静压轴承组及其高速静压主轴结构的制作方法

本技术涉及机床主轴，特别是一种静压轴承组及其高速静压主轴结构。

背景技术：

1、高转速、高刚度的机床主轴是目前机床行业的主要发展方向，但传统的机床主轴在安装中以滚动轴承作为主轴径向、轴向的支撑，当主轴做回转运动时，机床主轴与轴承之间会产生机械摩擦，导致机床主轴的转速与回转精度均受到限制。

2、现有厂商将静压轴承的支撑原理结合在机床主轴上，如cn205798462u公开的一种静压主轴，通过在主轴的前端套设轴向静压轴承和前径向静压轴承，在主轴的后端套设后径向静压轴承，轴向静压轴承的前轴向静压槽和后轴向静压槽分别在主轴的轴肩部两侧形成轴向静压油腔，前径向静压轴承和后径向静压轴承的的径向静压槽在主轴外侧形成径向静压油腔，从而使主轴悬浮于各油腔的油膜中，在主轴转动过程中，利用流体动压效应实现主轴和轴承之间的油膜软接触，以降低主轴和轴承间的摩擦系数。然而上述静压轴承组，需要对三个静压轴承进行加工，结构复杂，特别是轴向静压轴承需要采用分体式的轴承和静压盖的安装方式，导致整个主轴的体积较大，并且各静压轴承的端部需要采用骨架密封，该骨架密封仍与主轴间存在物理接触，从而限制该静压轴承组仅能用于主轴的低转速下的高精度加工，且骨架密封存在使用寿命限制，长时间使用后需要进行更换，维修不便。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种静压轴承组及其高速静压主轴结构，该主轴结构具有结构紧凑、高转速、高回转精度、使用寿命长的优点。

2、本实用新型的技术方案为：一种静压轴承组，包括靠近主轴的轴肩部设置的前静压轴承和靠近主轴的止推部设置的后静压轴承，所述前静压轴承上具有朝向主轴设置的前径向承压油槽和朝向轴肩部设置的轴向承压油槽，所述前径向承压油槽的前封油边和所述轴向承压油槽的内封油边之间设有前一级回油槽一，所述前径向承压油槽的后封油边沿远离前一级回油槽一的方向上依次设有前一级回油槽二和前二级回油槽，所述轴向承压油槽沿远离前一级回油槽一的方向上依次设有初级回油槽和次级回油槽，所述后静压轴承上具有朝向主轴设置的后径向承压油槽和朝向止推部设置的轴向承压气槽，所述后径向承压油槽的两个封油边沿远离中心方向依次设有一组后一级回油槽和一组后二级回油槽，所述前静压轴承内设有对前径向承压油槽进油的第一节流油道、对轴向承压油槽进油的第二节流油道、对前一级回油槽一、前一级回油槽二和初级回油槽回油的第一回油道以及对前二级回油槽和次级回油槽回油的第二回油道，所述后静压轴承内设有对轴向承压气槽进气的第一进气通道，对后径向承压油槽进油的第三节流油道、对后一级回油槽回油的第三回油道以及对后二级回油槽回油的第四回油道。前静压轴承的前径向承压油槽和后静压轴承的后径向承压油槽一同对主轴提供径向的油压支撑，前静压轴承前端的轴向承压油槽提供的轴向油压与后静压轴承后端的轴向承压气槽提供的轴向气压形成轴向平衡，且在主轴工作端的径向和轴向均形成油膜接触，保证主轴工作端的刚性，结构相对于现有的三静压轴承，更简单紧凑，位于前静压轴承的前一级回油槽一、前一级回油槽二和初级回油槽、位于后静压轴承的后一级回油槽保证了对静压油腔内油膜的一级带压回油，位于前静压轴承的前二级回油槽和次级回油槽、位于后静压轴承的后二级回油槽保证了对油膜在一级带压回油后的溢出回油，从而形成了无需骨架的密封回油效果，实现了主轴与各静压轴承间完全非物理接触，提高主轴的使用寿命，满足主轴高转速、高回转精度的需求。

3、所述前径向承压油槽、所述后径向承压油槽、所述第一节流油道、所述第二节流油道和所述第三节流油道的数量为至少为两个，各所述前径向承压油槽沿周向间隔分布在所述前静压轴承的内侧并与各第一节流油道的出口一一对应；各所述后径向承压油槽沿周向间隔分布在所述后静压轴承的内侧并与各第三节流油道的出口一一对应，各所述第二节流油道的出口沿周向间隔分布在所述轴向承压油槽内，各所述第一节流油道、所述第二节流油道和所述第三节流油道的入口处安装有小孔节流器。在各第一节流油道、各第二节流油道和个第三节流油道的入口处安装小孔节流器，一个节流器的液阻与对应承压油槽内油膜的液阻形成一个串联的液压回路，不论径向受力还是轴向受力时，均能实现压力的自平衡调节，保证主轴在额度负荷内的正常运行，有效的保证了主轴的回转精度。

4、所述初级回油槽远离所述第一回油道一侧的前静压轴承上沿轴向依次设有第一挡油环和第二挡油环，所述第一挡油环与所述初级回油槽之间形成环形回油通道，所述次级回油槽位于所述第一挡油环和所述第二挡油环之间。

5、所述第二挡油环中部开设有气封槽，所述前静压轴承内设有对所述气封槽进气的第二进气通道。气体由第二进气通道进入气封槽内，在前静压轴承靠近主轴工作端的一侧形成气帘，可有效避免主轴磨削加工产生的碎屑进入次级回油槽内。

6、所述前静压轴承的前端外侧固定有气密封盖，所述气密封盖与前静压轴承之间合围形成与所述第二进气通道相连通的环形气室，所述环形气室与外界气源相连。

7、所述第一回油道为若干个，沿周向呈放射性分布在所述前静压轴承内，所述第三回油道为若干个，沿周向呈放射性分布在所述后静压轴承内，所述第二回油道的入口处位于装配后的前静压轴承的前二级回油槽和次级回油槽的最低位置周侧，所述第四回油道的入口处位于装配后的后静压轴承的后二级回油槽的最低点位置周侧。

8、本实用新型还提供一种高速静压主轴结构，包括主轴、固定在主轴中部的转子、固定在主轴非工作端外侧的止推活塞、内部具有与转子配合的定子的机壳以及上述静压轴承组，所述主轴的工作端外侧成型有前轴肩，所述前轴肩形成所述轴肩部，所述止推活塞形成所述止推部，所述前静压轴承和所述后静压轴承分别固定在所述机壳的两端，所述前静压轴承前端具有供所述轴肩部轴向移动的前端槽部，所述后静压轴承后端具有供所述止推活塞周向移动的后端槽部，所述机壳上具有与所述第一节流油道和所述第二节流油道相连通的前进油通道、与所述第三节流油道相连通的后进油通道、与所述第一进气通道相连通的供气通道、与所述第一回油道相连通的前一级回油通道、与所述第二回油道相连通的前二级回油通道、与所述第三回油道相连通的后一级回油通道、与所述第四回油道相连通的后二级回油通道。

9、所述机壳经静压轴承座与所述后静压轴承相连，所述静压轴承座表面设有后环形进油槽，所述后环形进油槽经后上油通道与所述第三节流油道相连，所述前静压轴承表面设有前环形进油槽，所述第一节流油道和所述第二节流油道的入口位于所述前环形进油槽内，所述机壳内壁与所述前环形进油槽合围成与前进油通道相连的前环形进油道，机壳内壁与所述后环形进油槽合围成与后进油通道相连的后环形进油道。

10、所述后静压轴承表面设有用于连通两个后一级回油槽上位置相对应的两个第三回油道的一级油槽、用于连通两个后二级回油槽上位置相对应的两个第四回油道的二级油槽，所述静压轴承座内设有用于连通所述一级油槽和所述后一级回油通道的第五回油道、用于连通所述二级油槽和所述后二级回油通道的第六回油道。

11、所述主轴的非工作端外侧成型有后轴肩，所述止推活塞的一端与所述后轴肩相抵，止推轴承的另一端经固定在所述主轴非工作端上活塞压盖紧压固定。

12、综上所述，本实用新型主要具有以下有益效果：

13、本实用新型通过在前静压轴承上设置前径向承压油槽和轴向承压油槽、在后静压轴承上设置后径向承压油槽和轴向承压气槽，前径向承压油槽和后径向承压油槽一同对主轴提供径向的油压支撑，轴向承压油槽提供的轴向油压与轴向承压气槽提供的轴向气压形成轴向平衡，从而在主轴的工作端保证径向和轴向均形成油膜接触，以保证主轴工作端的刚性，上述结构相对于现有的三静压轴承，更加简单紧凑；同时位于前静压轴承的前一级回油槽一、前一级回油槽二和初级回油槽、位于后静压轴承的后一级回油槽保证了对静压油腔内油膜的一级带压回油，位于前静压轴承的前二级回油槽和次级回油槽、位于后静压轴承的后二级回油槽保证了对油膜在一级带压回油后的溢出回油，从而形成了无需骨架的密封回油效果，实现了主轴与各静压轴承间完全非物理接触，提高了主轴的使用寿命，满足主轴高转速、高回转精度的需求。