CN103121112A - 自供气源气体轴承支承电主轴 - Google Patents

自供气源气体轴承支承电主轴 Download PDF

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陈斌
李松生
邵娟
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Abstract

本发明公开了一种自供气源气体轴承支承电主轴，包括转轴、锁紧螺母、抽气扇、气体轴承、电机转子、电机定子、壳体、排气孔、消音器、后轴套；所述电机转子和后轴套紧固嵌套于转轴上，随转轴一起转动；所述电机定子和气体轴承紧固嵌套于壳体上；所述抽气扇通过锁紧螺母紧固于转轴上，随转轴一起转动并为气体轴承供气；所述壳体上加工有排气孔，以方便气体轴承排气；所述排气孔上加装***。本发明通过在电主轴中加装抽气扇，使电主轴可为支承气体轴承供气，省去了昂贵复杂的外部供气装置，减小了支撑轴承的摩擦力，使电主轴可以达到更高的转速，简化了电主轴结构，降低了成本，降低了气浮电主轴的使用准入条件。

Description

自供气源气体轴承支承电主轴
技术领域
本发明涉及一种应用于数控机床的主轴单元，特别是一种自供气源气体轴承支承电主轴。
背景技术
数控机床使用的高速电主轴是一种将刀具主轴与驱动电机集成在一起，以实现电机和主轴功能一体化的功能部件。随着加工技术的进步，加工机床对电主轴单元的速度和精度要求越来越高。然而，滚动轴承摩擦磨损大、相比其他轴承精度较低、寿命短，以逐渐不再适用于高速工况；磁悬浮轴承相关技术尚不成熟、造价昂贵、控制结构复杂、易造成电磁污染，因此无法得到大规模应用；液体滑动轴承承载力和刚度都很高，但由于液体阻尼大，造成其发热量也大，所以速度受到很大限制；气体轴承是以气体作为润滑剂的无接触支承方式，气体粘度小、无污染及匀化效应等特点，决定了气体轴承具备更高的转速、更好的精度以及接近无限的寿命，且其润滑材料容易取得，无污染等优点使得气体轴承成为高速电主轴最理想的轴承支承方式。
目前，气浮电主轴主要采用气体静压轴承，但气体静压轴承需要昂贵复杂的外部供气装置供气以形成稳定的润滑气膜，因此结构相对复杂，使用成本高。气体动压轴承虽结构紧凑且无需外部气源，但其技术尚不成熟，启停时易产生干摩擦，需要加工复杂的形槽，加工难度大、成本高，亦不适用于电主轴使用。因此需要开发一种电主轴，不需要外部气源供气而能够自己供气，结构简单、成本低，且性能稳定、精度高，满足未来加工机床对高速与精度的要求。
发明内容
本发明的目的在于降低电主轴支承轴承摩擦力，提高电主轴工作转速，同时克服传统气浮电主轴需要昂贵复杂的外部供气装置的缺点，简化结构，降低成本，降低气浮电主轴的准用条件，因此提供了一种自供气源气体轴承支承电主轴，实现电主轴气体轴承自供气，不依靠外部气源形成稳定的润滑气膜，使电主轴支承轴承摩擦力矩更低，转速更高，满足目前数控机床对电主轴简化结构、降低成本的要求以及高速精加工越来越高的速度及精度要求。 
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自供气源气体轴承支承电主轴，包括转轴、锁紧螺母、抽气扇、气体轴承、电机转子、电机定子、壳体、排气孔、消音器、后轴套；所述电机转子和后轴套紧固嵌套于转轴上，随转轴一起转动；所述电机定子和气体轴承紧固嵌套于壳体上；所述抽气扇通过锁紧螺母紧固于转轴上，随转轴一起转动并为气体轴承供气；所述壳体上加工有排气孔，以方便气体轴承排气；所述排气孔上加装***。
所述气体轴承上加工有进气腔和进气孔，以辅助气体轴承吸气形成润滑气膜；所述气体轴承的轴向和径向端面上加工有阶梯形槽，分别和转轴、后轴套形成具有转动轴承适配精度的摩擦副，从而加强气体轴承动压效应。
本发明与现有技术相比较，具有以下突出实质性的特点和显著进步：   
本发明通过在电主轴中加装抽气扇，使电主轴可以为支承轴承供气，省去了昂贵复杂的外部供气装置，使结构更紧凑，成本更低。通过自供气设计，使电主轴转速越高，供气压力越大，气浮轴承越稳定、摩擦力越小，电主轴性能条件越好。
附图说明
图1是本发明自供气源气体轴承支承电主轴的一个具体实施例结构示意图。
图2是图1中转子结构图。
图3是图1中轴承结构图。
图4是图1中抽气扇供气原理图。
具体实施方式
实施例一：
参见图1和图2，一种自供气源气体轴承支承电主轴，包括转轴1、锁紧螺母2、抽气扇3、气体轴承4、电机转子5、电机定子6、壳体7、排气孔8、消音器9、后轴套10；所述电机转子5和后轴套10紧固嵌套于转轴1上，随转轴1一起转动；所述电机定子6和气体轴承4紧固嵌套于壳体7上；所述抽气扇3通过锁紧螺母2紧固于转轴1上，随转轴1一起转动并为气体轴承4供气；所述壳体7上加工有排气孔8，以方便气体轴承4排气；所述排气孔8上加装***9。
实施例二：
参见图3，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述气体轴承4上加工有进气腔41和进气孔42，以辅助气体轴承吸气形成润滑气膜；所述气体轴承4的轴向和径向端面上加工有阶梯形槽43，分别和转轴1、后轴套10形成具有转动轴承适配精度的摩擦副，从而加强气体轴承动压效应。
参见图4，本自供气源气体轴承支承电主轴支承原理如下：
所述自供气源气体轴承支承电主轴的抽气扇3与锁紧螺母2联接，随转轴1一起转动，从而将气体抽入气体轴承4上的进气腔41中，空气通过进气孔42进入气体轴承4与转轴1、气体轴承4与后轴套10形成的摩擦副中，经过阶梯形槽43的挤压形成稳定润滑气膜，以支承转轴1、电机转子5、后轴套10转动和承受轴向载荷。气体最后通过排气孔8和***9排出电主轴。气体轴承4可同时承受径向力和单方向的轴向力，当电主轴转速越快，抽气扇3抽入气体轴承4的空气越多、压力越大，气体轴承4形成的润滑气膜越稳定，自供气源气体轴承支承电主轴旋转精度越高、支承负载能力越强。

Claims (2)

1.一种自供气源气体轴承支承电主轴，包括转轴（1）、锁紧螺母（2）、抽气扇（3）、气体轴承（4）、电机转子（5）、电机定子（6）、壳体（7）、排气孔（8）、消音器（9）、后轴套（10）；其特征在于：所述电机转子（5）和后轴套（10）紧固嵌套于转轴（1）上，随转轴（1）一起转动；所述电机定子（6）和气体轴承（4）紧固嵌套于壳体（7）上；所述抽气扇（3）通过锁紧螺母（2）紧固于转轴（1）上，随转轴（1）一起转动并为气体轴承（4）供气；所述壳体（7）上加工有排气孔（8），以方便气体轴承（4）排气；所述排气孔（8）上加装***（9）。
2.根据权利要求1所述的自供气源气体轴承支承电主轴，其特征在于：所述气体轴承（4）上加工有进气腔（41）和进气孔（42），以辅助气体轴承吸气形成润滑气膜；所述气体轴承（4）的轴向和径向端面上加工有阶梯形槽（43），分别和转轴（1）、后轴套（10）形成具有转动轴承适配精度的摩擦副，从而加强气体轴承动压效应。
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