CN104802075B - 机床磨削电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床磨削电主轴，属于磨削机床领域，其包括：转子轴、转动机构、传动轴以及进给机构；所述转动机构与所述转子轴连接，用于驱动所述转子轴绕所述转子轴的轴线旋转；所述进给机构与所述传动轴连接，用于驱动所述传动轴沿所述传动轴的轴线往复运动；所述转子轴的右端与所述传动轴的左端插接连接，以在所述转子轴旋转时带动所述传动轴绕所述传动轴的轴线旋转；所述传动轴的右端与用于磨削的磨削件连接。本发明通过上述技术方案实现了机床磨削电主轴设计简单，结构紧凑，成本低廉，取消了用于进给以定位的导轨及丝杆驱动的结构；通过气或液压力及可控调节结构实现柔性磨削加工。

Description

机床磨削电主轴

技术领域

本发明涉及磨削机床领域，特别涉及一种机床磨削电主轴。

背景技术

电主轴作为最基本的机床部件，是直接带动刀具旋转，实现切磨削工件的重要单元。传统的机床要实现刀具在电主轴轴向方向的进给，必须配合相应方向的进给系统方能实现，现有技术中进给系统主要有以下两种：

第一种，配以电机甚至减速机、以及滚珠丝杠或齿轮齿条传动实现刀具进给的进给系统。在该进给系统中，电主轴容纳于电主轴箱内，通过滚珠丝杠或齿轮齿条传动带动电主轴箱在电主轴轴向方向进给，进而实现电主轴在电主轴轴向方向的进给，从而实现刀具在电主轴轴向方向的进给，虽然其精度高，进给平稳，但成本高，且结构复杂；

第二种，采用外置气缸、液压缸等执行元件来实现刀具进给的进给系统，该进给系统尤其适用于进给量较小(例如切磨削玻璃时)的特定情况。在该进给系统中，电主轴容纳于电主轴箱内，通过外置气缸或液压缸带动电主轴在电主轴轴向方向进给，电主轴箱在电主轴轴向方向进给，进而实现电主轴在电主轴轴向方向的进给，从而实现刀具在电主轴轴向方向的进给，虽然其成本较低，但进给精度低，同时会造成容纳电主轴的主轴箱体积的增大。

发明内容

为了至少解决现有技术中电主轴进给系统体积大，成本高，结构复杂的问题，本发明提供了一种机床磨削电主轴，其包括：转子轴、转动机构、传动轴以及进给机构；所述转动机构与所述转子轴连接，用于驱动所述转子轴绕所述转子轴的轴线旋转；所述进给机构与所述传动轴连接，用于驱动所述传动轴沿所述传动轴的轴线往复运动；所述转子轴的右端与所述传动轴的左端插接连接，以在所述转子轴旋转时带动所述传动轴绕所述传动轴的轴线旋转；所述传动轴的右端与用于磨削的磨削件连接。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，所述转子轴的右端沿所述转子轴的轴线方向开有沉孔，所述传动轴的左端与所述沉孔插接连接，其中，所述沉孔的深度大于所述传动轴的进给行程。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，所述传动轴的左端沿所述传动轴的周向开有环形凹槽，所述环形凹槽内嵌有耐磨环且所述耐磨环伸出所述环形凹槽外，所述传动轴的左端通过所述耐磨环与所述沉孔插接连接。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，所述进给机构为流体传动进给机构；在所述磨削件磨削时，为所述流体传动进给机构提供流体的流体源与所述流体传动进给机构的封闭流体腔之间形成有通路；其中，所述封闭流体腔用于容纳流体。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，在所述流体源分别与所述封闭流体腔的流体入口和流体出口之间设置有流量调节阀，在所述磨削件磨削时，所述流量调节阀处于打开状态。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，所述进给机构包括：缸筒，呈筒形，所述缸筒上设置有流体入口和流体出口；第一前端盖，呈环形，所述第一前端盖的上端与所述缸筒的前端连接；第一后端盖，呈环形，所述第一后端盖的上端与所述缸筒的后端连接；活塞杆，呈筒形，所述活塞杆的外壁与所述第一前端盖和所述第一后端盖密封连接，所述活塞杆的外壁上设置有凸起，所述凸起与所述缸筒的内壁密封连接；以及第一轴承，所述第一轴承的外圈与所述活塞杆的内壁连接，所述第一轴承的内圈套接于所述传动轴；其中，所述活塞杆、所述缸筒、所述第一前端盖和所述第一后端盖形成用于容纳流体且呈环形的封闭流体腔，所述流体进口和所述流体出口分列于所述凸起的两侧。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，所述进给机构还包括：V_D形橡胶密封圈；在所述传动轴的右端沿垂直于所述传动轴轴向方向设置有延伸臂，所述延伸臂的左端与所述活塞杆的右端留有间隙，所述延伸臂的左端设置有凹槽；所述V_D形橡胶密封圈的一端嵌入所述凹槽内，所述V_D形橡胶密封圈的另一端与所述活塞杆的右端密封连接。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，所述第一后端盖包括：第一竖直段，呈环形，所述第一竖直段的右端与所述缸筒的后端密封连接；第一水平段，呈筒形，所述第一水平段的右端与所述第一竖直段的左端连接；以及第二竖直段，呈环形，所述第二竖直段的右端与所述第一水平段的左端连接，所述转子轴的右端经所述第二竖直段上形成的内孔伸出以与所述传动轴的左端插接连接；其中，所述缸筒、所述第一前端盖、所述第一后端盖的第一竖直段和所述活塞杆形成封闭流体腔。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，所述进给机构还包括：轴承内圈固定件，设置在所述传动轴上，用于固定所述第一轴承的内圈；以及轴承外圈固定件，设置在所述活塞杆的内壁上，用于固定所述第一轴承的外圈。

在如上所述的机床磨削电主轴中，优选，所述转动机构包括：转子轴箱、第二前端盖、第二后端盖以及电机；所述转子轴箱的两端分别与所述第二前端盖和所述第二后端盖一一对应连接以形成容纳所述电机和所述转子轴的空腔；所述电机的定子固定于所述转子轴箱的内壁，所述电机的转子相对于所述电机的定子转动，所述电机的转子套接于所述转子轴；所述第二前端盖上设置有通孔以使所述转子轴的右端经所述通孔伸出所述空腔外与所述传动轴的左端插接连接。

本发明实施例通过上述技术方案带来的有益效果如下：

通过在转子轴的前端连接传动轴，并使流体传动进给机构与传动轴连接，使得，传动轴既能随转子轴的旋转而旋转，还能随流体传动进给机构的移动而移动，即往复运动，从而取消了电主轴进给系统，不使用外置气缸或液压缸，使电主轴自身能实现刀具进给；通过配套的流量调节阀，更能实现进给速度的快慢调整以及磨削力的大小控制，且电主轴设计简单、结构紧凑、体积小、成本低廉；通过使流体传动进给机构处于保压状态，从而使得机床磨削电主轴在加工过程中实现刀具自动补偿和磨削力大小的控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种机床磨削电主轴的结构示意图；

其中，图中符号说明如下：

1转子轴、2传动轴、20砂轮、

30转子、31定子、40转子轴箱、42第二后端盖、43第二前轴承、

44第二后轴承、51缸筒、52第一前端盖、53第一后端盖、54活塞杆、

551第一后轴承、552第一前轴承、553内圈锁紧螺母、554外圈锁紧螺母、

555内隔套、556外隔套、557凸部、558凸块、24延伸臂、

19V_D形橡胶密封圈、21迷宫密封件、22耐磨环、23封闭流体腔、

56流体入口、57流体出口、58凸起、59密封圈、531第一竖直段、

532第一水平段、533第二竖直段、61三位五通电磁阀、62流量调节阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种机床磨削电主轴，其包括：转子轴1、转动机构、传动轴2和进给机构。

转动机构用于提供旋转动力源，其与转子轴1连接以驱动转子轴1绕转子轴2的轴线旋转。转动机构优选为电机，电机的转子30相对于电机的定子31转动，电机的转子30与转子轴1连接以驱动转子轴1旋转。具体地，电机的转子30套接于转子轴1，电机的定子31套设于转子30。为了提高机床磨削电主轴的安全性和可靠性，转动机构还包括：转子轴箱40、第二前端盖和第二后端盖42。转子轴箱40的右端连接有第二前端盖，转子轴箱40的左端连接有第二后端盖42，从而使得转子轴箱40、第二前端盖和第二后端盖连接形成空腔。电机的转子30套接于转子轴1以驱动转子轴1绕转子轴1的轴线旋转，电机的定子31通过与转子轴箱40的内壁连接设置在空腔内。在第二前端盖上设置有通孔，转子轴1的右端经该通孔伸出空腔外以与传动轴2的左端插接连接。在通孔处设置有第二前轴承43，在第二后端盖42上形成有凹槽，在凹槽的槽壁上设置有第二后轴承44，转子轴1的两端分别插接于第二前轴承43的内圈和第二后轴承44的内圈以利于转子轴1的转动。在其他的实施例中，转动机构还可以为其他机构，本实施例不对此进行限定。

传动轴2的左端与转子轴1的右端插接连接，传动轴2的右端与用于磨削的磨削件连接。在转子轴1旋转时，传动轴2被转子轴1带动绕传动轴2的轴线旋转，从而带动磨削件旋转，实现对待加工产品的磨削，待加工产品优选为玻璃。具体地，可以在转子轴1的右端沿转子轴1的轴线方向开有沉孔，该沉孔的深度大于传动轴2的进给行程，传动轴2的左端与转子轴1上的沉孔插接连接。还可以在传动轴2的左端沿传动轴2的轴线方向开有沉孔，该沉孔的深度大于传动轴2的进给行程，转子轴1的右端与传动轴2上的沉孔插接连接。为了利于转子轴1带动传动轴2转动和传动轴2在进给机构的驱动下往复运动，沉孔的断面为四边形，即沉孔的形状为四方形内孔，传动轴2的左端呈四方形外形。传动轴2的轴线与转子轴1的轴线优选同轴。磨削件可以为砂轮20，还可以为刀头。进给行程为传动轴2在进给机构的驱动下做往复运动时单方向的最大路程，图1中由左至右方向的最大路程或由右至左方向的最大路程。

为了提高传动轴2和转子轴1的使用寿命，在传动轴2的左端沿传动轴2的周向开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有耐磨环22且耐磨环22伸出环形凹槽外，传动轴2的左端通过耐磨环22与转子轴1的沉孔插接连接。

进给机构用于提供往复运动动力源，其与传动轴2连接以驱动传动轴2沿传动轴2的轴线往复运动。进给机构与第一轴承的外圈连接，传动轴插接于第一轴承的内圈，进给机构带动第一轴承往复运动，从而带动传动轴往复运动。在磨削件对工件进行磨削时，为了实现加工过程中的自动补偿，也就是说在磨削时，虽然在工件上有磨削量的产生，但是依靠自动补偿磨削件一直与工件自动接触以便于施加磨削力，进给机构优选为流体传动进给机构，例如气缸或液压缸，流体为气缸用气体或液压缸用油。在磨削时，流体源一直处于向流体传动进给机构输送流体状态以使流体传动进给机构处于保压状态，当在流体源与流体传动进给机构之间设置有阀门时，从而使得流体源与流体传动进给机构的封闭流体腔的流体入口之间形成有通路。当阀门为用于关闭或开启流体源的流体源阀门时，该流体源阀门处于打开状态；当阀门为流体源阀门和用于调节流量的流量调节阀62时，流体源阀门和流量调节阀62也处于打开状态，流量调节阀62可以为气控比例阀，通过流量调节阀控制流量可以控制流体传动进给机构的进给快慢，从而控制传动轴的进给快慢，利于磨削件磨削易碎的待加工产品，例如玻璃。

具体地，进给机构包括：缸筒51、第一前端盖52、第一后端盖53、活塞杆54以及第一轴承。

其中，缸筒51呈筒形，在缸筒51上设置有流体入口56和流体出口57，流体入口56和流体出口57形成的流体通道包括依次连通的垂直于传动轴轴线方向的第一竖直通道、平行于传动轴轴线方向的第一水平通道和垂直于传动轴轴线方向的第二竖直通道，第一竖直通道与外部的流体源连通，第二竖直通道与下述的封闭流体腔23连通。第一前端盖52呈环形，与缸筒51的前端连接。第一后端盖53呈环形，与缸筒51的后端连接。活塞杆54呈环形，活塞杆54的外壁设置有凸起58，凸起58与缸筒51的内壁密封连接，流体入口56和流体出口57分列于凸起58的两侧，在图1中，凸起58的左侧有流体入口56，凸起58的右侧有流体出口57。位于凸起58左侧的活塞杆外壁与第一后端盖53密封连接，位于凸起58右侧的活塞杆外壁与第一前端盖52密封连接，缸筒51、第一前端盖52、第一后端盖53和活塞杆54形成用于容纳流体且呈环形的封闭流体腔23，优选缸筒51和第一前端盖52一体形成，活塞杆54的轴线方向与传动轴2的轴线方向同轴。第一轴承的外圈与活塞杆54的内壁连接，第一轴承的内圈套接于传动轴2。第一轴承的数量优选为两个：第一后轴承551、第一前轴承552，一一对应与传动轴2的左、右端以及活塞杆54的左、右端连接。密封连接可以为密封圈密封连接，具体地，在凸起58上开有环形凹槽，在第一前端盖52上开有环形凹槽，在第一后端盖53上开有环形凹槽，在前述三个环形凹槽内分别嵌有密封圈59。流体入口56和流体出口57在活塞杆54沿不同运动方向运动时，其作用是不同的，以图1所示为例进行说明，进给机构的活塞杆54由左向右运动时，流体源提供的流体经流体入口56进入位于凸起58左侧的封闭流体腔，位于凸起58右侧的封闭流体腔内的流体则经流体出口57流出；在进给机构的活塞杆54由右向左运动时，流体源提供的流体经流体出口57进入位于凸起58右侧的封闭流体腔，位于凸起58左侧的封闭流体腔内的流体则经流体入口56流出。优选地，流体入口56和流体出口57与流体源之间设置有三位控制阀，例如三位五通电磁阀61，以实现封闭流体腔的流体进入和流体排出的双功能。图1中示意出了流体源为气体时的机床磨削电主轴的结构示意图。

为了防止灰尘及杂物进入活塞杆54和传动轴2形成的空间内，影响机床磨削电主轴的正常运行，进给机构还包括：V_D形橡胶密封圈19；在传动轴2的右端沿垂直于传动轴2轴向方向设置有呈环形的延伸臂，延伸臂24的左端与活塞杆54的右端之间留有间隙，且延伸臂24的设置有凹槽，同时，延伸臂24的左端分别与第一前端盖52和缸筒51的前端之间均留有间隙；V_D形橡胶密封圈的一端嵌入凹槽内，V_D形橡胶密封圈的另一端与活塞杆54的右端密封连接。凹槽的数量为多个，沿垂直于传动轴2轴向方向依次设置，优选为两个。为了进一步增强密封效果，在缸筒51和延伸臂24之间的间隙处设置有迷宫密封件21。V_D形橡胶密封圈的具体结构可参见JBT 6994-2007， V_D形橡胶密封圈第一后端盖53包括：第一竖直段531、第一水平段532以及第二竖直段533。第一竖直段531呈环形，第一竖直段531的右端与缸筒51密封连接；第一水平段532呈筒形，第一水平段532的右端与第一竖直段531的左端连接；第二竖直段533呈环形，第二竖直段533的右端与第一水平段532的左端连接，转子轴1的右端经由第二竖直段533形成的内孔伸出以与传动轴2的左端插接连接；其中，缸筒51、第一前端盖52、第一后端盖53的第一竖直段531和活塞杆54形成封闭流体腔，如此使得机床磨削电主轴的结构更简单，紧凑。为了进一步使结构简单、紧凑且同时增加气密性，第一后端盖53还包括：位于缸筒上方的第二水平段，第二水平段的左端与第一竖直段的右端连接，第二水平段的右端与缸筒51密封连接。优选转动机构的第二前端盖采用第一后端盖，即将第一后端盖作为转动机构的第二前端盖。

为了防止第一轴承发生移动，进给机构还包括：轴承内圈固定件和轴承外圈固定件。轴承内圈固定件用于固定第一轴承的内圈，其设置在传动轴2上；轴承外圈固定件用于固定第一轴承的外圈，其设置在活塞杆54的内壁上。第一轴承的数量可以为多个，相邻两个第一轴承的内圈之间设置内隔套，相邻两个第一轴承的外圈之间设置外隔套，优选第一轴承的数量为两个，轴承内圈固定件包括内圈锁紧螺母553、内隔套555、凸部557。参见图1，内圈锁紧螺母553固定于传动轴2上且与第一后轴承551的内圈的左侧连接，内隔套555位于第一前、后轴承之间且与第一前轴承的内圈、第一后轴承的内圈连接，凸部557沿垂直于传动轴2轴向方向形成于传动轴2上且与第一前轴承的内圈右侧连接。轴承外圈固定件包括：外圈锁紧螺母554、外隔套556、凸块558。外圈锁紧螺母554固定于活塞杆54上且与第一后轴承的外圈左侧连接，外隔套556位于第一前、后轴承之间且与第一前轴承的外圈、第一后轴承的外圈连接，凸块558形成于活塞杆54上且与第一前轴承的外圈右侧连接，具体地，凸块558自活塞杆54的内壁沿垂直于活塞杆54的轴线方向延伸形成。凸块558与凸部557之间有间隙。内圈锁紧螺母的外壁设置有内凹槽，外圈锁紧螺母的内壁设置有外凹槽，内、外凹槽在垂直于传动轴2轴向方向上对应设置以在内、外圈锁紧螺母之间形成通道。凸块558和凸部557均位于延伸臂24的左侧。在其他的实施例中，轴承内圈固定件可以采用螺栓和端板固定，参见图1中，第二后轴承的内圈固定方式。

下面以流体传动进给机构为气缸为例对本发明提供的机床磨削电主轴的工作过程进行详细介绍：

在转子轴1的前端加装设计一内置气缸，气缸的活塞杆54与传动轴2组装在一起，传动轴2同时还与转子轴1相连，使传动轴2在随转子轴1旋转的同时，可以跟随活塞杆54往复运动，将刀具砂轮安装在传动轴2上，从而实现刀具砂轮的旋转与进给。

综上所述，本发明实施例带来的有益效果如下：

通过在转子轴的前端连接传动轴，并使流体传动进给机构与传动轴连接，使得，传动轴既能随转子轴的旋转而旋转，还能随流体传动进给机构的移动而移动，从而取消了电主轴进给系统，即不使用外置气缸或液压缸，使电主轴自身能实现刀具进给；通过配套的流量调节阀，更能实现进给速度的快慢调整以及磨削力的大小控制，且电主轴设计简单、结构紧凑、体积小、成本低廉；通过使流体传动进给机构处于保压状态，从而使得机床磨削电主轴在加工过程中实现刀具自动补偿和磨削力大小的控制；取消了用于进给以定位的导轨及丝杆驱动的结构；通过气或液压力及可控调节结构(即流量调节阀)实现柔性磨削加工。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种机床磨削电主轴，其特征在于，所述机床磨削电主轴包括：转子轴、转动机构、传动轴以及进给机构；

所述转动机构与所述转子轴连接，用于驱动所述转子轴绕所述转子轴的轴线旋转；

所述进给机构与所述传动轴连接，用于驱动所述传动轴沿所述传动轴的轴线往复运动；

所述转子轴的右端与所述传动轴的左端插接连接，以在所述转子轴旋转时带动所述传动轴绕所述传动轴的轴线旋转；

所述传动轴的右端与用于磨削待加工产品的磨削件连接；

所述转子轴的右端沿所述转子轴的轴线方向开有沉孔，所述传动轴的左端与所述沉孔插接连接，其中，所述沉孔的深度大于所述传动轴的进给行程；

所述进给机构为流体传动进给机构；

在所述磨削件磨削时，为所述流体传动进给机构提供流体的流体源与所述流体传动进给机构的封闭流体腔之间形成有通路；

其中，所述封闭流体腔用于容纳流体。

2.根据权利要求1所述的机床磨削电主轴，其特征在于，所述传动轴的左端沿所述传动轴的周向开有环形凹槽，所述环形凹槽内嵌有耐磨环且所述耐磨环伸出所述环形凹槽外，所述传动轴的左端通过所述耐磨环与所述沉孔插接连接。

3.根据权利要求1所述的机床磨削电主轴，其特征在于，在所述流体源分别与所述封闭流体腔的流体入口和流体出口之间设置有流量调节阀，在所述磨削件磨削时，所述流量调节阀处于打开状态。

4.根据权利要求1所述的机床磨削电主轴，其特征在于，所述进给机构包括：

缸筒，呈筒形，所述缸筒上设置有流体入口和流体出口；

第一前端盖，呈环形，所述第一前端盖的上端与所述缸筒的前端连接；

第一后端盖，呈环形，所述第一后端盖的上端与所述缸筒的后端连接；以及

活塞杆，呈筒形，所述活塞杆的外壁与所述第一前端盖和所述第一后端盖密封连接，所述活塞杆的外壁上设置有凸起，所述凸起与所述缸筒的内壁密封连接，所述活塞杆的内壁与第一轴承的外圈连接；

其中，所述活塞杆、所述缸筒、所述第一前端盖和所述第一后端盖形成用于容纳流体且呈环形的封闭流体腔，所述流体进口和所述流体出口分列于所述凸起的两侧，所述第一轴承的内圈套接于所述传动轴。

5.根据权利要求4所述的机床磨削电主轴，其特征在于，所述进给机构还包括：V_D形橡胶密封圈；

在所述传动轴的右端沿垂直于所述传动轴轴向方向设置有延伸臂，所述延伸臂的左端与所述活塞杆的右端留有间隙，所述延伸臂的左端设置有凹槽；

所述V_D形橡胶密封圈的一端嵌入所述凹槽内，所述V_D形橡胶密封圈的另一端与所述活塞杆的右端密封连接。

6.根据权利要求4所述的机床磨削电主轴，其特征在于，所述第一后端盖包括：

第一竖直段，呈环形，所述第一竖直段的右端与所述缸筒的后端密封连接；

第一水平段，呈筒形，所述第一水平段的右端与所述第一竖直段的左端连接；以及

第二竖直段，呈环形，所述第二竖直段的右端与所述第一水平段的左端连接，所述转子轴的右端经所述第二竖直段上形成的内孔伸出以与所述传动轴的左端插接连接；

其中，所述缸筒、所述第一前端盖、所述第一后端盖的第一竖直段和所述活塞杆形成封闭流体腔。

7.根据权利要求4所述的机床磨削电主轴，其特征在于，所述进给机构还包括：

轴承内圈固定件，设置在所述传动轴上，用于固定所述第一轴承的内圈；以及

轴承外圈固定件，设置在所述活塞杆的内壁上，用于固定所述第一轴承的外圈。

8.根据权利要求1所述的机床磨削电主轴，其特征在于，所述转动机构包括：转子轴箱、第二前端盖、第二后端盖以及电机；

所述转子轴箱的两端分别与所述第二前端盖和所述第二后端盖一一对应连接以形成容纳所述电机和所述转子轴的空腔；

所述电机的定子固定于所述转子轴箱的内壁，所述电机的转子相对于所述电机的定子转动，所述电机的转子套接于所述转子轴；

所述第二前端盖上设置有通孔以使所述转子轴的右端经所述通孔伸出所述空腔外与所述传动轴的左端插接连接。