超精密气体静压电主轴系统技术方案

超精密气体静压电主轴系统，它涉及一种电主轴系统。本发明专利技术解决了现有的超精密加工装备中的主轴系统存在着回转精度差、无法实现直接驱动、电机和主轴动力的传递效果不好的问题。直流无刷驱动电机（１５）上的电机轴（１４）与上止推板（３）的上端面固接，主轴（４）和轴套（５）均位于上止推板（３）和下止推板（６）之间，轴套（５）套装在主轴（４）上，上止推板（３）的下端面与主轴（４）的上端面固接，主轴（４）的下端面与下止推板（６）上端面固接，所述电机轴（１４）与主轴（４）同轴，所述轴套（５）上开有若干个径向节流小孔（８－１）和若干个轴向节流小孔（８－２）。本发明专利技术采用了气体静压轴承做轴向和径向支撑，保证主轴的回转精度，由于气体静压轴承具有均化轴和轴套本身几何精度的效应，可以使轴系具有很高的回转精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电主轴系统。技术背景随着科学技术的发展，对产品零件的制造精度的要求越来越高，迫切需 要超精密加工装备与工艺技术，尤其是超精密加工机床，更是超精密加工技术 领域的核心与关键。在超精密加工机床中，主轴系统是一个关键部件，其精度 直接影响零件的加工精度。因此，如何能设计制造出超精密的主轴已成为超精 密加工机床的核心与关键。就超精密加工机床而言，其主轴的设计主要考虑两 个方面的问题: 一个是主轴回转精度的问题，另一个是驱动结构和方式的问题， 因为主轴的驱动动力会给回转精度带来影响。在超精密加工机床中，超精密主 轴的回转精度是一个非常重要的技术指标，目前我国的超精密机床广泛地使用 气体静压主轴方式，但电机和主轴动力的传递问题一直未得到很好的解决。因此，现有的超精密加工装备，其主轴系统还存在着回转精度差、电机与主轴间 的动力驱动效果不好等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超精密气体静压电主轴系统，它可解决现有的超 精密加工装备中的主轴系统存在着回转精度差、无法实现直接驱动、电机和主 轴动力的传递效果不好等方面的问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是一种超精密气体静压电主轴系统，它包括直流无刷驱动电机15、主轴4，它还包括上止推板3、下止推板6、 轴套5，所述直流无刷驱动电机15位于上止推板3的上方，直流无刷驱动电 机15上的电机轴14与上止推板3的上端面固接，主轴4和轴套5均位于上止 推板3和下止推板6之间，轴套5套装在主轴4上，上止推板3的下端面与主 轴4的上端面固接，主轴4的下端面与下止推板6上端面固接，所述电机轴 14与主轴4同轴，所述轴套5上开有若干个径向节流小孔8-1和若干个轴向节流小孔8-2。本专利技术具有以下有益效果本专利技术采用了气体静压轴承做轴向和径向支 撑，保证主轴的回转精度，由于气体静压轴承具有均化轴和轴套本身几何精度的效应，可使轴系具有很高的回转精度；在驱动方面，采用无刷力矩电机作为 驱动元件，将电机的转子直接装在轴上，而将电机的定子直接装在轴套上，这 样就完成超精密气体静压支撑的电主轴。本专利技术完全适应超精密加工机床设计 和制造的需要，本专利技术既可使主轴具有很高的回转精度，又实现了其高功率、 高速、平稳的驱动。本专利技术的具体优点主要体现在以下几个方面 一、结构简单，工作可靠，可根据用户对主轴刚度和承载能力的需要灵活设计。二、利用 气体静压轴承作为超精密主轴的支撑，实现了主轴的超精密回转，其回转精度按目前零部件的制造水平，可以达到0.021im。三、采用直流无刷电机作为 驱动元件并采用直接驱动的方式，具有动态特性好、回转度高等特点。四、应 用范围广，可应用于多种形式的超精密车床、超精密铣床等多种形式、多种用 途的超精密机床上。五、在同一个轴系上同时实现了超精密的回转和直接驱动。 附图说明图1是本专利技术整体结构的主视剖视图。具体实施方式具体实施方式一如图l所示，本实施方式的超精密气体静压电主轴系统由直流无刷驱动电机15、主轴4、上止推板3、下止推板6、轴套5组成，所 述直流无刷驱动电机15位于上止推板3的上方，直流无刷驱动电机15上的电 机轴14与上止推板3的上端面固接，主轴4和轴套5均位于上止推板3和下 止推板6之间，轴套5套装在主轴4上，上止推板3的下端面与主轴4的上端 面固接，主轴4的下端面与下止推板6上端面固接，所述电机轴14与主轴4 同轴，所述轴套5上开有若干个径向节流小孔8-l和若干个轴向节流小孔8-2。 本专利技术在使用时，安装在轴系支架7上，直流无刷驱动电机15上的电机 支架13与轴系支架7固接，轴套5与轴系支架7固接，所述若干个径向节流 小孔8-1和若干个轴向节流小孔8-2均与供气装置连通，使上止推板3的下端 面与轴套5的上端面之间形成上止推气膜11、下止推板6的上端面与轴套5 的下端面之间形成下止推气膜9、主轴4的外表面与轴套5的内表面之间形成径向气膜12，以实现主轴4的超精密回转。本专利技术所述的直流无刷驱动电机 15为现在技术。具体实施方式二如图1所示，本实施方式所述轴套5的上端设有上端 凸台5-1,轴套5的下端设有下端凸台5-2，上端凸台5-1与轴系支架7固接， 下端凸台5-2与轴系支架7的内壁接触。如此设计，便于安装。其它组成和连 接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式三如图1所示，本实施方式还包括气室套10，所述气室 套10套装在轴套5上。如此设计，使气室套10与轴套5之间形成密闭的空气室16，以提高气体静压的效果，提高主轴的回转精度。其它组成和连接关系 与具体实施方式一相同。工作原理由定子1和转子2构成直流无刷驱动电机15。由于没有电刷，这种电机 的定子1与转子2之间没有摩擦力矩，直接可以产生旋转扭矩驱动主轴4旋转 并进行切削。气体静压轴承的上止推板3和下止推板6与主轴4连接在一起， 制造时修磨主轴4的长度和轴套5的高度形成上下两个止推气体静压轴承的气 膜间隙，高压空气经轴向节流小孔8-2节流后在气膜间隙处形成气体静压膜， 支撑主轴及其轴向载荷，修磨气体静压轴承的轴套5的孔径和主轴4的径向尺 寸形成径向气膜间隙，高压空气经径向节流小孔8-1节流后在气膜间隙处形成 气体静压膜，支撑主轴及其径向载荷。由于主轴的轴向和径向都有气体静压膜 支撑，使得回转零件(主轴4、上止推板3和下止推板6)与轴套5在径向和 轴向均不直接接触，形成零件几何误差的均化效应，可以大幅度地提高主轴的 回转精度。因此本专利技术是一种新型的超精密电主轴。对本专利技术进行一下理论分析对于超精密电主轴而言，首先要计算其承载能力和刚度，由于刚度和承载 能力的理论推导和计算十分复杂，对于如图1所示的结构，承载能力可以采用 如下的简单公式进行计算(1)径向轴承其中，W是承载能力；C为修正系数，单排孔供气时取0.2，双排孔供气 时取0.25; Z为径向轴承的长度；为径向轴承的直径；A为供气压力；A为 使用环境的气压。静态刚度可以采用如下的简单公式进行计算.-K=2(W/ho)其中，k是刚度，W是承载能力；ho是气膜厚度。即间隙。 (2)止推轴承<formula>formula see original document page 6</formula>其中，W是承载能力；C为修正系数， 一般选在0.25-0.35之间；r2为止 推板的外圆直径，r1为止推板的内圆直径，Ps为供气压力；PA为使用环境的气压。静态刚度可以采用如下的简单公式进行计算 K=2. 88(W/h0)；其中，K是刚度，W是承载能力；ho是气膜厚度，即间隙。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超精密气体静压电主轴系统，它包括直流无刷驱动电机（１５）、主轴（４），其特征在于它还包括上止推板（３）、下止推板（６）、轴套（５），所述直流无刷驱动电机（１５）位于上止推板（３）的上方，直流无刷驱动电机（１５）上的电机轴（１４）与上止推板（３）的上端面固接，主轴（４）和轴套（５）均位于上止推板（３）和下止推板（６）之间，轴套（５）套装在主轴（４）上，上止推板（３）的下端面与主轴（４）的上端面固接，主轴（４）的下端面与下止推板（６）上端面固接，所述电机轴（１４）与主轴（４）同轴，所述轴套（５）上开有若干个径向节流小孔（８－１）和若干个轴向节流小孔（８－２）。

【技术特征摘要】
1、一种超精密气体静压电主轴系统，它包括直流无刷驱动电机(15)、主轴(4)，其特征在于它还包括上止推板(3)、下止推板(6)、轴套(5)，所述直流无刷驱动电机(15)位于上止推板(3)的上方，直流无刷驱动电机(15)上的电机轴(14)与上止推板(3)的上端面固接，主轴(4)和轴套(5)均位于上止推板(3)和下止推板(6)之间，轴套(5)套装在主轴(4)上，上止推板(3)的下端面与主轴(4)的上端面固接，主轴(4)的下端...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁迎春，张飞虎，张龙江，陈明君，许乔，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]