TWI230642B - High-frequency spindle - Google Patents

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TWI230642B
TWI230642B TW092105330A TW92105330A TWI230642B TW I230642 B TWI230642 B TW I230642B TW 092105330 A TW092105330 A TW 092105330A TW 92105330 A TW92105330 A TW 92105330A TW I230642 B TWI230642 B TW I230642B
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Michael Muth
Georg Slotta
Anton Mayer
Sprang Joachim Van
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Aerolas Gmbh
Precise Prazisionsspindeln Gmb
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    • F16C32/0629—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion
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    • F16C32/0651—Details of the bearing area per se
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Description

1230642 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種對應於申請專利範圍第1項的前序之 類型之高速心軸，亦有關於一種用於該高速心軸之空氣軸 承0 【先前技術】 高速心軸係指可供諸如銑製、鑽製、研磨之類的習知機 械加工任務使用但通常不具有分離的機架之工具單元。而 是’其隨後在一位於其殼體上的外部夾固裝置中被夾固定 位且其殼體通常至少在軸向剖面為圓柱形設計。直接作用 在心軸上且通常為電動式之驅動馬達係依據設計產生從 30,000至遠超過ι〇〇,〇〇〇轉/分鐘的高轉速。 然而，一高速心軸亦可為機工具的一整體組件。 高轉速對於用以將心軸支撐在心軸殼體中使其可繞心轴 幸由線旋轉之軸承配置施加了高的需求。特定言之，轴承摩 擦必須降低至一絕對最小值以降低熱與磨耗的產生。 特定言之，在達到超過100,000轉/分鐘轉速的高速心轴中 已知使用下文簡稱為“空氣軸承，，之氣體靜力式轴承 (aerostatic bearings)且在其中藉由一外部壓縮空氣源強、白 空氣經由一或多個阻流點進入軸承區域之間的軸承間隙中 具有 的作 。這將導致軸承區域之間的一空氣緩衝，此空氣緩衝 高的空氣壓力’故可防止軸承區域之間因為軸承方向 用力之影響而產生接觸。 德國專利案3 8 3 4 1 4 0 A 1號揭露一種高速心轴，此离诂 巧迷心軸 1230642 在一心軸殼體中 此氣體靜力式軸 係具有一藉由一氣體靜力式軸承裝置支撐 吏/、可、’堯一心轴轴線而旋轉之心軸軸桿， 承係包含徑向及軸向作用的空氣軸承。 十在2氣軸承至今使用於高速心軸中之案例中，已經證营 :要大量：氣以在軸承間隙中維持空氣緩衝之方：二利 的’其將造成高速^㈣能量平衡受到負面影響之結果。 並在至今使用的空氣軸承中已經發生可歸：於线緩 衝崩潰及軸承區域之間的相關接觸之故障。 【發明内容】 本發明之目的係提供-種具有_消耗較少能量且較不易 產生干擾的空氣軸承配置之心軸。 藉由申請專利範圍第1項所複製之本發明達成此目的。 已經驚訝地發現，若空氣軸承在軸承區域的相對側上具 有多數個凹部且其中凹部除了在一具有小的殘留壁厚度之 邵份外係往上延伸至軸承區域然後將多數個微型通孔設置 於各凹部的基底上，則可在軸承區域之間達成很穩定的空 氣緩衝，且其中同時只需要明顯降低的空氣量且可顯著地 節省相關能量。 殘留壁厚度最好至少為0·1公釐，但至多為2·5公釐。 微型通孔最好具有0.1公釐的最大直徑，從〇 04至〇 〇6公釐 的直徑尤佳。 若將S氣軸承設計為一軸向作用的空氣軸承，凹部最好 係配置於一與心軸軸線呈同軸向行進的圓上，且其隨後最 好近似以心軸軸線的方向延伸。隨後，一定向於一與心幸由 l23〇642 車由綠呈垂直狀行進的平面中之 設置於心軸軸桿上。 平面性軸向軸承區域最好係 可想見提供一種用於在心轴細岣 至心 釉軸、、泉的万向中將一彈力施加 丄，由才干之手段，此溫力弊去山a ^ ^ " 7，、一向軸承區域壓抵住 j通孔貫穿之軸承區域。然而，若_ u、”k 谁、 右頟外梃供在相反方向行 :凹邵且將方向遠離軸向軸承區域之另一平行的轴向軸 二域設置於心抽軸桿上則尤其更好，所以空氣轴承的支 牙作用係實行在心軸軸線的兩軸向方向。 原則上，可能將軸向空氣軸承之支撐與具有另—作用方 式(譬如機械式)的徑向軸承之支撐加以合併，反之亦炊。炊 而，若支撐作用空氣靜力式實行在車由向方向及徑向中、 則尤其更好。 儘管如此，若將此空氣軸承設計為一徑向作用的空氣軸 承，則凹部配置於一圓周方向的圓上且近似呈徑向延伸。 右凹邵配·置於多數個圓周方向的圓上，將可達成特別良好 的車由承性質。 【實施方式】 圖1中整體標為1 00的高速心軸係包含一殼體1M # 几又JL中 面對一工具載骨豆2之别殼體部份係具有一圓柱形的外圓巧 表面3。 工具載體2配置於一整體標為4的心軸軸桿之如圖丨所示 從殼體部份往左方突起的端點上，並以軸向方向支授 士 又把在殼 體1中而可藉由空氣轴承配置5、6繞著心軸轴線a旋轉。 在空氣軸承配置之間，藉由一高頻交流電壓運作之驅動 1230642 馬達8的定子7係以可旋轉性鎖定方式配置於殼體丨中。因此 ，以未在圖中顯示的方式將位於空氣軸承配置5、6之間的 心軸軸桿4的區域設計為一轉子9。 下文詳細描述空氣軸承配置5、6的紐態。尤其如同以放 大尺度顯示空氣軸承配置5的不同視圖之圖2及3所顯示，此 徑向作用的空氣軸承配置係包含均勻分佈方式配置在兩個 圓周方向的圓1 1、1 2上之徑向凹部1 0。兩個貫穿至空氣軸承 配置5的軸承區域1 5内之微型通孔1 4係從各徑向凹部1 〇的 平基底13延伸而出。 尤其如圖3所示，各列1 1、1 2的徑向凹部1 〇經由一環狀空 間16彼此連接，環狀空間16則與一在殼體1中與心軸軸線a 平行延伸的通道1 7導通。通道1 7開啟進入一用於一壓縮空 氣源之連接部（未圖示），經由此連接部將壓縮空氣添加至凹 部，此壓縮空氣最後流經作為阻流點的微型通孔丨4，進入 位於心軸.軸桿4的表面所形成之軸承區域丨5與軸承區域i 8 之間的軸承間隙中，且在此處形成一空氣緩衝。 空氣軸承配置6之徑向作用的軸承部份係以對應於空氣 幸由承配置5之方式形成。為了避免重覆，此方面請參照上文 的描述。此外，然而，空氣軸承配置6亦具有一軸向作用的 軸承部份19。對於此用途提供了分佈在一與心軸軸線a呈同 軸向行進之圓上且與心軸軸線A呈平行狀延伸之軸向凹部 20。並且，其在平坦基材上具有開啟進入一軸向軸承區域 22中之夕數個（圖不示範性實施例為兩個）微型通孔2 1，一軸 承區域23係在軸向軸承區域22的相對處設置於心軸軸桿4 1230642 徑向突起的圓周柄環 上 此轴承區域2 3係由心轴轴桿4之一 24所形成。 、轴向凹部20由於與後圓周方向的圓乃的徑向凹部1〇導、雨 疋事實而同樣地具有經由通道17供應之壓縮空氣 '經：： :通心放出的壓縮空氣再度在軸承區心、23之間形成 二芝氣緩衝’此空氣緩衝係在殼體中以心軸軸，綠A方向的往 前方向支撐住心軸軸桿。 一 2氣軸承部份26可作為反方向的軸向支撐，此空氣軸 承邛份26經過設計具有相反方式的對應配置且由於與圓周 軸環24部份地重疊而無法從圖中詳細看出。 【圖式簡單說明】 圖中以剖視及示意方式顯示根據本發明之一高速心軸的 一示範性實施例，其中： 圖1以縱剖面顯示高速心軸之前部且包含工具載體之立 體圖； 圖2以相同的立體圖來顯示圖1中之細部1 ;及 圖3顯示根據圖1的線a-a所取之高速心軸的剖視圖。 【圖式代表符號說明】 1 殼體 2 工具載體 3 外圓周表面 4 心軸軸桿 5 空氣軸承配置 6 空氣軸承配置 定子 驅動馬達 轉子 徑向凹部 圓周方向的圓 圓周方向的圓 基底 微型通孔 軸承區域 環狀空間 通道 軸承區域 幸由向轴承邵份 抽向凹部 微型通孔 軸承區域 軸承區域 圓周軸環 圓周軸環 空氣軸承部份 南速心車由 心轴轴線 -11 -

Claims (1)

  1. I23Q642〇533〇 號專利申請案
    中文申請專利範圍替換本(93年11 拾、申請專利範園： 1 · 一種南速心軸，其具有一心軸軸桿（4)，該心軸軸桿係藉 由一包含一徑向及/或軸向作用的空氣軸承0，6)之軸承 裝置而支撐在一心軸殼體（1)中，使其可繞著一心軸軸線 (A)旋轉’其特徵為該空氣軸承（5，6)在該軸承區域（15, 22)的相對側上具有多數個凹部（1〇，2⑴，該等多數個凹 邵除了在-具有小的殘留壁厚度之部份外係往上延伸至 3軸承區域（1〇，20)，且多數個微型通孔（14，21)設置於 各凹邵（1〇, 20)的基底（13)上。 2.如申巧專利圍第i項之高速心幸由，其特徵為該殘留壁厚 度R為0.1公釐SRS25公釐。 3·如申請專利範圍第_項之高速心軸，其特徵為該等微 型通孔（14, 21)具有一^.丨公釐的直徑。 4·如：請專利範圍第!或2項之高速心軸，其中將該空氣軸 承汉汁為一軸向作用的空氣軸承，其特徵為該等凹部係 配置在一與該心軸軸線（A)呈同軸向行進之圓上。 申μ專利範圍第4項之*速心轴，其特徵為該等凹部 (20)大致延伸於該心軸軸線（Α)的方向，且一與該心軸軸 泉（Α)主垂直方向行進之軸向軸承區域係設置於該 心軸軸桿（4)上。 6.如申μ專利範圍第5項之高速心轴，其特徵為額外提供在 2反方向行進的該等凹部，且遠離該軸向軸承區域之另 一軸向軸承區域係設置於該心軸軸桿（4)上。 7·如申請專利範圍第U2項之高速心軸，其中將該空氣軸 84052-931105.doc 1230642 承設計為一徑向作用的空氣軸承，其特徵為該等凹部 (10)配置於一圓周方向的圓（11，12)上且大約呈徑向延伸 0 8.如申請專利範圍第7項之高速心軸，其特徵為該等凹部 (10)配置於多數個圓周方向的圓（11，12)上。 9· 一種空氣軸承，其可供根據申請專利範圍第丨或2項之高 速心袖所使用。 84052-931105.doc
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