一種氣浮高速電主軸

《一種氣浮高速電主軸》是廣州市昊志機電有限公司於2010年12月29日申請的發明專利，該專利申請號為2010106110596，公布號為CN102078974A，公布日為2011年6月1日，發明人是湯秀清。

《一種氣浮高速電主軸》涉及一種氣浮高速電主軸，具體地說是一種用於機械加工工具機氣浮高速電主軸。公開了推力軸承9上固定有下空氣軸承座組件7，下空氣軸承座組件7上部設有定子6，軸芯5的前端設有夾頭附屬檔案11，機體組件10的上端開口處固定有鋁水套組件3，鋁水套組件3上部固定有換刀氣缸組件1；上空氣軸承4軸體中部設有上空氣軸承冷卻水道12。它是高轉數、高精度的機電一體化基礎件，結構簡單、緊湊，安裝方便，散熱效率高，功能多，便於推廣及套用。

2021年6月24日，《一種氣浮高速電主軸》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種氣浮高速電主軸》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種氣浮高速電主軸
• 申請人：廣州市昊志機電有限公司
• 發明人：湯秀清
• 申請號：2010106110596
• 申請日：2010年12月29日
• 公布號：CN102078974A
• 公布日：2011年6月1日
• 地址：廣東省廣州市高新技術產業開發區科學大道111號主樓301C房
• 代理機構：廣州三辰專利事務所
• 代理人：范欽正
• Int. Cl.：B23B19/02; B23Q11/00; B23Q11/12; B23Q3/12
• 類別：發明專利

專利背景

在2010年12月前有關技術中，氣浮高速電主軸用的鋁水套組件，結構複雜，不利於主軸散熱，安裝不方便，功能單一，裝配精度不容易把握。軸承座組件，結構單一，加工困難，裝卸不便，散熱能力低，振動幅度大。主軸夾頭附屬檔案，用於固定夾頭尾部，增加夾頭穩定性，但由於在主軸高速轉動時，軸霸會和軸芯內壁摩擦。主軸的氣缸缸體內設有活塞和隔板，因此需要在缸體外壁開鑽多個螺釘孔，以固定隔板，所以缸體一般要求有一定厚度，這就產生了不必要的製作成本，其次，活塞的直徑因缸體的厚度增大而減少，使得活塞推力降低，造成多餘的能耗。

發明內容

專利目的

《一種氣浮高速電主軸》涉及一種氣浮高速主軸，它是高轉數、高精度的機電一體化基礎件，結構簡單、緊湊，安裝方便，散熱效率高，功能多，便於推廣及套用。

技術方案

《一種氣浮高速電主軸》的技術解決方案是在機體組件10，氣缸復位彈簧2，上空氣軸承4，軸芯5，軸芯5法蘭處的徑向外圍設有間隙隔離板8，間隙隔離板8上表面固定有推力軸承9的基礎上，《一種氣浮高速電主軸》特別在於推力軸承9上固定有下空氣軸承座組件7，下空氣軸承座組件7上部設有定子6，軸芯5的前端設有夾頭附屬檔案11，機體組件10的上端開口處固定有鋁水套組件3，鋁水套組件3上部固定有換刀氣缸組件1；上空氣軸承4軸體中部設有上空氣軸承冷卻水道12。

《一種氣浮高速電主軸》所述的下空氣軸承座組件7，它包括了軸承座7.2，軸承座7.2軸承凸台中部一側的徑向外水流道7.7，軸承凸台近外水流道7.7的上下方外壁均設有水氣密封圈7.3，軸承凸台周邊設有氣密封圈7.6，軸承凸台近頭端和近軸承座7.2處均設有徑向貫通的氣流道7.4，軸承內的貫通孔的內壁設有內軸承套7.1，內軸承套7.1與貫通孔內壁間的頭尾相接端均設有減振密封圈7.5，內軸承套7.1中部設有內水流道7.8與外水流道7.7相通，內軸承套7.1對應軸承凸台的氣流道7.4設有氣流出口，氣流出口處設有阻尼塞7.9。

《一種氣浮高速電主軸》所述的定子6設有水冷機構，該機構包括了電源線6.5，定子6外壁設有水槽6.3，水槽6.3頭尾兩端分別設有前密封圈6.2和後密封圈6.4，水槽6.3平均分為出水區域6.7和進水區域6.6，出水區域6.7和進水區域6.6之間設有進水回水隔離塊6.8。

《一種氣浮高速電主軸》所述的鋁水套組件3，它包括了鋁水套的連線座3.2，連線座3.2的上連線埠和近軸承座處外壁均設有密封圈3.1，連線座3.2正中部設有軸向貫通的推桿孔，兩密封圈3.1之間的連線座3.2的外壁設有冷卻水槽3.4，連線座3.1的一側壁開有與冷卻水槽3.4相連通的進水孔3.9；推桿孔的內壁設有至少一個軸瓦3.3；有進氣孔3.5和回水孔3.8分別設定在連線座3.2的側壁，兩者均與連線座3.2的底端面相連通；在軸承座相對的側壁處設有回氣孔3.7及電源接頭3.6，均與軸承座內腔相連通，推桿孔內壁的上、下端均設有軸瓦3.3。

《一種氣浮高速電主軸》所述的換刀氣缸組件1，它包括了缸體1.4，缸體1.4外壁中部及下部設有排氣孔，進氣嘴1.1，上層隔板1.6，下層隔板1.10，各隔板與缸體1.4內壁間均設有密封圈1.7，頂蓋1.3，一個或一個以上的活塞1.9，活塞1.9前端貫穿下層隔板1.10，所述下層隔板1.10貫穿處內壁與活塞1.9頭端外壁設有密封圈1.11，活塞1.9的頭端設有軸向通孔的缺口1.13，活塞1.9與缸體1.4內壁間設有密封圈1.8，活塞1.9的軸向中心設有通孔1.14，通孔1.14的頂端內壁設有螺紋1.16，頂蓋1.3內壁與上層隔板1.6的上表面間設有卡簧1.5，有螺釘1.2貫穿頂蓋1.3、上層隔板1.6和卡簧1.5；缸體1.4內設有上級活塞和下級活塞，上級活塞的頭端缺口設定在下級活塞的軸向通孔末端；缸體1.4底部設有沉孔1.12與下級氣缸或機體相固定；缸體1.4外壁中部設有排氣孔1.17，缸體1.4外壁下部設有排氣孔1.15；進氣嘴1.1的頭端設有阻尼孔1.18。

《一種氣浮高速電主軸》所述的夾頭附屬檔案11，它包括了軸芯5，軸霸主體11.2，軸霸主體外套11.3，蝶形彈簧11.4，夾頭11.5，軸霸主體外套11.3外壁設有兩條潤滑油槽11.6。

主軸工作時從機體進氣口接通符合要求的壓力空氣，壓力空氣通過空氣軸承和推力軸承的截流芯後作用到軸芯使軸芯完全處於懸浮狀態，可使旋轉時沒有任何接觸摩擦，最大可能地減少了摩擦損失和發熱；從機體進水口通入符合要求的冷卻水，經過推力軸承頂部、上空氣軸承水槽、機體內外夾層的水道及下空氣軸承水槽進行循環後排出，帶走電機工作時和空氣摩擦所產生的熱量，保證主軸穩定、可靠地工作；給電機定子提供符合要求的三相交流變頻電源驅動軸芯旋轉，軸芯下部的夾頭附屬檔案可夾持鑽頭等多種刀具進行高效率、高精度加工，根據具體要求轉數範圍可在2萬-20萬/分進行選擇。當需要進行刀具更換時，給頂部氣缸通入壓縮空氣，活塞推桿推動軸芯中的軸霸而壓縮碟簧使夾頭下移張開便卸下刀具和裝入新刀具，切斷氣缸供氣便可自動夾緊刀具。若安裝在自動化工具機上進行控制便可進行自動高速、高效加工。主軸中裝有溫度感測器和測速感測器可進行相應的反饋保護。

改善效果

1、工作時利用變頻電源調節輸入頻率，可使工作轉數可達200000轉/分，滿足高速、高精度加工要求；

2、工作時利用壓縮空氣通入上、下氣浮軸承及推力軸承使軸芯完全浮起，與各零件無任何接觸，可把摩擦降到極小，為高速提供保證，由於軸承座與軸承內套冷卻水直接冷卻，同時軸承內套與軸芯距離很近，故散熱效果好，減振密封圈設計於軸承座與軸承內套之間，減振效果好，安裝方便，操作可靠性高；

3、工作時接通冷卻液，對推力軸承、空氣軸承及電機等進行強迫冷卻，帶走電機熱損耗和空氣磨擦熱量，保證主軸長期穩定工作；

4、為滿足快速啟動性能、減少啟動慣性，轉軸直徑尺寸進行適當的縮小，但為保證足夠的空氣軸承支承力和剛度，上、下空氣軸承結構上採用了兩組支承結構。

5、為減小高速下空氣摩擦熱對空氣軸承精度的影響，對上、下空氣軸承進行整體直接冷卻；

6、利用氣缸可實現自動更換各種所需刀具，缸體結構緊湊，由於缸體外壁不用做螺釘孔，所以可以做得儘量薄，節省材料，在缸體直徑確定後，可以把內部活塞的直徑做到最大，產生最大的推力；軸霸組件裝卸刀方便，儘可能減少摩擦，使整個運動更加順暢，工作效率高，提高軸芯壽命，能保證裝配精度，加工簡單,操作可靠性高；

7、採用特種工藝在轉軸中部直接莰銅鼠籠做電機轉子，實現中部傳動使結構更合理、緊湊，同時比鋼材實心轉子功率損耗和轉軸溫升大大降低，也更有利於高速下可靠工作；

8、採用合理的加工工藝路線及精密加工手段，配合必要的特種工藝確保產品實現和達到品質;

9、整體水道設計靈活、巧妙,上下軸承、定子、鋁水套組件直接冷卻，冷卻效果相比之前的結構有了顯著改善，定子工作時用於固定機體內腔處，在電源線通入三相電流，產生電磁轉矩，驅動轉子轉動，冷卻水在定子進水區域、水槽、出水區域循環流動，帶走轉子高速旋轉與空氣摩擦和電機工作時產生熱量，從而達到降溫效果；鋁水套材料使用鋁表面經氧化處理，有質量輕，散熱效率高，耐腐蝕強，外形美觀，結構設計簡單、緊湊、剛度強，使用功能多，安裝拆卸方便，能保證裝配精度，連線座增加冷卻水槽,可直接冷卻；

10、機體水道加工簡單,加工效率高;

11、在軸承座與軸承內套之間安裝密封圈，軸芯由於內部驅動高速旋轉時產生氣體紊流衝擊軸承內套導致振動,減振密封圈起到緩衝作用，從而減小主軸旋轉時振動,減小振動效果好。

附圖說明

圖1是《一種氣浮高速電主軸》的主軸剖面的構造示意圖。

圖2是《一種氣浮高速電主軸》的卸刀氣缸剖面構造示意圖。

圖3是《一種氣浮高速電主軸》的鋁水套進氣孔剖面的構造示意圖。

圖4是《一種氣浮高速電主軸》的鋁水套電源接頭和回氣孔的構造示意圖。

圖5是《一種氣浮高速電主軸》的鋁水套回水孔剖面的構造示意圖。

圖6是《一種氣浮高速電主軸》的鋁水套進水孔剖面的構造示意圖。

圖7是《一種氣浮高速電主軸》的定子及其水冷機構的剖面構造示意圖。

圖8是《一種氣浮高速電主軸》的定子及其水冷機構的立體構造示意圖。

圖9是《一種氣浮高速電主軸》的下空氣軸承座組件剖面構造示意圖。

圖10是《一種氣浮高速電主軸》的夾頭附屬檔案剖面構造示意圖。

圖11是《一種氣浮高速電主軸》的夾頭附屬檔案中的軸霸主體和軸霸主體外套裝配構造示意圖。

圖12是《一種氣浮高速電主軸》的夾頭附屬檔案中的軸霸主體K處構造示意圖。

技術領域

《一種氣浮高速電主軸》涉及一種機械加工設備，具體地說是一種用於PCB精密加工的氣浮高速電主軸。

權利要求

1.一種氣浮高速電主軸，它包括了機體組件（10），氣缸復位彈簧（2），上空氣軸承（4），軸芯（5），軸芯（5）法蘭處的徑向外圍設有間隙隔離板（8），間隙隔離板（8）上表面固定有推力軸承（9），其特徵在於推力軸承（9）上固定有下空氣軸承座組件（7），下空氣軸承座組件（7）上部設有定子（6），軸芯（5）的前端設有夾頭附屬檔案（11），機體組件（10）的上端開口處固定有鋁水套組件（3），鋁水套組件（3）上部固定有換刀氣缸組件（1）；上空氣軸承（4）軸體中部設有上空氣軸承冷卻水道（12）；所述的下空氣軸承座組件（7），它包括了軸承座（7.2），軸承座（7.2）軸承凸台中部一側的徑向外水流道（7.7），軸承凸台近外水流道（7.7）的上下方外壁均設有水氣密封圈（7.3），軸承凸台周邊設有氣密封圈（7.6），軸承凸台近頭端和近軸承座（7.2）處均設有徑向貫通的氣流道（7.4），軸承內的貫通孔的內壁設有內軸承套（7.1），內軸承套（7.1）與貫通孔內壁間的頭尾相接端均設有減振密封圈（7.5），內軸承套（7.1）中部設有內水流道（7.8）與外水流道（7.7）相通，內軸承套（7.1）對應軸承凸台的氣流道（7.4）設有氣流出口，氣流出口處設有阻尼塞（7.9）。

2.根據權利要求1所述的一種氣浮高速電主軸，其特徵在於定子（6）設有水冷機構，該機構包括了電源線（6.5），定子（6）外壁設有水槽（6.3），水槽（6.3）頭尾兩端分別設有前密封圈（6.2）和後密封圈（6.4），水槽（6.3）平均分為出水區域（6.7）和進水區域（6.6），出水區域（6.7）和進水區域（6.6）之間設有進水回水隔離塊（6.8）。

3.根據權利要求1所述的一種氣浮高速電主軸，其特徵在於鋁水套組件（3），它包括了鋁水套的連線座（3.2），連線座（3.2）的上連線埠和近軸承座處外壁均設有密封圈（3.1），連線座（3.2）正中部設有軸向貫通的推桿孔，兩密封圈（3.1）之間的連線座（3.2）的外壁設有冷卻水槽（3.4），連線座（3.1）的一側壁開有與冷卻水槽（3.4）相連通的進水孔（3.9）；推桿孔的內壁設有至少一個軸瓦（3.3）；有進氣孔（3.5）和回水孔（3.8）分別設定在連線座（3.2）的側壁，兩者均與連線座（3.2）的底端面相連通；在軸承座相對的側壁處設有回氣孔（3.7）及電源接頭（3.6），均與軸承座內腔相連通，推桿孔內壁的上、下端均設有軸瓦（3.3）。

4.根據權利要求1所述的一種氣浮高速電主軸，其特徵在於換刀氣缸組件（1），它包括了缸體（1.4），缸體（1.4）外壁中部及下部設有排氣孔，進氣嘴（1.1），上層隔板（1.6），下層隔板（1.10），各隔板與缸體（1.4）內壁間均設有密封圈（1.7），頂蓋（1.3），一個或一個以上的活塞（1.9），活塞（1.9）前端貫穿下層隔板（1.10），所述下層隔板（1.10）貫穿處內壁與活塞（1.9）頭端外壁設有密封圈（1.11），活塞（1.9）的頭端設有軸向通孔的缺口（1.13），活塞（1.9）與缸體（1.4）內壁間設有密封圈（1.8），活塞（1.9）的軸向中心設有通孔（1.14），通孔（1.14）的頂端內壁設有螺紋（1.16），頂蓋（1.3）內壁與上層隔板（1.6）的上表面間設有卡簧（1.5），有螺釘（1.2）貫穿頂蓋（1.3）、上層隔板（1.6）和卡簧（1.5）；缸體（1.4）內設有上級活塞和下級活塞，上級活塞的頭端缺口設定在下級活塞的軸向通孔末端；缸體（1.4）底部設有沉孔（1.12）與下級氣缸或機體相固定；缸體（1.4）外壁中部設有排氣孔（1.17），缸體（1.4）外壁下部設有排氣孔（1.15）；進氣嘴（1.1）的頭端設有阻尼孔（1.18）。

5.根據權利要求1至4任一項所述的一種氣浮高速電主軸，其特徵在於夾頭附屬檔案（11），它包括了軸芯（5），軸霸主體（11.2），軸霸主體外套（11.3），蝶形彈簧（11.4），夾頭（11.5），軸霸主體外套（11.3）外壁設有兩條潤滑油槽（11.6）。

實施方式

實施例1

根據圖1至圖12的各圖所示，《一種氣浮高速電主軸》在機體組件10，氣缸復位彈簧2，上空氣軸承4，軸芯5，軸芯5法蘭處的徑向外圍設有間隙隔離板8，間隙隔離板8上表面固定有推力軸承9的基礎上，《一種氣浮高速電主軸》特別在於推力軸承9上固定有下空氣軸承座組件7，下空氣軸承座組件7上部設有定子6，軸芯5的前端設有夾頭附屬檔案11，機體組件10的上端開口處固定有鋁水套組件3，鋁水套組件3上部固定有換刀氣缸組件1；上空氣軸承4軸體中部設有上空氣軸承冷卻水道12。

實施例2

與實施例1相同，只是所述的下空氣軸承座組件7，它包括了軸承座7.2，軸承座7.2軸承凸台中部一側的徑向外水流道7.7，軸承凸台近外水流道7.7的上下方外壁均設有水氣密封圈7.3，軸承凸台周邊設有氣密封圈7.6，軸承凸台近頭端和近軸承座7.2處均設有徑向貫通的氣流道7.4，軸承內的貫通孔的內壁設有內軸承套7.1，內軸承套7.1與貫通孔內壁間的頭尾相接端均設有減振密封圈7.5，內軸承套7.1中部設有內水流道7.8與外水流道7.7相通，內軸承套7.1對應軸承凸台的氣流道7.4設有氣流出口，氣流出口處設有阻尼塞7.9。

實施例3

與實施例1相同，只是所述的定子6設有水冷機構，該機構包括了電源線6.5，定子6外壁設有水槽6.3，水槽6.3頭尾兩端分別設有前密封圈6.2和後密封圈6.4，水槽6.3平均分為出水區域6.7和進水區域6.6，出水區域6.7和進水區域6.6之間設有進水回水隔離塊6.8。

實施例4

與實施例1相同，只是所述的鋁水套組件3，它包括了鋁水套的連線座3.2，連線座3.2的上連線埠和近軸承座處外壁均設有密封圈3.1，連線座3.2正中部設有軸向貫通的推桿孔，兩密封圈3.1之間的連線座3.2的外壁設有冷卻水槽3.4，連線座3.1的一側壁開有與冷卻水槽3.4相連通的進水孔3.9；推桿孔的內壁設有至少一個軸瓦3.3；有進氣孔3.5和回水孔3.8分別設定在連線座3.2的側壁，兩者均與連線座3.2的底端面相連通；在軸承座相對的側壁處設有回氣孔3.7及電源接頭3.6，均與軸承座內腔相連通，推桿孔內壁的上、下端均設有軸瓦3.3。

實施例5

與實施例1相同，只是所述的換刀氣缸組件1，它包括了缸體1.4，缸體1.4外壁中部及下部設有排氣孔，進氣嘴1.1，上層隔板1.6，下層隔板1.10，各隔板與缸體1.4內壁間均設有密封圈1.7，頂蓋1.3，一個或一個以上的活塞1.9，活塞1.9前端貫穿下層隔板1.10，所述下層隔板1.10貫穿處內壁與活塞1.9頭端外壁設有密封圈1.11，活塞1.9的頭端設有軸向通孔的缺口1.13，活塞1.9與缸體1.4內壁間設有密封圈1.8，活塞1.9的軸向中心設有通孔1.14，通孔1.14的頂端內壁設有螺紋1.16，頂蓋1.3內壁與上層隔板1.6的上表面間設有卡簧1.5，有螺釘1.2貫穿頂蓋1.3、上層隔板1.6和卡簧1.5；缸體1.4內設有上級活塞和下級活塞，上級活塞的頭端缺口設定在下級活塞的軸向通孔末端；缸體1.4底部設有沉孔1.12與下級氣缸或機體相固定；缸體1.4外壁中部設有排氣孔1.17，缸體1.4外壁下部設有排氣孔1.15；進氣嘴1.1的頭端設有阻尼孔1.18。

實施例6

與上述各實施例任一例相同，只是所述的夾頭附屬檔案11，它包括了軸芯5，軸霸主體11.2，軸霸主體外套11.3，蝶形彈簧11.4，夾頭11.5，軸霸主體外套11.3外壁設有兩條潤滑油槽11.6。

專利榮譽

2021年6月24日，《一種氣浮高速電主軸》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。