[实用新型]超高速空气轴承电主轴

说明书

技术领域

本实用新型属于高速磨削加工装备领域，涉及一种超高速空气静压轴承电主轴。

背景技术

小直径深孔内圆磨削是高速加工亟待解决的难题之一，超高速电主轴是小直径深孔内圆磨削的必要装备，其工作转速要求超过10万转/分。传统的超高速电主轴大多采用滚动轴承支撑，工程应用表明：高速运行严重地制约了滚动轴承的寿命。首先滚动轴承的润滑尚需完善，传统的脂润滑达不到理想的润滑效果，而油气润滑将额外配置油气润滑系统，提高生产成本；其次，滚动轴承在高速下还表现出温升高、支撑刚度变小，这些都将直接影响主轴的旋转精度。超高速滚动轴承宜采用小直径混合陶瓷球轴承，价格昂贵，需进口。若采用油润滑或者水润滑滑动轴承，在高速情况下，由于流体间的剪切作用，将产生大量的热，促使流体温度升高，从而导致其粘度下降，承载力和支撑刚度降低，同时由于流体温度的升高，轴颈和轴瓦将产生温度变形，从而导致轴承间隙变化，影响轴承的性能。

对于小直径深孔内圆磨削工艺，其磨削冷却液的供给也是一大难题。采用外部供液方式，冷却液无法顺利到达磨削区；而采用电主轴内部通冷却液的方式，由于主轴为细长轴，必须通入加压冷却液，给此主轴内部的密封提出了新的挑战。

实用新型内容

技术问题：针对上述问题，本实用新型提供了一种极限转速高，轴承温升低，回转精度高的超高速空气轴承电主轴。       

技术方案：本实用新型的一种超高速空气轴承电主轴，包括外壳、设置在外壳中的静压径向空气轴承、设置在静压径向空气轴承内的转子、与转子连接的电机轴、与电机轴连接的电机转子、设置于静压径向空气轴承一端的后止推轴承和前止推轴承，以及设置在转子一端的止推盘和设置在电机轴一端的非接触式的气体密封环，转子一端通过止推盘与后止推轴承和前止推轴承安装连接，转子另一端与电机轴安装连接。

本实用新型中，转子的长径比大于10。

本实用新型中，转子为薄壁中空转子，中心设有阶梯通孔，包括大通孔和小通孔，大通孔和小通孔的连接处为锥面，大通孔内部设置有薄壁整体结构的细长中空管，细长中空管中设置有中心通孔，细长中空管的一端密封安装在大孔和小孔的过渡锥面上，另一端密封安装在电机轴内

本实用新型中，转子与电机轴过盈安装连接，形成整体结构，电机轴外部为为阶梯轴，包括大径部分、中径部分和小径部分三段，大径部分过盈安装在转子的大通孔内，并与细长中空管固定连接，中径部分与电机转子安装连接，小径部分与气体密封环安装连接；电机轴中心设有阶梯通孔，包括依次连接的电机轴大孔、电机轴小孔和电机轴中孔。

本实用新型的关键在于，主轴采用大长径比（达到10以上）空气静压轴承支承，径向采用四个静压空气轴承，轴向采用一组闭式静压止推轴承支撑；主轴为中空薄壁结构，内部设有薄壁细长管路，用于通入冷却液。此结构能够有效降低主轴的质量和转动惯量，高速时静压空气轴承可以提供足够的支撑刚度，因此电主轴具有较高的临界转速，满足了小直径深孔内圆磨削的技术需求。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：      

本实用新型采用大长径比静压空气轴承支撑，极限转速高，轴承温升低，回转精度高；主轴采用中空结构，减轻主轴重量，提高主轴的动态特性；采用主轴中孔供给磨削冷却液技术，解决了小直径深孔磨削冷却问题，还起到冷却主轴电机转子作用，提高了轴承的支撑刚度和主轴的回转精度；为防止冷却液泄漏，冷却液供给端采用非接触式的气体密封技术。

本实用新型与传统的滚动轴承电主轴或流体润滑轴承相比，相同之处在于：采用内置电机驱动并由冷却水套循环冷却。不同之处在于：相比传统的滚动轴承和流体润滑滑动轴承，大长径比空气轴承具有径向刚度大，随着转速升高，动压效应增强，从而提升承载刚度。主轴采用中空结构，大幅提高主轴临界转速；采用中孔供给磨削冷却液，可进一步降低主轴电机温升；高效的非接触式的气体密封，不影响主轴功耗与回转精度。

附图说明

图1为本实用新型超高速空气轴承电主轴的结构示意图。

图2为本实用新型超高速空气轴承电主轴的结构示意图。

图3为转子结构示意图。

图4为电机轴部分结构示意图。

图5为静压径向空气轴承结构示意图。