專利名稱：一種氣浮高速電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械加工設(shè)備，具體地說是一種用于PCB精密加工的氣浮高速電主軸。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，氣浮高速電主軸用的鋁水套組件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于主軸散熱，安 裝不方便，功能單一，裝配精度不容易把握。軸承座組件，結(jié)構(gòu)單一，加工困難，裝卸不便，散 熱能力低，振動幅度大。主軸夾頭附件，用于固定夾頭尾部，增加夾頭穩(wěn)定性，但由于在主軸 高速轉(zhuǎn)動時，軸霸會和軸芯內(nèi)壁摩擦。主軸的氣缸缸體內(nèi)設(shè)有活塞和隔板，因此需要在缸體 外壁開鉆多個螺釘孔，以固定隔板，所以缸體一般要求有一定厚度，這就產(chǎn)生了不必要的制 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，造成多余的能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種氣浮高速主軸，它是高轉(zhuǎn)數(shù)、高精度的機電一體化基礎(chǔ)件，結(jié)構(gòu)簡 單、緊湊，安裝方便，散熱效率高，功能多，便于推廣及應(yīng)用。本發(fā)明技術(shù)解決方案是在現(xiàn)有的機體組件10，氣缸復(fù)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(shè)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(chǔ)上，本發(fā)明特別在于推力軸承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(shè)有定子6，軸芯5的前端設(shè)有夾頭附件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(shè)有上空氣軸承 冷卻水道12。以上本發(fā)明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 臺中部一側(cè)的徑向外水流道7. 7，軸承凸臺近外水流道7. 7的上下方外壁均設(shè)有水氣密封 圈7. 3，軸承凸臺周邊設(shè)有氣密封圈7. 6，軸承凸臺近頭端和近軸承座7. 2處均設(shè)有徑向貫 通的氣流道7. 4，軸承內(nèi)的貫通孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)軸承套7. 1，內(nèi)軸承套7. 1與貫通孔內(nèi)壁間 的頭尾相接端均設(shè)有減振密封圈7. 5，內(nèi)軸承套7. 1中部設(shè)有內(nèi)水流道7. 8與外水流道7. 7 相通，內(nèi)軸承套7. 1對應(yīng)軸承凸臺的氣流道7. 4設(shè)有氣流出口，氣流出口處設(shè)有阻尼塞7. 9。本發(fā)明所述的定子6設(shè)有水冷機構(gòu)，該機構(gòu)包括了電源線6. 5，定子6外壁設(shè)有水 槽6. 3，水槽6. 3頭尾兩端分別設(shè)有前密封圈6. 2和后密封圈6. 4，水槽6. 3平均分為出水 區(qū)域6. 7和進水區(qū)域6. 6，出水區(qū)域6. 7和進水區(qū)域6. 6之間設(shè)有進水回水隔離塊6. 8。以上所述的鋁水套組件3，它包括了鋁水套的連接座3. 2，連接座3. 2的上端口和 近軸承座處外壁均設(shè)有密封圈3. 1，連接座3. 2正中部設(shè)有軸向貫通的推桿孔，兩密封圈 3. 1之間的連接座3. 2的外壁設(shè)有冷卻水槽3. 4，連接座3. 1的一側(cè)壁開有與冷卻水槽3. 4 相連通的進水孔3. 9 ；推桿孔的內(nèi)壁設(shè)有至少一個軸瓦3. 3 ；有進氣孔3. 5和回水孔3. 8分 別設(shè)置在連接座3. 2的側(cè)壁，兩者均與連接座3. 2的底端面相連通；在軸承座相對的側(cè)壁處 設(shè)有回氣孔3. 7及電源接頭3. 6，均與軸承座內(nèi)腔相連通，推桿孔內(nèi)壁的上、下端均設(shè)有軸
本發(fā)明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(shè)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(nèi)壁間均設(shè)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(nèi)壁與活塞1. 9頭端外壁設(shè)有密封圈1. 11，活塞1. 9的頭端設(shè)有軸向通孔的缺 口 1. 13，活塞1. 9與缸體1. 4內(nèi)壁間設(shè)有密封圈1. 8，活塞1. 9的軸向中心設(shè)有通孔1. 14， 通孔1. 14的頂端內(nèi)壁設(shè)有螺紋1. 16，頂蓋1. 3內(nèi)壁與上層隔板1. 6的上表面間設(shè)有卡簧
I.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(nèi)設(shè)有上級活塞和下級 活塞，上級活塞的頭端缺口設(shè)置在下級活塞的軸向通孔末端；缸體1.4底部設(shè)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(shè)有排氣孔1. 17，缸體1. 4外壁下部設(shè)有排 氣孔1. 15 ；進氣嘴1. 1的頭端設(shè)有阻尼孔1. 18。以上本發(fā)明所述的夾頭附件11，它包括了軸芯5，軸霸主體11. 2，軸霸主體外套
II.3，蝶形彈簧11. 4，夾頭11. 5，軸霸主體外套11. 3外壁設(shè)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 力軸承的截流芯后作用到軸芯使軸芯完全處于懸浮狀態(tài)，可使旋轉(zhuǎn)時沒有任何接觸摩擦， 最大可能地減少了摩擦損失和發(fā)熱；從機體進水口通入符合要求的冷卻水，經(jīng)過推力軸承 頂部、上空氣軸承水槽、機體內(nèi)外夾層的水道及下空氣軸承水槽進行循環(huán)后排出，帶走電機 工作時和空氣摩擦所產(chǎn)生的熱量，保證主軸穩(wěn)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(qū)動軸芯旋轉(zhuǎn)，軸芯下部的夾頭附件可夾持鉆頭等多種刀具進行高效 率、高精度加工，根據(jù)具體要求轉(zhuǎn)數(shù)范圍可在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。若安裝在自動化機床上進行 控制便可進行自動高速、高效加工。主軸中裝有溫度傳感器和測速傳感器可進行相應(yīng)的反 饋保護。本發(fā)明的優(yōu)點在于
1、工作時利用變頻電源調(diào)節(jié)輸入頻率，可使工作轉(zhuǎn)數(shù)可達200000rpm，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，由于軸承座與軸承內(nèi)套冷卻水直接冷卻， 同時軸承內(nèi)套與軸芯距離很近，故散熱效果好，減振密封圈設(shè)計于軸承座與軸承內(nèi)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(wěn)定工作；
4、為滿足快速啟動性能、減少啟動慣性，轉(zhuǎn)軸直徑尺寸進行適當?shù)目s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(jié)構(gòu)上采用了兩組支承結(jié)構(gòu)。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(xiàn)自動更換各種所需刀具，缸體結(jié)構(gòu)緊湊，由于缸體外壁不用做螺釘 孔，所以可以做得盡量薄，節(jié)省材料，在缸體直徑確定后，可以把內(nèi)部活塞的直徑做到最大，產(chǎn)生最大的推力；軸霸組件裝卸刀方便，盡可能減少摩擦，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、采用特種工藝在轉(zhuǎn)軸中部直接莰銅鼠籠做電機轉(zhuǎn)子，實現(xiàn)中部傳動使結(jié)構(gòu)更合理、 緊湊，同時比鋼材實心轉(zhuǎn)子功率損耗和轉(zhuǎn)軸溫升大大降低，也更有利于高速下可靠工作；
8、采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(chǎn)品實現(xiàn)和達 到品質(zhì)；
9、整體水道設(shè)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(jié)構(gòu)有了顯著改善，定子工作時用于固定機體內(nèi)腔處，在電源線通入三相電流，產(chǎn)生電 磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，冷卻水在定子進水區(qū)域、水槽、出水區(qū)域循環(huán)流動，帶走轉(zhuǎn)子高速旋 轉(zhuǎn)與空氣摩擦和電機工作時產(chǎn)生熱量，從而達到降溫效果；鋁水套材料使用鋁表面經(jīng)氧化 處理，有質(zhì)量輕，散熱效率高，耐腐蝕強，外形美觀，結(jié)構(gòu)設(shè)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，連接座增加冷卻水槽，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(nèi)套之間安裝密封圈，軸芯由于內(nèi)部驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生氣體紊 流沖擊軸承內(nèi)套導(dǎo)致振動，減振密封圈起到緩沖作用，從而減小主軸旋轉(zhuǎn)時振動，減小振 動效果好。


圖1是本發(fā)明的主軸剖面的構(gòu)造示意圖。
圖2是本發(fā)明的卸刀氣缸剖面構(gòu)造示意圖。
圖3是本發(fā)明的鋁水套進氣孔剖面的構(gòu)造示意圖。
圖4是本發(fā)明的鋁水套電源接頭和回氣孔的構(gòu)造示意圖。
圖5是本發(fā)明的鋁水套回水孔剖面的構(gòu)造示意圖。
圖6是本發(fā)明的鋁水套進水孔剖面的構(gòu)造示意圖。
圖7是本發(fā)明的定子及其水冷機構(gòu)的剖面構(gòu)造示意圖。
圖8是本發(fā)明的定子及其水冷機構(gòu)的立體構(gòu)造示意圖。
圖9是本發(fā)明的下空氣軸承座組件剖面構(gòu)造示意圖。
圖10是本發(fā)明的夾頭附件剖面構(gòu)造示意圖。
圖11是本發(fā)明的夾頭附件中的軸霸主體和軸霸主體外套裝配構(gòu)造示意圖。
圖12是本發(fā)明的夾頭附件中的軸霸主體K處構(gòu)造示意圖。
具體實施方式

實施例1
根據(jù)圖1至圖12的各圖所示，本發(fā)明在現(xiàn)有的機體組件10，氣缸復(fù)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(shè)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(chǔ)上，本發(fā)明特別在于推力軸承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(shè)有定子6，軸芯5的前端設(shè)有夾頭附件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(shè)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 承凸臺中部一側(cè)的徑向外水流道7. 7，軸承凸臺近外水流道7. 7的上下方外壁均設(shè)有水氣 密封圈7. 3，軸承凸臺周邊設(shè)有氣密封圈7. 6，軸承凸臺近頭端和近軸承座7. 2處均設(shè)有徑 向貫通的氣流道7. 4，軸承內(nèi)的貫通孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)軸承套7. 1，內(nèi)軸承套7. 1與貫通孔內(nèi) 壁間的頭尾相接端均設(shè)有減振密封圈7. 5，內(nèi)軸承套7. 1中部設(shè)有內(nèi)水流道7. 8與外水流道 7. 7相通，內(nèi)軸承套7. 1對應(yīng)軸承凸臺的氣流道7. 4設(shè)有氣流出口，氣流出口處設(shè)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(shè)有水冷機構(gòu)，該機構(gòu)包括了電源線6. 5，定子6外 壁設(shè)有水槽6. 3，水槽6. 3頭尾兩端分別設(shè)有前密封圈6. 2和后密封圈6. 4，水槽6. 3平均 分為出水區(qū)域6. 7和進水區(qū)域6. 6，出水區(qū)域6. 7和進水區(qū)域6. 6之間設(shè)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接座3. 2，連接座3. 2 的上端口和近軸承座處外壁均設(shè)有密封圈3. 1，連接座3. 2正中部設(shè)有軸向貫通的推桿孔， 兩密封圈3. 1之間的連接座3. 2的外壁設(shè)有冷卻水槽3. 4，連接座3. 1的一側(cè)壁開有與冷卻 水槽3. 4相連通的進水孔3. 9 ；推桿孔的內(nèi)壁設(shè)有至少一個軸瓦3. 3 ；有進氣孔3. 5和回水 孔3. 8分別設(shè)置在連接座3. 2的側(cè)壁，兩者均與連接座3. 2的底端面相連通；在軸承座相對 的側(cè)壁處設(shè)有回氣孔3. 7及電源接頭3. 6，均與軸承座內(nèi)腔相連通，推桿孔內(nèi)壁的上、下端 均設(shè)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(shè)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(nèi)壁間均設(shè) 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(nèi)壁與活塞1. 9頭端外壁設(shè)有密封圈1. 11，活塞1. 9的頭端設(shè)有軸 向通孔的缺口 1. 13，活塞1. 9與缸體1. 4內(nèi)壁間設(shè)有密封圈1. 8，活塞1. 9的軸向中心設(shè)有 通孔1. 14，通孔1. 14的頂端內(nèi)壁設(shè)有螺紋1. 16，頂蓋1. 3內(nèi)壁與上層隔板1. 6的上表面間 設(shè)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(nèi)設(shè)有上級活 塞和下級活塞，上級活塞的頭端缺口設(shè)置在下級活塞的軸向通孔末端；缸體1.4底部設(shè)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(shè)有排氣孔1. 17，缸體1. 4外壁下 部設(shè)有排氣孔1. 15 ；進氣嘴1. 1的頭端設(shè)有阻尼孔1. 18。實施例6
與上述各實施例任一例相同，只是所述的夾頭附件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(shè)有兩條潤滑 油槽11.6。
權(quán)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(fù)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(shè)有間隙隔離板(8)，間隙隔離板(8)上表面固定有推 力軸承(9)，其特征在于推力軸承(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(shè)有定子(6)，軸芯(5)的前端設(shè)有夾頭附件(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(shè)有上空氣軸承冷卻水道(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮高速電主軸，其特征在于下空氣軸承座組件(7)， 它包括了軸承座(7. 2 )，軸承座(7. 2 )軸承凸臺中部一側(cè)的徑向外水流道(7. 7 )，軸承凸 臺近外水流道(7. 7)的上下方外壁均設(shè)有水氣密封圈(7. 3)，軸承凸臺周邊設(shè)有氣密封圈 (7. 6)，軸承凸臺近頭端和近軸承座(7. 2)處均設(shè)有徑向貫通的氣流道(7. 4)，軸承內(nèi)的貫 通孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)軸承套(7. 1)，內(nèi)軸承套(7. 1)與貫通孔內(nèi)壁間的頭尾相接端均設(shè)有減 振密封圈(7. 5)，內(nèi)軸承套(7. 1)中部設(shè)有內(nèi)水流道(7. 8)與外水流道(7. 7)相通，內(nèi)軸承套 (7. 1)對應(yīng)軸承凸臺的氣流道(7. 4)設(shè)有氣流出口，氣流出口處設(shè)有阻尼塞(7. 9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮高速電主軸，其特征在于定子(6)設(shè)有水冷機構(gòu)，該 機構(gòu)包括了電源線(6. 5 )，定子(6 )外壁設(shè)有水槽(6. 3 )，水槽(6. 3 )頭尾兩端分別設(shè)有前密 封圈(6. 2)和后密封圈(6. 4)，水槽(6. 3)平均分為出水區(qū)域(6. 7)和進水區(qū)域(6. 6)，出水 區(qū)域(6. 7)和進水區(qū)域(6. 6)之間設(shè)有進水回水隔離塊(6.8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮高速電主軸，其特征在于鋁水套組件(3)，它包括了 鋁水套的連接座(3. 2)，連接座(3. 2)的上端口和近軸承座處外壁均設(shè)有密封圈(3. 1)，連 接座(3. 2)正中部設(shè)有軸向貫通的推桿孔，兩密封圈(3. 1)之間的連接座(3. 2)的外壁設(shè) 有冷卻水槽(3. 4)，連接座(3. 1)的一側(cè)壁開有與冷卻水槽(3. 4)相連通的進水孔(3. 9)； 推桿孔的內(nèi)壁設(shè)有至少一個軸瓦(3. 3)；有進氣孔(3. 5)和回水孔(3. 8)分別設(shè)置在連接 座(3. 2)的側(cè)壁，兩者均與連接座(3. 2)的底端面相連通；在軸承座相對的側(cè)壁處設(shè)有回 氣孔(3. 7)及電源接頭(3. 6)，均與軸承座內(nèi)腔相連通，推桿孔內(nèi)壁的上、下端均設(shè)有軸瓦 (3. 3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮高速電主軸，其特征在于換刀氣缸組件(1)，它包括 了缸體(1.4)，缸體(1.4)外壁中部及下部設(shè)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(nèi)壁間均設(shè)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(nèi)壁與活 塞(1.9)頭端外壁設(shè)有密封圈(1. 11)，活塞(1.9)的頭端設(shè)有軸向通孔的缺口(1. 13)，活塞 (1. 9 )與缸體(1. 4 )內(nèi)壁間設(shè)有密封圈(1. 8 )，活塞(1. 9 )的軸向中心設(shè)有通孔(1. 14 )，通孔 (1. 14)的頂端內(nèi)壁設(shè)有螺紋(1. 16)，頂蓋(1.3)內(nèi)壁與上層隔板(1.6)的上表面間設(shè)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(nèi)設(shè)有上 級活塞和下級活塞，上級活塞的頭端缺口設(shè)置在下級活塞的軸向通孔末端；缸體(1.4)底 部設(shè)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(shè)有排氣孔(1. 17)，缸 體(1.4)外壁下部設(shè)有排氣孔(1. 15)；進氣嘴(1. 1)的頭端設(shè)有阻尼孔(1. 18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種氣浮高速電主軸，其特征在于夾頭附件 (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(shè)有兩條潤滑油槽(11. 6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣浮高速電主軸，具體地說是一種用于機械加工機床氣浮高速電主軸。它公開了推力軸承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(shè)有定子6，軸芯5的前端設(shè)有夾頭附件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(shè)有上空氣軸承冷卻水道12。它是高轉(zhuǎn)數(shù)、高精度的機電一體化基礎(chǔ)件，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，安裝方便，散熱效率高，功能多，便于推廣及應(yīng)用。
文檔編號B23Q3/12GK102078974SQ201010611059
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者湯秀清 申請人:廣州市昊志機電有限公司