CN111842943A - 一种电主轴轴芯组件、气浮电主轴和钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴轴芯组件、气浮电主轴和钻机，包括：轴芯，具有轴芯内孔；夹刀机构，包括夹头内芯和夹头套，所述夹头套连接于所述轴芯端部；轴霸机构，包括滑套和滑套芯，所述滑套设在所述轴芯内孔中，所述滑套套装在所述滑套芯外侧，所述滑套具有锥形内孔，所述滑套芯具有与所述锥形内孔配合的外锥面，所述滑套芯与所述夹头内芯连接；弹性部件，设置于所述滑套和所述夹头套之间，所述弹性部件抵住所述滑套。创新采用可以补偿温度及离心膨胀变化造成配合变化量的新型轴霸结构，有效解决轴芯高速旋转过程夹刀机构产生质量偏心造成主轴振动性能不稳定问题，实现主轴低振动性能特点。

Description

一种电主轴轴芯组件、气浮电主轴和钻机

技术领域

本发明用于旋转加工领域，特别是涉及一种电主轴轴芯组件、气浮电主轴和钻机。

背景技术

光电产业、集成电路和消费电子类产品的蓬勃发展对PCB行业钻孔加工技术的要求越来越高，制约加工技术发展因素主要有两点，一是钻孔加工工艺技术发展；二是执行钻孔加工的核心部件气浮电主轴精度；研究表明，核心部件气浮电主轴性能指标是影响钻孔加工质量的关键因素，如主轴电机扭矩大小、振动速度及幅值大小、轴芯动态伸长量变化量等。

现有技术中，轴芯高速旋转过程中，温度变化、离心膨胀变化等因素影响夹刀机构的外套和轴芯内孔配合产生微小间隙，造成质量偏心，改变轴系初始平衡结果，导致主轴振动变大或不稳定。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电主轴轴芯组件、气浮电主轴和钻机，创新采用可以补偿温度及离心膨胀变化造成配合变化量的新型轴霸结构，有效解决轴芯高速旋转过程夹刀机构产生质量偏心造成主轴振动性能不稳定问题，实现主轴低振动性能特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种电主轴轴芯组件，包括：

轴芯，具有轴芯内孔；

夹刀机构，包括夹头内芯和夹头套，所述夹头套连接于所述轴芯端部；

轴霸机构，包括滑套和滑套芯，所述滑套设在所述轴芯内孔中，所述滑套套装在所述滑套芯外侧，所述滑套具有锥形内孔，所述滑套芯具有与所述锥形内孔配合的外锥面，所述滑套芯与所述夹头内芯连接；

弹性部件，设置于所述滑套和所述夹头套之间，所述弹性部件抵住所述滑套。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述滑套上设有若干变形槽。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述滑套的尾部外周面设有限位挡环，所述轴霸机构还包括：

弹性外套，套装在所述滑套外侧，所述弹性外套抵接所述限位挡环。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述滑套的尾部端面凸出于所述滑套芯的尾部端面。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述滑套芯的尾部设有调节部件，所述调节部件与所述滑套芯螺纹连接，所述调节部件沉入所述滑套内部，所述滑套的尾部端面凸出于所述调节部件的尾部端面。

第二方面，一种气浮电主轴，包括：

机体，设有轴孔和气流通道；

第一方面中任一实现方式所述的电主轴轴芯组件，所述轴芯穿置于所述轴孔，所述夹头套上设有止推飞盘；

驱动部件，输出端设有顶杆，所述顶杆伸入所述轴芯内孔，用于顶推所述轴霸机构；

电机组件，包括定子和转子，所述转子与所述轴芯连接；

气浮轴承，设在所述轴孔中，并与所述轴芯配合；

止推轴承，与所述止推飞盘配合；

其中，所述气浮轴承和止推轴承均具有与所述气流通道接通的排气孔。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述定子具有多个绕组，多个所述绕组对应电机组件不同的额定转速。

结合第二方面和上述实现方式，在第二方面的某些实现方式中，所述定子位于所述轴孔内，所述定子与所述机体连接，所述机体于所述轴孔外侧设有冷却水套。

结合第二方面和上述实现方式，在第二方面的某些实现方式中，所述气浮轴承包括第一气浮轴承和第二气浮轴承，所述第一气浮轴承和第二气浮轴承分布在所述电机组件两侧。

第三方面，一种钻机，包括第二方面中任一实现方式所述的气浮电主轴。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本技术方案设计实时可变尺寸的轴霸机构，即在弹性部件作用下通过锥面传递给滑套产生外圆尺寸变大，消除产生的微小间隙，确保轴霸机构与轴芯内孔的配合始终不变。本技术方案创新采用可以补偿温度及离心膨胀变化造成配合变化量的新型轴霸结构，有效解决轴芯高速旋转过程夹刀机构产生质量偏心造成主轴振动性能不稳定问题，实现主轴低振动性能特点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明气浮电主轴的一个实施例结构示意图；

图2是本发明电主轴轴芯组件的一个实施例结构示意图；

图3是图2所示实施例的轴霸机构的尾部端面示意图；

图4是图3中A-A处截面图；

图5是图2所示实施例的轴霸机构的轴测示意图；

图6是图2所示实施例的定子结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明的实施例提供了一种气浮电主轴，包括机体1、电主轴轴芯组件、驱动部件2、电机组件3、气浮轴承和止推轴承4，机体1是装配主轴的载体，机体1设有轴孔11。电主轴轴芯组件包括轴芯5，轴芯5穿置于机体1的轴孔11，气浮轴承设在轴孔11中，并与轴芯5配合。电机组件3包括定子31和转子32，转子32与轴芯5连接，电机组件3用于驱动轴芯5在机体1的轴孔11内高精度转动。

电主轴轴芯组件还包括夹刀机构，夹刀机构用于夹持刀具6，参见图1、图2，夹刀机构包括夹头内芯71和夹头套72，夹头内芯71具有夹持刀具6的夹持内孔，夹头内芯71和夹头套72通过锥面配合，夹头内芯71向夹头套72内缩回时，在锥面的作用下，夹头内芯71的夹持内孔缩小，夹紧内部的刀具6。

其中，参见图1，夹头套72连接于轴芯5端部，夹头套72上设有止推飞盘73，止推轴承4与止推飞盘73配合，机体1上设有气流通道，气浮轴承和止推轴承4均具有与气流通道接通的排气孔。使用时，通过外部供气，气体通过气流通道进入气浮轴承和止推轴承4，并由排气孔喷出，从而在轴芯5与气浮轴承之间、止推轴承4和止推飞盘73之间形成压力气膜，支承轴芯5处于悬浮状态，在电机组件3的驱动下，轴芯5进行高精度、高速转动，进一步将电机组件3的动力输出至夹刀机构的刀具6。

参见图2，轴芯5具有轴芯内孔51，电主轴轴芯组件还包括轴霸机构8和弹性部件81，轴霸机构8包括滑套82和滑套芯83，滑套82设在轴芯内孔51中，滑套82套装在滑套芯83外侧，滑套芯83另一端穿入夹头套72内部，滑套芯83与夹头内芯71连接，轴霸机构8沿轴芯内孔51往复运动时，带动夹头内芯71伸出或缩回，从而释放或夹紧刀具6。

参见图1，驱动部件2输出端设有顶杆21，顶杆21伸入轴芯内孔51，用于顶推轴霸机构8，弹性部件81设置于滑套82和夹头套72之间，弹性部件81可采用弹簧、碟簧组等，弹性部件81直接或间接抵住滑套82。驱动部件2可采用气缸、电机等，例如在图1所示的实施例中，驱动部件2采用设置在机体1尾部的气缸，气缸的输出端连接顶杆21，气缸通气活塞推动顶杆21，顶杆21顶推轴霸机构8，轴霸机构8顶推夹头内芯71，夹刀机构松开刀具6。闭气后，弹性部件81顶推轴霸机构8复位，轴霸机构8牵引夹头内芯71缩回，夹紧刀具6。

参见图3、图4，轴霸机构8中，滑套82具有锥形内孔，滑套芯83具有与锥形内孔配合的外锥面，外锥面与锥形内孔的锥度相同或不同，即滑套芯83与滑套82通过锥面配合，当滑套芯83与滑套82沿轴向相对运动时，滑套82的外形尺寸能够变大或缩小。工作过程中，弹性部件81为轴霸机构8提供弹性支撑，形成实时可变尺寸的轴霸机构8，即在弹性部件81作用下通过锥面传递给滑套82产生外圆尺寸变大，消除滑套82与轴芯5之间产生的微小间隙，确保轴霸机构8与轴芯内孔51的配合始终不变。本技术方案创新采用可以补偿温度及离心膨胀变化造成配合变化量的新型轴霸结构，有效解决轴芯5高速旋转过程夹刀机构产生质量偏心造成主轴振动性能不稳定问题，实现主轴低振动性能特点。

在一些实施例中，参见图3、图5，滑套82呈圆筒状，滑套82上设有若干变形槽84，变形槽84延伸到滑套82的尾部边缘，多个变形槽84沿滑套82的轴向均匀或非均匀分布，变形槽84的设置能够为滑套82提供更大的变形空间。

滑套82能够与轴芯5直接或间接接触，例如在一些实施例中，参见图3、图4、图5，轴霸机构8还包括弹性外套85，弹性外套85套装在滑套82外侧形成外套组合体，弹性外套85采用工程弹性材质制作，弹性外套85位于滑套82和轴芯5之间，一方面使轴霸机构8与轴芯5的配合更加紧密，消除产生的微小间隙，另一方面也能避免由于滑套82与轴芯5的刚性接触导致的材料磨损。

进一步的，参见图4、图5，滑套82的尾部外周面设有限位挡环86，滑套82的外周面通过限位挡环86形成连接弹性外套85的空间，弹性外套85抵接限位挡环86，避免在滑套82往复运动过程中，弹性外套85由滑套82上脱离。

因为轴霸机构8在弹性部件81的作用下自动胀紧在轴芯内孔51中，当驱动部件2的顶杆21顶推轴霸机构8时，需要解锁轴霸机构8，以避免损坏轴芯内孔51、轴霸机构8或者驱动部件2。在一些实施例中，参见图4，滑套82的尾部端面凸出于滑套芯83的尾部端面，即，滑套82的尾部端面与滑套芯83的尾部端面存在一定的高度差h，当驱动部件2的顶杆21顶推轴霸机构8时，顶杆21先接触滑套82的尾部端面，并向前顶推滑套82，滑套82与滑套芯83相对运动，并收缩，实现解锁，避免由于同时顶推滑套芯83和滑套82，或者先顶推滑套芯83，带来的风险或故障。

进一步的，由于滑套82的尾部端面与滑套芯83的尾部端面在装配时很难实现精确控制，参见图4，在滑套芯83的尾部设有调节部件87，调节部件87与滑套芯83螺纹连接，具体的，滑套芯83的尾部设有螺孔，调节部件87与螺孔连接，调节部件87沉入滑套82内部，滑套82的尾部端面凸出于调节部件87的尾部端面。该实施例中，能够通过调节调节部件87在螺孔中的旋入深度来控制滑套82的尾部端面与滑套芯83的尾部端面的高度差，从而方便整个结构的装配。

在一些实施例中，参见图6，定子31具有多个绕组，多个绕组对应电机组件3不同的额定转速。电机通过多绕组电机能够满足多种加工模式要求，多个绕组可以通过驱动器自由切换多个驱动参数，实现连续控制。例如在设置高速绕组33和低速绕组34的两个绕组的实施例中，低速绕组输出扭矩比同尺寸单绕组电机高约54％，电机温度比单绕组电机低10-15℃；低绕组输出更大的扭矩，满足加工盲孔所需负载，电机温度降低，可有效减小轴系前端伸长量，满足加工盲孔深度精度需求。

电机组件3可以独立于机体1或者集成于机体1中，例如在图1所示的实施例中，定子31位于轴孔11内，定子31与机体1连接，机体1于轴孔11外侧设有冷却水套12，冷却液从冷却水套12进入机体1，对电机组件3、气浮轴承进行冷却，最终排出，实现电机和轴承的同步冷却，电主轴的工作温度更加可控，精度更高，电主轴的寿命更长。而且，由于电机温度降低，也可有效减小轴系前端伸长量，满足加工盲孔深度精度需求

其中，电机组件3可位于轴芯5的一端或位于轴芯5的中部位置，例如在图1所示的实施例中，电机组件3位于轴芯5的中部位置，气浮轴承包括第一气浮轴承91和第二气浮轴承92，第一气浮轴承91和第二气浮轴承92分布在电机组件3两侧。第一气浮轴承91和第二气浮轴承92为轴芯5提供径向支撑，提高电主轴的精度。

本发明一实施例的工作原理如下：气浮轴承及止推轴承4支撑轴芯5悬浮状态，再连接主轴和冷却设备进出水管，最后接通变频驱动器和主轴电机连线，电机组件3驱动轴芯5高速运转；气缸通气后活塞移动，推夹刀机构松开刀具6，关气后活塞靠弹簧复位，夹刀机构在弹性部件81的作用下夹紧刀具6。

实施过程：

先接通干净压缩空气给气浮轴承、支撑轴芯5悬浮状态；

再连接主轴和冷却设备进出水管；

最后接通变频驱动器和主轴电机连线，电机驱动轴芯5运转；

更换刀具6：给气缸通气，气缸力推夹刀机构松开刀具6；关闭通气，气缸复位，夹刀机构夹紧刀具6(轴芯5旋转过程气缸和夹刀机构无接触)。

本发明的实施例还提供一种钻机，包括以上任一实施例中的气浮电主轴。即夹刀机构夹持的刀具为钻头，本发明实施例的钻机具有低速大扭矩、低振动、低伸长量的性能特点；可应用于PCB行业高精度盲孔钻加工，主要用于通讯类的各种板材特殊钻孔加工，如背板、高多层板、盲埋孔板等。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种电主轴轴芯组件，其特征在于，包括：

轴芯，具有轴芯内孔；

夹刀机构，包括夹头内芯和夹头套，所述夹头套连接于所述轴芯端部；

轴霸机构，包括滑套和滑套芯，所述滑套设在所述轴芯内孔中，所述滑套套装在所述滑套芯外侧，所述滑套具有锥形内孔，所述滑套芯具有与所述锥形内孔配合的外锥面，所述滑套芯与所述夹头内芯连接；

弹性部件，设置于所述滑套和所述夹头套之间，所述弹性部件抵住所述滑套。

2.根据权利要求1所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述滑套上设有若干变形槽。

3.根据权利要求1所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述滑套的尾部外周面设有限位挡环，所述轴霸机构还包括：

弹性外套，套装在所述滑套外侧，所述弹性外套抵接所述限位挡环。

4.根据权利要求1所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述滑套的尾部端面凸出于所述滑套芯的尾部端面。

5.根据权利要求1所述的电主轴轴芯组件，其特征在于，所述滑套的尾部端面凸出于所述滑套芯的尾部端面。

6.一种气浮电主轴，其特征在于，包括：

机体，设有轴孔和气流通道；

权利要求1～5中任一项所述的电主轴轴芯组件，所述轴芯穿置于所述轴孔，所述夹头套上设有止推飞盘；

驱动部件，输出端设有顶杆，所述顶杆伸入所述轴芯内孔，用于顶推所述轴霸机构；

电机组件，包括定子和转子，所述转子与所述轴芯连接；

气浮轴承，设在所述轴孔中，并与所述轴芯配合；

止推轴承，与所述止推飞盘配合；

其中，所述气浮轴承和止推轴承均具有与所述气流通道接通的排气孔。

7.根据权利要求6所述的气浮电主轴，其特征在于，所述定子具有多个绕组，多个所述绕组对应电机组件不同的额定转速。

8.根据权利要求6所述的气浮电主轴，其特征在于，所述定子位于所述轴孔内，所述定子与所述机体连接，所述机体于所述轴孔外侧设有冷却水套。

9.根据权利要求8所述的气浮电主轴，其特征在于，所述气浮轴承包括第一气浮轴承和第二气浮轴承，所述第一气浮轴承和第二气浮轴承分布在所述电机组件两侧。

10.一种钻机，其特征在于，包括权利要求6～9中任一项所述的气浮电主轴。

Images