CN101321598A - 主轴装置 - Google Patents

Abstract

主轴装置包括安装有工具的可旋转的第一主轴(5、32)，第一主轴由静压空气轴承以高精度支承在基座中。主轴装置还包括：第二主轴(6、33)，第二主轴(6、33)可绕存在于与第一主轴的轴线大致同一直线上的轴线进行旋转；第一连接机构，第一连接机构连接基座侧和第二主轴之间；第二连接机构，第二连接机构连接第一主轴和第二主轴之间。基座侧和第一主轴之间的电连接经由第一以及第二连接机构进行。第一连接机构例如为电刷(15、36)。第二连接机构具有机械自由度，例如为具有挠性的电线(17、39)或者螺旋弹簧(51)。

Description

主轴装置

技术领域

本发明涉及一种在放电加工机或加工中心等机床中使用的主轴装置。

背景技术

主轴装置具备壳体等基座和相对于基座可旋转地受到支承的主轴。在主轴上，工具直接或者经由工具保持架安装着。已知有这样的主轴装置：为了从基座侧向主轴供给电流或者将传感信号从主轴导入基座侧，将基座侧和主轴电连接起来。传感信号例如为表示工具和工件间的接触的信号。日本专利公报第3238218号和日本专利公告公报3-058851号公开了这样的主轴装置：放电加工用的电流经由主轴向工具供给。在专利公报第3238218号中，在主轴上设有导电环，电刷沿径向压接在导电环上。在专利公告公报3-058851号中，电刷沿径向压接在主轴上。这样，在大多数场合，为了从基座侧向旋转的主轴供给电流而使电刷与主轴接触。

近年来，对应于提高机床加工精度等的要求，进行了主轴的轴承等的改良。其结果是，提供了这样一种主轴装置：主轴可以按显著的高精度绕其轴线旋转。在电刷与主轴压接的主轴装置中，使主轴以高精度绕其轴线旋转是较困难的。为了确保基座和主轴之间的连接，提高电刷的推压力是必要的。但是，较高的推压力使主轴的轴振摆增大。另一方面，较弱的推压力会导致电刷的不充分接触，结果会使基座侧和主轴之间的电连接变得不稳定。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况制成的。本发明的目的在于提供这样一种主轴装置：其可以确实地电连接基座侧和主轴之间，抑制主轴的轴振摆，使主轴以高精度绕其轴线旋转。

本发明的主轴装置包括：可相对于基座旋转的第一主轴(5，32)；第二主轴(6，33)，该第二主轴(6，33)可绕存在于与第一主轴的轴线大致同一直线上的轴线旋转；第一连接机构，该第一连接机构电连接基座侧和第二主轴之间；第二连接机构，该第二连接机构具有机械自由度并连接第一主轴和第二主轴之间。基座侧和第一主轴之间的电连接经由第一以及第二连接机构而进行。

第一连接机构优选确保基座侧和第二主轴之间的电连接，例如为压接在第二主轴上的电刷(15，36)。

第二连接机构例如为具有挠性的电线(17，39)、或者螺旋弹簧(51)。具有这样的效果：即使由第一连接机构在第二主轴产生轴振摆，因为第二连接机构具有机械自由度，所以不会在实质上将在第一主轴产生轴振摆的力从第二主轴向第一主轴传递。这样的效果在由静压空气轴承以高精度支承第一主轴的主轴装置中是重要的。

优选的是，第二主轴与第一主轴同步旋转。结果是，稳定地进行第一主轴和第二主轴之间的电连接。

附图说明

图1为示出了本发明的主轴装置的第一实施例的剖面图。

图2为放大示出图1中的第二连接机构的剖面图。

图3为示出了本发明的主轴装置的第二实施例的剖面图。

图4为示出了本发明的主轴装置的第三实施例的剖面图。

图5为示出了本发明的主轴装置的第四实施例的剖面图。

具体实施方式

参照图1以及图2对主轴装置的第一实施例进行说明。

如图1中示出的那样，本发明的主轴装置具备轴承壳体1、圆筒状的连结部件2、圆盘状的检测头安装板3以及圆筒状的马达保持部件4，这些部件一体化而形成基座。图1的主轴装置另外具备以导电材料构成的第一以及第二主轴5、6。第一主轴5通过由组入轴承壳体1中的空气静压轴承(未图示)而得到支承，由此可以绕沿图1中左右方向延伸的轴线以非常高的精度旋转。在第一主轴5的前端上通过工具保持架7安装有所期望的工具。所期望的工具例如为放电加工用的电极。在第一主轴5上设有涡轮叶片，第一主轴5是通过向涡轮叶片喷射空气而旋转的涡轮转子。空气从电动气压调节器8经由适当的供给路向第一主轴5供给。控制部9向电动气压调节器8输送控制信号(电信号)，用以使第一主轴5以指令信号所指示的转速旋转。设有由旋转板10a和检测头10b构成的旋转编码器10用于检测第一主轴5的旋转位置。旋转板10a由安装部件11固定在第一主轴5的后端上。检测头10b与旋转板10a相向地固定在检测头安装板3上。

圆筒状的第二主轴6可绕存在于与第一主轴5的轴线相同的直线上的轴线旋转地支承在基座中。使第二主轴6旋转的马达12的本体12a固定在马达保持部件4中。第二主轴6由绝缘联轴器13电气绝缘而固定在马达12的输出轴12b上。马达12具有检测输出轴12b的旋转位置的旋转编码器12c。旋转编码器10、12c将位置反馈信号送入控制部23，控制部23控制马达12而使第二主轴6与第一主轴5同步旋转。通电环14固定安装在第二主轴6的外周。设有多个电刷15，该多个电刷15是电连接基座侧和第二主轴6之间的第一连接机构。电刷15与设置于基座侧的电力供给线或者信号线连接。电刷15借助由绝缘材料构成的电刷保持部件24保持，电刷保持部件24设置在马达保持部件4中。电刷15由弹簧16向第二主轴6的径向加力，被推压在通电环14上。电刷15对通电环14的推压力足够大地设定为两者间确实地进行电连接的程度。因为电刷15的推压力足够大，所以第二主轴6的轴振摆变大。虽然在本实施例中设置了多个电刷15，但是仅设置1个电刷15也可以。另外，第一连接机构并不限定于电刷15，也可采用确实地电连接基座侧和第二主轴6之间的任意的连接机构。

像图2中良好示出的那样，作为连接第一主轴5和第二主轴6之间的第二连接机构，设有具有挠性的电线17。因为电线17具有机械自由度，所以与主轴5、6之间由刚体连接的场合相比，可以降低从第二主轴6向第一主轴5传递而使第一主轴5产生轴振摆的力。电线17由例如铜等的捻线构成。为了进一步提高第一主轴5的旋转精度，最好是尽量不由电线17向第一主轴5施加力。因而，电线17最好尽量柔软。电线17由固定部件18以及螺栓19固定到第一主轴5上。在主轴5的后端上，形成了具有台阶部5a的螺纹孔。固定部件18由导电材料构成，包括小径部18a和大径部18b。小径部18a固定安装在电线17的一端上，大径部18b与台阶部5a抵接。具有中心孔19a的导电性的螺栓19与第一主轴5的螺纹孔螺纹接合。电线17和小径部18a插通在中心孔19a内。螺栓19将大径部18b推压至第一主轴5，电线17由固定部件18以及螺栓19与第一主轴5电连接。在电线17的另一端上，固定安装有由导电材料构成的通电块20。由导电材料构成的帽22与第二主轴6螺纹接合。通电块20由加压弹簧21推押至帽22。这样，电线17固定于第二主轴6，由通电块20以及帽22与第二主轴6电连接。虽然电线17与主轴5、6的轴线呈一条直线地延伸，但是弯曲也是可以的。另外，电线17的各端部也可以通过钎焊与主轴5、6固定。

参照图3对主轴装置的第二实施例进行说明。

在图3中示出的主轴装置具备：构成基座的壳体31、和收纳在壳体3中的第一以及第二主轴32、33。第一以及第二主轴32、33由导电材料构成。第一主轴32由组入壳体31中的空气静压轴承30支承，可以绕在图3中的上下方向延伸的轴线以非常高的精度旋转。通过工具保持架7在第一主轴32的下端上安装所期望的工具。第一主轴32通过无铁芯马达34旋转。无铁芯马达34由构成转子的永久磁铁部34a和构成定子的线圈部34b构成。永久磁铁部34a固定在第一主轴32上，线圈部34b固定在壳体31上。设置由旋转板35a和检测头35b构成的旋转编码器35用于检测第一主轴32的旋转位置。旋转板35a固定在第一主轴32上。检测头35b与旋转板35a相向地固定在壳体31上。

第二主轴33在壳体31中可绕存在于与第一主轴32同一直线上的轴线旋转地受到支承。第二主轴33由机械轴承36支承，通过伺服马达等的马达37旋转。马达37的本体37a固定于壳体31。马达37的输出轴37b与第二主轴33的上端连结。马达37具有检测输出轴37b的旋转位置的旋转编码器37c。旋转编码器35、37c将位置反馈信号分别送入控制部40、41。控制部40、41基于位置反馈信号和位置指令信号分别控制马达34、37。因为相同的位置指令信号被供给至控制部40、41，所以第二主轴33与第一主轴32同步旋转。设置有电刷38，该电刷38是电连接基座侧和第二主轴33之间的第一连接机构。电刷38与电力供给或通信所需的电线连接。电刷38朝向第二主轴33的径向被加力，压接于第二主轴33。电刷38对第二主轴33的推压力足够大地设定为可在两者之间确实地进行电连接的程度。设有电线39，该电线39是电连接第一主轴32和第二主轴33之间的第二连接机构，具有挠性。电线39与图1中的电线17相当，省略详细的说明。

参照图4对主轴装置的第三实施例进行说明。对图4中的部件赋以与在图3中使用的相同的附图标记，省略它们的详细说明。

与第二实施例不同，在第三实施例中不使用具有挠性的电线39。取而代之，设置螺旋弹簧51作为电连接第一主轴32和第二主轴33之间的第二连接机构。螺旋弹簧51如此配置：其轴线与主轴32、33的轴线为同一直线。螺旋弹簧51以与电线17相同的方式固定在主轴32、33上即可。因为螺旋弹簧51具有机械自由度，所以与主轴32、33之间由刚体连接的场合相比，可降低由第二主轴33向第一主轴32传递而使第一主轴32产生轴振摆的力。螺旋弹簧51也可在第一实施例中代替电线17而加以使用。

参照图5对主轴装置的第四实施例进行说明。对图5中的部件赋以与在图3以及图4中所使用的相同附图标记，省略它们的详细说明。

使图4的第一主轴32旋转的马达34在图5的主轴装置中被除去。图5的第一主轴32通过从第二主轴33起经由螺旋弹簧51传递来的转矩进行旋转。螺旋弹簧51的弹簧常数通过考虑转矩的传递而确定。螺旋编码器35将位置反馈信号送入控制部61，控制部61基于位置反馈信号和位置指令信号控制马达37。马达37不具有螺旋编码器。图5的主轴装置与其他的实施例相比，在降低成本方面是有利的。

实施例是为了说明发明本质和其实际应用而选择出来的。参照上述的记述可进行各种改良。发明的范围根据附加的权利要求书来定义。

Claims (11)

1.一种主轴装置，其特征在于，包括：

第一主轴，该第一主轴能够相对于基座旋转，

第二主轴，该第二主轴能够绕存在于与第一主轴的轴线大致相同的直线上的轴线进行旋转，

第一连接机构，该第一连接机构电连接基座侧和第二主轴之间，和

第二连接机构，该第二连接机构具有机械自由度，连接第一主轴和第二主轴之间；

基座侧和第一主轴之间的电连接经由第一以及第二连接机构进行。

2.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，第一连接机构为压接在第二主轴上的电刷。

3.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，第二连接机构包括具有挠性的电线。

4.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，第二连接机构包括由导电材料构成的螺旋弹簧。

5.如权利要求4所述的主轴装置，其特征在于，螺旋弹簧的轴线与第一及第二主轴的轴线呈一条直线。

6.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，与通过刚体连接第一主轴和第二主轴之间的场合相比，从第二主轴向第一主轴传递而使第一主轴产生轴振摆的力降低。

7.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，能够在第一主轴上安装工具。

8.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，第一主轴通过静压空气轴承支承在基座中。

9.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，第二主轴与第一主轴同步地旋转。

10.如权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，第一主轴通过经由第二连接机构从第二主轴传递来的转矩进行旋转。

11.如权利要求10所述的主轴装置，其特征在于，第二连接机构包括由导电材料构成的螺旋弹簧。

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