CN205309312U - 一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，包括同轴设置的顶杆、转子组件、定子组件、主体、后止推轴承、前止推轴承、水/气路组件、气缸组件、间隙环、推力轴承和防护罩，水/气路组件通过一循环气路经后止推轴承、主体的侧壁、前止推轴承、间隙环、推力轴承和防护罩，与主体内部相连通，形成一气悬浮空间，水/气路组件通过一冷却循环水路经后止推轴承、主体的侧壁、前止推轴承间隙环、推力轴承和防护罩，形成一循环水冷结构，在该循环气路和冷却循环水路中的各部件之间的连接处均分别设有密封圈，本实用新型提高了电主轴的侧面铣削能力，可实现铣削、高光等多重加工性能，保证了主轴在长时间工作性能的稳定性，使用寿命长。

Description

一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴

技术领域

本实用新型涉及电主轴的技术领域，尤指一种结构紧凑合理，使用寿命长，散热效果好，安装方便的一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴。

背景技术

随着电气传动技术(变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(ElectricSpindle,MotorSpindle)。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”(HighFrequencySpindle)。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”(DirectDriveSpindle)。

电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：主轴单元、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化，主轴则由前后轴承支承；主轴的变速由主轴驱动模块控制，而主轴单元内的温升由冷却装置限制。在主轴的后端装有测速、测角位移传感器，前端的内锥孔和端面用于安装刀具。

随着市场上手机、MP4、PAD等电子产品，对外壳倒角/修边的表面光洁度和清晰的轮廓要求越来越高，并且对产品的加工效率也提出了较高的要求，而决定上述要求的至关重要几个主要因素分别是：一、电主轴的转速和振动性能；二、电主轴的功率；三、电主轴的侧向负载（即侧向铣削能力）和稳定性。

目前，行业内的高光机电主轴，均能满足上述因素一之要求，但在上述因素二、三的性能上表现平平，因此，根据当前市场趋势的要求，极需要升高光电主轴的功率和侧向负载。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，该电主轴结构紧凑合理，提高了电主轴的侧面铣削能力，可实现铣削、高光等多重加工性能，保证了主轴在长时间工作性能的稳定性，使用寿命长，散热效果好，安装方便。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，包括同轴设置的顶杆、转子组件、定子组件、主体、后止推轴承、前止推轴承、水/气路组件、气缸组件、间隙环、推力轴承和防护罩，所述水/气路组件通过一循环气路经后止推轴承、主体的侧壁、前止推轴承、间隙环、推力轴承和防护罩，与主体内部相连通，形成一气悬浮空间，该气悬浮空间用以使转子组件处于悬浮状态，所述水/气路组件通过一冷却循环水路经后止推轴承、主体的侧壁、前止推轴承间隙环、推力轴承和防护罩，形成一循环水冷结构，该循环水冷结构用以降低电主轴的工作温度，在该循环气路和冷却循环水路中的各部件之间的连接处均分别设有密封圈。

所述转子组件包括设于顶杆一端的轴霸、通过一连接件与轴霸相连接的镶杆、通过一夹头与镶杆相连接的转子基体以及设于转子基体和连接件之间的弹片，该转子基体表面内凹形成一槽体，该槽体中设有磁力件，该转子基体一端向外环形延伸形成飞盘，该转子基体与后止推轴承之间设有转子固定套，所述前止推轴承和推力轴承分别设于该飞盘两端。

所述定子组件由套设在转子组件上的定子基体以及分别通过一绝缘板设于定子基体两端的绕线部组成。

所述主体套设在定子组件上，该主体侧壁上设有若干主体气路和主体水路，各该主体气路于主体上径向设有延伸孔，各延伸孔与主体内部相连通，所述后止推轴承和前止推轴承分别设于主体和转子组件之间的两端，该后止推轴承和前止推轴承对应主体侧壁的其中一主体气路或主体水路的设置位置设有气连通孔和水连通孔，所述推力轴承通过间隙环与前止推轴承相连接，该间隙环上对应气连通孔和水连通孔分别设有气连接孔和水连接孔，该推力轴承上设有环形气路和环形水路，该环形气路和环形水路分别通过防护罩形成一仅对应连通各主体气路或各主体水路的半闭合结构，该环形气路上设有若干推力气嘴，各该推力气嘴与主体内部相连通，所述水/气路组件经顶杆套设在后止推轴承上，该水/气路组件上分别设有进气口、排气口、进液口和出液口，该进气口与气连通孔、各主体气路、延伸孔、气连接孔、环形气路以及排气口，共同构成循气水路，该进液口与水连通孔、各主体水路、水连接孔、环形水路以及出液口，共同构成冷却循环水路。

所述后止推轴承截面呈T字形，该后止推轴承外表面通过一后径向气路扁位形成至少二后环形连通槽，该后止推轴承内壁对应各后环形连通槽周向设有后环槽，各该后环形连通槽通过若干后止推气嘴分别与对应的后环槽相连通。

所述前止推轴承截面呈T字形，该前止推轴承外表面通过一前径向气路扁位形成至少二前环形连通槽，该前止推轴承内壁对应各前环形连通槽周向设有前环槽，各该前环形连通槽通过若干前止推气嘴分别与对应的前环槽相连通，在靠近前止推轴承与间隙环相连接一端的各前止推气嘴上还分别轴向设有轴向气嘴，各该轴向气嘴与主体内部相连通。

所述水/气路组件中心通过一镶件与顶杆相连接，该水/气路组件一端设有气室，该气室通过一导通通道与气缸组件相连通，在气室底面中部开制有型槽，该型槽中设有回位弹簧，该回位弹簧一端顶触与气缸组件底面，该水/气路组件另一端设有安装型腔，该安装型腔用以设置后止推轴承，该安装型腔与进气口相连通。

所述气缸组件套设于顶杆上并于水/气路组件相连接，该顶杆上设有限位部，该气缸组件包括顺序叠加的至少隔层板、设于顶端隔层板上的后盖、分别设于后盖和隔层板底面的动力板以及设于分别隔层板和上方对应动力板之间的垫环，各该隔层板底面分别设有沟槽，各该隔层板侧壁上分别轴向设有板气孔，各板气孔相连通，各该板气孔分别径向倾斜设有径向孔，各该径向孔与对应的沟槽相连通，该气缸组件底面的动力板与限位、水/气路组件相连接，各动力板与垫环之间、各动力板与隔层板之间以及底面动力板与限位部、水/气路组件的连接处分别设有密封圈。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型成功运用了1.5KW的定转子驱动马达，相比业内同等规格尺寸的主轴提高了2倍的功率，可以实现铣削、高光等多重加工性能，解决了在同等加工条件下，高光电主轴不能进进行较大的进给铣削的缺点；

2、本实用新型的空气静压轴承，通过水/气路组件的进气口与后止推轴承和前止推轴承的气连通孔、主体之各主体气路、延伸孔、间隙环的气连接孔、推力轴承的环形气路以及水/气路组件的排气口相连通，共同构成循环气路，并通过各延伸孔，与主体内部相连通，形成气悬浮空间，不仅增加了侧面负载环形气槽，还加大了轴承刚性静压表面积，所增加的刚性静压表面积，是同等规格尺寸主轴的1.6倍，经实际测试，径向负载可达到15kgf以上，大幅的提高了电主轴的侧面铣削能力；

3、本实用新型水/气路组件的进液口与后止推轴承和前止推轴承的水连通孔、主体之各主体水路、间隙环的水连接孔、推力轴承的环形水路以及水/气路组件的出液口相连通，共同构成冷却循环水路，从而保证了主轴在长时间工作性能的稳定性；

4、本实用新型结构紧凑合理，使用寿命长，散热效果好，安装方便，便于推广和应用。

附图说明

图1是本实用新型的全剖视图。

图2是本实用新型之前止推轴承的的剖面结构示意图。

图3是本实用新型之水/气路组件的剖面结构示意图。

图4是本实用新型之水/气路组件的侧视图。

图5是本实用新型之主体的气路剖面结构示意图。

图6是本实用新型之主体的水路剖面结构示意图。

图7是本实用新型之定子组件的剖面结构示意图。

图8是本实用新型之转子组件的剖面结构示意图。

图9是本实用新型之气缸组件的剖面结构示意图。

图10是本实用新型之电主轴前端的剖面结构示意图。

附图标号说明：

1-顶杆；11-限位部；

2-转子组件；21-轴霸；22-连接件；23-镶杆；24-夹头；25-转子基体；26-弹片；27-磁力件；28-飞盘；29-转子固定套；

3-定子组件；31-定子基体；32-绝缘板；33-绕线部；

4-主体；41-主体气路；42-主体水路；43-延伸孔；

5-后止推轴承；

6-前止推轴承；61-前径向气路扁位；62-前环形连通槽；63-前环槽；64-前止推气嘴；65-轴向气嘴；

7-水/气路组件；71-镶件；72-气室；73-导通通道；74-型槽；75-回位弹簧；76-安装型腔；7a-进气口；7b-排气口；7c-进液口；7d-出液口；

8-气缸组件；81-隔层板；811-沟槽；812-板气孔；813-径向孔；82-后盖；83-动力板；84-垫环；

9-推力轴承；91-环形气路；911-推力气嘴；92-环形水路；

K-间隙环；S-防护罩；P-气连通孔；Q-气连接孔；M-连接螺母；R-堵塞螺丝。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-10所示，本实用新型关于一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，包括同轴设置的顶杆1、转子组件2、定子组件3、主体4、后止推轴承5、前止推轴承6、水/气路组件7、气缸组件8、间隙环K、推力轴承9和防护罩S，水/气路组件7通过一循环气路经后止推轴承5、主体4的侧壁、前止推轴承6、间隙环K、推力轴承9和防护罩S，与主体4内部相连通，形成一气悬浮空间，该气悬浮空间用以使转子组件2处于悬浮状态，所述水/气路组件7通过一冷却循环水路经后止推轴承5、主体4的侧壁、前止推轴承6间隙环K、推力轴承9和防护罩S，形成一循环水冷结构，该循环水冷结构用以降低电主轴的工作温度，在该循环气路和冷却循环水路中的各部件之间的连接处均分别设有密封圈。

如图1、8所示，转子组件2包括设于顶杆1一端的轴霸21、通过一连接件22与轴霸21相连接的镶杆23、通过一夹头24与镶杆23相连接的转子基体25以及设于转子基体25和连接件22之间的弹片26，该转子基体25表面内凹形成一槽体，该槽体中设有磁力件27，该转子基体25一端向外环形延伸形成飞盘28，转子基体25与后止推轴承5之间设有转子固定套29，前止推轴承6和推力轴承9分别设于该飞盘28两端。

如图1、7所示，定子组件3由套设在转子组件2上的定子基体31以及分别通过一绝缘板32设于定子基体31两端的绕线部33组成。

如图1-10所示，主体4套设在定子组件3上，该主体4侧壁上设有若干主体气路41和主体水路42，各该主体气路41于主体4上径向设有延伸孔43，各延伸孔43与主体4内部相连通，所述后止推轴承5和前止推轴承6分别设于主体4和转子组件2之间的两端，该后止推轴承5和前止推轴承6对应主体4侧壁的其中一主体气路41或主体水路42的设置位置设有气连通孔P和水连通孔，所述推力轴承9通过间隙环K与前止推轴承6相连接，该间隙环K上对应气连通孔P和水连通孔分别设有气连接孔Q和水连接孔，该推力轴承9上设有环形气路91和环形水路92，该环形气路91和环形水路92分别通过防护罩S形成一仅对应连通各主体气路41或各主体水路42的半闭合结构，该环形气路91上设有若干推力气嘴911，各该推力气嘴911与主体4内部相连通，所述水/气路组件7经顶杆1套设在后止推轴承5上，该水/气路组件7上分别设有进气口7a、排气口7b、进液口7c和出液口7d，该进气口7a与气连通孔P、各主体气路41、延伸孔43、气连接孔Q、环形气路91以及排气口7b相连通，共同构成循环气路，并通过各延伸孔43，与主体4内部相连通，形成气悬浮空间，该进液口7c与水连通孔、各主体水路42、水连接孔、环形水路92以及出液口7d相连通，共同构成冷却循环水路。

如图1所示，后止推轴承5截面呈T字形，该后止推轴承5外表面通过一后径向气路扁位形成至少二后环形连通槽，该后止推轴承5内壁对应各后环形连通槽周向设有后环槽，各该后环形连通槽通过若干后止推气嘴分别与对应的后环槽相连通。

如图1、2、10所示，前止推轴承6截面呈T字形，该前止推轴承6外表面通过一前径向气路扁位61形成至少二前环形连通槽62，该前止推轴承6内壁对应各前环形连通槽62周向设有前环槽63，各该前环形连通槽62通过若干前止推气嘴64分别与对应的前环槽63相连通，在靠近前止推轴承6与间隙环K相连接一端的各前止推气嘴64上还分别轴向设有轴向气嘴65，各该轴向气嘴65与主体4内部相连通。

如图1、3所示，水/气路组件7中心通过一镶件71与顶杆1相连接，该水/气路组件7一端设有气室72，该气室72通过一导通通道73与气缸组件8相连通，在气室72底面中部开制有型槽74，该型槽74中设有回位弹簧75，该回位弹簧75一端顶触与气缸组件8底面，该水/气路组件7另一端设有安装型腔76，该安装型腔76用以设置后止推轴承5，该安装型腔76与进气口7a相连通。

如图1、9所示，气缸组件8套设于顶杆1上并于水/气路组件7相连接，该顶杆1上设有限位部11，该气缸组件8包括顺序叠加的至少隔层板81、设于顶端隔层板81上的后盖82、分别设于后盖82和隔层板81底面的动力板83以及设于分别隔层板81和上方对应动力板83之间的垫环84，各该隔层板81底面分别设有沟槽811，各该隔层板81侧壁上分别轴向设有板气孔812，各板气孔812相连通，且各板气孔812与水/气路组件7之导通通道73相连通，各该板气孔812分别径向倾斜设有径向孔813，各该径向孔813与对应的沟槽811相连通，该气缸组件8底面的动力板83与限位、水/气路组件7相连接，各动力板83与垫环84之间、各动力板83与隔层板81之间以及底面动力板83与限位部11、水/气路组件7的连接处分别设有密封圈，该气缸组件8通过连接螺母M固定在顶杆1的限位部11上。

如图1、10所示，就循环气路而言，在使用时，润滑气体由水/气路组件7的进气口7a经后止推轴承5的气连通孔P，进入主体4的主体气路41，再经过前止推轴承6之气连通孔P和间隙环K的气连接孔Q，进去推力轴承9之环形气路91，再由环形气路91向其他各主体气路41输送润滑气体，并从循环气路的各推力喷嘴充进主体4内部，最后向与排气口7b相连通的主体气路41输送，并从排气口7b输出，在润滑气体输送过程中，部分润滑气体亦会经各主体气路41上的延伸孔43进入主体4内部，这部分气体通过后推力轴承9之后环形连通槽上的各后止推气嘴以及前推力轴承9之前环形连通槽62上的各前止推气嘴64向转子组件2的转子基体25吹气，进而于主体4内部构成一气悬浮空间，使转子组件2悬浮在润滑气体中，提高了运转精度和钻孔精度；通过一紧固螺丝将推力轴承9、推力间隙环K和前止推轴承6固定在主体4上，进而增强电主轴的刚性和稳定性；当电主轴高速运转时，转子组件2能够精确的悬浮于高速电主轴内部的静压空间内，提高了运转精度，与后止推轴承5的长力臂相比，前止推轴承6的短力臂起到了很好的前端稳定性，保证了对主体4倒角/修边的表面光洁度和清晰的轮廓要求加工的精度。

如图1、10所示，就冷却循环水路而言，使用时，冷却液由水/气路组件7的进液口7c经后止推轴承5的水连通孔，进入主体4之主体水路42，再经过前止推轴承6之水连通孔和间隙环K的水连接孔，进去推力轴承9之环形水路92，再由环形水路92向其他各主体水路42输送冷却液，最后流经与出液口7d相连通的主体水路42，并从出液口7d输出，形成循环水冷结构，冷却液循环走一圈，是电主轴在高速运转过程中，得到较好的冷却效果，于推力轴承9的循环水路上设置堵塞螺丝R，能有效放置冷却液外泄，增强电主轴的刚性和稳定性，进而保证了电主轴高速运转的转定性以及加工精度。

工作时，从水/气路组件7接入一定的压力空气，分别供后止推轴承5、前止推轴承6以及推力轴承9，使转子组件2完全处于悬浮状态，转动时，不会与任何配件接触，给定子组件3提供符合要求的三相交流电源，使定子组件3相对转子组件2上的磁力件27产生异步磁场力，在磁场力的作用下，转子组件2逐步加速至工作转速，当需要更换不同规格刀具时，首先停止驱动设备，待主轴停止运行后，在气缸顶部接入一定压力的空气，顶杆1推动镶杆23下移后，夹头24张开，可进行换到作业，闭气后，气缸回位弹簧75使顶杆1后退，顶杆1前顶面与镶杆23有一定的间隙，使转子组件2里弹片26又一次夹紧刀具，当转子组件2高速转动时，其主要发热源包括马达损耗发热和转子与空气摩擦产生的热量，为了保证电主轴能够稳定、可靠的工作，从水/气路组件7接入冷却液流向主体水路42，前止推轴承6、后止推轴承5和推力轴承9进行循环排出热量，若安装在自动化机床上进行控制，与1.5KW的定转子驱动马达相配合，可进行高速、高效的加工作业，主轴中装有温度传感器，可进行相应的反馈保护。

本实用新型成功运用了1.5KW的定转子驱动马达，相比业内同等规格尺寸的主轴提高了2倍的功率，可以实现铣削、高光等多重加工性能，解决了在同等加工条件下，高光电主轴不能进行较大的进给铣削的缺点。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的范围进行限定，故在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型所述的构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本实用新型申请专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，包括同轴设置的顶杆、转子组件、定子组件、主体、后止推轴承、前止推轴承、水/气路组件、气缸组件、间隙环、推力轴承和防护罩，其特征在于：所述水/气路组件通过一循环气路经后止推轴承、主体的侧壁、前止推轴承、间隙环、推力轴承和防护罩，与主体内部相连通，形成一气悬浮空间，该气悬浮空间用以使转子组件处于悬浮状态，所述水/气路组件通过一冷却循环水路经后止推轴承、主体的侧壁、前止推轴承间隙环、推力轴承和防护罩，形成一循环水冷结构，该循环水冷结构用以降低电主轴的工作温度，在该循环气路和冷却循环水路中的各部件之间的连接处均分别设有密封圈。

2.根据权利要求1所述的一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，其特征在于：所述转子组件包括设于顶杆一端的轴霸、通过一连接件与轴霸相连接的镶杆、通过一夹头与镶杆相连接的转子基体以及设于转子基体和连接件之间的弹片，该转子基体表面内凹形成一槽体，该槽体中设有磁力件，该转子基体一端向外环形延伸形成飞盘，该转子基体与后止推轴承之间设有转子固定套，所述前止推轴承和推力轴承分别设于该飞盘两端。

3.根据权利要求1所述的一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，其特征在于：所述定子组件由套设在转子组件上的定子基体以及分别通过一绝缘板设于定子基体两端的绕线部组成。

4.根据权利要求1所述的一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，其特征在于：所述主体套设在定子组件上，该主体侧壁上设有若干主体气路和主体水路，各该主体气路于主体上径向设有延伸孔，各延伸孔与主体内部相连通，所述后止推轴承和前止推轴承分别设于主体和转子组件之间的两端，该后止推轴承和前止推轴承对应主体侧壁的其中一主体气路或主体水路的设置位置设有气连通孔和水连通孔，所述推力轴承通过间隙环与前止推轴承相连接，该间隙环上对应气连通孔和水连通孔分别设有气连接孔和水连接孔，该推力轴承上设有环形气路和环形水路，该环形气路和环形水路分别通过防护罩形成一仅对应连通各主体气路或各主体水路的半闭合结构，该环形气路上设有若干推力气嘴，各该推力气嘴与主体内部相连通，所述水/气路组件经顶杆套设在后止推轴承上，该水/气路组件上分别设有进气口、排气口、进液口和出液口，该进气口与气连通孔、各主体气路、延伸孔、气连接孔、环形气路以及排气口，共同构成循环气路，该进液口与水连通孔、各主体水路、水连接孔、环形水路以及出液口，共同构成冷却循环水路。

5.根据权利要求4所述的一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，其特征在于：所述后止推轴承截面呈T字形，该后止推轴承外表面通过一后径向气路扁位形成至少二后环形连通槽，该后止推轴承内壁对应各后环形连通槽周向设有后环槽，各该后环形连通槽通过若干后止推气嘴分别与对应的后环槽相连通。

6.根据权利要求4所述的一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，其特征在于：所述前止推轴承截面呈T字形，该前止推轴承外表面通过一前径向气路扁位形成至少二前环形连通槽，该前止推轴承内壁对应各前环形连通槽周向设有前环槽，各该前环形连通槽通过若干前止推气嘴分别与对应的前环槽相连通，在靠近前止推轴承与间隙环相连接一端的各前止推气嘴上还分别轴向设有轴向气嘴，各该轴向气嘴与主体内部相连通。

7.根据权利要求4所述的一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，其特征在于：所述水/气路组件中心通过一镶件与顶杆相连接，该水/气路组件一端设有气室，该气室通过一导通通道与气缸组件相连通，在气室底面中部开制有型槽，该型槽中设有回位弹簧，该回位弹簧一端顶触与气缸组件底面，该水/气路组件另一端设有安装型腔，该安装型腔用以设置后止推轴承，该安装型腔与进气口相连通。

8.根据权利要求1所述的一种气浮高速高铣削高光二合一电主轴，其特征在于：所述气缸组件套设于顶杆上并于水/气路组件相连接，该顶杆上设有限位部，该气缸组件包括顺序叠加的至少隔层板、设于顶端隔层板上的后盖、分别设于后盖和隔层板底面的动力板以及设于分别隔层板和上方对应动力板之间的垫环，各该隔层板底面分别设有沟槽，各该隔层板侧壁上分别轴向设有板气孔，各板气孔相连通，各该板气孔分别径向倾斜设有径向孔，各该径向孔与对应的沟槽相连通，该气缸组件底面的动力板与限位、水/气路组件相连接，各动力板与垫环之间、各动力板与隔层板之间以及底面动力板与限位部、水/气路组件的连接处分别设有密封圈。