CN113878134A - 加工电主轴及数控机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种加工电主轴及数控机床，加工电主轴，包括：主轴，为中空结构；定转子励磁绕组，环绕设在所述主轴外，用于驱动所述主轴绕其轴线旋转；固定支架，第一端与所述主轴的内壁相连，第二端悬空在所述主轴内；感应线圈，设置在所述固定支架的第二端处；控制器，与所述感应线圈及所述定转子励磁绕组通信连接，能够在所述感应线圈中产生的电流大于预设值时控制所述定转子励磁绕组调节转速。由于感应线圈设在主轴内不受外界环境影响，精度高且寿命长，且控制器在感应线圈中产生电流时直接控制定转子励磁绕组进行主轴转速微调，大大提高了效率，且不需要复杂的接线。

Description

加工电主轴及数控机床
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种加工电主轴及数控机床。
背景技术
数控机床是装备制造业的工业母机，机床的加工精度是评价其性能的重要指标。数控机床加工复杂零件时主轴速度一般恒定，有时会因切削振动频率和零件固有频率耦合而产生表面振纹，导致表面质量降低，还容易形成应力集中区域，导致零件疲劳断裂，极大降低复杂零件良品率和使用寿命。目前有通过在主轴上粘贴位移传感器来监测异常振动，连线至数控系统进行自适应加工，该方法效率低下、精度不高，接线复杂且容易损坏。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中在主轴上粘贴位移传感器来监测异常振动精度不高、接线复杂容易损坏的缺陷，从而提供一种精度高、寿命长的加工电主轴及数控机床。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种加工电主轴，包括：主轴，为中空结构；定转子励磁绕组，环绕设在所述主轴外，用于驱动所述主轴绕其轴线旋转；固定支架，第一端与所述主轴的内壁相连，第二端悬空在所述主轴内；感应线圈，设置在所述固定支架的第二端处；控制器，与所述感应线圈及所述定转子励磁绕组通信连接，能够在所述感应线圈中产生的电流大于预设值时控制所述定转子励磁绕组调节转速。
可选地，所述固定支架的第二端设有阻尼器，所述感应线圈设在所述阻尼器的远离所述固定支架的一端。
可选地，所述阻尼器为减振弹簧。
可选地，所述减振弹簧水平的设在所述主轴内。
可选地，所述减振弹簧的远离所述固定支架的一端设有配重块，所述感应线圈设在所述配重块上。
可选地，所述配重块为配重铁芯，所述感应线圈缠绕在所述配重铁芯外。
可选地，所述感应线圈通过电路与信号接收器相连，所述信号接收器与所述控制器通信连接，能够将从感应线圈接收到的电流信号放大后传递给所述控制器。
可选地，所述电路从所述主轴的一端伸出并与所述信号接收器相连。
本发明还提供一种数控机床，包括所述的加工电主轴。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的加工电主轴，机床加工工件时，定转子励磁绕组通电带动主轴旋转，同时产生电磁场。当发生共振现象时，主轴整体发生较大振动，定转子励磁绕组和主轴一起振动，此时定转子励磁绕组产生的磁感线跟随振动前后移动，由于感应线圈悬空设置，感应线圈和磁感线发生相对位移，即切割磁感线，此时感应线圈中产生较大的感应电流，振动的强度越大，切割磁感线的速率和幅度越大，产生的电流也就越大，控制器在感应线圈中产生的电流大于预设值时控制定转子励磁绕组调节转速，将转速调大或调小，通过调整转速改变主轴振动频率，达到避开共振点，提高表面加工精度的目的。由于感应线圈设在主轴内不受外界环境影响，精度高且寿命长，且控制器在感应线圈中产生电流时直接控制定转子励磁绕组进行主轴转速微调，大大提高了效率，且不需要复杂的接线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的实施例1中提供的加工电主轴的剖视图；
图2为图1所示的主轴及其内部结构的剖视图；
图3为本发明的实施例1中提供的电加工主轴的局部剖视图。
附图标记说明：
1、主轴；2、定转子励磁绕组；3、固定支架；4、感应线圈；5、控制器；6、减振弹簧；7、配重铁芯；8、电路；9、信号接收器；10、主轴箱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
数控机床是装备制造业的工业母机，机床的加工精度是评价其性能的重要指标。数控机床加工复杂零件时主轴速度一般恒定，有时会因切削振动频率和零件固有频率耦合而产生表面振纹，导致表面质量降低，还容易形成应力集中区域，导致零件疲劳断裂，极大降低复杂零件良品率和使用寿命。目前有通过在主轴上粘贴位移传感器来监测异常振动，连线至数控系统进行自适应加工，该方法效率低下、精度不高，接线复杂且容易损坏。
为此，本实施例提供一种加工电主轴，该加工电主轴的效率较高、精度低、不易损坏寿命长。
在一个实施方式中，如图1至图3所示，加工主轴1包括主轴1、定转子励磁绕组2、固定支架3、感应线圈4、控制器5。其中，主轴1为中空结构；定转子励磁绕组2环绕设在主轴1外，用于驱动主轴1绕其轴线旋转；固定支架3的第一端与主轴1的内壁相连，第二端悬空在主轴1内；感应线圈4设置在固定支架3的第二端处；控制器5与感应线圈4及定转子励磁绕组2通信连接，能够在感应线圈4中产生的电流大于预设值时控制定转子励磁绕组2调节转速。
在该实施方式中，机床加工工件时，定转子励磁绕组2通电带动主轴1旋转，同时产生电磁场。当发生共振现象时，主轴1整体发生较大振动，定转子励磁绕组2和主轴1一起振动，此时定转子励磁绕组2产生的磁感线跟随振动前后移动，由于感应线圈4悬空设置，感应线圈4和磁感线发生相对位移，即切割磁感线，此时感应线圈4中产生较大的感应电流，振动的强度越大，切割磁感线的速率和幅度越大，产生的电流也就越大，控制器5在感应线圈4中产生的电流大于预设值时控制定转子励磁绕组2调节转速，将转速调大或调小，通过调整转速改变主轴1振动频率，达到避开共振点，提高表面加工精度的目的。由于感应线圈4设在主轴1内不受外界环境影响，精度高且寿命长，且控制器5在感应线圈4中产生电流时直接控制定转子励磁绕组2进行主轴1转速微调，大大提高了效率，且不需要复杂的接线。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，固定支架3的第二端设有阻尼器，感应线圈4设在阻尼器的远离固定支架3的一端。在该实施方式中，阻尼器能够吸收主轴1的一部分振动，减少对感应线圈4的损坏，同时阻尼器的设置能够使感应线圈4向不同的方向运动，从而可使感应线圈4切割磁感线产生电流。在其他可替换的实施方式中，可不设置阻尼器，直接将感应线圈4设在固定支架3的第二端处。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，阻尼器为减振弹簧6。在该实施方式中，减振弹簧6能够优良的减少振动，减少对感应线圈4的损坏。在其他可替换的实施方式中，阻尼器可以为橡胶块、硅胶块等弹块。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，减振弹簧6水平的设在主轴1内。在该实施方式中，由于减振弹簧6水平的设在主轴1内，可确保感应线圈4能够沿与主轴1的轴线垂直的方向移动，从而切割磁感线，产生感应电流。在其他可替换的实施方式中，也可使减振弹簧6倾斜或竖直的设在主轴1内。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，减振弹簧6的远离固定支架3的一端设有配重块，感应线圈4设在配重块上。在该实施方式中，通过设置配重块，增加了惯性，从而确保在主轴1和定转子励磁绕组2在一起振动时，感应线圈4因惯性的原因保持在原始位置，从而和定转子励磁绕组2产生的磁感线发生相对运动。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，配重块为配重铁芯7，感应线圈4缠绕在配重铁芯7外。在该实施方式中，铁芯重量较大，惯性较大，从而确保在主轴1和定转子励磁绕组2在一起振动时，感应线圈4因惯性的原因保持在原始位置，从而和定转子励磁绕组2产生的磁感线发生相对运动。在其他可替换的实施方式中，配重块还可以是铜块、不锈钢块等。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，感应线圈4通过电路8与信号接收器9相连，信号接收器9与控制器5通信连接，能够将从感应线圈4接收到的电流信号放大后传递给控制器5。在该实施方式中，通过设置信号接收器9，能够将从感应线圈4接收到的电流信号放大，从而可确保控制的精度。当然，在其他可替换的实施方式中，也可不设置信号接收器9，直接将感应线圈4与控制器5相连。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，如图3所示，电路8从主轴1的一端伸出并与信号接收器9相连。在该实施方式中，接线方式简单，且在主轴1旋转时不会和电路8发生干涉。
进一步参考图1，本实施例提供的加工电主轴还包括有主轴箱10，主轴1及定转子励磁绕组2均位于主轴箱10内。
本实施例提供的加工电主轴，机床加工工件时，定转子励磁绕组2通电带动主轴1旋转，同时产生电磁场。当发生共振现象时，主轴1整体产生较大振动，定转子励磁绕组2跟随主轴1一起振动，此时定转子励磁绕组2产生的磁感线跟随振动前后移动。感应线圈4通过配重铁芯7达到较大质量，较大质量具有较大惯性，而减振弹簧又充当阻尼器的作用，感应线圈4在惯性和阻尼的作用下和磁感线发生相对位移，即切割磁感线，此时感应线圈4中产生感应电流，通过电路8由信号接收器9接收。信号接收器9对接收的电信号进行初步处理，并进行信号放大，然后发送信号给控制器5，控制器5通过信号处理，判断主轴1转速是否需要调整，并发送命令到定转子励磁绕组2直接调节转速。
主轴1发生共振现象时，感应线圈4切割磁感线产生感应电流，振动的强度越大，切割磁感线的速率和幅度越大，产生的电流也就越大，信号接收器9和控制器5通过识别接收的电流不同，可以自行判断是否需要调整转速以及如何调整转速，通过调整转速改变主轴1振动频率，达到避开共振点，提高表面加工精度的目的。
实施例2
本实施例提供一种数控机床，包括上述实施例中提供的加工电主轴。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种加工电主轴，其特征在于，包括：
主轴(1)，为中空结构；
定转子励磁绕组(2)，环绕设在所述主轴(1)外，用于驱动所述主轴(1)绕其轴线旋转；
固定支架(3)，第一端与所述主轴(1)的内壁相连，第二端悬空在所述主轴(1)内；
感应线圈(4)，设置在所述固定支架(3)的第二端处；
控制器(5)，与所述感应线圈(4)及所述定转子励磁绕组(2)通信连接，能够在所述感应线圈(4)中产生的电流大于预设值时控制所述定转子励磁绕组(2)调节转速。
2.根据权利要求1所述的加工电主轴，其特征在于，所述固定支架(3)的第二端设有阻尼器，所述感应线圈(4)设在所述阻尼器的远离所述固定支架(3)的一端。
3.根据权利要求2所述的加工电主轴，其特征在于，所述阻尼器为减振弹簧(6)。
4.根据权利要求3所述的加工电主轴，其特征在于，所述减振弹簧(6)水平的设在所述主轴(1)内。
5.根据权利要求3所述的加工电主轴，其特征在于，所述减振弹簧(6)的远离所述固定支架(3)的一端设有配重块，所述感应线圈(4)设在所述配重块上。
6.根据权利要求5所述的加工电主轴，其特征在于，所述配重块为配重铁芯(7)，所述感应线圈(4)缠绕在所述配重铁芯(7)外。
7.根据权利要求1－6中任一项所述的加工电主轴，其特征在于，所述感应线圈(4)通过电路(8)与信号接收器(9)相连，所述信号接收器(9)与所述控制器(5)通信连接，能够将从感应线圈(4)接收到的电流信号放大后传递给所述控制器(5)。
8.根据权利要求7所述的加工电主轴，其特征在于，所述电路(8)从所述主轴(1)的一端伸出并与所述信号接收器(9)相连。
9.一种数控机床，其特征在于，包括权利要求1－8中任一项所述的加工电主轴。
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