CN106181510B - 电动打刀缸和包括该电动打刀缸的电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明属于电主轴技术领域，具体涉及一种电动打刀缸。本发明旨在解决现有打刀缸必须配备液压站或气泵而增加能源消耗的问题。为此目的，本发明提供的电动打刀缸包括驱动电机和设置在所述驱动电机内的传动机构，所述驱动电机包括定子和转子，所述传动机构包括丝杠和与丝杠螺纹啮合的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定安装在所述转子上并且能够随着所述转子的转动而驱动所述丝杠轴向移动。本发明的电动打刀缸通过转子与丝杠螺母的同步转动来带动丝杠轴向移动，代替了传统的液压和气动打刀缸，从而实现了节省能耗的目的。

Description

电动打刀缸和包括该电动打刀缸的电主轴

技术领域

本发明属于电主轴技术领域，具体涉及一种电动打刀缸。

背景技术

打刀缸主要用于加工中心机床、数控铣床刀具自动或半自动交换机构中的主轴打刀，还可作为夹具及其他机构的夹紧装置。随着技术的不断发展，数控机床领域出现了将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，即电主轴。目前，随着电气传动技术(变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机(电主轴电机)直接驱动，机床主轴内安装有拉爪及拉杆，刀具头尾端安装有拉钉，当刀头装在主轴内，打刀缸通过拉动拉杆将刀头夹紧，以及通过推出拉杆将刀头松开，从而实现了电主轴自动松紧刀具的功能。

传统的打刀缸需要通过液压油或压缩空气作用于活塞，活塞推动压杆运动，实现电主轴松紧刀的动作，所以必须配备相应的液压站和气泵，不可避免地增加了能源消耗。因此，本领域需要一种能够降低能耗的打刀缸。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有打刀缸必须配备液压站或气泵而增加能源消耗的问题，本发明提供了一种电动打刀缸，所述电动打刀缸包括驱动电机和设置在所述驱动电机内的传动机构，所述驱动电机包括定子和转子，所述传动机构包括丝杠和与丝杠螺纹啮合的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定安装在所述转子上并且能够随着所述转子的转动而驱动所述丝杠轴向移动。

在上述电动打刀缸的优选实施方式中，所述丝杠为梯形丝杠。

在上述电动打刀缸的优选实施方式中，所述电动打刀缸还包括拉杆和拉爪，所述拉杆的一端连接到所述拉爪，所述拉杆的另一端连接到所述丝杠，所述丝杠沿轴向移动时能够带动所述拉杆运动，进而带动所述拉爪作松开或抓紧动作。

在上述电动打刀缸的优选实施方式中，所述电动打刀缸还包括编码器，所述编码器包括第一磁环编码器和编码器电路板，所述第一磁环编码器安装在所述转子的端部，所述编码器电路板用于检测和控制所述第一磁环编码器的转动。

在上述电动打刀缸的优选实施方式中，所述编码器电路板上设置有第一芯片，所述编码器电路板通过所述第一芯片来检测和控制所述第一磁环编码器的转动。

在上述电动打刀缸的优选实施方式中，所述编码器还包括第二磁环编码器，所述第二磁环编码器安装在所述丝杠上并因此与所述丝杠同步地轴向移动。

在上述电动打刀缸的优选实施方式中，所述编码器电路板上还设置有第二芯片，所述第二芯片用于检测和控制所述第二磁环编码器的轴向移动距离。

在上述电动打刀缸的优选实施方式中，所述编码器电路板安装在所述第一磁环编码器和所述第二磁环编码器的下方。

在上述电动打刀缸的优选实施方式中，所述第二磁环编码器独立于所述第一磁环编码器并且在轴向上与所述第一磁环编码器间隔开；并且/或者所述第一磁环编码器和所述第二磁环编码器都具有圆盘结构。

根据另一方面，本发明还提供了一种电主轴，所述电主轴包括前述方案中任一项所述的电动打刀缸。

在本发明的技术方案中，电动打刀缸通过转子与丝杠螺母的同步转动来带动丝杠轴向移动，代替了传统的液压和气动打刀缸，从而实现了节约能耗的目的。另一方面，本发明还通过分体式编码器与丝杠的螺距来实现对打刀缸位移的精确控制。

附图说明

图1是本发明的电动打刀缸的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管附图中的各个构件以特定比例绘制，但是这种比例关系仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现有已公开的专利申请(公开号：CN103692268A)公开了一种使用气动机构和液压机构的打刀缸。本发明采用电动打刀缸取代液压和气动打刀缸，从而节省了能耗。参照图1，图1是本发明的电动打刀缸的结构示意图。如图1所示，本发明的电动打刀缸包括驱动电机1和设置在驱动电机1内的传动机构2，驱动电机包括定子11和转子12，传动机构2包括丝杠21和与之螺纹啮合的丝杠螺母22，丝杠螺母22固定安装在转子12上并且能够随着转子12的转动而驱动丝杠21轴向移动。本发明的电动打刀缸不使用液压站和气泵，而是通过驱动电机1驱动传动机构2实现主轴松紧刀的动作。具体而言，丝杠螺母22可以通过镶嵌在转子12内的方式与转子12成为一体结构，或者通过一体成型的生产制造工艺等方式使转子12与丝杠螺母22形成一体结构。从而使丝杠螺母22与转子12同步转动，进而驱动丝杠21 轴向运动。丝杠的一端连接拉杆(图中未示出)，拉杆的另一端连接拉爪(图中未示出)，丝杠21沿轴向移动时能够带动拉杆运动，进而带动拉爪作松开或抓紧动作。

进一步，该丝杠21为梯形丝杠，因此能够在任意位置实现自锁。该电动打刀缸工作时：丝杠螺母22随转子12转动，进而驱动丝杠21沿轴向向前移动(图1中是向左)，丝杠21推动拉杆沿轴向前移动，进而带动拉爪松开，此时使电动打刀缸停止工作。由于梯形丝杠螺母传动机构的自锁特性使拉爪处于松开的状态，将刀具放入拉爪中，此时使电动打刀缸的转子12反向旋转，则丝杠21在丝杠螺母22的驱动下沿轴向后移动(图1中是向右)，并带动拉杆沿轴向后移动，进而带动拉爪收紧，从而实现电动打刀缸的松紧刀功能。

进一步，电动打刀缸还包括编码器，该编码器包括第一磁环编码器31和编码器电路板30，第一磁环编码器31安装在转子12的端部，编码器电路板30用于检测和控制第一磁环编码器31的转动。具体地，编码器电路板30上设置有第一芯片32，编码器电路板30通过第一芯片32来检测和控制第一磁环编码器31的转动。进一步，该编码器还包括第二磁环编码器33，第二磁环编码器33安装在丝杠21上并因此与丝杠21同步地轴向移动。编码器电路板30上还设置有第二芯片34，第二芯片34用于检测和控制第二磁环编码器33的轴向移动距离。具体地，编码器电路板30安装在第一磁环编码器31和第二磁环编码器33的下方，第二磁环编码器33独立于第一磁环编码器31并且在轴向上与第一磁环编码器31间隔开(图1中是设置在第一磁环编码器31的右侧)。优选第一磁环编码器31和第二磁环编码器33都具有圆盘结构。

电动打刀缸工作时，能够通过该编码器与丝杠21上的螺距共同控制打刀缸的位移，即丝杠21的轴向位移。具体而言，当丝杠21的螺距为P时，转子12转动一转，丝杠21轴向移动的距离即为P，当丝杠21需要向前移动距离L时，则可以计算出转子12需要转动的转数R＝L/P，通过第一芯片32检测第一磁环编码器的转动转数，当检测到第一次磁环编码器31的转动转数为R时，向第一次磁环编码器31发送信号，进而使转子12停止转动。此时拉爪处于松开状态，将刀具放入拉爪中，使转子12反向转动，丝杠21向后移动。由于第二磁环 编码器33与丝杠21同步地轴向移动，当第二芯片32检测到第二编码器33向后移动的距离为L时或者检查到第二编码器33的信号时，则说明打刀缸回到了初始位置，转子12停止转动。上述为电动打刀缸一次动作的全过程。由此即可通过编码器与丝杠21上的螺距精准地控制丝杠21轴向移动的距离。

本发明还提供了一种包括上述电动打刀缸的电主轴。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电动打刀缸，其特征在于，所述电动打刀缸包括驱动电机和设置在所述驱动电机内的传动机构，所述驱动电机包括定子和转子，所述传动机构包括丝杠和与丝杠螺纹啮合的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定安装在所述转子上并且能够随着所述转子的转动而驱动所述丝杠轴向移动。

2.根据权利要求1所述的电动打刀缸，其特征在于，所述丝杠为梯形丝杠。

3.根据权利要求1所述的电动打刀缸，其特征在于，所述电动打刀缸还包括拉杆和拉爪，所述拉杆的一端连接到所述拉爪，所述拉杆的另一端连接到所述丝杠，所述丝杠沿轴向移动时能够带动所述拉杆运动，进而带动所述拉爪作松开或抓紧动作。

4.一种电主轴，其特征在于，所述电主轴包括根据权利要求1至3中任一项所述的电动打刀缸。