CN214080888U - 一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴 - Google Patents

Abstract

一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，包括主轴壳体和转动设置在主动壳体中的转轴，转轴具有沿轴向贯穿的中心孔，在中心孔的前端设有用于夹持固定双向台阶轴工件的一端的拉紧夹头，双向台阶轴工件的另一端分布于主轴壳体外部，双向台阶轴工件的中部分布于设置在主轴壳体前端的气浮孔中，在主轴壳体的后端设有用于控制拉紧夹头启闭的控制机构；本实用新型可大幅度提升现有夹具工装的刚度，从而在重复装夹双向台阶轴工件研磨后保证产品两端的同心度。

Description

一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴

技术领域

本实用新型涉及研磨加工设备领域，具体的说是一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴。

背景技术

如图1所示的双向调节轴具有中部大直径段和轴径朝向端部方向分别递减的台阶段。此类产品在研磨加工过程中，通常需要进行重复装夹，即先夹持固定一端，通过研磨工具对另一端的台阶外径和台阶端部进行研磨。然后将其取下后反向安装在夹具上，对另一端再次研磨。由于现有技术中的常规夹持固定工装的精度不足，导致在重复装夹并分别研磨后，产品两端的同心度难以保证，并通常具有较大偏差，不能满足高精度双向台阶轴的加工需求。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，可大幅度提升现有夹具工装的刚度，从而在重复装夹双向台阶轴工件研磨后保证产品两端的同心度。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体方案为：一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，包括主轴壳体和转动设置在主动壳体中的转轴，转轴具有沿轴向贯穿的中心孔，在中心孔的前端设有用于夹持固定双向台阶轴工件的一端的拉紧夹头，双向台阶轴工件的另一端分布于主轴壳体外部，双向台阶轴工件的中部分布于设置在主轴壳体前端的气浮孔中，在主轴壳体的后端设有用于控制拉紧夹头启闭的控制机构；

拉紧夹头为套筒状并滑动设置在中心孔中，拉紧夹头前端的内周用于夹持固定双向台阶轴工件的端部，拉紧夹头前端的外周为锥面，在拉紧夹头前端的周壁上沿周向设有多条贯穿拉紧夹头壁厚的条形槽，多条条形槽沿拉紧夹头前端的周向均匀间隔分布，且任一条形槽的均贯穿拉紧夹头的前端分布，中心孔具有与拉紧夹头的前端配合的内锥面，以使拉紧夹头朝向中心孔后端滑动中，由中心孔的内锥面挤压拉紧夹头的前端并通过缩紧所有条形槽以夹持固定双向台阶轴工件的端部；控制机构包括拉杆、拉紧碟簧以及气缸，拉杆的前端与拉紧夹头固连，拉杆的后端穿出中心孔外，拉紧碟簧套设在拉杆的后端位置并呈压缩状态，拉紧碟簧的前端紧顶转轴后端，拉紧碟簧的后端紧顶配合安装在拉杆后端位置的螺母，气缸固定在主轴壳体的后端位置，气缸的活塞杆伸入主轴壳体中并与拉杆的后端之间转动配合；

在主轴壳体和转轴之间设有用于实现转轴径向方向上的气浮状态的第一周向气浮轴承和用于实现转轴轴向方向上的气浮状态的轴向气浮轴承，在气浮孔中还设有用于实现双向台阶轴工件的中部位置的气浮状态的第二轴向气浮轴承，第一周向气浮轴承、轴向气浮轴承以及第二周向气浮轴承均采用多孔材料制作；第一周向气浮轴承为圆筒状并套设在转轴外周，第一周向气浮轴承的内周与转轴的外周之间间隙配合，第一周向气浮轴承的外周的两端与主轴壳体的内周之间密闭固定连接，第一周向气浮轴承的外周的中部设有第一环形气槽，第一环形气槽通过开设在主轴壳体周壁中的气道与设置在主轴壳体尾端的进气口相连，使由进气口通入的高压空气可由气道进入第一环形气槽中后穿过第一周向气浮轴承上的孔并充入第一周向气浮轴承和转轴之间以形成用于支撑转轴的第一气膜；转轴上同轴设有止推板，在止推板的两侧分别设有轴向气浮轴承，轴向气浮轴承为圆盘状，任一轴向气浮轴承的一侧均与止推板之间间隙配合，任一轴向气浮轴承的另一侧的内缘和外缘均密闭固定连接在主轴壳体上，中部设有与气道相连的第二环形气槽，使由进气口通入的高压空气可由气道进入第二环形气槽中后穿过轴向气浮轴承上的孔并充入轴向气浮轴承和止推板之间以形成用于支撑止推板的第二气膜；第二周向气浮轴承为圆筒状并套设在双向台阶轴工件中部的外周，第二周向气浮轴承的内周与双向台阶轴工件中部的外周之间间隙配合，第二周向气浮轴承的外周的两端与气浮孔的内周之间密闭固定连接，第二周向气浮轴承的外周的中部设有与气道相连的第三环形气槽，使由进气口通入的高压空气可由气道进入第三环形气槽中后穿过第二周向气浮轴承上的孔并充入第二周向气浮轴承和双向台阶轴工件中部之间以形成用于支撑双向台阶轴工件中部的第三气膜；

优选的，拉杆的后端与一个T形滑块的大端固连，T形滑块大端的外周与中心孔的内周滑动配合，T形滑块的小端转动配合在开设于气缸活塞杆的端面上的圆槽内，拉紧碟簧套设在T形滑块小端的外周，在T形滑块小端的外周还设有供螺母配合安装的外螺纹。

优选的，中心孔的前端还具有与拉紧夹头前端的端面配合限位的限位凸起。

优选的，在转轴后部设有电机转子，在主轴壳体中设有与电机转子配合的电机定子。

优选的，止推板的数量为一个并设置在转轴的前部，第一周向气浮轴承的数量为三个，三个第一周向气浮轴承分别设置在电机转子相背于止推板的一侧、电机转子和止推板之间以及止推板相背于电机转子的一侧。

本实用新型中不仅采用轴向气浮轴承和第一周向气浮轴承同时对转轴的径向和轴向方向上进行限位，通过高压气体形成的气膜阻止高速转动的转轴在各个方向上的窜动，而且对于双向台阶轴工件中部的大直径短通过第二周向气浮轴承进行限位，从而实现了转轴和由转轴夹持固定的双向台阶轴工件本身的高刚性，进而保证了重复装夹并研磨后双向台阶轴产品两端的同心度，大幅度提高了其合格率。

本实用新型中采用多孔材料制作轴向气浮轴承和周向气浮轴承，不仅提高了转轴的刚性，还使本实用新型具有大承载、低耗气量、自润滑永不磨损的效果，在保证了优良轴向和径向承载力的前提下，还能无气旋转不易抱轴，具有低碳绿色环保永不磨损的特点。

附图说明

图1及图2为本实用新型的剖视图；

图3为图2中A部分的局部放大示意图；

图4为图2中B部分的局部放大示意图；

图5为图1中的双向台阶轴工件被拉紧夹头夹紧状态下的状态示意图；

图6为图1中的拉紧夹头在气缸作用下左移后松开双向台阶轴工件后的状态示意图；

图中标记：1、气缸，2、进气口，3、气道，4、第一周向气浮轴承，5、电机定子，6、电机转子，7、轴向气浮轴承，8、拉紧夹头，9、双向台阶轴工件，10、第二周向气浮轴承，11、止推板，12、拉杆，13、主轴壳体，14、转轴，15、中心孔，16、T形滑块，17、拉紧碟簧，18、螺母，19、活塞杆，20、第一环形气槽，21、第一气膜，22、第二环形气槽，23、第二气膜，24、第三环形气槽，25、第三气膜，26、内锥面，27、限位凸起。

具体实施方式

如图1及图2(图1、2区别仅为标号)所示，本实用新型的一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，主要包括主轴壳体13和转动设置在主动壳体中的转轴14。在转轴14后部设有电机转子6，在主轴壳体13中设有与电机转子6配合的电机定子5，通过电机转子6和电机定子5配合驱动转轴14在主轴壳体13内高速旋转。其中的转轴14完全隐藏于主轴壳体13中且转轴14具有沿轴向贯穿的中心孔15。在中心孔15的前端设有用于夹持固定双向台阶轴工件9的一端的拉紧夹头8，在主轴壳体13的后端设有用于控制拉紧夹头8启闭的控制机构。图1中，当拉紧夹头8将双向台阶工件的左端夹持固定后，双向台阶轴工件9的中部分布于设置在主轴壳体13前端的气浮孔中，双向台阶轴工件9的另一端分布于主轴壳体13外部，从而与砂轮或其它研磨机构配合，对双向台阶轴工件9右侧台阶轴的外径和端部进行研磨加工。

图1中示出了拉紧夹头8夹持固定双向台阶轴工件9左端状态，图5为图1中的拉紧夹头8和双向台阶轴工件9的放大示意图。结合图1及图5所示的，拉紧夹头8为套筒状并滑动设置在中心孔15中。拉紧夹头8前端的内周用于夹持固定双向台阶轴工件9的端部，拉紧夹头8前端的外周为由左向右渐扩的锥面。在拉紧夹头8前端的周壁上沿周向设有多条贯穿拉紧夹头8壁厚的条形槽，多条条形槽沿拉紧夹头8前端的周向均匀间隔分布，且任一条形槽的均贯穿拉紧夹头8的前端分布。中心孔15具有与拉紧夹头8的前端配合的内锥面26，以使拉紧夹头8朝向中心孔15后端滑动中，由中心孔15的内锥面26挤压拉紧夹头8的前端并通过缩紧所有条形槽以夹持固定双向台阶轴工件9的端部。

控制机构包括拉杆12、拉紧碟簧17以及气缸1。拉杆12的前端与拉紧夹头8固连，拉杆12的后端设有T形滑块16，T形滑块16的大端与拉杆12固连，大端的周面滑动配合在中心孔15内。拉紧碟簧17套设在T形滑块16的小端上，在T形滑块16的小端还通过螺纹结构配合安装有螺母18，拉紧碟簧17即呈压缩状态分布于螺母18和转轴14的后端之间，以通过垃圾碟簧的延伸里维持拉紧夹头8前端位于中心孔15中内锥面26位置，进而维持拉紧夹头8前端收缩以夹持固定双向台阶轴工件9的状态。气缸1固定在主轴壳体13的后端位置，气缸1的活塞杆18伸入主轴壳体13中并与T形滑块16的小段之间转动配合。当完成研磨加工需要将双向台阶轴工件9取下时，控制气缸1活塞杆18右移，使拉杆12克服拉紧碟簧17弹力右移，至如图6所示的拉紧夹头8的前端伸出中心孔15的内锥面26(中心孔15的前端还具有与拉紧夹头8前端的端面配合限位的限位凸起27，通过该限位凸起27避免拉紧夹头8过度右移)，此时拉紧夹头8的前端因失去内锥面26的压力而膨胀，继而松开双向台阶轴工件9。将双向台阶轴工件9取出并反向插入拉紧夹头8后，控制气缸1的活塞杆18左移，拉杆12及T形滑块16即在拉紧碟簧17作用下左移，使拉紧夹头8的前端重新滑入中心孔15的内锥面26内，从而重新夹持双向台阶轴工件9的另一端。

本实用新型中，在主轴壳体13和转轴14之间设有用于实现转轴14径向方向上的气浮状态的第一周向气浮轴承4和用于实现转轴14轴向方向上的气浮状态的轴向气浮轴承7，在气浮孔中还设有用于实现双向台阶轴工件9的中部位置的气浮状态的第二轴向气浮轴承7。第一周向气浮轴承4、轴向气浮轴承7以及第二周向气浮轴承10均采用多孔材料制作，该多孔材料为陶瓷、高分子材料、纳米碳纤维或其它具有贯穿通孔的材料。

结合图1、2及3所示，第一周向气浮轴承4为圆筒状并套设在转轴14外周，第一周向气浮轴承4的内周与转轴14的外周之间间隙配合，第一周向气浮轴承4的外周的两端与主轴壳体13的内周之间密闭固定连接，第一周向气浮轴承4的外周的中部设有第一环形气槽20，第一环形气槽20通过开设在主轴壳体13周壁中的气道3与设置在主轴壳体13尾端的进气口2相连，使由进气口2通入的高压空气可由气道3进入第一环形气槽20中后穿过第一周向气浮轴承4上的孔并充入第一周向气浮轴承4和转轴14之间以形成用于支撑转轴14的第一气膜21。转轴14的前部位置同轴设有止推板11，在止推板11的两侧分别设有轴向气浮轴承7。轴向气浮轴承7为圆盘状，任一轴向气浮轴承7的一侧均与止推板11之间间隙配合，任一轴向气浮轴承7的另一侧的内缘和外缘均密闭固定连接在主轴壳体13上，中部设有与气道3相连的第二环形气槽22，使由进气口2通入的高压空气可由气道3进入第二环形气槽22中后穿过轴向气浮轴承7上的孔并充入轴向气浮轴承7和止推板11之间以形成用于支撑止推板11的第二气膜23。

结合图1、2及4所示，第二周向气浮轴承10为圆筒状并套设在双向台阶轴工件9中部的外周，第二周向气浮轴承10的内周与双向台阶轴工件9中部的外周之间间隙配合，第二周向气浮轴承10的外周的两端与气浮孔的内周之间密闭固定连接，第二周向气浮轴承10的外周的中部设有与气道3相连的第三环形气槽24，使由进气口2通入的高压空气可由气道3进入第三环形气槽24中后穿过第二周向气浮轴承10上的孔并充入第二周向气浮轴承10和双向台阶轴工件9中部之间以形成用于支撑双向台阶轴工件9中部的第三气膜25。

综上所述，在由进气口2通入压缩空气后，转轴14和双向台阶轴工件9的中部即在第一气膜21、第二气膜23以及第三气膜25作用下达到高强度刚性，并维持转轴14和双向台阶轴工件9在电机转子6和电机定子5作用下高速旋转状态下的高强度刚性，进而使双向台阶轴工件9重复装夹研磨后，其两端仍具有较好的同心度，达到高精度加工要求。本实施例中，第一周向气浮轴承4的数量为三个，三个第一周向气浮轴承4分别设置在电机转子6相背于止推板11的一侧、电机转子6和止推板11之间以及止推板11相背于电机转子6的一侧。通过以上设置方式，使得第一气膜21、第二气膜23以及第三气膜25对于转轴14和双向台阶轴工件9的支撑力更加稳定均匀，进一步保证研磨加工质量。

Claims (5)

1.一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，其特征在于：包括主轴壳体(13)和转动设置在主动壳体中的转轴(14)，转轴(14)具有沿轴向贯穿的中心孔(15)，在中心孔(15)的前端设有用于夹持固定双向台阶轴工件(9)的一端的拉紧夹头(8)，双向台阶轴工件(9)的另一端分布于主轴壳体(13)外部，双向台阶轴工件(9)的中部分布于设置在主轴壳体(13)前端的气浮孔中，在主轴壳体(13)的后端设有用于控制拉紧夹头(8)启闭的控制机构；

拉紧夹头(8)为套筒状并滑动设置在中心孔(15)中，拉紧夹头(8)前端的内周用于夹持固定双向台阶轴工件(9)的端部，拉紧夹头(8)前端的外周为锥面，在拉紧夹头(8)前端的周壁上沿周向设有多条贯穿拉紧夹头(8)壁厚的条形槽，多条条形槽沿拉紧夹头(8)前端的周向均匀间隔分布，且任一条形槽的均贯穿拉紧夹头(8)的前端分布，中心孔(15)具有与拉紧夹头(8)的前端配合的内锥面(26)，以使拉紧夹头(8)朝向中心孔(15)后端滑动中，由中心孔(15)的内锥面(26)挤压拉紧夹头(8)的前端并通过缩紧所有条形槽以夹持固定双向台阶轴工件(9)的端部；控制机构包括拉杆(12)、拉紧碟簧(17)以及气缸(1)，拉杆(12)的前端与拉紧夹头(8)固连，拉杆(12)的后端穿出中心孔(15)外，拉紧碟簧(17)套设在拉杆(12)的后端位置并呈压缩状态，拉紧碟簧(17)的前端紧顶转轴(14)后端，拉紧碟簧(17)的后端紧顶配合安装在拉杆(12)后端位置的螺母(18)，气缸(1)固定在主轴壳体(13)的后端位置，气缸(1)的活塞杆(19)伸入主轴壳体(13)中并与拉杆(12)的后端之间转动配合；

在主轴壳体(13)和转轴(14)之间设有用于实现转轴(14)径向方向上的气浮状态的第一周向气浮轴承(4)和用于实现转轴(14)轴向方向上的气浮状态的轴向气浮轴承(7)，在气浮孔中还设有用于实现双向台阶轴工件(9)的中部位置的气浮状态的第二轴向气浮轴承(7)，第一周向气浮轴承(4)、轴向气浮轴承(7)以及第二周向气浮轴承(10)均采用多孔材料制作；第一周向气浮轴承(4)为圆筒状并套设在转轴(14)外周，第一周向气浮轴承(4)的内周与转轴(14)的外周之间间隙配合，第一周向气浮轴承(4)的外周的两端与主轴壳体(13)的内周之间密闭固定连接，第一周向气浮轴承(4)的外周的中部设有第一环形气槽(20)，第一环形气槽(20)通过开设在主轴壳体(13)周壁中的气道(3)与设置在主轴壳体(13)尾端的进气口(2)相连，使由进气口(2)通入的高压空气可由气道(3)进入第一环形气槽(20)中后穿过第一周向气浮轴承(4)上的孔并充入第一周向气浮轴承(4)和转轴(14)之间以形成用于支撑转轴(14)的第一气膜(21)；转轴(14)上同轴设有止推板(11)，在止推板(11)的两侧分别设有轴向气浮轴承(7)，轴向气浮轴承(7)为圆盘状，任一轴向气浮轴承(7)的一侧均与止推板(11)之间间隙配合，任一轴向气浮轴承(7)的另一侧的内缘和外缘均密闭固定连接在主轴壳体(13)上，中部设有与气道(3)相连的第二环形气槽(22)，使由进气口(2)通入的高压空气可由气道(3)进入第二环形气槽(22)中后穿过轴向气浮轴承(7)上的孔并充入轴向气浮轴承(7)和止推板(11)之间以形成用于支撑止推板(11)的第二气膜(23)；第二周向气浮轴承(10)为圆筒状并套设在双向台阶轴工件(9)中部的外周，第二周向气浮轴承(10)的内周与双向台阶轴工件(9)中部的外周之间间隙配合，第二周向气浮轴承(10)的外周的两端与气浮孔的内周之间密闭固定连接，第二周向气浮轴承(10)的外周的中部设有与气道(3)相连的第三环形气槽(24)，使由进气口(2)通入的高压空气可由气道(3)进入第三环形气槽(24)中后穿过第二周向气浮轴承(10)上的孔并充入第二周向气浮轴承(10)和双向台阶轴工件(9)中部之间以形成用于支撑双向台阶轴工件(9)中部的第三气膜(25)。

2.根据权利要求1所述的一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，其特征在于：拉杆(12)的后端与一个T形滑块(16)的大端固连，T形滑块(16)大端的外周与中心孔(15)的内周滑动配合，T形滑块(16)的小端转动配合在开设于气缸(1)活塞杆(19)的端面上的圆槽内，拉紧碟簧(17)套设在T形滑块(16)小端的外周，在T形滑块(16)小端的外周还设有供螺母(18)配合安装的外螺纹。

3.根据权利要求1所述的一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，其特征在于：中心孔(15)的前端还具有与拉紧夹头(8)前端的端面配合限位的限位凸起(27)。

4.根据权利要求1所述的一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，其特征在于：在转轴(14)后部设有电机转子(6)，在主轴壳体(13)中设有与电机转子(6)配合的电机定子(5)。

5.根据权利要求4所述的一种双向台阶轴产品外径研磨加工的高精度气静压主轴，其特征在于：止推板(11)的数量为一个并设置在转轴(14)的前部，第一周向气浮轴承(4)的数量为三个，三个第一周向气浮轴承(4)分别设置在电机转子(6)相背于止推板(11)的一侧、电机转子(6)和止推板(11)之间以及止推板(11)相背于电机转子(6)的一侧。

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