CN203993524U - 一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，包括主轴，套设在主轴上的轴套，主轴的后端设有一转子磁块，其N极朝向外侧，轴套上进一步设有定子线圈，轴套的后端设有一磁块座，磁块座上设有一与转子磁块相配合的定子电磁铁，其N极朝向内侧，磁块座上进一步设有调节螺钉；轴套的后端偏边缘处安装有一个电容式位置传感器，主轴的前端设有一个轴向气浮滞推轴承圆盘，轴套的前端设有对应的圆环腔，所述圆环腔上设有径向气孔，圆盘与在圆环腔内留有5微米左右的单面间隙。上述电主轴通过定子电磁铁和位置传感器，消除或减小主轴的轴向窜动间隙，直接提高气浮高速电主轴的轴向运行精度和平稳度，进而提高被加工工件的加工精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电主轴，特别是一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴。
背景技术
目前，机械磨削加工设备上的工具轴上，通常采用机械支撑的电主轴和空气支撑的电主轴，其中，机械支撑的电主轴的结构上将轴套和转轴间的支撑连接采用机械轴承，陶瓷轴承等传统的方式连接，转轴的驱动方式一般采用一体化电机或外接电机驱动。主轴通过装卡头安装标准的磨头进行高速磨削。这种机械主轴的特点是成本低，功率大，刚性强，制造难度低；缺点是轴承寿命短，磨损大，主轴径向和轴向的精度低，一般在10微米以上，主轴转速不高，通常在2万转/分钟以下，故不适宜加工高精度要求的工件。
空气气浮支撑的电主轴在结构上，采用了先进的高压空气气浮轴承技术，来实现轴套和轴芯的无接触支撑连接，这样的连接使主轴转动时实现了近似无摩擦连接，因此转动阻力小。其特点是转速更高（4万转/分钟以上），无磨损，寿命更长，运行更平稳，精度更高（主轴径向和轴向的精度达2微米以下）；缺点是成本高，价格贵，制造难，刚性差，加工效率低，适用于高精度的精修加工，但不适合于大去除量的加工。
气浮主轴的径向精度通过连体主轴（轴芯）和轴套的配合间隙来保证，轴套上有许多小孔，高压气体从小孔中喷射出来，使连体主轴在轴套中悬浮起来。气浮主轴的轴向精度是通过位于主轴前端的气浮滞推轴承的精度来保证的，气浮滞推轴承是由轴芯上的一个圆盘，被轴套上的两个圆环夹持在中间而形成的，圆盘和圆环之间留有一定的空气间隙，圆环上有数个均布的气孔，高压空气从圆环小孔中喷射出来，使圆盘的两面受到空气的压力，停留在两圆环的空间中心，达到限制轴芯在轴套中前后窜动的目的。所以间隙的大小和精度决定了该主轴的轴向精度。
在主轴的使用过程中，由于压缩空气的不洁净，会造成轴向滞推轴承的磨损，间隙增大，使得窜动加大，精度降低，遇到这种情况，一般要进行大修，才能恢复精度。有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，通过定子电磁铁和位置传感器，消除或减小主轴的轴向窜动间隙，直接提高气浮高速电主轴的轴向运行精度和平稳度，进而提高被加工工件的加工精度。
为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，包括主轴，套设在主轴上的轴套，所述轴套的内圆柱面上设置有多个轴向气孔，所述轴向气孔与气路相连，高压空气从轴向气孔中喷射出，进而将连体主轴气浮起来；主轴的后端设有一转子磁块，其N极朝向外侧，轴套上进一步设有定子线圈，轴套的后端设有一磁块座，磁块座上设有一与转子磁块相配合的定子电磁铁，其N极朝向内侧，即转子磁块与定子电磁铁的N极相向安装；磁块座上进一步设有一用于调节定子电磁铁与转子磁块的磁隙的调节螺钉；轴套的后端偏边缘处安装有一个电容式位置传感器，所述电容式位置传感器的探测面正对主轴的后端面，并设有15-30微米的间隙，所述位置传感器用于测量主轴与位置传感器间的相对窜动；上述主轴的前端设有一个轴向气浮滞推轴承圆盘，轴套的前端设有对应的圆环腔，所述圆环腔上设有径向气孔，圆盘与在圆环腔内留有5微米左右的单面间隙。高压气体从径向气孔中喷射出来，从圆盘的两面夹持住圆盘，使圆盘不能在轴套中窜动，构成了轴向气浮滞推轴承系统。
作为优选，上述轴套和主轴之间的轴向配合间隙小于5微米。
作为优选，上述轴向气孔的直径为0.1毫米。
作为优选，上述位置传感器的探测面与主轴的后端面间隙为20微米。
上述带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴的工作原理：主轴的最前端安装有用于夹持加工刀具的砂轮夹头，定子线圈采用50到650HZ交变电流驱动，使主轴在轴套中高速旋转，电容式位置传感器的传感信号经放大电路放大后，转化成驱动定子电磁铁的驱动电压，以交变电流的方式驱动定子电磁铁，使电磁铁的极性随着间歇的大小不断地改变定子电磁铁的极性方向和磁场强度，利用磁铁的相吸或相斥力，给主轴在轴向施加一大小和方向均动态变化的外力，达到减小或消除气浮主轴的轴向窜动的目的。调整通过调节螺钉调整定子电磁铁和转子磁块之间的磁隙，给主轴以适当的轴向力预紧力。
本实用新型使用电容式位置传感器测量到的间隙，经误差放大，提高了气浮主轴的轴向精度和刚性，使主轴转动更平稳，提高了主轴寿命和加工工件的精度，本实用新型所述的带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴符合高质量要求，符合机械加工设备要求。
附图说明
图1为本实施例带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴结构示意图；
图2为本实施例电容式位置传感器驱动原理图。
标号说明：
1— 磁块座；
2— 定子电磁铁；
3— 转子磁块；
4— 定子线圈；
5— 轴套；
6— 主轴（轴芯）；
7— 轴向气孔；
8— 砂轮夹头；
9— 轴向气浮滞推轴承圆盘；
10— 径向气孔；
11— 磁块调节螺钉；
12— 电容式位置传感器。
具体实施方式
如图1所示，一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，包括主轴6，套设在主轴6上的轴套5，所述轴套5的内圆柱面上设置有多个轴向气孔7，所述轴向气孔7与气路相连，高压空气从轴向气孔7中喷射出，进而将连体主轴6气浮起来；主轴6的后端设有一转子磁块3，其N极朝向外侧，轴套5上进一步设有定子线圈4，轴套5的后端设有一磁块座1，磁块座1上设有一与转子磁块3相配合的定子电磁铁2，其N极朝向内侧，即转子磁块3与定子电磁铁2的N极相向安装；磁块座1上进一步设有一用于调节定子电磁铁2与转子磁块3的磁隙的调节螺钉11；轴套5的后端偏边缘处安装有一个电容式位置传感器12，位置传感器12的探测面正对主轴6的后端面，并设有20微米的间隙，所述位置传感器12用于测量主轴与位置传感器12间的相对窜动；上述主轴6的前端设有一个轴向气浮滞推轴承圆盘9，轴套5的前端设有对应的圆环腔，所述圆环腔上设有径向气孔10，圆盘9与在圆环腔内留有5微米左右的单面间隙，高压气体从径向气孔10中喷射出来，从圆,9的两面夹持住圆盘9，使圆盘9不能在轴套5中窜动，构成了轴向气浮滞推轴承系统。
在本实施例中，上述轴套5和主轴6之间的轴向配合间隙小于5微米，所述轴向气孔7的直径为0.1毫米。
调节螺钉11也可以采用其他调节方式，如螺母螺栓调整，导柱导套调整及，调节螺钉11可以为圆形，方形，多边形。
上述带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴的工作原理：主轴的最前端安装有用于夹持加工刀具的砂轮夹头8，定子线圈4采用50到650HZ交变电流驱动，使主轴6在轴套5中高速旋转，如图2所示，电容式位置传感器12的传感信号经放大电路放大后，转化成驱动定子电磁铁2的驱动电压，以交变电流的方式驱动定子电磁铁2，使电磁铁2的极性随着间歇的大小不断地改变定子电磁铁2的极性方向和磁场强度，利用磁铁的相吸或相斥力，给主轴6在轴向施加一大小和方向均动态变化的外力，达到减小或消除气浮主轴的轴向窜动的目的。通过调节螺钉11调整定子电磁铁2和转子磁块3之间的磁隙，给主轴6以适当的轴向力预紧力。上述带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，当因为磨损，间隙增大、窜动加大时，可以不通过大修，只需要通过定子电磁铁和位置传感器，对主轴6施加一个轴向的闭环的动态相斥/相吸力，使变化的间隙向稳定下来，缩小主轴圆盘9的实际移动范围，达到提高主轴轴向精度的目的，而且具有延长使用寿命，降低维护成本等优点。
Claims (4)
1.一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，包括主轴，套设在主轴上的轴套，所述轴套的内圆柱面上设置有多个轴向气孔，所述轴向气孔与气路相连，高压空气从轴向气孔中喷射出，进而将连体主轴气浮起来，其特征在于：所述主轴的后端设有一转子磁块，其N极朝向外侧，轴套上进一步设有定子线圈，轴套的后端设有一磁块座，磁块座上设有一与转子磁块相配合的定子电磁铁，其N极朝向内侧，即转子磁块与定子电磁铁的N极相向安装；磁块座上进一步设有一用于调节定子电磁铁与转子磁块的磁隙的调节螺钉；轴套的后端安装有一个电容式位置传感器，所述电容式位置传感器的探测面正对主轴的后端面，并设有15-30微米的间隙；上述主轴的前端设有一个轴向气浮滞推轴承圆盘，轴套的前端设有对应的圆环腔，所述圆环腔上设有径向气孔，圆盘与在圆环腔内留有5微米的单面间隙。
2.如权利要求1所述的一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，其特征在于：所述轴套和主轴之间的轴向配合间隙小于5微米。
3.如权利要求1所述的一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，其特征在于：所述轴向气孔的直径为0.1毫米。
4.如权利要求1所述的一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴，其特征在于：所述电容式位置传感器的探测面与主轴的后端面间隙为20微米。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201420426349.7U CN203993524U (zh) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | 一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴 |
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| CN201420426349.7U CN203993524U (zh) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | 一种带有轴向窜动消除机构的外加式高速气浮电主轴 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107262833A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-10-20 | 南通理工智能制造技术有限公司 | 一种多功能浮动式表面光整系统执行器 |
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2014
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