CN101480778A - 直驱式精密转台 - Google Patents

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周宏志
周明
王锐刚
余华
王康
赵万华
卢秉恒
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Abstract

本发明公开了一种直驱式精密转台，它包括工作台(30)、力矩电机，所述力矩电机包括电机壳(8)、主轴(2)、定子(6)、转子(7)，所述电机壳(8)与定子(6)固定连接构成静止部，主轴(2)与转子(7)固定连接构成转动部；所述工作台(30)直接与力矩电机的主轴(2)固定连接。所述电机壳(8)与主轴(2)之间设置有圆弧交叉滚子轴承(1)。圆弧交叉滚子轴承(1)包括一个内圈(21)、两个外圈(22)，以及设置在内圈(21)和外圈(22)中间的多个圆弧滚子(23)，圆弧滚子(23)依次交叉放置，互成90度。本发明径向和轴向负载能力大，刚性好，运动精度和平稳性高，能满足作为高精密数控转台的综合要求。

Description

直驱式精密转台
技术领域
本发明涉及一种直驱式精密转台。
背景技术
在数控加工中心的现有技术中，电机驱动工作转台的方案，都是动力源通过传动机构实现驱动。其中，动力源采用伺服电机，并将其作为一个独立的单元；中间传动环节采用齿轮式传动、齿轮齿条式传动或蜗轮蜗杆式传动。对于齿轮、齿条或蜗轮蜗杆的加工精度要求通常比较高，而且由于中间传动环节的存在，产生了转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损等缺点，降低了加工质量。
另外，传统电机的轴承是采用十字交叉圆柱滚子轴承结构。该轴承承载力高，抗振性好，主要用于大型装备上，但运动精度不高。
传统力矩电机一般采用一套组合轴承结构，由推力轴承和滚针轴组合。滚针结构用来承担径向力，推力轴主要是用来承担轴向力。这种组合轴一般都是一套，安装在力矩电机工作台的一侧，而力矩电机定转子一侧则为自由状态。该型力矩电机的热变形虽不会直接影响工作台面的位置精度，结构也比较简单，但用于加工中心的数控转台中就会存在一些问题：1)铣削加工过程中会产生振动和受到冲击，尤其是盘铣刀较大时显得更明显，使得强磁力的力矩电机定、转子之间的磁隙发生变化，将会严重影响力矩电机的性能。2)影响编码器的性能。编码器是高精密光学仪器，要求传动精度高，运转平稳，这样输出信号也就稳定，系统工作时就不会出错。3)影响力矩电机的刚度。一套组合轴承从整体结构上看，是单点支撑，要与力矩电机的外轴承配合使用，才能较好的发挥作用。
发明内容
本发明的目的是：提供一种直驱式精密转台，它径向和轴向负载能力大，刚性好，运动精度和平稳性高，能满足作为高精密数控转台的综合要求。
本发明的技术方案是：一种直驱式精密转台，它包括工作台、力矩电机，所述力矩电机包括电机壳、主轴、定子、转子，所述电机壳与定子固定连接构成静止部，主轴与转子固定连接构成转动部；所述工作台与力矩电机的主轴固定连接。
以下对上述技术方案作进一步的说明：
所述电机壳与主轴之间设置有圆弧交叉滚子轴承。
所述圆弧交叉滚子轴承包括内圈、外圈，以及设置在内圈和外圈中间的多个圆弧滚子，圆弧滚子依次交叉放置，互成90度。
所述圆弧交叉滚子轴承的内圈为一个，外圈为两个。
所述主轴外围还设置有一与电机壳固定连接的轴承套。
所述主轴末端与轴承套之间设置有起辅助支撑作用的角接触轴承。
所述主轴外侧设置有可对主轴进行制动的弹性变形液压夹紧装置。
所述弹性变形液压夹紧装置包括设置在主轴与轴承套之间的制动盘，制动盘与主轴间存在间隙，主轴可相对制动盘转动；制动盘与轴承套间存在有密闭油腔；轴承套上开设有可向密闭油腔通入高压油以箍紧制动盘导致制动盘产生弹性变形紧贴锁紧主轴进行制动的高压油路。
所述电机壳内侧固定设置有水圈，水圈上设置有可流动冷却液以给电机降温的冷却槽。
所述主轴末端设置有编码器。
所述主轴末端通过固定于主轴的空心轴连接编码器。
本发明的优点是：
1、本发明的直驱式精密转台，力矩电机的转子可直接固定在所要驱动的部件上，使得转台无任何机械传动部件，零部件几乎无任何磨损，从而保证了良好的精度持续性。
2、本发明的直驱式精密转台，该力矩电机采用了圆弧交叉滚子轴承，它径向和轴向负载能力大，且精度高，能满足作为机床转台的综合要求。再辅以角接触轴承成为双轴承结构，能较好地克服铣削造成的振动，确保定转子的相对位置保持不变，从而定转子间就无磁隙，无大小变形，力矩电机的性能受到的影响就较小，电机的刚性就能得到提高。
3、本发明的直驱式精密转台，采用了液压制动系统，使得旋转轴可以在任何加工位置液压夹紧、制动。
4、本发明的直驱式精密转台，内置特殊开发的大扭矩力矩电机，可提供更高的动态性能。
5、本发明的直驱式精密转台，力矩电机采用分体式连接结构，可与不同的功能模块连接，如卡盘系列、花盘系列；易于实现不同功能要求(复合加工)，结构简单，易于加工装配。
6、本发明的直驱式精密转台，编码器设置在轴承外侧，紧靠轴承安装，轴承的精度、预紧力能保证编码器在一个平稳的环境下工作，产生的信号就比较稳定。
7、本发明的直驱式精密转台，外壳材料的强度高，弹性好，减震性强，散热效果好，非常适合当今流行的高速加工要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的力矩电机的结构示意图；
图3为圆弧交叉滚子轴承的结构示意图；
图4为力矩电机的弹性变形液压夹紧装置部分的放大示意图。
其中：1 圆弧交叉滚子轴承；2 主轴；3 制动盘；4 连接板；5 轴承压盖；6 定子；7 转子；8 电机壳；9 冷却槽；10 水圈；11 轴承套；12 螺母；13 电机盖；14 编码器；15 螺母；16 空心轴；17 角接触轴承；18 高压油路；19 水槽密封圈；20 高压密封圈；21 内圈；22 外圈；23 圆弧滚子；30 工作台。
具体实施方式
实施例：如图1所示，一种直驱式精密转台，它包括工作台30、力矩电机。如图2所示，力矩电机包括电机壳8、轴承套11、水圈10、定子6、制动盘3、编码器14、电机盖13、主轴2、转子7、空心轴16。工作台30直接与力矩电机的主轴2固定连接。
如图2所示，电机壳8与定子6固定连接构成静止部，主轴2与转子7固定连接构成转动部。主轴2末端固定有空心轴16，空心轴16上连接编码器14。轴承套11与电机壳8固定连接。
电机壳8与主轴2之间设置有圆弧交叉滚子轴承1。如图3所示，圆弧交叉滚子轴承1包括一个内圈21、两个外圈22，以及设置在内圈21和外圈22中间的多个圆弧滚子23，圆弧滚子23依次交叉放置，互成90度。内外圈21、22及圆弧滚子23定位后，由锁紧机构锁紧内外圈21、22。
并且，主轴2末端与轴承套11之间设置有起辅助支撑作用的角接触轴承17。
主轴2外侧设置有可对主轴2进行制动的弹性变形液压夹紧装置，使得主轴2可在任何加工位置液压夹紧、制动。如图4所示，弹性变形液压夹紧装置包括设置在主轴2与轴承套11之间的制动盘3，制动盘3与主轴2间存在微小的间隙，使主轴2可相对制动盘3转动；制动盘3与轴承套11间存在有较小的密闭油腔；轴承套11上开设有高压油路18。在需要制动时，高压油沿高压油路18注入该密闭油腔内，并箍紧制动盘3，使之产生弹性变形，内径变小，紧贴主轴，产生很大的摩擦力，锁紧主轴，对主轴2进行制动。
在力矩电机工作期间，会产生一定的热量。为带走这些会产生不利影响的热量，本发明增加了强制的水冷方式。如图2所示，电机壳8内侧固定设置有水圈10，水圈10上开设有螺旋冷却槽9，冷却液流过该冷却槽9，带走这些热量，保护电机，减小热变形，提高加工精度。
另外，对于环境温度造成的变形，会通过主轴2延伸释放变形，能保持工作台位置不变，即保证了工作台的位置精度。
应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种直驱式精密转台，其特征在于：它包括工作台(30)、力矩电机，所述力矩电机包括电机壳(8)、主轴(2)、定子(6)、转子(7)，所述电机壳(8)与定子(6)固定连接构成静止部，主轴(2)与转子(7)固定连接构成转动部；所述工作台(30)与力矩电机的主轴(2)固定连接。
2.根据权利要求1所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述电机壳(8)与主轴(2)之间设置有圆弧交叉滚子轴承(1)。
3.根据权利要求2所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述圆弧交叉滚子轴承(1)包括内圈(21)、外圈(22)，以及设置在内圈(21)和外圈(22)中间的多个圆弧滚子(23)，圆弧滚子(23)依次交叉放置，互成90度。
4.根据权利要求3所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述圆弧交叉滚子轴承(1)的内圈(21)为一个，外圈(22)为两个。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述主轴(2)外围还设置有一与电机壳(8)固定连接的轴承套(11)。
6.根据权利要求5所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述主轴(2)末端与轴承套(11)之间设置有起辅助支撑作用的角接触轴承(17)。
7.根据权利要求5所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述主轴(2)外侧设置有可对主轴(2)进行制动的弹性变形液压夹紧装置。
8.根据权利要求7所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述弹性变形液压夹紧装置包括设置在主轴(2)与轴承套(11)之间的制动盘(3)，制动盘(3)与主轴(2)间存在间隙，主轴(2)可相对制动盘(3)转动；制动盘(3)与轴承套(11)间存在有密闭油腔；轴承套(11)上开设有可向密闭油腔通入高压油以箍紧制动盘(3)导致制动盘(3)产生弹性变形紧贴锁紧主轴(2)进行制动的高压油路(18)。
9.根据权利要求1所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述电机壳(8)内侧固定设置有水圈(10)，水圈(10)上设置有可流动冷却液以给电机降温的冷却槽(9)。
10.根据权利要求1所述的直驱式精密转台，其特征在于：所述主轴(2)末端设置有编码器(14)。
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