CN101478194B - 可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴 - Google Patents

Abstract

一种可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，是将主轴分为外轴8和内轴2，在定子9和转子10磁感应下外轴和内轴通过联动销4和导向传扭机构12实现共同旋转，或在油缸驱动下内轴通过导向传扭机构在外轴内导向作直线往复运动。油缸由缸座16、前压盖17、活塞18、缸体19、高压油嘴20、缸盖21、轴承22、油缸螺母23及防尘盖24构成，工作头1通过内轴的锥面和端面平键连接后再由拉杆25及旋转接头26固定。定子通电时油缸不工作，通过联动销和导向传扭机构使内轴和外轴同步旋转。油缸工作时定子不通电，去掉联动销，导向传扭机构旋接在内轴上并可沿外轴导向槽作直线往复运动。结构简单，接触平稳可靠，成本低。

Description

可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴

技术领域

本发明属于电主轴技术领域，特别涉及到一种可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计。 

背景技术

目前电主轴作为高速驱动单元已广泛应用于各个行业和各种机械中，其结构均采用单轴结构，主轴只提供旋转运动。如果要求电主轴在提供选转的同时又具有往复运动的功能，必须把电主轴安装在可以往复运动的工作台上，这种结构在有空间或结构限制时无法使用，原因如下： 

1、电主轴采用双点或多点支承时，在工作中空间位置相对静止的主轴支承部件是无相对移动。 

2、主轴精度基本不能调整，所以主轴的各种零件的尺寸精度和形状精度要求严格，加工要求严格。即便如此，还经常需要返修，提高了管理和生产成本。 

3、实现电主轴往复运动的工作台本身由于支承刚度的要求，使得安装其上的电主轴工作端悬伸的长度有限或者悬伸太长、刚度太低，均不能满足诸如深孔等加工要求，导致无法应用。 

4、内花键可以提供旋转和往复运动，由于深内孔造成加工难度太大，不能保证加工精度，必然引起工作中的振动与噪声；同时频繁的往复运动会很快造成表面磨损而致失效，又因为较大的接触摩擦力而产生很大的附加力，进一步降低主轴的使用寿命。 

5、在采用滑动轴承实现往复运动的主轴中由于工作磨损后精度无法调整，限制了它在这种工况下工作的主轴中的应用。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，该电主轴设计可广泛适用于大平面磨削与抛光、深内孔的加工领域。 

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案： 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其设计是将主轴分为外轴和内轴，在定子和转子磁感应下外轴和内轴通过联动销和导向传扭机构实现共同旋转，或在油缸驱动下内轴通过导向传扭机构在外轴内导向作直线往复运动，围绕外轴和内轴实现上述动作要求的结构设计分述如下： 

i、外轴通过前后轴承组被分别安装在壳体和后座的相应位置，实现外轴旋转的动力源自壳体内配置的定子和外轴上配置的转子，定子线圈从后座尾端出线，前端轴承组的预紧或密封由前小盖和螺母实施，后端轴承组的预紧或密封由缸座和螺母实施，在外轴的伸出端配置有安装联动销的插孔或防尘环； 

ii、内轴通过前后导向套筒被安装在外轴内，通过外轴端部设置的联动销联接内轴和内轴上旋接的导向传扭机构同时也设置在外轴导向槽内，可实现内轴和外轴的同步旋转； 

iii、油缸由缸座、前压盖、活塞、缸体、高压油嘴、缸盖、轴承、油缸螺母及防尘盖构成，缸体和缸盖通过螺栓与缸座联接，缸座再固定在后座上，缸体和缸盖配置有高压油嘴，其内配置活塞，活塞通过两端的轴承被固定在内轴上，再由前压盖和防尘盖对其紧固和密封； 

iv、工作头通过内轴的锥面和端面平键连接后再由拉杆及旋转接头固定。 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其定子和转子通电时油缸不得进入工作状态，通过联动销和导向传扭机构使内轴和外轴同步旋转。 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其油缸工作时定子和转子不得通电，去掉联动销，导向传扭机构旋接在内轴上并可沿 外轴导向槽作直线往复运动。 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其导向传扭机构由紧定螺钉、固定螺母、轴承及轴销构成，轴销一端带有内螺纹可旋接在内轴上，另一端在装配轴承后由固定螺母备紧，固定螺母的备紧限位由紧定螺钉实施，轴承可沿外轴上设置的导向槽转动或直线位移。 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其导向套筒由螺钉及合金导套构成，合金导套的内径和外径分布有不同的槽型，可通过安装其上的螺钉调节导向间隙。 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其导向套筒采用油雾润滑，油雾通过安装在拉杆尾部的旋转接头进入空心的拉杆内，再通过内轴上的油孔进入导向套筒。 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其外轴上配置的防尘环用于刮除内轴在作直线往复运动时粘落的灰尘、加工颗粒、冷却油、水及其它杂质。 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其轴承组通过安装在壳体上的油嘴进行油雾润滑，轴承采用油脂润滑。 

所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其油嘴被分别安装在壳体、后座及拉杆上。 

由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性： 

1、本发明整体结构简单，方便实用，工作端的空间限制小。 

2、往复运动结构方便、工作中接触平稳可靠、安装与调试方便，使用成本低。 

3、导向摩擦很小，电机的功率损失小，实现绿色制造。 

4、扭矩传动安全可靠，加工方便，精度高，运转平稳，空间位置布局灵活，适应性强。 

5、润滑系统合理、可靠。 

6、缩短主轴悬壁，提高主轴刚性。 

7、取消往复运动平台，使用范围广。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

图2是导向传扭机构的结构示意图。 

图3是导向套筒的结构示意图。 

上述图中：1-工作头；2-内轴；3-防尘环；4-联动销；5-前小盖；6-前螺母；7-油嘴；8-外轴；9-定子；10-转子；11-壳体；12-导向传扭机构；12.1-紧定螺钉；12.2-固定螺母；12.3-轴承；12.4-轴销；13-导向套筒；13.1-螺钉；13.2-合金导套；14-后座；15-轴承组；16-缸座；17-前压盖；18-活塞；19-缸体；20-高压油嘴；21-缸盖；22-轴承；23-油缸螺母；24-防尘盖；25-拉杆；26-旋转接头。 

具体实施方式

结合图1，本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其设计是将主轴分为外轴(8)和内轴(2)，在定子(9)和转子(10)磁感应下外轴(8)和内轴(2)通过联动销(4)和导向传扭机构(12)实现共同旋转，或在油缸驱动下内轴(2)通过导向传扭机构(12)在外轴(8)内导向作直线往复运动，围绕外轴(8)和内轴(2)实现上述动作要求的结构设计分述如下： 

i、外轴(8)通过前后轴承组(15)被分别安装在壳体(11)和后座(14)的相应位置，实现外轴(8)旋转的动力源自壳体(11)内配置的定子(9)和外轴(8)上配置的转子(10)，定子(9)线圈从后座(14)尾端出线，前端轴承组(15)的预紧或密封由前小盖(5)和螺母(6)实施，后端轴承组(15)的预紧或密封由缸座(16)和螺母(6)实施，在外轴(8)的伸出端配置有安装联动销(4)的插孔或防尘环(3)； 

ii、内轴(2)通过前后导向套筒(13)被安装在外轴(8)内，通过外轴(8)端部 设置的联动销(4)联接内轴(2)和内轴(2)上旋接的导向传扭机构(12)同时也设置在外轴(8)导向槽内，可实现内轴(2)和外轴(8)的同步旋转； 

iii、油缸由缸座(16)、前压盖(17)、活塞(18)、缸体(19)、高压油嘴(20)、缸盖(21)、轴承(22)、油缸螺母(23)及防尘盖(24)构成，缸体(19)和缸盖(21)通过螺栓与缸座(16)联接，缸座(16)再固定在后座(14)上，缸体(19)和缸盖(21)配置有高压油嘴(20)，其内配置活塞(18)，活塞(18)通过两端的轴承(22)被固定在内轴(2)上，再由前压盖(17)和防尘盖(24)对其紧固和密封； 

iv、工作头(1)通过内轴(2)的锥面和端面平键连接后再由拉杆(25)及旋转接头(26)固定。 

本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其定子(9)和转子(10)通电时油缸不得进入工作状态，通过联动销(4)和导向传扭机构(12)使内轴(2)和外轴(8)同步旋转。 

本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其油缸工作时定子(9)和转子(10)不得通电，去掉联动销(4)，导向传扭机构(12)旋接在内轴(2)上并可沿外轴(8)导向槽作直线往复运动。 

结合图2，本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其导向传扭机构(12)由紧定螺钉(12.1)、固定螺母(12.2)、轴承(12.3)及轴销(12.4)构成，轴销(12.4)一端带有内螺纹可旋接在内轴(2)上，另一端在装配轴承(12.3)后由固定螺母(12.2)备紧，固定螺母(12.2)的备紧限位由紧定螺钉(12.1)实施，轴承(12.3)可沿外轴(8)上设置的导向槽转动或直线位移。 

结合图3，本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其导向套筒(13)由螺钉(13.1)及合金导套(13.2)构成，合金导套(13.2)的内径和外径分布有不同的槽型，可通过安装其上的螺钉(13.1)调节导向间隙。 

本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其导向套筒(13)采用油雾润滑，油雾通过安装在拉杆(25)尾部的旋转接头(26)进入空心的拉杆(25)内，再通过内轴(2)上的油孔进入导向套筒(13)。 

本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其外轴(8)上配置的防尘环(3)用于刮除内轴(2)在作直线往复运动时粘落的灰尘、加工颗粒、冷却油、水及其它杂质。 

本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其轴承组(15)通过安装在壳体(11)上的油嘴(7)进行油雾润滑，轴承(22)采用油脂润滑。 

本发明的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴设计，其油嘴(7)被分别安装在壳体(11)、后座(14)及拉杆(15)上。 

现给出一个实施例： 

内轴(2)和外轴(8)同步旋转时，额定转速1800r/min，最高转速3600r/min，功率可达115kW，输出扭矩630Nm，工作头(1)刀具接口采用CAT60。 

内轴(2)在外轴(8)导向下作直线往复运动时，往复运动的节拍是每秒钟3次，行程65mm，内轴(2)工作端的径向跳动≯0.008mm。 

内轴(2)和外轴(8)总装程序大致如下： 

加工合格的零部件，准备轴承、螺钉、螺栓、密封圈等标准件，完成转子(10)与外轴(8)的热装； 

以壳体(11)为安装体，先装入定子(9)至合理位置； 

安装前轴承组(15)，轴承组(15)与壳体(11)采用过渡配合； 

把导向套筒(13)安装在外轴(8)孔内并固定； 

安装外轴(8)，然后采用辅助支承在外轴(8)的尾部做一个临时的支点，以平衡外轴(8)的重量； 

安装前小盖(5)和前螺母(6)； 

装入内轴(2)； 

调整内轴(2)和外轴(8)的相对位置，保证安装导向传扭机构(12)与内轴(2)可靠联接； 

安装后座(14)到壳体(11)，联接后座(14)和定子(9)； 

安装轴承组(15)并固定，撤去外加的各种辅助支承； 

通过调整螺钉(13.1)并测量，保证得到合适的间隙； 

将活塞(18)装入油缸体(19)，然后安装缸盖(21)、高压油嘴(20)，再安装轴承(22)或前压盖(17)，最后将其固定在油缸座(16)上； 

锁紧油缸螺母(23)，安装防尘盖(24)； 

安装工作头(1)，安装拉杆(25)与工作头(1)可靠联接； 

安装旋转接头(26)和需要的油嘴(7)，并分别配接合适的管路； 

安转防尘环(3)； 

试装导向联动销(4)并标识联动位置。 

工作时，将电主轴的壳体(11)作为安装面固定在工作台上。 

当联动销(4)从内轴(2)退出时：外轴(8)采用前后两点轴承组(15)支承，定子(9)安装在壳体(11)内。转子(10)与外轴(8)热套在一起，外轴(8)提供电主轴工作动力并作为内轴(2)的支承，同时作为内轴(2)往复运动的导向轴。内轴(2)前端的锥孔安装工作头(1)，内轴(2)通过前后导向套筒(13)作为支承与外轴(8)精密接触，形成微小间隙，内轴(2)与外轴(8)通过导向传扭机构(12)实现刚性连接，给安装在前端的工作头(1)提供动力，内轴(2)的后端与往复油缸的活塞(18)联接，在活塞(18)的驱动下实现直线往复运动。在外轴(8)上安装防尘环(3)，用于刮除由于内轴(2)往复运动中粘落的灰尘、加工颗粒、冷却油与水等杂质，保护内部零件。外轴(8)导向槽内安装的导向传扭机构(12)完成扭矩的传递和往复运动的精确导向，导向传扭机构(12)通过螺纹安装在内轴(2)上，使用大载荷轴承(12.3)传递扭矩，轴承(12.3)的外圈与外轴(8)的导向槽壁接触。轴承组(15)采用双列推力轴承。导向套筒(13)采用具有自润滑性能的铜合金，它的内径和外径上分布不同的槽型，可通过安装其上的螺钉(13.1)调节导向间隙。导向套筒(13)采用油雾润滑，油雾通过安装在拉杆(25)尾部的旋转接头(26)进入空心的拉杆(25)内，通过拉杆(25)和内轴(2)上的油孔进入润滑部位。油缸通过油缸座(16)、油缸体(19)与后座(14)联接，活塞(18)使用两个轴承(22)与内轴(2) 联接，同时实现动静分离。使用油缸螺母(22)固定活塞(18)，油缸安装防尘盖(24)。 

轴承组(15)通过安装在壳体(11)上的油嘴(7)进行油雾润滑，油嘴(7)分别安装在壳体(11)、后座(14)与拉杆(25)上。轴承(22)采用油脂润滑。定子(9)在后座(14)的尾端出线。工作头(1)通过内轴(2)的锥面和端面平键连接，使用拉杆(25)固定。 

当联动销(4)旋入内轴(2)时，与上述不同的是：内轴(2)和外轴(8)变成了一体，内轴(2)和外轴(8)只能同时旋转，内轴(2)无法相对外轴(8)做往复运动，这时工作头(1)也只能旋转工作，此时严禁启动油缸活塞(18)运动。 

至此，得到一个具有内、外轴的双轴结构高速精密电主轴设计，外接电、水、油雾润滑后即可使用。 

Claims (9)

1.一种能作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：该双轴结构高速精密电主轴是将主轴分为外轴(8)和内轴(2)，在定子(9)和转子(10)磁感应下外轴(8)和内轴(2)通过联动销(4)和导向传扭机构(12)实现共同旋转，或在油缸驱动下内轴(2)通过导向传扭机构(12)在外轴(8)内导向作直线往复运动，围绕外轴(8)和内轴(2)实现上述动作要求的结构分述如下：

i、外轴(8)通过前后轴承组(15)被分别安装在壳体(11)和后座(14)的相应位置，实现外轴(8)旋转的动力源自壳体(11)内配置的定子(9)和外轴(8)上配置的转子(10)，定子(9)线圈从后座(14)尾端出线，前端轴承组(15)的预紧或密封由前小盖(5)和螺母(6)实施，后端轴承组(15)的预紧或密封由缸座(16)和螺母(6)实施，在外轴(8)的伸出端分别配置有安装联动销(4)的插孔和防尘环(3)；

ii、内轴(2)通过前后导向套筒(13)被安装在外轴(8)内，通过外轴(8)端部设置的联动销(4)联接内轴(2)和内轴(2)上旋接的导向传扭机构(12)，导向传扭机构(12)同时也设置在外轴(8)导向槽内，以实现内轴(2)和外轴(8)的同步旋转；

iii、油缸由缸座(16)、前压盖(1 7)、活塞(18)、缸体(19)、高压油嘴(20)、缸盖(21)、轴承(22)、油缸螺母(23)及防尘盖(24)构成，缸体(19)和缸盖(21)通过螺栓与缸座(16)联接，缸座(16)再固定在后座(14)上，缸体(19)和缸盖(21)配置有高压油嘴(20)，其内配置活塞(18)，活塞(18)通过两端的轴承(22)被固定在内轴(2)上，再由前压盖(1 7)和防尘盖(24)对其紧固和密封；

iv、工作头(1)通过内轴(2)的锥面和端面平键连接后再由拉杆(25)固定之。

2.根据权利要求1所述的能作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：定子(9)和转子(10)通电时油缸不得进入工作状态，通过联动销(4)和导向传扭机构(12)使内轴(2)和外轴(8)同步旋转。

3.根据权利要求1所述的能作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：油缸工作时定子(9)和转子(10)不得通电，去掉联动销(4)，导向传扭机构(12)旋接在内轴(2)上，内轴(2)沿外轴(8)导向槽作直线往复运动。

4.根据权利要求1所述的能作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：导向传扭机构(12)由紧定螺钉(12.1)、固定螺母(12.2)、轴承(12.3)及轴销(12.4)构成，轴销(12.4)一端带有内螺纹并旋接在内轴(2)上，另一端在装配轴承(12.3)后由固定螺母(12.2)备紧，固定螺母(12.2)的备紧限位由紧定螺钉(12.1)实施，轴承(12.3)沿外轴(8)上设置的导向槽转动或直线位移。

5.根据权利要求1所述的能作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：导向套筒(13)由螺钉(13.1)及合金导套(13.2)构成，合金导套(13.2)的内径和外径分布有不同的槽型，通过安装其上的螺钉(13.1)调节导向间隙。

6.根据权利要求1所述的能作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：导向套筒(13)采用油雾润滑，油雾通过安装在拉杆(25)尾部的旋转接头(26)进入空心的拉杆(25)内，再通过内轴(2)上的油孔进入导向套筒(13)。

7.根据权利要求1所述的能作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：外轴(8)上配置的防尘环(3)用于刮除内轴(2)在作直线往复运动时粘落的灰尘、加工颗粒、冷却油、水及其它杂质。

8.根据权利要求1所述的能作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：轴承组(15)通过安装在壳体(11)上的油嘴(7)进行油雾润滑，轴承(22)采用油脂润滑。

9.根据权利要求8所述的可作旋转或直线往复运动的双轴结构高速精密电主轴，其特征在于：油嘴(7)被分别安装在壳体(11)、后座(14)及拉杆(15)上。

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