CN102489727A - 一种滚珠高速铣削电主轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚珠高速铣削电主轴，具体地说是集成滚动轴承、冷却装置、自动换刀系统、电机驱动于一体的机电一体化的主轴装置。它公开了上轴承座组件（5）的内贯通孔中由上轴承锁紧螺母（17）固定有上轴承组件（6），上轴承座组件（5）的台阶处前端与机体组件（9）的后端相固定，下轴承组件（10）的前端由下轴承锁紧螺母（15）固定有下轴承压圈（16）；轴芯组件（7）的轴芯主体后端固定有测量转速的编码器（18）。它转速可调整，而在高转速下精度高，提供足够的轴向、径向刚度等有益效果，而且使用寿命长，便于推广及应用。

Description

一种滚珠高速铣削电主轴
技术领域
本发明涉及一种机械加工设备，具体地说是集成滚动轴承、冷却装置、自动换刀系统、电机驱动于一体的机电一体化的主轴装置。
背景技术
在现有技术中，一般的电主轴用的定子使用非变频电源，因此转子工作转数不可变动，功能单一，且疾速起动下转子容易损坏，影响电主轴的使用寿命，另外，对于特殊带铣削功能要求的电主轴，轴承提供的支承力不足，使主轴高速运转时轴向与径向有足够的刚度。再者，铣削时很多诸如污水、切削屑等杂物容易进入主轴，使主轴内部堵塞，严重影响主轴使用寿命。
发明内容
本发明涉及一种滚珠高速铣削电主轴，它解决了现有技术的不足。
本发明技术解决方案是包括有带管接头（1）的换刀气缸组件（2），电源线、气源孔及冷却水源接口的铝水套组件（3），上轴承锁紧螺母（17），内部设有气路通道和冷却水通道的机体组件（9），其中，换刀气缸组件（2）的头部固定在设置铝水套组件（3）的后部内腔中，机体组件（9）前端固定有机体下盖（12）及防尘盖（14），有轴芯组件（7）贯通于上轴承组件（6）、定子（8）及下轴承组件（10）的通孔中，轴芯组件（7）的轴向通孔中自上而下设置有拉杆组件（4）、拉爪组件（11）及刀柄组件（13），其特征在于，铝水套组件（3）的前端与上轴承座组件（5）的后部相固定，上轴承座组件（5）的内贯通孔中由上轴承锁紧螺母（17）固定有上轴承组件（6），上轴承座组件（5）的台阶处前端与机体组件（9）的后端相固定，机体组件（9）的中部固定有定子（8），定子（8）之下的机体组件（9）的下轴承内腔中固定有下轴承组件（10），下轴承组件（10）的前端由下轴承锁紧螺母（15）固定有下轴承压圈（16）；轴芯组件（7）的轴芯主体后端固定有测量转速的编码器（18）。
本发明特别在于所述的轴芯组件（7）的轴芯主体上轴肩套（7.2）这下的转轴段（7.1）固定有铜鼠笼转子（7.3）。
以上本发明所述的上轴承组件（6）包括有轴承座外圈（5.1），轴承座外圈（5.1）内腔中固定有轴承座内圈（5.3），轴承座外圈（5.1）与轴承座内圈（5.3）之间的间隙处设有水循环槽（5.2）。
所述上轴承组件（6）包括有上、下单列角接触陶瓷轴承，上下轴承间固定有轴承隔套组件（6.1）。
所述的定子（8）包括有定子冲片（8.1）、帮扎带（8.2）、槽楔（8.3）、线圈绕组（8.4）、槽绝缘纸（8.5）、温度传感器（8.6）和电机引线（8.7），其中温度传感器（8.6）固定在线圈绕组（8.4）的一端。
本发明工作原理是：
1、电主轴高速转动结构，主要由上轴承座组件（5）、上轴承组件（6）、轴芯组件（7）、机体组件（9）、下轴承组件（10）组成，采用精密、高速滚珠角接触轴承，最高转速可达32000 rpm，振动和噪音都很小。
2、冷却原理：机体组件（9）的机体上沿圆周均布若干个水孔，与机体下盖（12）的水槽构成冷却循环，电主轴工作时，从铝水套组件（3）的进水孔通入冷却水,随进入上轴承座组件（5）、机体组件（9）和机体下盖（12），随后冷却水在机体内沿圆周循环流动，最后再从上轴承座组件（5）和铝水套组件（3）排出，带走电机和轴承产生的大部分热量，保持整机在低温下稳定、可靠运行。  
3、吹尘原理：电主轴工作时，铝水套组件（3）的进气孔通入压缩空气，随进入上轴承座组件（5）、机体组件（9）和机体下盖（12），最后到轴芯组件（7）的内孔，然后排出机体外，完成吹尘降温过程，可吹掉轴心内的尘埃，带走高速旋转的轴承和电机工作时而产生的一部分热量；同时，阻止机体外的污水、切削屑、气体等进入主轴;
4、轴芯旋转原理：该电主轴采用永磁直流电机，转子主部件采用若干块永磁体，集成在轴芯的外圆上，永磁体的外圆上再裹一层碳纤维，当在电机定子（8）端通符合要求的三相交流变频电源时，由于电磁感应原理，转子转动，驱动轴芯组件（7）高速旋转，使安装在轴芯组件（7）下部的刀柄组件（13）夹持各种刀具进行高效率、高精度的切削加工，并可根据具体工作要求选择0-32000 rpm的不同工作转速。
5、换刀原理：当需要进行刀具更换时，停止运转主轴，给气缸顶部的管接头（1）进气及铝水套组件（3）进气口分别通入压缩空气，迫使换刀汽缸组件（2）的活塞杆向下运动，从而推动拉杆组件（4）下移，同时，拉杆组件（4）的压缩碟簧的碟簧复位，使拉杆组件（4）和滑动芯向上移动，拉爪组件（11）在弹簧的推力与滑动芯的作用下，滑入刀柄内孔并张开，此时铝水套组件（3）的吹尘进气关闭，刀柄处于拉刀状态。
本发明的优点在于：
   1、工作时利用变频电源的频率调节，可使工作转数可在0-32000rpm变动，起动平稳，满足高转速、高精度机械加工要求。
   2、电主轴内装有温度传感器和编码器（18），可及时反馈、监控主轴工作状态。
3、采用循环冷却系统可对机体、轴承座及电机等进行循环强迫冷却，及时高效的带走电机和轴承产生的大部分热量，保证主轴长时间稳定、可靠地工作。
4、电主轴上下轴承均采用相同的单列角接触轴承（GB/T292-1994）的双角接触轴承支承力轴的结构，轴承选取上使用高精度、高转速、低噪音陶瓷球轴承，由两只轴承成对安装，中间并由轴承隔套隔开， 以增加轴承支撑刚度，有利于轴承散热和便于轴承润滑等优点，可保证主轴高速运转时轴向与径向有足够的刚度，可在不同的环境下进行机械加工。
5、电主轴设有空气吹尘冷却结构，可对主轴内腔进行及时冷却及阻止机体外的污水、切削屑等进入，提高使用寿命。
6、电主轴设有自动换刀系统，可实现准确、快速、安全地自动更换各种所需刀具。
7、驱动系统采用直流无刷电机,功率大，扭矩高；电机置于两轴承中部，使结构更合理、紧凑,提高电主轴在高速下运转的可靠性。
附图说明
图1是本发明的剖面构造示意图。
图2是本发明的轴芯组件部分构造示意图。
图3是本发明的定子构造示意图。
图4是本发明的上轴承座组件及上轴承组件构造示意图。
具体实施方式
实施例1
根据图1、图2、图3及图4所示，本发明在现有的包括有带管接头1的换刀气缸组件2，电源线、气源孔及冷却水源接口的铝水套组件3，上轴承锁紧螺母17，内部设有气路通道和冷却水通道的机体组件9，其中，换刀气缸组件2的头部固定在设置铝水套组件3的后部内腔中，机体组件9前端固定有机体下盖12及防尘盖14，有轴芯组件7贯通于上轴承组件6、定子8及下轴承组件10的通孔中，轴芯组件7的轴向通孔中自上而下设置有拉杆组件4、拉爪组件11及刀柄组件13，其特征在于，铝水套组件3的前端与上轴承座组件5的后部相固定，上轴承座组件5的内贯通孔中由上轴承锁紧螺母17固定有上轴承组件6，上轴承座组件5的台阶处前端与机体组件9的后端相固定，机体组件9的中部固定有定子8，定子8之下的机体组件9的下轴承内腔中固定有下轴承组件10，下轴承组件10的前端由下轴承锁紧螺母15固定有下轴承压圈16；轴芯组件7的轴芯主体后端固定有测量转速的编码器18。
实施例2
与实施例1相同，只是所述的轴芯组件7的轴芯主体上轴肩套7.2这下的转轴段7.1固定有铜鼠笼转子7.3。
实施例3
与实施例1相同，只是所述的上轴承组件（6）包括有轴承座外圈5.1，轴承座外圈5.1内腔中固定有轴承座内圈5.3，轴承座外圈5.1与轴承座内圈5.3之间的间隙处设有水循环槽5.2。
实施例4
与实施例1相同，只是所述上轴承组件6包括有上、下单列角接触陶瓷轴承，上下轴承间固定有轴承隔套组件6.1。
实施例5
与实施例1相同，只是所述的定子8包括有定子冲片8.1、帮扎带8.2、槽楔8.3、线圈绕组8.4、槽绝缘纸8.5、温度传感器8.6和电机引线8.7，其中温度传感器8.6固定在线圈绕组8.4的一端。

Claims (5)

1.一种滚珠高速铣削电主轴，它包括有带管接头（1）的换刀气缸组件（2），电源线、气源孔及冷却水源接口的铝水套组件（3），上轴承锁紧螺母（17），内部设有气路通道和冷却水通道的机体组件（9），其中，换刀气缸组件（2）的头部固定在设置铝水套组件（3）的后部内腔中，机体组件（9）前端固定有机体下盖（12）及防尘盖（14），有轴芯组件（7）贯通于上轴承组件（6）、定子（8）及下轴承组件（10）的通孔中，轴芯组件（7）的轴向通孔中自上而下设置有拉杆组件（4）、拉爪组件（11）及刀柄组件（13），其特征在于，铝水套组件（3）的前端与上轴承座组件（5）的后部相固定，上轴承座组件（5）的内贯通孔中由上轴承锁紧螺母（17）固定有上轴承组件（6），上轴承座组件（5）的台阶处前端与机体组件（9）的后端相固定，机体组件（9）的中部固定有定子（8），定子（8）之下的机体组件（9）的下轴承内腔中固定有下轴承组件（10），下轴承组件（10）的前端由下轴承锁紧螺母（15）固定有下轴承压圈（16）；轴芯组件（7）的轴芯主体后端固定有测量转速的编码器（18）。
2.根据权利要求1所述的一种滚珠高速铣削电主轴，其特征在于本发明特别在于所述的轴芯组件（7）的轴芯主体上轴肩套（7.2）这下的转轴段（7.1）固定有铜鼠笼转子（7.3）。
3.根据权利要求1所述的一种滚珠高速铣削电主轴，其特征在于所述的上轴承组件（6）包括有轴承座外圈（5.1），轴承座外圈（5.1）内腔中固定有轴承座内圈（5.3），轴承座外圈（5.1）与轴承座内圈（5.3）之间的间隙处设有水循环槽（5.2）。
4.根据权利要求1所述的一种滚珠高速铣削电主轴，其特征在于所述上轴承组件（6）包括有上、下单列角接触陶瓷轴承，上下轴承间固定有轴承隔套组件（6.1）。
5.根据权利要求1所述的一种滚珠高速铣削电主轴，其特征在于所述的定子（8）包括有定子冲片（8.1）、帮扎带（8.2）、槽楔（8.3）、线圈绕组（8.4）、槽绝缘纸（8.5）、温度传感器（8.6）和电机引线（8.7），其中温度传感器（8.6）固定在线圈绕组（8.4）的一端。
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