[发明专利]一种基于钛铝合金芯轴的空气静压高速电主轴

说明书

本发明涉及一种基于钛铝合金芯轴的空气静压高速电主轴，包括底座、壳体、芯轴、轴向空气轴承、支撑组件、冷却组件和楔形电机组件。芯轴由钛铝合金制成，轴向空气轴承套接于芯轴。支撑组件设置在壳体的内部以支撑芯轴，冷却组件设置在支撑组件的外侧。楔形电机组件包括定子组件以及转子组件，定子组件与支撑组件固定连接，转子组件套设于芯轴。楔形电机组件通电条件下生垂直于转子组件表面的磁拉力，磁拉力的合力与芯轴所在的方向平行。本发明中的楔形电机组件通电后，会产生垂直于转子表面的磁拉力，抵消一部分由外力导致的芯轴的轴向力波动，提高电主轴轴向载荷的承载能力。该磁拉力还能够减少止推盘在旋转过程中的发热量，减小电主轴的变形。

技术领域

本发明属于高速电主轴技术领域，具体涉及一种基于钛铝合金芯轴的空气静压高速电主轴。

背景技术

超高速加工是一种以10倍以上于常规切削速度和进给速度对零件毛坯进行机械加工的先进制造技术。研究表明，当切削速度超过某一值后，速度再升高，切削力、切削温度反而下降。其优点表现为：加工质量好、生产效率高，可加工硬脆等难加工材料。当今世界各国都竞相发展自己的超高速加工技术，并成功应用产生了巨大的经济效益。电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，可改善机床的动平衡，减小振动和噪声，是超高速加工的理想选择。

电主轴的工作转速极高，这就对其结构设计、制造和控制提出了非常严格的要求。现有的电主轴一般采用钢材作为主轴材料，在高速状态下受固有频率的限制，其极限转速不能达到很高的水平。随着实际应用的需要和机床技术的进步，对机床的转速提出了越来越高的要求。

因此，需要一种具有高主轴转速、高加工精度以及较长主轴寿命的电主轴。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本申请的技术人员在对电主轴进行长期研究分析的过程中发现，现有技术在提升电主轴性能时大多针对电主轴本身的结构进行改进。本申请的技术人员认为：芯轴作为电主轴的关键部件，其材料的选择、制造工艺等对整个系统的静态、动态特性有着非常大的影响。然而现有的电主轴一般采用钢材作为主轴材料，钢质主轴的质量大，共振频率低，导致极限转速受到限制，并且目前现有技术中很少针对主轴的材质进行改进以提升电主轴性能。此外，钢质的主轴自身存在一定的线膨胀，在转动发热过程中还会存在较为严重的热膨胀，导致主轴膨胀卡死，影响电主轴的性能。

因此，为解决现有技术中存在的电主轴的转速受限、加工精度不足、寿命不足的问题，本发明对电主轴中芯轴的材质进行改进，以钛铝合金作为芯轴的制备材料，期待提升电主轴的转速、加工精度以及寿命等。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于钛铝合金芯轴的空气静压高速电主轴，包括底座、壳体、芯轴、轴向空气轴承、支撑组件、冷却组件以及楔形电机组件；

所述芯轴由钛铝合金制成，且设置在所述底座上，所述轴向空气轴承套接于所述芯轴，且设置在远离所述底座的一端；

所述支撑组件设置在所述壳体的内部以支撑所述芯轴；

所述冷却组件设置在所述支撑组件的外侧，且位于所述壳体的内部；

所述楔形电机组件包括定子组件以及转子组件；

所述定子组件与所述支撑组件固定连接，所述转子组件套设于所述芯轴；

所述转子组件靠近所述底座的一端的直径大于远离所述底座的一端的直径；

所述楔形电机组件通电条件下生垂直于所述转子组件表面的磁拉力，所述磁拉力的合力与所述芯轴所在的方向平行。

如上所述的空气静压高速电主轴，优选地，所述定子组件包括定子铁芯以及定子绕组；