CN109333132A - 偏心结构电主轴、及其制备方法和安装方法 - Google Patents

Abstract

偏心结构电主轴、及其制备方法及其安装方法，该电主轴包括：电主轴壳体、定子、转子及主轴，所述电主轴壳体具有容纳所述主轴的内腔，所述主轴可绕自身轴心线转动地设置于所述内腔中，所述内腔相对所述电主轴壳体偏心设置，所述内腔的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线平行但不重合，所述主轴的轴心线与所述内腔的轴心线重合。本发明采用偏心结构的电主轴，实现了方便快捷的安装调整，简化了电主轴安装过程，可以减小劳动强度，并提高安装效率。

Description

偏心结构电主轴、及其制备方法和安装方法

技术领域

本发明属于加工设备技术领域，尤其涉及一种用于加工机床的电主轴，以及电主轴的制备方法和安装方法。

背景技术

电主轴是一种将电机内装，实现能量转换和动力输出的功能部件，电主轴采用主轴电机和机床主轴结合为一体的结构形式，实现电机——主轴一体化的功能。电主轴主要应用于数控加工机床，对工件进行加工，其一般包括电主轴壳体、主轴、定子和转子，其中，电主轴壳体具有一内腔，定子固定于内腔中，转子设置于主轴外围、与主轴相固定，主轴通过轴承设置于电主轴壳体的内腔中，并可绕自身轴线旋转。电主轴壳体为回转体，其外侧壁(外周面)和内腔的内侧壁(内周面)均为回转面，电主轴依靠电主轴壳体的外侧壁径向定位，安装于电主轴基座内，即电主轴壳体的外侧壁为电主轴的径向定位回转面。目前所使用的电主轴其径向定位回转面的轴心线，即电主轴壳体的轴心线与电主轴中主轴的轴心线重合。

加工机床上一般设置有工件安装位和刀具安装位，如图1所示，工件安装位包括用于安装待加工工件的工件固定座100，工件固定座100上设置有工件转轴101，待加工工件固定在工件转轴101上，并可随工件转轴101一起绕工件转轴101的轴心线旋转。刀具设置于刀具安装座102上，刀具安装座102为电主轴基座，安装在电主轴基座上的电主轴为刀具的旋转提供动力，电主轴的主轴103即为刀具转轴，刀具固定在主轴103上，并可随主轴103一起绕主轴103的轴心线旋转。工件转轴101的轴心线和刀具转轴103的轴心线相互平行但不重合。在加工机床上还设置有第一平移导轨104和第二平移导轨105，第一平移导轨104和第二平移导轨105相互垂直。刀具安装座102设置于第一平移导轨104上并可沿第一平移导轨104移动，第一平移导轨104与刀具转轴的轴心线相垂直。工件固定座100设置于第二平移导轨105上并可沿平移导轨105移动，平移导轨105与工件转轴101的轴心线相平行。工件固定座100和刀具安装座102通过在第一平移导轨104和第二平移导轨105上的运动改变相对位置。此外，工件固定座也可固定在加工机床上，刀具安装座通过十字滑台设置于相互垂直的第一平移导轨和第二平移导轨上，通过十字滑台沿导轨的移动改变其与工件固定座间的相对位置。

在电主轴的生产及装配过程中难免存在各种误差，为了保证加工精度，需要将电主轴安装于特定的位置，业内一般采用以下两种方式来安装调试电主轴：配凑中心高和配凑中心距。如图2所示，通过工件转轴101、第一平移导轨104及第二平移导轨(未图示)可确定装配面s，装配面s过工件转轴101的轴心线且与第一平移导轨104及第二平移导轨相平行，装配要求电主轴中主轴103的轴心线位于装配面s内，使工件转轴101和电主轴中主轴达到前述共面要求的过程即为配凑中心高。如图3所示，使电主轴中主轴103的轴心线与其它特定轴的轴心线，如与公转轴心线L之间的距离满足中心距要求的过程为配凑中心距。在配凑中心高时需要反复刮研工件固定座的安装面或电主轴基座的安装面，在配凑中心距时需要反复刮研电主轴基座中电主轴的安装面，以达到所需要求，装配难度大，刮研耗时长，效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种偏心结构的电主轴，可以减少电主轴安装过程中的工作量，提高效率。

本发明的另一目的在于提供一种偏心结构电主轴的制备方法。

本发明的又一目的在于一种具有偏心结构的电主轴的安装方法。

为了实现上述第一目的，本发明采取如下的技术解决方案：

偏心结构电主轴，包括：电主轴壳体、定子、转子及主轴，所述电主轴壳体具有容纳所述主轴的内腔，所述主轴可绕自身轴心线转动地设置于所述内腔中，所述内腔相对所述电主轴壳体偏心设置，所述内腔的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线平行但不重合，所述主轴的轴心线与所述内腔的轴心线重合。

进一步的，所述主轴的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线之间的距离为偏心量e，偏心量e满足以下关系：5mm＜R-(e+r)＜R-r，式中的R为所述电主轴壳体任意横截面的半径，r为位于同一横截面上所述内腔的半径。

进一步的，所述主轴、转子、定子均位于所述内腔内，在所述电主轴壳体内偏心安装，所述转子设置于所述主轴的外侧壁上，所述定子设置于所述内腔的内侧壁上，所述主轴、转子、定子的偏心方向相同，偏心量相同。

进一步的，所述电主轴壳体为中空的圆柱体或圆锥体。

进一步的，所述电主轴壳体由多段回转体组成，各段回转体的轴心线重合；和/或所述电主轴壳体的内腔由多段回转面组成，各段回转面的轴心线重合。

进一步的，所述电主轴壳体的前端面上刻有角度标尺；或所述电主轴壳体的后端设置有用于记录电主轴壳体旋转角度的旋转编码器。

电主轴，包括：电主轴壳体、定子、转子及主轴，所述主轴可绕自身轴心线转动地设置于所述电主轴壳体内，所述主轴相对所述电主轴壳体偏心设置，所述主轴的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线平行但不重合。

为了实现上述第二目的，本发明采取如下的技术解决方案：

前述电主轴的制备方法，包括以下步骤：

制备电主轴壳体，在电主轴壳体上加工出外侧壁和内腔，电主轴壳体的外侧壁和内腔均为回转面，所述内腔的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线平行但不重合；

在所述内腔的内侧壁上设置定子；

制备主轴，在所述主轴的外侧壁上设置转子；

将所述主轴通过轴承设置于所述内腔中，所述主轴的轴心线与所述内腔的轴心线重合。

为了实现上述第三目的，本发明采取如下的技术解决方案：

前述电主轴的安装方法，包括以下步骤：

刮研电主轴基座的安装面或工件固定座的安装面，使电主轴装入后，电主轴壳体的轴心线到装配面的距离小于等于主轴的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线之间的距离；

根据电主轴壳体的轴心线到装配面的距离要求，在电主轴基座内旋转电主轴，使主轴的轴心线位于装配面内，旋转到位后，夹紧电主轴，完成安装。

前述电主轴的安装方法，包括以下步骤：

加工电主轴基座的内腔，使电主轴装入后，电主轴壳体的轴心线与中心距圆周之间的最小距离小于等于主轴的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线之间的距离；

根据电主轴壳体的轴心线到中心距圆周之间的距离要求，在电主轴基座内旋转电主轴，使主轴的轴心线与特定轴的轴心线之间的距离满足中心距要求，旋转到位后，夹紧电主轴，完成安装。

由以上技术方案可知，本发明针对电主轴装配中配凑中心高或配凑中心距效率低下的问题，设计了偏心结构的电主轴，使电主轴中主轴相对电主轴壳体偏心设置，通过主轴的偏心量来弥补装配时中心高差或中心距差，本发明的偏心结构电主轴，对装配时的中心高或中心距要求，在一定的偏差范围内，只需调整电主轴的安装相位，旋转电主轴的电主轴壳体，相应的主轴的轴心线发生位移，使得主轴的偏心量可以弥补中心高差或中心距差，从而精确调整电主轴的主轴轴心线至特定面内或电主轴的主轴轴心线与其它轴心线之间的距离满足中心距要求。本发明可以免去大量的拆装和刮研的过程，在不增加电主轴制造难度和成本的情况下，减少了电主轴在安装调试中要配凑中心高或中心距的工作量，省时省力，安装调整方便，效率高，难度低，劳动强度小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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为现有技术中使用电主轴安装刀具的加工机床的示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视图；

图3为配凑中心距的示意图；

图4为本发明实施例的结构示意图；

图5为图4中B方向的视图；

图6为本发明实施例电主轴壳体的结构示意图；

图7为电主轴壳体的前视图；

图8为实施例的电主轴装配于电主轴基座上的示意图；

图9为采用配凑中心高的方式调试安装电主轴的示意图；

图10为采用配凑中心距的方式调试安装电主轴的示意图；

图11a和图11b分别为圆锥形电主轴壳体不同角度的示意图；

图12a和图12b分别为圆柱+圆锥组合电主轴壳体不同角度的示意图；

图13a和图13b分别为另一种形式的圆柱+圆锥组合电主轴壳体不同角度的示意图；

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

参照图4、图5、图6及图7，电主轴包括电主轴壳体1、定子2、转子3和主轴4，本实施例的电主轴壳体1为一中空的圆柱体，电主轴壳体1内具有容纳主轴4的内腔1a，内腔1a沿与电主轴壳体1的轴向(O₁)平行的方向延伸，主轴3通过位于其两端的轴承5固定在电主轴壳体1的内腔1a中，轴承5可采用滚珠轴承、滚子轴承或静压轴承。定子2固定在电主轴壳体1内腔1a的内侧壁上，转子3固定在主轴4的外侧壁上。主轴4容纳于内腔1a中，主轴4的轴心线O₂与内腔1a的轴心线重合，内腔1a相对于电主轴壳体1偏心设置，即内腔1a的轴心线与电主轴壳体1的轴心线O₁平行但不重合，则主轴4的轴心线O₂也与电主轴壳体1的轴心线O₁不重合，主轴4的轴心线O₂与电主轴壳体1的轴心线O₁存在偏心量e，该偏心量e不为零，偏心量e为主轴4的轴心线O₂与电主轴壳体1的轴心线O₁之间的垂直距离。进一步的，偏心量e与电主轴壳体1的半径、内腔1a的半径之间存在以下关系：5mm＜R-(e+r)＜R-r，式中的R为电主轴壳体1(外周面)某一横截面的半径，该截面可为垂直于电主轴壳体的轴心线的任一截面，r为同一横截面上内腔1a的半径(图5)。

在制备电主轴时，在电主轴壳体1上加工出外侧壁和内腔1a，使内腔1a相对电主轴壳体1偏置，即内腔1a的轴心线与电主轴壳体1的轴心线平行但不重合；然后将主轴4通过轴承5设置于内腔1a内，主轴4依靠内腔1a的内侧壁定位，且主轴4的轴心线与内腔1a的轴心线重合，将主轴4安装于内腔1a内后即得到偏心结构的电主轴。主轴4、转子3、定子2均位于内腔1a内，在电主轴壳体1内偏心安装，主轴4、转子3、定子2的偏心方向相同，偏心量相同。

电主轴壳体的外侧壁为电主轴安装时的径向定位面，电主轴依靠电主轴壳体外侧壁的径向进行定位，安装于电主轴基座内。优选的，为了便于装配，在电主轴壳体的前端面上刻有角度标尺a，并标记有主轴4的偏心方向和偏心量，在电主轴基座的前端面上刻有指针b(图8)，或在电主轴后端安装旋转编码器。安装电主轴配凑中心高或配凑中心距时，可以参看电主轴基座内电主轴端面的角度刻度，或参看旋转编码器的输出结果，根据角度刻度或旋转编码器的输出结果来旋转电主轴，从而调整电主轴的安装相位，通过电主轴中主轴的偏心量弥补中心高差或中心距差，达到安装要求，夹紧电主轴，完成安装。

下面对电主轴的装配方法做进一步的说明：

采用配凑中心高的方式调试安装电主轴时，首先刮研电主轴基座的安装面或工件固定座的安装面，使电主轴装入后，电主轴壳体的轴心线O₁到装配面的距离小于等于偏心量e；然后依据电主轴壳体的轴心线O₁到装配面的距离要求计算旋转角度，并在电主轴基座内旋转电主轴，调整电主轴的安装相位，直至电主轴旋转到位，通过电主轴中主轴的偏心量弥补中心高差，达到中心高安装要求，然后夹紧电主轴，完成安装。以图9所示的电主轴为例，主轴的轴心线O₂与电主轴壳体的轴心线O₁之间的距离，即偏心量e为10mm，首先刮研电主轴基座的安装面或工件固定座的安装面，然后将电主轴装入电主轴基座中，装入后电主轴壳体的轴心线O₁到装配面s的距离为7mm，小于偏心量10mm，主轴的轴心线O₂到装配面s的距离为12mm，偏心方向(主轴的轴心线与电主轴壳体的轴心线之间的垂直连线)与安装面的夹角为30°；旋转电主轴直至达到安装要求的位置，即主轴的轴心线O₂位于装配面s内。优选的，为了使电主轴快速精确地旋转到位，可依据电主轴壳体的轴心线O₁到装配面s的距离计算电主轴(电主轴壳体)的旋转角度：顺时针方向转动180-30+arcsin(7/10)度，就可达到安装要求，或者逆时针方向转动30+arcsin(7/10)度，就可达到安装要求。当电主轴壳体的轴心线O₁到装配面的距离等于偏心量时，只有一个位置满足安装要求。

采用配凑中心距的方式调试安装电主轴时，首先加工电主轴基座的内腔(电主轴安装孔)，使电主轴装入后，电主轴壳体的轴心线O₁与特定轴圆周(中心距圆周)之间的最小距离小于等于偏心量e；然后依据电主轴壳体的轴心线O₁到特定轴圆周之间的距离要求计算旋转角度，并在电主轴基座内旋转电主轴，调整电主轴的安装相位，直至电主轴旋转到位，通过电主轴中主轴的偏心量弥补中心距差，达到中心距安装要求，然后夹紧电主轴，完成安装。以图10所示的电主轴为例，主轴的轴心线O₂与电主轴壳体的轴心线O₁之间的距离，即偏心量e为10mm，首先加工电主轴基座的内腔，然后将电主轴装入电主轴基座中，装入后电主轴壳体的轴心线O₁与特定轴圆周(中心距圆周)Q之间的最小距离为4，小于偏心量10mm，电主轴壳体的轴心线O₁到特定轴的轴心线O₃的距离为56mm，偏心方向与水平方向间的夹角为60°；旋转电主轴直至达到安装要求的位置，即主轴的轴心线O₂与特定轴的轴心线之间的距离满足中心距要求。优选的，为了使电主轴快速精确地旋转到位，可依据电主轴壳体的轴心线O₁到特定轴的轴心线O₃之间的距离计算旋转角度，以O₃为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴建立正交坐标系，以O₁为圆心、10mm为半径做圆，该圆与特定轴的圆周交于M点(x1，y1)和N点(x2，y2)，电主轴旋转的角度为：顺时针方向转动180-60+arcsin((y1-56)/10)度，就可达到安装要求；或者逆时针方向转动60+arcsin((y1-56)/10)度，就可达到安装要求。当电主轴壳体的轴心线O₁到特定轴的圆周的最近距离为10mm时，只有一个位置满足安装要求。

本发明采用偏心结构的电主轴，在操作时不需要拆卸装备、修配零件，只需旋转电主轴，调整电主轴相对于电主轴基座的安装相位，旋转至满足要求的位置时，将电主轴基座夹紧电主轴即可。

本发明的电主轴壳体的外侧壁和内腔的内侧壁都是回转面，前述实施例中电主轴壳体为圆柱体，因此电主轴壳体的外侧壁为圆柱面，径向定位面即为圆柱面。电主轴壳体的外侧壁也可以是圆锥面，如图11a和11b所示。电主轴壳体还可以是圆柱面和圆锥面的组合，如图12a、图12b和图13a、图13b所示，电主轴壳体由3段回转面组成：一段圆柱面及分别位于圆柱面两端的圆锥面，各段回转面的轴心线重合。此外，电主轴壳体的内腔也可以由多段回转面组成，各段内腔回转面的轴心线重合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.偏心结构电主轴，包括：电主轴壳体、定子、转子及主轴，所述电主轴壳体具有容纳所述主轴的内腔，所述主轴可绕自身轴心线转动地设置于所述内腔中，其特征在于：

所述内腔相对所述电主轴壳体偏心设置，所述内腔的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线平行但不重合，所述主轴的轴心线与所述内腔的轴心线重合。

2.如权利要求1所述的偏心结构电主轴，其特征在于：所述主轴的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线之间的距离为偏心量e，偏心量e满足以下关系：5mm＜R-(e+r)＜R-r，式中的R为所述电主轴壳体任意横截面的半径，r为位于同一横截面上所述内腔的半径。

3.如权利要求1或2所述的偏心结构电主轴，其特征在于：所述主轴、转子、定子均位于所述内腔内，在所述电主轴壳体内偏心安装，所述转子设置于所述主轴的外侧壁上，所述定子设置于所述内腔的内侧壁上，所述主轴、转子、定子的偏心方向相同，偏心量相同。

4.如权利要求1或2所述的偏心结构电主轴，其特征在于：所述电主轴壳体为中空的圆柱体或圆锥体。

5.如权利要求2所述的偏心结构电主轴，其特征在于：所述电主轴壳体由多段回转体组成，各段回转体的轴心线重合；和/或所述电主轴壳体的内腔由多段回转面组成，各段回转面的轴心线重合。

6.如权利要求1或2或5所述的偏心结构电主轴，其特征在于：所述电主轴壳体的前端面上刻有角度标尺；或所述电主轴壳体的后端设置有用于记录电主轴壳体旋转角度的旋转编码器。

7.偏心结构电主轴，包括：电主轴壳体、定子、转子及主轴，所述主轴可绕自身轴心线转动地设置于所述电主轴壳体内，其特征在于：

所述主轴相对所述电主轴壳体偏心设置，所述主轴的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线平行但不重合。

8.如权利要求1至7任一项所述的偏心结构电主轴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备电主轴壳体，在电主轴壳体上加工出外侧壁和内腔，电主轴壳体的外侧壁和内腔均为回转面，所述内腔的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线平行但不重合；

在所述内腔的内侧壁上设置定子；

制备主轴，在所述主轴的外侧壁上设置转子；

将所述主轴通过轴承设置于所述内腔中，所述主轴的轴心线与所述内腔的轴心线重合。

9.如权利要求1至7任一项所述的偏心结构电主轴的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

刮研电主轴基座的安装面或工件固定座的安装面，使电主轴装入后，电主轴壳体的轴心线到装配面的距离小于等于主轴的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线之间的距离；

根据电主轴壳体的轴心线到装配面的距离要求，在电主轴基座内旋转电主轴，使主轴的轴心线位于装配面内，旋转到位后，夹紧电主轴，完成安装。

10.如权利要求1至7任一项所述的偏心结构电主轴的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

加工电主轴基座的内腔，使电主轴装入后，电主轴壳体的轴心线与中心距圆周之间的最小距离小于等于主轴的轴心线与所述电主轴壳体的轴心线之间的距离；

根据电主轴壳体的轴心线到中心距圆周之间的距离要求，在电主轴基座内旋转电主轴，使主轴的轴心线与特定轴的轴心线之间的距离满足中心距要求，旋转到位后，夹紧电主轴，完成安装。