CN210848347U - 一种高速气浮电主轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速气浮电主轴，包括机体组件、回转组件、电机组件、气浮支承组件,回转组件包括设置于外壳的空腔内的芯轴；气浮支承组件包括左径向轴承、径向止推轴承、右止推轴承和气路结构，左径向轴承、电机组件、径向止推轴承、右止推轴承在外壳的空腔内从左向右依次并排；芯轴靠近右端的部位设有止推盘，径向止推轴承和右止推轴承分列于止推盘的左右两侧，止推盘外围空套有一个间隙调整环；通过气路结构向芯轴与各个轴承之间的间隙内通入高压气体，使得芯轴与各个轴承之间的间隙内形成气膜，使芯轴悬浮。本实用新型的优点：高承载、高刚度、高精度、散热能力强、加工装配工艺简单。

Description

一种高速气浮电主轴

技术领域

本实用新型涉及机械加工装备技术领域，尤其涉及的是一种高速气浮电主轴。

背景技术

高速气浮电主轴是精密/超精密加工装备的核心部件之一，直接影响加工装备的最终加工精度。高速气浮电主轴中电机转子与回转芯轴合二为一，以气浮轴承支承，电机直接驱动为典型的结构特征，具有回转精度高、转速高、寿命长等优势。但气浮轴承在承载能力及支承刚度方面具有劣势，且在高转速下的气流粘性剪切摩擦生热问题严重，导致加工精度降低。目前，一方面，现有的高速气浮电主轴的内置电机大都选用高速交流异步电机，通过在芯轴上镀铜直接加工出电机鼠笼转子，此工艺复杂且受国外技术封锁，长期依赖国外的电镀技术；此外，交流异步电机的鼠笼转子的生热不易耗散，直接导致芯轴相应的热变形。从而降低了加工精度。另一方面，现有的高速气浮电主轴结构复杂，包含复杂的换刀机构，长时间工作容易导致其内部的碟形弹簧磨损甚至失效，轴套部件由多个部件装配组成，装配工艺复杂，电主轴整机装配后很难保证径向轴承的同轴度以及止推轴承和回转轴线的垂直度，限制了电主轴加工精度的进一步提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高承载、高刚度、高精度、散热能力强、加工装配工艺简单的高速气浮电主轴。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种高速气浮电主轴，所述电主轴包括机体组件、回转组件、电机组件，

所述机体组件包括外壳、后座和前盖，所述外壳内设空腔，所述后座和前盖分别设置在外壳左右两端；所述电机组件位于外壳的空腔内，所述电机组件包括转子和定子；

所述回转组件包括设置于外壳的空腔内的芯轴，所述电机组件的转子固定套装在芯轴的中段上，所述芯轴右端穿过前盖向右伸出形成输出连接部，通过芯轴的输出连接部外接执行部件实现动力输出；

所述电主轴还包括气浮支承组件，所述气浮支承组件包括左径向轴承、径向止推轴承、右止推轴承和气路结构，所述左径向轴承空套在芯轴左段上，所述径向止推轴承、右止推轴承分别空套在芯轴右段上，所述左径向轴承、电机组件、径向止推轴承、右止推轴承在外壳的空腔内从左向右依次并排；所述芯轴靠近右端的部位设有一个沿径向向外凸出的止推盘，所述径向止推轴承和右止推轴承分列于止推盘的左右两侧且径向凸出于止推盘，所述止推盘外围空套有一个间隙调整环，所述间隙调整环厚度大于止推盘的厚度，所述间隙调整环左右两侧分别与径向止推轴承和右止推轴承紧密贴合；通过气路结构向芯轴与各个轴承之间的间隙内通入高压气体，使得芯轴与各个轴承之间的间隙内形成气膜，使芯轴悬浮。

进一步的，所述芯轴上从左向右依次设有用于安装左径向轴承的左径向轴颈、用于安装电机组件的电机安装轴颈、用于安装径向止推轴承的径向止推轴颈、用于安装右止推轴承的右止推轴颈，所述电机安装轴颈为左小右大的锥面结构，其余轴颈均为平直的圆柱面结构，且径向止推轴颈的外径大于左径向轴颈的外径，所述芯轴在径向止推轴颈和右止推轴颈之间设置所述止推盘，所述芯轴左端面设有沿周向均布的偶数个左平衡螺纹孔，所述芯轴右端面设有沿周向均布的偶数个右平衡螺纹孔，所述芯轴的电机安装轴颈上设有一圈环形槽，其中一个左平衡螺纹孔底部设有第一工艺孔，所述第一工艺孔通过一个工艺通道与所述环形槽底部连通；所述电机组件的转子与芯轴的电机安装轴颈之间通过锥面过盈配合实现紧固连接。

进一步的，所述芯轴右端的输出连接部位于右止推轴颈右侧，所述输出连接部为内设锥孔、外设外螺纹的筒状结构，所述输出连接部的锥孔内插入弹簧夹头，并通过一个螺帽旋入输出连接部外侧，实现对弹簧夹头的锁紧；

所述芯轴在左径向轴颈和电机安装轴颈之间形成用于对左径向轴承右端进行定位的第一定位轴肩，所述芯轴在电机安装轴颈和径向止推轴颈之间形成用于对电机组件右端进行定位的第二定位轴肩。

进一步的，所述径向止推轴承包括右径向轴承本体和位于右径向轴承本体右端的止推环，所述右径向轴承本体外侧壁上从左向右开有多个环形的第一周向供气槽，每个第一周向供气槽底部设有多个沿径向延伸的第一供气通道，通过第一供气通道连通对应的第一周向供气槽和右径向轴承本体内孔；

所述右径向轴承本体内孔的内侧壁中段还开有一个环形的第一周向排气槽，所述第一周向排气槽底部设有多个沿径向延伸的第一排气通道，通过每个第一排气通道连通第一周向排气槽和右径向轴承本体外侧壁；所述右径向轴承本体左端面上还开有一圈第一轴向中空槽，多个第一轴向中空槽与多个第一排气通道的数量相同，每个第一轴向中空槽沿轴向延伸且与对应的第一排气通道相连通，第一轴向中空槽为右端为盲端的盲孔；

所述止推环右端面上开有至少两圈第一端面供气孔组，每一圈第一端面供气孔组包括多个第一端面供气孔，每个第一端面供气孔通过端面供气通道与位于最右端的第一供气通道相连通，所述端面供气通道沿着与轴向相平行的方向延伸；

所述右径向轴承本体外侧壁上还开有至少一个第一周向冷却槽，所述第一周向冷却槽环绕右径向轴承本体但不封闭，所述第一周向冷却槽的两端通过第一隔块隔开，所述第一周向冷却槽的两端分别形成第一周向进水端和第一周向排水端，通过第一周向进水端向第一周向冷却槽进水、并从第一周向排水端出水，实现对右径向轴承本体的冷却；

所述止推环左端面上开有第一端面冷却槽，所述第一端面冷却槽呈不封闭的环形结构，所述第一端面冷却槽的两端通过第二隔块隔开，所述第一端面冷却槽的两端分别形成第一端面进水端和第一端面排水端，通过第一端面进水端向第一端面冷却槽进水、并从第一端面排水端出水，实现对止推环的冷却。

进一步的，所述右径向轴承本体外侧壁上在对应每个第一周向供气槽的左右两侧分别开有密封槽，所述密封槽内设有密封圈，通过两个密封圈与所述外壳内侧壁紧密配合实现各个第一周向供气槽的密封。

进一步的，所述左径向轴承包括左径向轴承本体，所述左径向轴承本体外侧壁上从左向右开有多个环形的第二周向供气槽，每个第二周向供气槽底部设有多个沿径向延伸的第二供气通道，通过第二供气通道连通对应的第二周向供气槽和左径向轴承内孔；

所述左径向轴承内孔的内侧壁中段还开有一个环形的第二周向排气槽，所述第二周向排气槽底部设有多个沿径向延伸的第二排气通道，通过每个第二排气通道连通第二周向排气槽和左径向轴承外侧壁；所述左径向轴承本体左端面上还开有一圈第二轴向中空槽，多个第二轴向中空槽与多个第二排气通道的数量相同，每个第二轴向中空槽沿轴向延伸且与对应的第二排气通道相连通，所述第二轴向中空槽贯通左径向轴承本体的左右两端；

所述左径向轴承本体外侧壁上还开有至少一个第二周向冷却槽，所述第二周向冷却槽环绕左径向轴承本体但不封闭，所述第二周向冷却槽的两端通过第三隔块隔开，所述第二周向冷却槽的两端分别形成第二周向进水端和第二周向排水端，通过第二周向进水端向第二周向冷却槽进水、并从第二周向排水端出水，实现对左径向轴承本体的冷却。

进一步的，所述右止推轴承包括右止推轴承本体，所述右止推轴承本体的右端面上开有一圈环形的端面供气槽以及一圈环形的第二端面冷却槽，所述端面供气槽底部开有内外两圈第二端面供气孔组，每圈第二端面供气孔组包括多个第二端面供气孔，每个第二端面供气孔沿轴向方向贯通右止推轴承本体；所述第二端面冷却槽呈不封闭的环形结构，所述第二端面冷却槽的两端通过第四隔块隔开，所述第二端面冷却槽的两端分别形成第二端面进水端和第二端面排水端。

进一步的，所述电机组件外侧壁与外壳内侧壁之间设有一个冷却水套，所述冷却水套套装在所述定子外，所述冷却水套外侧壁上设有冷却水道结构，所述冷却水道结构包括多个沿轴向平行设置的平行水道，多个平行水道中，除了其中两个相邻的平行水道之间隔开之外，其余相邻的平行水道首尾依次相接从而将各个平行水道串联起来形成一条完整的冷却水道，被隔开的两个相邻的平行水道分别为进水水道和出水水道，所述进水水道的端部为进水端，所述出水水道的端部为排水端，所述冷却水套外侧壁通过与外壳内侧壁紧密配合实现所述冷却水道外围的密封。

进一步的，所述电主轴内设有所述气路结构和水路结构，所述径向止推轴承的止推环、间隙调整环、右止推轴承位于外壳右端和前盖之间；

所述水路结构包括分别设置在外壳内部的一个主进水通道、若干个分进水通道、一个主排水通道、若干个分排水通道，所述主进水通道和主排水通道分别沿着电主轴的轴向方向延伸，所述主进水通道和主排水通道左端分别与所述后座上的进水孔和排水孔一一对接，各个分进水通道分别与主进水通道相连通，各个分排水通道分别与主排水通道相连通，各个分进水通道的出口分别与所述径向止推轴承的第一周向进水端、冷却水套的进水端、左径向轴承的第二周向进水端相密封对接；各个分排水通道的进口分别与所述径向止推轴承的第一周向排水端、冷却水套的排水端、左径向轴承的第二周向排水端相密封对接；

所述水路结构还包括主进水延伸通道、两个分进水辅助通道、主排水延伸通道、两个分排水辅助通道，所述主进水延伸通道左端与主进水通道右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环、间隙调整环后向右延伸至右止推轴承内部形成盲端，两个分进水辅助通道分别设置在止推环和右止推轴承内部，并通过两个分进水辅助通道将第一端面进水端、第二端面进水端分别与主进水延伸通道相连通；所述主排水延伸通道左端与主排水通道右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环、间隙调整环后向右延伸至右止推轴承内部形成盲端，两个分排水辅助通道分别设置在止推环和右止推轴承内部，并通过两个分排水辅助通道将第一端面排水端、第二端面排水端分别与主排水延伸通道相连通；

所述气路结构包括分别设置在外壳内部的一个主进气通道、若干个分进气通道、一个主排气通道、若干个分排气通道；所述主进气通道和主排气通道分别沿着电主轴的轴向方向延伸，所述主进气通道和主排气通道左端分别与所述后座上的进气孔和排气孔一一对接，各个分进气通道分别与主进气通道相连通，各个分排气通道分别与主排气通道相连通，各个分进气通道的出口分别与径向止推轴承的各个第一周向供气槽、左径向轴承的各个第二周向供气槽一一对应的相密封对接，各个分排气通道分别与径向止推轴承的第一周向排气槽、左径向轴承的第二周向排气槽一一对应的相密封对接；

所述气路结构还包括主进气延伸通道、一个分进气辅助通道、主排气延伸通道、两个分排气辅助通道，所述主进气延伸通道左端与主进气通道右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环、间隙调整环后向右延伸至右止推轴承内部形成盲端，所述分进气辅助通道设置在右止推轴承内部，通过所述分进气辅助通道将端面供气槽与主进气延伸通道相连通；所述主排气延伸通道左端与主排气通道右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环、间隙调整环后向右延伸至右止推轴承内部形成盲端，两个分排气辅助通道分别设置在间隙调整环和右止推轴承内部，并通过两个分排气辅助通道将间隙调整环内腔、右止推轴承左端面分别与主排气延伸通道相连通。

进一步的，所述电主轴还包括测试组件，所述测试组件包括温度传感器和转速传感器，所述左径向轴承、径向止推轴承、右止推轴承上分别开有测温孔，每个测温孔内设有温度传感器；所述后座上设有转速传感器，所述转速传感器的工作面对准所述芯轴左端面上的磁敏感应凹槽，用于测量芯轴的转速；

所述后座上设有用于安装转速传感器的安装孔，所述安装孔右端设有一个用于对安装转速传感器右端进行限位的限位块，所述限位块仅覆盖安装孔的一部分，使得转速传感器右端的工作面裸露出来。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型提供的一种高速气浮电主轴，左径向轴承、径向止推轴承的右径向轴承本体均采用多排周向供气槽，径向止推轴承的止推环、右止推轴承分别采用多圈端面供气孔组，提高了气浮支承组件的承载能力和支承刚度；采用并联冷却方式对电主轴系统内的各个轴承和电机定子进行直接水冷，且左径向轴承、径向止推轴承均设置有周向冷却槽，提高了电主轴的散热能力；左径向轴承、径向止推轴承、右止推轴承的气路和水路集成于一体，简化了电主轴的结构，降低了零部件的数量，有利于提高整个电主轴的加工和装配精度。

2、本实用新型提供的一种高速气浮电主轴，通过螺帽将弹簧夹头紧固，省去了复杂的夹持和换刀机构，大大简化了电主轴的结构；通过在芯轴的左、右两端设置平衡螺纹孔，在螺纹孔中拧入配重螺钉可以实现芯轴的在位动平衡，平衡精度高。

3、本实用新型提供的一种高速气浮电主轴，通过在左径向轴承、径向止推轴承、右止推轴承中布置温度传感器，可以实时测量支承组件的温度，以便对冷却水的参数进行调节，确保支承组件温度的稳定。

附图说明

图1是本实用新型的整体立体图。

图2是本实用新型的主视剖面图。

图3是本实用新型的芯轴立体图。

图4是本实用新型的芯轴的主视剖面图。

图5是图4的I处放大图。

图6是本实用新型的芯轴左视图。

图7是本实用新型的径向止推轴承的立体图。

图8是本实用新型的径向止推轴承另一个视角的立体图。

图9是本实用新型的径向止推轴承的主视剖面图。

图10是图9的A-A剖面图。

图11是本实用新型的左径向轴承的立体图。

图12是本实用新型的左径向轴承的主视剖面图。

图13是图12的B-B剖视图。

图14是图13的C-C剖视图。

图15是本实用新型的右止推轴承的立体图。

图16是本实用新型的右止推轴承的右视图。

图17是图16的D-D剖视图。

图18是图16的E-E剖视图。

图19是本实用新型后座立体图。

图20是本实用新型后座另一个视角的立体图。

图21是本实用新型的冷却水套立体图。

图22是本实用新型的水路结构示意图。

图23是图22的K处放大图。

图24是本实用新型的气路结构示意图。

图25是图24的J处放大图。

图中标号：

1外壳，11主进水通道，12分进水通道，13主排水通道，14分排水通道，15主进水延伸通道，16分进水辅助通道，17主排水延伸通道，18分排水辅助通道，19主进气通道，110分进气通道，111主排气通道，112分排气通道，113主进气延伸通道,114分进气辅助通道,115主排气延伸通道,116分排气辅助通道；

2后座，21进水孔，22排水孔，23进气孔，24排气孔，25安装孔，26限位块；

3前盖；

4电机组件，41转子，42定子；

5冷却水套，51冷却水道，52进水水道，53出水水道；

6芯轴，61输出连接部，62止推盘，63左径向轴颈，64电机安装轴颈，65径向止推轴颈，66右止推轴颈，67第一定位轴肩，68第二定位轴肩，69左平衡螺纹孔，610右平衡螺纹孔，611环形槽，612第一工艺孔，613工艺通道，614磁敏感应凹槽，615锥孔；

7左径向轴承，71左径向轴承本体，72第二周向供气槽，73第二供气通道，74第二周向排气槽，75第二排气通道，76第二轴向中空槽，77第二周向冷却槽，78第三隔块，79第二周向排水端，710第二周向进水端；

8径向止推轴承,81右径向轴承本体，82止推环，83第一周向供气槽，84第一供气通道，85第一周向排气槽，86第一排气通道，87第一轴向中空槽，88端面供气通道，89第一周向冷却槽，810第一隔块，811第一周向排水端，812第一周向进水端，813第一端面冷却槽，814第二隔块，815第一端面排水端,816第一端面进水端，817密封槽；

9右止推轴承，91右止推轴承本体，92端面供气槽，93第二端面冷却槽，94第二端面供气孔，95第四隔块，96第二端面进水端，97第二端面排水端；

10间隙调整环，20弹簧夹头，30螺帽，40测温孔，50温度传感器，60转速传感器。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1至图25，本实施例公开了一种高速气浮电主轴，电主轴包括机体组件、回转组件、电机组件4、气浮支承组件。

机体组件包括外壳1、后座2和前盖3，外壳1内设空腔，后座2和前盖3分别设置在外壳1左右两端。

电机组件4位于外壳1的空腔内，电机组件4包括转子41和定子42，本实施例中电机组件4采用永磁同步电机，电机转子41为永磁体转子41，电机转子41在运行过程中基本不发热，大大降低了电主轴系统的热生成，电机转子41与芯轴6通过锥度配合连接，安装工艺简单。

回转组件包括设置于外壳1的空腔内的芯轴6，电机组件4的转子41固定套装在芯轴6的中段上，芯轴6右端穿过前盖3向右伸出形成输出连接部61，通过芯轴6的输出连接部61外接执行部件实现动力输出。

气浮支承组件包括左径向轴承7、径向止推轴承8、右止推轴承9和气路结构，左径向轴承7空套在芯轴6左段上，径向止推轴承8、右止推轴承9分别空套在芯轴6右段上，左径向轴承7、电机组件4、径向止推轴承8、右止推轴承9在外壳1的空腔内从左向右依次并排；芯轴6靠近右端的部位设有一个沿径向向外凸出的止推盘62，径向止推轴承8和右止推轴承9分列于止推盘62的左右两侧且径向凸出于止推盘62，止推盘62外围空套有一个间隙调整环10，间隙调整环10厚度大于止推盘62的厚度，间隙调整环10左右两侧分别与径向止推轴承8和右止推轴承9紧密贴合；间隙调整环10用以调整径向止推轴承8和右止推轴承9与芯轴6的止推盘62之间的气膜厚度。通过气路结构向芯轴6与各个轴承之间的间隙内通入高压气体，使得芯轴6与各个轴承之间的间隙内形成气膜，使芯轴6悬浮。

具体参见图3至图6，芯轴6上从左向右依次设有用于安装左径向轴承7的左径向轴颈63、用于安装电机组件4的电机安装轴颈64、用于安装径向止推轴承8的径向止推轴颈65、用于安装右止推轴承9的右止推轴颈66，芯轴6在左径向轴颈63和电机安装轴颈64之间形成用于对左径向轴承7右端进行定位的第一定位轴肩67，芯轴6在电机安装轴颈64和径向止推轴颈65之间形成用于对电机组件4右端进行定位的第二定位轴肩68。电机安装轴颈64为左小右大的锥面结构，其余轴颈均为平直的圆柱面结构。径向止推轴颈65的外径大于左径向轴颈63的外径，芯轴6在径向止推轴颈65和右止推轴颈66之间设置止推盘62，芯轴6左端面设有沿周向均布的偶数个左平衡螺纹孔69，芯轴6右端面设有沿周向均布的偶数个右平衡螺纹孔610，芯轴6的电机安装轴颈64上设有一圈环形槽611，其中一个左平衡螺纹孔69底部设有第一工艺孔612，第一工艺孔612通过一个呈L形的工艺通道613与环形槽611底部连通。通过在芯轴6的左平衡螺纹孔69、右平衡螺纹孔610中拧入配重螺钉进行芯轴6的在位动平衡。

转子41内孔为锥形孔，转子41内孔的锥度与芯轴6的电机安装轴颈64的外锥面的锥度相同。电机组件4的转子41与芯轴6的电机安装轴颈64之间通过锥面过盈配合实现紧固连接。安装时采用液压装置通过第一工艺孔612和工艺通道613将高压油送到环形槽611内，使高压油充满转子41和芯轴6的电机安装轴颈64之间的缝隙，在高压油作用下将电机的转子41内孔胀大，以便将转子41套装在芯轴6的电机安装轴颈64，转子41安装到位后将高压油卸掉，即可实现转子41与芯轴6之间的过盈紧固连接。

芯轴6右端的输出连接部61位于右止推轴颈66右侧，输出连接部61为内设锥孔615、外设外螺纹的筒状结构，输出连接部61的锥孔615内插入弹簧夹头20，并通过一个螺帽30旋入输出连接部61外侧，实现对弹簧夹头20的锁紧；装刀时将刀具装入弹簧夹头20，螺帽30拧入输出连接部61的外螺纹段紧固即可；换刀时将螺帽30旋下即可将刀具换下。

具体参见图7至图10，径向止推轴承8包括右径向轴承本体81和位于右径向轴承本体81右端的止推环82，右径向轴承本体81外侧壁上从左向右开有多个环形的第一周向供气槽83，每个第一周向供气槽83底部设有多个沿径向延伸的第一供气通道84，通过第一供气通道84连通对应的第一周向供气槽83和右径向轴承本体81内孔；

右径向轴承本体81内孔的内侧壁中段还开有一个环形的第一周向排气槽85，第一周向排气槽85底部设有多个沿径向延伸的第一排气通道86，通过每个第一排气通道86连通第一周向排气槽85和右径向轴承本体81外侧壁；右径向轴承本体81左端面上还开有一圈第一轴向中空槽87，多个第一轴向中空槽87与多个第一排气通道86的数量相同，每个第一轴向中空槽87沿周向延伸且与对应的第一排气通道86相连通，第一轴向中空槽87为右端为盲端的盲孔；

止推环82右端面上开有至少两圈第一端面供气孔组，本实施例为内、外两圈第一端面供气孔组，每一圈第一端面供气孔组包括多个第一端面供气孔，每个第一端面供气孔通过端面供气通道88与位于最右端的第一供气通道84相连通，端面供气通道88沿着与轴向相平行的方向延伸；

右径向轴承本体81外侧壁上还开有至少一个第一周向冷却槽89，本实施例为两个第一周向冷却槽89，第一周向冷却槽89环绕右径向轴承本体81但不封闭，第一周向冷却槽89的两端通过第一隔块810隔开，第一周向冷却槽89的两端分别形成第一周向进水端812和第一周向排水端811，通过第一周向进水端812向第一周向冷却槽89进水、并从第一周向排水端811出水，实现对右径向轴承本体81的冷却；

止推环82左端面上开有第一端面冷却槽813，第一端面冷却槽813呈不封闭的环形结构，第一端面冷却槽813的两端通过第二隔块814隔开，第一端面冷却槽813的两端分别形成第一端面进水端816和第一端面排水端815，通过第一端面进水端816向第一端面冷却槽813进水、并从第一端面排水端815出水，实现对止推环82的冷却。

右径向轴承本体81外侧壁上在对应每个第一周向供气槽83的左右两侧分别开有密封槽817，密封槽817内设有密封圈，通过两个密封圈与外壳1内侧壁紧密配合实现各个第一周向供气槽83的密封。

具体参见图11至图14，左径向轴承7包括左径向轴承本体71，左径向轴承本体71外侧壁上从左向右开有多个环形的第二周向供气槽72，每个第二周向供气槽72底部设有多个沿径向延伸的第二供气通道73，通过第二供气通道73连通对应的第二周向供气槽72和左径向轴承7内孔；

左径向轴承7内孔的内侧壁中段还开有一个环形的第二周向排气槽74，第二周向排气槽74底部设有多个沿径向延伸的第二排气通道75，通过每个第二排气通道75连通第二周向排气槽74和左径向轴承7外侧壁；左径向轴承本体71左端面上还开有一圈第二轴向中空槽76，多个第二轴向中空槽76与多个第二排气通道75的数量相同，每个第二轴向中空槽76沿轴向延伸且与对应的第二排气通道75相连通，第二轴向中空槽76贯通左径向轴承本体71的左右两端；

左径向轴承本体71外侧壁上还开有至少一个第二周向冷却槽77，第二周向冷却槽77环绕左径向轴承本体71但不封闭，第二周向冷却槽77的两端通过第三隔块78隔开，第二周向冷却槽77的两端分别形成第二周向进水端710和第二周向排水端79，通过第二周向进水端710向第二周向冷却槽77进水、并从第二周向排水端79出水，实现对左径向轴承本体71的冷却。

具体参见图15至图18，右止推轴承9包括右止推轴承本体91，右止推轴承本体91的右端面上开有一圈环形的端面供气槽92以及一圈环形的第二端面冷却槽93，端面供气槽92底部开有内外两圈第二端面供气孔94组，每圈第二端面供气孔94组包括多个第二端面供气孔94，每个第二端面供气孔94沿轴向方向贯通右止推轴承本体91；第二端面冷却槽93呈不封闭的环形结构，第二端面冷却槽93的两端通过第四隔块95隔开，第二端面冷却槽93的两端分别形成第二端面进水端96和第二端面排水端97。

具体参见图21，电机组件4外侧壁与外壳1内侧壁之间设有一个冷却水套5，冷却水套5套装在定子42外，冷却水套5外侧壁上设有冷却水道51结构，冷却水道51结构包括多个沿轴向平行设置的平行水道，多个平行水道中，除了其中两个相邻的平行水道之间隔开之外，其余相邻的平行水道首尾依次相接从而将各个平行水道串联起来形成一条完整的冷却水道51，被隔开的两个相邻的平行水道分别为进水水道52和出水水道53，进水水道52的端部为进水端，出水水道53的端部为排水端，确保进水和出水分离。冷却水套5外侧壁通过与外壳1内侧壁紧密配合实现冷却水道51外围的密封。

电主轴内设有气路结构和水路结构，径向止推轴承8的止推环82、间隙调整环10、右止推轴承9位于外壳1右端和前盖3之间；安装时通过螺钉从右向左依次穿过右止推轴承9、间隙调整环10、止推环82后旋入外壳1的螺纹孔中，实现右止推轴承9、间隙调整环10、止推环82与外壳1之间的固定连接，再通过螺钉将前盖3与右止推轴承9固定连接在一起。左端的后座2也是通过螺钉与外壳1左端固定连接。

具体参见图22和图23，水路结构包括分别设置在外壳1内部的一个主进水通道11、若干个分进水通道12、一个主排水通道13、若干个分排水通道14，主进水通道11和主排水通道13分别沿着电主轴的轴向方向延伸，主进水通道11和主排水通道13左端分别与后座2上的进水孔21和排水孔22一一对接，各个分进水通道12分别与主进水通道11相连通，各个分排水通道14分别与主排水通道13相连通，各个分进水通道12的出口分别与径向止推轴承8的第一周向进水端812、冷却水套5的进水端、左径向轴承7的第二周向进水端710相密封对接；各个分排水通道14的进口分别与径向止推轴承8的第一周向排水端811、冷却水套5的排水端、左径向轴承7的第二周向排水端79相密封对接。

水路结构还包括主进水延伸通道15、两个分进水辅助通道16、主排水延伸通道17、两个分排水辅助通道18，主进水延伸通道15左端与主进水通道11右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环82、间隙调整环10后向右延伸至右止推轴承9内部形成盲端，两个分进水辅助通道16分别设置在止推环82和右止推轴承9内部，并通过两个分进水辅助通道16将第一端面进水端816、第二端面进水端96分别与主进水延伸通道15相连通；主排水延伸通道17左端与主排水通道13右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环82、间隙调整环10后向右延伸至右止推轴承9内部形成盲端，两个分排水辅助通道18分别设置在止推环82和右止推轴承9内部，并通过两个分排水辅助通道18将第一端面排水端815、第二端面排水端97分别与主排水延伸通道17相连通。

具体参见图24和图25，气路结构包括分别设置在外壳1内部的一个主进气通道19、若干个分进气通道110、一个主排气通道111、若干个分排气通道112；主进气通道19和主排气通道111分别沿着电主轴的轴向方向延伸，主进气通道19和主排气通道111左端分别与后座2上的进气孔23和排气孔24一一对接，各个分进气通道110分别与主进气通道19相连通，各个分排气通道112分别与主排气通道111相连通，各个分进气通道110的出口分别与径向止推轴承8的各个第一周向供气槽83、左径向轴承7的各个第二周向供气槽72一一对应的相密封对接，各个分排气通道112分别与径向止推轴承8的第一周向排气槽85、左径向轴承7的第二周向排气槽74一一对应的相密封对接。

气路结构还包括主进气延伸通道113、一个分进气辅助通道114、主排气延伸通道115、两个分排气辅助通道116，主进气延伸通道113左端与主进气通道19右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环82、间隙调整环10后向右延伸至右止推轴承9内部形成盲端，分进气辅助通道114设置在右止推轴承9内部，通过分进气辅助通道114将端面供气槽92与主进气延伸通道113相连通；主排气延伸通道115左端与主排气通道111右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环82、间隙调整环10后向右延伸至右止推轴承9内部形成盲端，两个分排气辅助通道116分别设置在间隙调整环10和右止推轴承9内部，并通过两个分排气辅助通道116将间隙调整环10内腔、右止推轴承9左端面分别与主排气延伸通道115相连通。

电主轴还包括测试组件，测试组件包括温度传感器50和转速传感器60，左径向轴承7、径向止推轴承8、右止推轴承9上分别开有测温孔40，测温孔40为盲孔，每个测温孔40内设有温度传感器50；温度传感器50可为热电偶、热敏电阻等类型的传感器。

后座2上设有转速传感器60，转速传感器60的工作面对准芯轴6左端面上的磁敏感应凹槽614，用于测量芯轴6的转速。转速传感器60可采用差分磁阻传感器。

具体参见图19和图20，转速传感器60的安装结构形式具体为：

后座2上设有用于安装转速传感器60的安装孔25，安装孔25右端设有一个用于对安装转速传感器60右端进行限位的限位块26，限位块26仅覆盖安装孔25的一部分，使得转速传感器60右端的工作面裸露出来。安装时，首先将转速传感器60侧面涂胶，再将转速传感器60从左向右插入安装孔25中，当转速传感器60右端抵在限位块26上时即安装到位，此时转速传感器60右端的工作面裸露出来正好对准芯轴6左端面上的磁敏感应凹槽614。此种结构设计，能精确的保证转速传感器60右端的工作面与芯轴6的磁敏感应凹槽614之间的距离，从而保证测量精度。

整个电主轴的气路结构工作原理为：

高压气体经过后座2的进气孔23进入外壳1的主进气通道19，然后通过各个分进气通道110分别进入径向止推轴承8的各个第一周向供气槽83、左径向轴承7的各个第二周向供气槽72，同时通过主进气延伸通道113经分进气辅助通道114进入到右止推轴承9的端面供气槽92，给各个轴承的供气通道供气，使各个轴承与芯轴6之间形成气膜，使芯轴6浮起；高压气体经径向止推轴承8的第一周向排气槽85、左径向轴承7的第二周向排气槽74排入外壳1上对应的分排气通道112，同时通过间隙调整环10和右止推轴承9内部两个分排气辅助通道116排入主排水延伸通道17，最终汇聚到外壳1的主排气通道111内，然后通过后座2的排气孔24排出电主轴体外。

整个电主轴的水路结构的工作原理为：

冷却水经过后座2的进水孔21进入外壳1的主进水通道11，然后通过外壳1的多个分进水通道12分别进入径向止推轴承8的第一周向进水端812、冷却水套5的进水端、左径向轴承7的第二周向进水端710，同时通过主进水延伸通道15经两个分进水辅助通道16进入到止推环82的第一端面进水端816和右止推轴承9的第二端面进水端96，以对各个轴承以及电机的定子42进行冷却，然后左径向轴承7表面、冷却水套5表面、右径向轴承本体81表面的冷却水分别通过各自对应的分排水通道14排入到外壳1的主排水通道13内，止推环82和右止推轴承9的冷却水分别经各自的分排水辅助通道18排入主排水延伸通道17，最终汇入到外壳1的主排水通道13内，之后冷却水经后座2的排水孔22排出电主轴体外，实现冷却水的循环。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速气浮电主轴，所述电主轴包括机体组件、回转组件、电机组件(4)，

所述机体组件包括外壳(1)、后座(2)和前盖(3)，所述外壳(1)内设空腔，所述后座(2)和前盖(3)分别设置在外壳(1)左右两端；所述电机组件(4)位于外壳(1)的空腔内，所述电机组件(4)包括转子(41)和定子(42)；

其特征在于：所述回转组件包括设置于外壳(1)的空腔内的芯轴(6)，所述电机组件(4)的转子(41)固定套装在芯轴(6)的中段上，所述芯轴(6)右端穿过前盖(3)向右伸出形成输出连接部(61)，通过芯轴(6)的输出连接部(61)外接执行部件实现动力输出；

所述电主轴还包括气浮支承组件，所述气浮支承组件包括左径向轴承(7)、径向止推轴承(8)、右止推轴承(9)和气路结构，所述左径向轴承(7)空套在芯轴(6)左段上，所述径向止推轴承(8)、右止推轴承(9)分别空套在芯轴(6)右段上，所述左径向轴承(7)、电机组件(4)、径向止推轴承(8)、右止推轴承(9)在外壳(1)的空腔内从左向右依次并排；所述芯轴(6)靠近右端的部位设有一个沿径向向外凸出的止推盘(62)，所述径向止推轴承(8)和右止推轴承(9)分列于止推盘(62)的左右两侧且径向凸出于止推盘(62)，所述止推盘(62)外围空套有一个间隙调整环(10)，所述间隙调整环(10)厚度大于止推盘(62)的厚度，所述间隙调整环(10)左右两侧分别与径向止推轴承(8)和右止推轴承(9)紧密贴合；通过气路结构向芯轴(6)与各个轴承之间的间隙内通入高压气体，使得芯轴(6)与各个轴承之间的间隙内形成气膜，使芯轴(6)悬浮。

2.如权利要求1所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述芯轴(6)上从左向右依次设有用于安装左径向轴承(7)的左径向轴颈(63)、用于安装电机组件(4)的电机安装轴颈(64)、用于安装径向止推轴承(8)的径向止推轴颈(65)、用于安装右止推轴承(9)的右止推轴颈(66)，所述电机安装轴颈(64)为左小右大的锥面结构，其余轴颈均为平直的圆柱面结构，且径向止推轴颈(65)的外径大于左径向轴颈(63)的外径，所述芯轴(6)在径向止推轴颈(65)和右止推轴颈(66)之间设置所述止推盘(62)，所述芯轴(6)左端面设有沿周向均布的偶数个左平衡螺纹孔(69)，所述芯轴(6)右端面设有沿周向均布的偶数个右平衡螺纹孔(610)，所述芯轴(6)的电机安装轴颈(64)上设有一圈环形槽(611)，其中一个左平衡螺纹孔(69)底部设有第一工艺孔(612)，所述第一工艺孔(612)通过一个工艺通道(613)与所述环形槽(611)底部连通；所述电机组件(4)的转子(41)与芯轴(6)的电机安装轴颈(64)之间通过锥面过盈配合实现紧固连接。

3.如权利要求2所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述芯轴(6)右端的输出连接部(61)位于右止推轴颈(66)右侧，所述输出连接部(61)为内设锥孔(615)、外设外螺纹的筒状结构，所述输出连接部(61)的锥孔(615)内插入弹簧夹头(20)，并通过一个螺帽(30)旋入输出连接部(61)外侧，实现对弹簧夹头(20)的锁紧；

所述芯轴(6)在左径向轴颈(63)和电机安装轴颈(64)之间形成用于对左径向轴承(7)右端进行定位的第一定位轴肩(67)，所述芯轴(6)在电机安装轴颈(64)和径向止推轴颈(65)之间形成用于对电机组件(4)右端进行定位的第二定位轴肩(68)。

4.如权利要求2所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述径向止推轴承(8)包括右径向轴承本体(81)和位于右径向轴承本体(81)右端的止推环(82)，所述右径向轴承本体(81)外侧壁上从左向右开有多个环形的第一周向供气槽(83)，每个第一周向供气槽(83)底部设有多个沿径向延伸的第一供气通道(84)，通过第一供气通道(84)连通对应的第一周向供气槽(83)和右径向轴承本体(81)内孔；

所述右径向轴承本体(81)内孔的内侧壁中段还开有一个环形的第一周向排气槽(85)，所述第一周向排气槽(85)底部设有多个沿径向延伸的第一排气通道(86)，通过每个第一排气通道(86)连通第一周向排气槽(85)和右径向轴承本体(81)外侧壁；所述右径向轴承本体(81)左端面上还开有一圈第一轴向中空槽(87)，多个第一轴向中空槽(87)与多个第一排气通道(86)的数量相同，每个第一轴向中空槽(87)沿轴向延伸且与对应的第一排气通道(86)相连通，第一轴向中空槽(87)为右端为盲端的盲孔；

所述止推环(82)右端面上开有至少两圈第一端面供气孔组，每一圈第一端面供气孔组包括多个第一端面供气孔，每个第一端面供气孔通过端面供气通道(88)与位于最右端的第一供气通道(84)相连通，所述端面供气通道(88)沿着与轴向相平行的方向延伸；

所述右径向轴承本体(81)外侧壁上还开有至少一个第一周向冷却槽(89)，所述第一周向冷却槽(89)环绕右径向轴承本体(81)但不封闭，所述第一周向冷却槽(89)的两端通过第一隔块(810)隔开，所述第一周向冷却槽(89)的两端分别形成第一周向进水端(812)和第一周向排水端(811)，通过第一周向进水端(812)向第一周向冷却槽(89)进水、并从第一周向排水端(811)出水，实现对右径向轴承本体(81)的冷却；

所述止推环(82)左端面上开有第一端面冷却槽(813)，所述第一端面冷却槽(813)呈不封闭的环形结构，所述第一端面冷却槽(813)的两端通过第二隔块(814)隔开，所述第一端面冷却槽(813)的两端分别形成第一端面进水端(816)和第一端面排水端(815)，通过第一端面进水端(816)向第一端面冷却槽(813)进水、并从第一端面排水端(815)出水，实现对止推环(82)的冷却。

5.如权利要求4所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述右径向轴承本体(81)外侧壁上在对应每个第一周向供气槽(83)的左右两侧分别开有密封槽(817)，所述密封槽(817)内设有密封圈，通过两个密封圈与所述外壳(1)内侧壁紧密配合实现各个第一周向供气槽(83)的密封。

6.如权利要求4所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述左径向轴承(7)包括左径向轴承本体(71)，所述左径向轴承本体(71)外侧壁上从左向右开有多个环形的第二周向供气槽(72)，每个第二周向供气槽(72)底部设有多个沿径向延伸的第二供气通道(73)，通过第二供气通道(73)连通对应的第二周向供气槽(72)和左径向轴承(7)内孔；

所述左径向轴承(7)内孔的内侧壁中段还开有一个环形的第二周向排气槽(74)，所述第二周向排气槽(74)底部设有多个沿径向延伸的第二排气通道(75)，通过每个第二排气通道(75)连通第二周向排气槽(74)和左径向轴承(7)外侧壁；所述左径向轴承本体(71)左端面上还开有一圈第二轴向中空槽(76)，多个第二轴向中空槽(76)与多个第二排气通道(75)的数量相同，每个第二轴向中空槽(76)沿轴向延伸且与对应的第二排气通道(75)相连通，所述第二轴向中空槽(76)贯通左径向轴承本体(71)的左右两端；

所述左径向轴承本体(71)外侧壁上还开有至少一个第二周向冷却槽(77)，所述第二周向冷却槽(77)环绕左径向轴承本体(71)但不封闭，所述第二周向冷却槽(77)的两端通过第三隔块(78)隔开，所述第二周向冷却槽(77)的两端分别形成第二周向进水端(710)和第二周向排水端(79)，通过第二周向进水端(710)向第二周向冷却槽(77)进水、并从第二周向排水端(79)出水，实现对左径向轴承本体(71)的冷却。

7.如权利要求4所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述右止推轴承(9)包括右止推轴承本体(91)，所述右止推轴承本体(91)的右端面上开有一圈环形的端面供气槽(92)以及一圈环形的第二端面冷却槽(93)，所述端面供气槽(92)底部开有内外两圈第二端面供气孔(94)组，每圈第二端面供气孔(94)组包括多个第二端面供气孔(94)，每个第二端面供气孔(94)沿轴向方向贯通右止推轴承本体(91)；所述第二端面冷却槽(93)呈不封闭的环形结构，所述第二端面冷却槽(93)的两端通过第四隔块(95)隔开，所述第二端面冷却槽(93)的两端分别形成第二端面进水端(96)和第二端面排水端(97)。

8.如权利要求7所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述电机组件(4)外侧壁与外壳(1)内侧壁之间设有一个冷却水套(5)，所述冷却水套(5)套装在所述定子(42)外，所述冷却水套(5)外侧壁上设有冷却水道(51)结构，所述冷却水道(51)结构包括多个沿轴向平行设置的平行水道，多个平行水道中，除了其中两个相邻的平行水道之间隔开之外，其余相邻的平行水道首尾依次相接从而将各个平行水道串联起来形成一条完整的冷却水道(51)，被隔开的两个相邻的平行水道分别为进水水道(52)和出水水道(53)，所述进水水道(52)的端部为进水端，所述出水水道(53)的端部为排水端，所述冷却水套(5)外侧壁通过与外壳(1)内侧壁紧密配合实现所述冷却水道(51)外围的密封。

9.如权利要求8所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述电主轴内设有所述气路结构和水路结构，所述径向止推轴承(8)的止推环(82)、间隙调整环(10)、右止推轴承(9)位于外壳(1)右端和前盖(3)之间；

所述水路结构包括分别设置在外壳(1)内部的一个主进水通道(11)、若干个分进水通道(12)、一个主排水通道(13)、若干个分排水通道(14)，所述主进水通道(11)和主排水通道(13)分别沿着电主轴的轴向方向延伸，所述主进水通道(11)和主排水通道(13)左端分别与所述后座(2)上的进水孔(21)和排水孔(22)一一对接，各个分进水通道(12)分别与主进水通道(11)相连通，各个分排水通道(14)分别与主排水通道(13)相连通，各个分进水通道(12)的出口分别与所述径向止推轴承(8)的第一周向进水端(812)、冷却水套(5)的进水端、左径向轴承(7)的第二周向进水端(710)相密封对接；各个分排水通道(14)的进口分别与所述径向止推轴承(8)的第一周向排水端(811)、冷却水套(5)的排水端、左径向轴承(7)的第二周向排水端(79)相密封对接；

所述水路结构还包括主进水延伸通道(15)、两个分进水辅助通道(16)、主排水延伸通道(17)、两个分排水辅助通道(18)，所述主进水延伸通道(15)左端与主进水通道(11)右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环(82)、间隙调整环(10)后向右延伸至右止推轴承(9)内部形成盲端，两个分进水辅助通道(16)分别设置在止推环(82)和右止推轴承(9)内部，并通过两个分进水辅助通道(16)将第一端面进水端(816)、第二端面进水端(96)分别与主进水延伸通道(15)相连通；所述主排水延伸通道(17)左端与主排水通道(13)右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环(82)、间隙调整环(10)后向右延伸至右止推轴承(9)内部形成盲端，两个分排水辅助通道(18)分别设置在止推环(82)和右止推轴承(9)内部，并通过两个分排水辅助通道(18)将第一端面排水端(815)、第二端面排水端(97)分别与主排水延伸通道(17)相连通；

所述气路结构包括分别设置在外壳(1)内部的一个主进气通道(19)、若干个分进气通道(110)、一个主排气通道(111)、若干个分排气通道(112)；所述主进气通道(19)和主排气通道(111)分别沿着电主轴的轴向方向延伸，所述主进气通道(19)和主排气通道(111)左端分别与所述后座(2)上的进气孔(23)和排气孔(24)一一对接，各个分进气通道(110)分别与主进气通道(19)相连通，各个分排气通道(112)分别与主排气通道(111)相连通，各个分进气通道(110)的出口分别与径向止推轴承(8)的各个第一周向供气槽(83)、左径向轴承(7)的各个第二周向供气槽(72)一一对应的相密封对接，各个分排气通道(112)分别与径向止推轴承(8)的第一周向排气槽(85)、左径向轴承(7)的第二周向排气槽(74)一一对应的相密封对接；

所述气路结构还包括主进气延伸通道(113)、一个分进气辅助通道(114)、主排气延伸通道(115)、两个分排气辅助通道(116)，所述主进气延伸通道(113)左端与主进气通道(19)右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环(82)、间隙调整环(10)后向右延伸至右止推轴承(9)内部形成盲端，所述分进气辅助通道(114)设置在右止推轴承(9)内部，通过所述分进气辅助通道(114)将端面供气槽(92)与主进气延伸通道(113)相连通；所述主排气延伸通道(115)左端与主排气通道(111)右端相对接，并从左向右依次贯穿止推环(82)、间隙调整环(10)后向右延伸至右止推轴承(9)内部形成盲端，两个分排气辅助通道(116)分别设置在间隙调整环(10)和右止推轴承(9)内部，并通过两个分排气辅助通道(116)将间隙调整环(10)内腔、右止推轴承(9)左端面分别与主排气延伸通道(115)相连通。

10.如权利要求4所述的一种高速气浮电主轴，其特征在于：所述电主轴还包括测试组件，所述测试组件包括温度传感器(50)和转速传感器(60)，所述左径向轴承(7)、径向止推轴承(8)、右止推轴承(9)上分别开有测温孔(40)，每个测温孔(40)内设有温度传感器(50)；所述后座(2)上设有转速传感器(60)，所述转速传感器(60)的工作面对准所述芯轴(6)左端面上的磁敏感应凹槽(614)，用于测量芯轴(6)的转速；

所述后座(2)上设有用于安装转速传感器(60)的安装孔(25)，所述安装孔(25)右端设有一个用于对安装转速传感器(60)右端进行限位的限位块(26)，所述限位块(26)仅覆盖安装孔(25)的一部分，使得转速传感器(60)右端的工作面裸露出来。

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