專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超精密高速空氣軸承電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種安裝于數(shù)控機(jī)床上可銑削與磨削相結(jié)合運(yùn)用的功能部件，更具體地涉及一種采用空氣軸承作為主軸支承的具有高精度、并可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速的電主軸。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床用電主軸大部分為進(jìn)口高速精密電主軸，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電主軸普遍采用滾珠軸承作為主軸支承。高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠軸承磨損快，精度壽命低，振動(dòng)和噪音大，使用油霧潤(rùn)滑污染環(huán)境。
國(guó)內(nèi)近年一些電主軸采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(diǎn)。中國(guó)專(zhuān)利CN2456887Y和CN2561994Y公開(kāi)了電主軸采用空氣軸承作為主軸支承的技術(shù)方案。在CN2456887Y公開(kāi)的結(jié)構(gòu)中，在主軸前端頸部安裝一個(gè)與主軸軸頸長(zhǎng)度相等的空氣軸承作支承，而其電機(jī)的轉(zhuǎn)子的尾部無(wú)軸承支承；在CN2561994Y公開(kāi)的結(jié)構(gòu)中，其只是簡(jiǎn)單地在主軸后端安裝較短的空氣軸承作為主軸的支承，并在前端空氣軸承設(shè)置2個(gè)環(huán)型氣腔與節(jié)流孔相連通。雖然CN2456887Y和CN2561994Y公開(kāi)的結(jié)構(gòu)采用了空氣軸承作為主軸支承，但它們?nèi)匀淮嬖谳^大的缺點(diǎn)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于主軸前端，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸的扭力集中于主軸后端，主軸在變頻電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主軸后端支承力不足以支承主軸的高頻微振動(dòng)；3.產(chǎn)生的高頻微振動(dòng)使主軸與軸承之間產(chǎn)生磨擦，甚至引起抱軸現(xiàn)象，令主軸燒壞而報(bào)廢；4.CN2561994Y中所提出了采用環(huán)形氣腔的結(jié)構(gòu)，以降低空氣的流阻，但實(shí)際上并無(wú)太大實(shí)質(zhì)性作用；研究現(xiàn)有技術(shù)空氣軸承的具體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵在于空氣軸承內(nèi)的節(jié)流器的設(shè)計(jì)，若能提高節(jié)流器的承載力，即空氣軸承的承載力也會(huì)成倍增加，則整根主軸的承載力、剛度也能大大增強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的所要解決的第一個(gè)問(wèn)題，是上述兩種設(shè)計(jì)其主軸后端，支承力不足，整根主軸支承不平衡，易產(chǎn)生振動(dòng)而抱軸。
本實(shí)用新型的所要解決的第二個(gè)問(wèn)題，是上述兩種設(shè)計(jì)的空氣軸承的支承力較小。殼體內(nèi)密封性較差，容易造成空氣泄漏，氣壓受損失。
本實(shí)用新型的所要解決的第三個(gè)問(wèn)題，是上述兩種設(shè)計(jì)的空氣軸承在損壞時(shí)，維修或更換空氣軸承較為不易。而且前軸承較長(zhǎng)，加工軸承的同心度、圓柱度難度加大，組裝時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低。
本實(shí)用新型解決其上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案第一、本實(shí)用新型采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(dāng)主軸在變頻電機(jī)的扭力拉動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也能達(dá)到整根主軸的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高速的旋轉(zhuǎn)。
第二、本實(shí)用新型采用在空氣軸承內(nèi)設(shè)置氣渦式節(jié)流器，由于環(huán)型空氣槽與節(jié)流器的前端氣腔截止面積不等，使節(jié)流孔內(nèi)的氣壓產(chǎn)生氣壓差，從而增加了節(jié)流孔內(nèi)的氣壓。在節(jié)流孔的排氣口設(shè)置一個(gè)凹陷的氣渦，使壓縮空氣在節(jié)流孔排氣口的排氣面積比原來(lái)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(qiáng)，對(duì)高轉(zhuǎn)速、重負(fù)荷的銑削加工要求也能實(shí)現(xiàn)，而轉(zhuǎn)速也會(huì)大大提高。
第三、本實(shí)用新型對(duì)于空氣軸承的生產(chǎn)加工、裝配、維修更換也大大降低了難度。由于前、后空氣軸承高度較低，加工時(shí)同心度、圓柱度較易保證，空氣軸承的生產(chǎn)加工精度也容易達(dá)到。前、后空氣軸承的兩端設(shè)有兩個(gè)密封圈槽，并在密封圈槽里裝有密封圈，可免空氣泄漏導(dǎo)致氣壓不足。前、后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(jiǎn)單方便。
本實(shí)用新型的有益效果是在不增加生產(chǎn)成本的同時(shí)，能很好地解決公知的空氣軸承的上述的缺點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)加工難度低、便于裝配、維修更換方便。是現(xiàn)有空氣靜壓電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)超精密高速加工的現(xiàn)實(shí)可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。


圖1是本實(shí)用新型空氣軸承電主軸的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2是本實(shí)用新型的前軸承端面剖視圖。
圖3是本實(shí)用新型的氣渦式節(jié)流器的放大剖視圖。
具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)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(jī)定子、G電機(jī)轉(zhuǎn)子、H水套、I空氣槽、J氣渦式節(jié)流器、K后軸承、L調(diào)整墊、M后止推軸承、N后蓋、O進(jìn)氣接頭、P排氣接頭、Q電源接頭、R進(jìn)水接頭、S排水接頭圖2中，C1表示用于安裝固定軸承螺釘?shù)目諝廨S承螺紋。
圖3中，J1節(jié)流器前端氣腔、J2節(jié)流器節(jié)流孔、J3節(jié)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(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸中間鑲?cè)腚姍C(jī)轉(zhuǎn)子G。以設(shè)有氣渦式空氣節(jié)流器J的前、后空氣軸承B、K支承，并以固定軸承鏍釘C固定在殼體E上。前、后兩個(gè)空氣軸承B、K，高度相同并平均分布2排環(huán)型空氣槽I(設(shè)置環(huán)型空氣槽的排數(shù)，取決于主軸的長(zhǎng)度)，每排環(huán)型空氣槽I按圓周平均分布8個(gè)氣渦式節(jié)流器J(設(shè)置氣渦式節(jié)流器J的個(gè)數(shù)，取決于主軸A的直徑大小)，其環(huán)型空氣槽I與氣渦式節(jié)流器J數(shù)量的變化是根據(jù)主軸所需要達(dá)到的承載力而變化。在主軸A的后軸頸設(shè)有軸肩，在后軸承K的端面設(shè)有氣渦式節(jié)流器J，主軸A軸肩被限位于后軸承K和后止推軸承M之間，用于限制主軸A的軸向竄動(dòng)。壓縮空氣從進(jìn)氣接頭O進(jìn)入，通過(guò)縱向空氣槽I、環(huán)型空氣槽I，進(jìn)入后止推軸承M、后軸承K和前軸承B的各個(gè)氣渦式節(jié)流器J，再進(jìn)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(jīng)空氣回路由排氣接頭P排出。冷卻水從進(jìn)水接頭R進(jìn)入，通過(guò)水管與水套H連接，再經(jīng)水管回路由排水接頭S排出。電源接頭Q通過(guò)電源線連接變頻電機(jī)的電機(jī)定子F。調(diào)整墊L用于調(diào)整后軸承K、后止推軸承M與主軸軸肩之間的間隙，調(diào)整軸肩兩側(cè)的氣膜。使主軸不發(fā)生軸向竄動(dòng)。
圖3顯示了本實(shí)用新型在空氣軸承內(nèi)設(shè)置的氣渦式節(jié)流器，從圖中可以看出，由于環(huán)型空氣槽與節(jié)流器的前端氣腔截止面積不等，使節(jié)流孔內(nèi)的氣壓產(chǎn)生氣壓差，從而增加了節(jié)流孔內(nèi)的氣壓。在節(jié)流孔的排氣口設(shè)置一個(gè)凹陷的氣渦，使壓縮空氣在節(jié)流孔排氣口的排氣面積比原來(lái)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(qiáng)，對(duì)高轉(zhuǎn)速、重負(fù)荷的銑削加工要求也能實(shí)現(xiàn)，而轉(zhuǎn)速也會(huì)大大提高。
采用本實(shí)用新型的空氣軸承之后，可以很好地解決公知的空氣軸承的上述的缺點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)加工難度低、便于裝配、維修更換方便。具有較高的實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種超精密高速空氣軸承電主軸，其特征在于主軸(A)在前空氣軸承(B)和后空氣軸承(K)之間支承，前空氣軸承(B)和后空氣軸承(K)設(shè)有氣渦式空氣節(jié)流器(J)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特征在于主軸(A)兩端設(shè)置的前空氣軸承(B)和后空氣軸承(K)高度相同并平均分布2～6排環(huán)型空氣槽(I)，每排環(huán)型空氣槽(I)按圓周平均分布6～18個(gè)氣渦式節(jié)流器(J)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特征在于前空氣軸承(B)與后空氣軸承(K)的高度合計(jì)共占整根主軸(A)總長(zhǎng)的1/3～1/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特征在于前空氣軸承(B)與后空氣軸承(K)各自的內(nèi)孔直徑可以根據(jù)需要變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特征在于后空氣軸承(K)的端面設(shè)有氣渦式節(jié)流器(J)與后止推軸承(M)，它們共同作用于主軸(A)的軸肩使主軸(A)不會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特征在于后止推軸承(M)設(shè)有一排環(huán)型空氣槽(I)，并在環(huán)型空氣槽(I)按圓周平均分布6～8個(gè)氣渦式節(jié)流器(J)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密高速空氣軸承電主軸，其特征在于前空氣軸承(B)和后空氣軸承(K)每個(gè)軸承均設(shè)有兩個(gè)密封圈槽(D)，在其中設(shè)置密封圈，以免空氣泄漏導(dǎo)致氣壓不足，影響主軸性能。
專(zhuān)利摘要一種可實(shí)現(xiàn)超精密高速的空氣軸承電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型采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(dāng)主軸在變頻電機(jī)的扭力拉動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也能達(dá)到整根主軸的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高速的旋轉(zhuǎn)。在空氣軸承內(nèi)設(shè)置氣渦式節(jié)流器，大大增加了空氣軸承的承載力，剛度也能大大增強(qiáng)，對(duì)高轉(zhuǎn)速、重負(fù)荷的銑削加工要求也能實(shí)現(xiàn)，而轉(zhuǎn)速也會(huì)大大提高。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)加工難度低、便于裝配、維修更換方便，是實(shí)現(xiàn)超精密高速加工的現(xiàn)實(shí)可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)B23B19/02GK2810824SQ200520023128
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者陳學(xué)儉 申請(qǐng)人:陳學(xué)儉