[发明专利]一种动静压集成气体轴承支承的电主轴

说明书

技术领域

本发明涉及机电工程领域中的一种应用于数控机床的主轴单元，特别是一种动静压集成气体轴承支承的电主轴。

背景技术

数控机床使用的高速电主轴是一种将刀具主轴与驱动电机集成在一起，以实现电机和主轴功能一体化的功能部件。随着加工技术的进步，加工机床对电主轴单元的速度和精度要求越来越高。然而，滚动轴承摩擦磨损大、相比其他轴承精度较低、寿命短，以逐渐不再适用于高速工况；磁悬浮轴承相关技术尚不成熟、造价昂贵、控制结构复杂、易造成电磁污染，因此无法得到大规模应用；液体滑动轴承承载力和刚度都很高，但由于液体阻尼大，造成其发热量也大，所以速度受到很大限制；气体轴承是以气体作为润滑剂的无接触支承方式，气体粘度小、无污染及匀化效应等特点，决定了气体轴承具备更高的转速、更好的精度以及接近无限的寿命，且其润滑材料容易取得，无污染等优点使得气体轴承成为高速电主轴最理想的轴承支承方式。

    目前，气体轴承支承的电主轴主要采用静压气体轴承和动静压气体轴承，但静压气体轴承需要外部气源持续供气，使用成本非常高，而且静压气体轴承的刚度和承载力比较低；动静压气体轴承虽然提高了轴承的稳定性和承载性，但其结构复杂，加工难度大。因此需要开发一种电主轴，通过动静压集成的气体轴承进行支承，其中通过先对静压气体轴承进行一段时间的供气，使其能将转子浮起，再通过提高转速，利用动压气体轴承的动压效应，来支承负载，在不改变轴承结构的基础上，既减少了静压气体轴承的供气时间，降低成本，又充分利用了动压气体轴承的动压效应来支承负载，提高承载力和稳定性，保持电主轴正常工作。

发明内容

   本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种动静压集成气体轴承支承的电主轴，简化电主轴支承轴承的结构，提高电主轴工作转速，同时利用气体动、静压轴承各自的特点，克服传统气体轴承电主轴结构复杂且需要外部起源持续供气的缺点，降低成本，简化结构。为达到上述目的，本发明的构思是：本发明开发一种动静压集成气体轴承支承的电主轴，通过先对静压气体轴承进行一段时间的供气，使其能将转子浮起，再通过提高转速，利用动压气体轴承的动压效应，来支承负载，在不改变轴承结构的基础上，既减少了静压气体轴承的供气时间，降低成本，又充分利用了动压气体轴承的动压效应来支承负载，提高承载力和稳定性，保持电主轴正常工作。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

一种动静压集成气体轴承支承的电主轴，包括转轴、前径向动静压集成气体轴承、前止推气体轴承、止推盘、后止推气体轴承、壳体、电机转子、电机定子、后径向动静压集成气体轴承、和后端盖。其特征在于：所述电主轴的电机转子嵌套于转轴上，随转轴一起转动；所述电机定子紧固嵌套于壳体上；所述转轴前后两端分别由前径向动静压集成气体轴承和后径向动静压集成气体轴承支承；所述止推盘与转轴固定成一体，其前后止推环面分别由前止推气体轴承和后止推气体轴承止推；所述壳体的前后端分别固定连接前径向动静压集成气体轴承和后端盖。

上述前止推气体轴承以及后径向动静压集成气体轴承分别加工有进气孔，以辅助气体轴承形成气膜并将转轴浮起；所述转轴与前径向动静压集成气体轴承、后径向动静压集成气体轴承配合的部分加工有螺旋槽，用以加强动压轴承的动压效应，在高转速的工况下能使动压效应更加显著；前径向动静压集成气体轴承和前止推气体轴承分别加工了径向节流孔和轴向节流孔，用以控制气体的流量，调节承载力；该径向节流孔和轴向节流孔接通处在前止推气体轴承上的一个前进气孔；而后端盖上有后进气孔接通后径向动静压集成气体轴承上的径向节流孔；前止推气体轴承、后止推气体轴承的止推面都加工有阶梯槽，用以形成动压效应来承受轴向负载；在前径向动静压集成气体轴承和后径向动静压集成气体轴承均加工排气孔，使气体循环通畅，能形成稳定的润滑气膜。

上述前径向动静压集成气体轴承在加工气路的外端安装了堵头，以防止漏气，影响气膜的形成；所述前进气孔和后进气孔分别与前后径向动静压集成气体轴承连接处均安装了密封圈，以保证整个气体循环的通畅与稳定。

上述动静压集成气体轴承支承的电主轴，其特征在于：所述壳体上加工有进水口、出水口，并在壳体内部安装、冷却水槽，用以冷却内装电机定子，保证整个电主轴的正常工作；所述壳体还安装了紧固螺栓，用于固定后止推气体轴承。

本发明与现有技术相比较，具有以下突出实质性的特点和显著进步：