CN110871276A - 机床的电主轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机床的电主轴。公开了一种机床的电主轴，包括：壳体；电机，其设置在所述壳体内并且包括定子和转子，其中所述电机的所述定子固定到所述壳体上；转轴，其设置在所述壳体内并且能够受所述电机驱动而绕旋转轴线转动，其中所述电机的所述转子抗扭转且同轴地连接到所述转轴；测量齿轮，其抗扭转地安装在所述转轴的一个轴向端部处，并且能够与所述转轴一起绕所述旋转轴线转动；和编码器，其抗扭转地连接到所述壳体，其中所述编码器与所述测量齿轮之间具有预定径向间隙，并且所述编码器的轴向位置与所述测量齿轮的轴向位置至少部分地重叠。

Description

机床的电主轴
技术领域
本发明涉及机床的电主轴。更具体地，本发明涉及采用非接触编码器的机床的电主轴。
背景技术
电主轴将机床转轴和转轴电机集成在一起。电主轴可以简化机床的传动结构。已知在一种数控磨床中，由于电主轴的结构紧凑并且电主轴内部的安装空间有限，采用无内置轴承的增量式编码器。但是，这种编码器的防护等级不高，从而随着其使用会造成编码器稳定性下降。此外，这种编码器的安装方式无法支持狭小空间的软连接。由此，当该编码器在轴向受力时，编码器的玻璃码盘非常容易破碎，从而导致电主轴无法正常使用。
为此，需要一种具有易于安装更换的编码器的机床的电主轴。
发明内容
本发明的一个目的是提供具有易于安装更换的编码器的机床的电主轴。本发明的另一目的是提供能够延长编码器的更换周期的机床的电主轴。本发明的另一目的是提供具有无接触测量的编码器的机床的电主轴。
本发明的一个方面提供一种机床的电主轴，包括：壳体；电机，其设置在所述壳体内并且包括定子和转子，其中所述电机的所述定子固定到所述壳体上；转轴，其设置在所述壳体内并且能够受所述电机驱动而绕旋转轴线转动，其中所述电机的所述转子抗扭转且同轴地连接到所述转轴；测量齿轮，其抗扭转地安装在所述转轴的一个轴向端部处，并且能够与所述转轴一起绕所述旋转轴线转动；和编码器，其抗扭转地连接到所述壳体，其中所述编码器与所述测量齿轮之间具有预定径向间隙，并且所述编码器的轴向位置与所述测量齿轮的轴向位置至少部分地重叠。
根据本发明的实施例，电主轴还包括：端罩，其安装到所述壳体的与所述编码器相对应的一端，其中所述编码器和所述测量齿轮位于由所述端罩和所述壳体围成的封闭空间中。
根据本发明的实施例，所述测量齿轮由铁磁材料制成。
根据本发明的实施例，所述测量齿轮包括多个测量齿，其沿着所述测量齿轮的周向均匀地分布，其中所述编码器的轴向位置与所述测量齿的轴向位置至少部分地重叠。
根据本发明的实施例，所述编码器可拆卸地连接到所述壳体，并且所述测量齿轮可拆卸地连接到所述转轴。
根据本发明的实施例，所述测量齿轮还包括一个基准齿，其中所述基准齿与所述多个测量齿中的一个测量齿沿轴向方向对准，并且所述编码器的轴向位置与所述基准齿的轴向位置至少部分地重叠。
根据本发明的实施例，所述测量齿轮包括一个或多个平衡孔。
根据本发明的实施例，所述测量齿轮的模数是0.3，并且所述预定径向间隙在0.15mm±0.02mm的范围内。
根据本发明的实施例，由所述端罩与所述壳体形成的封闭空间具有IP68的防护等级。
本发明的另一方面提供一种机床，其包括根据本发明的实施例的电主轴。
根据本发明的实施例，编码器可以无接触地对测量齿轮进行扫描，从而可以降低电主轴的冲击振动对编码器造成的影响。编码器和测量齿轮置于封闭空间中，防护等级可以达到IP68，从而可以延长编码器的更换周期并且提高机床的工作效率。编码器和测量齿轮可以可拆卸地连接到电主轴，从而可以简化对编码器及电主轴的维护更换操作。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的电主轴的侧视示意图。
图2是根据本发明的实施例的电主轴的局部剖视示意图。
图3是根据本发明的实施例的编码器和测量齿轮的正视示意图。
图4是根据本发明的实施例的编码器和测量齿轮的侧视示意图。
图5是根据本发明的实施例的测量齿轮的局部放大示意图。
图6是根据本发明的实施例的动平衡示意图。
具体实施方式
下文中，参照附图描述本发明的实施例。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。现参考示例性的实施方式详细描述本发明，一些实施例图示在附图中。以下描述参考附图进行，除非另有表示，否则在不同附图中的相同附图标记代表相同或类似的元件。以下示例性实施方式中描述的方案不代表本发明的所有方案。相反，这些方案仅是所附权利要求中涉及的本发明的各个方面的系统和方法的示例。
根据本发明的实施例的电主轴可以安装在机床上，例如磨床，特别是数控磨床。
根据本发明的实施例，电主轴可以包括壳体、转轴和电机。壳体作为电主轴的外部支撑结构。壳体可以形成为筒状。壳体在至少一个轴向端是开放的。
转轴作为电主轴的回转主体，可以受驱动绕旋转轴线转动。旋转轴线沿电主轴的轴向方向延伸。转轴可以在其两端分别通过轴承被支撑在壳体内，其中轴承可以设置在壳体中。由此，转轴可以在壳体中转动，而壳体保持固定不动。
电机设置在壳体内，并且可以包括定子和转子。电机的定子固定在壳体内，例如壳体的内周表面上。电机的转子抗扭转地连接到转轴并且设置成与转轴共轴，例如套在转轴的外周表面上。转子可以通过过盈配合安装在转轴上。由此，当电机被启动时，通过电机的定子和转子之间的相互作用，转子可以带动转轴一起绕旋转轴线转动。
图1是根据本发明的实施例的电主轴的侧视示意图。如图1所示，电主轴的转轴10和电机20同轴地布置。
图2是根据本发明的实施例的电主轴的局部剖视示意图。根据本发明的实施例，电主轴还可以包括编码器30和测量齿轮40。编码器30和测量齿轮40组成电主轴的测量系统。
如图2所示，测量齿轮40抗扭转地连接到转轴10并且设置成与转轴10共轴，例如套在转轴10的外周表面上。在示例性实施例中，测量齿轮40可拆卸地安装在转轴10的一个轴向端部处，其中在转轴10的该轴向端部处，壳体具有开放的轴向端。由此，当转轴10转动时，转轴10可以带动测量齿轮40一起绕旋转轴线转动。如图1所示，在由标记A所示位置处，测量齿轮40可以安装在转轴10上。在一些实施例中，转轴在由标记A所示位置处的径向跳动(圆跳动)为±0.02mm。在一些实施例中，测量齿轮40与其安装面(如标记B所示)的轴向间隙可以为±0.05mm。
编码器30可以抗扭转地连接到壳体，并且可以设置成沿径向方向与测量齿轮40间隔开。在示例性实施例中，编码器30可以可拆卸地连接到壳体。沿转轴10的轴向方向，编码器30的轴向位置与测量齿轮40的轴向位置至少部分地重叠。由此，当转轴10以及测量齿轮40一起转动时，编码器30保持固定不动。编码器30可以包括内置的电子单元。
图3是根据本发明的实施例的编码器和测量齿轮的正视示意图。图4是根据本发明的实施例的编码器和测量齿轮的侧视示意图。根据本发明的实施例，如图3所示，编码器30与测量齿轮40之间具有预定径向间隙d，即从编码器30的朝向旋转轴线的表面到测量齿轮40的齿顶圆的距离。在示例性实施例中，编码器30可以产生磁场。在示例性实施例中，测量齿轮40可以由铁磁材料制成，例如16MnCr5或不锈钢等。当测量齿轮40旋转时，编码器30的磁场会随之变化。编码器30的电子单元可以感测到磁场的变化，并且输出相应的信号。由此，编码器30可以无接触地检测测量齿轮40以及转轴10的旋转方向、位置和速度等。
根据本发明的某些实施例，预定径向间隙d可以根据测量齿轮40的模数来确定。在一些实施例中，测量齿轮40的模数可以是0.3，并且预定径向间隙d可以在0.15mm±0.02mm的范围内。
根据本发明的实施例，测量齿轮40可以包括多个测量齿41。测量齿41可以沿着测量齿轮40的周向均匀地分布。例如，测量齿轮40可以具有256个测量齿41。在电主轴中，沿转轴10的轴向方向，编码器30的轴向位置与测量齿轮40的测量齿41的轴向位置至少部分地重叠，如图4所示。
根据本发明的某些实施例，测量齿轮40还可以包括基准部。基准部可以构造成基准齿、凹槽、缺齿部或簧片等。如图4所示，测量齿轮40可以包括一个基准齿42。沿轴向方向，基准齿42可以与一个测量齿41对准。基准齿42可以与该测量齿41间隔开一轴向间距，或者基准齿42可以从该测量齿41连续地延伸出来。在电主轴中，沿转轴10的轴向方向，编码器30的轴向位置与测量齿轮40的基准齿42的轴向位置至少部分地重叠，如图4所示。在示例性实施例中，如图4所示，测量齿41的轴向尺寸a≥4.0mm。在示例性实施例中，在测量齿轮40包括基准齿42的情况下，测量齿轮40的轴向尺寸b可以在7.5mm±0.5mm的范围内。
图5是根据本发明的实施例的测量齿轮的局部放大示意图。根据本发明的某些实施例，测量齿轮40还可以包括一个或多个平衡孔43。在一些实施例中，平衡孔43可以沿轴向方向延伸。在将编码器30和测量齿轮40安装到电主轴中后，需要对电主轴进行动平衡校正。平衡孔43可以用于调整电主轴的动平衡。
图6是根据本发明的实施例的动平衡示意图。如图6所示，可以通过平衡孔43与平衡块44来调整电主轴的动平衡。
根据本发明的实施例，电主轴还可以包括端罩。端罩安装到壳体的与编码器30相对应的轴向端(开放的轴向端)。端罩与壳体可以形成封闭空间，并且编码器30和测量齿轮40可以容纳在该封闭空间中。该封闭空间可以达到IP68的防护等级。由此，可以减少外部环境(如水分、粉尘等)对编码器30和测量齿轮40的影响，延长其更换周期。
在将组装后的电主轴应用于数控机床时，还可以对数控机床的数控系统的参数进行校正，以确保数控机床的功能和精度。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于上述实施例的构造和方法。相反，本发明意在覆盖各种修改例和等同配置。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种元件和方法步骤，但是包括更多、更少的元件或方法的其它组合也落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种机床的电主轴，包括：
壳体；
电机，其设置在所述壳体内并且包括定子和转子，其中所述电机的所述定子固定到所述壳体上；
转轴，其设置在所述壳体内并且能够受所述电机驱动而绕旋转轴线转动，其中所述电机的所述转子抗扭转且同轴地连接到所述转轴；
测量齿轮，其抗扭转地安装在所述转轴的一个轴向端部处，并且能够与所述转轴一起绕所述旋转轴线转动；和
编码器，其抗扭转地连接到所述壳体，其中所述编码器与所述测量齿轮之间具有预定径向间隙，并且所述编码器的轴向位置与所述测量齿轮的轴向位置至少部分地重叠。
2.根据权利要求1所述的电主轴，还包括：端罩，其安装到所述壳体的与所述编码器相对应的一端，其中所述编码器和所述测量齿轮位于由所述端罩和所述壳体围成的封闭空间中。
3.根据权利要求2所述的电主轴，其中，所述测量齿轮由铁磁材料制成。
4.根据权利要求3所述的电主轴，其中，所述测量齿轮包括多个测量齿，其沿着所述测量齿轮的周向均匀地分布，其中所述编码器的轴向位置与所述测量齿的轴向位置至少部分地重叠。
5.根据权利要求4所述的电主轴，其中，所述编码器可拆卸地连接到所述壳体，并且所述测量齿轮可拆卸地连接到所述转轴。
6.根据权利要求5所述的电主轴，其中，所述测量齿轮还包括一个基准齿，其中所述基准齿与所述多个测量齿中的一个测量齿沿轴向方向对准，并且所述编码器的轴向位置与所述基准齿的轴向位置至少部分地重叠。
7.根据权利要求6所述的电主轴，其中，所述测量齿轮包括一个或多个平衡孔。
8.根据权利要求7所述的电主轴，其中，所述测量齿轮的模数是0.3，并且所述预定径向间隙在0.15mm±0.02mm的范围内。
9.根据权利要求8所述的电主轴，其中，由所述端罩与所述壳体形成的封闭空间具有IP68的防护等级。
10.一种机床，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的电主轴。
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