CN104801995B - 第四轴力矩电机高速数控转台 - Google Patents

第四轴力矩电机高速数控转台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种第四轴力矩电机高速数控转台，它包括：高速力矩电机，高速力矩电机具有定子和转子；外壳；传动轴组件，传动轴组件与转子固定连接，并且传动轴组件通过主支撑轴承和辅助支撑轴承可旋转地支承在外壳上，主支撑轴承为角接触球轴承；台面，台面与传动轴组件固定连接。本发明具有高精度、高转速、承载能力强、响应速度快、动态刚度好、间隙小、能够连续分度的特点，从而为加工中心提供第四回转坐标轴实现四轴联动功能，能够完成复杂曲面的铣削加工和车铣复合加工。

Description

第四轴力矩电机高速数控转台
技术领域
本发明涉及一种第四轴力矩电机高速数控转台，属于数控转台技术领域。
背景技术
目前，现有技术的转台主要有两种方式：第一种是机械式数控转台：采用涡轮蜗杆传动形式或者齿轮传动方式，这类转台运动响应速度慢、动态刚性差、机械结构存在弹性变形、间隙和传动滞后现象，而且结构复杂，制造、加工、安装难度大；第二种是低速力矩电机驱动转台：采用低速力矩电机直接驱动转台旋转，采用专用转台支撑轴承支撑，角度测量装置直接合成在专用转台轴承上，具有承载能力强(最大承载400～500Kg)、响应速度快、动态刚度好、间隙小、能够连续分度的特点，但是转速较低，最高转速一般在300～400r/min，由于转速低，在车铣复合加工时被加工零件光洁度低，加工效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种第四轴力矩电机高速数控转台，它具有高精度、高转速、承载能力强、响应速度快、动态刚度好、间隙小、能够连续分度的特点，从而为加工中心提供第四回转坐标轴实现四轴联动功能，能够完成复杂曲面的铣削加工和车铣复合加工。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种第四轴力矩电机高速数控转台，它包括：
高速力矩电机，所述高速力矩电机具有定子和转子；
外壳；
传动轴组件，所述传动轴组件与转子固定连接，并且传动轴组件通过主支撑轴承和辅助支撑轴承可旋转地支承在外壳上，所述主支撑轴承为角接触球轴承；
台面，所述台面与传动轴组件固定连接。
进一步，所述外壳包括主轴承座组件、辅助轴承座和底座，主轴承座组件和辅助轴承座分别连接在底座的两端，所述传动轴组件通过主支撑轴承支承在主轴承座组件上，传动轴组件通过辅助支撑轴承支承在辅助轴承座上。
进一步防止在高速状态下，主支撑轴承过热的现象，第四轴力矩电机高速数控转台还包括轴承温度传感器和轴承水冷装置，所述轴承水冷装置具有水冷机，所述主轴承座组件上设置有轴承水冷通道，水冷机的水冷输出端与轴承水冷通道相连通，轴承温度传感器安装在主轴承座组件上，轴承温度传感器的信号输出端与数控系统的信号输入端相连接，轴承温度传感器能够测量主轴承座组件的温度并反馈给数控系统，数控系统据此对主轴承座组件处进行热变形补偿。
进一步提供了一种辅助支撑轴承的结构以便更好的支撑实现高速旋转，所述辅助支撑轴承为向心球轴承。
进一步为了防止高速力矩电机在高速状态下过热的现象，第四轴力矩电机高速数控转台还包括电机温度传感器和电机水冷装置，所述电机水冷装置具有水冷机，高速力矩电机的定子上设置有电机水冷通道，水冷机的水冷输出端与电机水冷通道相连通，电机温度传感器安装在高速力矩电机上，电机温度传感器的信号输出端与数控系统的信号输入端相连接，电机温度传感器能够测量高速力矩电机的温度并反馈给数控系统，数控系统据此对高速力矩电机处进行热变形补偿。
进一步为了能够对转台的旋转角度进行测量和反馈，第四轴力矩电机高速数控转台还包括旋转角度测量装置，所述旋转角度测量装置包括角度编码器，角度编码器安装在传动轴组件上。
进一步为了实现转台的良好停位并保持在需要的角度位置，第四轴力矩电机高速数控转台还包括端面接触式碟刹结构，该端面接触式碟刹结构包括活塞缸和刹车片，刹车片与传动轴组件固定连接，刹车片的外端部与外壳相接触配合，所述的活塞缸的活塞与刹车片相配合，以便当活塞压紧刹车片时，所述的刹车片的外端部与外壳摩擦接触。
进一步为了提供了一种传动轴组件的具体结构，传动轴组件包括第一传动过渡轴和第二传动过渡轴，高速力矩电机的转子与第二传动过渡轴固定连接，第二传动过渡轴与第一传动过渡轴固定连接，第一传动过渡轴与台面固定连接。
进一步提供了一种给转台供气的结构以便作为其上气动夹具松开和夹紧的气源，第四轴力矩电机高速数控转台还包括固定分配器、旋转分配器和过渡轴，旋转分配器与第二传动过渡轴固定连接，过渡轴与台面固定连接，固定分配器、第二传动过渡轴、旋转分配器和过渡轴上设置有气液通路，所述固定分配器固定设置，气液通路均包括依次相连通的第一轴向孔、第一径向环形槽、第二轴向孔、第二径向环形槽、第三轴向孔、第三径向环形槽和第四轴向孔，第四轴向孔再与台面上的气源孔相连通，所述第一轴向孔和第一径向环形槽开在固定分配器上，第二轴向孔开在第二传动过渡轴上，所述第二径向环形槽、第三轴向孔和第三径向环形槽开在旋转分配器上，所述第四轴向孔开在过渡轴上。
进一步，所述固定分配器上还开有第一径向过渡孔，所述第二传动过渡轴上还开有第二径向过渡孔和第三径向过渡孔，所述旋转分配器上还开有第四径向过渡孔和第五径向过渡孔，所述过渡轴上开有第六径向过渡孔，第一轴向孔通过第一径向过渡孔与第一径向环形槽相连通，第一径向环形槽通过第二径向过渡孔与第二轴向孔相连通，第二轴向孔通过第三径向过渡孔与第二径向环形槽相连通，第二径向环形槽通过第四径向过渡孔与第三轴向孔相连通，第三轴向孔通过第五径向过渡孔与第三径向环形槽相连通，第三径向环形槽通过第六径向过渡孔与第四轴向孔相连通。
采用了上述技术方案后，该转台采用高速力矩电机直接驱动转台旋转，由于转速较高，故采用角接触球轴承作为主支撑轴承，因为转台加速度也很大，为了提高转台支撑刚性，转台还设置了一档辅助支撑轴承，从而使其具有高精度(定位精度可达±3")、高转速(最高转速2500r/min)、承载能力强(最大承载120Kg)、响应速度快、动态刚度好、间隙小、能够连续分度的特点，由于转速高，被加工零件光洁度高，加工效率高，可以为加工中心提供第四回转坐标轴实现四轴联动功能，从而能够完成复杂曲面的铣削加工和车铣复合加工；另外，本发明并通过角度编码器进行反馈控制，力矩电机和主支撑轴承处带有水冷结构和温度传感器，可进行温度反馈和补偿。
附图说明
图1为本发明的第四轴力矩电机高速数控转台的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1～3所示，一种第四轴力矩电机高速数控转台，它包括：
高速力矩电机8，高速力矩电机8具有定子和转子；
外壳；
传动轴组件，传动轴组件与转子固定连接，并且传动轴组件通过主支撑轴承4和辅助支撑轴承12可旋转地支承在外壳上，主支撑轴承4为角接触球轴承；
台面1，台面1与传动轴组件固定连接。
如图2所示，外壳包括主轴承座组件5、辅助轴承座14和底座9，主轴承座组件5和辅助轴承座14分别连接在底座9的两端，传动轴组件通过主支撑轴承4支承在主轴承座组件5上，传动轴组件通过辅助支撑轴承12支承在辅助轴承座14上。
如图3所示，第四轴力矩电机高速数控转台还包括轴承温度传感器33和轴承水冷装置，所述轴承水冷装置具有水冷机，所述主轴承座组件5上设置有轴承水冷通道，水冷机的水冷输出端与轴承水冷通道相连通，轴承温度传感器33安装在主轴承座组件5上，轴承温度传感器33的信号输出端与数控系统的信号输入端相连接，轴承温度传感器33能够测量主轴承座组件5的温度并反馈给数控系统，数控系统据此对主轴承座组件5处进行热变形补偿。
辅助支撑轴承12为向心球轴承，但不限于此。
如图3所示，第四轴力矩电机高速数控转台还包括电机温度传感器32和电机水冷装置，所述电机水冷装置具有水冷机，高速力矩电机8的定子上设置有电机水冷通道，水冷机的水冷输出端与电机水冷通道相连通，电机温度传感器32安装在高速力矩电机8上，电机温度传感器32的信号输出端与数控系统的信号输入端相连接，电机温度传感器32能够测量高速力矩电机8的温度并反馈给数控系统，数控系统据此对高速力矩电机8处进行热变形补偿。
如图2所示，第四轴力矩电机高速数控转台还包括旋转角度测量装置，所述旋转角度测量装置包括角度编码器16，角度编码器16安装在传动轴组件上。
如图2所示，第四轴力矩电机高速数控转台还包括端面接触式碟刹结构，该端面接触式碟刹结构包括活塞缸和刹车片26，刹车片26与传动轴组件固定连接，刹车片26的外端部与外壳相接触配合，活塞缸的活塞25与刹车片26相配合，以便当活塞25压紧刹车片26时，刹车片26的外端部与外壳摩擦接触。
如图2所示，传动轴组件包括第一传动过渡轴6和第二传动过渡轴11，高速力矩电机8的转子与第二传动过渡轴11固定连接，第二传动过渡轴11与第一传动过渡轴6固定连接，第一传动过渡轴6与台面1固定连接。
如图2所示，第四轴力矩电机高速数控转台还包括固定分配器19、旋转分配器24和过渡轴10，旋转分配器24与第二传动过渡轴11固定连接，过渡轴10与台面1固定连接，固定分配器19、第二传动过渡轴11、旋转分配器24和过渡轴10上设置有气液通路，固定分配器19固定设置，气液通路包括依次相连通的第一轴向孔191、第一径向环形槽192、第二轴向孔111、第二径向环形槽243、第三轴向孔242、第三径向环形槽246和第四轴向孔101，第四轴向孔再与台面1上的气源孔相连通，第一轴向孔191和第一径向环形槽192开在固定分配器19上，第二轴向孔111开在第二传动过渡轴11上，第二径向环形槽243、第三轴向孔242和第三径向环形槽246开在旋转分配器24上，第四轴向孔101开在过渡轴10上。气液通路可设置多个，如图2所示为2路，但是不限于此。
如图2所示，固定分配器19上还开有第一径向过渡孔193，第二传动过渡轴11上还开有第二径向过渡孔112和第三径向过渡孔113，旋转分配器24上还开有第四径向过渡孔244和第五径向过渡孔245，过渡轴10上开有第六径向过渡孔102，第一轴向孔191通过第一径向过渡孔193与第一径向环形槽192相连通，第一径向环形槽192通过第二径向过渡孔112与第二轴向孔111相连通，第二轴向孔111通过第三径向过渡孔113与第二径向环形槽243相连通，第二径向环形槽243通过第四径向过渡孔244与第三轴向孔242相连通，第三轴向孔242通过第五径向过渡孔245与第三径向环形槽246相连通，第三径向环形槽246通过第六径向过渡孔102与第四轴向孔101相连通。
本发明的工作原理如下：
该转台采用最高转速达2730r/min的高速力矩电机8直接驱动，高速力矩电机8的转子通过螺钉与第二传动过渡轴11相连接，第二传动过渡轴11与第一传动过渡轴6通过螺钉连接，第一传动过渡轴6与台面1通过螺钉连接，从而将动力传递至台面1，为了防止高速力矩电机8过热，高速力矩电机8定子外圈采用水冷机进行冷却，并安装有电机温度传感器32，对高速力矩电机8处可进行温度反馈和热变形补偿，转台采用上下两档轴承支撑，由于转台转速高达2500r/min，在此转速下已经选不到合适的转台专用的支撑轴承了，本发明创新性选择主轴用角接触球轴承作为转台的主支撑轴承4，为了防止主支撑轴承4过热，主支撑轴承4采用水冷机进行冷却，并安装有轴承温度传感器33，对主支撑轴承4处可进行温度反馈和热变形补偿，为了加强转台的支撑刚性，转台增设了一档辅助支撑轴承12，为了防止传动过渡轴受热伸长，辅助支撑轴承12只进行内圈固定，外圈处于自由状态，受热可以自由向下伸长，轴承压盖2上设有迷宫密封槽，起到轴承密封的效果，同时设有泄水孔和回转排水的结构，保证进入其中的冷却水能够在转台旋转工作时顺利向外排出，从而保护轴承。第二传动过渡轴11上通过涨紧套22安装角度编码器座17，角度编码器16通过螺钉连接到角度编码器座17上，从而对转台的旋转角度进行测量和反馈，刹车片26通过螺钉与第二传动过渡轴11相连，台面1旋转时刹车片26与辅助支撑轴承座14下端面保持0.2mm间隙，与活塞25上端面保持0.5mm间隙，从而保证刹车片26能自由旋转，当台面1需要准停在某个角度时，活塞缸下腔给油，活塞25受压变形压紧刹车片26，刹车片26压紧辅助支撑轴承座14下端面，通过他们之间的摩擦力使台面1停止下来并保持在需要的角度位置，气体或液体从固定不动的零件固定分配器19的端面的两只管接头18导入，固定分配器19的端面开有两个轴向孔，分别为第一轴向孔191，在其径向开有两道环形槽，分别为第一径向环形槽192，在第一径向环形槽192的轴向两侧分别开有密封圈槽安装有旋转密封圈，在第一径向环形槽192内分别开有第一径向过渡孔193，第一轴向孔191和第一径向过渡孔193接通，从而将两只管接头18中的气体或液体分别导入第一径向环形槽192中，固定分配器19的第一径向环形槽192和旋转轴11上的第二径向过渡孔112接通，旋转轴11上的第二径向过渡孔112和其上的第二轴向孔111接通，旋转轴11上的第二轴向孔111和其上的第三径向过渡孔113接通，旋转轴11上的的第三径向过渡孔113和旋转分配器24上的第二径向环形槽243接通，通过上述固定分配器19、旋转轴11和旋转分配器24各零件上轴向孔、径向孔、环形槽共同作用使固定分配器19的第一径向环形槽192和旋转分配器24上的第二径向环形槽243形成通路；旋转分配器24上的第二径向环形槽243和其上的第四径向过渡孔244接通，旋转分配器24上的第三轴向孔242分别与其上的第四径向过渡孔244、第五径向过渡孔245接通，旋转分配器24上的第五径向过渡孔245和其上的第三径向环形槽246接通，旋转分配器24上的左端面、第二径向环形槽243、第三径向环形槽246、右端面之间开有3道密封圈槽，槽内分别安装有1只旋转密封圈，通过旋转分配器24上的径向孔、轴向孔、环形槽共同作用，使旋转分配器24上的第二径向环形槽243与第三径向环形槽246形成通路；过渡轴10上的第六径向过渡孔102和旋转分配器24上第三径向环形槽246接通，过渡轴10上的第六径向过渡孔102和其上的第四轴向孔101接通，过渡轴10上的第四轴向孔101和台面1上的气液源孔接通并通过O型密封圈密封，台面1上气液源孔与气液输出轴27上轴向输出孔271的接通并通过O型密封圈密封，通过旋转分配器24上环形槽、过渡轴10上径向孔和轴向孔、台面1上气液源孔、气液输出轴27上的轴向输出孔271共同作用，使旋转分配器24上环形槽3与气液输出轴27上的轴向孔1形成通路，使旋转分配器24上环形槽4与气液输出轴27上轴向输出孔271形成通路；至此固定零件固定分配器19上第一轴向孔191和旋转零件气液输出轴27上的轴向孔1形成完整的通路，从而将不同气体或液体从固定零件旋转分配器一上引导分配至旋转的零件气液输出轴27上，把装在固定分配器19下端面固定不动的的两根气管中的气体分配连通至高速旋转的台面1上的夹具体内，作为气动夹具的松开夹紧的气源。
零件固定分配器19是固定不动的，零件旋转轴11、旋转分配器24、过渡轴10、台面1、气液输出轴27为旋转件且以相同转速旋转，固定分配器19作用是将其上两路气体或液体引导分配至旋转件旋转轴11内；旋转分配器24的作用有两个：其一是缩短固定分配器19和过渡轴10的轴向孔的长度，这样可以使这两个零件的加工难度降低，有时候比较长的轴向深孔很难加工，有的太长甚至无法加工，其二是使过渡轴10加工时整体长度尺寸加工精度要求降低，如果没有旋转分配器24的话，过渡轴10的轴向孔就要左右两个端面都要通过端面密封圈来密封，过渡轴10在转台内部，加工时很难保证其轴向尺寸正好能保证两端的端面密封效果都很好，需要装配时反复测量配作加工才有可能勉强做到，很显然这是很不经济很不合理的，这里加上旋转分配器24后，过渡轴10右端面通过螺钉连接到台面1左端面上可以保证右端面的端面密封效果，左端通过旋转分配器24上的环形槽和O型密封圈以及过渡轴10上轴向孔、径向孔共同作用可以使过渡轴10左端面与旋转分配器24右端面留有几毫米的间隙，这样方便过渡轴10的加工和安装，即使过渡轴10的轴向尺寸有2～3mm的误差不会对气体或液体的分配有任何影响。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种第四轴力矩电机高速数控转台，其特征在于，它包括：
高速力矩电机(8)，所述高速力矩电机(8)具有定子和转子；
外壳；
传动轴组件，所述传动轴组件与转子固定连接，并且传动轴组件通过主支撑轴承(4)和辅助支撑轴承(12)可旋转地支承在外壳上，所述主支撑轴承(4)为角接触球轴承，所述辅助支撑轴承(12)为向心球轴承；
台面(1)，所述台面(1)与传动轴组件固定连接；
还包括电机温度传感器(32)和电机水冷装置，所述电机水冷装置具有水冷机，高速力矩电机(8)的定子上设置有电机水冷通道，水冷机的水冷输出端与电机水冷通道相连通，电机温度传感器(32)安装在高速力矩电机(8)上，电机温度传感器(32)的信号输出端与数控系统的信号输入端相连接，电机温度传感器(32)能够测量高速力矩电机(8)的温度并反馈给数控系统，数控系统据此对高速力矩电机(8)处进行热变形补偿。
2.根据权利要求1所述的第四轴力矩电机高速数控转台，其特征在于：所述外壳包括主轴承座组件(5)、辅助轴承座(14)和底座(9)，主轴承座组件(5)和辅助轴承座(14)分别连接在底座(9)的两端，所述传动轴组件通过主支撑轴承(4)支承在主轴承座组件(5)上，传动轴组件通过辅助支撑轴承(12)支承在辅助轴承座(14)上。
3.根据权利要求2所述的第四轴力矩电机高速数控转台，其特征在于：还包括轴承温度传感器(33)和轴承水冷装置，所述轴承水冷装置具有水冷机，所述主轴承座组件(5)上设置有轴承水冷通道，水冷机的水冷输出端与轴承水冷通道相连通，轴承温度传感器(33)安装在主轴承座组件(5)上，轴承温度传感器(33)的信号输出端与数控系统的信号输入端相连接，轴承温度传感器(33)能够测量主轴承座组件(5)的温度并反馈给数控系统，数控系统据此对主轴承座组件(5)处进行热变形补偿。
4.根据权利要求1或2所述的第四轴力矩电机高速数控转台，其特征在于：还包括旋转角度测量装置，所述旋转角度测量装置包括角度编码器(16)，角度编码器(16)安装在传动轴组件上。
5.根据权利要求1或2所述的第四轴力矩电机高速数控转台，其特征在于：还包括端面接触式碟刹结构，该端面接触式碟刹结构包括活塞缸和刹车片(26)，刹车片(26)与传动轴组件固定连接，刹车片(26)的外端部与外壳相接触配合，所述的活塞缸的活塞(25)与刹车片(26)相配合，以便当活塞(25)压紧刹车片(26)时，所述的刹车片(26)的外端部与外壳摩擦接触。
6.根据权利要求1或2所述的第四轴力矩电机高速数控转台，其特征在于：所述的传动轴组件包括第一传动过渡轴(6)和第二传动过渡轴(11)，高速力矩电机(8)的转子与第二传动过渡轴(11)固定连接，第二传动过渡轴(11)与第一传动过渡轴(6)固定连接，第一传动过渡轴(6)与台面(1)固定连接。
7.根据权利要求6所述的第四轴力矩电机高速数控转台，其特征在于：还包括固定分配器(19)、旋转分配器(24)和过渡轴(10)，旋转分配器(24)与第二传动过渡轴(11)固定连接，过渡轴(10)与台面(1)固定连接，固定分配器(19)、第二传动过渡轴(11)、旋转分配器(24)和过渡轴(10)上设置有气液通路，所述固定分配器(19)固定设置，气液通路包括依次相连通的第一轴向孔(191)、第一径向环形槽(192)、第二轴向孔(111)、第二径向环形槽(243)、第三轴向孔(242)、第三径向环形槽(246)和第四轴向孔(101)，第四轴向孔再与台面(1)上的气源孔相连通，所述第一轴向孔(191)和第一径向环形槽(192)开在固定分配器(19)上，第二轴向孔(111)开在第二传动过渡轴(11)上，所述第二径向环形槽(243)、第三轴向孔(242)和第三径向环形槽(246)开在旋转分配器(24)上，所述第四轴向孔(101)开在过渡轴(10)上。
8.根据权利要求7所述的第四轴力矩电机高速数控转台，其特征在于：所述固定分配器(19)上还开有第一径向过渡孔(193)，所述第二传动过渡轴(11)上还开有第二径向过渡孔(112)和第三径向过渡孔(113)，所述旋转分配器(24)上还开有第四径向过渡孔(244)和第五径向过渡孔(245)，所述过渡轴(10)上开有第六径向过渡孔(102)，第一轴向孔(191)通过第一径向过渡孔(193)与第一径向环形槽(192)相连通，第一径向环形槽(192)通过第二径向过渡孔(112)与第二轴向孔(111)相连通，第二轴向孔(111)通过第三径向过渡孔(113)与第二径向环形槽(243)相连通，第二径向环形槽(243)通过第四径向过渡孔(244)与第三轴向孔(242)相连通，第三轴向孔(242)通过第五径向过渡孔(245)与第三径向环形槽(246)相连通，第三径向环形槽(246)通过第六径向过渡孔(102)与第四轴向孔(101)相连通。
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