一種超精密高速空氣軸承電主軸的製作方法
2023-04-23 10:37:16 2
專利名稱：一種超精密高速空氣軸承電主軸的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種安裝於數控工具機上可銑削與磨削相結合運用的功能部件，更具體地涉及一種採用空氣軸承作為主軸支承的具有高精度、並可實現高轉速的電主軸。
背景技術：
目前我國數控工具機用電主軸大部分為進口高速精密電主軸，而國內生產的電主軸普遍採用滾珠軸承作為主軸支承。高速運轉時，滾珠軸承磨損快，精度壽命低，振動和噪音大，使用油霧潤滑汙染環境。
國內近年一些電主軸採用了空氣軸承作為主軸支承，解決了滾珠軸承作為主軸支承的部份缺點。中國專利CN2456887Y和CN2561994Y公開了電主軸採用空氣軸承作為主軸支承的技術方案。在CN2456887Y公開的結構中，在主軸前端頸部安裝一個與主軸軸頸長度相等的空氣軸承作支承，而其電機的轉子的尾部無軸承支承；在CN2561994Y公開的結構中，其只是簡單地在主軸後端安裝較短的空氣軸承作為主軸的支承，並在前端空氣軸承設置2個環型氣腔與節流孔相連通。雖然CN2456887Y和CN2561994Y公開的結構採用了空氣軸承作為主軸支承，但它們仍然存在較大的缺點1.空氣軸承的承載力大小，不能很好地滿足工作需要；2.主軸支承力主要集中於主軸前端，變頻電機驅動主軸的扭力集中於主軸後端，主軸在變頻電機高速轉動時，主軸後端支承力不足以支承主軸的高頻微振動；3.產生的高頻微振動使主軸與軸承之間產生磨擦，甚至引起抱軸現象，令主軸燒壞而報廢；4.CN2561994Y中所提出了採用環形氣腔的結構，以降低空氣的流阻，但實際上並無太大實質性作用；研究現有技術空氣軸承的具體結構，發現關鍵在於空氣軸承內的節流器的設計，若能提高節流器的承載力，即空氣軸承的承載力也會成倍增加，則整根主軸的承載力、剛度也能大大增強。
發明內容
本實用新型的所要解決的第一個問題，是上述兩種設計其主軸後端，支承力不足，整根主軸支承不平衡，易產生振動而抱軸。
本實用新型的所要解決的第二個問題，是上述兩種設計的空氣軸承的支承力較小。殼體內密封性較差，容易造成空氣洩漏，氣壓受損失。
本實用新型的所要解決的第三個問題，是上述兩種設計的空氣軸承在損壞時，維修或更換空氣軸承較為不易。而且前軸承較長，加工軸承的同心度、圓柱度難度加大，組裝時間較長，生產效率較低。
本實用新型解決其上述問題所採用的技術方案第一、本實用新型採用在主軸兩端安裝相同高度的空氣軸承，使主軸的兩端具有相等的支承力，平均地支承整根主軸，當主軸在變頻電機的扭力拉動高速轉動時也能達到整根主軸的平穩旋轉，從而實現高速的旋轉。
第二、本實用新型採用在空氣軸承內設置氣渦式節流器，由於環型空氣槽與節流器的前端氣腔截止面積不等，使節流孔內的氣壓產生氣壓差，從而增加了節流孔內的氣壓。在節流孔的排氣口設置一個凹陷的氣渦，使壓縮空氣在節流孔排氣口的排氣面積比原來增大了幾十倍，從而增大了主軸與空氣軸承之間氣膜的壓力。大大增加了空氣軸承的承載力，剛度也能大大增強，對高轉速、重負荷的銑削加工要求也能實現，而轉速也會大大提高。
第三、本實用新型對於空氣軸承的生產加工、裝配、維修更換也大大降低了難度。由於前、後空氣軸承高度較低，加工時同心度、圓柱度較易保證，空氣軸承的生產加工精度也容易達到。前、後空氣軸承的兩端設有兩個密封圈槽，並在密封圈槽裡裝有密封圈，可免空氣洩漏導致氣壓不足。前、後空氣軸承的一端面與殼體同樣大小，在軸承端面加裝兩螺紋孔，可用兩螺釘將軸承抽出殼體，維修更換更簡單方便。
本實用新型的有益效果是在不增加生產成本的同時，能很好地解決公知的空氣軸承的上述的缺點，而且結構簡單，生產加工難度低、便於裝配、維修更換方便。是現有空氣靜壓電主軸的結構設計中，實現超精密高速加工的現實可行的結構設計。
圖1是本實用新型空氣軸承電主軸的結構剖視圖。
圖2是本實用新型的前軸承端面剖視圖。
圖3是本實用新型的氣渦式節流器的放大剖視圖。
具體實施方案
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1中，A主軸、B前軸承、C固定軸承螺釘、D密封圈槽、E殼體、F電機定子、G電機轉子、H水套、I空氣槽、J氣渦式節流器、K後軸承、L調整墊、M後止推軸承、N後蓋、O進氣接頭、P排氣接頭、Q電源接頭、R進水接頭、S排水接頭圖2中，C1表示用於安裝固定軸承螺釘的空氣軸承螺紋。
圖3中，J1節流器前端氣腔、J2節流器節流孔、J3節流器氣渦。
從圖1可以看到，主軸A直接由安裝在主軸中間的變頻電機驅動，主軸中間鑲入電機轉子G。以設有氣渦式空氣節流器J的前、後空氣軸承B、K支承，並以固定軸承鏍釘C固定在殼體E上。前、後兩個空氣軸承B、K，高度相同並平均分布2排環型空氣槽I(設置環型空氣槽的排數，取決於主軸的長度)，每排環型空氣槽I按圓周平均分布8個氣渦式節流器J(設置氣渦式節流器J的個數，取決於主軸A的直徑大小)，其環型空氣槽I與氣渦式節流器J數量的變化是根據主軸所需要達到的承載力而變化。在主軸A的後軸頸設有軸肩，在後軸承K的端面設有氣渦式節流器J，主軸A軸肩被限位於後軸承K和後止推軸承M之間，用於限制主軸A的軸向竄動。壓縮空氣從進氣接頭O進入，通過縱向空氣槽I、環型空氣槽I，進入後止推軸承M、後軸承K和前軸承B的各個氣渦式節流器J，再進入軸承與主軸A之間的氣隙，形成具有支承載荷能力的氣膜，再經空氣迴路由排氣接頭P排出。冷卻水從進水接頭R進入，通過水管與水套H連接，再經水管迴路由排水接頭S排出。電源接頭Q通過電源線連接變頻電機的電機定子F。調整墊L用於調整後軸承K、後止推軸承M與主軸軸肩之間的間隙，調整軸肩兩側的氣膜。使主軸不發生軸向竄動。
圖3顯示了本實用新型在空氣軸承內設置的氣渦式節流器，從圖中可以看出，由於環型空氣槽與節流器的前端氣腔截止面積不等，使節流孔內的氣壓產生氣壓差，從而增加了節流孔內的氣壓。在節流孔的排氣口設置一個凹陷的氣渦，使壓縮空氣在節流孔排氣口的排氣面積比原來增大了幾十倍，從而增大了主軸與空氣軸承之間氣膜的壓力。大大增加了空氣軸承的承載力，剛度也能大大增強，對高轉速、重負荷的銑削加工要求也能實現，而轉速也會大大提高。
採用本實用新型的空氣軸承之後，可以很好地解決公知的空氣軸承的上述的缺點，而且結構簡單，生產加工難度低、便於裝配、維修更換方便。具有較高的實用價值。
權利要求1.一種超精密高速空氣軸承電主軸，其特徵在於主軸(A)在前空氣軸承(B)和後空氣軸承(K)之間支承，前空氣軸承(B)和後空氣軸承(K)設有氣渦式空氣節流器(J)。
2.根據權利要求1所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特徵在於主軸(A)兩端設置的前空氣軸承(B)和後空氣軸承(K)高度相同並平均分布2～6排環型空氣槽(I)，每排環型空氣槽(I)按圓周平均分布6～18個氣渦式節流器(J)。
3.根據權利要求1或2所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特徵在於前空氣軸承(B)與後空氣軸承(K)的高度合計共佔整根主軸(A)總長的1/3～1/2。
4.根據權利要求1或2所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特徵在於前空氣軸承(B)與後空氣軸承(K)各自的內孔直徑可以根據需要變化。
5.根據權利要求1或2所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特徵在於後空氣軸承(K)的端面設有氣渦式節流器(J)與後止推軸承(M)，它們共同作用於主軸(A)的軸肩使主軸(A)不會產生軸向竄動。
6.根據權利要求5所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特徵在於後止推軸承(M)設有一排環型空氣槽(I)，並在環型空氣槽(I)按圓周平均分布6～8個氣渦式節流器(J)。
7.根據權利要求1或2所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特徵在於前空氣軸承(B)和後空氣軸承(K)每個軸承均設有兩個密封圈槽(D)，在其中設置密封圈，以免空氣洩漏導致氣壓不足，影響主軸性能。
專利摘要一種可實現超精密高速的空氣軸承電主軸的結構設計。本實用新型採用在主軸兩端安裝相同高度的空氣軸承，使主軸的兩端具有相等的支承力，平均地支承整根主軸，當主軸在變頻電機的扭力拉動高速轉動時也能達到整根主軸的平穩旋轉，從而實現高速的旋轉。在空氣軸承內設置氣渦式節流器，大大增加了空氣軸承的承載力，剛度也能大大增強，對高轉速、重負荷的銑削加工要求也能實現，而轉速也會大大提高。本實用新型的結構簡單，生產加工難度低、便於裝配、維修更換方便，是實現超精密高速加工的現實可行的結構設計。
文檔編號B23B19/02GK2810824SQ200520023128
公開日2006年8月30日 申請日期2005年7月27日 優先權日2005年7月27日
發明者陳學儉 申請人:陳學儉