專利名稱：液氣懸浮電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其涉及液氣懸浮電主軸。
背景技術(shù)：
機(jī)床工業(yè)是裝備制造業(yè)和國防工業(yè)的基石。電主軸是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)精密超 精密加工的核心功能部件，它將機(jī)床主軸功能與電機(jī)功能從結(jié)構(gòu)上融為一體，速度高，精度 高，調(diào)速范圍寬，可快速啟動(dòng)和準(zhǔn)停，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。液體或氣體懸浮電主軸作為高精度 的電主軸，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有誤差均化效應(yīng)，相比于滾動(dòng)軸承電主軸和磁懸浮電主軸，其回轉(zhuǎn)精度 高，磨損小，壽命長(zhǎng)，在精密超精密機(jī)床中獲得了廣泛應(yīng)用。但隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代科技水平的不斷提高，現(xiàn)代加工工業(yè)對(duì)機(jī)床的 加工精度和加工效率提出了更高要求，即在保證高精度的同時(shí)能兼顧高效率。目前世界上 即使是最先進(jìn)的機(jī)床液體懸浮電主軸和氣體懸浮電主軸系統(tǒng)，也難以滿足該要求，主要原 因在于1、對(duì)于確定的主軸系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)剛度和回轉(zhuǎn)精度只能在一定速域內(nèi)保持最優(yōu)。當(dāng)轉(zhuǎn) 速超出該速域后，主軸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度和回轉(zhuǎn)精度發(fā)生變化，導(dǎo)致加工效率或加工精度發(fā) 生變化。2、若采用兩臺(tái)機(jī)床加工或通過一臺(tái)機(jī)床配備兩套主軸分別側(cè)重于高效率加工和高 精度加工，則工件重新裝夾或主軸更換產(chǎn)生的裝夾誤差和重復(fù)定位誤差往往導(dǎo)致加工精度 下降，加工效率降低。要突破上述困境，既須開發(fā)新原理和新結(jié)構(gòu)的電主軸，更須對(duì)新型電主軸系統(tǒng)中 蘊(yùn)含的科學(xué)問題和技術(shù)難題進(jìn)行深入透徹地研究，建立與之相適應(yīng)的科學(xué)理論體系和技術(shù) 實(shí)踐方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠同時(shí)滿足高效率 加工要求和高精度加工要求的液氣懸浮電主軸。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種液氣懸浮電主軸，包括主軸、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、箱體、前軸承總成和后軸承總 成，所述電機(jī)定子套設(shè)于箱體內(nèi)，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子套設(shè)于主軸上，所述主軸置于電機(jī)定子內(nèi)， 并通過前軸承總成和后軸承總成支承于箱體上，所述前軸承總成設(shè)有至少一個(gè)前液體軸承 和至少一個(gè)前氣體軸承，所述前液體軸承和前氣體軸承沿軸向排列，所述后軸承總成設(shè)有 至少一個(gè)后液體軸承和至少一個(gè)后氣體軸承，所述后液體軸承和后氣體軸承沿軸向排列。所述前軸承總成設(shè)有一個(gè)前液體軸承和兩個(gè)前氣體軸承，所述前液體軸承設(shè)于兩 個(gè)前氣體軸承之間。所述箱體上設(shè)有為前液體軸承輸送液體的第一液體輸送通道，所述箱體上還設(shè)有 為前氣體軸承輸送氣體的第一氣體輸送通道，所述前液體軸承與各前氣體軸承之間均設(shè)有 第一液氣泄壓環(huán)，所述箱體上設(shè)有與各第一液氣泄壓環(huán)連通的第一液氣排出通道。所述后軸承總成設(shè)有后軸承座、一個(gè)后液體軸承和一個(gè)后氣體軸承，所述后液體軸承和后氣體軸承均套裝于后軸承座內(nèi)，所述后氣體軸承位于后液體軸承前端。所述箱體后端裝設(shè)有后端蓋，所述后端蓋與后軸承總成之間設(shè)有止推環(huán)，所述止 推環(huán)通過鎖緊螺母鎖緊固定于主軸上，所述止推環(huán)與后軸承總成之間設(shè)有前液體止推軸 承，所述止推環(huán)與后端蓋之間設(shè)有后液體止推軸承。所述后端蓋與后軸承總成之間還設(shè)有空套于止推環(huán)上的調(diào)整墊，所述后液體軸承 連有為其輸送液體的第二液體輸送通道，所述第二液體輸送通道自外向內(nèi)依次穿過后端 蓋、調(diào)整墊和后軸承座，所述后氣體軸承連有為其輸送氣體的第二氣體輸送通道，所述第二 氣體輸送通道自外向內(nèi)依次穿過箱體和后軸承座，所述后液體軸承兩側(cè)設(shè)有第二液氣泄壓 環(huán)，所述第二液氣泄壓環(huán)連有用于排出液氣的第二液氣排出通道，所述第二液氣排出通道 自內(nèi)向外依次穿過后軸承座、調(diào)整墊和后端蓋。所述前液體止推軸承與第二液體輸送通道連通，所述后液體止推軸承經(jīng)后端蓋上 所設(shè)第一連接通道與第二液體輸送通道連通。所述止推環(huán)與后軸承總成之間設(shè)有前氣體止推軸承，所述止推環(huán)與后端蓋之間設(shè) 有后氣體止推軸承。所述前氣體止推軸承與第二氣體輸送通道連通，所述后氣體止推軸承與后端蓋上 所設(shè)第三氣體輸送通道連通，所述前氣體止推軸承與前液體止推軸承之間設(shè)有第三液氣泄 壓環(huán)，所述后氣體止推軸承與后液體止推軸承之間設(shè)有第四液氣泄壓環(huán)，所述止推環(huán)上設(shè) 有連通第三液氣泄壓環(huán)與第四液氣泄壓環(huán)的通孔，所述第四液氣泄壓環(huán)經(jīng)后端蓋上所設(shè)第 二連接通道與第二液氣排出通道連通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
本發(fā)明的液氣懸浮電主軸中，前軸承總成和后軸承總成均采用由液體軸承和氣體軸承 組合為一體的軸承組，大切削余量時(shí)以具有高剛性支承效果的液體軸承支承主軸為主，以 保證高效率切削；小切削余量時(shí)以氣體軸承支承主軸為主，以保證高精度；對(duì)于不同工作 狀態(tài)的切換只需改變液氣支撐的組合方式和流體的供給壓力，不需要更換機(jī)床或電主軸， 有效避免了裝夾誤差和重復(fù)定位誤差，因此能兼顧精度和效率，并且，通過調(diào)控流體供給壓 力可使電主軸系統(tǒng)在不同速度范圍達(dá)到動(dòng)剛度和回轉(zhuǎn)精度最優(yōu)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(為圖2中A — A剖視結(jié)構(gòu))； 圖2是圖1的B—B剖視圖3是圖1的C—C剖視圖； 圖4是圖2的D—D剖視圖； 圖5是圖2的E—E剖視圖； 圖6是圖3的F— F剖視圖。圖中各標(biāo)號(hào)表示
1、主軸；2、電機(jī)定子；3、電機(jī)轉(zhuǎn)子；4、箱體；5、前軸承總成；6、后軸承總成；7、后端蓋； 8、止推環(huán)；9、調(diào)整墊；41、第一液體輸送通道；42、第一氣體輸送通道；43、第二氣體輸送通 道；44、第一液氣排出通道；45、排氣口 ；46、冷卻氣體入口 ；47、水冷通孔；48、前端蓋；49、 封水墊；51、前液體軸承；52、前氣體軸承；53、第一液氣泄壓環(huán)；60、后軸承座；61、后液體軸承；62、后氣體軸承；63、第二液氣泄壓環(huán)；71、第二液體輸送通道；72、第二液氣排出通道； 73、第一連接通道；74、第三氣體輸送通道；75、第二連接通道；81、前液體止推軸承；82、后 液體止推軸承；83、前氣體止推軸承；84、后氣體止推軸承；85、第三液氣泄壓環(huán)；86、第四液 氣泄壓環(huán)；87、通孔。
具體實(shí)施例方式圖1至圖6示出了本發(fā)明的一種液氣懸浮電主軸實(shí)施例，該電主軸包括主軸1、電 機(jī)定子2、電機(jī)轉(zhuǎn)子3、箱體4、前軸承總成5、后軸承總成6和后端蓋7，電機(jī)定子2套設(shè)于箱 體4內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)子3套設(shè)于主軸1上，主軸1置于電機(jī)定子2內(nèi)，并通過前軸承總成5和后 軸承總成6支承于箱體4上，后端蓋7裝設(shè)于箱體4后端，前軸承總成5設(shè)有至少一個(gè)前液 體軸承51和至少一個(gè)前氣體軸承52，前液體軸承51和前氣體軸承52沿軸向排列，后軸承 總成6設(shè)有至少一個(gè)后液體軸承61和至少一個(gè)后氣體軸承62，后液體軸承61和后氣體軸 承62沿軸向排列，大切削余量時(shí)以具有高剛性支承效果的液體軸承支承主軸1為主，以保 證高效率切削；小切削余量時(shí)以氣體軸承支承主軸1為主，以保證高精度；對(duì)于不同工作狀 態(tài)的切換只需改變液氣支撐的組合方式和流體的供給壓力，不需要更換機(jī)床或電主軸，有 效避免了裝夾誤差和重復(fù)定位誤差，因此能兼顧精度和效率，并且，通過調(diào)控流體供給壓力 可使電主軸系統(tǒng)在不同速度范圍達(dá)到動(dòng)剛度和回轉(zhuǎn)精度最優(yōu)。本實(shí)施例還在箱體4上設(shè)有 風(fēng)冷結(jié)構(gòu)和鼠籠式水冷結(jié)構(gòu)，以加強(qiáng)對(duì)電機(jī)定子2和電機(jī)轉(zhuǎn)子3的冷卻，其中風(fēng)冷結(jié)構(gòu)由冷 卻氣體入口 46和排氣口 45構(gòu)成，冷卻氣體入口 46和排氣口 45均開設(shè)于箱體4上，并且均 與電機(jī)定子2和電機(jī)轉(zhuǎn)子3的容置腔體連通，冷卻氣體從冷卻氣體入口 46進(jìn)入電機(jī)定子2 和電機(jī)轉(zhuǎn)子3的容置腔體，再從排氣口 45排出；鼠籠式水冷結(jié)構(gòu)由箱體4上沿軸向開設(shè)的 多個(gè)水冷通孔47、裝設(shè)于箱體4前端的前端蓋48以及裝設(shè)于箱體4與后端蓋7之間的封水 墊49構(gòu)成，多個(gè)水冷通孔47沿周向均勻布置，并在箱體4、前端蓋48和封水墊49之間形成 設(shè)有將多個(gè)水冷通孔47依次連通的連通槽，冷卻水從一個(gè)水冷通孔47進(jìn)入，流經(jīng)所有水冷 通孔47后排出。本實(shí)施例中，前軸承總成5設(shè)有一個(gè)前液體軸承51和兩個(gè)前氣體軸承52，前液體 軸承51設(shè)于兩個(gè)前氣體軸承52之間，前液體軸承51和前氣體軸承52采用一體式結(jié)構(gòu)， 它是在一個(gè)軸承體的外圓開設(shè)三個(gè)環(huán)形槽，并設(shè)置連通環(huán)形槽與軸承體內(nèi)孔的節(jié)流孔，其 中位于中間的環(huán)形槽連通供液通道形成前液體軸承51，位于兩側(cè)的環(huán)形槽連通供氣通道， 形成前氣體軸承52，根據(jù)工作需求在軸承體內(nèi)孔與主軸1外圓之間的縫隙中充滿液體或氣 體，構(gòu)成液氣潤(rùn)滑軸承。箱體4上設(shè)有為前液體軸承51輸送液體的第一液體輸送通道41 以及為前氣體軸承52輸送氣體的第一氣體輸送通道42，前液體軸承51與各前氣體軸承52 之間均設(shè)有第一液氣泄壓環(huán)53，箱體4上設(shè)有與各第一液氣泄壓環(huán)53連通的第一液氣排 出通道44。本實(shí)施例所用液體為液壓潤(rùn)滑油，所用氣體為高壓空氣，當(dāng)需要液體軸承支承主 軸1時(shí)，輸入的液壓潤(rùn)滑油經(jīng)第一液體輸送通道41進(jìn)入前液體軸承51對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽中，再 通過與該環(huán)形槽連通的節(jié)流孔將液壓潤(rùn)滑油送到軸承體內(nèi)孔與主軸1外圓之間，形成對(duì)主 軸1提供支承的油膜，液壓潤(rùn)滑油通過軸承體內(nèi)孔與主軸1外圓之間的圓周縫隙后沿軸向 向兩側(cè)流動(dòng)，并進(jìn)入第一液氣泄壓環(huán)53，再通過箱體4上的第一液氣排出通道44排出；當(dāng) 需要?dú)怏w軸承支承主軸1時(shí)，輸入的高壓空氣經(jīng)第一氣體輸送通道42進(jìn)入兩個(gè)前氣體軸承52對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽中，再通過與該環(huán)形槽連通的節(jié)流孔將高壓空氣送到軸承體內(nèi)孔與主軸1 外圓之間，形成對(duì)主軸1提供支承的氣膜，高壓空氣通過軸承體內(nèi)孔與主軸1外圓之間的圓 周縫隙后沿軸向向兩側(cè)流動(dòng)，一部分高壓空氣從前軸承總成5前端排出到大氣中，一部分 高壓空氣從前軸承總成5后端排出到電機(jī)定子2和電機(jī)轉(zhuǎn)子3所在的容腔中，再從該容腔 經(jīng)風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的排氣口 45排出到大氣中，還有一部分高壓空氣進(jìn)入第一液氣泄壓環(huán)53，再通 過箱體4上的第一液氣排出通道44排出。本實(shí)施例中，箱體4后端裝設(shè)有后端蓋7，后端蓋7與后軸承總成6之間設(shè)有止推 環(huán)8，后端蓋7與后軸承總成6之間還設(shè)有空套于止推環(huán)8上的調(diào)整墊9，止推環(huán)8通過鎖緊 螺母鎖緊固定于主軸1上，后軸承總成6設(shè)有后軸承座60、一個(gè)后液體軸承61和一個(gè)后氣 體軸承62，后液體軸承61和后氣體軸承62均套裝于后軸承座60內(nèi)，后氣體軸承62位于后 液體軸承61前端，后液體軸承61與后氣體軸承62采用一體式結(jié)構(gòu)，它是在一個(gè)軸承體的 外圓開設(shè)兩個(gè)環(huán)形槽，并設(shè)置連通環(huán)形槽與軸承體內(nèi)孔的節(jié)流孔，其中位于后端的環(huán)形槽 連通供液通道形成后液體軸承61，位于前端的環(huán)形槽連通供氣通道，形成后氣體軸承62， 根據(jù)工作需求在軸承體內(nèi)孔與主軸1外圓之間的縫隙中充滿液體或氣體，構(gòu)成液氣潤(rùn)滑軸 承。后液體軸承61連有為其輸送液體的第二液體輸送通道71，第二液體輸送通道71自外 向內(nèi)依次穿過后端蓋7、調(diào)整墊9和后軸承座60，后氣體軸承62連有為其輸送氣體的第二 氣體輸送通道43，第二氣體輸送通道43自外向內(nèi)依次穿過箱體4和后軸承座60，后液體軸 承61兩側(cè)設(shè)有第二液氣泄壓環(huán)63，第二液氣泄壓環(huán)63連有用于排出液氣的第二液氣排出 通道72，第二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次穿過后軸承座60、調(diào)整墊9和后端蓋7。當(dāng)需 要液體軸承支承主軸1時(shí)，輸入的液壓潤(rùn)滑油經(jīng)第二液體輸送通道71自外向內(nèi)依次穿過后 端蓋7、調(diào)整墊9和后軸承座60后進(jìn)入后液體軸承61對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽中，再通過與該環(huán)形槽 連通的節(jié)流孔將液壓潤(rùn)滑油送到軸承體內(nèi)孔與主軸1外圓之間，形成對(duì)主軸1提供支承的 油膜，液壓潤(rùn)滑油通過軸承體內(nèi)孔與主軸1外圓之間的圓周縫隙后沿軸向向兩側(cè)流動(dòng)，并 進(jìn)入后液體軸承61兩側(cè)的第二液氣泄壓環(huán)63，再通過第二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次 穿過后軸承座60、調(diào)整墊9和后端蓋7后排出；當(dāng)需要?dú)怏w軸承支承主軸1時(shí)，輸入的高壓 空氣經(jīng)第二氣體輸送通道43自外向內(nèi)依次穿過箱體4和后軸承座60后進(jìn)入后氣體軸承62 對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽中，再通過與該環(huán)形槽連通的節(jié)流孔將高壓空氣送到軸承體內(nèi)孔與主軸1外 圓之間，形成對(duì)主軸1提供支承的氣膜，高壓空氣通過軸承體內(nèi)孔與主軸1外圓之間的圓周 縫隙后沿軸向向兩側(cè)流動(dòng)，一部分高壓空氣從后氣體軸承62前端排出到電機(jī)定子2和電機(jī) 轉(zhuǎn)子3所在的容腔中，再從該容腔經(jīng)風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的排氣口 45排出到大氣中，還有一部分高壓 空氣進(jìn)入第二液氣泄壓環(huán)63，再通過第二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次穿過后軸承座60、 調(diào)整墊9和后端蓋7后排出。本實(shí)施例中，止推環(huán)8與后軸承總成6之間設(shè)有前液體止推軸承81和前氣體止推 軸承83，前液體止推軸承81和前氣體止推軸承83是在后軸承總成6的軸承體的后端面形 成開口朝向止推環(huán)8的兩個(gè)環(huán)形槽，并設(shè)置連通環(huán)槽與供氣通道或供液通道的節(jié)流孔，其 中位于內(nèi)圈的環(huán)槽通過節(jié)流孔與第二液體輸送通道71連通形成前液體止推軸承81，位于 外圈的環(huán)槽通過節(jié)流孔與第二氣體輸送通道43連通形成前氣體止推軸承83，根據(jù)工作需 求在軸承體后端面與止推環(huán)8前端面之間的縫隙中充滿液體或氣體，構(gòu)成液氣潤(rùn)滑軸承。止推環(huán)8與后端蓋7之間設(shè)有后液體止推軸承82和后氣體止推軸承84，后液體止推軸承82和后氣體止推軸承84是在后端蓋7與止推環(huán)8相對(duì)的端面形成開口朝向止推環(huán) 8的兩個(gè)環(huán)形槽，并設(shè)置連通環(huán)槽與供氣通道或供液通道的節(jié)流孔，其中位于內(nèi)圈的環(huán)槽通 過節(jié)流孔與后端蓋7上所設(shè)第一連接通道73連通形成后液體止推軸承82，該第一連接通道 73與第二液體輸送通道71位于后端蓋7上的部分連通，位于外圈的環(huán)槽通過節(jié)流孔與后 端蓋7上所設(shè)第三氣體輸送通道74連通形成后氣體止推軸承84，根據(jù)工作需求在后端蓋7 與止推環(huán)8后端面之間的縫隙中充滿液體或氣體，構(gòu)成液氣潤(rùn)滑軸承。在前氣體止推軸承83與前液體止推軸承81分別對(duì)應(yīng)的環(huán)槽之間還設(shè)有一環(huán)槽， 該環(huán)槽對(duì)應(yīng)第三液氣泄壓環(huán)85，在后氣體止推軸承84與后液體止推軸承82分別對(duì)應(yīng)的環(huán) 槽之間還設(shè)有一環(huán)槽，該環(huán)槽對(duì)應(yīng)第四液氣泄壓環(huán)86，止推環(huán)8上設(shè)有連通第三液氣泄壓 環(huán)85與第四液氣泄壓環(huán)86的通孔87，第四液氣泄壓環(huán)86經(jīng)后端蓋7上所設(shè)第二連接通道 75與第二液氣排出通道72連通。當(dāng)需要液體軸承支承主軸1時(shí)，向止推環(huán)8前端面輸入的液壓潤(rùn)滑油經(jīng)第二液體 輸送通道71自外向內(nèi)依次穿過后端蓋7、調(diào)整墊9和后軸承座60后經(jīng)節(jié)流孔進(jìn)入前液體止 推軸承81對(duì)應(yīng)的環(huán)槽，并在止推環(huán)8與后軸承總成6之間的間隙形成油膜，液壓潤(rùn)滑油在 該端面間隙中向內(nèi)圈、外圈流動(dòng)，向內(nèi)圈流動(dòng)的液壓潤(rùn)滑油經(jīng)端面間隙和軸向間隙流到后 軸承總成6中位于后端的第二液氣泄壓環(huán)63，再通過第二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次穿 過后軸承座60、調(diào)整墊9和后端蓋7后排出，向外圈流動(dòng)的液壓潤(rùn)滑油經(jīng)端面間隙進(jìn)入第三 液氣泄壓環(huán)85，并通過通孔87進(jìn)入第四液氣泄壓環(huán)86，再通過第四液氣泄壓環(huán)86經(jīng)后端 蓋7上所設(shè)第二連接通道75進(jìn)入第二液氣排出通道72，最后從第二液氣排出通道72自內(nèi) 向外依次穿過后軸承座60、調(diào)整墊9和后端蓋7后排出；向止推環(huán)8后端面輸入的液壓潤(rùn) 滑油流經(jīng)第二液體輸送通道71和第一連接通道73后通過節(jié)流孔進(jìn)入后液體止推軸承82 對(duì)應(yīng)的環(huán)槽，并在止推環(huán)8與后端蓋7之間的間隙形成油膜，液壓潤(rùn)滑油在該端面間隙中向 內(nèi)圈、外圈流動(dòng)，向內(nèi)圈流動(dòng)的液壓潤(rùn)滑油經(jīng)端面間隙流到第二連接通道75中，再通過第 二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次穿過后軸承座60、調(diào)整墊9和后端蓋7后排出，向外圈流 動(dòng)的液壓潤(rùn)滑油經(jīng)端面間隙流到第四液氣泄壓環(huán)86中，再通過第四液氣泄壓環(huán)86經(jīng)后端 蓋7上所設(shè)第二連接通道75進(jìn)入第二液氣排出通道72，最后從第二液氣排出通道72自內(nèi) 向外依次穿過后軸承座60、調(diào)整墊9和后端蓋7后排出。當(dāng)需要?dú)怏w軸承支承主軸1時(shí)，向止推環(huán)8前端面輸入的高壓氣體經(jīng)第二氣體輸 送通道43自外向內(nèi)依次穿過箱體4和后軸承座60后經(jīng)節(jié)流孔進(jìn)入前氣體止推軸承83對(duì) 應(yīng)的環(huán)槽，并在止推環(huán)8與后軸承總成6之間的間隙形成氣膜，高壓氣體在該端面間隙中向 內(nèi)圈、外圈流動(dòng)，向內(nèi)圈流動(dòng)的高壓氣體進(jìn)入第三液氣泄壓環(huán)85，并通過通孔87進(jìn)入第四 液氣泄壓環(huán)86，再通過第四液氣泄壓環(huán)86經(jīng)后端蓋7上所設(shè)第二連接通道75進(jìn)入第二液 氣排出通道72，最后從第二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次穿過后軸承座60、調(diào)整墊9和后 端蓋7后排出，向外圈流動(dòng)的高壓氣體進(jìn)入止推環(huán)8與調(diào)整墊9之間的徑向間隙，再通過第 二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次穿過后軸承座60、調(diào)整墊9和后端蓋7后排出；向止推環(huán) 8后端面輸入的高壓氣體通過第三氣體輸送通道74經(jīng)節(jié)流孔進(jìn)入后氣體止推軸承84對(duì)應(yīng) 的環(huán)槽，并在止推環(huán)8與后端蓋7之間的間隙形成氣膜，高壓氣體在該端面間隙中向內(nèi)圈、 外圈流動(dòng)，向內(nèi)圈流動(dòng)的高壓氣體進(jìn)入第四液氣泄壓環(huán)86，再通過第四液氣泄壓環(huán)86經(jīng)后 端蓋7上所設(shè)第二連接通道75進(jìn)入第二液氣排出通道72，最后從第二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次穿過后軸承座60、調(diào)整墊9和后端蓋7后排出，向外圈流動(dòng)的高壓氣體進(jìn)入止推 環(huán)8與調(diào)整墊9之間的徑向間隙，再通過第二液氣排出通道72自內(nèi)向外依次穿過后軸承座 60、調(diào)整墊9和后端蓋7后排出。本發(fā)明的液氣懸浮電主軸工作時(shí)可根據(jù)需要選擇單獨(dú)供給液體并以液體懸浮支 承主軸1，還可單獨(dú)供給氣體并以氣體懸浮支承主軸1，還可同時(shí)供給液體和氣體使液體懸 浮和氣體懸浮合理結(jié)合。例如
1、需要高剛性精密加工時(shí)，以液體懸浮為主，輔之以氣體懸浮，氣體懸浮軸承可對(duì)液體 起到密封作用，主軸1選中低轉(zhuǎn)速。2、需要提高加工效率時(shí)，加工余量大、切削或磨削深度大，要求主軸1有高剛性和 高承載能力。這時(shí)同時(shí)供給液體和氣體，供液壓力2飛Mpa，保證液體膜的高剛性；氣體供給 壓力0. 3Mpa左右，主要對(duì)液體向外部流出起密封作用，主軸1的工作轉(zhuǎn)速通過變頻器調(diào)節(jié) 選中低轉(zhuǎn)速，主軸直徑Dm與轉(zhuǎn)速N的乘積DmN值不大于90萬mm · rpm。3、超精密加工時(shí)，有兩種選擇方案一種方案是以液體懸浮為主，輔之以氣密封， 選低速；另一種方案是僅使用氣體懸浮，選中低速。4、需要提高加工精度和表面質(zhì)量時(shí)，加工余量小、切削或磨削深度小，要求主軸1 回轉(zhuǎn)精度高，這時(shí)有兩種選擇方案一種方案是以液體懸浮為主，輔之以氣密封，選低速，同 時(shí)供給液體和氣體，供液壓力2 5Mpa，保證液體膜的高剛性，氣體供給壓力0. 3Mpa左右，主 要對(duì)液體向外部流出起密封作用，主軸1的工作轉(zhuǎn)速通過變頻器調(diào)節(jié)選低速，DmN值10萬 mm · rpm左右；另一種方案是僅使用氣體懸浮，選中低速，主軸工作DmN值30萬mm · rpm左 右ο5、超高速加工時(shí)，通過外部控制系統(tǒng)切斷液體供應(yīng)，僅使用氣體懸浮，主軸1工作 DmN值90萬mm · rpm以上。上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明 已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫 離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許 多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落 在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種液氣懸浮電主軸，包括主軸(1)、電機(jī)定子(2)、電機(jī)轉(zhuǎn)子(3)、箱體(4)、前軸承 總成(5)和后軸承總成(6)，所述電機(jī)定子(2)套設(shè)于箱體(4)內(nèi)，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子(3)套設(shè)于 主軸(1)上，所述主軸(1)置于電機(jī)定子(2)內(nèi)，并通過前軸承總成(5)和后軸承總成(6)支 承于箱體(4)上，其特征在于所述前軸承總成(5)設(shè)有至少一個(gè)前液體軸承(51)和至少一 個(gè)前氣體軸承(52 )，所述前液體軸承(51)和前氣體軸承(52 )沿軸向排列，所述后軸承總成 (6)設(shè)有至少一個(gè)后液體軸承(61)和至少一個(gè)后氣體軸承(62)，所述后液體軸承(61)和后 氣體軸承(62)沿軸向排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述前軸承總成(5)設(shè)有 一個(gè)前液體軸承(51)和兩個(gè)前氣體軸承(52)，所述前液體軸承(51)設(shè)于兩個(gè)前氣體軸承 (52)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述箱體(4)上設(shè)有為前液 體軸承(51)輸送液體的第一液體輸送通道(41)，所述箱體(4)上還設(shè)有為前氣體軸承(52) 輸送氣體的第一氣體輸送通道(42)，所述前液體軸承(51)與各前氣體軸承(52)之間均設(shè) 有第一液氣泄壓環(huán)(53)，所述箱體(4)上設(shè)有與各第一液氣泄壓環(huán)(53)連通的第一液氣排 出通道(44)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述后軸承總成(6) 設(shè)有后軸承座(60)、一個(gè)后液體軸承(61)和一個(gè)后氣體軸承(62)，所述后液體軸承(61)和 后氣體軸承(62)均套裝于后軸承座(60)內(nèi)，所述后氣體軸承(62)位于后液體軸承(61)前端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述箱體(4)后端 裝設(shè)有后端蓋(7)，所述后端蓋(7)與后軸承總成(6)之間設(shè)有止推環(huán)(8)，所述止推環(huán)(8) 通過鎖緊螺母鎖緊固定于主軸(1)上，所述止推環(huán)(8)與后軸承總成(6)之間設(shè)有前液體止 推軸承(81)，所述止推環(huán)(8 )與后端蓋(7 )之間設(shè)有后液體止推軸承(82 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述箱體(4)后端裝設(shè)有后 端蓋(7)，所述后端蓋(7)與后軸承總成(6)之間設(shè)有止推環(huán)(8)，所述止推環(huán)(8)通過鎖緊 螺母鎖緊固定于主軸(1)上，所述止推環(huán)(8)與后軸承總成(6)之間設(shè)有前液體止推軸承 (81)，所述止推環(huán)(8 )與后端蓋(7 )之間設(shè)有后液體止推軸承(82 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述后端蓋(7)與后軸承總 成(6)之間還設(shè)有空套于止推環(huán)(8)上的調(diào)整墊(9)，所述后液體軸承(61)連有為其輸送液 體的第二液體輸送通道(71)，所述第二液體輸送通道(71)自外向內(nèi)依次穿過后端蓋(7)、 調(diào)整墊(9)和后軸承座(60)，所述后氣體軸承(62)連有為其輸送氣體的第二氣體輸送通道 (43)，所述第二氣體輸送通道(43)自外向內(nèi)依次穿過箱體(4)和后軸承座(60)，所述后液 體軸承(61)兩側(cè)設(shè)有第二液氣泄壓環(huán)(63)，所述第二液氣泄壓環(huán)(63)連有用于排出液氣 的第二液氣排出通道(72)，所述第二液氣排出通道(72)自內(nèi)向外依次穿過后軸承座(60)、 調(diào)整墊(9)和后端蓋(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述前液體止推軸承(81)與 第二液體輸送通道(71)連通，所述后液體止推軸承(82 )經(jīng)后端蓋(7 )上所設(shè)第一連接通道 (73)與第二液體輸送通道(71)連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述止推環(huán)(8)與后軸承總成(6)之間設(shè)有前氣體止推軸承(83)，所述止推環(huán)(8)與后端蓋(7)之間設(shè)有后氣體止推軸 承(84)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液氣懸浮電主軸，其特征在于所述前氣體止推軸承(83) 與第二氣體輸送通道(43)連通，所述后氣體止推軸承(84)與后端蓋(7)上所設(shè)第三氣體 輸送通道(74)連通，所述前氣體止推軸承(83)與前液體止推軸承(81)之間設(shè)有第三液 氣泄壓環(huán)(85)，所述后氣體止推軸承(84)與后液體止推軸承(82)之間設(shè)有第四液氣泄壓 環(huán)(86)，所述止推環(huán)(8)上設(shè)有連通第三液氣泄壓環(huán)(85)與第四液氣泄壓環(huán)(86)的通孔 (87),所述第四液氣泄壓環(huán)(86 )經(jīng)后端蓋(7 )上所設(shè)第二連接通道(75 )與第二液氣排出通 道(72)連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液氣懸浮電主軸，包括主軸、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、箱體、前軸承總成和后軸承總成，所述電機(jī)定子套設(shè)于箱體內(nèi)，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子套設(shè)于主軸上，所述主軸置于電機(jī)定子內(nèi)，并通過前軸承總成和后軸承總成支承于箱體上，所述前軸承總成設(shè)有至少一個(gè)前液體軸承和至少一個(gè)前氣體軸承，所述前液體軸承和前氣體軸承沿軸向排列，所述后軸承總成設(shè)有至少一個(gè)后液體軸承和至少一個(gè)后氣體軸承，所述后液體軸承和后氣體軸承沿軸向排列。該液氣懸浮電主軸能夠同時(shí)滿足高效率加工要求和高精度加工的要求。
文檔編號(hào)B23B19/02GK102101180SQ201110076408
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者侯志泉, 呂浪, 熊萬里, 鄭良鋼 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)