CN210307294U - 一种外壳一体的划片机气浮主轴结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外壳一体的划片机气浮主轴结构，包括：转轴、电机和划片刀；转轴通过气浮轴承配合于壳体内，转轴前端还安装有装夹砂轮薄片的：刀盘座和刀盘盖；转轴及电机配合于同一壳体内；壳体包括前端盖、后端盖和本体；转轴通过气浮轴承与本体安装配合；电机的水套与后端盖设置为一体结构；电机的定子线圈安装于水套内整合为一体结构。因此，由于采用整体化结构即空气主轴壳体和电机壳体合二为一结构,主轴安装精度高，刚性好。同时，壳体后盖和水套整体结构，定子线圈安装在水套内成为一体，既便于空气电主轴安装、调试及维修，又方便使用大尺寸功率电机转子，提高主轴功率和扭矩。

Description

一种外壳一体的划片机气浮主轴结构

技术领域

本实用新型涉及高精密切割设备领域,特别是一种外壳一体的划片机气浮主轴结构。

背景技术

划片切割机是通过安装在气浮主轴刀盘上的砂轮薄片对物体进行精密划槽、切割。刀盘在气浮主轴上的安装精度和性能及喷水结构对划片切割机的划槽、切割质量影响很大，尤其是晶圆、硅片、LED原件等超精密划切的电子、光学元器件。

目前，现有技术中划片切割机的气浮主轴存在分体式结构的配合缺陷：

1、由于采用的是空气轴承主轴壳体和电机座壳体，两个壳体通过配合及装配再用螺丝紧固形式连接。空气主轴壳体安装精度是通过电机座壳体保证的，两个壳体之间会存在加工和装配误差，从而影响主轴安装精度。

2、另外，工作过程中的温度变化会使两个壳体之间螺丝紧固的内应力发生变化，因此其也会对主轴安装精度和刚性产生一定的影响。

实用新型内容

本实用新型的技术方案是：一种外壳一体的划片机气浮主轴结构，包括划片刀、转轴、电机、外壳体。划片刀套装并固定在转轴的前端，转轴的后端与电机的输出轴保持同轴的动力传递。划片刀上设有砂轮薄片，在电机的高速转动下，砂轮薄片在工件表面划切出高精度的划槽。

由于在电子工业领域常常需要对一些硬脆非金属材质进行开槽或者切割加工，习惯性的将薄型金刚石砂轮薄片（划片刀）分为：硬刀和软刀两种。软刀即将圆环薄片状的砂轮薄片，该种砂轮薄片通过刀盘盖与刀盘座装夹进行固定。而将砂轮薄片与铝合金刀架通过电铸成型组合为一体则称之为硬刀，硬刀通过螺帽压紧安装硬刀盘座上。

软刀包括了刀盘座和刀盘盖、螺母，刀盘盖配合套装于刀盘座上并通过螺母来紧固连接，刀盘盖与刀盘座通过回转边缘夹持住砂轮薄片。

悬置式电机转轴为主的划片机气浮主轴，转轴与电机的壳体是分体式结构。因此，在布置时，转轴外部为主轴壳体，电机外部为电机壳体。两个壳体是通过两体配合的，再经过螺栓紧固形式连接。以上述这种布置方式就存在很大的弊端，第一由于两体配合，装配精度和尺寸误差会对转轴造成较大影响。尤其是在高精密加工过程中，任何的振动及偏差都会反应在产品上，并造成巨大的影响。

为了改善上述情况，将电机的壳体与转轴的壳体采用一体式设计，即转轴与电机在同一个外壳体内。同时，为了尽可能的减少结构装配对于悬臂式转轴的影响，将电机的水套和外壳体的后盖设计为一体式结构，定子线圈直接安装在水套内，增加结构的稳定性，减少装配间隙。

本实用新型的优点是：

1、由于采用整体化结构即空气主轴壳体和电机壳体合二为一结构,主轴安装精度高，刚性好。

2、壳体后盖和水套整体结构，定子线圈安装在水套内成为一体，既便于空气电主轴安装、调试及维修，又方便使用大尺寸功率电机转子，提高主轴功率和扭矩。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1是外壳一体的划片机气浮主轴结构的横剖图；

图2是图1中双定位处的局部放大图；

图3是外壳一体的划片机气浮主轴结构的纵剖图；

图4是传统的划片机气浮主轴结构剖视图；

其中：1、转轴；2、刀盘座；3、刀盘盖；4、砂轮薄片；5、压紧螺母；6、外壳体；7、气浮轴承；8、电机定子线圈；9、流水孔；10、锥面配合；11、端面配合；12、离心出水孔；13、导槽；14、气道；15、进气口；61、前端盖；62、后端盖；63、本体。

具体实施方式

实施例1：

如附图1所示，一种外壳一体的划片机气浮主轴结构，为标准的悬置式主轴结构。采用整体化结构将主轴壳体与电机壳体合二为一，提高了主轴安装精度和刚性。

具体的，转轴1分为前端部、轴体和后端部，轴体的径向尺寸大于两端的径向尺寸。前端部通过锥面配合的方式安装了划片刀，后端部则与电机对接联动。

转轴1和电机配合安装在同一外壳体6内，外壳体6可以分为前端盖61、后端盖62和本体63。轴体1通过气浮轴承7与本体63进行配合安装，本体63的前端通过前端盖密封。电机定子线圈8外设置了水套，水套与后端盖62一体设计。因此，后端盖62同时也是电机端盖。

那么通过该一体式设计的外壳，其优势在于能够避免因为外壳配合缝隙而影响结构刚性。在配合缝隙的前提下，电机产生的热量也不会对外壳产生影响。而且，由于分体式的配合缝隙需要通过紧固件连接，在温度及震颤下，连接件的内应力会发生变化，同样会对转轴的安装精度及刚性产生巨大影响。

实施例2

在实施例1的基础上，为了进一步的解决其他技术问题，可以将气浮主轴的结构设计为：

1、采用端面和锥面的双定位结构

刀盘座2与转轴1之间的配合以端面配合11为主，锥面配合10为辅。刀盘座2通过其轴向的中轴孔套装在了转轴1的前端，因此刀盘座2与转轴1之间主要表现为：第一、转轴上设置了一个轴肩，刀盘座2则通过其后端面与该轴肩的端面进行配合（即端面配合11）以满足轴向装配的基准限定位。第二、转轴1的前端回转表面设置锥度，同时刀盘座2的中轴孔也配合相应锥度（即锥面配合10），在确保与端面定位的尺寸匹配前提下，锥面定位既可以确保同轴关系，也可以配合端面定位实现轴向限位。

由于端面配合11的精度非常高，端面的加工误差可以控制在2μ以内，因此转轴1与刀盘座2之间的配合更加的精密，传动的稳定性也更加高。当刀盘座2通过压紧螺母5锁紧时，端面配合11的方式可以使得压紧螺母5与轴肩之间对刀盘座2进行定位夹紧，操作更加方便，这使得安装与拆卸更为灵活。

2、采用主轴刀盘内出水（或内处切割液）结构

在转轴1的中心开设有一个沿着轴线方向延伸的流水孔9，流水孔9具有一个用于进水的孔口。同时在转轴1上还开设有径向延伸的离心出水孔12，离心出水孔12可以通往刀盘座2。刀盘座2上同样开设了导槽13，导槽13与离心出水孔12对接，导槽13则通往刀盘座2与刀盘盖3的装夹缝隙。原理是通过向流水孔9喷注冷却水或切削液，冷却水或切削液从离心出水孔12进入导槽13，再由导槽13进入刀盘座2与刀盘盖3的装夹缝隙。此时冷却水或切削液就可以从砂轮薄片4的两侧向外运动，在高速转动的离心力作用下，冷却水或切削液不仅可以带走砂轮薄片4表面的热量，同时可以对砂轮薄片4及划切位置上的碎屑进行冲洗，达到清洗的目的。由于冷却水或切削液是贴着砂轮薄片4流出的，这样既能保持砂轮薄片4清洁还提高切削质量和切削效率。因此，“轴内出水”不但环保，而且大大提高冷却水冷却液的使用效能。

那么跟进一步的，流水孔9的注水方式可以从转轴的两端设计：从前端设置喷水管，那么转轴1上流水孔的开设方式是开口在转轴前端，流水孔无需太深。另一种设计是，流水孔的开口在转轴后端，那么流水孔较深，同时由于转轴后端配合电机，在转轴的后端需要设置排水结构以避免电机进水。

3、气浮主轴压缩空气进气口位于电机（定子线圈壳体）前端

在转轴1和电机外均设置壳体：转轴1转配于主轴壳体内，电机则装配于电机壳体内。由于转轴1需要通过气浮轴承7与主轴壳体进行装配，气浮轴承7则需要外部气源保持其气压稳定。因此，在主轴壳体内设置了气道14，如图3所示，气道14分别通往气浮轴承7的轴向和径向。径向供气可以使气浮轴承7与转轴1之间形成一层气膜，而轴向供气则是确保气浮轴承7的法兰盘与主轴壳体的配合端面之间形成气膜。

基于上述气道的设置原因，气道14的开设路径是不能经过电机位置。因为电机高速转动下会产生大量热源，而此时经过电机的空气会被加热，加热后的空气温度会提高30~40%，且温度具有波动性。被加热后的空气送入气浮轴承，会对转轴的回转带来巨大影响。尤其是超长、超精密的划片机气浮电主轴压缩空气温度变化对气轴轴承内部间隙等结构影响较明显。

因此本实施例中将气道14的进气口15设置在电机位置的前部，即设置在主轴外壳上的任何位置。这样气道14的中的空气就不会被加热，进入气浮轴承7的空气温度可以保持较低且恒定，会对气浮主轴精度、刚性和振动都有益处。

4、电机后置并将电机壳体与主轴壳体设计为一体式

由于划片机上的空气轴承电主轴采用了悬置方式固定，电机后置于结构中。悬置式的转轴1可以配合大功率的电机，这样悬臂端的尺寸可以设计的较小，重量也可以控制。此时，若采用分体式结构，虽然壳体加工方便了，结构转配简单了。但是，由于分体结构始终存在配合缝隙及刚性差，因此两体之间的承载会影响安装精度及结构刚性。

采用一体式的外壳体6，外壳体6的后盖可拆卸，电机可以从后盖处进行安装或拆卸。转轴1通过气浮轴承7与外壳体6配合，同时电机定子线圈8则通过水套与外壳体配合，水套与外壳体的后盖采用一体结构。定子线圈安装在水套内也成为一体，既便于空气电主轴安装、调试及维修，又方便使用大尺寸功率电机转子，提高主轴功率和扭矩。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种外壳一体的划片机气浮主轴结构，包括：转轴、电机和划片刀；所述电机驱动转轴自转，划片刀套装于转轴上，且划片刀上装夹砂轮薄片；其特征在于：转轴及电机配合于同一壳体内；所述壳体包括前端盖、后端盖和本体；所述转轴通过气浮轴承与所述本体安装配合；所述电机的水套与后端盖设置为一体结构；所述电机的定子线圈安装于所述水套内整合为一体结构。

2.根据权利要求1所述的一种外壳一体的划片机气浮主轴结构，其特征在于：所述气浮轴承通过法兰盘与所述壳体进行轴向的安装限位。

3.根据权利要求2所述的一种外壳一体的划片机气浮主轴结构，其特征在于：所述本体上设有止推端，止推端与所述法兰盘配合并固定。

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