CN202555839U - 一种新型气体磁轴承电主轴 - Google Patents

一种新型气体磁轴承电主轴 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种新型气体磁轴承电主轴，包括径向-轴向辅助轴承、径向位移传感器、径向位移传感器支架、径向混合磁轴承、限位套筒、高速电机、钢筒、轴向止推气体轴承、径向辅助轴承、转轴、前端盖和后端盖。本实用新型采用静压气体轴承和磁轴承组合形式的结构，突破了单独采用静压气体轴承或磁轴承支承超精密主轴的传统结构。其中，静压气体轴承可以弥补磁轴承承载力小的不足，磁轴承可以弥补静压气体轴承不易控制的缺点，且可以实现更高的回转精度。本实用新型采用混合磁轴承结构，突破了采用主动磁轴承的传统支承形式，因此取消了偏置电流，减少了电磁铁的安匝数，降低了功率放大器的功耗，减少了主轴系统的成本。

Description

一种新型气体磁轴承电主轴
技术领域
本实用新型属于机械制造领域，具体涉及一种新型气体磁轴承电主轴。
背景技术
随着科学技术的发展，机械、微电子工业、激光核聚变、航空、航天及国防工业等尖端技术对零部件的加工精度要求不断提高。超精密加工已经成为在国际竞争中取得成功的关键技术之一，实现超精密加工的首要条件是超精密数控机床。影响超精密机床精度的核心因素是主轴的回转精度，而主轴要达到极高的回转精度，且转动平稳、无振动，关键在于所用的精密轴承。
早期的超精密机床采用超精密级的滚动轴承，但是，制造高精度的滚动轴承是非常困难的，若想进一步提高精度，更为困难。目前，超精密机床主要采用液体、气体轴承和磁轴承等主轴系统结构形式。其中，静压气体轴承是一种随着高科技出现而发展起来的先进实用技术。它运转轻快、洁净、平滑、耐高低温，保证了非常高的回转精度、良好的热动态性能以及很长的使用寿命, 因此成为精密和超精密加工机床电主轴的主要选择。但是提高静压气体轴承主轴回转精度的传统方法是提高轴承副工作表面的加工精度，而单靠提高零件加工精度来提高主轴回转精度是有限的。
近年来，磁轴承技术由于其具有无摩擦、无磨损, 无需润滑及密封, 高速度、高精度及寿命长等优点, 从根本上改变了传统的支承形式。磁轴承转子的回转精度取决于控制环节中信号的测量精度，对轴承元件加工精度的要求降低，为进一步提高回转精度提供了可能。以静压气体轴承与主动磁轴承组合的方式来进一步提高主轴回转精度的构想是可能的。即，主轴的部分支承由磁轴承负责，利用磁轴承的可控性，可实现提高主轴回转精度的目的。然而对于全部由磁轴承负责支承的主轴系统，由于受磁性材料饱和特性的影响，其承载力无法和静压气体轴承相比，即使采用高性能磁材料也还是如此。因此，磁轴承主轴系统在较高精度的高速机床中应用得越来越广，但超精密机床中单独采用磁轴承的并不多见。
现有的气体磁轴承主轴的磁轴承均采用主动磁轴承（例如公开号CN 101217243；公开号 CN 10127240的中国专利），相比于主动磁轴承，混合磁悬浮轴承利用永久磁铁产生的磁场，取代了主动磁悬浮轴承中电磁铁所产生的静态偏置磁场，使功率损耗大大降低，减少了电磁铁的安匝数，缩小了磁轴承体积，并且提高了磁轴承的效能。
本实用新型的目的是提供一种结构简单，容易加工、安装的新型超精密气体磁轴承电主轴结构。该结构采用混合磁轴承与静压气体支承共同支承精密主轴的结构，可使主轴回转精度能够突破静压气体轴承主轴回转精度的极限，且保证了主轴的承载力要求。由于采用混合磁轴承结构，减少了电磁铁的安匝数，降低了功率放大器的功耗，减少了主轴系统的成本。因此，本实用新型是对当今超精密主轴技术的一次有益的尝试和发展。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种设计合理，功耗低、体积小、重量轻、加工制造方便并能提高超精密主轴回转精度、保证刚度的新型气体磁轴承电主轴。
实现本发明目的的技术方案是：
一种新型气体磁轴承电主轴，包括径向-轴向辅助轴承、径向位移传感器、径向位移传感器支架、径向混合磁轴承、限位套筒、高速电机、钢筒、轴向止推气体轴承、径向辅助轴承、转轴、前端盖和后端盖，其中，径向-轴向辅助轴承采用角接触球轴承；径向辅助轴承采用圆柱滚子轴承；径向位移传感器采用电涡流传感器，并安装在径向位移传感器支架上；径向混合磁轴承为四磁极结构磁轴承，其偏置磁通由轴向充磁的永磁体产生，控制磁通由通有直流电流的控制线圈产生；高速电机为内置变频电机；限位套筒用来固定主轴中各个零件在轴向的安装位置。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：
1、传统的超精密主轴由静压气体轴承支承或磁轴承单独支承，本实用新型采用静压气体轴承和磁轴承组合形式可以达到较两者单独使用时更好的效果。静压气体轴承可以弥补磁轴承承载力小的不足，磁轴承可以弥补静压气体轴承不易控制的缺点，且可以实现更高的回转精度。
2、传统的超精密电主轴的磁轴承采用主动磁轴承结构，本实用新型采用混合磁轴承结构，由于取消了偏置电流，减少了电磁铁的安匝数，降低了功率放大器的功耗，减少了主轴系统的成本。
附图说明
图1为本实用新型气体磁轴承电主轴的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型包括径向-轴向辅助轴承1、径向位移传感器2、径向位移传感器支架3、径向混合磁轴承4、限位套筒5、高速电机6、钢筒7、轴向止推气体轴承8、径向辅助轴承9、转轴10、前端盖11和后端盖12，其中，径向-轴向辅助轴承1采用角接触球轴承；径向辅助轴承9采用圆柱滚子轴承；径向位移传感器2采用电涡流传感器，并安装在径向位移传感器支架3上；径向混合磁轴承4为四磁极结构磁轴承，其偏置磁通由轴向充磁的永磁体产生，控制磁通由通有直流电流的控制线圈产生；高速电机6为内置变频电机；限位套筒5用来固定主轴中各个零件在轴向的安装位置。

Claims (1)

1.一种新型气体磁轴承电主轴，包括径向-轴向辅助轴承（1）、径向位移传感器（2）、径向位移传感器支架（3）、径向混合磁轴承（4）、限位套筒（5）、高速电机（6）、钢筒（7）、轴向止推气体轴承（8）、径向辅助轴承（9）、转轴（10）、前端盖（11）和后端盖（12），其特征在于：径向-轴向辅助轴承（1）采用角接触球轴承；径向辅助轴承（9）采用圆柱滚子轴承；径向位移传感器（2）采用电涡流传感器，安装在径向位移传感器支架（3）上；径向混合磁轴承（4）为四磁极结构磁轴承，其偏置磁通由轴向充磁的永磁体产生，控制磁通由通有直流电流的控制线圈产生；高速电机（6）为内置变频电机；限位套筒（5）用来固定主轴中各个零件在轴向的安装位置。
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