[发明专利]一种抗倾覆载荷的大承载气浮主轴结构

说明书

一种抗倾覆载荷的大承载气浮主轴结构，属于超精密装备制造技术领域，具体方案如下：一种抗倾覆载荷的大承载气浮主轴结构，包括主轴、轴套Ⅰ、前辐板、后辐板和底座，轴套Ⅰ套设在主轴的外侧并固定在底座上，前辐板中部开设有通孔Ⅰ，后辐板中部开设有通孔Ⅱ，主轴的前、后两端分别套设在通孔Ⅰ和通孔Ⅱ中，通孔Ⅰ的侧壁上开设半圆环形的气道Ⅰ，通孔Ⅱ的侧壁上开设半圆环形的气道Ⅱ，气道Ⅰ和气道Ⅱ分别位于主轴中轴线的下方和上方，前辐板上开设有进气孔Ⅰ，后辐板上设置有进气孔Ⅱ，所述进气孔Ⅰ与进气孔Ⅱ分别与气道Ⅰ与气道Ⅱ连通。本发明提高了气浮主轴的整体承载能力、刚度、回转精度以及抗倾覆能力，加工出的零件精度更高。

技术领域

本发明属于超精密装备制造技术领域，涉及一种超精密气浮主轴，具体涉及一种抗倾覆载荷的大承载气浮主轴结构。

背景技术

在超精密加工机床设计及应用中，主轴精度及抗干扰能力对整体机床的性能具有很大的影响。由于气体静压主轴具有很高的回转精度，在高速转动的状态下温度变化小，造成的热变形误差很小，所以气体静压主轴被广泛应用到超精密加工机床当中。气体静压主轴以气体作为润滑剂，依靠外界提供的压力源在主轴周围形成润滑膜，所述润滑膜可将主轴完全浮起，并为主轴提供支撑刚度。传统气体静压主轴最显著的优点是主轴回转精度高，气膜摩擦小，润滑膜具有误差均化效果，减小工件加工误差对于回转精度的影响，静压滑动轴承相比于动压滑动轴承润滑膜更加稳定，主轴在低速运行或高速运行时润滑膜都能保持完整，理论上可以在完全无磨损的情况下工作，可实现低速无爬行与低发热量，但其承载小、刚度低、抗倾覆能力差也是长久以来所伴随的缺点。

虽然经过长时间的发展，气体静压主轴的承载能力、刚度以及抗倾覆能力都有了较大程度的提高，主要发展形式有小孔节流气体静压主轴和多孔质节流气体静压主轴。小孔式节流气体静压主轴通常是在主轴的径向、止推方向环向布置小孔节流器，通过外部气压源供给从而产生较大的轴向、径向刚度以及使得主轴具有较大的承载能力；而对于多孔质静压轴承，由于多孔质材料表面均匀分布着成千上万的小孔，利用这种材料作为气体静压轴承表面，这样就会在轴承表面产生更加均匀的压力分布，因而具有很高的承载能力和静态刚度。但总体上来说，当遇到加工质量较大的工件时，两者的主轴都不可避免的会产生一定的倾覆，使其产生一定的回转误差，进而造成加工的工件产生较大的误差；当工件产生的倾覆力矩超过一定值时，甚至会造成主轴丧失气体润滑作用，使得主轴直接与轴套表面接触，造成主轴部件的损坏。所以，如何提高气体静压主轴的抗倾覆能力是一个很重要的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种抗倾覆载荷的大承载气浮主轴结构，该气浮主轴设计时不限制所用的节流形式，可以是小孔节流、多孔质节流或者表面节流等，通过在传统气体静压主轴的结构基础上，在主轴的前端以及尾段各添加一辐板，前辐板和后辐板上均开设有半圆环状的气道，前端的半圆环状气道布置在主轴轴线下半方，尾端半圆环状气道布置在主轴轴线上半方，两者分别供气，通过对各自压力的调整，在主轴上形成一抵抗力矩，从而与工件在主轴上所形成的倾覆力矩相抵消，达到抗倾覆、承载能力大的目的。

本发明所采取的技术方案具体如下：

一种抗倾覆载荷的大承载气浮主轴结构，包括主轴、轴套Ⅰ、前辐板、后辐板和底座，所述轴套Ⅰ套设在主轴的外侧并固定在底座上，所述前辐板中部开设有通孔Ⅰ，所述后辐板中部开设有通孔Ⅱ，所述主轴的前、后两端分别套设在通孔Ⅰ和通孔Ⅱ中，所述通孔Ⅰ的侧壁上开设半圆环形的气道Ⅰ，所述通孔Ⅱ的侧壁上开设半圆环形的气道Ⅱ，所述气道Ⅰ和气道Ⅱ分别位于主轴中轴线的下方和上方，所述前辐板上开设有进气孔Ⅰ，所述后辐板上设置有进气孔Ⅱ，所述进气孔Ⅰ与进气孔Ⅱ分别与气道Ⅰ与气道Ⅱ连通。

进一步的，所述主轴的前端设置有环状凸缘Ⅰ，所述前辐板的后端面上设置有凸缘槽，所述环状凸缘Ⅰ位于凸缘槽内，所述轴套Ⅰ的前端设置有环状凸缘Ⅱ，所述环状凸缘Ⅱ与前辐板固定连接，所述前辐板和轴套Ⅰ上均设置有气路，所述气路通至前辐板与主轴的圆柱体结构、前辐板与环状凸缘Ⅰ、环状凸缘Ⅰ与轴套Ⅰ、轴套Ⅰ与主轴的圆柱体结构之间的界面。