CN111482786A - 一种电机可扩展的动力机构后置式主轴 - Google Patents

一种电机可扩展的动力机构后置式主轴 Download PDF

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杜长林
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孙宏伟
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Abstract

本发明公开了一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,包括主轴、芯轴组件、轴承套组件和力矩电机组件,主轴外套设有芯轴组件,芯轴组件设于轴承套组件内部,芯轴组件和轴承套组件通过轴承支撑连接,力矩电机组件设于芯轴组件远离主轴前端的一端,力矩电机组件的转子与芯轴组件固定连接,力矩电机组件的定子与轴承套组件固定连接,力矩电机扩展组件设于力矩电机组件远离主轴前端的一端,且以模块化的形式可配置至少一个力矩电机扩展组件。本发明采用多力矩电机串联结构,通过模块化的形式,可配置多个力矩电机扩展组件,可实现高转速的同时加大扭矩的效果,且可根据电主轴实时工作需要增减电机扩展组件的数量,使得本装置适用范围广、工作高效。

Description

一种电机可扩展的动力机构后置式主轴
技术领域
本发明涉及主轴领域和电机领域,具体涉及一种电机可扩展的动力机构后置式主轴。
背景技术
随着社会的发展以及科学技术的不断进步,高速数控机床作为装备制造业的战略性产业,是装备制造业的技术基础和主要发展方向。电主轴作为高速数控机床的核心部件,其性能在很大程度上决定了高速数控机床所能达到的最大转速和加工精度。目前,市场上使用的电主轴在满足工作所需高转速的条件下,难以同时达到工作所需的大扭矩的效果,高速数控机床的应用范围必然受到限制。
发明内容
本发明针对以上问题的提出,而研究设计一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,来解决传统电主轴难以实现高转速的同时达到大扭矩效果、且无法实时调控电主轴的扭矩参数的缺点。本发明采用的技术手段如下:
一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,包括主轴、芯轴组件、轴承套组件和力矩电机组件,所述主轴外套设有芯轴组件,所述芯轴组件设于轴承套组件内部,所述芯轴组件和轴承套组件通过轴承支撑连接,构成主轴的机械轴结构,所述力矩电机组件设于所述芯轴组件远离所述主轴前端的一端,构成电机的后置式结构,所述力矩电机组件的转子与所述芯轴组件固定连接,所述力矩电机组件的定子与所述轴承套组件固定连接。
优选地,所述芯轴组件远离所述主轴前端的一侧以模块化的形式配置设有至少一个力矩电机扩展组件,所述力矩电机扩展组件内设有连接轴,所述力矩电机扩展组件和芯轴组件之间通过所述连接轴实现可拆卸连接,所述芯轴组件的一侧串联设有多个力矩电机扩展组件时,所述力矩电机扩展组件和力矩电机扩展组件之间通过所述连接轴实现可拆卸连接。
优选地,所述力矩电机扩展组件还包括电机组件,所述电机组件套设于所述连接轴的外侧,所述连接轴为阶梯轴结构,所述连接轴内设有第一阶梯孔,所述第一阶梯孔的大内孔的一端与所述芯轴组件远离所述主轴前端的一侧相连,所述力矩电机扩展组件和力矩电机扩展组件之间连接时,所述第一阶梯孔的大内孔的一端与第一阶梯孔的小内孔的一端相连。
优选地,所述芯轴组件远离所述主轴前端的一侧设有至少一个螺纹孔,所述第一阶梯孔的侧壁上设有与所述螺纹孔对应的第二阶梯孔,所述第二阶梯孔内设有与所述螺纹孔配合的螺钉。
优选地,所述连接轴远离所述主轴前端的一侧设有至少一个螺纹孔,所述力矩电机扩展组件与力矩电机扩展组件之间通过所述第二阶梯孔、螺纹孔和螺钉相连。
优选地,所述轴承套组件靠近所述主轴前端的一端设有夹紧制动组件,所述夹紧制动组件与所述轴承套组件相连。
优选地,所述轴承套组件靠近所述主轴前端的一端设有检测组件,所述检测组件包括编码器。
与现有技术比较,本发明所述的一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,有益效果如下:
1、本发明采用多力矩电机串联结构,可同时实现高转速和大扭矩的效果,且多个串联力矩电机间采用可拆卸连接,以模块化的形式,可根据电主轴实时工作需要增减电机数量,使得本装置适用范围广、工作高效;
2、本发明采用后置电机方式和力矩电机直驱技术,实现了高精度、高稳定性、机械结构紧凑等优势;
3、本发明采用多个力矩电机并联控制,可实现一个控制系统控制多个力矩电机,并通过一个检测组件进行反馈,提高了控制精度和稳定性。
附图说明
图1是本发明的整体剖视结构示意图;
图2是本发明不设置力矩电机扩展组件时的结构示意图;
图3是本发明在图1中A部分的放大结构示意图;
图中,1、主轴;2、芯轴组件;3、轴承套组件;4、力矩电机组件;5、力矩电机扩展组件;6、夹紧制动组件;7、检测组件;8、连接轴;9、第一阶梯孔;10、第一电机定子;11、第一电机转子;12、冷却水进口;13、冷却水出口;14、第二电机定子;15、第二电机转子;16、第二阶梯孔;17、螺纹孔;18、电机动力线;19、轴承;20、螺钉。
具体实施方式
如图1-3所示,一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,包括主轴1、芯轴组件2、轴承套组件3、力矩电机组件4和力矩电机扩展组件5等,主轴1的前端(即输出端)装设用于给材料加工的刀具或是装设加工的工件。芯轴组件2设于轴承套组件3内部,芯轴组件2和轴承套组件3通过轴承19支撑连接,构成主轴的机械轴结构。力矩电机组件4设于芯轴组件2远离主轴1前端的一端,构成电机的后置式结构。力矩电机组件4的转子与芯轴组件2固定连接,力矩电机组件4的定子与轴承套组件3固定连接。力矩电机组件4包括第一电机定子10、第一电机转子11、轴承19、冷却水进口12和冷却水出口13,通过冷却水进口12、冷却水出口13和冷却水流道共同构成冷却系统,用于对电机进行冷却降温,保护装置不受损伤,且可减少生产时带来的误差。第一电机转子11与芯轴组件2相连,第一电机定子10与轴承套组件3相连。
进一步地,芯轴组件2远离主轴1前端的一侧以模块化的形式依次配置有多个力矩电机扩展组件5,力矩电机扩展组件5包括电机组件和连接轴8,连接轴8的内孔和外圆均为阶梯结构。电机组件套设于连接轴8的外侧,电机组件包括第二电机定子14、第二电机转子15、轴承19、冷却水进口12和冷却水出口13等结构。连接轴8内设有第一阶梯孔9,力矩电机扩展组件5可通过第一阶梯孔9与芯轴组件2相连,此时第一阶梯孔9的大内孔的一端与芯轴组件2远离主轴1前端的一侧配合连接。力矩电机扩展组件5和力矩电机扩展组件5之间连接时,前段力矩电机扩展组件5内的第一阶梯孔9的大内孔的一端与后段力矩电机扩展组件5内的连接轴8的小外圆轴的一端配合连接。
进一步地,芯轴组件2远离主轴1前端的一侧设有至少一个螺纹孔17,第一阶梯孔9的侧壁上设有与螺纹孔17对应的第二阶梯孔16,第二阶梯孔16内设有与螺纹孔17配合连接用的螺钉20。力矩电机扩展组件5与芯轴组件2间通过第二阶梯孔16、螺纹孔17和螺钉20相连。连接轴8远离主轴1前端的一侧设有至少一个螺纹孔17,力矩电机扩展组件5与力矩电机扩展组件5之间通过第二阶梯孔16、螺纹孔17和螺钉20相连。第二阶梯孔16、螺纹孔17和螺钉20结构使得各电机组件之间可拆卸,同时能保证各电机组件之间连接稳固,实现轴系旋转时力矩组件之间的扭矩叠加的效果。
由上述可知,本装置中的芯轴组件2与主轴1固定连接,力矩电机组件4与芯轴组件2固定连接,力矩电机扩展组件5与芯轴组件2之间为可拆卸连接。力矩电机扩展组件5可不与主轴1相连,力矩电机扩展组件5之间直接连接即可实现增大扭矩的效果,适用于本装置的主轴1长度可不受限制,装置整体适用范围较广。
力矩电机组件4和力矩电机扩展组件5中的电机均采用力矩电机直驱技术,实现高精度、高稳定性,机械结构紧凑等优势。电机动力线18外接供电电源,为力矩电机提供动力。
通过上述组装方式,电主轴可实现多个力矩电机扩展组件5串联使用,其中,所有力矩电机的转速需保持一致。多个力矩电机串联可实现扭矩叠加,在不改变电主轴转速的前提下,增大了电主轴的扭矩。相较于单个电机的电主轴,可同时实现大扭矩和高转速的加工效果,效率更高。而且本装置中的力矩电机扩展组件5是选配组件,根据实际加工需求,可增减力矩电机扩展组件5的数量,或者为力矩电机扩展组件5配置不同型号的力矩电机,以模块化的形式,以此实现对电主轴的扭矩参数进行调控,从而适应更大范围的生产加工需要。
进一步地,轴承套组件3靠近主轴1前端的一端设有夹紧制动组件6,夹紧制动组件6与轴承套组件3相连。电主轴采用前置夹紧制动组件6的形式,并通过控制系统进行控制,前置的夹紧制动系统,提高夹紧定位精度,提高夹紧时轴系的刚性。
进一步地,轴承套组件3靠近主轴1前端的一端设有检测组件7,检测组件7包括编码器。通过编码器可测量主轴1的位置和转速等,当主轴需要定位时可检测出主轴停在哪个角度,当主轴转动时可检测出主轴的转速。电主轴采用前置检测组件7的结构,可保证系统的控制精度,从结构上降低后置编码器存在的传动链长等结构带来的误差。相较于后置编码器结构,前置编码器消除了系统误差,提高了电主轴等结构的位置精度,且进行维护相对简单方便。
进一步地,检测组件7与控制系统相连,且控制系统同时也控制力矩电机组件4和力矩电机扩展组件5。采用多个力矩电机并联控制的方式,可实现一个检测组件反馈后,再通过一个驱动控制多个力矩电机,集成度高,且提高了控制精度和稳定性。
本装置的工作原理为:本装置中的电主轴为轴类功能部件,在芯轴组件和轴承套组件组成的机械轴部分的基础上,主轴部分可实现高刚性和高承载能力;力矩电机组件和力矩电机扩展组件提供大扭矩动力输出,驱动整个轴系旋转;通过检测组件进行位置反馈,再通过控制系统对各结构进行控制,实现高定位精度和高重复定位精度;通过夹紧制动组件实现主轴等组件的夹紧制动功能。
本装置采用力矩电机直驱技术,并采用机械轴系和力矩电机后置的结构,轴系和电机可以分别作为单独的配置组件,机械轴系能保证装置的高刚性、高承载,因不用考虑电机结构的限制,机械轴系可设计成更加紧凑、轴承配组多样化、主轴接口不受限制等形式;力矩电机后置的结构可为电主轴提供动力,本装置为保证大扭矩采用力矩电机,在不改变结构的前提下对多个力矩电机扩展组件进行串联叠加,实现模块化的结构理念。即在采用电主轴的情况下也能提供更大的扭矩,避免因齿轮转动、皮带传动带来的间隙误差,同时也能保证电机的大扭矩。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,其特征在于:包括主轴、芯轴组件、轴承套组件和力矩电机组件,所述主轴外套设有芯轴组件,所述芯轴组件设于轴承套组件内部,所述芯轴组件和轴承套组件通过轴承支撑连接,构成主轴的机械轴结构,所述力矩电机组件设于所述芯轴组件远离所述主轴前端的一端,构成电机的后置式结构,所述力矩电机组件的转子与所述芯轴组件固定连接,所述力矩电机组件的定子与所述轴承套组件固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,其特征在于:所述芯轴组件远离所述主轴前端的一端以模块化的形式设有至少一个力矩电机扩展组件,所述力矩电机扩展组件内设有连接轴,所述力矩电机扩展组件和芯轴组件之间通过所述连接轴实现可拆卸连接,所述芯轴组件的一侧串联设有多个力矩电机扩展组件时,所述力矩电机扩展组件和力矩电机扩展组件之间通过所述连接轴实现可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,其特征在于:所述力矩电机扩展组件还包括电机组件,所述电机组件套设于所述连接轴的外侧,所述连接轴为阶梯轴结构,所述连接轴内设有第一阶梯孔,所述第一阶梯孔的大内孔的一端与所述芯轴组件远离所述主轴前端的一侧相连,所述力矩电机扩展组件和力矩电机扩展组件之间连接时,所述第一阶梯孔的大内孔的一端与第一阶梯孔的小内孔的一端相连。
4.根据权利要求3所述的一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,其特征在于:所述芯轴组件远离所述主轴前端的一侧设有至少一个螺纹孔,所述第一阶梯孔的侧壁上设有与所述螺纹孔对应的第二阶梯孔,所述第二阶梯孔内设有与所述螺纹孔配合的螺钉。
5.根据权利要求4所述的一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,其特征在于:所述连接轴远离所述主轴前端的一侧设有至少一个螺纹孔,所述力矩电机扩展组件与力矩电机扩展组件之间通过所述第二阶梯孔、螺纹孔和螺钉相连。
6.根据权利要求1所述的一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,其特征在于:所述轴承套组件靠近所述主轴前端的一端设有夹紧制动组件,所述夹紧制动组件与所述轴承套组件相连。
7.根据权利要求1所述的一种电机可扩展的动力机构后置式主轴,其特征在于:所述轴承套组件靠近所述主轴前端的一端设有检测组件,所述检测组件包括编码器。
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