一种气静压陶瓷球复合轴承电主轴的制作方法

1.本实用新型涉及轴承技术领域，具体的说是一种气静压陶瓷球复合轴承电主轴。


背景技术：

2.随着国家的发展以及科学技术的进步，中国对超精密加工装备的高性能电主轴的需求日显迫切。基于机械切削方法加工微结构和微零件，由于其加工效率高、成本低及加工材料范围广泛等特点，也越来越引起人们的重视。面向微结构和微零件的超精密加工机床，要求其主轴部件具有极高的回转精度。
3.空气静压电主轴凭借其高精度、高速度及低摩擦等特点，在超精密加工机床领域得到了广泛的应用。空气静压电主轴所采用的轴承为气静压轴承，气静压轴承又称气浮轴承或空气轴承，空气静压电主轴由于用可压缩气体作润滑剂，使其具有刚度低、承载力小及稳定性差等缺点，限制了其应用范围的进一步扩大。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提供一种气静压陶瓷球复合轴承电主轴，以提高气静压电主轴的刚度，增加主轴的承载力和稳定性。
5.为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体方案为：一种气静压陶瓷球复合轴承电主轴，包括壳体、转动设置在壳体内的主轴以及用于驱动主轴转动的动力机构，壳体和主轴之间设置有气浮轴承，壳体和主轴之间还设置有角接触轴承，角接触轴承的内环与主轴固定连接，角接触轴承的外环与壳体之间设置有弹性预紧机构。
6.作为上述技术方案的进一步优化，角接触轴承的数量为两个并分别设置在主轴的两端，两个角接触轴承为面对面设置或背对背设置。
7.作为上述技术方案的进一步优化，角接触轴承内环的端面设置在主轴的轴肩上，弹性预紧机构为弹性垫圈，壳体与角接触轴承外环端面对应的位置设置有环形凹槽，弹性垫圈设置在环形凹槽内，弹性垫圈呈压紧状态以向角接触轴承施加弹性预紧力。
8.作为上述技术方案的进一步优化，角接触轴承的滚动体为陶瓷球。
9.作为上述技术方案的进一步优化，动力机构为电机。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：1、本实用新型通过气浮轴承与角接触轴承的复合轴承技术，通过内部结构设计，使两种轴承能够自动转换工作状态，既有角接触轴承高刚性、大载荷特性，也有气浮轴承高精度、高转速特性，两种轴承可以根据负荷大小自动转换工作状态，当重载时角接触轴承起支撑作用，当轻载时气浮轴承起支撑作用。
11.2、本实用新型具有传统角接触轴承电主轴的大承载、高刚性，同时也具有气浮轴承电主轴的高转速、高精度特性；实现了在一台机床上，即可重载粗加工，也可超精密加工的功效，其优越的性能，大大提高了精密加工设备的可靠性和使用范围。
12.3、内置直驱电机采用变频驱动器无极调速。是精密数控磨床、车床、高光机床、高端轴承磨床等精密机床的最佳选用部件，因此具有重要的社会经济意义。
附图说明
13.图1为本实用新型的剖视图；
14.图2为图1中a部分的放大图；
15.1、工作端，3、角接触轴承，301、外环，302、滚动体，303、内环，4、气浮轴承，5、主轴，6、壳体，7、气道，8、动力机构，801、电机转子，802、电机定子，9、端盖，10、冷却通道，11、环形凹槽，12、弹性垫圈。
具体实施方式
16.如图1所示，本实用新型为一种气静压陶瓷球复合轴承电主轴，包括壳体6、转动设置在壳体6内的主轴5和用于驱动主轴5转动的动力机构8。
17.壳体6和主轴5之间设置有气浮轴承4，气浮轴承4的数量根据主轴5的长度设置，本实施例中气浮轴承4的数量为三个，其中有两个气浮轴承4并列设置在动力机构8的左侧，第三个气浮轴承4设置在动力机构8的右侧。气浮轴承4的外径与壳体6固定连接，壳体6上设置有向气浮轴承4通入气体的气道7，气浮轴承4的内径与主轴5之间形成有工作气隙，气道7内的气体由气浮轴承4上开设的微孔进入工作气隙，在工作气隙内形成一层具有一定承载和刚度的润滑气膜，依靠该气膜的润滑支承作用将主轴5浮起在气浮轴承4中，气浮轴承4的结构为现有技术，在此不再赘述。
18.壳体6和主轴5之间还设置有角接触轴承3，角接触轴承3的数量为两个并分别设置在主轴5的两端，角接触轴承3分别位于与其相邻的气浮轴承4远离动力机构8的一侧。角接触轴承3包括内环303、外环301和滚动体302，滚动体302为陶瓷球，角接触轴承3即为陶瓷球轴承，陶瓷球热膨胀系数小，在高温环境下不会因为温度的原因导致膨胀，这样大大提高了整个陶瓷球轴承的使用温度，陶瓷球具有无油自润滑属性，陶瓷球摩擦系数小，所以陶瓷球轴承具有很高的转速。陶瓷球可以不加任何油脂，也就是说即使油脂干掉，陶瓷球轴承还是可以运作的，这样就避免了普通轴承中因为油脂干掉导致的轴承过早损坏现象的发生，陶瓷球是绝缘体，可以使陶瓷球轴承达到绝缘的效果，这样陶瓷球轴承就能够在导电的环境下使用。因此，陶瓷球轴承组装的高速电主轴，具有高速、高刚度、大功率、长寿命等优点。内环303的内径与主轴5外径固定连接，内环303朝向气浮轴承4一侧的端面设置在主轴5的轴肩上。
19.本实施例中两个角接触轴承3的安装方式为背对背安装，即两个角接触轴承3的宽端面相对，此时，角接触轴承3的接触角线沿回转轴线方向扩散，可增加其径向和轴向的支承角度刚性，抗变形能力最大。两个角接触轴承3的安装方式也可以设置为面对面安装，面对面安装时两个角接触轴承3的窄端面相对，角接触轴承3的接触角线朝回转轴线方向收敛，其轴承角度刚性较小，可以增加角接触轴承3的预加载荷。
20.角接触轴承3的外环301外径与壳体6之间形成有间隙，外环301靠近气浮轴承4一侧的端面与壳体6之间设置有弹性预紧机构，弹性预紧机构为弹性垫圈12，弹性垫圈12为橡胶材质的弹性密封圈。壳体6与外环301端面对应的位置设置有环形凹槽11，弹性垫圈12设置在环形凹槽11内，壳体6与外环301端面之间留有一定的间隙，弹性垫圈12的直径大于环形凹槽11的深度与间隙宽度之和，以使弹性垫圈12呈压紧状态并向角接触轴承3施加弹性预紧力。采用气浮轴承4和角接触轴承3的复合轴承技术，通过内部结构的设计，两种轴承可
以根据负荷大小自动转换工作状态，当重载时角接触轴承3起支撑作用，当轻载时气浮轴承4起支撑作用，具有传统滚珠轴承电主轴的大承载、高刚性，同时也具有气静压轴承电主轴的高速、高精度(旋转精度≤0.1um)。
21.动力机构8为内置直驱电机，电机包括电机转子801和电机定子802，电机定子802装配在壳体6内部，电机转子801设置在主轴5外部，主轴5的变速范围由电机控制。内置直驱电机采用变频驱动器无极调速，可实现矢量控制，转速控制精度可达
±
0.1％。
22.主轴5远离动力机构8的一端为工作端1，工作端1与动力机构8的之间的壳体6上设置有冷却通道10，冷却通道10位于气道7和壳体6外壁之间并环绕壳体6设置(冷却通道10中进液口和出液口的设置为现有技术，图中未示出)，冷却通道10内通过冷却液循环的流入流出，带走气浮轴承4在工作过程中产生的热量，使主轴5保持稳定的工作状态。
23.主轴5靠近动力机构8的一端设置有端盖9，以避免操作人员误触碰而造成危险。