CN102626792A

CN102626792A - 一种高速多功能滚珠电主轴

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Publication number: CN102626792A
Application number: CN2012101173456A
Authority: CN
Inventors: 汤秀清
Original assignee: Guangzhou Haozhi Electromechanical Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Haozhi Electromechanical Co Ltd
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: CN102626792B

Abstract

本发明涉及一种高速多功能滚珠电主轴，具体地说是一种用于机械加工机床滚珠高速电主轴。它公开了铝水套组件，电机定子，轴芯组件等。它的工作转数可达40000rpm，精度高，扭矩大，使用寿命长，便于推广及应用。

Description

一种高速多功能滚珠电主轴

技术领域

本发明涉及一种机械加工设备，具体地说是一种用于机械加工机床滚珠高速电主轴。

背景技术

在现有技术中，滚珠电主轴用的机体主要用于固定安装轴承、轴承座、定子等部件，但作为主轴的外壳，却往往无法保护各部件的正常工作，更对于高速滚珠主轴来说，提供不了循环冷却系统降低主轴工作时的温度。滚珠高速电主轴用的铝水套组件，结构复杂，不利于主轴散热，安装不方便，功能单一，装配精度不容易把握。滚珠高速电主轴用的气压卸刀机构中的气缸，结构复杂，密封性能低，传动也不平稳，频繁换刀则容易损坏或漏气。滚珠高速电主轴用的轴承座组件，结构单一，加工困难，装卸不便，不易调节轴向稳定性，滚珠高速电主轴用的轴芯的通孔构造不合理，导致拉杆等配件装配不方便，即使装配后也会影响拉杆、拉爪等的受力，实现不了拉刀、卸刀的功能，而且使用寿命短，需要频繁更换等缺点，因此现今的滚珠电主轴速度不高，而且使用寿命不长。

发明内容

本发明涉及一种高速多功能滚珠电主轴，它的工作转数可达40000rpm，精度高，扭矩大，使用寿命长，便于推广及应用。

本发明技术解决方案：包括有气缸组件（2），气缸组件（2）的气缸顶盖（2.1）顶部的一侧设有导线槽（1），气缸组件（2）的活塞推出处设有推杆组件（8），气缸组件（2）底部固定有铝水套组件（3），铝水套组件（3）内部通孔中设有编码器（4），铝水套组件（3）底部固定有上轴承座（5），上轴承座（5）内部设有上轴承组件（6），上轴承座（5）底部固定有机体组件（7），机体组件（7）内部设有电机定子（9），电机定子（9）的轴向通孔处设有轴芯组件（10），轴芯组件（10）内部中前部的通孔设有轴霸组件（11），轴芯组件（10）下端部设有夹头组件（15），机体组件（7）底部固定有下轴承座（12），下轴承座（12）内设有下轴承组件（13），下轴承座（12）底部固定有机体下盖组件（14）。

所述气缸顶盖（2.1），气缸缸体（2.3），气缸缸体（2.3）底部坚固在铝水套（3.1）的顶部，缸体凸部（2.6）嵌入铝水套（3.1）顶部的凹槽中，气缸缸体（2.3）与铝水套（3.1）的边沿及内壁接触处均设有密封圈，其特征在气缸缸体（2.3）内腔上部的首级活塞（2.2），首级活塞（2.2）正下方的气缸缸体（2.3）内腔中部设有二级活塞（2.4），二级活塞（2.4）正下方的气缸缸体（2.3）内腔下部设有三级活塞（2.5），首级、二级和三级活塞与各级缸体内腔之间的接触处均设有密封圈。

所述铝水套组件（3）包括铝水套主体（3.1）的内腔设有贯通的适配推杆（3.5）杆身的内腔座，所述内腔座的内部一侧径向设有松刀接近开关（3.3），内腔座的内部还径向设有拉刀接近开关（3.6）；所述的松刀接近开关（3.3）和拉刀接近开关（3.6）所在的铝水套主体外壁处由十字槽堵头组件（3.4）封堵；所述的松刀接近开关（3.3）和拉刀接近开关（3.6）通过轴向的紧定螺钉（3.2）固定在内腔座中。

所述编码器（4）的组件包括有编码器齿轮盘（4.1），所述编码器齿轮盘（4.1）的内部贯通孔由上部的齿轮盘内孔（4.2）和下部的与轴芯螺纹（4.4）相适的螺纹孔构成，齿轮盘内孔（4.2）和轴芯（10）的导向轴段之间为间隙配合；所述的齿轮盘内孔（4.2）和轴芯（10）导向轴段间的间隙为单边平均3μm。

所述电机定子（9）包括有常转矩调频调整的电机，定子铁芯（9.1），槽绝缘纸（9.3），槽楔（9.4），热敏电阻（9.5），其中，定子铁芯（9.1）外围绕有双层同心式绕组（9.2），所述双层同心式绕组（9.2）的绕组的匝数为30~80匝，线径为0.57~0.64mm。

所述机体下盖组件（14）包括了机体下盖内套（14.1），铝盖板（14.2），堵头（14.3），进气孔（14.5），机体下盖板（14.7），沉头孔（14.9），其特征在于所述铝盖板（14.2）自面板上设有十字槽沉头螺钉（14.8）固定在机体下盖座（14.7）上，机体下盖板（14.7）上设有大O型圈（14.6），进气孔（14.5）边沿处设有小O型圈（14.4）。

所述轴芯组件（10）包括轴芯主体，导向套（10.1），轴体上部外壁设有锁紧螺纹（10.2），锁紧螺纹（10.2）以下的轴体设有转轴段（10.3），转轴段（10.3）以下的轴体上固定有轴肩套（10.4），轴肩套（10.4）以下的轴体上固定有铜转子（10.5），轴体内部设有轴向通孔（10.6），轴向通孔（10.6）底部设有夹头段（10.9），夹头段（10.9）的下端部轴向通孔（10.6）设有锥形孔（10.10），其特征在于轴向通孔（10.6）下部设有台阶状的支持面（10.7），支持面（10.7）以下的轴体外壁设有轴承锁紧螺纹（10.8）。

所述轴霸组件（11）包括了轴霸主体，轴芯（11.1），拉杆（11.2），碟簧（11.3），锁紧螺母（11.4），夹头（11.5），刀具（11.6），其中碟簧（11.3）和锁紧螺母（11.4）的内壁设有一层耐高温塑料层（11.7）。

所述轴霸组件（11）的拉杆（11.2）上部通孔内设有压头组件包括了上压头（11.2.1），下压头（11.2.2），拉杆（11.2），下压头（11.2.2）下凸部外壁通过螺纹坚固在拉杆（11.2）上，所述下压头（11.2.2）的下凸部内腔设有压缩弹簧（11.2.4），压缩弹簧（11.2.4）的上顶端设有导气芯（11.2.3）。

本发明工作原理是电主轴高速转动结构，主要由上轴承座（5）、上轴承组件（6）、机体组件（7）、电机定子（9）、轴芯组件（10）、轴霸组件（11）、下轴承座（12）、下轴承组件（13）等组成，采用精密、高速滚珠角接触轴承.轴芯组件（10）上安装有铜转子，当电机定子（9）通入三相变频电源时，由于电磁感应原理，轴芯组件（10）随之转动，并随频率的变化转速改变，最高转速可达40000 rpm，振动和噪音都很小。冷却原理：机体组件（7）的机体上沿圆周均布若干个水孔，并在机体上开相应的连接水槽，构成封闭式冷却循环，电主轴工作时，从汽缸组件（2）的进水孔通入冷却水,随进入铝水套（3）、上轴承座（5）、机体组件（7），并在机体组件（7）中沿圆周循环流动，最后再从上轴承座（5）和铝水套组件（3）和汽缸组件（2）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。吹尘原理：电主轴工作时，汽缸组件（2）的进气孔通入压缩空气，随进入铝水套（3）、上轴承座（5）、机体组件（7）、下轴承座（12）和机体下盖（14），然后在机体下盖（14）和锁紧螺母的气缝内排出机体外，阻止机体外的污水、切削屑、气体等进入主轴; 换刀原理：换刀机构主要由汽缸组件（2）、铝水套（3）、推杆组件（8）、轴芯组件（10）、轴霸组件（11）及夹头组件（15）等组成。当换刀时，由汽缸组件（2）的工作进气孔通入压缩空气，推动活塞向下移动，推杆组件（3）随之下移，推动轴霸组件（11）下移，夹头组件（15）松刀，完成卸刀过程；此时从气缸组件（2）的中心进气孔通入压缩空气，压缩空气从沿推杆进入夹头组件，对夹头组件吹尘处理。当汽缸组件（2）的工作进气孔撤销通气时，此时用其它气源对夹头组件吹尘时，由于轴霸组件（11）单向进气的作用，灰尘不会进入主轴内部。当安装好刀具后，撤去工作进气孔的压缩空气，推杆组件（3）上移，轴霸组件（11）由于碟簧弹力作用夹紧刀具，此时向气缸复位进气孔通入压缩空气，气缸复位，完成换刀过程。磁感应原理：轴芯组件（10）安装有编码器（4）的齿轮盘，齿轮盘刻有原点缺槽，上轴承座（5）安装有编码器（4）的磁感应元件，可以输出感应信号。齿轮盘的外圆与磁感应元件垂直对应，间隙在0.15mm左右。当轴芯组件（10）旋转时，通过磁感应元件，可以测出感应齿的位置和转速，从而实现对轴芯的旋转状态进行实时监控。换刀状态控制原理：铝水套（3）安装有2只接近开关，通过感应推杆组件（8）的位置，从而实现对换刀状态控制。推杆组件（8）上面有环形槽，接近开关分别检测推杆组件（8）的环形槽位置，实现控制，当环形槽对着拉刀接近开关时，接近开关切断信号，汽缸停止动作；当环形槽对着松刀接近开关时，接近开关切断信号，汽缸停止动作，实现控制目的。

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0-40000rpm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，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、电主轴采用双角接触轴承支承力轴的结构，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、驱动系统采用铜转子鼠笼式电机,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；

8、电主轴内部采用拉刀、松刀信号控制，实时监控刀具运行状态，保证刀具位置准确，确保电主轴安全使用。

9、轴霸采用单向吹尘方法，保证无灰尘、油污进入主轴内部。

10、轴芯动力采用推杆形式，轴芯的重量轻，转动惯量小，转速更容易控制。

11、采用多种信号控制，能量传递方便，主轴功能较多，安全性好。

12、整个设计结构紧凑，外形美观。

附图说明

图1是本发明的俯视构造示意图。

图2是本发明的剖视构造示意图。

图3是本发明的编码器剖面构造示意图。

图4是本发明的电机定子构造示意图。

图5是本发明的机体下盖组件俯视构造示意图。

图6是本发明的机体下盖组件剖视构造示意图。

图7是本发明铝水套组件的C－C剖面构造示意图。

图8是本发明铝水套组件的俯视构造示意图。

图9是本发明气缸的A－A剖视构造示意图。

图10是本发明气缸的俯视构造示意图。

图11是本发明压头组件剖视构造示意图。

图12是本发明轴霸组件的剖面构造示意图。

图13是本发明轴芯的剖视构造示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1至图13的各图所示，本发明有气缸组件（2），气缸组件（2）气缸顶盖（2.1）顶部的一侧设有导线槽（1），气缸组件（2）的活塞推出处设有推杆组件（8），气缸组件（2）底部固定有铝水套组件（3），铝水套组件（3）内部通孔中设有编码器（4），铝水套组件（3）底部固定有上轴承座（5），上轴承座（5）内部设有上轴承组件（6），上轴承座（5）底部固定有机体组件（7），机体组件（7）内部设有电机定子（9），电机定子（9）的轴向通孔处设有轴芯组件（10），轴芯组件（10）内部中前部的通孔设有轴霸组件（11），轴芯组件（10）下端部设有夹头组件（15），机体组件（7）底部固定有下轴承座（12），下轴承座（12）内设有下轴承组件（13），下轴承座（12）底部固定有机体下盖组件（14）。

实施例2

与实施例1相同，只是所述气缸顶盖（2.1），气缸缸体（2.3），气缸缸体（2.3）底部坚固在铝水套（2.7）的顶部，缸体凸部（2.6）嵌入铝水套（2.7）顶部的凹槽中，气缸缸体（2.3）与铝水套（2.7）的边沿及内壁接触处均设有密封圈，其特征在气缸缸体（2.3）内腔上部的首级活塞（2.2），首级活塞（2.2）正下方的气缸缸体（2.3）内腔中部设有二级活塞（2.4），二级活塞（2.4）正下方的气缸缸体（2.3）内腔下部设有三级活塞（2.5），首级、二级和三级活塞与各级缸体内腔之间的接触处均设有密封圈。

实施例3

同实施例1，只是所述铝水套主体（3.1）的内腔设有贯通的适配推杆（3.5）杆身的内腔座，所述内腔座的内部一侧径向设有松刀接近开关（3.3），内腔座的内部还径向设有拉刀接近开关（3.6）；所述的松刀接近开关（3.3）和拉刀接近开关（3.6）所在的铝水套主体外壁处由十字槽堵头组件（3.4）封堵；所述的松刀接近开关（3.3）和拉刀接近开关（3.6）通过轴向的紧定螺钉（3.2）固定在内腔座中。

实施例4

同实施例1，只是所述编码器（4）的组件包括有编码器齿轮盘（4.1），所述编码器齿轮盘（4.1）的内部贯通孔由上部的齿轮盘内孔（4.2）和下部的与轴芯螺纹（4.4）相适的螺纹孔构成，齿轮盘内孔（4.2）和轴芯（10）的导向轴段之间为间隙配合；所述的齿轮盘内孔（4.2）和轴芯（10）导向轴段间的间隙为单边平均3μm。

实施例5

同实施例1，只是所述电机定子（9）包括有常转矩调频调整的电机，定子铁芯（9.1），槽绝缘纸（9.3），槽楔（9.4），热敏电阻（9.5），其中，定子铁芯（9.1）外围绕有双层同心式绕组（9.2），所述双层同心式绕组（9.2）的绕组的匝数为30~80匝，线径为0.57~0.64mm。

实施例6

同实施例1，只是所述机体下盖组件（14）包括了机体下盖内套（14.1），铝盖板（14.2），堵头（14.3），进气孔（14.5），机体下盖板（14.7），沉头孔（14.9），其特征在于所述铝盖板（14.2）自面板上设有十字槽沉头螺钉（14.8）固定在机体下盖座（14.7）上，机体下盖板（14.7）上设有大O型圈（14.6），进气孔（14.5）边沿处设有小O型圈（14.4）。

实施例7

同实施例1，只是所述轴芯组件（10）包括轴芯主体，导向套（10.1），轴体上部外壁设有锁紧螺纹（10.2），锁紧螺纹（10.2）以下的轴体设有转轴段（10.3），转轴段（10.3）以下的轴体上固定有轴肩套（10.4），轴肩套（10.4）以下的轴体上固定有铜转子（10.5），轴体内部设有轴向通孔（10.6），轴向通孔（10.6）底部设有夹头段（10.9），夹头段（10.9）的下端部轴向通孔（10.6）设有锥形孔（10.10），其特征在于轴向通孔（10.6）下部设有台阶状的支持面（10.7），支持面（10.7）以下的轴体外壁设有轴承锁紧螺纹（10.8）。

实施例8

同实施例1，只是所述轴霸组件（11）包括了轴霸主体，轴芯（11.1），拉杆（11.2），碟簧（11.3），锁紧螺母（11.4），夹头（11.5），刀具（11.6），其中碟簧（11.3）和锁紧螺母（11.4）的内壁设有一层耐高温塑料层（11.7）。

实施例9

同实施例8，只是所述轴霸组件（11）的拉杆（11.2）上部通孔内设有压头组件包括了上压头（11.2.1），下压头（11.2.2），拉杆（11.2.5），下压头（11.2.2）下凸部外壁通过螺纹坚固在拉杆（11.2）上，所述下压头（11.2.2）的下凸部内腔设有压缩弹簧（11.2.4），压缩弹簧（11.2.4）的上顶端设有导气芯（11.2.3）。

Claims

1.一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于包括有气缸组件（2），气缸组件（2）的气缸顶盖（2.1）顶部的一侧设有导线槽（1），气缸组件（2）的活塞推出处设有推杆组件（8），气缸组件（2）底部固定有铝水套组件（3），铝水套组件（3）内部通孔中设有编码器（4），铝水套组件（3）底部固定有上轴承座（5），上轴承座（5）内部设有上轴承组件（6），上轴承座（5）底部固定有机体组件（7），机体组件（7）内部设有电机定子（9），电机定子（9）的轴向通孔处设有轴芯组件（10），轴芯组件（10）内部中前部的通孔设有轴霸组件（11），轴芯组件（10）下端部设有夹头组件（15），机体组件（7）底部固定有下轴承座（12），下轴承座（12）内设有下轴承组件（13），下轴承座（12）底部固定有机体下盖组件（14）。

2.根据权利要求1所述的一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于所述气缸顶盖（2.1），气缸缸体（2.3），气缸缸体（2.3）底部坚固在铝水套（3.1）的顶部，缸体凸部（2.6）嵌入铝水套（3.1）顶部的凹槽中，气缸缸体（2.3）与铝水套（3.1）的边沿及内壁接触处均设有密封圈，其特征在气缸缸体（2.3）内腔上部的首级活塞（2.2），首级活塞（2.2）正下方的气缸缸体（2.3）内腔中部设有二级活塞（2.4），二级活塞（2.4）正下方的气缸缸体（2.3）内腔下部设有三级活塞（2.5），首级、二级和三级活塞与各级缸体内腔之间的接触处均设有密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于所述铝水套组件（3）包括铝水套主体（3.1）的内腔设有贯通的适配推杆（3.5）杆身的内腔座，所述内腔座的内部一侧径向设有松刀接近开关（3.3），内腔座的内部还径向设有拉刀接近开关（3.6）；所述的松刀接近开关（3.3）和拉刀接近开关（3.6）所在的铝水套主体外壁处由十字槽堵头组件（3.4）封堵；所述的松刀接近开关（3.3）和拉刀接近开关（3.6）通过轴向的紧定螺钉（3.2）固定在内腔座中。

4.根据权利要求1所述的一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于所述编码器（4）的组件包括有编码器齿轮盘（4.1），所述编码器齿轮盘（4.1）的内部贯通孔由上部的齿轮盘内孔（4.2）和下部的与轴芯螺纹（4.4）相适的螺纹孔构成，齿轮盘内孔（4.2）和轴芯（10）的导向轴段之间为间隙配合；所述的齿轮盘内孔（4.2）和轴芯（10）导向轴段间的间隙为单边平均3μm。

5.根据权利要求1所述的一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于所述电机定子（9）包括有常转矩调频调整的电机，定子铁芯（9.1），槽绝缘纸（9.3），槽楔（9.4），热敏电阻（9.5），其中，定子铁芯（9.1）外围绕有双层同心式绕组（9.2），所述双层同心式绕组（9.2）的绕组的匝数为30~80匝，线径为0.57~0.64mm。

6.根据权利要求1所述的一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于所述机体下盖组件（14）包括了机体下盖内套（14.1），铝盖板（14.2），堵头（14.3），进气孔（14.5），机体下盖板（14.7），沉头孔（14.9），其特征在于所述铝盖板（14.2）自面板上设有十字槽沉头螺钉（14.8）固定在机体下盖座（14.7）上，机体下盖板（14.7）上设有大O型圈（14.6），进气孔（14.5）边沿处设有小O型圈（14.4）。

7.根据权利要求1所述的一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于所述轴芯组件（10）包括轴芯主体，导向套（10.1），轴体上部外壁设有锁紧螺纹（10.2），锁紧螺纹（10.2）以下的轴体设有转轴段（10.3），转轴段（10.3）以下的轴体上固定有轴肩套（10.4），轴肩套（10.4）以下的轴体上固定有铜转子（10.5），轴体内部设有轴向通孔（10.6），轴向通孔（10.6）底部设有夹头段（10.9），夹头段（10.9）的下端部轴向通孔（10.6）设有锥形孔（10.10），其特征在于轴向通孔（10.6）下部设有台阶状的支持面（10.7），支持面（10.7）以下的轴体外壁设有轴承锁紧螺纹（10.8）。

8.根据权利要求1所述的一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于所述轴霸组件（11）包括了轴霸主体，轴芯（11.1），拉杆（11.2），碟簧（11.3），锁紧螺母（11.4），夹头（11.5），刀具（11.6），其中碟簧（11.3）和锁紧螺母（11.4）的内壁设有一层耐高温塑料层（11.7）。

9.根据权利要求8所述的一种高速多功能滚珠电主轴，其特征在于所述轴霸组件（11）的拉杆（11.2）上部通孔内设有压头组件包括了上压头（11.2.1），下压头（11.2.2），拉杆（11.2），下压头（11.2.2）下凸部外壁通过螺纹坚固在拉杆（11.2）上，所述下压头（11.2.2）的下凸部内腔设有压缩弹簧（11.2.4），压缩弹簧（11.2.4）的上顶端设有导气芯（11.2.3）。