CN2456887Y - 大功率气静压轴承电主轴的结构设计 - Google Patents

Abstract

所属的技术领域:本项目属机械领域内的磨具技术。产品的形状和用途:本产品是一个外形为圆柱形的内圆磨具,用于高速、高精度和高效率的内孔磨削。产品的构造和技术特征:本产品采用空气静压轴承作主轴的支承,采用变频电机驱动。本产品中的空气静压轴承采用“全支承”结构,可显著地提高承载能力和刚度。本产品中的变频电机采用大功率电机,可以适应高效磨削的要求。

Description

大功率气静压轴承电主轴的结构设计

一、所属的技术领域：本项目属机械领域内的磨具技术

二、技术背景：目前国内在轴承、工具……等行业中普通使用的高速内园磨具-高频电主轴，其主轴的支承元件都是采用滚珠轴承，(采用变频电机驱动)。高速运转时，滚珠轴承磨损快，精度寿命和使用寿命短(一般三个月左右就需更换轴承)，而且振动和噪音大，采用油雾润滑时，还会污染环境，影响人体健康。

本人研制的气静压轴承高频电主轴，具有回转精度高，主轴与轴承之间没有接触、没有磨损、精度寿命与使用寿命长，振动与噪音小，对环境没有污染，其性能显著优于采用滚珠轴承作主轴支承的高频电主轴。该项研究成果于1995年6月29日申请实用新型专利，1996年3月13日获中华人民共和国专利局授予专利权，专利号为Z1952142554。

但是由于现有的气静压轴承高频电主轴的输出功率小(仅为1马力)，其空气静压轴承的承载能力和刚度较低，未能满足高效磨制的要求。未能普及应用。

我国机械行业已将磨具技术列为急待解决的关键技术问题之一。(1)

三、本实用新型的目的：

本实用新型的目的是提供一种大功率^*气静压轴承电主轴的结构设计，解决上述两类磨具存在的技术问题，提供一种可供高速、精密、高效生产的新型气静压轴承电主轴。

四、技术方案：

本实用新型所采用的技术方案是：

1、采用空气静压轴承作主轴的支承元件。

2、支承主轴的空气轴承采用“全支承”结构，即在主轴轴颈的全长均以空气静压轴承支承。

3、采用大功率^*变频电机驱动，一般为5瓩左右。

4、变频电机安装在主轴的后端。

上述的技术方案如图1所示，图1是大功率^*气静压轴承电主轴示意图

图面说明：

件01是前盖，用以阻挡磨削时所产生之铁屑、磨粒及冷却液进入体壳内部，件02是止推轴承，其右端面有一排按环形均布的8个节流小孔，压缩空气经过这些节流小孔流出，在该止推轴承的右端面与主轴轴颈左端面之间形成一层压力气膜，阻挡主轴往左移动，该件起一个止推轴承的作用：件03是定位板，该板的厚度比主轴轴肩厚，籍此使主轴轴肩两端形成轴向间隙，通气后使轴肩两侧形成气膜：件04是轴承，该轴承沿长度方向有8排节流小孔，每排按园周均布又各有8个节流小孔，工作时压缩空气通过轴承上的一条纵向槽流入8排节流小孔，然后流至轴承内表面与主轴轴颈表面之间所形成的间隙，形成一层压力气膜，使主轴获得径向支承；另外在本轴承的左端面有一排8个按环形均布的与上述件02止推轴承相对应的节流小孔，压缩空气经这些节流小孔流至本轴承左端面与主轴轴肩右端面之间的间隙内，形成一层压力气膜起止推轴承作用。件05是体壳，如图所示件03定位板，件04轴承，件07电机定子，件08水套，件01前盖，及件10后盖安装在本体壳上，通过体壳及后盖上的各接头，使外部供给的压缩空气，冷却水及电源与体壳内的气路，水路和电路连接，件06是主轴，该主轴的轴颈全长均有空气静压轴承支承(又称全支承)相当于多个空气轴承的支承，使轴系能获得更大的承载能力和刚度，主轴的右端安装变频电机的转子，主轴前端有一锥孔用以安装磨杆；件07是变频电机定子；件08是水套，此件之外园与体壳上的内腔形成一个空腔，循环水流经此腔冷却变频电机的定子；件09是变频电机转子；件10是后盖：件11是气管接头：件12是电器接头；件13、14是水管接头。

五、本实用新型的优点

本实用新型与现有的滚珠轴承高频电主轴比较，由于主轴的支承元件以空气静压轴承代替了后者的滚珠轴承，所以具有显著的优点如下：

1、回转精度高——超精密级回转精度是空气静压轴承的最大特征，这是无可置疑的，高速空气静压轴系可以达到十分之几微米的回转精度，这是传统的滚珠轴承高频电主轴难以达到的。

2、精度寿命和使用寿命长——因轴承和主轴之间被压力气膜所隔离，彼此没有接触，没有磨损，因此精度不会降低，如果使用得当，使用寿命可半永久性。

3、不污染环境——环保是产品的重要技术指标，对滚珠轴承高频电主轴进行润滑的油雾排放在工作环境周围，会影响人体健康，本项目不需油雾润滑，不会污染环境。

4、节能——空气轴承的摩擦系数比滚珠轴承小3～4个数量级，因此能减小磨擦功率的损耗，节省电能。

另外，本实用新型与现有的气静压轴承电主轴比较，由于采用了大功率*的变频电机(相对于现有产品的仅1马力的驱动电机而言)驱动，而且空气静压轴承采用全支承结构，因此可大大地提高空气静压轴承轴系的承载能力和刚度，能满足高效磨制的要求，又由于本实用的新型的变频电机安装在主轴的后端，减小电机磁场干扰力对主轴前端磨杆回转精度的影响，提高磨削精度。

^*指大于分马力电机的功率

(1)宋天虎、房贵如，机械工业基础共性技术，中国机械工程，1994(4)62-63。

(2)陈世钰、气静压轴承电动磨具的研究推广，第六届全国机床设计与研究会议论文1997(1)。

Claims (3)

1. 大功率^*气静压轴承电主轴的结构设计其特征是：

   (1)主轴的支承元件采用空气静压轴承。(而现有的高频电主轴其主轴的支承元件是滚珠轴承。)
2. (2)支承主轴的空气静压轴承采用“全支承”结构，即在主轴的轴颈全长都有空气静压轴承支承。(而现有的气静压轴承电主轴，仅在其主轴轴颈的前后端各有一个空气静压轴承。)
3. (3)驱动主轴的变频电机安装在主轴的后端，而且采用大功率(5瓩左右)的变频电机。(而现有的气静压轴承电主轴，其用于驱动的变频电机安装在前后空气静压轴承中间，而且其功率较小，仅为1马力。)