一种超精密液体动静压电主轴的制作方法

本发明涉及电主轴设计技术领域，更具体地说，涉及一种超精密液体动静压电主轴。

背景技术：

高端超精密加工机床具有纳米级精度加工能力，技术密集、附加值高、带动作用强，是衡量一个国家装备制造业水平的重要标志。当前，超精密加工机床产业已经成为制造业新的增长点，在航空航天、军事工业、精密仪器、光学与光电通讯、船舶、汽车、新能源、医疗器械等众多高新技术领域发挥着日益重要的作用。在这些领域当中，许多高附加值的产品及零部件的进一步换代研制与产业升级发展，很大程度上取决于高端超精密加工机床的技术发展。

超精密机床正向高精度、高效率和高速度的方向发展，其中液体动静压电主轴以其高回转精度、高动态刚度、高阻尼减振性和长寿命等性能优势，在高速超精密机床领域获得广泛应用。高速高精度主轴部件是超精密加工机床的核心部件，直接影响机床的加工精度和效率。为实现超精密、高效加工，电主轴系统以动静压支承和电磁直接驱动为典型特征，相对运动部件之间没有直接的机械接触，有利于提高转速和精度，工作时无磨损、效率高。综合了高速轴承技术、高速电动机技术、变频调速技术等关键技术，其功能是带动刀具(或砂轮)或工件高速旋转，实现高速精密加工，具有调速范围宽、振动噪声小、可快速起动和准停等优点，不仅具有极高的生产率，而且可显著地提高零件的加工精度和表面质量。动静压电主轴是未来超高速超精密机床主轴的首选方案之一，目前正处于快速发展阶段。

经检索，中国专利申请号：cn201710079281.8，发明创造名称：一种精确供油的油气润滑高速电主轴，该申请案包括壳体、壳体内固定有定子；壳体两端连接有前、后轴承室，轴承室内分别串联两个轴承，两轴承间通过轴承内隔垫与外隔垫分离；前后轴承支撑起芯轴，芯轴上设置有与定子匹配的转子。每个轴承分别设置一条油气润滑油路；前轴承室和壳体内分别设置环形冷却槽；轴承壳体上设置有油气进口及油气出口，油气管道通过壳体，轴承室及轴承外隔垫，并在管道末端设置有油气喷嘴，各轴承都有单独的输油管路、喷嘴及回油管路。

又如，中国专利申请号：cn201710931121.1，发明创造名称：一种电主轴，该申请案包括主轴系统组件、轴芯组件、换刀气缸组件及刀具安装组件，换刀气缸组件设于主轴系统组件上部，刀具安装组件设于轴芯组件下部；主轴系统组件包括机体组件及定子，定子设于机体组件内部，轴芯组件贯通定子；轴芯组件包括依次连接的中心出水导向体、芯轴，中心出水导向体、芯轴中部具有供冷却水流通的通道，中心出水导向体在与芯轴连接处设有高压气体的第一压力槽，主轴系统组件还包括上轴承组件，下轴承组件；上轴承组件、机体组件及下轴承组件依次连接；上轴承组件、下轴承组件均设有喷油孔。

上述两件对比专利虽然采用油气作为润滑剂提高电主轴的转速，并在气体的作用下，对电主轴进行一定的降温，但是电主轴在高速转动时，由于油中含有气体，会产生气穴、气爆等现象，对主轴以及轴承等部件是不利的，需进一步改进。

技术实现要素：

1、发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中电主轴高速运转时，其润滑剂产生气穴、气爆等现象的问题，提供了一种超精密液体动静压电主轴；本发明通过单独采用润滑油作为润滑剂，实现芯轴的高转速转动的同时，避免了润滑剂产生气穴、气爆等现象，有利于芯轴的高速转动。

2、技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种超精密液体动静压电主轴，包括芯轴，以及安装在芯轴上的驱动单元、前径向轴承、后径向轴承，所述芯轴的最外端由外壳所包裹，所述外壳上设有轴向进油通道和轴向出油通道，所述前径向轴承和后径向轴承的内壁与芯轴外壁之间留有间隙，所述轴向进油通道、轴向出油通道与该间隙相连通，润滑油通过轴向进油通道进入到间隙中，从轴向出油通道送出；所述前径向轴承和后径向轴承的两端分别设有气密封元件，对轴承进行密封。

优选的，所述前径向轴承的外表面沿其周向开设有前环形通油槽，且该前环形通油槽位于前径向轴承的中部；所述前环形通油槽通过润滑油支路与轴向进油通道相连通，且前环形通油槽与前径向轴承的内腔相连通。

优选的，所述前环形通油槽底部至少开设有2个前垂直通油孔，该前垂直通油孔沿前径向轴承的径向设置，且前垂直通油孔中安装有前径向轴承节流器，该前径向轴承节流器的出口与前径向轴承的内腔相连通。

优选的，所述前径向轴承的内壁上开设有多个前油腔，该前油腔的数量与前径向轴承节流器的数量相等；所述前径向轴承节流器的出口位于前油腔的中心。

优选的，所述前径向轴承的内壁两端上分别开设有1-3个前环形槽，每个前环形槽与一前回油孔相连通，所述前回油孔与轴向出油通道相连通。

优选的，所述后径向轴承的外表面沿其周向开设有后环形通油槽，该后环形通油槽位于后径向轴承的中部；所述后环形通油槽通过润滑油支路与轴向进油通道相连通，且后环形通油槽与后径向轴承的内腔相连通。

优选的，所述后环形通油槽底部至少开设有2个后垂直通油孔，该后垂直通油孔沿后径向轴承的径向设置，且后垂直通油孔中安装有后径向轴承节流器，该后径向轴承节流器的出口与后径向轴承的内腔相连通。

优选的，所述后径向轴承的内壁上开设有多个后油腔，该后油腔的数量与后径向轴承节流器的数量相等；所述后径向轴承节流器的出口位于后油腔的中心。

优选的，所述后径向轴承的内壁两端上分别开设有1-3个后环形槽，每个后环形槽与一后回油孔相连通，所述后回油孔与轴向出油通道相连通。

优选的，所述气密封元件沿其周向开设有环形通气槽，所述环形通气槽与外壳(8000)上的轴向进气通道(8310)相连通，所述环形通气槽的底部开设有多个通气孔，该通气孔与气密封元件的内腔相连通，通过内腔中气体的压力对轴承进行密封。

3、有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种超精密液体动静压电主轴，通过单独采用润滑油作为润滑，相对于现有技术中高速转动的电主轴所采用的的油气作为润滑而言，在保证芯轴高速转动的同时，润滑油中不会由于气体的存在而产生气穴、气爆等现象，保证芯轴运行的平稳性，提高加工精度。

(2)本发明的一种超精密液体动静压电主轴，通过在轴承外表面上开设有环形通油槽，润滑油进入到环形通油槽中会沿环形通油槽移动，并通过垂直通油孔进入到轴承的内腔中，由于环形通油槽沿轴承轴向设置，以及垂直通油孔沿轴承周向等间隔设置，保证润滑油经过垂直通油孔流入油腔的均匀性，保证芯轴高速转动的稳定性。

(3)本发明的一种超精密液体动静压电主轴，为了进一步保证芯轴高速转动的稳定性，在垂直通油孔内安装有压力补偿元件—节流器，调节油腔中的压力，保证轴承具有一定的油膜承载能力和油膜刚度，提高芯轴高速转动的平稳性。

(4)本发明的一种超精密液体动静压电主轴，通过在轴承两侧采用气密封元件对轴承两端进行密封，相对于传统的橡胶密封圈进行密封而言，该密封方式对高速转动的芯轴的影响小，如果采用传统的橡胶密封圈进行密封，芯轴在高速转动的过程中，橡胶密封圈会与相邻部件发生剧烈摩擦，造成橡胶密封圈磨损导致密封不完全，从而不利于电主轴整体的正常运作。

附图说明

图1为本发明的一种超精密液体动静压电主轴的结构示意图；

图2为图1中a-a处的剖面结构示意图；

图3为图1的右视结构示意图；

图4为图3中b-b处的剖面结构示意图；

图5为图3中c-c处的剖面结构示意图；

图6为图2中a处的局部放大结构示意图；

图7为图2中b处的局部放大结构示意图；

图8为本发明中芯轴的结构示意图；

图9为图8的左视结构示意图；

图10为本发明中后端盖的主视结构示意图；

图11为图10中d-d处的剖面结构示意图；

图12为本发明中一号密封环的结构示意图；

图13为图12中e-e处的剖面结构示意图；

图14为本发明中二号密封环的结构示意图；

图15为图14的剖面结构示意图；

图16为图15中f-f处的剖面结构示意图；

图17为本发明中止推轴承的结构示意图；

图18为本发明中止推轴承的的主视结构示意图；

图19为图18中g-g处的剖面结构示意图；

图20为本发明中前径向轴承的结构示意图；

图21为本发明中前径向轴承的主视结构示意图；

图22为图21中h-h处的剖面结构示意图；

图23为图21中i-i处的剖面结构示意图；

图24为本发明中前径向轴承的俯视结构示意图；

图25为图24中j-j处的剖面结构示意图；

图26为本发明中后径向轴承的结构示意图；

图27为本发明中后径向轴承的主视结构示意图；

图28为图27中k-k处的剖面结构示意图；

图29为图27中l-l处的剖面结构示意图；

图30为本发明中定子水冷套的结构示意图；

图31为本发明中定子水冷套的主视结构示意图。示意图中的标号说明：

1000、芯轴；1100、环形凸起；1200、配重螺纹孔；

2100、砂轮；2200、砂轮法兰盘；2300、砂轮压盖；2400、锁紧螺母；

3100、前端盖；3200、后端盖；3210、进油口；3211、出油口；3220、进水口；3221、出水口；3230、进气口；3240、进电口；3241、出电口；3250、平衡孔压盖安装槽；3251、平衡固定孔；3300、平衡孔压盖；3310、固定螺栓；

4100、一号密封环；4110、一号环形通气槽；4120、一号通气孔；4130、一号梯形内腔；4200、二号密封环；4210、二号环形通气槽；4220、二号通气孔；4230、二号梯形内腔；4300、三号密封环；4400、四号密封环；

5000、止推轴承；5110、止推轴向进油口；5120、止推径向进油通道；5130、止推环形通油槽；5140、止推轴向通油孔；5150、止推环形槽；5160、止推回油孔；5170、止推轴向出油口；5210、止推轴向通气孔；

6000、调整盘；

7100、前径向轴承；7110、前环形通油槽；7111、前垂直通油孔；7112、前径向轴承节流器；7113、前油腔；7114、前环形槽；7115、前回油孔；7120、前垂直通油盲孔；7121、前轴向进油通道；7130、前环形通水槽；7140、前挡块；7150、前轴向进油通孔；7151、前轴向出油通孔；7160、前轴向通气孔；7200、后径向轴承；7210、后环形通油槽；7211、后垂直通油孔；7212、后径向轴承节流器；7213、后油腔；7214、后环形槽；7215、后回油孔；7220、后环形通水槽；7221、后挡块；

8000、外壳；8110、轴向进油通道；8111、轴向出油通道；8210、轴向进水通道；8211、轴向出水通道；8310、轴向进气通道；

9100、转子；9200、定子；9300、定子水冷套；9310、水冷槽；9311、挡块。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1，本实施例的一种超精密液体动静压电主轴，包括安装在芯轴1000上的砂轮2100和驱动单元，其中，砂轮2100安装在芯轴1000的前端，具体为，结合图1、图2和图8，砂轮2100安装在砂轮法兰盘2200上，并通过砂轮压盖2300将砂轮2100固定在砂轮法兰盘2200上；芯轴1000前端穿过砂轮法兰盘2200，并通过一锁紧螺母2400与芯轴1000前端进行螺纹连接。本实施例中的驱动单元设置在芯轴1000的中部，用于驱动芯轴1000转动，从而带动砂轮2100旋转，对工件进行磨削操作。

本实施例中的驱动单元包括转子9100和定子9200，如图2示，转子9100套设在芯轴1000的中部，定子9200设置在转子9100的外部。通过内置电机直接驱动芯轴1000回转，省去了中间的传动环节，具有回转精度高、振动小、结构紧凑等优点。优选的，本实施例中驱动单元采用具有高功率密度、高转矩密度、无励磁损耗，转子无发热、转矩脉动小、运行稳定性高、控制精度高等优点的永磁同步电机。此外，驱动单元的外部设有一外壳8000，该外壳8000沿芯轴1000的长度方向上设置。

优选的，本实施例中在驱动单元两侧的芯轴1000上套设有前径向轴承7100和后径向轴承7200，且前径向轴承7100和后径向轴承7200位于外壳8000的内腔中。本实施例中为了实现砂轮2100的高速旋转，采用非机械接触形式控制芯轴1000转动。

现有技术中，为了保证芯轴1000的高速转动，普遍采用油气并存的方式对其进行润滑，油气润滑作为气液两相流体冷却润滑技术的典型应用，它利用压缩空气使微量的润滑油沿输送管道壁向前蠕动，将油输送到相对运动的摩擦面从而起到润滑作用，同时由于含有大量的气体，速度较高的气液两相流还可以带走大量摩擦热，又起到了冷却降温作用。并且在气液两相流中，液体与气体牢固地形成了气液两相膜。气液两相膜与单相气体膜相比，承载能力大大提高，气液两相膜的形成兼有流体动压和流体静压的双重作用。虽然采用油气进行润滑能够保证芯轴1000的高速转动，其气体将主轴在高速转动产生的热量带走，对主轴进行降温冷却，但是芯轴1000在高速转动的同时，由于油中含有气体，容易产生气穴、气爆等现象，影响芯轴1000的转动，以及芯轴1000运行的稳定性，从而导致最终加工的工件精度降低。

本实施例中为了避免这一这现象的发生，其前径向轴承7100以及后径向轴承7200的内壁与芯轴1000外壁之间留有一定的间隙，该间隙内部填充有液体，即芯轴1000悬浮在液体中，保证芯轴1000的高速旋转。由于芯轴1000转动时，液体对芯轴1000的阻力相对于直接机械接触产生的阻力较小，能够有效提高转速，同时也避免了相互间磨损。优选的，本实施例中在间隙内部填充低粘度的润滑油，如2#主轴油，在50℃其动力粘度η＝0.002(pa·s)，值得说明的是，该2#主轴油为标准产品，市面上只是品牌不同，但产品的性能都一样。由于低粘度的润滑油对芯轴1000产生的阻力小，能够有效保证芯轴1000的高速转动，且减小轴承的温升。同时，由于只采用单独的润滑油，使得芯轴1000高速旋转时，润滑油不会产生气穴、气爆等现象，保证芯轴1000运行的平稳性，提高加工精度。

结合图1、图2和图8，本实施例中芯轴1000在靠近锁紧螺母2400的一端上设有一圈环形凸起1100，在环形凸起1100与砂轮法兰盘2200之间的芯轴1000上设有前端盖3100和止推轴承5000。值得说明的是，本实施例中的前径向轴承7100与止推轴承5000分别位于环形凸起1100的两侧。此外，在芯轴1000尾端设有后端盖3200，即后端盖3200设置在后径向轴承7200远离驱动单元的芯轴1000上。

结合图2，本实施例中的外壳8000的两端分别与前径向轴承7100、后端盖3200的侧表面相连。结合图2和3，本实施例中在后端盖3200上沿其轴向开设有进油口3210和出油口3211，值得说明的是，进油口3210和出油口3211两者以后端盖3200的中心轴对称设置，同时与后端盖3200相连的外壳8000沿其轴向开设有轴向进油通道8110和轴向出油通道8111，其中轴向进油通道8110和进油口3210相连通，轴向出油通道8111与出油口3211相连通；此外，结合图20、图22、图23和图24，与外壳8000侧表面相连的前径向轴承7100沿其轴向开设有前轴向进油通孔7150和前轴向出油通孔7151，前轴向进油通孔7150与轴向进油通道8110相连通，前轴向出油通孔7151与轴向出油通道8111相连通。同时结合图2和图19，本实施例中的止推轴承5000上也设有止推轴向进油口5110和止推轴向出油口5170，该止推轴向进油口5110与轴向进油通道8110相连通，止推轴向出油口5170与轴向出油通道8111相连通。

优选的，结合图1、图2和图7，本实施例中在环形凸起1100的外部套设有调整盘6000，且该调整盘6000的两侧分别与止推轴承5000的侧壁、前径向轴承7100的侧壁相连。调整盘6000在相应位置上开设有进油通道与出油通道，且通过进油通道将轴向进油通道8110与止推轴向进油口5110相连通，出油通道将轴向出油通道8111与止推轴向出油口5170相连通。

本实施例中为了将进油通道中的油输送至相应位置，如将润滑油输送至后径向轴承7200与芯轴1000之间的间隙中，结合图2、图6、图26、图27和图28，本实施例中在后径向轴承7200的外表面沿其周向开设有后环形通油槽7210，并在外壳8000相应位置上沿其径向开设有润滑油支路，其中润滑油支路将外壳8000上的轴向进油通道8110与后环形通油槽7210相连通，用于将轴向进油通道8110中的润滑油输送至后环形通油槽7210中。

值得说明的是，本实施例中的后环形通油槽7210位于整个后径向轴承7200的中部，优选的，后环形通油槽7210位于整个后径向轴承7200的中间位置，便于后续润滑油在后径向轴承7200内腔中向两端移动，有利于润滑油扩散的均匀性，保证芯轴1000转动的稳定性。

本实施例中在后环形通油槽7210的底部上开设有后垂直通油孔7211，该后垂直通油孔7211沿后径向轴承7200的径向开设，且与后径向轴承7200的内腔相连通，即与后径向轴承7200和芯轴1000之间的间隙相连通。优选的，在后垂直通油孔7211靠近内腔的一端上设有后径向轴承节流器7212，该后径向轴承节流器7212的出口与后径向轴承7200的内腔相连通。此外，如图28和图29所示，本实施例中后径向轴承7200的内壁上开设有后油腔7213，后油腔7213的数量与后径向轴承节流器7212的数量相等，且后径向轴承节流器7212的出口位于后油腔7213的中心，通过后径向轴承节流器7212将润滑油输送至后油腔7213中，润滑油扩散将整个间隙填充，即润滑油将位于后径向轴承7200处的芯轴1000包裹。

值得说明的是，节流器作为一种压力补偿元件，能够调节油腔中的压力，保证轴承具有一定的油膜承载能力和油膜刚度，提高芯轴高速转动的平稳性。

本实施中，为了保证润滑油经过后垂直通油孔7211和后径向轴承节流器7212流入后油腔7213的均匀性，保证芯轴1000高速转动时的稳定性。后径向轴承7200上的后垂直通油孔7211沿其周向至少开设2个，如2个、3个、4个、6个……且后垂直通油孔7211等间隔设置。此外，本实施例中的多个后油腔7213沿内壁周向等间隔设置。

作为一种优选，本实施例中的后垂直通油孔7211设有4个，即后油腔7213也设有4个，4个后油腔7213沿后径向轴承7200的内壁等间隔设置。此外，本实施例中的后油腔7213的形状可以采用圆弧腔、三角腔和方型腔中的任意一种。优选的，本实施例中后油腔7213采用方型腔，如图28所示，方型腔能够适应转速较高的芯轴1000。

由于本实施例中的芯轴1000处于高速旋转状态时，芯轴1000与外部的润滑油之间产生摩擦，导致芯轴1000和润滑油升温，影响芯轴1000的运作，导致加工出的产品的精度降低。因此，本实施例中在后径向轴承7200的内壁两端上开设有后环形槽7214，即后环形槽7214位于后油腔7213的两端。结合图2、图27和图28，本实施例中的后环形槽7214沿后径向轴承7200的内壁周向开设，且位于后油腔7213每一端上设有1-3个后环形槽7214，优选的，本实施例中采用2个后环形槽7214，且每个后环形槽7214与一后回油孔7215相连通，该后回油孔7215沿后径向轴承7200的径向开设，且与外壳8000的轴向出油通道8111相连通，该结构设计使得整个油路系统呈一流动状态，更进一步的，其油路中的润滑油可以进行循环使用，提高资源的利用率，同时，由于润滑油处于流动状态，容易带走一定的热量，有效降低芯轴1000等部件升高的温度。

本实施例在后径向轴承7200处的润滑油的移动路线如图2和图6中的箭头所示，当润滑油首先从后端盖3200上的进油口3210进入到外壳8000中的轴向进油通道8110，润滑油通过润滑油支路进入到后环形通油槽7210中，润滑油会在后环形通油槽7210中沿后径向轴承7200周向运动，并流入后环形通油槽7210底部的后垂直通油孔7211，由后垂直通油孔7211上的后径向轴承节流器7212将润滑油输送至后油腔7213中，经过扩散将芯轴1000包裹，部分润滑油扩散至后环形槽7214中，润滑油通过后回油孔7215输送至轴向出油通道8111。

同理，本实施例中的前径向轴承7100的结构设计与后径向轴承7200的结构设计类似。具体为：结合图2、图20、图21、图22、图23、图24和图25，本实施例中的前径向轴承7100靠近环形凸起1100的一端其直径大于远离环形凸起1100的另一端，且直径较大的一端相当于一止推轴承，与止推轴承5000两者相互配合有效提高芯轴1000的抗倾覆能力，保证芯轴1000工作的稳定性。

本实施例中在前径向轴承7100较小的一端的外表面上开设有前环形通油槽7110，该前环形通油槽7110沿前径向轴承7100的周向进行开设，且轴向进油通道8110通过一沿其径向设计的润滑油支路与该前环形通油槽7110相连通。值得说明的是，本实施例中的前环形通油槽7110位于整个前径向轴承7100的中部，优选的，前环形通油槽7110位于整个前径向轴承7100的中间位置，便于后续润滑油在前径向轴承7100内腔中向两端移动。本实施例中前环形通油槽7110的底部沿其周向等间隔至少设有2个前垂直通油孔7111，且该前垂直通油孔7111沿前径向轴承7100的径向设置，并与前径向轴承7100的内腔相连通，即与前径向轴承7100和芯轴1000之间的间隙相连通，且每个前垂直通油孔7111靠近内腔的一端上设有前径向轴承节流器7112，所述前径向轴承节流器7112的出口与内腔相连通。此外，在前径向轴承7100的内壁上开设有多个前油腔7113，多个前油腔7113沿内壁周向设置，每个前径向轴承节流器7112的出口位于相应前油腔7113的中心，即前油腔7113与前径向轴承节流器7112的数量相等。

优选的，本实施例中的前垂直通油孔7111设有4个，即前油腔7113的个数也设有4个，且前油腔7113为方型腔，并沿前径向轴承7100的内壁周向等间隔设置。

此外，在前径向轴承7100的内壁两端上分别开设有1-3个前环形槽7114，优选的，本实施例中的前环形槽7114设有2个，且每个前环形槽7114与一前回油孔7115相连通，该前回油孔7115沿前径向轴承7100的径向开设，且与外壳8000上的轴向出油通道8111相连通。其润滑油在前径向轴承7100上的运行轨迹如图2和图7中箭头所示。

本实施例通过上述润滑油油路的设计，通过单一的润滑油实现芯轴1000的高速转动，避免芯轴1000在高速旋转时，润滑油产生气穴、气爆等现象，保证芯轴1000运行的平稳性。此外，该油路通过一条进油通道与一条出油通道实现对各部件的润滑，油路的合理设计及其分布，使得整个电主轴整体结构设计紧凑，且每个部件的结构设计简单，加工成本低。

实施例2

本实施例的一种超精密液体动静压电主轴，基本同实施例1，更进一步的：本实施例中砂轮2100在高速转动时，其芯轴1000会发生一定的弯曲，即抗倾覆能力弱，导致砂轮2100工作时位置会发生变化，因而导致加工的工件精度降低，无法适应现代高质量的生产要求。

现有技术中为了尽量降低砂轮2100工作时芯轴1000的弯曲程度，一般通过在主轴两端沿其周向固定设有凸起，通过一卡和部件对两个凸起进行限位，即卡和部件的两端分别与对应的凸起端面相连，值得说明的是，与卡和部件相连的两个凸起的端面为相互背离的两个端面，通过卡和部件对两个凸起之间的距离进行控制，因此，砂轮2100在转动时，芯轴1000由于在卡和部件于凸起的相互配合的作用下，即卡和部件对凸起的端面产生作用力，且两作用力相对，因而可以降低芯轴1000的弯曲程度，但是芯轴1000进行高速转动时，上述的结构设计并不实用，工作一段时间后，卡和部件与凸起由于相互接触发生一定的磨损，导致两者之间存在间隙，该间隙随着时间的推移，间隙越来越大，因此会导致芯轴1000在转动的过程中，其弯曲程度也会越来越大，进而导致加工出产品的精度也会越来越低，严重影响企业的发展。此外，为了有效保证芯轴1000较低的弯曲，需要对两个凸起表面进行加工，导致生产成本较高，因此，需要进一步改进。

本实施例中为了解决上述这一问题，结合图2，本实施例中环形凸起1100的两端分别为止推轴承5000和前径向轴承7100，如图2和图7所示，通过润滑油、止推轴承5000和前径向轴承7100相互配合提高芯轴1000的抗倾覆能力，提高整个电主轴的刚度。

具体为：由于本实施中环形凸起1100外部的调整盘6000的存在，调整盘6000的厚度大于环形凸起1100的厚度，止推轴承5000的侧壁与环形凸起1100的侧表面之间存在一定的间隙，前径向轴承7100的侧壁与环形凸起1100的侧表面之间也存在一定的间隙，上述间隙在附图中并未体现。值得说明的是，本实施例中在上述间隙中填充有润滑油，通过润滑油对环形凸起1100侧表面产生的压力保证芯轴1000具有较高的抗倾覆能力。

值得说明的是，本实施例中根据实际芯轴1000的转速，安装不同厚度的调整盘6000，从而改变间隙大小，使得润滑油对环形凸起1100侧表面产生不同的压力，有效保证芯轴1000的抗倾覆能力，从而提高产品加工的精确度。

本实施例中止推轴承5000的结构如图17所示，并结合图18和图19，止推轴承5000沿其径向开设有一止推径向进油通道5120，该止推径向进油通道5120与止推轴向进油口5110的一端相连通，所述的止推轴向进油口5110沿止推轴承5000的轴向开设，其止推轴向进油口5110的另一端与轴向进油通道8110相连通。如图17所示，本实施中在止推轴承5000的侧表面上开设有止推环形通油槽5130，该止推环形通油槽5130与止推轴承5000两者同轴，所述止推环形通油槽5130的底端上设有止推轴向通油孔5140，该止推轴向通油孔5140沿止推轴承5000的轴向设置，且该止推轴向通油孔5140与止推轴承5000和环形凸起1100之间的间隙相连通。

本实施例中的止推轴向通油孔5140设有多个，如2个、3个、4个、6个、8个……且多个止推轴向通油孔5140等间隔设置。此外，每一个止推轴向通油孔5140中设有压力补偿元件—节流器，通过节流器改变流过的润滑油的压力，保证润滑油对环形凸起1100侧表面产生足够大的压力。

优选的，本实施例中止推轴向通油孔5140设有4个。靠近环形凸起1100的止推轴承5000侧表面上开设有止推环形油压槽，该止推环形油压槽与止推轴承5000同轴，且止推轴向通油孔5140的出口位于止推环形油压槽的底部，本实施例中通过该止推环形油压槽与止推轴向通油孔5140的设计布局，保证润滑油整体对止推轴承5000侧表面各部分产生力的大小相同，避免止推轴承5000的侧表面受力不均而降低芯轴1000的抗倾覆能力。

同理，本实施例中为了保证环形凸起1100的两个侧表面受到的力大小相等，结合图20、图21、图23、图24和图25，其前径向轴承7100的前环形通油槽7110的底部设有多个前垂直通油盲孔7120，该前垂直通油盲孔7120的数量与止推轴向通油孔5140的数量相同，且多个前垂直通油盲孔7120等间隔设置。本实施例中每个前垂直通油盲孔7120与一前轴向进油通道7121相连通，如图25所示，前轴向进油通道7121沿前径向轴承7100轴向设置，且前轴向进油通道7121的出口与前径向轴承7100和环形凸起1100之间的间隙相连通。优选的，本实施例中的前轴向进油通道7121内设有节流器。

作为一种优选，本实施例中的前垂直通油盲孔7120设有4个，本实施例中在靠近环形凸起1100的前径向轴承7100的侧表面上开设有前环形油压槽，该前环形油压槽与前径向轴承7100同轴，且前轴向进油通道7121的出口位于该前环形油压槽的底部。

本实施例中环形凸起1100两侧的止推轴承5000和前径向轴承7100的结构设计，通过润滑油对环形凸起1100的侧表面产生稳定的压力，有效保证了芯轴1000在转动过程中具有较大的抗倾覆能力。

此外，如图17和图19所示，本实施例中止推轴承5000的内壁沿其周向设有止推环形槽5150，该止推环形槽5150与一止推回油孔5160相连通，所述止推回油孔5160沿止推轴承5000的径向设置，所述止推回油孔5160与止推轴向出油口5170相连通。结合图2和图7，该止推轴向出油口5170通过前轴向出油通孔7151与轴向出油通道8111相连通，止推轴向进油口5110通过前轴向进油通孔7150与轴向进油通道8110相连通。值得说明的是，由于前径向轴承7100也作为一止推轴承，其前轴向进油通孔7150和前轴向出油通孔7151位于直径较大的一端。

实施例3

本实施例的一种超精密液体动静压电主轴，基本同实施例2，更进一步的：本实施例中通过润滑油实现芯轴1000的高速转动，润滑油会渗透到其他部件，造成漏油从而影响工作，因此为了避免这一问题，本实施例中通过在润滑油与芯轴1000接触处的两端分别设有一气密封元件，如前径向轴承7100和后径向轴承7200，如图1所示，由于本实施例中环形凸起1100处有润滑油的存在，所以为了节约成本，如图2所示，本实施例中在止推轴承5000靠近砂轮2100的一端设有一号密封环4100，在前径向轴承7100远离砂轮2100的一端设有二号密封环4200；本实施例中的后径向轴承7200两端设有三号密封环4300和四号密封环4400。

本实施例中通过密封环对轴承两端进行密封，优选的本实施例中的密封环中通入气体，通过气体对其进行密封，该密封方式相对于传统的橡胶密封圈而言，对高速转动的芯轴1000的影响较小，如果采用传统的橡胶密封圈进行密封，芯轴1000在高速转动的过程中，橡胶密封圈会与相邻部件发生剧烈摩擦，造成橡胶密封圈磨损导致密封不完全，从而不利于电主轴整体的正常运作。

本实施例中为了控制密封气体进入到各个密封环中，结合图3和图4，在后端盖3200上沿其轴向开设有一进气口3230，该进气口3230与沿外壳8000轴向开设的轴向进气通道8310相连通，且该轴向进气通道8310在相应位置设有气路支管，轴向进气通道8310中的气体通过气路支管进入到相应的密封环中，通过气体对轴承两端进行密封。值得说明的是，由于一号密封环4100位于止推轴承5000靠近砂轮2100的一端，气体需要送入至一号密封环4100，结合图4、图17和图20，其前径向轴承7100沿其轴向开设有前轴向通气孔7160，该前轴向通气孔7160位于前径向轴承7100直径较大的一端，且该前轴向通气孔7160一端与轴向进气通道8310相连通另一端与调整盘6000的通气通道相连通；本实施例中的止推轴承5000沿其轴向开设有止推轴向通气孔5210，该止推轴向通气孔5210一端与调整盘6000的通气通道相连通，另一端与前端盖3100中的气体进气口相连通，所述气体进气口与一径向设置的端盖气路支管相连通，通过前端盖3100上的端盖气路支管将气体输送至一号密封环4100中。如图4所示，其箭头的运动轨迹表示气体移动路线。上述端盖气路支管为气路支管中的一个。

本实施例中的一号密封环4100的结构设计如图12所示，并结合图4、图7和图13，其一号密封环4100沿其周向开设有一号环形通气槽4110，该一号环形通气槽4110与端盖气路支管相连通。此外，在一号环形通气槽4110的底部开设有至少4个一号通气孔4120，值得说明的是，本实施例中的一号通气孔4120沿一号密封环4100的径向设置，且一号通气孔4120的数量为偶数，如4个、6个、8个、10个……多个一号通气孔4120沿密封环周向等间隔设置，有效保证每个一号通气孔4120在单位时间内通入气体的量相等，从而有效对止推环形槽5150中的润滑油进行密封。一号通气孔4120的数量设计越多越有利气密封。值得说明的是，本实施例中的润滑油通过油路进入到进入到芯轴1000与其他部件之间的间隙中，如环形凸起1100与止推轴承5000之间，润滑油部分会进入到止推环形槽5150中，由于本实施例中设有两个止推环形槽5150，即通过2级密封的方式对润滑油进行初步密封，为了提高密封效果，增设有气密封，通过气密封与该2级密封两者相互配合，对润滑油进行密封。

作为一种优选，本实施例中的一号通气孔4120设有12个。

本实施例中的一号通气孔4120与一号密封环4100的内腔相连通，该一号密封环4100的内腔截面如图13所示，该内腔的一端设有一号梯形内腔4130，且一号梯形内腔4130口径较小的一端朝向止推环形槽5150，气体通过一号通气孔4120流入到一号密封环4100的内腔中，由于气体存在一定的压力，迫使气体沿着一号梯形内腔4130流向止推环形槽5150，从而达到对止推环形槽5150中的润滑油进行密封的目的，如图7所示。

同理，本实施例中的二号密封环4200的结构设计与一号密封环4100的结构设计类似，具体为：如图14所示，并结合图15和图16，本实施例中的二号密封环4200沿其周向设有二号环形通气槽4210，该二号环形通气槽4210通过气路支管与轴向进气通道8310相连通，且在二号环形通气槽4210的底部至少设有4个二号通气孔4220，该二号通气孔4220沿二号密封环4200的径向设置，且二号通气孔4220的数量为偶数个，如4个、6个、8个、10个……多个二号通气孔4220等间隔设置。此外，本实施例中的二号通气孔4220与二号密封环4200的内腔相连通，如图15所示，本实施例中的二号密封环4200内腔一端设有二号梯形内腔4230，气体输通过二号通气孔4220流向二号密封环4200的内腔中，由于二号梯形内腔4230存在，其倾斜面具有引导作用，在一定气体的压力作用下，流向前回油孔7115，对前回油孔7115中的润滑油进行密封。

作为一种优选，本实施例中的二号通气孔4220设有12个。

本实施例中通过一号密封环4100和二号密封环4200对止推轴承5000与前径向轴承7100中的润滑油进行密封，避免润滑油漏油的现象发生。

此外，本实施例中的三号密封环4300和四号密封环4400的结构设计与二号密封环4200的结构设计相同，两者相互配合对后径向轴承7200的润滑油进行密封。

值得说明的是，本实施例中的气体通过回油孔进入到轴向出油通道8111中，从出油口3211流出。

实施例4

本实施例的一种超精密液体动静压电主轴，基本同实施例3，更进一步的：本实施例中的密封环上的梯形内腔的倾斜面与各自对应的密封环的中轴线之间的夹角为15°-75°。

本实施例中的倾斜面与各自对应的密封环的中轴线之间的夹角可以取15°、20°、30°、45°、60°或75°。

值得说明的是，其倾斜面在整个过程中起的是导向作用，同时也起到增压的作用，将流入密封环内腔中的气体导向至环形槽中，该倾斜面与密封环的中轴线之间的夹角越小，倾斜面的导向作用越大，越有利于将气体导向至环形槽中；但是倾斜面与密封环的中轴线之间的夹角越小，其通气孔距环形槽越远，使得气体在移动过程中增压作用时间较长，同时也使得密封环的厚度增加，会增加芯轴1000的长度，不利于芯轴1000的高速转动。

因此，作为一种优选，本实施例中的倾斜面与各自对应的密封环的中轴线之间的夹角为45°。

实施例5

本实施例的一种超精密液体动静压电主轴，基本同实施例4，更进一步的：

由于采用非机械接触形式控制芯轴1000转动，虽然能够实现芯轴1000的高速转动，但是芯轴1000在高速转动下，必然使得芯轴1000与其相连接的部件升温，使其发生热变形，该结果一方面是会造成砂轮2100的位置发生变化，影响产品的加工精度；另一方面，芯轴1000发生热变形时，会对油膜厚度和粘性功率耗散产生较大的影响，从而影响芯轴1000的支承刚度和回转精度。

为了避免这一问题的发生，现有技术中采用通入冷却水对其进行降温，虽然冷却水能够实现降温这一效果，但是，由于在整个电主轴中存在油路、气路，且现有技术中的油路和气路为同一通道，一般分为多个通道进行供气油混合物，使得整个电主轴结构较为复杂，因而水路的结构设计进一步加大整个电主轴的复杂程度，导致相应部件的结构设计复杂，需进一步改进。

本实施例中为了解决上述问题，使得水路、油路和气路各司其职，使得整个电主轴中各路线设计布局更加合理，结合图3和图5，本实施例中的后端盖3200上设有进水口3220和出水口3221，两者相邻设置，且进水口3220和出水口3221沿后端盖3200的轴向开设。本实施例中外壳8000沿其轴向设有轴向进水通道8210、轴向出水通道8211；其中轴向进水通道8210与进水口3220相连通，轴向出水通道8211与出水口3221相连通。

本实施例中芯轴1000在驱动单元的作用下高速转动，其中驱动单元、前径向轴承7100和后径向轴承7200发热较为严重，因此为了对其进行降温，本实施例中在外壳8000上开设有多个进水支管，多个进水支管沿外壳8000的轴向排布，且每个进水支管沿外壳8000的径向开设。如图5所示，本实施例中的进水支管一端与轴向出水通道8211相连通，另一端与轴承或定子水冷套9300上的相应部件相连通。

如图20和图21，本实施例中的前径向轴承7100外表面沿其周向开设有前环形通水槽7130，该前环形通水槽7130与进水支管相连通，为了在保证不影响供油的情况下，其前环形通水槽7130设有2个，且2个前环形通水槽7130都位于直径较小的一端上，2个前环形通水槽7130分别位于前环形通油槽7110的两侧。此外，如图20所示，本实施例在每个前环形通水槽7130两侧分别设有一个密封槽，该密封槽沿前径向轴承7100的周向设置，且密封槽安装有橡胶密封圈，保证冷却水的密封性，不会对油路和其他部件产生影响。

同理，如图26和图27，本实施例中在后径向轴承7200外表面沿其周向开设有2个后环形通水槽7220，2个后环形通水槽7220分别位于后环形通油槽7210的两侧，每个后环形通水槽7220与进水支管相连通，用于对整个后径向轴承7200进行冷却。在每个后环形通水槽7220的两侧分别设有密封槽，用于放置橡胶密封圈，对冷却水进行密封，避免冷却水泄露。

此外，本实施例中在定子9200与外壳8000之间设有定子水冷套9300，该定子水冷套9300的结构如图30和图31，该定子水冷套9300外表面沿其周向开设有水冷槽9310，该水冷槽9310与一进水支管相连通，用于将轴向进水通道8210中的冷却水输送至水冷槽9310中对驱动单元进行降温。此外，在水冷槽9310的两侧设有密封槽，用于放置橡胶密封圈，对冷却水进行密封。

如图5所示，本实施例中在外壳8000上设有多个出水支管，出水支管的数量与进水管的数量相等，每个出水支管一端与轴向出水通道8211，另一端与轴承或定子水冷套9300相连通，具体为：其中部分出水支管的另一端与前径向轴承7100的前环形通水槽7130相连通，部分出水支管的另一端与后径向轴承7200的后环形通水槽7220相连通，剩余部分出水支管的另一端与定子水冷套9300的水冷槽9310相连通。通过设有进水支管与出水支管使得冷却水在前径向轴承7100、后径向轴承7200、定子水冷套9300中的冷却水成循环状态，使得各部件的冷却效果最佳。此外，由于各支管的设计，使得各部件单独进行冷却，不会相互影响，避免其中一支管或者部件不能正常运行，造成其他部件的无法冷却的问题。

优选的，如图20所示，本实施例中在前径向轴承7100的前环形通水槽7130上设有一前挡块7140，该前挡块7140将前环形通水槽7130隔断。本实施例中与同一前环形通水槽7130相连通的进水支管与出水支管分别位于前挡块7140的两侧，当冷却水从进水支管进入到前环形通水槽7130时，由于前挡块7140的阻挡，使得冷却水朝着远离前挡块7140的方向进行移动，当冷却水沿着前径向轴承7100的周向移动到前挡块7140的位置时，冷却水通过出水支管排出，使得冷却水始终处于流动状态。优选的，本实施例中的冷却水可以采用循环冷却水进行冷却。整个结构设计能够充分发挥出冷却水的冷却效果，有利于电主轴进行正常的高速转动。

同理，如图26和图30所示，其中，在后径向轴承7200的后环形通水槽7220上设有后挡块7221，在定子水冷套9300上同样设有挡块9311。所述的后挡块7221、挡块9311和前挡块7140的作用相同，保证冷却水处于流动状态，充分对相应部件进行冷却。值得说明的是，在对应的后挡块7221两侧分别为进水支管和出水支管的开口，在挡块9311两侧同样为一进水支管和出水支管的开口。

本实施例中为了对驱动单元进行供电，结合图3和图4，本实施例中的后端盖3200上设有进电口3240、出电口3241；所述进电口3240和出电口3241沿后端盖3200的轴向开设，用于放置供电线路，且该供电线路与对驱动单元相连，对驱动单元进行供电。

实施例6

本实施例的一种超精密液体动静压电主轴，基本同实施例5，更进一步的：本实施例中为了使冷却水在前环形通水槽7130、后环形通水槽7220或水冷槽9310中的冷却效果更佳，其前环形通水槽7130中的前挡块7140与前环形通水槽7130的侧边呈一定的夹角，该夹角为锐角，即前挡块7140倾斜设置。同时，本实施例中位于前挡块7140两侧的进水支管和出水支管的位置进行布局，即进水支管与前环形通水槽7130相连通的位置位于前挡块7140一侧边与前环形通水槽7130的一侧边所夹的锐角之间，出水支管与前环形通水槽7130相连通的位置位于前挡块7140另一侧边与前环形通水槽7130的另一侧边所夹的锐角之间。

值得说明的是，由于前挡块7140倾斜设置，当冷却水从进水支管进入到前环形通水槽7130时，由于进水支管与前环形通水槽7130连通的位置位于前挡块7140一侧边与前环形通水槽7130的一侧边所夹的锐角之间，冷却水首先充满锐角，同时在前挡块7140的作用下，在前挡块7140的阻碍及其引导作用下，冷却水向着背离前挡块7140的方向移动；当冷却水移动到前挡块7140的另一侧面与前环形通水槽7130的另一侧边所夹的锐角时，在两侧边的作用下，使得冷却水集中到锐角处，通过该锐角上方的出水支管将冷却水送入至轴向出水通道8211中。该前挡块7140倾斜设置的结构设计相对于前挡块7140与前环形通水槽7130的侧边垂直设置而言，处于前环形通水槽7130中的冷却水的流动效果更佳，提高冷却水对前径向轴承7100的冷却效果。

同理，本实施例中的后挡块7221、挡块9311也倾斜设置，且作用相同，即后挡块7221与后环形通水槽7220的侧边呈一锐角；挡块9311与水冷槽9310的侧边也呈一锐角。

实施例7

本实施例的一种超精密液体动静压电主轴，基本同实施例6，更进一步的：本实施例中芯轴1000在进行高速转动时，由于芯轴1000具有一定的长度，且芯轴1000前端安装有砂轮2100，在进行高速转动的过程中，容易发生失衡的问题，导致加工出的产品其质量和档次较差。

为了保证采用本实施例中的电主轴加工出来的产品质量和档次，如图9所示，本实施例中在芯轴1000的尾端端面上开设有多个配重螺纹孔1200，该配重螺纹孔1200沿芯轴1000尾端端面周向等间隔分布，结合图2，本实施例中的配重螺栓与该配重螺纹孔1200螺纹连接，通过配重螺栓作为芯轴1000的配重模块，起到芯轴1000的动平衡作用。

值得说明的是，本实施例中的配重螺纹孔1200的数量根据实际生产加工进行确定。

此外，结合图2、图10和图11，在后端盖3200上安装有一平衡孔压盖3300，具体为：所述后端盖3200的中部开设有平衡孔压盖安装槽3250，且沿平衡孔压盖安装槽3250的底部周向开设有多个平衡固定孔3251，多个平衡固定孔3251等间隔设置，平衡孔压盖3300放置在平衡孔压盖安装槽3250中，固定螺栓3310穿过平衡孔压盖3300并与平衡固定孔3251螺纹相连，通过固定螺栓3310将平衡孔压盖3300固定在后端盖3200上，对芯轴1000、配重螺栓等部件进行保护。

此外，本实施例中的配重螺纹孔1200也可以设置在芯轴1000前端端面上，通过配重螺栓保证芯轴1000的动平衡。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。