CN110773759B - 连接盘组件及具有其的数控车床电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连接盘组件及具有其的数控车床电主轴。连接盘组件包括轴芯，轴芯的第一端与数控车床的卡盘相连接；连接盘，连接盘具有连接孔，轴芯的第二端通过连接孔的内周面与连接盘相连接；其中，轴芯的第二端的外表面设置有第一锥面，连接孔的孔壁设置有与第一锥面相配合的锥面结构。通过在轴芯的第二端设置第一锥面，通过在连接孔内设置与第一锥面相配合的斜面结构，能够使得在装配轴芯与连接盘时，能够实现自锁定心的作用，同时使连接盘的轴线与轴芯的轴线始终处于同一位置，保证车床的轴芯在高速旋转过程中，轴芯始终能够通过连接盘与油缸装置连接，这样设置能够保证电主轴的传动精度。

Description

连接盘组件及具有其的数控车床电主轴

技术领域

本发明涉及机床设备技术领域，具体而言，涉及一种连接盘组件及具有其的数控车床电主轴。

背景技术

电主轴是将机床主轴和主轴电机融为一体的新技术，主轴由内置电机直接驱动，取消了传统主轴的齿轮、皮带或者联轴器传动，从而将机床主轴的传动链长度缩短为零，具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪音低以及响应速度快等特点，广泛应用于精密模具、汽车、船舶、航空航天等尖端产品制造领域。电主轴结构复杂，对零件的精度和装配技术要求较高。油缸连接盘位于主轴的末端，主要作用是连接轴芯与油缸，同时起到调节电主轴转动过程中动态平衡和静态平衡作用。

现有结构中轴芯和油缸连接盘采用轴和孔、平键配合连接，存在配合间隙，降低电主轴动平衡精度，油缸连接盘上键槽为盲槽结构，加工难度大。现有技术中，在油缸连接盘的配平方式为径向或者轴向添加螺栓，配平角度有限，配平难度大，无法进行精准配平。现有油缸连接盘为回转体结构，缺少精准定位角向结构，导致在批量生产后，在后续的装配、测试使用以及后续的反复拆装后，使得动平衡效果差异变大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种连接盘组件及具有其的数控车床电主轴，以解决现有技术中电主轴的平衡精度差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种连接盘组件，包括：轴芯，轴芯的第一端与数控车床的卡盘；连接盘，连接盘具有连接孔，轴芯的第二端通过连接孔的内周面与连接盘相连接；其中，轴芯的第二端的外表面设置有第一锥面，连接孔的孔壁设置有与第一锥面相配合的锥面结构。

进一步地，轴芯的第二端的外径沿远离轴芯的第一端的方向逐渐减小地设置，以使轴芯的第二端的外表面形成第一锥面，连接孔的孔径沿远离轴芯的第一端的方向逐渐减小地设置。

进一步地，第一锥面的倾斜角度为α1，其中，α1≤1°。

进一步地，连接盘组件还包括：键结构，轴芯的第二端的表面和连接孔的孔壁上开设有用于容纳键结构的键槽，键结构朝向连接孔一侧的表面为圆弧面结构。

进一步地，圆弧面结构的弧度为π。

进一步地，连接盘的第一端与轴芯的第二端相连接，连接孔开设于连接盘的第一端内，连接盘的第二端用于与油缸相连接，连接盘的第二端的端面上开设有配重槽，配重槽的远离连接孔的轴线的一侧的侧壁为第二锥面。

进一步地，第二锥面的倾斜角度为α2，其中，α2≤1°。

进一步地，连接盘的第一端的外周面设置有定位直边。

进一步地，定位直边为四个，四个定位直边的延长线围设成方形结构。

进一步地，连接盘组件还包括：平衡块组件，平衡块组件设置于配重槽内，平衡块组件具有张紧时紧贴于配重槽内的工作位置，以及平衡块组件具有非张紧状态时的非工作位置，当平衡块组件处于非张紧状态时，平衡块组件可沿配重槽滑动。

进一步地，平衡块组件包括：平衡块，平衡块具有第一弧面，第一弧面与第二锥面相配合，平衡块的与第一弧面相对的表面设置有第二弧面，第一弧面与第二弧面设置有开口；调节件，调节件可活动地设置于开口处，调节件用于调节开口的张开角度的大小，以使平衡块位于工作位置或非工作位置。

进一步地，开口处设置有锁紧孔。

进一步地，平衡块具有第一端和第二端，平衡块的第一端与平衡块的第二端沿连接孔的轴线方向设置，平衡块的第一端的厚度为d1，平衡块的第二端的厚度为d2，d1>d2，且d1-d2<d，其中，d为开口的胀紧量。

进一步地，平衡块的第一端与平衡块的第二端连线与连接孔的轴线的夹角为α3，其中，α3≤1°。

根据本发明的另一方面，提供了一种数控车床电主轴，包括连接盘组件，连接盘组件为上述的接盘组件。

应用本发明的技术方案，通过在轴芯的第二端设置第一锥面，通过在连接孔内设置与第一锥面相配合的斜面结构，能够使得在装配轴芯与连接盘时，能够实现自锁定心的作用，同时使连接盘的轴线与轴芯的轴线始终处于同一位置，保证车床的轴芯在高速旋转过程中，轴芯始终能够通过连接盘与油缸装置连接，这样设置能够保证电主轴的传动精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的连接盘组件的实施例的剖视结构示意图；

图2示出了根据本发明的连接盘的第一实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的连接盘的实施例的剖视结构示意图；

图4示出了根据本发明的连接盘的第二实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的连接盘的第三实施例的结构示意图；

图6示出了根据本发明的连接盘的第四实施例的结构示意图；

图7示出了根据本发明的轴芯的第一实施例的结构示意图；

图8示出了根据本发明的轴芯的第二实施例的结构示意图；

图9示出了根据本发明的键结构的第一实施例的结构示意图；

图10示出了根据本发明的键结构的第二实施例的结构示意图；

图11示出了根据本发明的平衡块的第一实施例的结构示意图；

图12示出了根据本发明的平衡块的第二实施例的结构示意图；

图13示出了根据本发明的平衡块的第三实施例的结构示意图；

图14示出了根据本发明的平衡块的第四实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、轴芯；11、第一锥面；12、连接孔；

20、连接盘；21、连接孔；22、配重槽；23、第二锥面；24、定位直边；

30、键结构；

41、前轴承座；42、轴承；43、箱体；44、冷却套；45、转子；46、定子；47、轴承；

50、平衡块组件；51、平衡块；511、第一弧面；512、第二弧面；52、开口；53、锁紧孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图14所示，根据本发明的实施例，提供了一种连接盘组件。

如图1所示，该包括连接盘组件轴芯10和连接盘20。轴芯10的第一端与数控车床的卡盘相连接。连接盘20具有连接孔21，轴芯10的第二端通过连接孔21的内周面与连接盘20相连接；其中，轴芯10的第二端的外表面设置有第一锥面11，连接孔21的孔壁设置有与第一锥面11相配合的锥面结构。

在本实施例中，通过在轴芯的第二端设置第一锥面，通过在连接孔21内设置与第一锥面相配合的斜面结构，能够使得在装配轴芯与连接盘时，能够实现自锁定心的作用，同时使连接盘的轴线与轴芯的轴线始终处于同一位置，保证车床的轴芯在高速旋转过程中，轴芯始终能够通过连接盘与油缸装置连接，这样设置能够保证轴芯的传动精度。

其中，轴芯10的第二端的外径沿远离轴芯10的第一端的方向逐渐减小地设置，以使轴芯10的第二端的外表面形成第一锥面11，连接孔21的孔径沿远离轴芯10的第一端的方向逐渐减小地设置。这样设置使得连接孔21的内表面也为锥面结构，这样设置能够提高连接盘20与轴芯10的连接可靠性。优选地，如图7所示，第一锥面11的倾斜角度为α1，其中，α1≤1°。

为了进一步提高连接盘20与轴芯10的连接可靠性，连接盘组件还包括键结构30。如图6中的A处和图7中的B处所示，轴芯10的第二端的表面和连接孔21的孔壁上开设有用于容纳键结构30的键槽，键结构30朝向连接孔21一侧的表面为圆弧面结构31。该键为采用优化的平面加半圆键结构，安装于连接盘和轴芯的键槽位，传递径向扭矩，该结构刚性好，可用于传递较大扭矩。与之装配的连接盘键槽、轴芯键槽结构简单，加工难度小。优选地，圆弧面结构31的弧度为π。

如图1和图3所示，连接盘20的第一端与轴芯10的第二端相连接，连接孔21开设于连接盘20的第一端内，连接盘20的第二端用于与油缸相连接，连接盘20的第二端的端面上开设有配重槽22。配重槽22的远离连接孔21的轴线的一侧的侧壁为第二锥面23。这样设置能够进一步地提高连接盘20的稳定性和可靠性。

如图3所示，第二锥面23的倾斜角度为α2，其中，α2≤1°。这样设置能够进一步地提高第二锥面23实现锁紧的稳定性。

如图2和图5所示，连接盘20的第一端的外周面设置有定位直边24。优选地，定位直边24为四个，四个定位直边24的延长线围设成方形结构。通过连接盘端面的方形定位结构，在加工、计量、检测进行角向定位，特别是在反复拆装过程中，可以精准进行复原前次装配状态，解决了现有结构中无法精准角向定位所造成的拆装后反复配平的问题。

如图11至14所示，连接盘组件还包括平衡块组件50。平衡块组件50设置于配重槽22内，平衡块组件50具有张紧时紧贴于配重槽22内的工作位置，以及平衡块组件50具有非张紧状态时的非工作位置，当平衡块组件50处于非张紧状态时，平衡块组件50可沿配重槽22滑动。

具体地，平衡块组件50包括平衡块51和调节件。平衡块51具有第一弧面511，第一弧面511与第二锥面23相配合，平衡块51的与第一弧面511相对的表面设置有第二弧面512，第一弧面511与第二弧面512设置有开口52；调节件可活动地设置于开口52处，调节件用于调节开口52的张开角度的大小，以使平衡块51位于工作位置或非工作位置。优化现有电主轴的调节动平衡方式，采用该结构平衡块组件50，可在360°方位上进行调平，调平方案选择多，精度高。通过连接盘端面的方形定位结构，在加工、计量、检测进行角向定位，便于反复拆装后调平。

如图14所示，开口52处设置有锁紧孔53。这样设置能够提高平衡块的稳定性和可靠性。

如图12所示，平衡块51具有第一端和第二端，平衡块51的第一端与平衡块51的第二端沿连接孔21的轴线方向设置，平衡块51的第一端的厚度为d1，平衡块51的第二端的厚度为d2，d1>d2，且d1-d2<d，其中，d为开口52的胀紧量。平衡块51胀紧后产生的径向分力和摩擦力，使平衡块51固定于配重槽内。

优选地，如图12所示，平衡块51的第一端与平衡块51的第二端连线与连接孔21的轴线的夹角为α3，其中，α3≤1°。

上述实施例中的连接盘组件还可以用于加工机床设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种数控车床电主轴，包括连接盘组件，连接盘组件为上述实施例中的接盘组件。

具体地，本申请提出一种电主轴的油缸连接盘结构，能够解决现有技术中存在的轴芯与油缸连接盘之间的连接间隙问题，提出一种油缸连接盘的自定心锥面结构，通过轴芯外径的锥面和油缸连接盘内径锥面，在配合过程中保证油缸连接盘与轴芯在高速旋转过程中轴线始终重合，保证定位、定心精度，从而保证电主轴回转精度、动平衡精度。

通过环形锥槽即配重槽和平衡块的方式来调整电主轴整体的动平衡，平衡块可以在360°方位上进行调平，调平方案选择多，精度高。改善了原有方案径向或者轴向添加螺栓，配平角度有限，配平难度大，无法进行精准配平的问题。

通过对电主轴的油缸连接盘进行结构设计，油缸连接盘内孔为与轴芯外径配合面为锥面，通过这种自定心结构保证在油缸连接盘高速转动过程中，轴芯始终与轴线重合，保证电主轴的回转精度。通过优化的平面加半圆键结构，在油缸连接盘装动过程中，可传递较大扭矩。从而解决现有技术中存在的轴芯与油缸连接盘之间定位装配间隙过大，键连接刚性较差等问题，优化配重结构，进行精准配平，提高电主轴的回转精度。

本发明通过环形锥槽和平衡块的方式来调整电主轴整体动平衡，可以在360°方位上进行调平，调平方案选择多，精度高。改善了原有方案径向或者轴向添加螺栓，使得配平角度有限，配平难度大，无法进行精准配平的问题。

本发明提供的连接盘组件结构，能够解决现有技术中存在的轴芯与油缸连接盘之间的装配间隙问题和精准配重问题，通过锥孔配合形成自锁和定心结构，使油缸的连接盘的轴线与轴芯的轴线始终处于同一位置，并保证轴芯与油缸连接盘的装配方式唯一，采用键结构防呆设计降低装配难度。

电主轴结构及传动原理是电主轴取消了机械主轴的带轮或齿轮结构，直接将电动机转子45装配在电主轴的轴芯10上，带动轴芯10转动，减少电主轴在传动过程中的精度损失。如图2，在其内圆设计与轴芯10相配合的优化键连接方式，且内圆与轴芯10外圆为锥面连接，通过锥面的自定心和自锁紧结构(锥形有大头和小头，相互配合的两个锥面零件在外力作用下，金属表面产生弹性形变，产生的摩擦力使两零件卡紧，限制零件径向和轴向运行，实现自锁)，提高轴芯10与油缸的连接盘20的定位精度，提高电主轴的回转精度。连接盘端面设计单边锥面的配重槽和方形定位结构，通过优化的平衡块可在圆周方向进行精准调平，方形定位结构在加工、检测、装配过程中可进行角向定位，便于反复拆装后的调平。

如图3，在油缸连接盘20内径设计为与轴芯10外径相配合的锥面，通过油缸连接盘的自定心结构，在配合过程中保证油缸连接盘与轴芯在高速旋转过程中轴线始终重合，保证定位、定心精度，从而保证电主轴回转精度、动平衡精度，且锥面配合可反复拆装，便于装配过程中检测和反复配平。采用本申请的键结构可传递较大扭矩，装配方式单一，装配简单，刚性大。

连接盘20端面设计有单边锥面配重槽，平衡块可在360°方位上进行调平，调平方案选择多，精度高。如图12和13所示，平衡块外圆为锥面，建议角度≤1°，且平衡块宽度需小于配重槽宽(为防止平衡块在油缸连接盘高速运转后脱离配重槽，将平衡块和配重槽设计为单边斜面，便于安装平衡块，平衡块的最大宽度要小于配重槽的最小宽度，且存在间隙，方便安装)，调整量小于或等于0.05mm，便于安装平衡块，平衡块边d1>d2，且d1-d2<d(锁紧孔胀紧量)。将平衡块装配在锥面的配重槽中，确定调节动平衡的位置，将螺栓装配锁紧孔，通过螺栓涨紧调整位，使平衡块锥面与配重槽锥面接触，产生的径向分力和摩擦力将平衡块压紧于槽内，防止在高速运转过程中配装块飞出。

通过优化连接盘20端面，设计一种方形定位结构，解决了现有结构中无法精准角向定位所造成的拆装后反复配平的问题。通过对方形结构进行定位，特别是在反复拆装过程中，可以精准进行复原前次装配状态。按照本发明的结构设计连接盘20与轴芯10的锥面配合，以及优化后的配重方案，可解决轴芯与连接盘之间的装配间隙问题和精准配重问题，从而提高加工机床的电主轴的回转精度和反复装配拆装后的角向定位精度。其中，如图1所示，连接盘组件还包括前轴承座41、轴承42、箱体43、冷却套44、定子46、47、轴承。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种连接盘组件，其特征在于，包括：

轴芯(10)，所述轴芯(10)的第一端与数控车床的卡盘相连接；

连接盘(20)，所述连接盘(20)具有连接孔(21)，所述轴芯(10)的第二端通过所述连接孔(21)的内周面与所述连接盘(20)相连接；

其中，所述轴芯(10)的第二端的外表面设置有第一锥面(11)，所述连接孔(21)的孔壁设置有与所述第一锥面(11)相配合的锥面结构；

所述连接盘(20)的第一端的外周面设置有定位直边(24)；

所述连接盘(20)的第一端与所述轴芯(10)的第二端相连接，所述连接孔(21)开设于所述连接盘(20)的第一端内，所述连接盘(20)的第二端用于与油缸相连接，所述连接盘(20)的第二端的端面上开设有配重槽(22)，所述配重槽(22)的远离所述连接孔(21)的轴线的一侧的侧壁为第二锥面(23)。

2.根据权利要求1所述的连接盘组件，其特征在于，所述轴芯(10)的第二端的外径沿远离所述轴芯(10)的第一端的方向逐渐减小地设置，以使所述轴芯(10)的第二端的外表面形成所述第一锥面(11)，所述连接孔(21)的孔径沿远离所述轴芯(10)的第一端的方向逐渐减小地设置。

3.根据权利要求1或2所述的连接盘组件，其特征在于，所述第一锥面(11)的倾斜角度为α1，其中，α1≤1°。

4.根据权利要求1所述的连接盘组件，其特征在于，所述连接盘组件还包括：

键结构(30)，所述轴芯(10)的第二端的表面和所述连接孔(21)的孔壁上开设有用于容纳所述键结构(30)的键槽，所述键结构(30)朝向所述连接孔(21)一侧的表面为圆弧面结构(31)。

5.根据权利要求4所述的连接盘组件，其特征在于，所述圆弧面结构(31)的弧度为π。

6.根据权利要求1所述的连接盘组件，其特征在于，所述第二锥面(23)的倾斜角度为α2，其中，α2≤1°。

7.根据权利要求1所述的连接盘组件，其特征在于，所述定位直边(24)为四个，四个定位直边(24)的延长线围设成方形结构。

8.根据权利要求1所述的连接盘组件，其特征在于，所述连接盘组件还包括：

平衡块组件(50)，所述平衡块组件(50)设置于所述配重槽(22)内，所述平衡块组件(50)具有张紧时紧贴于所述配重槽(22)内的工作位置，以及所述平衡块组件(50)具有非张紧状态时的非工作位置，当所述平衡块组件(50)处于非张紧状态时，所述平衡块组件(50)可沿所述配重槽(22)滑动。

9.根据权利要求8所述的连接盘组件，其特征在于，所述平衡块组件(50)包括：

平衡块(51)，所述平衡块(51)具有第一弧面(511)，所述第一弧面(511)与所述第二锥面(23)相配合，所述平衡块(51)的与所述第一弧面(511)相对的表面设置有第二弧面(512)，所述第一弧面(511)与所述第二弧面(512)设置有开口(52)；

调节件，所述调节件可活动地设置于所述开口(52)处，所述调节件用于调节所述开口(52)的张开角度的大小，以使所述平衡块(51)位于所述工作位置或所述非工作位置。

10.根据权利要求9所述的连接盘组件，其特征在于，所述开口(52)处设置有锁紧孔(53)。

11.根据权利要求9所述的连接盘组件，其特征在于，所述平衡块(51)具有第一端和第二端，所述平衡块(51)的第一端与所述平衡块(51)的第二端沿所述连接孔(21)的轴线方向设置，所述平衡块(51)的第一端的厚度为d1，所述平衡块(51)的第二端的厚度为d2，d1>d2，且d1-d2<d，其中，d为所述开口(52)的胀紧量。

12.根据权利要求11所述的连接盘组件，其特征在于，所述平衡块(51)的第一端与所述平衡块(51)的第二端连线与所述连接孔(21)的轴线的夹角为α3，其中，α3≤1°。

13.一种数控车床电主轴，包括连接盘组件，其特征在于，所述连接盘组件为权利要求1至12中任一项所述的连接盘组件。

Images