CN114589320A - 全冷却式气体静压主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明全冷却式气体静压主轴涉及一种用于机床加工过程中的旋转主轴。其目的是为了提供一种旋转精度高、高刚度、尤其是稳定性能好、热膨胀性能良好的全冷却式气体静压主轴。本发明全冷却式气体静压主轴包括主轴本体、主轴套和电机，主轴套设置在主轴本体外部，主轴套与电机连接，电机驱动主轴本体转动，主轴套的内部四周设置有多个冷却孔，主轴套的前后端面上各设计有多个沟槽，前后两个端面的沟槽错角度设置，使每个沟槽连通与其相邻的两个冷却孔，在主轴套内部形成串联冷却通道，电机上设置有进水口和出水口，进水口和出水口与主轴套内部的冷却通道相通。
Description
技术领域
本发明涉及加工机床技术领域，特别是涉及一种全冷却式气体静压主轴。
背景技术
气体静压主轴因其高精度、高速度、近无摩擦和污染等优势，被普遍应用在精密及超精密数控机床行业中。机床主轴精度直接影响工件的加工精度，因此气体静压主轴是多种精密数控机床保证加工精度的核心部件。微细结构的加工对精密机床特别是主轴部件提出了非常高的要求，不仅要具有高的旋转精度，而且要具有高刚度、稳定性能好、良好的热膨胀性能等等。
现有的气体静压主轴在工作一段时间后，轴体的温度会升高。由于散热效果有限，气体静压主轴会出现温度过高的情况，从而造成其性能不稳定，加工精度下降的不良后果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种旋转精度高、高刚度、尤其是稳定性能好、热膨胀性能良好的全冷却式气体静压主轴。
本发明全冷却式气体静压主轴，包括主轴本体、主轴套和电机，主轴套设置在主轴本体外部，主轴套与电机连接，电机驱动主轴本体转动，主轴套的内部四周设置有多个冷却孔，主轴套的前后端面上各设计有多个沟槽，前后两个端面的沟槽错角度设置，使每个沟槽连通与其相邻的两个冷却孔，在主轴套内部形成串联冷却通道，电机上设置有进水口和出水口，进水口和出水口与主轴套内部的冷却通道相通。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述主轴本体和主轴套之间设置有石墨长轴套。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述主轴套、石墨长轴套和主轴本体的对应位置设置有真空气道，真空气道延伸到主轴本体的前端部。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述石墨长轴套的外圈上设置有环形槽，环形槽分别位于石墨长轴套的前部和后部。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述主轴本体的前部设置有轴肩，轴肩的前后两侧分别设置有前石墨端盖和后石墨端盖。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述主轴本体的前端面上连接有上端盖，上端盖和主轴套之间设置有间隙环，间隙环位于轴肩的外侧，间隙环与前石墨端盖和后石墨端盖之间形成C型。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述前石墨端盖固定在上端盖后侧，后石墨端盖固定在主轴套的前端。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述电机包括电机定子、转子、电机套和电机压盖，转子热装于主轴本体尾端，电机定子安装在电机套的内部，电机套的前端面与主轴套固定连接，电机压盖与电机套的后端面固定连接，压紧电机定子。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述电机压盖上安装有读数头安装板，读数头安装板上安装有读数头；主轴本体尾端安装有高精度的圆光栅，圆光栅的外圆有高精度刻线。
本发明全冷却式气体静压主轴，其中所述主轴本体的前端部固定连接有吸盘座，吸盘座上安装有吸盘。
本发明全冷却式气体静压主轴与现有技术不同之处在于，本发明全冷却式气体静压主轴在主轴套和电机套内增设了全冷却***，主轴在工作过程中不断有冷却水对主轴本体和电机进行冷却，全冷却***后可以快速带走电机产生的热量，从而增加主轴的稳定性能，且能很好的控制主轴的热膨胀性能。
本发明全冷却式气体静压主轴在主轴本体的外侧设置有石墨端盖和石墨长轴套，通过石墨结构和气流的共同作用，使主轴本体在轴向和径向实现了刚性连接和润滑。
本发明全冷却式气体静压主轴在主轴本体的尾端设置有原光栅，配合电机上的读数头，可以在主轴高速旋转时读取圆光栅的刻线形成数据，完成主轴旋转角度的反馈，从而提高主轴旋转角度的精确度。
下面结合附图对本发明的全冷却式气体静压主轴作进一步说明。
附图说明
图1为本发明全冷却式气体静压主轴的侧视图；
图2为图1中F-F向剖视图；
图3为图1中A-A向剖视图；
图4为图1中B-B向剖视图；
图5为本发明全冷却式气体静压主轴中主轴套的主视图；
图6为本发明全冷却式气体静压主轴中主轴套的左视图；
图7为本发明全冷却式气体静压主轴中主轴套的右视图；
图中标记示意为：1-吸盘；2-吸盘座；3-上端盖；4-间隙环；5-后石墨端盖；51-前石墨端盖；6-主轴本体；7-石墨长轴套；8-主轴套；9-电机定子；10-电机套；11-转子；12-读数头安装板；13-电机压盖；14-读数头；15-圆光栅；16-动平衡座；17-密封槽；18-进水口；19-出水口；20-冷却通道；21-沟槽；22-冷却孔。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-图4所示，本发明全冷却式气体静压主轴包括主轴本体6，主轴本体6的外部设置有主轴套8，主轴本体6的前端面安装有吸盘1，主轴本体6的后部安装有主轴电机。
主轴本体6和主轴套8之间设置有石墨长轴套7，石墨长轴套7的长度略短于主轴套8。石墨长轴套7的外圈上设置有环形槽，环形槽分别位于石墨长轴套7的前部和后部。多道环形槽形成气路通道，通过研磨石墨长轴套7内孔控制石墨长轴套7与主轴本体6轴径之间的间隙，从而实现主轴本体6径向刚性与径向浮起。
主轴本体6的前端面上连接有上端盖3，上端盖3和主轴套8之间设置有间隙环4。主轴本体6的前部设置有轴肩，轴肩的前后两侧分别设置有前石墨端盖51和后石墨端盖5。前石墨端盖51固定在上端盖3后侧，后石墨端盖5固定在主轴套8的前端，固定的方式可以为粘贴。间隙环4位于轴肩的外侧，与前石墨端盖51和后石墨端盖5之间形成C型。研磨前石墨端盖51和后石墨端盖5，控制石墨端盖与主轴本体6肩面之间的间隙，从而实现主轴本体6轴向刚性与轴向浮起。
经过精密过滤的压缩空气通过石墨后实现节流，在轴间隙中形成一层具有一定承载和刚度的润滑气膜从而支撑主轴径向和轴向浮起。
主轴本体6的后端连接电机。电机包括电机定子9、转子11、电机套10和电机压盖13。转子11热装于主轴本体6尾端，主轴本体6尾端安装有动平衡座16，主轴本体6与转子11一起做动平衡，控制主轴的动平衡值，实现主轴高速旋转时的小震动值，从而提高主轴旋转精度。电机定子9位于转子11外部，电机定子9通过密封圈安装在电机套10的内部。电机定子9外圆设置有用于冷却的螺旋槽。电机套10的前端面与主轴套8固定连接。电机压盖13位于电机后部，与电机套10的后端面固定连接，压紧电机定子9。
电机压盖13上安装有读数头安装板12，读数头安装板12上安装有读数头14。主轴本体6尾端安装有高精度的圆光栅15，圆光栅15的外圆有高精度刻线。读数头14可以在主轴高速旋转时读取圆光栅15的刻线形成数据，完成主轴旋转角度的反馈，从而提高主轴旋转角度的精确度。
主轴套8、石墨长轴套7和主轴本体6的对应位置设置有真空气道，真空气道延伸到主轴本体6的前端部。主轴本体6的前端部固定连接有吸盘座2，吸盘座2上安装有吸盘1，吸盘1可以便捷安装各种工装零件。经过精密过滤的压缩空气经过真空发生器后通过主轴套8、石墨长轴套7进入主轴本体6内部，从而到达吸盘1，通过吸盘1来吸附被安装的零件。
如图5-图7所示，主轴套8的内部四周设置有多个冷却孔22。主轴套8的前后端面上各设计有多个沟槽21，两个端面的沟槽21错角度设计，使每个沟槽21连通与其相邻的两个冷却孔22，形成很好的串联冷却通道20。电机套10上设置有进水口18和出水口19，进水口18和出水口19与主轴套8内部的冷却通道20相通。电机驱动主轴做高速旋转运动，转子11发热会带动主轴发热，从而产生轴热伸长的后果，引起轴的不稳定性，主轴增加全冷却***后可以快速带走电机产生的热量，从而增加主轴的稳定性能，且能很好的控制主轴的热膨胀性能。
主轴本体6的前端设计有密封槽17，与间隙环4封闭；主轴本体6的后端设计有密封槽17，与电机套10封闭。
本发明全冷却式气体静压主轴工作时通过电机带动主轴本体6转动，主轴本体6带动其前端安装的吸盘1及吸盘1上安装的设备进行转动。在主轴转动过程中，电机套10上的进水口18和出水口19不断通入循环水为电机主轴本体6降温。
本发明全冷却式气体静压主轴在主轴套8和电机套10内增设了全冷却***，主轴在工作过程中不断有冷却水对主轴本体6和电机进行冷却，全冷却***后可以快速带走电机产生的热量，从而增加主轴的稳定性能，且能很好的控制主轴的热膨胀性能。
本发明全冷却式气体静压主轴在主轴本体6的外侧设置有石墨端盖和石墨长轴套7，通过石墨结构和气流的共同作用，使主轴本体6在轴向和径向实现了刚性连接和润滑。
本发明全冷却式气体静压主轴在主轴本体6的尾端设置有原光栅，配合电机上的读数头14，可以在主轴高速旋转时读取圆光栅15的刻线形成数据，完成主轴旋转角度的反馈，从而提高主轴旋转角度的精确度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种全冷却式气体静压主轴，其特征在于：包括主轴本体、主轴套和电机，主轴套设置在主轴本体外部，主轴套与电机连接，电机驱动主轴本体转动，主轴套的内部四周设置有多个冷却孔，主轴套的前后端面上各设计有多个沟槽，前后两个端面的沟槽错角度设置，使每个沟槽连通与其相邻的两个冷却孔，在主轴套内部形成串联冷却通道，电机上设置有进水口和出水口，进水口和出水口与主轴套内部的冷却通道相通。
2.根据权利要求1所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述主轴本体和主轴套之间设置有石墨长轴套。
3.根据权利要求2所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述主轴套、石墨长轴套和主轴本体的对应位置设置有真空气道，真空气道延伸到主轴本体的前端部。
4.根据权利要求2所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述石墨长轴套的外圈上设置有环形槽，环形槽分别位于石墨长轴套的前部和后部。
5.根据权利要求1所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述主轴本体的前部设置有轴肩，轴肩的前后两侧分别设置有前石墨端盖和后石墨端盖。
6.根据权利要求5所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述主轴本体的前端面上连接有上端盖，上端盖和主轴套之间设置有间隙环，间隙环位于轴肩的外侧，间隙环与前石墨端盖和后石墨端盖之间形成C型。
7.根据权利要求6所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述前石墨端盖固定在上端盖后侧，后石墨端盖固定在主轴套的前端。
8.根据权利要求1所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述电机包括电机定子、转子、电机套和电机压盖，转子热装于主轴本体尾端，电机定子安装在电机套的内部，电机套的前端面与主轴套固定连接，电机压盖与电机套的后端面固定连接，压紧电机定子。
9.根据权利要求8所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述电机压盖上安装有读数头安装板，读数头安装板上安装有读数头；主轴本体尾端安装有高精度的圆光栅，圆光栅的外圆有高精度刻线。
10.根据权利要求1所述的全冷却式气体静压主轴，其特征在于：所述主轴本体的前端部固定连接有吸盘座，吸盘座上安装有吸盘。
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