CN110430970A - 紧凑型的电主轴 - Google Patents

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Abstract

一种用于机床的电主轴(1)，包括：主轴本体(10)；包括主轴(31)和转子(32)的旋转组件(3)；定子(2)，该定子被固定在主轴本体内部并构造为驱动旋转组件相对于主轴本体围绕轴线(A)旋转；主轴装备(12、13)和至少一个滚动轴承(5)。旋转组件是中空的、并形成沿轴线延伸并至少部分地穿过转子的容置件(33)，该容置件至少部分地容纳主轴装备。通过滚动轴承引导转子组件相对于主轴本体旋转。滚动轴承包括固定到旋转组件的外环(52)以及固定到主轴本体的内环(51)。

Description

紧凑型的电主轴
技术领域
本发明涉及机床领域，并且涉及一种对用于高速加工零件的工具进行旋转的电主轴。
背景技术
用于高速加工的机床通常包括：由电主轴旋转的加工工具；电主轴的移动系统，该移动系统通常沿形成正交坐标系的三个轴线X、Y和Z平移，以及通常沿两个轴线B和C进行旋转；以及用于控制机器构件以执行不同阶段的零件加工的系统。
机床及其电主轴的尺寸与待加工的材料的硬度成比例。对于硬度较低的金属，诸如铝之类，零件是用小型电主轴加工的，而由硬金属制成的零件，诸如钛之类，则需要更大的机器，这些更大的机器也更贵。实际上，会使用具有更大电动机的电主轴，以及更大且更坚固的机器结构，以便提供必要的刚度，承受这些电主轴的扭矩，并对待加工的零件施加更大的力。因此，电主轴更宽且更长，并且由于它们的体积，它们的精度性能有时难以保持。
已知的系统是通过使用齿轮来卸载电主轴的电动机，以减小主轴的尺寸同时保持可接受的精度水平，但这是以机械复杂性和缺乏可靠性的风险为代价的。还可以使电主轴的某些构件更紧凑，所述构件例如是主轴中心喷射系统，其位于电主轴或工具锁定和解锁系统的后面。尽管如此，电主轴的紧凑性和所获得的刚度并不总是令人满意的。
发明内容
因此，本发明的目的在于弥补上述缺点，特别是通过提出一种紧凑型的电主轴，使得可以获得高扭矩和良好的刚度，同时保持在经济上合理的电主轴和机床尺寸。
为此，本发明涉及一种用于机床的电主轴，该电主轴包括：
-主轴本体；
-包括主轴和转子的旋转组件；
-定子，所述定子固定在主轴本体内部，并且该定子被构造为驱动所述旋转组件相对于主轴本体围绕轴线进行旋转；以及，
-主轴装备和至少一个滚动轴承；
其中：
-所述旋转组件是中空的、并形成沿着轴线延伸并至少部分地穿行通过所述转子的容置件，所述容置件至少部分地容纳所述主轴装备；以及
-通过滚动轴承来引导旋转组件相对于主轴本体进行旋转，所述滚动轴承包括固定到旋转组件的外环以及固定到主轴本体的内环。
根据某些特定实施方式，电主轴还包括以下特征中的一个或多个，单独地考虑或根据所有技术上可能的组合进行考虑：
-主轴装备包括固定在主轴本体上的工具解锁系统；
-主轴装备包括固定在主轴本体上的主轴中心喷射系统；
-主轴本体包括支撑壳体，该支撑壳体穿入所述容置件内部，并且其中，所述主轴装备固定在支撑壳体上；
-内环固定在支撑壳体上；
-主轴装备至少部分地布置在转子内部；
–具有位于容置件内的工具系杆；以及
-转子被直接烧结在主轴上。
附图说明
参考附图，并基于以下仅作为示例而非限制性提供的说明书的阅读理解将看出本发明的特征和优点，在附图中：
-图1是根据现有技术的电主轴的示意性剖视图；和
-图2是根据本发明的电主轴的示意性剖视图。
具体实施方式
如图1所示，作为整体标记为100的电主轴是安装在机床(未示出)上的标准设计的电主轴。
该电主轴包括具有前部壳体114和后部壳体111的主轴本体110。主轴131沿轴线A穿过主轴本体110及该主轴本体110的中心。在主轴131上，中间部分134使得可以接收围绕主轴131运行的转子132。
在该示例中，转子132被放置在主轴131的大致中心处。主轴131通过后部轴承和前部轴承上的滚动轴承105和滚动轴承106来保持。滚动轴承的内环与主轴131接触，而外环与主轴本体110接触。
在主轴本体110的内表面上固定有定子102，该定子102可选地位于由冷却液循环冷却的壁104之前。定子102位于转子132处。当对转子132进行馈电时，主轴131被驱动以围绕轴线A旋转。
电主轴100具有用于工具保持器109的工具的锁定和解锁系统112、以及主轴中心喷射系统113。这两个系统通常布置在后部壳体111中且在主轴本体110的后部上。
这种构型使得可以避免切削液和冷却液泄漏到电动机零件(转子/定子)的外部的风险。为了喷射所述切削液，主轴131通过通道108沿轴线A的方向穿过该主轴131的中心。该通道108在一侧连接到主轴中心喷射系统，并在另一侧连接到工具保持器109。
参考图2，描述了根据本发明的用于机床(未示出)的电主轴1。
该电主轴1由容纳定子2的主轴本体10、转子32和主轴31构成。定子2直接固定在主轴本体10的内表面上，或者通过通风壁4来固定。转子32固定在主轴31上。
转子32和主轴31形成围绕电主轴1的纵向轴线A的旋转组件3。
主轴本体10在其纵向端部处通过后部表面上的支撑壳体11和前部表面上的前部壳体14来封闭，该前部壳体尤其保持主轴本体10中的旋转组件3。电主轴1通过主轴本体10固定在机床(未示出)上。
在所述前部表面上，电主轴1包括用于容纳加工工具(未示出)的工具保持器9。
电主轴1还包括主轴装备7、9、12和13。工具保持器9与工具系杆7和工具解锁系统12相关联。工具系杆7使得可以将所述工具锁定在所述工具保持器9中，以便在加工阶段使用该工具。工具解锁系统12使得可以推回工具系杆7，以便工具系杆7在工具更换期间从工具保持器9中释放所述工具。
主轴中心喷射系统13通过喷射通道8连接到工具保持器9。该主轴中心喷射系统13使得可以在加工阶段期间冷却所述工具并且为所加工的零件提供润滑剂。
在本发明的该示例性实施方式中，主轴31和转子32形成容置件33，使得该容置件33可以容纳全部或部分的主轴装备，例如工具系杆7、工具解锁系统12和主轴中心喷射系统13。因此，这些设备位于主轴31和转子32的中心处。这些设备相对于主轴本体10是固定的。更具体地说，这些主轴装备物件固定在支撑壳体11上或固定在主轴本体的一个部件上。
旋转组件3相对于主轴本体10围绕轴线A旋转，并相对于工具系杆7、工具解锁系统12和主轴中心喷射系统13旋转。
支撑壳体11穿入旋转组件3的容置件33内部，以便支撑所述主轴装备12和13。可以用几种构型来将主轴装备容纳在容置件33中。壳体可以支撑主轴装备12和13而不需要进入所述容置件，或相反地壳体穿入所述容置件33的底部，同时容置件自身容纳所有主轴装备12和13或主轴装备12和13中的一些。
这种有利的构型使得可以通过将通常位于主轴本体10的后部中的元件或甚至位于主轴本体10外部的元件结合到主轴31的容置件中来减小电主轴的体积。由于使用具有宽直径的转子32和定子2，带有容置件33的主轴31的构型是可能的。
为了允许旋转组件3的旋转，通过至少一个滚动轴承5来引导所述旋转组件3相对于主轴本体10的旋转，滚动轴承5包括固定在旋转组件3上的外环52、以及固定在主轴本体10或后部壳体11上的内环51。
相反，用于引导旋转组件3的滚动轴承6具有固定在主轴31上的内环61、以及固定在主轴本体10上或前部壳体14上的外环62。
在图2所示的示例中，在主轴31的后部上使用有两个滚动轴承5，并且在主轴的前部中安装有两个滚动轴承6。
根据图2所示的本发明的示例性实施方式，转子32被直接地烧结在主轴31上，因此不需使用中间部分134。这种构型使得可以在转子32和定子2对的直径上节省出所述中间部分134的厚度，还有利于更好的导热以保持转子32的磁化强度。
朝向主轴31的中心排出热量。冷却液还通过壁104在定子2周围循环。
根据未示出的变型，工具保持器9也容纳在转子32内，以进一步减小电主轴1的长度。
为了保证主轴31的高转速，所使用的所有或一些滚动轴承有利地由陶瓷制成。
由于上述特征，特别是对具有大直径的转子32和定子2的使用，在主轴31内获得了大的体积，以容纳通常位于电动机外部的元件中的所有的元件或一些元件。因此，本发明不仅可以使电主轴1具有强大的功能，而且也不会太长，这增强了电主轴1的刚性。

Claims (8)

1.一种电主轴(1)，所述电主轴是用于机床的，所述电主轴(1)包括：
-主轴本体(10)；
-包括主轴(31)和转子(32)的旋转组件(3)；
-定子(2)，所述定子(2)被固定在所述主轴本体(10)内部并且被构造成驱动所述旋转组件(3)相对于所述主轴本体(10)围绕轴线(A)旋转；以及，
-主轴装备(12、13)和至少一个滚动轴承(5)；
所述电主轴的特征在于：
-所述旋转组件(3)是中空的，所述旋转组件(3)形成沿着所述轴线(A)延伸且至少部分地穿行通过所述转子(32)的容置件(33)，所述容置件(33)至少部分地容纳所述主轴装备(12、13)；以及
-通过所述滚动轴承(5)引导所述旋转组件(3)相对于所述主轴本体(10)旋转；
所述滚动轴承(5)包括固定到所述旋转组件(3)的外环(52)和固定到所述主轴本体(10)的内环(51)。
2.根据权利要求1所述的电主轴(1)，其特征在于，所述主轴装备(12、
13)包括固定在所述主轴本体(10)上的工具解锁系统(12)。
3.根据权利要求1或2所述的电主轴(1)，其特征在于，所述主轴装备(12、13)包括固定在所述主轴本体(10)上的主轴中心喷射系统(13)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电主轴(1)，其特征在于，所述主轴本体(10)包括穿入所述容置件(33)内部的支撑壳体(11)，并且其中，所述主轴装备(12、13)固定在所述支撑壳体(11)上。
5.根据权利要求4所述的电主轴(1)，其特征在于，所述内环(51)固定在所述支撑壳体(11)上。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电主轴(1)，其特征在于，所述主轴装备(12、13)至少部分地布置在所述转子(32)的内部。
7.根据权利要求6所述的电主轴(1)，其特征在于，所述电主轴还包括位于所述容置件(33)中的工具系杆(7)。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电主轴(1)，其特征在于，所述转子(32)被直接烧结在所述主轴(31)上。
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