一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构的制作方法
本发明涉及气浮主轴，具体为一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构。
背景技术：
1、金刚石车床在加工的过程中会用到一种气浮主轴，金刚石车床气浮主轴是一种特殊的车床主轴设计，它使用气体流体动力学原理，在主轴与轴承之间形成气膜，使主轴悬浮并实现高精度的旋转运动，金刚石车床主轴是由金刚石涂层包裹的车床主轴，金刚石是一种非常硬的材料，具有出色的磨损抗性和耐腐蚀性，涂层的金刚石可以增加主轴的硬度和耐磨性，提高车床的加工精度和使用寿命，气浮主轴则是利用气体的力学特性，通过气体的压力和速度对主轴进行支撑和悬浮，以减小摩擦和磨损，并提高车床主轴的转动精度和稳定性，气浮主轴在高速加工和精密加工领域常被应用，可以实现高速旋转、高精度的加工效果。
2、现有技术中，气浮主轴都采用圆柱面和平面结构，加工精度和形位误差只能达到微米级别，电机布置的位置远离主轴质心，电机的不对称电磁力产生较大的弯矩，因此，气浮主轴的回转误差无法小于25nm，导致高转速、高精度设备的运转精度难以提高，所以就需要一种新的气浮主轴。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高转速高精度的气浮主轴结构。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，包括气浮机构，所述气浮机构的外壁一端设置刀头机构，且刀头机构用于更换刀头，所述气浮机构的顶部设置冷却机构，且冷却机构用于气浮机构的散热；
3、所述气浮机构包括防护壳，所述防护壳的内表壁固定安装有固定套，所述固定套的内表壁固定安装有定子，且定子的内表壁设置转子，并在转子的内表壁固定插设有轴芯，而轴芯的外壁一端固定连接有连接轴，所述轴芯的外表壁固定套设有两个轴套，且两个轴套的外表壁分别固定安装有左半球和右半球，所述固定套的外壁两侧均固定安装有球面节流器，且两个球面节流器的内表壁分别活动套设在左半球和右半球的外表壁，所述固定套的内部开设通气道，且固定套的顶部固定连通有第一气管接头，而第一气管接头与通气道相连通，两个所述球面节流器的内表壁均开设一组气路，所述固定套的外壁一侧固定安装有第一连接盘。
4、优选的，所述刀头机构包括固定座，所述固定座的外壁一端固定连通有连接筒，所述固定座的内表壁活动设置推板，且推板与固定座之间设置一组第一复位弹簧，所述连接筒的内表壁活动插设有拉爪，且拉爪的外壁一端固定插设在推板的内表壁，所述拉爪的内表壁活动插设有活塞，且活塞的外表壁设置第二复位弹簧，所述拉爪的外壁一端活动插设有快插接头，所述固定座的顶部固定连通有第二气管接头。
5、优选的，所述连接筒的外表壁固定套设有金属盘，所述金属盘的顶部固定连通有水管接头，且水管接头与金属盘内部的水道相连通，所述金属盘的外壁一端固定连通有一组高压喷头，且每个高压喷头均与金属盘内部的水道相连通。
6、优选的，所述固定座的外壁一侧固定安装有第二连接盘，且第二连接盘与第一连接盘通过螺栓固定连接。
7、优选的，所述冷却机构包括半导体制冷板，所述半导体制冷板的底部固定安装有导热板，所述半导体制冷板的顶部固定安装有散热鳍片，所述散热鳍片的内表壁固定安装有静音风扇。
8、优选的，所述散热鳍片的内表壁固定安装有防护筒，所述防护筒的内表壁固定安装有格栅。
9、优选的，所述左半球的外壁一侧固定安装有圆光栅，且圆光栅的顶部设置读数传感器，并把读数传感器固定在球面节流器的外壁一侧。
10、优选的，所述固定套的内部设置温度传感器，且温度传感器的感应端贴合在定子的外表壁。
11、优选的，所述防护壳的内表壁设置隔音板，隔音板是由聚氨酯泡沫塑料填充而成。
12、优选的，所述连接轴的外壁一端活动嵌设在拉爪的内表壁，所述导热板固定安装在固体套的外表壁。
13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14、1、本发明中，通过把主轴打磨成球面结构，并配合球面节流器，把左半球和右半球贴合在球面节流器的内表面，就能使本装置具有自定心功能，有效降低了装配误差，而两个半球可以采用研磨和抛光工艺，球面节流器可以采用金刚石车削工艺，使得加工误差将达到亚微米级别，本装置把电机中置，使得电机电磁力在转子部件的质心附近，有效降低电机不对称电磁力产生的弯矩，从而使本装置的气浮主轴的回转误差能够小于25nm，进而极大提升高转速、高精度设备的运转精度。
15、2、本发明中，通过设置刀头机构，在工作时通过推板、复位弹簧、拉爪、活塞等各种部件配合使用，来实现自动化换刀动作，具有快速、高效、安全、稳定等显著优点，与传统刀相比，气动换刀可以节省更多操作时间，在生产效率上有很大提升，此外，气动主轴在换刀过程中，还能够保证准确度，提高加工精度和产品质量，安全性也得到大幅地提升。
16、3、本发明中，通过设置温度传感器，能实时监测定子的温度，进而能防止装置过热而损坏，并通过冷却结构对气浮机构进行冷却，就能提高本装置的工作时长，使得产品加工的效率得到提高，并且能提高本装置的使用寿命和使用安全。
技术特征：
1.一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：包括气浮机构(1)，所述气浮机构(1)的外壁一端设置刀头机构(2)，且刀头机构(2)用于更换刀头，所述气浮机构(1)的顶部设置冷却机构(3)，且冷却机构(3)用于气浮机构(1)的散热；
2.根据权利要求1所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述刀头机构(2)包括固定座(20)，所述固定座(20)的外壁一端固定连通有连接筒(21)，所述固定座(20)的内表壁活动设置推板(22)，且推板(22)与固定座(20)之间设置一组第一复位弹簧(23)，所述连接筒(21)的内表壁活动插设有拉爪(24)，且拉爪(24)的外壁一端固定插设在推板(22)的内表壁，所述拉爪(24)的内表壁活动插设有活塞(25)，且活塞(25)的外表壁设置第二复位弹簧(26)，所述拉爪(24)的外壁一端活动插设有快插接头(27)，所述固定座(20)的顶部固定连通有第二气管接头(28)。
3.根据权利要求2所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述连接筒(21)的外表壁固定套设有金属盘(29)，所述金属盘(29)的顶部固定连通有水管接头(210)，且水管接头(210)与金属盘(29)内部的水道相连通，所述金属盘(29)的外壁一端固定连通有一组高压喷头(211)，且每个高压喷头(211)均与金属盘(29)内部的水道相连通。
4.根据权利要求3所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述固定座(20)的外壁一侧固定安装有第二连接盘(212)，且第二连接盘(212)与第一连接盘(116)通过螺栓固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述冷却机构(3)包括半导体制冷板(30)，所述半导体制冷板(30)的底部固定安装有导热板(31)，所述半导体制冷板(30)的顶部固定安装有散热鳍片(32)，所述散热鳍片(32)的内表壁固定安装有静音风扇(33)。
6.根据权利要求5所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述散热鳍片(32)的内表壁固定安装有防护筒(34)，所述防护筒(34)的内表壁固定安装有格栅(35)。
7.根据权利要求6所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述左半球(17)的外壁一侧固定安装有圆光栅(113)，且圆光栅(113)的顶部设置读数传感器(114)，并把读数传感器(114)固定在球面节流器(19)的外壁一侧。
8.根据权利要求7所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述固定套(11)的内部设置温度传感器(115)，且温度传感器(115)的感应端贴合在定子(12)的外表壁。
9.根据权利要求8所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述防护壳(10)的内表壁设置隔音板(117)，隔音板(117)是由聚氨酯泡沫塑料填充而成。
10.根据权利要求9所述的一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，其特征在于：所述连接轴(15)的外壁一端活动嵌设在拉爪(24)的内表壁，所述导热板(31)固定安装在固体套(11)的外表壁。
技术总结
本发明公开了一种用于高转速高精度设备的球面气浮主轴结构，涉及气浮主轴技术领域，气浮机构，气浮机构的外壁一端设置刀头机构，且刀头机构用于更换刀头，气浮机构的顶部设置冷却机构，且冷却机构用于气浮机构的散热。把主轴打磨成球面结构，并配合球面节流器，把左半球和右半球贴合在球面节流器的内表面，就能使本装置具有自定心功能，有效降低了装配误差，而两个半球可以采用研磨和抛光工艺，球面节流器可以采用金刚石车削工艺，使得加工误差将达到亚微米级别，把电机中置，使得电机电磁力在转子部件的质心附近，有效降低电机不对称电磁力产生的弯矩，从而使本装置的气浮主轴的回转误差能够小于25nm，极大提升高转速、高精度设备的运转精度。
技术研发人员：杨桂桦
受保护的技术使用者：无锡市蚨瑞精密机电设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23