,其特征在于:所述主径向轴承及外壳(4)内还设置有旋转编码器(11)。
5.根据权利要求1所述的一种直驱式气浮主轴,其特征在于:所述转轴(5)材料采用Y1Cr17。
6.根据权利要求1所述的一种直驱式气浮主轴,其特征在于:所述前端止推轴承(3)及后端止推轴承(6)气浮面均压槽形式设计为雪花状。
7.根据权利要求6所述的一种直驱式气浮主轴,其特征在于:所述均压槽槽宽0.12~0.18mm,槽深20~30um。
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