[发明专利]一种可低、中、高速旋转空气轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种可低、中、高速旋转空气轴承装置，主要用于精密加工与精密测量领域、尤其是半导体等脆硬材料加工领域。

背景技术

传统意义上的轴承是指滚动轴承或者液压轴承，相对运动越高，对轴承精度、润滑等要求越高，使用寿命越短。

空气轴承(又称为气浮轴承)指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的轴承。

空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而空气轴承可用于高速以及高精密机器、仪器及放射性装置中，但其负荷能力比传统轴承低。

静压空气轴承是由于在气浮面上引入高压空气，从而实现悬浮效果的空气轴承。

空气轴承适合高速相对运动且有高精度、无污染、长寿命要求的领域。相比传统滚珠轴承，空气轴承以空气薄膜作为润滑介质，使动子、静子之间的摩擦系数大幅下降，从而降低能耗。转速越高，这种效果就越明显；而且，气膜隔开了动子、静子，使它们没有直接接触，这就可以提高转速，可达每分钟几十万甚至百万转的水平且无磨损，由此带来的一个极为重要优点是空气轴承的回转精度可以长期保持，且其回转精度极高，旋转时的径向跳动量可达亚微米量级，非常适于高精度加工与精密测量。

目前常见的空气轴承产品多为实心，对工件的加工只能在轴承的一侧完成，对一些有特殊要求的工件并不适合。

在很多情况下，加工需要利用空气轴承的内圆或者外侧作为工作区域，这与加工对象的形状、加工工艺、精度要求、以及机床结构等都有很大关系。

因此需要设计承载力大、回转精度高的空气轴承来满足这种加工形式的需求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种可低、中、高速旋转空气轴承，它将小于空气轴承中空区域，即内圆区域，作为工作区域，也可外侧区域作为加工区域，是一种新颖的加工形式，为很多具有特殊要求的加工形式提供了有效的工具，而且它加工效率高、回转精度高、寿命长，使它可以满足批量生产的需求。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种可低、中、高速可低、中、高速旋转空气轴承，包括外环、锥段及锥段连接环，所述连接环插入锥段中，限制锥段的轴向和径向位移；所述外环同心套装于锥段外端面；所述锥段内端面的中空区域或者锥段外侧可作为加工工作区域；相互配合安装的锥段的外端面和外环的内侧之间设置有一个气浮间隙，相互配合安装的锥段的外端面和外环的内端面为两个相对的气浮面；两个相对的气浮面形状可以相同也可以不同；锥段上均匀设置有多个和气浮间隙相连通的节流孔，节流孔用于向气浮间隙供入压缩气体。

本发明气浮面可以安装一个低摩擦内衬层，低摩擦内衬层可以为加工在气浮面上的涂层或其它类型的低摩擦内衬层，来达到避免或减轻转、锥段碰撞或摩擦时造成的损伤，

本发明所述锥段上均匀设置有多个和气浮间隙相连通的均压槽，所述节流孔通过均匀槽和气浮间隙相连通。均压槽是气浮面上布置很薄、很浅的槽，用于提高气浮性能。

本发明所述外环或者锥段的一侧端面均匀设置有多个安装刀具的螺纹孔。

本发明所述气浮面形状为圆弧、直线、任意曲线或不同曲线的组合。

本发明具有以下技术效益：

1、内圆空气轴承可以在轴承的内圆或者外侧区域加工，是一种新颖的加工形式，为很多具有特殊要求的加工形式提供了有效的工具，而且它具有加工效率高、回转精度高、寿命长的特点，使它可以满足批量生产的需求。

2、由于改善了气浮面结构，致使气浮面的高压区增大，使得整个空气轴承的气浮力与刚度增大，能有效的提高载荷和精度。同时，也会使提气轴承的耐冲击能力增强，能有效提高空气轴承在启动与停止过程中的稳定性。

3、气浮面形状的多样化除了可以提高轴承性能外，还可为这种轴承的生产提供便利，从而有效提高生产效率，降低成本。

同时，本发明的优点还有：

1.更高精度：

空气轴承提供极高的径向和轴向旋转精度。由于没有机械接触，磨损程度降到了最低，从而确保精度始终保持稳定。

由于制造结构的不同，空气主轴旋转时的精确性是天生具备的，同时能够提供极高的旋转和轴向精度。空气主轴的设计是，能够在轴向和径向同时获得小于0.1微米TIR的旋转精确性。由于旋转的转子和静态支撑部分之间没有机械接触，所以没有磨损产生，从而确保精度始终保持稳定。

2.可低、中、高速旋转：

空气轴承内部的低剪切力，能够在提供极高转速的同时，将动力损失降到最低，并使产生的热量非常小。转速可以超过300,000转/分钟。