[发明专利]一种采用气静压止推和电磁径向轴承支承的电主轴设计

说明书

技术领域

本发明属于机械技术领域，特别涉及到一种采用气静压止推和电磁径向轴承支承的电主轴设计。

背景技术

在PCB板材钻孔加工行业中，由于钻削的孔径越来越微小，生产效率要求越来越高，因此为了适应这种需要，PCB钻孔用电主轴的转速要求也越来越高，而普通的PCB电主轴结构在超高速状态下已经不能适用，尤其是电主轴轴系的支承与超高速电机系统不再匹配，这是因为：

1、由于轴承的DmN值过高，且该行业要求电主轴不能采用油雾或者油气润滑方式，因此传统的滚动体轴承不能适用；

2、传统电主轴电机转子采用磁钢片铸铝结构，由于转子表面线速度过高，同时铝合金条的结构强度和导电率低，易引起转子在超高速状态下产生蠕变，造成电主轴轴系振动过大，影响主轴的加工质量。    

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种采用气静压止推和电磁径向轴承支承的电主轴设计，解决了PCB钻孔机电主轴电机在超高速状态下运行所遇到的瓶颈问题。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的采用气静压止推和电磁径向轴承支承的电主轴设计，根据电主轴的外形尺寸限制和刚度要求，在电主轴壳体内前端集中配置两个气静压止推轴承，集中配置可以使电主轴壳体内部的空间利用达到最优化，使电主轴整体结构紧凑化，同时气静压轴承的供气管路便于集中，便于电主轴的安装，为转子-转轴一体化轴系提供所需的轴向刚度；在电主轴壳体内安装的定子两侧对称布置有电磁径向轴承，以支承转子-转轴一体化轴系，对称布置的电磁径向轴承可以使电主轴在超高速运行状态下减少转子-转轴一体化轴系的振动，保证转子-转轴一体化轴系的径向刚度；转子-转轴一体化轴系是将电机转子的鼠笼条和转轴制作为整体结构，在其中段与电主轴壳体内所安装的定子对应位置处即鼠笼条处，采用铜合金直接焊接在转子-转轴一体化轴系的凹槽内，以减少鼠笼条蠕变变形，降低转子-转轴一体化轴系的振动值，提高导电率和结构强度。

由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：

1、电主轴结构较为简单，轴承无需润滑，永无磨损，可以在主轴的整个寿命期限内无需维护；

2、电主轴轴承加工简单，主轴整体刚度可按照实际需要灵活调整；

3、电主轴电机转子性能优良，加工工艺简单，轴系的整体动平衡精度可以做到非常高的水平；

4、采用转子-转轴一体化结构可以最大化利用转轴的内部空间，转轴内安装拉刀机构不受内孔尺寸的限制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图1中：1-气静压止推轴承；2-电磁径向轴承；3-转子-转轴一体化轴系；4-定子；5-电主轴壳体。

具体实施方式

如图1所示，本发明的采用气静压止推和电磁径向轴承支承的电主轴设计，根据电主轴的外形尺寸限制和刚度要求，在电主轴壳体(5)内前端集中配置两个气静压止推轴承(1)，集中配置可以使电主轴壳体(5)内部的空间利用达到最优化，使电主轴整体结构紧凑化，同时气静压轴承(1)的供气管路便于集中，便于电主轴的安装，为转子-转轴一体化轴系(3)提供所需的轴向刚度；在电主轴壳体(5)内安装的定子(4)两侧对称布置有电磁径向轴承(2)，以支承转子-转轴一体化轴系(3)，对称布置的电磁径向轴承(2)可以使电主轴在超高速运行状态下减少转子-转轴一体化轴系(3)的振动，保证转子-转轴一体化轴系(3)的径向刚度；转子-转轴一体化轴系(3)是将电机转子的鼠笼条和转轴制作为整体结构，在其中段与电主轴壳体(5)内所安装的定子(4)对应位置处即鼠笼条处，采用铜合金直接焊接在转子-转轴一体化轴系(3)的凹槽内，以减少鼠笼条蠕变变形，降低转子-转轴一体化轴系(3)的振动值，提高导电率和结构强度。

设计主要采用气静压止推轴承(1)和电磁径向轴承(2)支承转子-转轴一体化轴系(3)，突破电主轴轴承的DmN值限制，满足PCB钻孔机电主轴的超高转速要求。同时由于PCB钻孔加工需要在没有油雾污染的环境中进行，采用气静压止推轴承(1)和电磁径向轴承(2)支承方式后，轴承无需润滑，无任何有害排放，对环境和PCB板均无污染，满足了PCB钻孔加工的环境要求。而转子-转轴一体化轴系(3)，使转子和转轴真正实现一体，改变电机在超高速状态下对鼠笼条蠕变变形，降低了电主轴电机在超高转速下的振动值，使电主轴电机工作更为平稳，加工质量得到保障。而鼠笼条由于采用铜合金，还可以提高导电率和结构强度。

本发明只涉及所采用的轴承以及轴承的布局方式和转子-转轴一体化轴系，不改变电主轴的其它结构形式，故电主轴的其它设计不再赘述。