具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

其中，图1给出了本发明实施例的参考方向坐标系，以下结合图1所示的方向，对本发明的实施例进行说明。

参见图1，本发明的实施例提供了一种气浮主轴，包括机体组件1和轴芯组件2，轴芯组件2通过轴承组件支承于机体组件1，轴芯组件2的下端设有球头21，球头21在轴芯组件的下端形成圆顶，轴芯组件2于球头21的上方设有飞盘22，飞盘22与球头21通过沿轴向延伸的圆柱面相衔接。气浮主轴在前端输出动力，气浮主轴可根据需要在前端连接车刀等刀具，以实现车削等加工。

其中，参见图1，轴承组件包括气浮轴承组件3和推力轴承4，气浮轴承组件3具有与球头21配合的球面部31、与圆柱面配合的柱面部32以及与飞盘22的下端面配合的法兰部33，气浮轴承组件3的球面部31、柱面部32和法兰部33均设有出气孔，球面部31和柱面部32过渡连接，形成截面呈U形的内腔，气浮轴承组件3的球面部31、柱面部32以及法兰部33形成三支撑式轴承组结构，能够为轴心组件提供径向和轴向的支撑力。推力轴承4支承于飞盘22的上端面，推力轴承4包括推力轴承座41和滚动体42。

通过外部供气，高压纯净气体进入气浮轴承组件3,U形的气浮轴承组件3上下两支撑面将轴芯组件2悬浮起来并顶住推力轴承4，推力轴承4上有滚动体42，与气浮轴承组件3共同支撑起轴芯组件2，在电机的驱动下，轴芯组件2即可自由运转。

本发明的气浮主轴主要应用于车床加工中的工件轴，具有高精度(车削表面粗糙度10nm以下，径向回转精度12.5nm以下)，大承载力(轴向承载力5000N以上)，高刚度(轴向刚度800N.m以上)，高倾覆力矩等特点，该主轴以其高回转精度确保车削加工可达到磨削精度(圆度0.2um以下)。与传统车床加工相比，具有超高加工精度的特点，可达到“以车代磨”的加工效果，与其他超精密气浮主轴相比具有更高承载力与刚度，可极大扩大气浮主轴的加工范围。

参见图1，气浮轴承组件3的球面部31设有轴孔，轴芯组件2的球头21设有输出轴23，输出轴23与轴芯组件2同轴，输出轴23由轴孔穿出，输出轴23能够与车刀连接。例如在一些实施例中，输出轴23设有螺纹接口，连接车床加工工件，即可完成车削加工。

外部气源可以直接通入气浮轴承组件3，也可以通过机体组件1的气路通入气浮轴承组件3，例如在图1所示的实施例中，气浮轴承组件3嵌装于机体组件1的内孔，机体组件1设有与出气孔相通的气路11。高压纯净气源通过气路11分别进入气浮轴承组件3的球面部31、柱面部32以及法兰部33中，气流通过多孔质轴承在内部支撑起轴芯组件2。

参见图1，推力轴承座41设有滚珠滚道，推力轴承4还包括保持架，保持架与推力轴承座41连接，并将滚动体42均匀的限定于推力轴承座41和飞盘22之间。滚动体42在保持架槽内滚动，滚动体42支撑起轴芯组件飞盘22另一面，保证轴芯自由运转。根据需要，还可以在飞盘22的上表面设置与滚动体42配合的滚珠滚道。本发明的实施例通过推力轴承座41、滚动体42和飞盘22形成具有滚道结构的推力轴承4，结构更加精简，降低主轴的轴向尺寸。

该发明特采用多孔质轴承作为气浮主轴的支撑载体保证更高承载力，同时气浮轴承的U型底部与法兰位置可提供更高的径向单向承载力，另一面采用滚珠滑道结构保证双面承载，双面保险使得该主轴轴向承载力可达5000N以上，径向刚度可达800N.m以上，完全可以满足正常车床工件轴的加工需求。

在一些实施例中，参见图1，气浮主轴还包括位于推力轴承4上方的电机组件，电机组件与轴芯组件2直联，即电机组件包括定子51和转子52，定子51设置于机体组件1，转子52设置于轴芯组件2。

进一步的，参见图1，所机体组件1上端设有顶盖组件6，顶盖组件6封闭机体组件1的顶端内孔，避免杂质进入机体组件1内部，引起电机、推力轴承4和气浮轴承组件3故障。

在一些实施例中，机体组件1设有冷却介质流道，冷却水通过顶盖组件6依次进入机体组件1与推力轴承4循环冷却整只主轴。

为使该发明在实现超精密加工的同时也能兼顾高刚度、高承载与高倾覆力矩，本发明创新性的使用了轴向三支撑轴承组结构，气浮-滚道复合式运动结构，确保该主轴在满足纳米级别超精密加工的同时，亦使整个轴系拥有极高的承载力与刚度。

1.本发明创新性的使用了三支撑式轴承组结构，使得主轴在使用气浮轴承状态下仍能保证极大的刚度与承载力，同时也确保了主轴在长时间、高负荷下运转的稳定性。

2.本发明使用全新的气浮-滚道复合式运动结构，在保证了主轴的整个轴系高刚度，高倾覆力矩的基础上，仍能满足纳米级别的回转精度与纳米级别的车削粗糙度要求，使超精密气浮主轴作为车床工件轴成为了可能。

本发明的实施例还提供一种车床，包括以上任一实施例的气浮主轴。

专为超精密工件轴设计的轴向三支撑轴承组，保证加工过程当中轴向刚度可达到800N.m以上，轴向承载力可达5000N以上；特有的气浮-滚道结合运动结构，保证主轴加工状态下10nm以下的车削表面粗糙度，12.5nm以下的径向回转精度以及极强的抗倾覆力矩，该主轴以其高回转精度确保车削加工可达到磨削精度(圆度0.2um以下)。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。