CN107030515A - 一种高速高光雕铣永磁同步电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，包括转轴组件、拉刀组件、气缸推杆组件、气路组件、水冷却组件、永磁同步电机；所述转轴组件包括钢筒，及沿轴向装配于钢筒内的转轴、后轴承、滚珠导套、压簧、后轴承锁紧螺母、后轴承座、后轴承压板、后轴承座内套、后轴承锁紧螺母、前轴承、前端盖、前轴承锁紧螺母、所述压簧安装在后轴承座一侧、所述后轴承与前轴承安装于转轴的两端，所述后轴承压板用螺丝锁紧在后轴承座内套上、通过安装在后轴承座内的压簧提供后轴承预紧力，后轴承座通过螺顶固定在钢筒上。本发明具有功率大、高速高光度、扭矩大、高刚度、高效率、安装和维护方便的优点。

Description

一种高速高光雕铣永磁同步电主轴

技术领域

本发明涉及一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，用于高精密的高光玻璃、轻质合金雕铣、高精密成型机及小零件加工功能的电主轴。

背景技术

高速高光加工技术是目前最具发展前途的先进制造技术之一。高速高光加工不仅能够大幅度地提高零件的加工效率，而且还可以提高零件的加工精度和表面质量。高速高光数控机床是实现高速高光加工的前提条件，它不仅是装备制造业的基础和战略性产业，也是衡量一个国家制造业水平高低的标志。电主轴是高速高光机床的核心部件，其性能决定了机床的加工精度和质量。雕铣是机械加工作业中常用的加工方法,随着装备制造业的不断发展，自动化机床或加工中心对电主轴刚度、角速度和加工精度的要求越来越高。传统的机床使用异步电主轴，由于异步电主轴本身励磁原理造成的转差率，会随着电主轴转矩负载的增加而增加，因此会降低加工刚度和加工效率，当机床进给角速度加快时，主轴转速严重下降，对加工工件的质量影响较大。目前，市场上的高速高光电主轴主要以感应电动机为主，但由于永磁同步型电动机具有体积小、重量轻、损耗小、功率因数高等优点，从而使永磁型同步电动机在高速高光电主轴方面将得到广泛应用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，其具有功率大、高速高光度、扭矩大、高刚度、高效率、安装和维护方便的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，包括转轴组件、拉刀组件、气缸推杆组件、气路组件、水冷却组件、永磁同步电机，所述转轴组件包括钢筒，及沿轴向装配于钢筒内的转轴、后轴承、滚珠导套、压簧、后轴承锁紧螺母、后轴承座、后轴承压板、后轴承座内套、后轴承锁紧螺母、前轴承、前端盖、前轴承锁紧螺母、所述压簧安装在后轴承座一侧、所述后轴承与前轴承安装于转轴的两端，所述后轴承座内套和所述滚珠导套套装于后轴承座上，所述后轴承压板用螺丝锁紧在后轴承座内套上、通过安装在后轴承座内的压簧提供后轴承预紧力，后轴承座通过螺顶固定在钢筒上，所述永磁同步电机包括定子线圈、鼠笼、永磁片，所述定子线圈安装在钢筒中心内壁，所述永磁片均匀贴附在鼠笼外圆内侧，所述鼠笼固定在转轴上，所述气缸推杆组件包括气缸筒、活塞、推杆、气缸分割片，所述活塞设置于气缸筒内、且片活塞中心安装有推杆，所述拉刀组件包括拉杆、碟簧、拉爪、刀柄，所述拉杆和碟簧穿设于转轴内，所述拉杆尾端与推杆相对，所述拉爪装配在拉杆末端远离气缸筒的一端，所述气路组件包括后端盖、气缸筒、背盖、后轴承座、气缸分割片，所述背盖设置在气缸筒一侧，所述后端盖设置在气缸筒的另一侧，所述气缸分割片固定在气缸筒内侧位置，所述气缸筒和所述背盖通过螺钉连接。

进一步的，所述转子铁芯外圆内侧均匀贴附有永磁体片，铁芯内侧和两端铸铝(永磁转子不铸铝)，电机为四极三相永磁同步电机；

进一步的，所述后轴承座是滚动陶瓷球树脂保持架轴承、润滑脂润滑免维护。

进一步的，所述气缸推力活塞共有四层、控制进出气可使活塞往复运动，实现自动换刀。

进一步的，所述拉爪由4瓣拉爪片组成，数量少，结构简单，提高拉刀的操作性能。

进一步的，所述刀柄为ISO25刀柄。

进一步的，所述钢筒、端盖、气缸筒、背盖的外径均为100mm。

进一步的，所述转轴末端安装有编码器，能够有效确定转子实际位置和控制电机。

进一步的，所述背盖的内腔安装有位置传感器，精确反馈拉杆位置和打刀状态。

本发明的有益效果：

本发明针管采用了不锈钢材料，不易被龟鳖类动物随意的损坏和折弯，保证灌药的顺利进行；针头同样采用了不锈钢材料并经钝化处理成光滑的椭圆球体，相比于铜头和锡头更加光滑、坚硬和耐用，减少对动物食道和胃壁的物理性损伤；聚丙烯底座可对接不通规格的注射器针筒，且整体结构对龟鳖类动物的灌胃操作更容易进行，极大地减轻了动物的应激反应；同时，采用弯型结构的连接管，可以直接套入外侧连接管进行灌药而不影响针座灌药；在针管上套入可食用橡胶圈，可以保持食管不易变形收缩，保护在灌药时的安全以及空气流通。

附图说明

图1为本发明一种高速高光雕铣永磁同步电主轴的结构示意图；

图2为本发明一种高速高光雕铣永磁同步电主轴内部结构的示意图；

图3为本发明一种高速高光雕铣永磁同步电主轴的剖视图；

图4为本图3在A处放大的示意图。

其中：钢筒01、鼠笼02、线圈03、永磁片04、后轴承05、导套06、后轴承锁紧螺母07、背盖08；气缸分割片09、活塞10、推杆11、气缸筒12、端盖13、编码器14、压簧15、后轴承座16、碟簧17、拉杆18、转轴19、拉爪20、前轴承21、前端盖22、压环23、防尘盖24、刀柄25、位置传感器26、后轴承座内套27、后轴承压板28

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

参阅图1至图4所示，一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，包括转轴组件30、拉刀组件40、气缸推杆组件50、气路组件60、水冷却组件70、永磁同步电机80，所述转轴组件30包括钢筒01，及沿轴向装配于钢筒01内的转轴19、后轴承05、滚珠导套06、压簧15、后轴承锁紧螺母07、后轴承座16、后轴承压板28、后轴承座内套27、后轴承锁紧螺母、前轴承21、前端盖22、前轴承锁紧螺母23、所述压簧15安装在后轴承座16一侧、所述后轴承05与前轴承21安装于转轴19的两端，所述后轴承座内套27和所述滚珠导套06套装于后轴承座16上，所述后轴承压板28用螺丝锁紧在后轴承座内套27上、通过安装在后轴承座16内的压簧15提供后轴承05预紧力，后轴承座16通过螺顶固定在钢筒01上，所述永磁同步电机80包括定子线圈03、鼠笼02、永磁片04，所述定子线圈03安装在钢筒01中心内壁，所述永磁片04均匀贴附在鼠笼02外圆内侧，所述鼠笼02固定在转轴19上，所述气缸推杆组件50包括气缸筒12、活塞10、推杆11、气缸分割片09，所述活塞10设置于气缸筒12内、且4片活塞10中心安装有推杆11，所述拉刀组件40包括拉杆18、碟簧17、拉爪20、刀柄25，所述拉杆18和碟簧17穿设于转轴19内，所述拉杆18尾端与推杆11相对，所述拉爪20装配在拉杆18末端远离气缸筒12的一端，所述气路组件60包括后端盖13、气缸筒12、背盖08、后轴承座16、气缸分割片09，所述背盖08设置在气缸筒12一侧，所述后端盖13设置在气缸筒12的另一侧，所述气缸分割片09固定在气缸筒12内侧位置，所述气缸筒12和所述背盖08通过螺钉连接。

所述转子铁芯外圆内侧均匀贴附有永磁体片，铁芯内侧和两端铸铝(永磁转子不铸铝)，电机为四极三相永磁同步电机。

所述后轴承座16是滚动陶瓷球树脂保持架轴承、润滑脂润滑免维护。

所述气缸推力活塞共有四层、控制进出气可使活塞往复运动，实现自动换刀。

所述拉爪由4瓣拉爪片组成，数量少，结构简单，提高拉刀的操作性能。

所述刀柄25为ISO25刀柄。

所述钢筒、端盖、气缸筒、背盖的外径均为100mm。

所述转轴19末端安装有编码器14，能够有效确定转子实际位置和控制电机。

所述背盖08的内腔安装有位置传感器26，精确反馈拉杆位置和打刀状态。

在本实施例中，转轴组件30主要包括转轴19、后轴承05、后轴承锁紧螺母、前轴承21、前轴承锁紧螺母23、鼠笼02。沿轴向装配于钢筒01内。后轴承05与前轴承21安装于转子19的两端，用以支撑转转子组件30。其中，一对后轴承05安装于活动的后轴承座内套27内。由于后轴承座内套27外圈安装滚珠导套06内，缓解了高速高光雕铣永磁同步电主轴在工作过程中因发热而引起转轴19的热伸长。后轴承座内套27和滚珠导套06套装于后轴承座16上，后轴承压板28用螺丝锁紧在后轴承座内套27上，通过安装在后轴承座16内的压簧15提供后轴承05预紧力，后轴承座16通过螺顶固定在钢筒01上。

永磁同步电机80主要包括定子线圈03、鼠笼02等；定子线圈03安装在钢筒01中心内壁，永磁片04均匀贴附在鼠笼02外圆内侧，鼠笼02固定在转轴19上。

转轴组件30的小末端装有编码器组件14的齿轮，与转轴19同步，输出转轴信号。

气缸推杆组件50主要包括气缸筒12、活塞10、推杆11、气缸分割片09。气缸筒12和背盖08通过螺钉连接，背盖08装配在钢筒01上；活塞10设置于气缸筒12内，4片活塞10中心安装有推杆11，工作时、在高压气体的作用下推杆11在四层式活塞10的带动下相对于气缸筒12做来回往复运动。

拉刀组件40主要包括拉杆18、碟簧17、拉爪20、刀柄25等；拉刀组件40穿设于转轴19内，拉杆18尾端与推杆11相对。拉爪20装配在拉杆18末端远离气缸筒12的一端，用于夹持刀柄25。当持续向气缸分割片09内通入压缩气体时，活塞10推动推杆11向靠近拉杆18方向移动。此时碟簧17被压缩，拉爪20张开，刀柄25伸入张开的拉爪20；停止通入压缩气体并回气。拉杆18在碟簧17的作用下回弹，完成拉紧刀柄25动作。当进行卸刀时，重复相同的通气过程，使拉爪20再次张开，从而取下刀柄040。在本实施例中，拉爪20由4瓣拉爪片组成。

位置传感器29安装在背盖08上、反馈拉杆18位置信息。

气路组件60包括设置于后端盖13、气缸筒12、背盖08、后轴承座16、钢筒01和推杆11、气缸分割片09，拉杆18上的通孔。当向电主轴通入压缩气体，气体依次经过后端盖13、推杆11、拉杆18以或后端盖13、气缸筒12、背盖08、后轴承座16、钢筒01的通槽时，均匀的进入钢筒01与前端盖22之间的缝隙，实现缝隙空气高气压，有效地隔离开外来粉尘与水份的进入，保持电主轴内部的清洁；高压气体经过推杆11、拉杆18后，能够有效清理刀柄25切屑和水气。

水冷组件70包括设置于后端盖13、气缸筒12、背盖08、后轴承座16以及钢筒01的冷却水孔。当持续向冷却水孔进口中通水时，冷却水依次经过后端盖13、气缸筒12、背盖08、后轴承座16以及钢筒01的连续U型循环水槽。当冷却水在钢筒01内充分地循环往复流动，然后依次流经后轴承座16、背盖08、气缸筒12、后端盖13的塑料接头流出电主轴，从而带走电机等部件在工作时产生的热量，使高速高光雕铣永磁同步电主轴可以稳定工作。

本发明中永磁同步驱动电机所采用三相四极永磁同步电机，调速范围广，永磁片均匀安装于转子铁芯内部；具有体积小、重量轻、损耗小、功率因数高等优点，从而使永磁型同步电动机在高速高光电主轴方面性能更加优越。钢筒、背盖、气缸筒、端盖外径尺寸一致，结构布局平稳、便于安装；多层活塞提供较大的推力保证自动换刀，节约换刀时间提高加工效率。拉爪由4瓣爪片组成，结构简单，使得拉刀的操作性能更加优越。

本发明有益效果：

1、采用永磁同步电主轴克服了异步电主轴的缺点，在调速范围内可以根据负载状况输出相应的转矩而不降低转速。

2、电机定子线圈装配在电主轴的带有冷却功能的钢筒内壁，电机永磁鼠笼和转轴的旋转部件做成一体，结构简单紧凑、重量轻、振动小、刚度高等特点；

3、采用闭环控制不仅可以满足低速大转矩的要求而且具有易于实现高速高光化、动态性能和稳定性好等特点。

4、电主轴钢筒、背盖、气缸筒、端盖外径尺寸一致，结构布局平稳、方便安装；

5、气缸筒中多层大活塞、打刀时提供稳定均匀的推力；

6、内置自动换刀组件、采用大刀柄、转速提高到36000转，在雕铣高光领域有较大优势。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，其特征在于：包括转轴组件、拉刀组件、气缸推杆组件、气路组件、水冷却组件、永磁同步电机，所述转轴组件包括钢筒，及沿轴向装配于钢筒内的转轴、后轴承、滚珠导套、压簧、后轴承锁紧螺母、后轴承座、后轴承压板、后轴承座内套、后轴承锁紧螺母、前轴承、前端盖、前轴承锁紧螺母、所述压簧安装在后轴承座一侧、所述后轴承与前轴承安装于转轴的两端，所述后轴承座内套和所述滚珠导套套装于后轴承座上，所述后轴承压板用螺丝锁紧在后轴承座内套上、通过安装在后轴承座内的压簧提供后轴承预紧力，后轴承座通过螺顶固定在钢筒上，所述永磁同步电机包括定子线圈、鼠笼、永磁片，所述定子线圈安装在钢筒中心内壁，所述永磁片均匀贴附在鼠笼外圆内侧，所述鼠笼固定在转轴上，所述气缸推杆组件包括气缸筒、活塞、推杆、气缸分割片，所述活塞设置于气缸筒内、且片活塞中心安装有推杆，所述拉刀组件包括拉杆、碟簧、拉爪、刀柄，所述拉杆和碟簧穿设于转轴内，所述拉杆尾端与推杆相对，所述拉爪装配在拉杆末端远离气缸筒的一端，所述气路组件包括后端盖、气缸筒、背盖、后轴承座、气缸分割片，所述背盖设置在气缸筒一侧，所述后端盖设置在气缸筒的另一侧，所述气缸分割片固定在气缸筒内侧位置，所述气缸筒和所述背盖通过螺钉连接。

2.根据权利要求1所述的一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，其特征在于：所述后轴承座是滚动陶瓷球树脂保持架轴承、润滑脂润滑免维护。

3.根据权利要求1所述的一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，其特征在于：所述拉爪由4瓣拉爪片组成，数量少，结构简单，提高拉刀的操作性能。

4.根据权利要求1所述的一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，其特征在于：所述刀柄为ISO25刀柄。

5.根据权利要求1所述的一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，其特征在于：所述钢筒、端盖、气缸筒、背盖的外径均为100mm。

6.根据权利要求1所述的一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，其特征在于：所述转轴末端安装有编码器，能够有效确定转子实际位置和控制电机。

7.根据权利要求1所述的一种高速高光雕铣永磁同步电主轴，其特征在于：所述背盖的内腔安装有位置传感器，精确反馈拉杆位置和打刀状态。