一种电主轴和钻孔设备的制作方法

本发明用于电主轴领域，特别是涉及一种电主轴和钻孔设备。

背景技术：

1、气浮电主轴因采用气体静压轴承支承，具有无接触摩擦、无机械磨损、可实现超高速旋转及高回转精度等显著优势，已广泛应用于pcb微孔钻削、晶圆超精密减薄、硬脆材料超精密磨削等高端制造领域。然而，目前常规气浮电主轴在功能配置上仍局限于单一旋转运动模式，即在加工过程中，刀具与工件始终保持连续物理接触。此种持续接触式加工方式在实际应用中暴露出以下固有缺陷：

2、其一，连续接触使刀具轴向持续承受加工载荷，加速刀具磨损进程，尤其在加工新型ai服务器板、陶瓷基板、玻璃基板等硬脆材料时，轴向力的持续作用易诱发工件表层微裂纹扩展及边缘崩裂，严重制约加工质量与成品率。

3、其二，切屑排出受阻。持续接触状态下，切削区域封闭性较强，切屑难以被有效排出，部分切屑残留于加工界面，易引发二次切削，导致已加工表面产生划痕及微观损伤，显著降低表面光洁度与一致性。

4、其三，加工效率提升受限。传统主轴主要依赖提高旋转速度与进给速度来提升材料去除率，然而受刀具寿命、热稳定性及加工表面完整性要求的综合制约，单纯依靠转速和进给的提升已逼近技术极限，难以实现加工效率与质量的同步优化。

5、针对上述问题，近年来已有将振动技术引入主轴加工过程的尝试。例如，采用“主轴旋转+外部z轴模组驱动”的分离式振动方案，可实现主轴轴向或径向的辅助振动功能，但由于振动驱动源与主轴本体分离，传动链较长，结构刚度与响应频率受到限制，导致实际可实现的振动频率远低于高效加工所需的理想频段，难以充分发挥振动辅助加工的技术潜力。

6、此外，亦有现有技术提出将振动驱动机构直接集成于主轴内部，以实现振动与旋转运动的一体化。然而，此类集成方案普遍存在振动驱动机构与旋转驱动机构同轴度难以保证的问题，结构布局不合理易引入附加偏心载荷与振动耦合误差，进而影响主轴系统的动态稳定性和加工轨迹精度，最终导致加工精度劣于预期。

7、综上，相关技术中存在的问题亟需得到解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电主轴和钻孔设备。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、第一方面，一种电主轴，包括：

4、机体；

5、轴芯，通过气浮轴承支承于所述机体；

6、旋转驱动电机，包括旋转电机定子和旋转电机转子，所述旋转电机定子设置于所述机体，所述旋转电机转子设置于所述轴芯；

7、振动驱动电机，包括振动电机定子和振动电机动子，所述振动电机定子和振动电机动子均呈圆环形，所述振动电机定子设置于所述机体，所述振动电机动子对应所述振动电机定子设置于所述轴芯，所述振动电机定子和振动电机动子配合用于驱动所述轴芯沿轴向振动。

8、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述气浮轴承包括上气浮轴承组件和下气浮轴承组件，所述上气浮轴承组件支承于所述轴芯的上部，所述下气浮轴承组件支承于所述轴芯的下部，所述机体内部在所述上气浮轴承组件和下气浮轴承组件之间形成轴向间隔，所述旋转驱动电机设置于所述轴向间隔。

9、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述振动驱动电机设置于所述上气浮轴承组件的上方。

10、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述气浮轴承包括推力轴承组件，所述轴芯设有与所述推力轴承组件配合的飞盘。

11、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述推力轴承组件设置于所述下气浮轴承组件的下方。

12、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括用于检测所述轴芯轴向振幅位移的传感器以及与所述传感器连接的控制器，所述推力轴承组件在朝向所述飞盘的一侧设有传感器安装槽，所述传感器设置于所述传感器安装槽。

13、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体内设有用于对所述振动电机定子和所述旋转电机定子进行冷却的冷却通道。

14、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述振动电机动子包括第一永磁体，所述第一永磁体与所述轴芯固定连接，所述振动电机定子包括第一线圈，所述第一线圈固定于所述机体。

15、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述振动电机动子包括第二线圈，所述第二线圈与所述轴芯固定连接，所述振动电机定子包括第二永磁体，所述第二永磁体固定于所述机体。

16、第二方面，一种钻孔设备，包括第一方面中任一实现方式所述的电主轴。

17、上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

18、1.加工效果

19、本发明通过振动驱动电机实现电主轴的z轴（即轴芯轴向）可控高频振动，在使用时能够使刀具与工件之间形成周期性接触与分离，变传统连续切削为间歇性微切削。这一机理带来的加工效果包括：刀具磨损速率显著降低，寿命延长；切削热和轴向力在分离期间得到周期性释放，避免持续积累；切屑在分离阶段被气流或切削液及时带走，消除二次切削隐患；硬脆材料加工时崩边和微裂纹明显减少，表面质量提升；同时，振动参数与转速、进给速度形成多维工艺窗口，可在保证加工质量的前提下提高进给速度，实现效率与质量的双重提升。

20、2.主轴性能效果

21、本发明采用振动驱动电机，即圆形音圈电机同轴内置方案，振动电机定子和振动电机动子均呈圆环形对称结构，径向磁场力沿周向均匀分布，动子质量分布高度对称，不平衡量极低，从根本上消除了附加振动机构对高速旋转精度的负面影响，支持主轴在更高设计转速下稳定运行。音圈电机动子与轴芯直接固定连接，无气浮间隙、无离合结构，实现零背隙、零响应延迟的随动振动，确保高频工况下振幅的真实跟随性。同时，内置传感器实时检测轴芯的z向位移，通过控制器闭环修正振动驱动电机的驱动电流，能够将振幅误差控制在±0.5μm以内、频率误差控制在±1%以内，解决了开环振动因负载变化导致参数漂移的行业痛点。此外，机体上设置有冷却通道，对旋转驱动电机和振动驱动电机同步散热，防止温升导致气浮间隙变化，保障主轴长期热稳定性。

22、3.综合效果

23、本发明在完整保留气浮主轴原有高转速、高回转精度优势的前提下，为其附加了z轴可控高频振动辅助切削能力，实现了“旋转不晃、振动不停、参数可控”的复合运动模式。相比传统压电陶瓷振动方案，本发明具有行程更大（可达数毫米）、推力更强、发热更低、控制线性度更好的工程实用优势；相比气浮耦合式z轴驱动方案，本发明无响应延迟和位移死区，动态性能更优。综合而言，本发明显著拓宽了气浮主轴在陶瓷基板、硅晶圆、复合材料等硬脆难加工材料领域的适用边界，兼具加工质量提升、刀具寿命延长、加工效率提高和设备可靠性增强的多重技术效果。

24、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。