CN103042237A - 无颤振电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无颤振电主轴，包括伺服电机和主轴，所述主轴与伺服电机的转子集成为一体，伺服电机的转子设置于主轴中段且主轴通过滚动轴承和磁轴承支撑定位于伺服电机的定子，所述磁轴承设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统，本发明的无颤振电主轴通过控制磁轴承的悬浮力大小可对主轴的定位精度及刚度进行调节，消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高电主轴的加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转机械，尤其涉及一种无颤振电主轴。
背景技术
电主轴是将主轴与电动机转子结合为一体的零传动结构，具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪音低和响应快等优点，而且转速高、功率大，可简化机床设计，易于实现主轴定位，电主轴最早是用在磨床上，后来发展到加工中心，随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要，人们对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，电主轴向高速大功率、高精度、高刚度、精确定向和超高速方向发展，就必须保证其动态稳定性，特别是在重载高效切削时，加工稳定性的界限就表示为是否发生颤振，现有技术的电主轴，其主轴通过滚动轴承支撑定位于电机定子，受滚动轴承刚度及配合间隙的影响，在高效切削中，主轴受自激振动限制的转速通常为20000~30000r/min，加工质量和加工经济性无法满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。
因此，需对现有技术的电主轴结构加以改进，消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高电主轴的加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，以满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种无颤振电主轴，可消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高电主轴的加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。
本发明的无颤振电主轴，包括伺服电机和主轴，所述主轴与伺服电机的转子集成为一体，伺服电机的转子设置于主轴中段且主轴通过滚动轴承和磁轴承 支撑定位于伺服电机的机座，所述磁轴承设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统。
进一步，所述磁轴承相对于滚动轴承近于主轴的工作端设置；
进一步，所述磁轴承为交直流三自由度混合磁轴承，包括轴承转子、径向控制线圈、径向定子、永磁体、轴向控制线圈和轴向定子；
进一步，所述伺服控制系统包括径向位移传感器、轴向位移传感器、DSP控制器、三相功率逆变器和直流开关功率放大器，其中径向位移传感器和轴向位移传感器分别相应的用于感应主轴的径向位移和轴向位移并产生电信号传输给所述DSP控制器，DSP控制器对所述电信号进行处理后输出相应控制信号传输给三相功率逆变器控制三自由度混合磁轴承的径向控制线圈或传输给直流开关功率放大器控制三自由度混合磁轴承的轴向控制线圈；
进一步，所述主轴通过过渡轮与伺服电机的转子集成为一体，所述过渡轮的内圆与主轴固定配合，外圆与伺服电机的转子固定配合；
进一步，伺服电机的机座内圆周设置定子，机座与定子之间在伺服电机的圆周方向设置冷却水夹套，冷却水夹套的冷却水进口和冷却水出口设置在机座上。
本发明的有益效果是：本发明的无颤振电主轴位于主轴与伺服电机定子之间设置有悬浮力可调的磁轴承，通过控制磁轴承的悬浮力大小可对主轴的定位精度及刚度进行调节，消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高电主轴的加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，如图所示：本实施例的无颤振电主轴，包括伺服电机和主轴1，所述主轴1与伺服电机的转子2集成为一体，伺服电机的 转子2设置于主轴1中段且主轴1通过滚动轴承3和磁轴承4支撑定位于伺服电机的机座12，所述磁轴承4设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统，通过控制磁轴承的悬浮力大小可对主轴1的定位精度及刚度进行调节，消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高电主轴的加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，满足高速切削技术的发展和实际应用的需要，另外磁轴承4具有转速高、功耗低、无摩擦、无磨损、无需润滑和密封以及寿命长等优点。
本实施例中，所述磁轴承4相对于滚动轴承3近于主轴1的工作端设置，使由主轴1工作端产生的颤振易于被磁轴承4吸收消除，降低系统功耗。
本实施例中，所述磁轴承4为交直流三自由度混合磁轴承，包括轴承转子4a、径向控制线圈4b、径向定子4c、永磁体4d、轴向控制线圈4e和轴向定子4f，可对主轴1进行径向和轴向定位，主轴1刚性好，结构紧凑。
本实施例中，所述伺服控制系统包括径向位移传感器6、轴向位移传感器7、DSP控制器8、三相功率逆变器9和直流开关功率放大器10，其中径向位移传感器6和轴向位移传感器7分别相应的用于感应主轴1的径向位移和轴向位移并产生电信号传输给所述DSP控制器8，DSP控制器8对所述电信号进行处理后输出相应控制信号传输给三相功率逆变器9控制三自由度混合磁轴承的径向控制线圈4b或传输给直流开关功率放大器10控制三自由度混合磁轴承的轴向控制线圈4e，形成自消振控制系统，自动化程度高，采用三相功率逆变器9可减小系统功率放大电路体积，降低系统成本，降低功率放大电路功耗，提高系统工作效率。
本实施例中，所述主轴1通过过渡轮11与伺服电机的转子2集成为一体，所述过渡轮11的内圆与主轴1固定配合，外圆与伺服电机的转子2固定配合，通过设置过渡轮11使主轴1与伺服电机的转子2不直接接触配合，可有效防止因主轴1颤振而损坏伺服电机的转子2的内圆结构，降低维修成本。
本实施例中，伺服电机的机座12内圆周设置定子5，机座12与定子5之间在伺服电机的圆周方向设置冷却水夹套13，冷却水夹套13的冷却水进口13a和冷却水出口13b设置在机座12上，通过向冷却水夹套13注入循环冷却水可 降低伺服电机工作温度，避免各部件在高温状态下发生变形而影响配合精度，利于提高电主轴的系统稳定性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种无颤振电主轴，包括伺服电机和主轴(1)，其特征在于：所述主轴(1)与伺服电机的转子(2)集成为一体，伺服电机的转子(2)设置于主轴(1)中段且主轴(1)通过滚动轴承(3)和磁轴承(4)支撑定位于伺服电机的机座(12)，所述磁轴承(4)设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统。
2.根据权利要求1所述的无颤振电主轴，其特征在于：所述磁轴承(4)相对于滚动轴承(3)近于主轴(1)的工作端设置。
3.根据权利要求2所述的无颤振电主轴，其特征在于：所述磁轴承(4)为交直流三自由度混合磁轴承，包括轴承转子(4a)、径向控制线圈(4b)、径向定子(4c)、永磁体(4d)、轴向控制线圈(4e)和轴向定子(4f)。
4.根据权利要求3所述的无颤振电主轴，其特征在于：所述伺服控制系统包括径向位移传感器(6)、轴向位移传感器(7)、DSP控制器(8)、三相功率逆变器(9)和直流开关功率放大器(10)，其中径向位移传感器(6)和轴向位移传感器(7)分别相应的用于感应主轴(1)的径向位移和轴向位移并产生电信号传输给所述DSP控制器(8)，DSP控制器(8)对所述电信号进行处理后输出相应控制信号传输给三相功率逆变器(9)控制三自由度混合磁轴承的径向控制线圈(4b)或传输给直流开关功率放大器(10)控制三自由度混合磁轴承的轴向控制线圈(4e)。
5.根据权利要求4所述的无颤振电主轴，其特征在于：所述主轴(1)通过过渡轮(11)与伺服电机的转子(2)集成为一体，所述过渡轮(11)的内圆与主轴(1)固定配合，外圆与伺服电机的转子(2)固定配合。
6.根据权利要求5所述的无颤振电主轴，其特征在于：伺服电机的机座(5)内圆周设置定子(5)，机座(12)与定子(5)之间在伺服电机的圆周方向设置冷却水夹套(13)，冷却水夹套(13)的冷却水进口(13a)和冷却水出口(13b)设置在机座(12)上。
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|---|---|---|---|
| CN 201210584143 CN103042237A (zh) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 无颤振电主轴 |
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Publications (1)
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| CN103042237A true CN103042237A (zh) | 2013-04-17 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106487162A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-03-08 | 南京磁谷科技有限公司 | 一种55kw磁悬浮高速风机结构 |
| CN113369507A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-10 | 重庆工商大学 | 集成三维振动主动控制功能的高速高精密电主轴 |
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2012
- 2012-12-28 CN CN 201210584143 patent/CN103042237A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106487162A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-03-08 | 南京磁谷科技有限公司 | 一种55kw磁悬浮高速风机结构 |
| CN113369507A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-10 | 重庆工商大学 | 集成三维振动主动控制功能的高速高精密电主轴 |
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Application publication date: 20130417 |