CN209379931U - 一种气浮电主轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气浮电主轴，转速可超过200000rpm，包括机体、轴芯、气浮轴承组件、转子、定子和拉刀机构；该轴芯穿设于机体内；该气浮轴承组件安装在该机体内，并承托该转轴；转子包括开设在轴芯上的鼠笼槽以及内嵌在鼠笼槽的铜；定子包括铁芯、低速绕组和高速绕组；铁芯穿设于机体内，并与转子匹配；低速绕组和高速绕组分别安装在铁芯上；拉刀机构与轴芯传动相连；本实用新型的转子采用鼠笼槽和铜实现与轴芯进行结合，缩小了转子与轴芯的总直径，以使转子与轴芯的总直径满足本气浮电主轴高速运转时的要求，之后通过给高速绕组或低速绕组通电，实现本气浮电主轴不同的转速，进而可加工不同孔径的孔。

Description

一种气浮电主轴

技术领域

本实用新型涉及机械领域设备，尤其涉及一种气浮电主轴。

背景技术

目前，随着经济发展和技术腾飞的需求，越来越多的新技术不断涌现，机械加工行业也在异军突起，尤其是占据领先地位的主轴行业技术创新非常明显。现采用气浮电主轴对PCB电路板进行钻孔加工，随着电子元器件微型化和各类电器功能越来越复杂，目前PCB板加工需要同时加工大孔和小孔，加工时，转速在200000rpm以下的低转速的电主轴可以加工孔径范围Φ0.1mm-Φ7.0mm的大孔，转速超过200000rpm的高转速的电主轴可以加工孔径范围Φ0.05-Φ0.1mm的微孔；现有的PCB电路板的加工需要同时加工大孔和微孔，然而现有的电主轴存在以下缺陷：电主轴仅能实现一种转速，而仅能加工一个类型的孔；进一步地，由于现有的电主轴稳定性较差，导致电主轴的性能被限制在200000rpm钟以下，而仅能加工大孔，实用性较差。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种气浮电主轴，其能实现低转速和高转速而能加工大孔和微孔，实用性强。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种气浮电主轴，包括

机体；

轴芯；所述轴芯穿设于所述机体内；

气浮轴承组件；所述气浮轴承组件安装与所述机体内，并承托所述轴芯；

转子；所述转子包括开设在所述轴芯上的鼠笼槽以及内嵌在所述鼠笼槽的铜；

定子；所述定子包括铁芯、低速绕组和高速绕组；所述铁芯穿设于所述机体内，并与所述转子匹配；所述低速绕组和所述高速绕组分别安装在所述铁芯上；

拉刀机构；所述拉刀机构与所述轴芯传动相连。

进一步地，所述气浮电主轴还包括测速组件，所述测速组件包括测速传感器、安装座以及至少两个测速孔，至少两个测速孔绕所述轴芯的周向依次间隔排列；所述安装座安装在所述气浮轴承组件上；所述测速传感器安装在所述安装座上并用于感应所述测速孔。

进一步地，所述安装座开设有安装槽，所述安装槽内壁固定有防滑胶层。

进一步地，所述机体开设有第一进气通道，所述气浮轴承组件和所述轴芯之间形成有第二进气通道；所述气浮轴承组件上设置有阻尼塞；所述第一进气通道通过所述阻尼塞的小孔与第二进气通道连通。

进一步地，所述气浮轴承组件包括分置于所述轴芯上下两侧的上气浮轴承和下气浮轴承；所述上气浮轴承包括套设在所述轴芯外的上内套和套设在所述上内套外的上外套，所述上内套和所述上外套之间设置有第一密封圈；所述下气浮轴承包括套设在所述轴芯外的下内套和套设在所述下内套外的下外套，所述下内套和所述下外套之间设置有第二密封圈。

进一步地，所述机体开设有进液通道和出液通道；所述下外套开设有与所述进液通道连通的第一冷却通道；所述下内套开设有与所述第一冷却通道连通的第二冷却通道；所述上内套开设有与所述第二冷却通道连通的第三冷却通道；所述上外套开设有与所述第三冷却通道连通的第四冷却通道；所述第四冷却通道与所述出液通道连通。

进一步地，所述第一冷却通道、第二冷却通道、第三冷却通道和第四冷却通均沿所述轴芯的周向延伸。

进一步地，所述拉刀机构包括气缸、拉杆、碟簧和夹头；所述拉杆活动穿设于所述轴芯内；所述碟簧用于提供促使所述拉杆向上运动的弹性应力；所述气缸用于向下抵推所述拉杆，且所述气缸的缸体嵌装有膜片；所述夹头与所述拉杆传动连接。

进一步地，所述气缸的活塞外套设有第三密封圈，所述第三密封圈与所述气缸的缸体之间设置有耐磨件，所述耐磨件采用耐磨材料制成。

进一步地，所述气缸固定有导向套，所述拉杆活动穿设于所述导向套内。相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的转子采用鼠笼槽和铜实现与轴芯进行结合，缩小了转子与轴芯的总直径，避免高速运转时轴芯飞出，提高其稳定性，如此，之后通过给高速绕组通电时，实现本气浮电主轴高速转动，进而可加微孔；同时地，通过给低速绕组通电时，实现本气浮电主轴低速转动和大功率要求，进而可加工大孔；由上可知，本气浮电主轴即可实现加工微孔，还可同时实现加工大孔，实用性能较好。

附图说明

图1为本实用新型气浮电主轴的剖视图之一；

图2为本实用新型图1中局部A的结构放大图；

图3为本实用新型气浮电主轴的剖视图之二(与图1为不同角度的剖视图)。

图中：10、机体；11、进液通道；12、出液通道；20、轴芯；30、气浮轴承组件；31、上气浮轴承；311、上内套；312、上外套；313、第一密封圈；32、下气浮轴承；321、下内套；322、下外套；323、第二密封圈；40、转子；50、定子；60、拉刀机构；61、气缸；62、拉杆；63、碟簧；64、夹头；70、测速传感器；80、第一进气通道；90、阻尼塞；100、第一冷却通道；110、第二冷却通道；120、第三冷却通道；130、第四冷却通道；140、第三密封圈；150、耐磨件；170、导向套；180、膜片；190、盖板；200、第四密封圈。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-3所示的一种气浮电主轴，包括机体10、轴芯20、气浮轴承组件30、转子40、定子50和拉刀机构60；该轴芯20穿设于机体10内；该气浮轴承组件30安装在该机体10内，并承托该转轴；转子40包括开设在轴芯20上的鼠笼槽以及内嵌在鼠笼槽的铜；定子50包括铁芯、低速绕组和高速绕组；铁芯穿设于机体10内，并与转子40匹配；低速绕组和高速绕组分别安装在铁芯上；拉刀机构60与轴芯20传动相连；加工时，拉刀机构60夹持刀具，给低速绕组或者高速绕组通电，使得定子50与转子40之间构成交变磁场，此时转子40产生感应电流，进而使得转子40产生旋转扭矩，转子40带动整个轴芯20转动，轴芯20通过拉刀机构60联动刀具转动实现加工；此时，由于采用轴芯20上的空间设置转子40，如此在满足转子40性能的同时，缩小轴芯20和转子40的整体体积，以避免在高转速时轴芯20飞出机体10，提高本气浮气浮电主轴的稳定性，；如此，在给低速绕组通电时，实现轴芯20带动刀具低转速转动,并具有高功率，进而可实现孔径较大的大孔的加工；而在给高速绕组通电时，实现轴芯20带动刀具低转速转动，并具有低转差率，进而可实现孔径较小的孔的加工。

此处需要说明的是：低速绕组和高速绕组中的“低速与高速”是两者相对而言；具体地，低速绕组是指输出功率较低，在输入电压时，实现本气浮电主低转速运转的绕组；高速绕组是指输出功率较高，在输入电压时，实现本气浮电主轴高转速运转的绕组；此处需要说明的是，上述“高转速和低转速”是指分别给低速绕组或者给高速绕组供电时，本气浮电主轴所获得的两个转速大小的相比较，转速大的为高转速，转速小的为低转速。

再者，在实际应用中，根据实际情况，可选择额定输出功率为1.0KW及以上的绕组为该高速绕组，如此，正常通电后，即可使本气浮电主轴的转速高达200000rpm以上，进而可实现孔径范围Φ0.05-Φ0.1mm的微孔的加工；反之则反；再者，选择额定功率0.84KW及以下的绕组为低速绕组，如此，正常通电后，即可使本气浮电主轴的转速等于或低于120000rpm以下，进而可实现孔径范围Φ0.2mm-Φ7.0mm的大孔的加工。

为了实时监测主轴的运转情况，本气浮电主轴还包括测速组件，测速组件包括测速传感器70、安装座以及至少两个测速孔，至少两个测速孔绕轴芯20的周向依次间隔排列；安装座安装在气浮轴承组件30上；测速传感器70安装在安装座上并用于感应测速孔；测速传感器70中预设有转速计算程序，假设测速孔的数量为N个，如此，在测速传感器70检测到N+1个测速孔时，即轴芯20旋转一周，之后根据预设的程序，获得轴芯20的转速；上述结构中，将测速传感器70安装在气浮轴承组件30上，并通过测速传感器70检测测速孔以获取轴芯20转速，相对现有将测速组件安装在轴芯20上的方式，可减小轴芯20体积和质量，而满足轴芯20高速转动的需求。

为了防止测速传感器70松动，优选地，安装座开设有安装槽，安装槽内壁固定有防滑胶层，通过胶层增大与测速传感器70的摩擦，而提高测速传感器70安装的稳固性。

进一步地，机体10开设有第一进气通道80，气浮轴承组件30和轴芯20之间形成有第二进气通道；气浮轴承组件30上设置有阻尼塞90；第一进气通道80通过阻尼塞90的小孔与第二进气通道连通；如图1所示(图1中直线箭头所指方向为高压气流动方向)，通过往进气通道通入高压气，高压气通过阻尼塞90上的小孔进入第二进气通道，在轴芯20与气浮轴承组件30之间形成一层高压气膜，支承轴芯20无接触悬浮，并确保轴芯20具有一定的承载能力与刚度。

具体地，气浮轴承组件30包括分置于轴芯20上下两侧的上气浮轴承31和下气浮轴承32；上气浮轴承31包括套设在轴芯20外的上内套311和套设在上内套311外的上外套312，上内套311和上外套312之间设置有第一密封圈313，此时，第一密封圈313分别和上外套312和上外套312密闭贴合，且第一密封圈313的弹性张力在上外套312和上外套312之间实现支撑；下气浮轴承32包括套设在轴芯20外的下内套321和套设在下内套321外的下外套322，下内套321和下外套322之间设置有第二密封圈323，此时，第二密封圈323分别和下外套322和下外套322密闭贴合，且第二密封圈323的弹性张力在下外套322和下外套322之间实现支撑；如此，第一密封圈313和第二密封圈323起到减振的作用，确保本气浮电主轴在高速下平稳的运转。

更具体地，机体10开设有进液通道11和出液通道12；下外套322开设有与进液通道11连通的第一冷却通道100；下内套321开设有与第一冷却通道100连通的第二冷却通道110；上内套311开设有与第二冷却通道110连通的第三冷却通道120；上外套312开设有与第三冷却通道120连通的第四冷却通道130；第四冷却通道130与出液通道12连通；如此，如图3所示(图3中直线箭头所指方向为冷却剂流动方向)，通过往进液通道11通过冷却剂：如水等等；冷却剂依次经过第一冷却通道100、第二冷却通道110、第三冷却通道120和第四冷却通道130，之后从出液通道12排出，上述过程中，冷却液在本气浮电主轴的内部多次循环，可带走尽可能多的热量，以避免高速运转时产热过多，热量不能及时排出，造成本气浮电主轴被破坏。

其中，该第一冷却通道100、第二冷却通道110、第三冷却通道120和第四冷却通道130均沿轴芯20的周向延伸，实现全面冷却。

在实施生产中，每条第一冷却通道100、第二冷却通道110、第三冷却通道120和第四冷却通道130为一组冷却单元；每组冷却单元的第一冷却通道100具有进水口，第四冷却通道130具有出水口；本气浮电主轴中可设置两组冷却单元，如此，形成双进水口与双出水口，加快冷却效率。

进一步地，拉刀机构60包括气缸61、拉杆62、碟簧63和夹头64；拉杆62活动穿设于轴芯20内；碟簧63用于提供促使拉杆62向上运动的弹性应力；气缸61用于向下抵推拉杆62；夹头64与拉杆62传动连接；使用时，在气缸61向下抵推拉杆62时，拉杆62联动夹头64，夹头64打开，实现松刀；之后气缸61释放拉杆62，碟簧63促使拉杆62向上运动，拉杆62联动夹头64，夹头64的轴芯20的限制下关闭，实现拉刀；上述原理过程可由现有技术中直接获知，此处不再进行赘述；而在本实施例中，气缸61的缸体嵌装有膜片180，膜片180具有高吸振性能，有效减小本气浮电主轴的整体振动，增加了本气浮电主轴的稳定性。

本实施例中，气缸61的活塞与气缸61的缸体之间设置有耐磨件150，耐磨件150采用耐磨材料制成。如此，在确保密封性能的同时，避免第三密封圈140磨损；此处需要说明的是，上述的耐磨材料可为四氟乙烯、POM、碳化硅等等。

具体地，气缸61固定有导向套170，拉杆62活动穿设于导向套170内；如此，实现对拉杆62的导向作用，提高运作稳定性；再者，该导向套170还可采用耐磨材料制成，以延长使用寿命。

上述的拉刀机构60还包括轴霸，轴霸穿设于轴芯20内并固定在拉杆62上，弹性元件作用于轴霸上，该轴霸可采用内套和外套配合的结构，外套采用耐磨材料制成，外套和内套之间增加储油槽；如此，外套与轴芯20之间无需采用间隙安装，进而避免轴霸晃动；再者，外套与内套采用胶黏，保证内、外套之间牢固结合。

进一步地，机体10的底端固定有盖板190，盖板190和机体10之间设置有第四密封圈200，盖板190与机体10之间采用第四密封圈200进行密封，极大地防止外部粉尘、水、雾进入主轴内部，极大地保护了本气浮电主轴内部结构，延长主轴的使用寿命。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种气浮电主轴，其特征在于：包括

机体；

轴芯；所述轴芯穿设于所述机体内；

气浮轴承组件；所述气浮轴承组件安装与所述机体内，并承托所述轴芯；

转子；所述转子包括开设在所述轴芯上的鼠笼槽以及内嵌在所述鼠笼槽的铜；

定子；所述定子包括铁芯、低速绕组和高速绕组；所述铁芯穿设于所述机体内，并与所述转子匹配；所述低速绕组和所述高速绕组分别安装在所述铁芯上；

拉刀机构；所述拉刀机构与所述轴芯传动相连。

2.如权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于：所述气浮电主轴还包括测速组件，所述测速组件包括测速传感器、安装座以及至少两个测速孔，至少两个测速孔绕所述轴芯的周向依次间隔排列；所述安装座安装在所述气浮轴承组件上；所述测速传感器安装在所述安装座上并用于感应所述测速孔。

3.如权利要求2所述的气浮电主轴，其特征在于：所述安装座开设有安装槽，所述安装槽内壁固定有防滑胶层。

4.如权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于：所述机体开设有第一进气通道，所述气浮轴承组件和所述轴芯之间形成有第二进气通道；所述气浮轴承组件上设置有阻尼塞；所述第一进气通道通过所述阻尼塞的小孔与第二进气通道连通。

5.如权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于：所述气浮轴承组件包括分置于所述轴芯上下两侧的上气浮轴承和下气浮轴承；所述上气浮轴承包括套设在所述轴芯外的上内套和套设在所述上内套外的上外套，所述上内套和所述上外套之间设置有第一密封圈；所述下气浮轴承包括套设在所述轴芯外的下内套和套设在所述下内套外的下外套，所述下内套和所述下外套之间设置有第二密封圈。

6.如权利要求5所述的气浮电主轴，其特征在于：所述机体开设有进液通道和出液通道；所述下外套开设有与所述进液通道连通的第一冷却通道；所述下内套开设有与所述第一冷却通道连通的第二冷却通道；所述上内套开设有与所述第二冷却通道连通的第三冷却通道；所述上外套开设有与所述第三冷却通道连通的第四冷却通道；所述第四冷却通道与所述出液通道连通。

7.如权利要求6所述的气浮电主轴，其特征在于：所述第一冷却通道、第二冷却通道、第三冷却通道和第四冷却通均沿所述轴芯的周向延伸。

8.如权利要求1所述的气浮电主轴，其特征在于：所述拉刀机构包括气缸、拉杆、碟簧和夹头；所述拉杆活动穿设于所述轴芯内；所述碟簧用于提供促使所述拉杆向上运动的弹性应力；所述气缸用于向下抵推所述拉杆，且所述气缸的缸体嵌装有膜片；所述夹头与所述拉杆传动连接。

9.如权利要求8所述的气浮电主轴，其特征在于：所述气缸的活塞外套设有第三密封圈，所述第三密封圈与所述气缸的缸体之间设置有耐磨件，所述耐磨件采用耐磨材料制成。

10.如权利要求8所述的气浮电主轴，其特征在于：所述气缸固定有导向套，所述拉杆活动穿设于所述导向套内。