[發明專利]具有轉子噴射驅動用流體的主軸裝置

有效

• 申請號: 200910006181.8
• 申請日: 2009-02-05
• 公開（公告）號: CN101530971A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 河合知彥;蛯原建三;大木武
• 申請（專利權）人: 發那科株式會社
• 主分類號: B23Q5/06
• 分類號: B23Q5/06;B23B19/02
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 張敬強

技術領域

本發明涉及一種由流體(比如空氣)轉動地驅動的主軸裝置(spindledevice)，更具體地涉及由從轉子噴射流體進行驅動的主軸裝置。

背景技術

在用于鏜孔和切削的超精密機床中，由于需要高精度并且為了減少發熱，靜壓空氣軸承空氣渦輪轉軸(static-pressure?air?bearing?air?turbine?spindle)用于這種超精密機床的轉軸。空氣渦輪轉軸通過從噴嘴噴射增壓流體而旋轉，其中，噴嘴設置在相對于設置在作為旋轉體的轉子上的多個葉片的轉軸的非旋轉側上。

一般而言，與利用電動機作為驅動源的主軸裝置相比，這種空氣渦輪轉軸能以更高的精度且較小振動地以更高的速度旋轉轉軸，由于發熱較少，因此還可以減少轉軸的拉伸(即，沿軸向的熱膨脹)。

在板條(lathing)的情況下，其中，工件固定在空氣渦輪轉軸的轉子上，加工載荷施加在工件上，設置在作為驅動源的轉子上的葉片的形式有時看起來在工件的表面上。比如，在平面或球面板條中，以對應于葉片數量的大約幾十納米的光線形狀形成的形式有時看起來在工件的表面上。

葉片的形式出現在工件上的現象是由葉片上和空氣渦輪轉軸的噴嘴上的流體的周期性沖擊所引起。為了消除流體的該周期性沖擊，JP2003-191142A中公開了一種將流體從配置在定子內的轉子內部噴射進空間以旋轉地驅動轉子的技術。

在背景技術中說明的相關技術中，轉子噴射用于在轉軸內旋轉驅動的流體，并將流體通過設置在轉軸內的出口排出到轉軸之外。因此，當噴嘴橫穿出口時，從轉子噴射的流體的流動改變，流體流動的變化引起的沖擊影響到轉子。

另外，由于供給到流體軸承的流體通過與用于獲得驅動力的流體的相同路徑供給，因此當轉軸的每分鐘轉數波動時，軸承壓力變化。由于這些原因，背景技術中所述的轉軸難以實現精確旋轉。

發明內容

本發明提供一種能夠獲得精確旋轉以及較好低噪音(quietness)的主軸裝置。

本發明的主軸裝置由驅動用流體驅動。該主軸裝置包括：定子，其具有用于引入驅動用流體的至少一個進口；轉子，其具有布置在定子之外并設置有用于噴射驅動用流體的噴嘴的至少一個凸緣；以及靜壓流體軸承，其用于相對于定子旋轉地支承轉子。定子具有第一內部路徑，用于將從進口引入的驅動用流體引導至轉子，轉子具有與定子的第一內部路徑連通第二內部路徑，用于將驅動用流體引導至噴嘴，由此從定子的進口引入的驅動用流體穿過第一和第二內部路徑從轉子的噴嘴噴出以旋轉轉子。

該噴嘴可具有節流閥部件。

定子的第一內部路徑的出口和轉子的第二內部路徑的進口可布置成沿轉子的轉動軸的方向互相錯開，轉子的與第一內部路徑的出口相對向的表面可沿轉子的轉動軸的方向平滑地形成。

用于排出流體軸承的流體的排出空間可設置在定子的第一內部路徑和轉子的第二內部路徑的接合處的附近，具有與流體軸承相同間隙的密封表面設置在排出空間和接合處之間。

從噴嘴噴射的驅動用流體被引導以相對于與轉子的轉動軸正交的平面形成一角度，或相對于轉子的凸緣的正切方向形成一角度。

轉子具有兩個凸緣，每個凸緣都設置有用于噴射驅動用流體的噴嘴。

這種情況下，設置在兩個凸緣之一上的噴嘴可布置成噴射驅動用流體以順時針旋轉轉子，設置在兩個凸緣的另一個上的噴嘴可布置成噴射驅動用流體以逆時針旋轉轉子，該主軸裝置還可包括有選擇地向兩個凸緣的噴嘴供給驅動用流體的設備。

根據本發明，提供一種能夠消除由于轉子的旋轉而產生的周期性的影響以實現精確旋轉以及較好低噪音的主軸裝置。

附圖說明

圖1是示出根據本發明的第一實施例的主軸裝置的內部結構的示圖；

圖2a和2b是示出根據本發明的第一實施例的轉子的內部結構和主軸裝置內驅動用流體的流動的示圖；

圖3a和3b是示出根據本發明的第一實施例的主軸裝置內的流體噴射方向和轉子旋轉的方向的示圖；

圖4是示出根據本發明的第一實施例的主軸裝置中的結構的示圖，其中作為取決于旋轉角的驅動用流體的噴射液的流動沒有發生變化；

圖5是部分地示出根據本發明的第一實施例的設置在主軸裝置內的定子和轉子中的驅動用流體路徑的結構的示圖；

圖6a-6d是示出根據本發明的第一實施例的主軸裝置內的從定子開始的驅動用流體出口和貫穿轉子內的內部路徑的相對位置的示圖；