專利名稱：空氣靜壓電主軸和空氣靜壓電主軸的冷卻裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路封裝設備制造領域，尤其涉及一種空氣靜壓電主軸和空氣靜壓電主軸的冷卻裝置。
背景技術：
目前，空氣靜壓電主軸是一種常用的部件，其具備精度高、轉速高、穩(wěn)定性好、摩擦小、容易散熱等優(yōu)勢，主要可以應用于切割機等設備中。在空氣靜壓電主軸工作時，經過精密過濾的壓縮空氣會經過管道進入空氣靜壓電主軸殼體的通道，之后流入軸承的節(jié)流小孔，然后流入軸承和轉軸之間的間隙，形成一層壓力氣膜，將轉軸浮起，這樣，轉軸就能夠在空氣壓力的作用下穩(wěn)定旋轉。通常，采用了空氣靜壓電主軸的切割機主要可以對諸如硅集成電路和發(fā)光二極管等零部件進行加工，可以切割鈮酸鋰、砷化鎵、石英、玻璃、壓電陶瓷、藍寶石、氧化鋁和氧化鐵等多種材料。在這種切割機中，空氣靜壓電主軸是實現(xiàn)強力磨削的核心部件，空氣靜壓電主軸的回轉速度、精度、輸出功率及穩(wěn)定性等性能指標直接決定了切割機的劃切精度。在目前主要采用的空氣靜壓電主軸中，由于電機的定子是主要產生熱量的部分， 因此，通常僅會對電機定子采用循環(huán)水冷卻等方式進行冷卻，對于轉軸、徑向軸承部分則不進行冷卻，但是，電機定子產生的熱量必然會傳遞到轉子并進一步傳遞到轉軸，從而使得轉軸過熱，造成轉軸發(fā)生熱變形而降低運轉的精度。類似地，對于其他采用空氣靜壓電主軸的設備，同樣會出現(xiàn)由于對徑向軸承部分缺少冷卻措施而導致整個設備冷卻效果差進而影響設備精度的問題。針對相關技術中由于對空氣靜壓電主軸的徑向軸承部分缺少冷卻措施導致空氣靜壓電主軸因過熱而變形導致精度下降的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內容
針對相關技術中由于對空氣靜壓電主軸的徑向軸承部分缺少冷卻措施導致空氣靜壓電主軸因過熱而變形導致精度下降的問題，本發(fā)明提出一種空氣靜壓電主軸和空氣靜壓電主軸的冷卻裝置，能夠針對空氣靜壓電主軸的徑向軸承部分進行冷卻，降低轉軸和轉子的溫度。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種空氣靜壓電主軸。根據(jù)本發(fā)明的空氣靜壓電主軸包括殼體、套筒、徑向軸承、轉軸和轉子，其中，殼體的內壁具有至少一個溝槽，溝槽在軸向上在殼體的內壁延伸，套筒的外壁與殼體的內壁固定并貼合，使溝槽形成用于容納冷卻物的通道；套筒的內壁與徑向軸承的外壁貼合；徑向軸承呈筒狀，其中容納有轉軸，徑向軸承用于在徑向軸承的內壁與轉軸之間形成空氣膜，并通過空氣膜支撐轉軸，并且，轉軸的一端與轉子固定連接。
其中，該空氣靜壓電主軸還包括冷卻物入口，設置于殼體，與溝槽的一端連通，用于將外部提供的冷卻物輸入溝槽；冷卻物出口，設置于殼體，與溝槽的另一端連通，用于將經冷卻物入口輸入后沿溝槽傳輸?shù)睦鋮s物輸出。其中，冷卻物入口與冷卻物出口均設置在殼體軸向上靠近轉子的一側，并且，冷卻物入口通過殼體中設置的導流通道在溝槽遠離轉子的一側與溝槽連通，冷卻物出口在溝槽靠近轉子的一側與溝槽連通。并且，在溝槽的數(shù)量為多個的情況下，多個溝槽的一端共同與冷卻物入口連通，多個溝槽的另一端共同與冷卻物出口連通?？蛇x地，溝槽可以呈環(huán)繞殼體內壁圓周的螺旋狀、呈直線狀、或呈曲線狀。此外，溝槽的形狀可以為以下之一梯形、矩形、圓弧形?？蛇x地，冷卻物可以包括以下之一冷卻液、冷卻氣。優(yōu)選地，套筒采用過盈配合的方式與殼體固定。本發(fā)明還提供了一種空氣靜壓電主軸的冷卻裝置，用于對包括徑向軸承、轉軸和轉子的空氣靜壓電主軸進行冷卻。根據(jù)本發(fā)明的空氣靜壓電主軸的冷卻裝置包括殼體和套筒，其中，殼體的內壁具有至少一個溝槽，溝槽在軸向上在殼體的內壁延伸，套筒的外壁與殼體的內壁固定并貼合， 使溝槽形成用于容納冷卻物的通道；套筒的內壁與徑向軸承的外壁貼合；徑向軸承呈筒狀，其中容納有轉軸。該裝置還可以包括冷卻物入口，設置于殼體，與溝槽的一端連通，用于將外部提供的冷卻物輸入溝槽；冷卻物出口，設置于殼體，與溝槽的另一端連通，用于將經冷卻物入口輸入后沿溝槽傳輸?shù)睦鋮s物輸出。本發(fā)明通過在殼體中設置溝槽并由套筒進行密封，借助于溝槽形成的通道中的冷卻物，徑向軸承能夠以熱傳導方式與套筒進行熱量交換，從而在轉軸轉動時有效對徑向軸承進行散熱，能夠有效提高散熱的效果，避免了空氣靜壓電主軸在運轉的過程中因缺少對徑向軸承部分的散熱措施而使空氣靜壓電主軸中的轉軸等部件出現(xiàn)熱變形而影響精度的問題，保證了采用空氣靜壓電主軸的設備加工的工件質量。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的空氣靜壓電主軸的剖面圖。
具體實施例方式針對相關技術中由于缺少對徑向軸承部分的散熱措施而使空氣靜壓電主軸中的轉軸等部件出現(xiàn)熱變形而影響精度的問題，本發(fā)明提出了在殼體內壁開設溝槽，由套筒進行密封，使溝槽形成通道，以容納冷卻物，通過套筒與徑向軸承進行熱量交換對徑向軸承以及轉軸等部件進行冷卻，能夠有效提高冷卻的效果，避免空氣靜壓電主軸中的轉軸等部件過熱導致精度下降、進而影響加工工件的質量的問題。下面將結合附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種空氣靜壓電主軸。為了清楚地體現(xiàn)本發(fā)明的改進以及目的，在以下的描述中，涉及到空氣靜壓電主軸與本發(fā)明的改進點關聯(lián)較為密切的部件，對于空氣靜壓電主軸的其他部件，本發(fā)明不進行限定。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的空氣靜壓電主軸包括殼體(可以呈筒狀)1、套筒2、徑向軸承3、轉軸4和轉子8，其中，殼體1的內壁具有至少一個溝槽5，該溝槽5在軸向上在殼體1的內壁延伸，套筒2的外壁與殼體1的內壁固定并貼合(優(yōu)選地，套筒2的外壁與殼體1的內壁可以密封貼合，以防止冷卻物漏出)，使溝槽5形成用于容納冷卻物的通道；套筒2的內壁與徑向軸承3的外壁貼合；徑向軸承3呈筒狀，其中容納有轉軸4，徑向軸承3用于在徑向軸承3的內壁與轉軸4之間形成空氣膜，并通過空氣膜支撐轉軸4運轉，并且，轉軸4的一端與轉子8固定連接，轉軸可以是空心結構，也可以是實心結構。由于轉子8的熱量主要以熱傳導方式傳入轉軸4，轉軸4散發(fā)的熱量會向外擴散到徑向軸承3的表面，這樣，通過套筒(為了保證散熱性能，套筒的厚度不宜過大)2與殼體 1形成的溝槽通道中的冷卻物，徑向軸承能夠以熱傳導方式與套筒進行熱量交換，從而在轉軸轉動時有效對徑向軸承進行散熱，能夠有效提高散熱的效果，避免了空氣靜壓電主軸在運轉的過程中因缺少對徑向軸承部分的散熱措施而使空氣靜壓電主軸中的轉軸等部件出現(xiàn)熱變形而影響精度的問題。其中，溝槽通過各種方式在殼體1的內部沿著軸向延伸。圖1所示的剖面中可以看出，溝槽5呈環(huán)繞殼體內壁圓周的螺旋狀?？蛇x地，為了提高制冷的效果，可以設置多個螺旋狀溝槽，這些螺旋狀溝槽可以彼此平行環(huán)繞殼體內壁圓周并沿殼體軸向延伸。此外，溝槽還可以呈曲線狀、呈與殼體軸向平行的直線狀或者采用其他形式，本文不再一一列舉。并且，根據(jù)需要，直線、曲線或其他形式的溝槽的數(shù)量同樣可以設置為一個或者多個。此外，溝槽中的冷卻物可以是溝槽中儲存的用于冷卻的物質，也可以是由外界輸入并流經溝槽形成的通道的能夠流動且能夠起到冷卻效果的物質。如圖1所示，在由外界輸入冷卻物的情況下，為了保證冷卻物的有效循環(huán)和流動，根據(jù)本發(fā)明實施例的空氣靜壓電主軸還包括冷卻物入口 6，與溝槽5的一端連通，用于將外部提供的冷卻物輸入溝槽5 ； 冷卻物出口 9，與溝槽5的另一端連通，用于將經冷卻物入口 6輸入后沿溝槽5傳輸?shù)睦鋮s物輸出。優(yōu)選地，在冷卻物入口 6和冷卻物出口 9的開口處，可以增設密封環(huán)，以避免冷卻物泄漏?？蛇x地，在溝槽的數(shù)量為多個的情況下，這些溝槽的一端可以與同一冷卻物入口連通，另一端可以與同一冷卻物出口連通。另外，在溝槽數(shù)量為多個的情況下，每個溝槽可以與各自對應的冷卻物入口和冷卻物出口連通；或者多個溝槽中的部分溝槽可以共用冷卻物入口和/或冷卻物出口，另一部分溝槽則連接至各自的共用冷卻物入口和冷卻物出口。此外，冷卻物入口可以設置在靠近轉子的一側，冷卻物出口可以設置在遠離轉子的一側，兩者可以在各自所在側與溝槽的一端連通，以保證冷卻物能夠流經整個溝槽，或者也可以將冷卻物入口和冷卻物出口的位置對換。圖1是采用能夠流動的冷卻物、且具有一個在殼體1內壁圓周呈螺旋狀延伸溝槽的空氣靜壓電主軸的剖面圖。其中，可以采用冷卻液(例如，水等液體)對徑向軸承進行冷卻，為了方便冷卻液的循環(huán)以及使空氣靜壓電主軸的其他部件同樣能夠使用冷卻物進行冷
5卻，可以如圖1所示，將冷卻物入口 6與冷卻物出口 9均設置在殼體1軸向上靠近轉子8的一側，并且，冷卻物入口 6通過殼體中設置的導流通道7在溝槽5遠離轉子8的一側與溝槽 5連通，冷卻物出口 9在溝槽5靠近轉子的一側與溝槽5連通。這樣，當冷卻物從冷卻物入口 6進入后，會沿著導流通道7流向遠離轉子8的一側，并在位置11處進入溝槽5，在溝槽5內沿著溝槽5的延伸方向朝向轉子8的方向流動， 最終從冷卻物出口 9流出。此外，也可以對圖1所示的結構進行改變，使得冷卻物入口在溝槽靠近轉子的一側與溝槽連通，而冷卻物出口則通過殼體中設置的導流通道在溝槽遠離轉子的一側與溝槽連通。類似的其他變形本文不再一一列舉。殼體1上下凹的溝槽可以為各種形狀，例如，圓弧形、梯形等，為了降低冷卻水在冷卻水通道中流動時的壓力損耗，并增加冷卻水通道的散熱面積，優(yōu)選地，溝槽的形狀可以采用梯形或矩形。此外，冷卻物不局限于冷卻液、以及冷卻氣等，任何具有冷卻功能的物質均可以
填充在溝槽中，為了便于循環(huán)，可以采用氣體和液體，并設置上述的冷卻物入口和冷卻物出□。此外，為了保證套筒2對溝槽5的密封性，以及套筒2與殼體1之間的牢固性，套筒2可以采用過盈配合的方式與殼體1固定，為了保證轉軸4旋轉工作時的精確度，轉軸4 同樣可以采用過盈配合的方式與轉子8固定。此外，如圖1所示，為了保證徑向軸承3能夠形成氣膜，徑向軸承3的內壁上設置有多個節(jié)流塞10，用于輸入具有一定氣壓的氣體，以支撐轉軸4運轉。優(yōu)選地，本發(fā)明的空氣靜壓電主軸可以進一步采用相關技術中對電機定子進行冷卻的方案，從而能夠在定子和轉軸側(徑向軸承側)均進行冷卻，進一步提高冷卻的效果。此外，上述的殼體1、套筒2可以獨立于空氣靜壓電主軸設置，作為獨立的冷卻裝置。此時，空氣靜壓電主軸的冷卻裝置包括殼體和套筒，殼體的內壁具有至少一個溝槽，溝槽在軸向上在殼體的內壁延伸，套筒的外壁與殼體的內壁固定并貼合，使溝槽形成用于容納冷卻物的通道；套筒的內壁與徑向軸承的外壁貼合；徑向軸承呈筒狀，其中容納有轉軸。 這樣，該裝置就能夠用于對包括徑向軸承、轉軸和轉子的空氣靜壓電主軸進行冷卻。此外，該裝置同樣能夠設置冷卻物入口和冷卻物出口，并且設置方式與之前描述的方式相似，這里不再重復。綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術方案，通過在殼體中設置溝槽并由套筒進行密封，利用溝槽形成的通道中的冷卻物，徑向軸承能夠以熱傳導方式與套筒進行熱量交換， 從而在轉軸轉動時有效對徑向軸承進行散熱，能夠有效提高散熱的效果，增大轉軸等部件的散熱系數(shù)，保證轉軸的高速熱穩(wěn)定性，避免了空氣靜壓電主軸在運轉的過程中因缺少對徑向軸承部分的散熱措施而使空氣靜壓電主軸中的轉軸等部件出現(xiàn)熱變形而影響精度的問題，保證了采用空氣靜壓電主軸的設備加工工件的質量；此外，通過將溝槽的開口形狀設計為梯形或矩形，將溝槽的延伸方向設計為螺旋形，不僅降低了冷卻水在冷卻水通道中流動時的壓力損耗，而且增加了冷卻水通道的散熱面積，從而進一步保證了轉軸高速運行時的冷卻效果；并且，通過設置冷卻物入口和冷卻物出口，并將兩者設置在靠近轉子的一側， 能夠方便冷卻物的循環(huán)和使用。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種空氣靜壓電主軸，其特征在于，所述空氣靜壓電主軸包括殼體、套筒、徑向軸承、 轉軸和轉子，其中，所述殼體的內壁具有至少一個溝槽，所述溝槽在軸向上在所述殼體的內壁延伸，所述套筒的外壁與所述殼體的內壁固定并貼合，使所述溝槽形成用于容納冷卻物的通道；所述套筒的內壁與所述徑向軸承的外壁貼合；所述徑向軸承呈筒狀，其中容納有所述轉軸，所述徑向軸承用于在所述徑向軸承的內壁與所述轉軸之間形成空氣膜，并通過空氣膜支撐所述轉軸，并且，所述轉軸的一端與所述轉子固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的空氣靜壓電主軸，其特征在于，還包括冷卻物入口，設置于所述殼體，與所述溝槽的一端連通，用于將外部提供的冷卻物輸入所述溝槽；冷卻物出口，設置于所述殼體，與所述溝槽的另一端連通，用于將經所述冷卻物入口輸入后沿所述溝槽傳輸?shù)睦鋮s物輸出。
3.根據(jù)權利要求2所述的空氣靜壓電主軸，其特征在于，所述冷卻物入口與所述冷卻物出口均設置在所述殼體軸向上靠近所述轉子的一側，并且，所述冷卻物入口通過所述殼體中設置的導流通道在所述溝槽遠離所述轉子的一側與所述溝槽連通，所述冷卻物出口在所述溝槽靠近所述轉子的一側與所述溝槽連通。
4.根據(jù)權利要求2所述的空氣靜壓電主軸，其特征在于，在所述溝槽的數(shù)量為多個的情況下，所述多個溝槽的一端共同與所述冷卻物入口連通，所述多個溝槽的另一端共同與所述冷卻物出口連通。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的空氣靜壓電主軸，其特征在于，所述溝槽呈環(huán)繞所述殼體內壁圓周的螺旋狀、呈直線狀、或呈曲線狀。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的空氣靜壓電主軸，其特征在于，所述溝槽的形狀為以下之一梯形、矩形、圓弧形。
7.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的空氣靜壓電主軸，其特征在于，所述冷卻物包括以下之一冷卻液、冷卻氣。
8.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的空氣靜壓電主軸，其特征在于，所述套筒采用過盈配合的方式與所述殼體固定。
9.一種空氣靜壓電主軸的冷卻裝置，用于對包括徑向軸承、轉軸和轉子的空氣靜壓電主軸進行冷卻，其特征在于，所述冷卻裝置包括殼體和套筒，其中，所述殼體的內壁具有至少一個溝槽，所述溝槽在軸向上在所述殼體的內壁延伸，所述套筒的外壁與所述殼體的內壁固定并貼合，使所述溝槽形成用于容納冷卻物的通道；所述套筒的內壁與所述徑向軸承的外壁貼合；所述徑向軸承呈筒狀，其中容納有所述轉軸。
10.根據(jù)權利要求9所述的冷卻裝置，其特征在于，還包括冷卻物入口，設置于所述殼體，與所述溝槽的一端連通，用于將外部提供的冷卻物輸入所述溝槽；冷卻物出口，設置于所述殼體，與所述溝槽的另一端連通，用于將經所述冷卻物入口輸入后沿所述溝槽傳輸?shù)睦鋮s物輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空氣靜壓電主軸和空氣靜壓電主軸的冷卻裝置，該空氣靜壓電主軸包括殼體、套筒、徑向軸承、轉軸和轉子等，其中，殼體的內壁具有至少一個溝槽，溝槽在軸向上在殼體的內壁延伸，套筒的外壁與殼體的內壁固定并貼合，使溝槽形成用于容納冷卻物的通道；套筒的內壁與徑向軸承的外壁貼合；徑向軸承呈筒狀，其中容納有轉軸，徑向軸承用于在徑向軸承的內壁與轉軸之間形成空氣膜，并通過空氣膜支撐轉軸，并且，轉軸的一端與轉子固定連接。本發(fā)明能夠對徑向軸承、轉軸等部分進行有效冷卻，避免了因缺少對徑向軸承部分的散熱措施而使空氣靜壓電主軸中的轉軸等部件出現(xiàn)熱變形而影響精度的問題。
文檔編號B23Q11/12GK102476194SQ20101056734
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權日2010年11月25日
發(fā)明者常亮, 張云, 李戰(zhàn)偉, 王兵鋒, 王明權, 賈月明 申請人:北京中電科電子裝備有限公司