CN105108180A - 一种数控车床电主轴结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控车床电主轴结构，包括主轴箱体、主轴前轴承、主轴、冷却液进口、主轴前轴承座、前轴承冷却套、定子、转子、定子冷却套、冷却液出口和主轴后轴承，所述主轴箱体两端通过拉紧螺栓分别连接设置有前端盖和后端盖，所述主轴箱体内部两端分别设置有主轴前轴承座主轴后轴承座，所述主轴前轴承座上连接设置有主轴前轴承，所述主轴后轴承座上连接设置有主轴后轴承，所述主轴前轴承和主轴后轴承相互配合连接设置有主轴。本发明结构简单，提高了产品的精度，损耗小，效率高，通过旋转编码器非接触式，无摩擦和磨损，体积小，重量轻，机构紧凑，安装方便。

Description

一种数控车床电主轴结构

技术领域

本发明涉及数控车床电主轴结构技术领域，尤其涉及一种数控车床电主轴结构。

背景技术

在车床设备中，动力拖动系统一般分为机械式和电主轴紧凑式，普遍使用的是伺服电机或异步电机通过皮带传动来带动机械主轴，由于皮带传动中，转速低，震动大，而且皮带容易打滑，噪声也比较大，另外一种是异步电主轴，此种形式的的电主轴虽然克服了转速低、震动大、噪音大的缺点，但是因为使用的是异步电机，转子发热大，效率低，而且同种功率大小的情况在冲击载负荷下丢转比较严重，甚至堵转，导致无法发挥机床的性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种数控车床电主轴结构。

本发明通过以下技术方案实现：一种数控车床电主轴结构，包括主轴箱体、主轴前轴承、主轴、冷却液进口、主轴前轴承座、前轴承冷却套、定子、转子、定子冷却套、冷却液出口和主轴后轴承，所述主轴箱体两端通过拉紧螺栓分别连接设置有前端盖和后端盖，所述主轴箱体内部两端分别设置有主轴前轴承座主轴后轴承座，所述主轴前轴承座上连接设置有主轴前轴承，所述主轴后轴承座上连接设置有主轴后轴承，所述主轴前轴承和主轴后轴承相互配合连接设置有主轴，所述主轴前轴承上连接设置有前轴承冷却套，所述主轴箱体上在主轴前轴承座处设置有冷却液进口，所述主轴箱体内部在主轴的中段位置设置有转子，所述转子上设置有定子，所述定子上设置有定子冷却套，所述定子冷却套上连接设置有冷却液出口，所述主轴箱体内部设置有中频驱动电机和冷却装置，所述转子采用压配方法与主轴做成一体，所述主轴内设置有温度感应器，所述温度感应器通过信号线与冷却装置相连，所述主轴的后端盖上安装设置有松刀油缸和旋转接头，所述主轴的前端盖上设置有内锥孔和端面，用于安装刀具、刀具夹爪，所述主轴内部安装设置有编码器。

作为优选，所述定子内腔带有冲制嵌线槽。

作为优选，所述转子为中频电机的旋转部分，将定子的电磁场能转换成机械能，能带动主轴旋转，转子由转子铁芯、鼠笼、转轴三部分组成。

作为优选，所述主轴前轴承和主轴后轴承分别采用了角接触球轴承和深沟球轴承。

作为优选，所述编码器采用旋转编码器。

作为优选，所述主轴箱体上设置有控制器，所述控制器上设置有显示屏和控制按钮。

作为优选，所述主轴箱体底部设置有减震装置。

本发明电主轴由主轴及主轴箱本体、辅助装置、检测装置组成。电机的转子采用压配方法与主轴做成一体，主轴则由前后轴承支撑。转子定子通过冷却套安装于主轴单元的壳体中。主轴的变速由主轴驱动模块控制，而主轴单元内的温升由冷却装置控制。在主轴的后面装有松刀油缸、旋转接头；前端的内锥孔和端面用于安装刀具、刀具夹爪；中间有刀具拉杆、刀具夹紧弹簧;

为了提高机械装置的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。其中以旋转编码器，线性编码器，旋转变压器，测速发电机等比较普遍。本人在电主轴设计的内置编码器是属于旋转编码器的。它的特点是：非接触式，无摩擦和磨损，体积小，重量轻，机构紧凑，安装方便，维护简单，其具有高精度，大量程测量等。旋转编码器非常适合测速度，可无限累加测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明一种数控车床电主轴结构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，本发明涉及一种数控车床电主轴结构，包括主轴箱体1、主轴前轴承2、主轴3、冷却液进口4、主轴前轴承座5、前轴承冷却套6、定子7、转子8、定子冷却套9、冷却液出口10和主轴后轴承11，所述主轴箱体1两端通过拉紧螺栓分别连接设置有前端盖和后端盖，所述主轴箱体1内部两端分别设置有主轴前轴承座5和主轴后轴承座，所述主轴前轴承座5上连接设置有主轴前轴承2，所述主轴后轴承座上连接设置有主轴后轴承11，所述主轴前轴承2和主轴后轴承11相互配合连接设置有主轴3，所述主轴前轴承2上连接设置有前轴承冷却套6，所述主轴箱体1上在主轴前轴承座5处设置有冷却液进口4，所述主轴箱体1内部在主轴3的中段位置设置有转子8，所述转子8上设置有定子7，所述定子7上设置有定子冷却套9，所述定子冷却套9上连接设置有冷却液出口10，所述主轴箱体1内部设置有中频驱动电机和冷却装置，所述转子8采用压配方法与主轴3做成一体，所述主轴3内设置有温度感应器，所述温度感应器通过信号线与冷却装置相连，所述主轴3的后端盖上安装设置有松刀油缸和旋转接头，所述主轴3的前端盖上设置有内锥孔和端面，用于安装刀具、刀具夹爪，所述主轴3内部安装设置有编码器。

所述定子7内腔带有冲制嵌线槽。

所述转子8为中频电机的旋转部分，将定子7的电磁场能转换成机械能，能带动主轴3旋转，转子8由转子铁芯、鼠笼、转轴三部分组成。

所述主轴前轴承2和主轴后轴承11分别采用了角接触球轴承和深沟球轴承。

所述编码器采用旋转编码器。

所述主轴箱体1上设置有控制器，所述控制器上设置有显示屏和控制按钮。

所述主轴箱体1底部设置有减震装置。

综上所述，本发明通过电主轴作为加工中心的核心部件，它将机床主轴与交流伺服电机轴合二为一，即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部，并经过精确的动平衡校正，具有良好的回转精度和稳定性，形成一个完美的高速主轴单元，也被称为内装式电主轴，其间不再使用皮带齿轮传动副，从而实现机床主轴系统的“零传动”，通电后转子直接带动主轴运转。

数控车床电主轴的特征

1高回转精度

车削中心的主轴是装夹工件的基准，并将运动传递给工件，因此主轴的回转精度直接影响加工精度。为保证电主轴在高速运转时的回转精度，其关键零件必须进行精加工和超精加工，选用尺寸和精度等级合适的轴承，采用合理的装配方案；

2高刚度

主轴刚度反映主轴单元抵抗外载荷的能力。尤其，进行车削粗加工时，切削量较大，主轴要承受很大的径向力。为了保证加工精度、避免振动，要求电主轴具备较高的刚度，特别是径向刚度；

3抗振性强

机床工作时，主轴部件不仅受静态力的作用，同时还受其他冲击力和交变干扰力的作用而产生振动。振动是主轴动态性能的重要指标，振动将会产生噪声，并直接影响工件的表面加工质量，振动严重时会产生崩刃和打刀现象。因此，电主轴的抗振性要强；

4电机特性优良

车削中心要求有较广的加工范围，这就要求电主轴既要有优良的低速加工性能，又要有好的高速加工性能。在起步及低速段采用恒转矩调速，保证低速时有较大的输出转矩，满足低速大进给的切削要求；而高速段采用恒功率调速，可满足小切削量的高转速要求。对一些低速要求高的电主轴，应采用高性能的矢量变频器控制；

5热特性稳定

由于电主轴是将高速电机置于机床主轴部件内部，高速运转时，电机转子、定子和轴承的的发热量很大，并引起热变形，直接影响机床的工作性能和加工精度，因此要求电主轴的热态性能稳定。

同步带介绍

同步带传动是一种新型的机械传动。由于它是一种啮合传动，因而带和带轮之间没有相对滑动，从而使主从轮间的传动达到同步。同步带传动和V带、平带相比具有以下优点：

(1)传动准确，无滑动，能达到同步传动的目的；

(2)传动效率高，一般可达98%；

(3)速比范围大，允许线速度也高；

(4)传递功率范围大，从几十瓦到几百千瓦；

(5)结构紧凑，还适用于多轴传动。

同步带传动设计目的是确定带的型号节距带长(节线长度)中心距、带宽及主、从动带轮齿数，直径等参数。

同步带计算

一台额定功率为12.5kw，转速为1000r/min的异步电机，一天工作8个小时以上，以此来设计电主轴的同步带。

高速电主轴的定子由具有高导磁率的优质矽钢片迭压而成。迭压成型的定子内腔带有冲制嵌线槽。转子是中频电机的旋转部分，它的功能是将定子的电磁场能转换成机械能。它能带动主轴旋转。转子由转子铁芯、鼠笼、转轴三部分组成。此次设计的电主轴电机转子的基本尺寸为：转子的外径2b＝126.5mm，转子内孔直径2a＝85.5mm，转子的轴向长度为346mm，转子配合面的有效接触长度B＝300mm。主轴配合面的基本尺寸为：外径2a＝85.5mm，内孔直径为2c＝46mm。电机的最高转速为8000r／min，所以其最大角速度ωmax为837.3rad／s。额定功率为12.5kW，额定转矩为114Nm高速电主轴要求的动态过盈量Δdmin是其要求的静态过盈量的6倍多，由此可见，高速主轴的过盈量主要由动态过盈量确定.

按轴系零件轴向定位方法的不同，轴的支承结构可分为三种基本型式：两端固定支承，一端固定、一段游动支承和两端游动支承。本设计采用两端固定支承。采用两端固定支承时，应留出适当的轴向间隙，以补偿工作时轴的热伸长量，同时应提供适当的间隙调整方法。我采用的是角接触轴承，所以可利用调整垫片或螺纹件来调整轴承的游隙，以保证轴承的正常运转。首先通过对轴的受力分析得到了轴承的大致载荷在3000~4000N左右，属于中等载荷，故采用球轴承；接着看转速，球轴承与滚子轴承相比较，有较高的极限转速，电主轴的转速在000~8000r/min，所以优先选用球轴承。最后轴承在承受径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷，所以选用深沟球轴承和角接触轴承。故在主轴的两端我分别采用了角接触球轴承和深沟球轴承。成对安装角接触球轴承GB/T2921994可同时承受径向载荷和轴向载荷。它能在较高的转速下工作，接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取15度接触角。深沟球轴承是最具代表性的滚动轴承，用途广泛。适用于高转速甚至极高转速的运行，而且非常耐用，无需经常维护。深沟球轴承的摩擦系数很小，极限转速也很高，特别是在轴向载荷很大的高速运转工况下，深沟球轴承比推力球轴承更有优越性;

滚动轴承电主轴的支承形式主要采用钢质球轴承和陶瓷球混合轴承。本人采用陶瓷球混合轴承。陶瓷球混合轴承与传统的钢质球轴承相比，具有密度小、弹性模量大、热膨胀系数小、耐高温等优良物理性能和机械性能。

1陶瓷球混合轴承材料Si3N4，密度只有钢的40%。在高速运转时，可大幅减小滚动体的离心力，从而减小球与套圈滚道间的接触应力，延长轴承的使用寿命。

2弹性模量大、硬度高。与钢质球轴承相比，相同负荷下陶瓷球在接触应力作用区域材料塑性变形小，使轴承的刚度提高，从而提高主轴系统的临界转速。

3膨胀系数小。混合轴承的工作游隙及工作游隙的变化幅度小，导致高速高温时，滚动体与沟道接触的最大接触应力及接触负荷的变化幅度均较小，确保了轴承运行平稳和发热量的减少。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数控车床电主轴结构，其特征在于，包括主轴箱体（1）、主轴前轴承（2）、主轴（3）、冷却液进口（4）、主轴前轴承座（5）、前轴承冷却套（6）、定子（7）、转子（8）、定子冷却套（9）、冷却液出口（10）和主轴后轴承（11），所述主轴箱体（1）两端通过拉紧螺栓分别连接设置有前端盖和后端盖，所述主轴箱体（1）内部两端分别设置有主轴前轴承座（5）和主轴后轴承座，所述主轴前轴承座（5）上连接设置有主轴前轴承（2），所述主轴后轴承座上连接设置有主轴后轴承（11），所述主轴前轴承（2）和主轴后轴承（11）相互配合连接设置有主轴（3），所述主轴前轴承（2）上连接设置有前轴承冷却套（6），所述主轴箱体（1）上在主轴前轴承座（5）处设置有冷却液进口（4），所述主轴箱体（1）内部在主轴（3）的中段位置设置有转子（8），所述转子（8）上设置有定子（7），所述定子（7）上设置有定子冷却套（9），所述定子冷却套（9）上连接设置有冷却液出口（10），所述主轴箱体（1）内部设置有中频驱动电机和冷却装置，所述转子（8）采用压配方法与主轴（3）做成一体，所述主轴（3）内设置有温度感应器，所述温度感应器通过信号线与冷却装置相连，所述主轴（3）的后端盖上安装设置有松刀油缸和旋转接头，所述主轴（3）的前端盖上设置有内锥孔和端面，用于安装刀具、刀具夹爪，所述主轴（3）内部安装设置有编码器。

2.根据权利要求1所述的一种数控车床电主轴结构，其特征在于，所述定子（7）内腔带有冲制嵌线槽。

3.根据权利要求1所述的一种数控车床电主轴结构，其特征在于，所述转子（8）为中频电机的旋转部分，将定子（7）的电磁场能转换成机械能，能带动主轴（3）旋转，转子（8）由转子铁芯、鼠笼、转轴三部分组成。

4.根据权利要求1所述的一种数控车床电主轴结构，其特征在于，所述主轴前轴承（2）和主轴后轴承（11）分别采用了角接触球轴承和深沟球轴承。

5.根据权利要求1所述的一种数控车床电主轴结构，其特征在于，所述编码器采用旋转编码器。

6.根据权利要求1所述的一种数控车床电主轴结构，其特征在于，所述主轴箱体（1）上设置有控制器，所述控制器上设置有显示屏和控制按钮。

7.根据权利要求1所述的一种数控车床电主轴结构，其特征在于，所述主轴箱体（1）底部设置有减震装置。