CN2810824Y

CN2810824Y - 一种超精密高速空气轴承电主轴

Info

Publication number: CN2810824Y
Application number: CN 200520023128
Authority: CN
Inventors: 陈学俭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2015-07-27

Abstract

一种可实现超精密高速的空气轴承电主轴的结构设计。本实用新型采用在主轴两端安装相同高度的空气轴承，使主轴的两端具有相等的支承力，平均地支承整根主轴，当主轴在变频电机的扭力拉动高速转动时也能达到整根主轴的平稳旋转，从而实现高速的旋转。在空气轴承内设置气涡式节流器，大大增加了空气轴承的承载力，刚度也能大大增强，对高转速、重负荷的铣削加工要求也能实现，而转速也会大大提高。本实用新型的结构简单，生产加工难度低、便于装配、维修更换方便，是实现超精密高速加工的现实可行的结构设计。

Description

一种超精密高速空气轴承电主轴

技术领域

本实用新型涉及一种安装于数控机床上可铣削与磨削相结合运用的功能部件，更具体地涉及一种采用空气轴承作为主轴支承的具有高精度、并可实现高转速的电主轴。

背景技术

目前我国数控机床用电主轴大部分为进口高速精密电主轴，而国内生产的电主轴普遍采用滚珠轴承作为主轴支承。高速运转时，滚珠轴承磨损快，精度寿命低，振动和噪音大，使用油雾润滑污染环境。

国内近年一些电主轴采用了空气轴承作为主轴支承，解决了滚珠轴承作为主轴支承的部份缺点。中国专利CN2456887Y和CN2561994Y公开了电主轴采用空气轴承作为主轴支承的技术方案。在CN2456887Y公开的结构中，在主轴前端颈部安装一个与主轴轴颈长度相等的空气轴承作支承，而其电机的转子的尾部无轴承支承；在CN2561994Y公开的结构中，其只是简单地在主轴后端安装较短的空气轴承作为主轴的支承，并在前端空气轴承设置2个环型气腔与节流孔相连通。虽然CN2456887Y和CN2561994Y公开的结构采用了空气轴承作为主轴支承，但它们仍然存在较大的缺点：

1.空气轴承的承载力大小，不能很好地满足工作需要；

2.主轴支承力主要集中于主轴前端，变频电机驱动主轴的扭力集中于主轴后端，主轴在变频电机高速转动时，主轴后端支承力不足以支承主轴的高频微振动；

3.产生的高频微振动使主轴与轴承之间产生磨擦，甚至引起抱轴现象，令主轴烧坏而报废；

4.CN2561994Y中所提出了采用环形气腔的结构，以降低空气的流阻，但实际上并无太大实质性作用；

研究现有技术空气轴承的具体结构，发现关键在于空气轴承内的节流器的设计，若能提高节流器的承载力，即空气轴承的承载力也会成倍增加，则整根主轴的承载力、刚度也能大大增强。

发明内容

本实用新型的所要解决的第一个问题，是上述两种设计其主轴后端，支承力不足，整根主轴支承不平衡，易产生振动而抱轴。

本实用新型的所要解决的第二个问题，是上述两种设计的空气轴承的支承力较小。壳体内密封性较差，容易造成空气泄漏，气压受损失。

本实用新型的所要解决的第三个问题，是上述两种设计的空气轴承在损坏时，维修或更换空气轴承较为不易。而且前轴承较长，加工轴承的同心度、圆柱度难度加大，组装时间较长，生产效率较低。

本实用新型解决其上述问题所采用的技术方案：

第一、本实用新型采用在主轴两端安装相同高度的空气轴承，使主轴的两端具有相等的支承力，平均地支承整根主轴，当主轴在变频电机的扭力拉动高速转动时也能达到整根主轴的平稳旋转，从而实现高速的旋转。

第二、本实用新型采用在空气轴承内设置气涡式节流器，由于环型空气槽与节流器的前端气腔截止面积不等，使节流孔内的气压产生气压差，从而增加了节流孔内的气压。在节流孔的排气口设置一个凹陷的气涡，使压缩空气在节流孔排气口的排气面积比原来增大了几十倍，从而增大了主轴与空气轴承之间气膜的压力。大大增加了空气轴承的承载力，刚度也能大大增强，对高转速、重负荷的铣削加工要求也能实现，而转速也会大大提高。

第三、本实用新型对于空气轴承的生产加工、装配、维修更换也大大降低了难度。由于前、后空气轴承高度较低，加工时同心度、圆柱度较易保证，空气轴承的生产加工精度也容易达到。前、后空气轴承的两端设有两个密封圈槽，并在密封圈槽里装有密封圈，可免空气泄漏导致气压不足。前、后空气轴承的一端面与壳体同样大小，在轴承端面加装两螺纹孔，可用两螺钉将轴承抽出壳体，维修更换更简单方便。

本实用新型的有益效果是在不增加生产成本的同时，能很好地解决公知的空气轴承的上述的缺点，而且结构简单，生产加工难度低、便于装配、维修更换方便。是现有空气静压电主轴的结构设计中，实现超精密高速加工的现实可行的结构设计。

附图说明

图1是本实用新型空气轴承电主轴的结构剖视图。

图2是本实用新型的前轴承端面剖视图。

图3是本实用新型的气涡式节流器的放大剖视图。

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1中，A主轴、B前轴承、C固定轴承螺钉、D密封圈槽、E壳体、F电机定子、G电机转子、H水套、I空气槽、J气涡式节流器、K后轴承、L调整垫、M后止推轴承、N后盖、O进气接头、P排气接头、Q电源接头、R进水接头、S排水接头

图2中，C1表示用于安装固定轴承螺钉的空气轴承螺纹。

图3中，J1节流器前端气腔、J2节流器节流孔、J3节流器气涡。

从图1可以看到，主轴A直接由安装在主轴中间的变频电机驱动，主轴中间镶入电机转子G。以设有气涡式空气节流器J的前、后空气轴承B、K支承，并以固定轴承镙钉C固定在壳体E上。前、后两个空气轴承B、K，高度相同并平均分布2排环型空气槽I(设置环型空气槽的排数，取决于主轴的长度)，每排环型空气槽I按圆周平均分布8个气涡式节流器J(设置气涡式节流器J的个数，取决于主轴A的直径大小)，其环型空气槽I与气涡式节流器J数量的变化是根据主轴所需要达到的承载力而变化。在主轴A的后轴颈设有轴肩，在后轴承K的端面设有气涡式节流器J，主轴A轴肩被限位于后轴承K和后止推轴承M之间，用于限制主轴A的轴向窜动。压缩空气从进气接头O进入，通过纵向空气槽I、环型空气槽I，进入后止推轴承M、后轴承K和前轴承B的各个气涡式节流器J，再进入轴承与主轴A之间的气隙，形成具有支承载荷能力的气膜，再经空气回路由排气接头P排出。冷却水从进水接头R进入，通过水管与水套H连接，再经水管回路由排水接头S排出。电源接头Q通过电源线连接变频电机的电机定子F。调整垫L用于调整后轴承K、后止推轴承M与主轴轴肩之间的间隙，调整轴肩两侧的气膜。使主轴不发生轴向窜动。

图3显示了本实用新型在空气轴承内设置的气涡式节流器，从图中可以看出，由于环型空气槽与节流器的前端气腔截止面积不等，使节流孔内的气压产生气压差，从而增加了节流孔内的气压。在节流孔的排气口设置一个凹陷的气涡，使压缩空气在节流孔排气口的排气面积比原来增大了几十倍，从而增大了主轴与空气轴承之间气膜的压力。大大增加了空气轴承的承载力，刚度也能大大增强，对高转速、重负荷的铣削加工要求也能实现，而转速也会大大提高。

采用本实用新型的空气轴承之后，可以很好地解决公知的空气轴承的上述的缺点，而且结构简单，生产加工难度低、便于装配、维修更换方便。具有较高的实用价值。

Claims

1.一种超精密高速空气轴承电主轴，其特征在于：主轴(A)在前空气轴承(B)和后空气轴承(K)之间支承，前空气轴承(B)和后空气轴承(K)设有气涡式空气节流器(J)。

2.根据权利要求1所述的超精密高速空气轴承电主轴，其特征在于：主轴(A)两端设置的前空气轴承(B)和后空气轴承(K)高度相同并平均分布2～6排环型空气槽(I)，每排环型空气槽(I)按圆周平均分布6～18个气涡式节流器(J)。

3.根据权利要求1或2所述的超精密高速空气轴承电主轴，其特征在于：前空气轴承(B)与后空气轴承(K)的高度合计共占整根主轴(A)总长的1/3～1/2。

4.根据权利要求1或2所述的超精密高速空气轴承电主轴，其特征在于：前空气轴承(B)与后空气轴承(K)各自的内孔直径可以根据需要变化。

5.根据权利要求1或2所述的超精密高速空气轴承电主轴，其特征在于：后空气轴承(K)的端面设有气涡式节流器(J)与后止推轴承(M)，它们共同作用于主轴(A)的轴肩使主轴(A)不会产生轴向窜动。

6.根据权利要求5所述的超精密高速空气轴承电主轴，其特征在于后止推轴承(M)设有一排环型空气槽(I)，并在环型空气槽(I)按圆周平均分布6～8个气涡式节流器(J)。

7.根据权利要求1或2所述的超精密高速空气轴承电主轴，其特征在于前空气轴承(B)和后空气轴承(K)每个轴承均设有两个密封圈槽(D)，在其中设置密封圈，以免空气泄漏导致气压不足，影响主轴性能。