具有动压轴承单元的主轴装置的制作方法

本发明涉及一种主轴装置，特别是涉及一种具有动压轴承单元的主轴装置。

背景技术：

现有的主轴装置，如同中国台湾公告号第348590号专利案所公开的砂轮主轴稳定及润滑系统，包含一个穿设于一个机座轴管内呈锥状的砂轮主轴，且该砂轮主轴的后端部包括一个固设有一个止推轴承的平滑轴杆。另外，该砂轮主轴的两端外缘分别非接触地穿套有一个呈锥度配合的轴衬，该锥度方向是由轴向压力源的端部往非轴向压力源的端部渐缩。该止推轴承与所述轴衬三者相配合对该砂轮主轴产生定位与支撑，以获得研磨时所需要的稳定性。虽然所述轴衬与该砂轮主轴间形成有油膜是以动压方式支撑该砂轮主轴因而具备有高度精密性，然而该止推轴承却是一个精度远不及所述动压轴承的斜角滚珠轴承。在这样的搭配下，将导致轴向精度的控制力不佳而使得整体加工精度无法获得进一步的提升。如前文所述搭配不良的缺点也见于中国台湾公告号第M358035号专利案所公开的平面磨床的砂轮头。

另有，如同中国台湾公告号第I395886号专利案所公开的具有动压轴承的驱动器，包含一个穿设于一个定子内的转子，该定子的两端分别盖设有一个具有前动压轴承的前盖与一个具有后动压轴承的封盖，且该转子的两端穿设出该前盖与该封盖并受所述前、后动压轴承的径向支撑。该驱动器还包含一个设置于该转子的一端的止推件，该止推件也以动压的方式提供该转子的轴向支撑。然而，该驱动器供润滑油至所述前、后动压轴承及该止推件乃是采用一次性的预填方式，完成填油的步骤后便以封闭体封住填油孔洞。当该驱动器经过若干时间的运转后，需要将已磨耗的润滑油排出并重新更换润滑油时并不方便。且，该驱动器中用于提供该转子轴向支撑的止推件是与该转子一并转动，若是在大型加工系统中的主轴使用同样的方式来提供轴向支撑，该止推件会使该主轴的动平衡不佳，将会对加工质量产生不良影响。如前文所述的缺点也见于中国台湾公告号第I294768号专利案所公开的液体动压轴承结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种同时应用动压轴承于提供心轴所需要的径向支撑与轴向支撑、支撑构件不随心轴一并转动，且润滑油是可以便于替换循环的具有动压轴承单元的主轴装置。

本发明的具有动压轴承单元的主轴装置，包含一个外筒、一个心轴及一个动压轴承单元。

该外筒包括一个围绕一条轴线界定出一个轴孔的筒壁，该筒壁具有一个前端部、一个相反于该前端部的后端部、一个设置于该前端部且能供一个压力油源注入的入油孔，及一个设置于该后端部的出油孔。

该心轴能转动地穿设于该轴孔，且包括一个穿设出该外筒前端的连接段、位于该入油孔及该出油孔间且沿轴向相间隔的一个外径大于该连接段外径的前支撑段及一个后支撑段，及一个介于该连接段与该前支撑段间的抵肩面。该前支撑段与该后支撑段其中至少一者的外表面由该前端部朝该后端部呈渐缩的推拔状。

该动压轴承单元包括一个非接触地套设于该前支撑段且安装于该筒壁的内壁面的前衬套、一个非接触地套设于该后支撑段且安装于该筒壁的内壁面的后衬套，及一个盖设于该前端部且供该连接段穿出的前盖。

该前衬套与该心轴的前支撑段间界定出一个位于该入油孔下游的前油隙。该后衬套与该心轴的后支撑段间界定出一个后油隙，该后油隙位于该前油隙下游且位于该出油孔上游。

该前盖具有一个相对于该抵肩面的小径段、一个由该小径段朝前延伸且其外周面与该筒壁的内壁面相密合的大径段，及一个连接于该小径段外周面与该大径段外周面间且相对于该前衬套的过油环面。该小径段具有一个相对于该抵肩面且形成有多个环绕该心轴设置的建压坡段的止推面。该前盖还具有一个缓冲油槽，及一个连通于该缓冲油槽与该止推面间的油路组。其中，该缓冲油槽由该过油环面、该小径段的外周面、该前衬套邻近于该外筒的前端面与该筒壁的内壁面共同界定出，并且连通该入油孔及该前油隙。

较佳地，该油路组具有多个分别位于所述建压坡段间的储油凹槽，所述储油凹槽连通于该小径段的外周面与该止推面间。

较佳地，该前盖还具有一个旁通油路组，该旁通油路组包括一个沿径向凹设于该前盖内壁面且环绕于该心轴的储油环槽、一个凹设于该大径段的外周面且连通于该入油孔与该缓冲油槽间的入油凹槽、一个连通于该储油环槽与该入油凹槽间的旁通孔，及多个分别连通于所述储油凹槽与该储油环槽间的穿孔。

较佳地，该前盖还具有一个由该大径段朝前延伸且外径大于该大径段外径的凸缘段，及一个连接于该凸缘段外周面与该大径段外周面间供抵贴该外筒前端面的连结面。

较佳地，该前盖还具有一个塞设于该凸缘段与该心轴间的内止漏环，及一个塞设于该大径段与该筒壁的内壁面间的外止漏环。

较佳地，该前油隙具有多个环绕该心轴间隔设置的前建压环段，及多个位于所述前建压环段间的前过油道，所述前过油道的最大径向尺寸大于所述前建压环段的最大径向尺寸。

较佳地，该后油隙具有多个环绕该心轴间隔设置的后建压环段，及多个位于所述后建压环段间的后过油道，所述后过油道的最大径向尺寸大于所述后建压环段的最大径向尺寸。

较佳地，该心轴的该后支撑段外表面呈渐缩的推拔状，该主轴装置还包含一个后衬间隔环，且该后衬套沿轴向由前至后依序包括一个后衬小径段、一个后衬肩面及一个后衬大径段，且该筒壁的内壁面相对于该后衬肩面形成有一个供该后衬套靠抵的后筒肩面，该后衬间隔环套设于该后衬小径段且介于该后衬肩面与该后筒肩面间。

较佳地，该筒壁还具有一个旁通入油道，该旁通入油道的一端连通该入油孔，而另一端于该筒壁内壁面位于该前衬套与该后衬套间形成一个开口。

较佳地，该具有动压轴承单元的主轴装置还包含一个盖设于该外筒的后端部且套设该心轴的后盖，该后盖包括至少一个连通于该出油孔的后盖出油道。

本发明的有益效果在于，通过该动压轴承单元的该前油隙与该后油隙以动压的方式分别径向承托该心轴的前支撑段与后支撑段，及该止推面以动压的方式轴向承托该心轴的抵肩面，因此该心轴在径向及轴向是同时能获得该动压轴承单元的支撑。另外，该前衬套、该后衬套及该止推面是固设于该外筒，也就是说支撑构件不随该心轴一并转动。且该压力油源注入的润滑油，是能自该入油孔流动至该出油孔而排出，因此便于润滑油的循环与替换。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一侧视组合部分剖面图，说明本发明具有动压轴承单元的主轴装置的一个第一实施例，其前端安装一个加工装置且后端连接至一个驱动装置；

图2是沿图1中的线II-II剖切的一个局部剖面图，说明一个前衬套与一个前支撑段间界定出的一个前油隙；

图3是该第一实施例的一个局部侧视部分剖面图，说明一个后衬套与一个后盖的设置方式；

图4是该第一实施例的一个局部侧视部分剖面图，说明一个前衬套与一个前盖的设置方式；

图5是该第一实施例的该前盖的立体图，说明该前盖的一个止推面上形成有多个建压坡段及多个储油凹槽；

图6是该前盖的一侧视图，说明所述储油凹槽的截面形状；

图7是该前盖的一个局部侧视图；

图8是一个局部侧视部分剖面图，说明本发明具有动压轴承单元的主轴装置的一个第二实施例；

图9是该第二实施例的一个前盖的立体图，说明该前盖的一个止推面上形成有多个建压坡段及多个储油凹槽。

具体实施方式

参阅图1，本发明具有动压轴承单元的主轴装置的一个第一实施例，包含一个外筒1、一个心轴2、一个动压轴承单元3、一个后衬间隔环4、一个后盖5，及一个汇流转接件6。

该外筒1包括一个围绕于一条轴线L界定出一个轴孔12的筒壁11，该筒壁11具有一个前端部111、一个相反于该前端部111的后端部112、一个设置于该前端部111且能供一个压力油源90注入的入油孔113、一个设置于该后端部112的出油孔114，及一个旁通入油道115。该旁通入油道115的一端连通该入油孔113，而另一端于该筒壁11的内壁面形成一个开口117。

该心轴2能转动地穿设于该轴孔12，且包括一个穿设出该外筒1前端的连接段21、位于该入油孔113及该出油孔114间且沿轴向相间隔的一个外径大于该连接段21外径的前支撑段22及一个后支撑段23、一个介于该连接段21与该前支撑段22间的抵肩面24，及一个穿设出该外筒1后端的驱动段25。该前支撑段22与该后支撑段23的外表面由该前端部111朝该后端部112呈渐缩的推拔状。

在本第一实施例中，该连接段21供一个以砂轮为例的加工装置70安装。该驱动段25供一个驱动装置80的一个皮带轮81套设固定，借此该驱动装置80能驱动该心轴2转动，而连动该加工装置70转动对工件进行加工。但值得说明的是，上述前后方位的定义也可以对调，该连接段21改供一个马达(图未示)连接设置。该驱动段25改连动一个加工装置(图未示)对工件进行加工。

该动压轴承单元3包括一个非接触地套设于该前支撑段22且安装于该筒壁11的内壁面的前衬套31、一个非接触地套设于该后支撑段23且安装于该筒壁11的内壁面的后衬套32，及一个盖设于该前端部111且供该连接段21穿出的前盖33。该前衬套31及该后衬套32分别位于该旁通入油道115于该筒壁11内壁面的开口117的前后侧。

参阅图1及图2，该前衬套31与该心轴2的前支撑段22间界定出一个位于该入油孔113下游的前油隙311。该前油隙311具有多个环绕该心轴2间隔设置的前建压环段312，及多个位于所述前建压环段312间的前过油道313，所述前过油道313的最大径向尺寸大于所述前建压环段312的最大径向尺寸。

参阅图2及图3，该后衬套32与该心轴2的后支撑段23间界定出一个后油隙321，该后油隙321位于该前油隙311下游且位于该出油孔114上游。该后油隙321的结构近似于该前油隙311，具有多个环绕该心轴2间隔设置的后建压环段322，及多个位于所述后建压环段322间的后过油道323，所述后过油道323的最大径向尺寸大于所述后建压环段322的最大径向尺寸。该后衬套32沿轴向由前至后依序包括一个后衬小径段324、一个后衬肩面325及一个后衬大径段326，并该筒壁11的内壁面相对于该后衬肩面325还形成有一个供该后衬套32靠抵的后筒肩面116。通过套设该后衬间隔环4于该后衬小径段324且介于该后衬肩面325与该后筒肩面116间，而使得该后衬套32相对于该外筒1的设置位置沿轴向朝该后端部112偏移，而能对该后油隙321的尺寸进行调整。

参阅图4、图5及图6，该前盖33盖设于该外筒1的前端部111且供该心轴2的连接段21穿出。该前盖33具有一个相对于该抵肩面24的小径段331、一个由该小径段331朝前延伸且其外周面与该筒壁11的内壁面相密合的大径段332、一个连接于该小径段331外周面与该大径段332外周面间且相对于该前衬套31的过油环面333、一个由该大径段332朝前延伸且外径大于该大径段332外径的凸缘段336、一个连接于该凸缘段336外周面与该大径段332外周面间且抵贴该外筒1前端面的连结面337、一个塞设于该凸缘段336与该心轴2间的内止漏环338，及一个塞设于该大径段332与该筒壁11的内壁面间的外止漏环339。该小径段331具有一个相对于该抵肩面24且形成有多个环绕该心轴2设置的建压坡段342的止推面341。该前盖33还具有一个连通于该小径段331的外周面与该止推面341间的油路组335。在本实施例中，能通过研磨该连结面337来缩短该凸缘段336的长度，进而增长该大径段332的长度，使得该前盖33能沿轴向朝该外筒1的后端部112推移该心轴2，以调整该心轴2的轴向位置。

其中，该过油环面333、该小径段331的外周面、该前衬套31邻近于该外筒1的前端面与该筒壁11的内壁面共同界定出一个连通该入油孔113及该前油隙311的缓冲油槽334。参阅图7，该油路组335具有多个沿轴向凹设于该止推面341且分别位于每两相邻的建压坡段342间的储油凹槽343，所述储油凹槽343的截面形状概呈V型且连通于该缓冲油槽334与该止推面341间。

参阅图3，该后盖5是盖设于该外筒1的后端部112且供该心轴2的驱动段25穿出，且该后盖5包括一个连通于该出油孔114的后盖出油道51。其中，该后盖出油道51的数量也能为多个。

该汇流转接件6插设于该后盖出油道51，且包括一个连通于该后盖出油道51的转接输入口61、一个连通该转接输入口61的汇流槽62，及一个连通该汇流槽62的转接输出口63。其中，当该后盖出油道51的数量为多个时，该转接输入口61的数量也为多个。

参阅图1，该压力油源90将一个润滑油自该入油孔113注入至该缓冲油槽334，使得该润滑油一方面循着所述储油凹槽343流进该止推面341，另一方面依序流经该前油隙311、该后油隙321及该出油孔114，再流入该转接输入口61并汇集于该汇流槽62中，最后由该转接输出口63朝一个适当的方向方便将润滑油排出及回收。

其中，当该心轴2转动时，该润滑油于该止推面341的所述建压坡段342上形成具有承托压力的油膜，借以提供该止推面341与该抵肩面24间的轴向支撑力。该润滑油于该前油隙311的所述前建压环段312上形成具有承托压力的油膜，借以提供该前衬套31与该前支撑段22间的径向支撑力。该润滑油于该后油隙321的所述后建压环段322上形成具有承托压力的油膜，借以提供该后衬套32与该后支撑段23间的径向支撑力。

参阅图8及图9，为本发明具有动压轴承单元的主轴装置的一个第二实施例，大致相同于该第一实施例，与该第一实施例的差异在于：该前盖33还具有一个旁通油路组340，该旁通油路组340包括一个沿径向凹设于该大径段332内壁面且环绕于该心轴2的储油环槽344、一个凹设于该大径段332的外周面且连通于该入油孔113与该缓冲油槽334间的入油凹槽345、一个由该储油环槽344沿径向延伸至该入油凹槽345而将该储油环槽344与该入油凹槽345相连通的旁通孔346，及多个分别由所述储油凹槽343沿轴向延伸至该储油环槽344而将所述储油凹槽343与该储油环槽344相连通的穿孔347。该压力油源90将该润滑油自该入油孔113注入该入油凹槽345后，该润滑油除了经该缓冲油槽334并循着所述储油凹槽343流进该止推面341的供油路径之外，还增加另一个循着该旁通孔346、该储油环槽344及所述穿孔347流进该止推面341的供油路径，从而使该止推面341能由上述两个供油路径获得充足的润滑油，让该心轴2转动时在所述建压坡段342上稳定形成具有承托压力的油膜。

综上所述，本发明具有动压轴承单元的主轴装置，通过该动压轴承单元3的该前油隙311与该后油隙321以动压的方式分别径向承托该心轴2的前支撑段22与后支撑段23，及该止推面341以动压的方式轴向承托该心轴2的抵肩面24，该心轴2在径向及轴向是同时能获得该动压轴承单元3的支撑。另外，该前衬套31、该后衬套32及该止推面341是固设于该外筒1，也就是说支撑构件不随该心轴2一并转动。且该压力油源90注入的润滑油，是能自该入油孔113流动至该出油孔114并经由该后盖出油道51流入该汇流转接件6，最后朝一个适当的方向由该转接输出口63方便将润滑油排出及回收，因而便于润滑油的循环与替换，所以确实能达成本发明的目的。除此之外，本发明还有以下几项优点：

一、通过该缓冲油槽334连通于该入油孔113、该前油隙311及该止推面341，使注入的润滑油一方面沿轴向依序流进该前油隙311及该后油隙321，另一方面流进该止推面341，从而于该心轴2与该止推面341、该前衬套31及该后衬套32间形成具有承托压力的油膜。

二、所述储油凹槽343提供充裕的空间供润滑油积存，进而使润滑油于该心轴2转动时得以在所述建压坡段342形成足够的承托油膜。

三、该旁通入油道115提供润滑油进入该后油隙321的另一个路径，使该动压轴承单元3的各部位能更为迅速地受润泽而使该心轴2得以进入运作模式。

四、该前盖33与该外筒1前端相互固接的连结面337，是能通过研磨的方式来调整该心轴2的轴向位置，以微调该前油隙311的尺寸。

五、塞设于该后衬套32的后衬肩面325与该筒壁11的后筒肩面116间的后衬间隔环4，也能选用不同的大小以微调该后油隙321的尺寸。

本发明的以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。