流体静压轴承主轴模组的制作方法

本实用新型为一种轴承，包括径向与轴向轴承，特别是指一种流体静压轴承主轴模组。

背景技术：

针对各式传统磨床及其它相关工作机台而言，由于传统培林式轴承(例如滚珠轴承)与工作主轴间仍以接触式的方式作结合，因此在工作主轴长时间高速运转下，容易因摩擦而产生高热，热量一部份传递至轴承，另一部份则会传递至主轴，当两者皆因温升而产生热膨胀的情况时，就会造成工作主轴咬死的状况，不仅工作主轴与轴承会因此而损坏，对整体机台的其它周边相关机件也会造成影响。

近几年来，由于产业技术的提升，各式实用新型动压轴承或是所谓的动静压(混压)轴承陆续被应用在各式磨床及其它工作母机上。但此类动压或混压轴承由于仍须转动至一定速度产生楔型效应后，轴心才能保持悬浮，因此在启动与关闭的瞬间，其主轴与轴承仍是接触式摩擦，虽然多了油品的润滑可减少部份的摩耗，但在长时间的运转情况下，依然会产生一定程度的摩擦热能，再者，这类的动压或混压轴承与工作主轴间均存在一极微小的间隙(数微米)以使油膜分布于工作主轴与轴承间，但此微小间隙容易在使用者操作一段时间后，其原先设计的动压效果会因不同的温升所产生的工作温度而造成极不稳定的状况，例如工作主轴运转一段时间后，停机一会后再重新启动，所研磨或加工的工件尺寸精度即会有所偏差。

另外目前业界所使用的动压轴承或动静压轴承主轴，多数仍以箱体式结构为主，也就是在中空的主轴箱前后，各安装一铜质(材质较软易加工)轴瓦，但此种结构不易靠加工方式控制前后两轴瓦的同心度，因此轴心在动态旋转时的稳定性也会因同心度不佳情况而大打折扣。此外，近几年来业界也研发出不同种类的液静压轴承，但其加工状态仍只适合在轻负载、轻磨削、轻切削的加工情况(例如制程中最后一道的精磨或抛光工序)，无法同时兼顾轻、重切削的任务，因此在应用上仍有其一定的限制；由此可见，上述习用的物品仍有许多缺失，并非一优良的设计者，仍有相当大改善的空间。

本案发明人鉴于上述习用传统轴承所衍生的各项缺失，乃努力思考各种解决方法并加以实验验证，终致此一流体静压轴承主轴模组诞生。

技术实现要素：

本实用新型的第一个目的在于，减少传统磨床及相关工作机台的工作主轴零件数量，进而简化组装程序，更能够减少组装程序的工时，同时达成维修方便的功效；

本实用新型的第二个目的在于，降低主轴座间热传导，进而提升轴心于运转时的稳定度，并降低轴心因运作产生的摩擦热。

本实用新型提供一种流体静压轴承主轴模组，于机台的主轴座内装设一套筒式主轴，此套筒式主轴的套管采用低热传导系数的钢材制造，此套管内部前后两端分别加工出两段各四个以九十度等分的环型径向静压轴承，以供轴心穿设。另外套管后端设有两组对称的轴向止推静压轴承。该两段环型径向静压轴承及两组轴向止推静压轴承内部装设若干蓄压槽，且该各蓄压槽分别与一流体节流器通过独立流道连接，该各流体节流器则与外部油压供油系统控制连接；

该流体节流器将供压系统所送出的高压流体进行压力转换，形成压力降后产生高阻尼效果，并将此高压流体充满该各蓄压槽，该各环型径向静压轴承与轴向止推静压轴承和该轴心的间隙便形成一密闭高压油膜区，而此高压油膜即可包覆该轴心并使其悬浮于该各环型径向静压轴承与轴向止推轴承的间隙中进行旋转。

而本实用新型流体静压轴承主轴模组，其相关零件较传统培林式主轴大幅减少，在组装上只要将各组件组装完毕，再把套筒式静压主轴放入该主轴座即可，能相对减少安装程序并节省工时，同时具有维修方便的优点；

而该套管的低热导系数可有效降低与该主轴座间的热传导，且该套管前后两段的环型径向静压轴承由于是一体成型加工，其同心度可通过套管外径来作为加工基准而保持一定精度，故可提升轴心在动态运转时的稳定精度；

又该环型径向静压轴承与轴向止推静压轴承是由低热传导系数的钢材一体成型加工而成者，所以它们同时还具有减缓与旋转轴心间热传导的特性，相较于其它动压或混压轴承的铜质轴瓦，铜的热膨胀系数较钢材更高，也因此更容易因温升而产生热膨胀，而造成轴瓦与轴心的卡死。

该流体节流器为一复合式设计，同时具有膜片式节流器的高刚性与毛细管节流器的微小体积等优点，通过将高压流体进行压力转换后所形成的高压油膜，可将轴心稳定且精准的悬浮于中心，即便在轴承不旋转的静止状态下，流体节流器也能发挥高刚性效果，对于工作母机的加工前对刀动作，具有莫大的助益，也相对能提高加工的精度。再者，此流体节流器具有主动式自我补偿的功能，也就是在遭遇不同的切削阻抗同时，对应于阻抗的对称另一端的流体节流器在感应到压力差变化情况时，即会立即反应自主调整流体压力，因此能使本设计可对应于各种严苛的加工环境及条件。同时可使轴心维持高真圆度的精密运转，并由悬浮所达到的非接触情况，可大幅地降低摩擦热，更可确保主轴的使用寿命与精度。

附图说明

图1为本实用新型于一较佳实施例中的剖视图。

图2为本实用新型于一较佳实施例中的立体图。

图3为本实用新型于另一视角的剖视图。

具体实施方式

本实用新型流体静压轴承主轴模组，实施例如图1、图2及图3所示，组装于一具主轴座1的机台(图中未示)上，其包含：

一套筒式静压主轴2，装设于该主轴座1内，且该套筒式静压主轴2的本体为具有一以合金钢一体成型加工的套管3，该套管3内部前后两端分别加工出两段各四个以九十度等分的环型径向静压轴承4，以供一轴心8穿设。另外套管3后端设有两组对称的轴向止推静压轴承5。该两段环型径向静压轴承4及两组轴向止推静压轴承5内部装设若干蓄压槽6，且该各蓄压槽6分别与一流体节流器7通过独立流道连接，该各流体节流器7则与外部油压供油系统控制连接。该各流体节流器7可嵌在套管3内。

将轴心8穿设于两段环型径向静压轴承4中之后，把高压流体由该流体节流器7转换后，通过各别的独立流道送入该各蓄压槽6，使该各蓄压槽6中充满流体，此流体会在蓄压槽6与轴心8的间隙间形成一密闭高压油膜，且此高压油膜包覆该轴心8并使其悬浮于该各环型径向静压轴承4与轴向止推静压轴承5的间隙中进行高速旋转，而此流体可为气体或液体。

由前述可知，本实用新型流体静压轴承主轴模组中，该套筒式静压主轴2组装在该主轴座1内，所以组装时相当方便，只要将相关零件组配完成后，装入主轴座1内即可，能相对减少安装工序以节省时间，且维修保养时也相当方便，只要拆出套筒式静压主轴2后，即能立即马上装入相同的备品，可使客户的生产线不中断。

且该以合金钢一体成型加工的套管3，为低热传导系数的材质所制作，所以热能不易经由该套管3进行热传导，便可有效降低与该主轴座1间的热传导，有效抑制热能由该套管3传导至该主轴座1而影响机台，或是防止机台的热能由该主轴座1传导至此流体静压轴承主轴模组2内，进而影响轴心8的作动；

又，该两段环型径向静压轴承4由于为以同一套管3一体成型加工而得，因此该两段环型径向静压轴承4为同轴配置，由此可提高该环型径向静压轴承4的同心精度，使该轴心8于该两段环型径向静压轴承4中旋转时更为稳定；

另外，由于该两段环型径向静压轴承4与后端两组对称的轴向止推静压轴承5皆为低热传导系数的合金钢材，所以可以利用其低导热系数的特性来阻隔与该轴心8间的热传导；

该各环型径向静压轴承4与轴向止推静压轴承5内蓄压槽6的流体节流器7能够自我监控所有径向与轴向的压力变化，并立即自我调整进行补偿，使轴心8维持高真圆度的精密运转，而不易与环型径向静压轴承4和轴向止推静压轴承5产生磨擦而导致温升，更可确保此套筒式静压主轴2的使用寿命及精度。

且本实用新型流体静压轴承主轴模组和前述习用的传统主轴相较之下，更具有下列优点：

由于本实用新型可使该轴心8通过高压流体薄膜悬浮于该环型径向静压轴承4及轴向止推静压轴承5中，因此该轴心8与该环型径向静压轴承4及轴向止推静压轴承5彼此不会产生摩擦热，可大幅降低热温升、减少热变形，因此无论长时间运转后停机再运转，或是环境温度有所差异，都不会影响加工精度，更可以有效提高加工工件的品质及精度。

本实用新型由于不论径向或轴向的轴承型式，皆采用静压轴承模组，因此是真正全静压轴承的产品，也代表其内部的转动件与固定件是100％非接触。其精密度与稳定性非一般动压或混压轴承可相比拟。

本实用新型由于以该各流体节流器7对该各蓄压槽6内的压力进行监控，并立即进行自动补偿调整腔室压力，控制该各蓄压槽6内的流体压力以配合各种轻、重切削的加工状况，即使在重切削的负载情况下，也可达到比传统轴承主轴加工时更为优异的加工品质。

本实用新型流体静压轴承主轴模组2其中的主要结构为本体的套管3，其为一以实心合金钢材施以一体成型加工而出的精密结构，因此其关键的两段环型径向静压轴承4能够保持高精密的同心度，此点亦为超精密加工的重要关键技术。唯有高同心度配置的主轴，方能造就高精度的加工真圆度。

为使熟悉该项技术技术者可确实了解本实用新型的构造特征及其他实用新型目的与功效，兹列举上述所陈的具体实施例并配合所附图式予以详细说明，惟所选用的实施例供本案说明之用，本案尚可以其他方式实施，故熟悉该项技术者在不脱离本实用新型的创作精神下，凡依本说明而做出的其他变化实施态样，皆可被本案申请专利范围所涵盖，特并予指明。

综上所述，本实用新型为一种流体静压轴承主轴模组，其于各式工具机床的主轴箱内装设一套筒式主轴，此套筒式主轴的本体为一以合金钢一体成型加工的套管，此合金套管内部前后两端分别加工出两段各四个以九十度等分的环型径向静压轴承，以供轴心穿设。另外套管后端设有两组对称的轴向止推静压轴承。该两段环型径向静压轴承及两组轴向止推静压轴承内部装设若干蓄压槽，且该各蓄压槽分别与一流体节流器通过独立流道连接，该各流体节流器则与外部油压供油系统控制连接；且本实用新型具有高精度、高刚性、高承载力、安装容易、维修方便、无磨耗、有效降低热温升，可大幅增加主轴使用寿命等优点；

由上述得知本实用新型确实符合具有产业可利用性、新颖性以及进步性，爰依法提出实用新型专利申请，祈请惠予审查并早日赐准专利，实感德便。