一种直驱式气浮主轴的制作方法

本实用新型涉及机床加工技术领域，具体涉及一种直驱式气浮主轴。

背景技术：

气浮主轴(又称为空气主轴)指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而可用于高速机器、仪器及放射性装置中，但其负荷能力比油低。

现有的气浮主轴结构复杂，工件在高速旋转的时候，气浮不稳定，不利于高速运转。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的直驱式气浮主轴，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种直驱式气浮主轴。

本实用新型的技术方案如下：

一种直驱式气浮主轴，其特征在于：

包括主径向轴承及外壳(4)，设置在所述主径向轴承及外壳(4)上的径向轴承部，所述径向轴承部包括设置在所述主径向轴承及外壳(4)左端的前端止推轴承(3)，设置在所述主径向轴承及外壳(4)内部的后端止推轴承(6)；

所述径向轴承部内设置有转轴(5)；

所述转轴(5)内设置有推杆(17)，所述推杆(17)通过位于所述主径向轴承及外壳(4)尾端的双作用气缸(14)驱动；

所述转轴(5)前端为中空，所述推杆(17)位于该中空部分设置有压紧螺母(18)和碟片弹簧(19)；

所述主径向轴承及外壳(4)外部还连接有弹簧夹头(1)；

还包括位于所述主径向轴承及外壳(4)内的电机定子(7)，以及设置在所述转轴(5)上的电机动子(8)。

进一步的，所述主径向轴承及外壳(4)内还设置有辅助径向轴承(9)和辅助轴(10)，所述辅助径向轴承(9)位于所述主径向轴承及外壳(4)内壁上，所述辅助轴(10)位于所述辅助径向轴承(9)内壁上，所述转轴(5)套设在所述辅助轴(10)内部。

进一步的，所述主径向轴承及外壳(4)和双作用气缸(14)之间还连接有工件安装反馈装置(12)，所述工件安装反馈装置(12)内壁上设置有唇形密封圈(13)，所述转轴(5)套设在所述唇形密封圈(13)内。

进一步的，所述主径向轴承及外壳(4)内还设置有旋转编码器(11)。

进一步的，所述转轴(5)材料采用y1cr17。

进一步的，所述前端止推轴承(3)及后端止推轴承(6)气浮面均压槽形式设计为雪花状。

进一步的，所述均压槽槽宽0.12～0.18mm，槽深20～30um。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

本装置能够有效实现气浮，并能够在高转速下带定位控制运行。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型的剖视结构示意图；

图2是本实用新型的止推轴承气浮压槽结构示意图；

图中：弹簧夹头1、夹头固定座2、前端止推轴承3、主径向轴承及外壳4、转轴5、后端止推轴承6、电机定子7、电机动子8、辅助径向轴承9、辅助轴10、旋转编码器11、工件安装反馈装置12、唇形密封圈13、双作用气缸14、推杆衬套15、气缸固定板16、推杆17、压紧螺母18、碟片弹簧19。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型作为一种直驱式气浮主轴，能够将主轴直接通过气浮的方式进行支撑，减小了摩擦力，使其具有更高的精度以及更高的速度。

本装置具体包括了弹簧夹头1、夹头固定座2、前端止推轴承3、主径向轴承及外壳4、转轴5、后端止推轴承6、电机定子7、电机动子8、辅助径向轴承9、辅助轴10、旋转编码器11、工件安装反馈装置12、唇形密封圈13、双作用气缸14、推杆衬套15、气缸固定板16、推杆17、压紧螺母18、碟片弹簧19。

主径向轴承及外壳4作为整个装置的壳体部分，其具有外壳和主径向轴承两个方面的功能，具体主径向轴承在内壁上，外壳主要是外壁，相当于前端的内部作为主径向轴承。主径向轴承及外壳4内通过一个隔环分割成两个安装空间，其中主径向轴承在左侧的安空间中，后端止推轴承6是安装在主径向轴承及外壳4内部的也位于左侧的安装空间中，在右侧的安装空间的一端安装有辅助径向轴承9和辅助轴10，辅助径向轴承9连接在右侧安装空间的内壁上，辅助轴10位于辅助径向轴承9内部。

前端止推轴承3位于主径向轴承及外壳4的前端，转轴5安装到主径向轴承及外壳4的内壁，位于前端止推轴承3、主径向轴承、后端止推轴承6、辅助轴10的内部，转轴5与辅助轴10连接方式为过盈配合，能达到两个气浮面较高的同轴度。

电机定子7固定在主径向轴承及外壳4中右侧安装空间的内壁上并位于辅助径向轴承9的一侧，作为整个气浮主轴的定子部分，电机动子8是安装到转轴5上的。

工件安装反馈装置12连接至主径向轴承及外壳4的尾部，并在其后连接有气缸固定板16和双作用气缸14。

推杆衬套15位于转轴5的尾端内部，推杆17位于转轴5的内部且一端位于推杆衬套15内，推杆17连接双作用气缸14的驱动端。

唇形密封圈13是位于工件安装反馈装置12和转轴5之间，主要起到密封的作用。

旋转编码器11套接在转轴5的外部，主要起到高速运动过程中可实现精确定位控制。

转轴5的前端具有一个安装空间设计成中空形式，给碟片弹簧19及压紧螺母18等零件安装留有足够的安装空间，压紧螺母18、碟片弹簧19连接到转轴5上，弹簧夹头1连接至主径向轴承及外壳4的端部，弹簧夹头1还延伸至主径向轴承及外壳4内部并和碟片弹簧19相互接触。弹簧夹头1与转轴5相连，正常工作时随转轴5一起转动。由于压紧螺母18有预紧，常态时碟片弹簧19有一定压缩量，会将推杆17推至最后，此时弹簧夹头1处于收紧夹持状态。当气缸14工作时，将推杆17向前推动，碟片弹簧19继续压缩，弹簧夹头1在推杆17的带动下张开，夹取工件。

径向轴承由前后两部分组成，前端由主径向轴承及外壳4与转轴5组成，采用双排节流孔，每排节流孔18个，轴径相对较粗，气膜间隙相对较小(12.5um左右单边间隙)，能提供较大的径向刚度。在径向支撑上起主要作用。后端由辅助径向轴承9与辅助轴10组成，采用单排节流孔，节流孔个数10个，轴径相对较小，气膜间隙相对较大(20um左右单边间隙)，在径向支撑上起辅助支撑作用。双轴承所提供的的径向刚度更大，承载力更大，在主轴高转速运动中更稳定，辅助轴承气膜间隙相对更大，承载力相对较小，能够有效克服前后轴承安装偏心误差，确保主轴高速运行稳定性。

转轴5材料采用不锈钢材质(y1cr17)，表面渗氮处理，使主轴甚至可以在潮湿的切削环境中运行，辅助轴10材料采用铝合金材料，表面做硬质阳极氧化处理，表面硬化易于加工，能达到较高精度。

前端止推轴承3、主径向轴承及外壳4、后端止推轴承6及辅助径向轴承9基体材料均为铝合金材料，质量较轻且易于加工，气浮表面考虑到加工性及材料稳定性，在气浮表面高温烧结或高温喷涂一层mosi2材料，厚度0.5～1mm左右。此种做法优点，既提高材料的表面硬度，又有一定的可加工性，较低的热膨胀系数是做气浮轴承的极佳材料。

前端止推轴承3及后端止推轴承6气浮面均压槽形式设计为雪花状，使整个气浮面压力均等，不会产生偏心及气锤，提高主轴高转速下的稳定性。

电机为直驱力矩电机，电机定子7自带水冷槽，缩小了主轴设计尺寸。电机定子7及电机动子8均采用粘接的方式与主径向轴承及外壳4及转轴5固定，易于安装且节省空间。辅助径向轴承9与主径向轴承及外壳4装配方式为过盈配合，此做法能最大限度的满足前后径向轴承的同轴度。工件安装反馈装置12能将带有压力的气体输送至弹簧夹头1前端，当有工件安装时，后端压力表示数升高，能够有效判别是否有工件安装。

本装置能够有效实现气浮，并能够在高转速下带定位控制运行。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。