CN201038950Y - 串联双驱动伺服电机装置 - Google Patents

Abstract

串联双驱动伺服电机装置，属于机床功能部件，现有技术存在主轴存在的传动链过长、外形尺寸大、传递扭矩小、旋转速度慢、工作精度差等缺陷，本实用新型的伺服电机包括第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机由第一转子和外套于该第一转子上的第一定子组成，第二伺服电机由第二转子和外套于该第二转子上的第二定子组成，所述的第一转子和第二转子按照相同相位首尾串联固定于所述的旋转C轴上，所述的定子固定套筒外套于所述的第一定子和第二定子并与二者固定连接。本实用新型通过将两个伺服电机串联使用，具备低速大扭矩、高精度、高稳定性的性能，使主轴输出动力大，适于重载切屑；结构简单，占用体积少。

Description

串联双驱动伺服电机装置

技术领域

本实用新型涉及一种机床功能部件，尤其与用于五轴双摆头机床主轴或大型回转第四轴的串联双驱动伺服电机装置有关。

背景技术

五轴联动数控机床是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。目前生产的五轴联动双摆头机床主轴装置采用机械传动来提供主轴旋转的动力，存在传动链过长、外形尺寸大、传递扭矩小、旋转速度慢、工作精度差等问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术存在的主轴存在的传动链过长、外形尺寸大、传递扭矩小、旋转速度慢、工作精度差等缺陷，提供一种结构简单紧凑、体积小巧，能快速旋转、大扭矩输出的高精度的串联双驱动伺服电机装置。为此，本实用新型采用以下技术方案：

串联双驱动伺服电机装置，包括伺服电机、旋转C轴和定子固定套筒，其特征在于：所述的伺服电机包括第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机由第一转子和外套于该第一转子上的第一定子组成，第二伺服电机由第二转子和外套于该第二转子上的第二定子组成，所述的第一转子和第二转子按照相同相位首尾串联固定于所述的旋转C轴上，所述的定子固定套筒外套于所述的第一定子和第二定子并与二者固定连接。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特征：

所述的第一转子和第二转子为中空结构并用机械固定方式将所述的第一转子和第二转子与所述的旋转C轴固定连接，所述的定子固定套筒外套于所述的第一定子和第二定子并用机械固定方式将所述的定子固定套筒与所述的第一定子和第二定子固定连接。

所述的旋转C轴呈圆形中空结构，由轴头、轴连接体和轴体三部分组成，所述的定子固定套筒由壁厚一致的套筒体、套筒连接体、套筒头组成。

所述的机械固定方式，最佳方案为螺钉固定方式，可以避免焊接固定、过盈配合固定等其他机械固定方式存在的不利于安装更换维修或固定不牢固的缺陷。

所述的第一转子端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述的轴体外壁靠近轴连接体一端设置有圆柱形台阶靠肩，台阶靠肩的外径与所述的第一转子的外径相当，台阶靠肩端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向通孔，轴向通孔所在的圆心位置对应于所述的第一转子上的轴向螺孔所在的圆心位置，台阶靠肩与所述的第一转子用紧固螺钉固定连接，从而实现所述的第一转子与所述的旋转C轴固定连接；

所述的第二转子端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，所述的轴体后端面设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，所述的第二转子与轴体用转子连接盘连接；该转子连接盘为圆形中空结构，其内径与轴体的内径相当，其外径小于所述的第二转子的外径，在转子连接盘上设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔和一圈沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，两圈轴向通孔所在的圆心位置分别对应于轴体后端面上的轴向螺孔和第二转子上的轴向螺孔所在的圆心位置；转子连接盘与所述的第二转子和所述的轴体分别用紧固螺钉固定，从而实现所述的第二转子与所述旋转C轴固定连接。

所述第一定子的端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述的套筒连接体内径大于所述的套筒体内径，在两者交界处形成所述的套筒体前端面，在该套筒体前端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述的套筒体和所述的第一定子用定子前连接盘连接，该定子前连接盘为圆形中空结构，其内径大于所述的第一定子的内径，其外径小于所述的套筒连接体的内径，在定子前连接盘上设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔，两圈轴向通孔所在圆心位置分别对应于所述套筒体前端面上的螺孔和所述的第一定子上的螺孔所在的圆心位置；定子前连接盘与所述的第一定子和所述的套筒体分别用紧固螺钉固定，从而使所述的第一定子和所述的定子固定套筒固定连接。

所述的第二定子端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述套筒体的后端面设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述的套筒体和所述的第二定子用定子后连接盘连接，该定子后连接盘为圆形中空结构，其内径大于所述的第二定子的内径，其外径与所述的套筒体的外径相等，在定子后连接盘上设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔，两圈通孔所在圆心的位置分别对应于套筒体后端面上的螺孔和所述的第二定子上的螺孔的圆心所在的位置；定子后连接盘与所述的第二定子和所述的套筒体分别用紧固螺钉固定，从而使所述的第二定子和所述的定子固定套筒固定连接。

所述的套筒头和所述的轴连接体之间设置有径向轴向滚柱轴承，在所述的轴体中空内腔中设置有油管固定套筒，该油管固定套筒外径与轴体内径相等，所述的轴体与油管固定套筒之间设置有滚柱轴承，滚柱轴承内圈紧密固定套装于油管固定套筒外壁，该滚柱轴承外圈上固定套装有轴承套，轴承套外径小于定子后连接盘内径，轴承套与所述的轴体相互固定，使轴承套能随所述的旋转C轴的旋转而同时旋转。

所述的径向轴向滚柱轴承由内圈、外圈和滚柱组成，内圈为圆形中空圆柱体，其内径与轴连接体外径相等，在内圈外壁中部设置一方形凹槽，凹槽底部设置径向滚道，径向滚道内置有径向滚柱，凹槽两侧内壁作为滚柱轴向滚道，在两侧内壁上设置轴向滚柱；外圈为圆形中空圆柱体，其内径大于凹槽底部直径，外圈内嵌于凹槽内壁上的轴向滚柱中间，并外套于径向滚道内的径向滚柱。这样的轴承能够承受较大的径向力和轴向力的作用。

所述的径向轴向滚柱轴承内圈上设置有沿圆周方向平均分布的轴向通孔，外圈上设置有沿圆周方向平均分布的轴向通孔；所述的轴头后端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，其圆心位置对应于所述的径向轴向滚柱轴承内圈上的通孔的圆心位置；所述的套筒头前端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，其圆心位置对应于所述的径向轴向滚柱轴承外圈上的通孔的圆心位置；所述的径向轴向滚柱轴承内圈套装于所述的轴连接体外壁，并用螺钉与所述的轴头固定，所述的径向轴向滚柱轴承外圈与所述的套筒头用螺钉固定。

所述的套筒体上设置有冷却油油路；所述的第一定子和第二定子外壁设置有与套筒体上的冷却油油路连通的冷却油槽，使外界冷却油通过冷却油油路和冷却油槽形成循环流动，可以对伺服电机起到降温作用；所述的油管固定套筒内部设置有润滑油油路，外壁设置有润滑油槽，润滑油油路和润滑油槽相通，对旋转C轴和油管固定套筒的相对转动可以起润滑作用。

本实用新型工作时，所述的定子固定套筒固定不动，所述的第一定子和第二定子也随之固定不动，通过对两个定子输入电流产生交变电磁场来驱动转子一和转子二旋转，旋转C轴也随之旋转，实现对旋转C轴的动力输入。

本实用新型的有益效果是通过采用将两个伺服电机串联使用，具备低速大扭矩、高精度、高稳定性的性能，使主轴输出动力大，适于重载切屑；还具备结构简单合理，外形尺寸小，占用体积少的优点；还可以直接通过数控系统控制操作加工，方便联动控制。

附图说明

图1是本实用新型的轴向剖视图。

图2是本实用新型中旋转C轴的轴向剖视图。

图3是本实用新型中定子固定套筒的轴向旋转剖剖视图。

图4是本实用新型中径向轴向滚柱轴承的轴向视图。

图5是图4的A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的最佳实施方式进行详细的描述。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型主要由两个相同的第一伺服电机和第二伺服电机串联组成，包括旋转C轴1，定子固定套筒2，定子前连接盘7，定子后连接盘10，转子连接盘9，滚柱轴承12，轴承套11，油管固定套筒13，径向轴向滚柱轴承14，紧固螺钉15、15、16、17、18、19、20、21、22和23；第一伺服电机由第一转子4和外套于该第一转子4上的第一定子3组成，第二伺服电机由第二转子6和外套于该第二转子6上的第二定子5组成。

第一定子3和第二定子5的内径、外径、轴向长度都相等，第一转子4和第二转子6的内径、外径、轴向长度都相等，并且第一定子3和第二定子5的内径与转子4和6的外径相等；第一定子3套装于第一转子4，定子第二定子5套装于第二转子6；第一定子3和第二定子5一端端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，第一转子4和6两端端面上分别设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，第一转子4和6的材料为永磁铁。

旋转C轴1圆形中空，由轴头24、轴连接体25和轴体26三部分构成，在轴体26靠近轴连接体25一端的外壁上设置有台阶靠肩8，在台阶靠肩8端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向通孔，其圆心位置对应于第一转子4上的轴向螺孔的圆心位置，在轴体26的后端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，在轴头后端面设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔。

定子固定套筒2中空，由套筒头30、套筒连接体31和套筒体32三部分组成，该三部分壁厚一致，套筒连接体31内径大于套筒体32内径，套筒体32在与套筒连接体31交界处形成前端面34，在该前端面34上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，在套筒体32后端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，在套筒体32上设置有冷却油油路37，在套筒头30前端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔。

转子连接盘9圆形中空，其内径与轴体26的内径相等，外径略小于第二转子6的外径；在该转子连接盘9设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔和一圈沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，通孔圆心位置分别与螺孔和第二转子6上的螺孔的圆心位置对应。

定子前连接盘7圆形中空，其内径略大于第一定子3的内径，外径略小于套筒连接体31的内径，在该定子前连接盘7设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔，其圆心位置分别与螺孔和第一定子3 上的螺孔的圆心位置对应。定子后连接盘10圆形中空，其内径略大于第二定子5的内径，外径与套筒体32的外径相等，在该定子后连接盘10设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔，其圆心位置分别与螺孔和第二定子5上的螺孔的圆心位置对应。

径向轴向滚柱轴承14由内圈38、外圈39和径向滚柱40和轴向滚柱41组成，内圈38为圆形中空圆柱体，其内径与轴连接体25外径相等，在内圈外壁中部设置一方形凹槽44，凹槽底部设置径向滚道46，径向滚柱40设置于径向滚道46内，44凹槽两侧内壁45作为轴向滚道，在两侧内壁45上设置轴向滚柱41；外圈39为圆形中空圆柱体，其内径略大于凹槽44底部直径，外圈39内嵌于凹槽内壁45上的轴向滚柱41中间，并外套于径向滚道46内的径向滚柱40；内圈38上设置有沿圆周方向平均分布的轴向台阶通孔，其圆心位置对应于螺孔的圆心位置，外圈上设置有沿圆周方向平均分布的轴向通孔，其圆心位置对应于螺孔的圆心位置。这样的轴承能够承受较大的径向力和轴向力的作用。

油管固定套筒13外径与轴体26的内径相等，两者可以相对转动；滚柱轴承12内径与油管固定套筒13外径相等，形成紧密配合；轴承套11分为两部分，后部分用于紧密套装在滚柱轴承12的外圈上，前部分内径略大于油管固定套筒13外径，该部分设置有一圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔，其圆心位置与转子连接盘9上的轴向螺孔的圆心位置对应，通过紧固螺钉将轴承套与转子连接盘9固定连接，轴承套能随旋转C轴的旋转而同时旋转。

安装时，先把第一转子4套装于轴体26，以S极与台阶靠肩8连接，紧固螺钉17穿过通孔并拧入第一转子4上的螺孔，将第一转子4与台阶靠肩8固定连接，第一转子4随之与轴体26相互固定。然后将第二转子6套装于轴体26，其S极对接于第一转子4的N极，并调整使得第一转子4和第二转子6的相位角度相同。紧固螺钉20穿过转子连接盘9上的里圈通孔拧入轴体上的螺孔，将转子连接盘9与轴体26固定连接；紧固螺钉21穿过转子连接盘9上的外圈通孔拧入第二转子6的螺孔，将转子连接盘9与第二转子 6固定连接；通过转子连接盘9的连接，第二转子6和轴体26相互固定。径向轴向滚柱轴承14在75-80度的保温箱预热12小时后套装于轴连接体25外壁上，紧固螺钉22穿过台阶通孔41拧入螺孔，将径向轴向滚柱轴承14的内圈38与轴头24相互固定；通过使用紧固螺钉22来固定，能使内圈38与旋转C轴l相互更加固定，满足强力切削时所受到的大扭矩环境。这样，旋转C轴1、第一转子4和6、转子连接盘9、紧固螺钉17、20、21和22就组成了一个转子组件。

第一定子3从定子套筒2前端插入套筒体32，紧固螺钉15穿过定子前连接盘7的外圈通孔拧入螺孔，将定子前连接盘7与套筒体32固定连接，紧固螺钉16穿过定子前连接盘7的里圈通孔拧入第一定子3的螺孔，将第一定子3与定子前连接盘7固定连接，通过定子前连接盘的固定连接，使第一定子3与定子套筒2相互固定。第二定子5从定子套筒2后端插入套筒体32，并调整使其相位与第一定子3相同，紧固螺钉18穿过定子后连接盘的外圈通孔拧入螺孔，将定子后连接盘10与套筒体32固定连接，紧固螺钉19穿过定子后连接盘10的里圈通孔拧入第二定子5上的螺孔，将第二定子5与定子后连接盘10固定连接，通过定子后连接盘10的固定连接，使第二定子5与定子套筒2相互固定。这样，定子套筒2、第一定子3和第二定子5、定子前连接盘7、定子后连接盘10、紧固螺钉15、16、18和19就组成了一个定子组件。

将转子组件从定子套筒1前端插入，使第一定子3外套于第一转子4组成伺服电机，使第二定子5外套于第二转子6组成伺服电机，并使径向轴向滚柱轴承14的外圈39紧靠套筒头前端面；紧固螺钉23穿过通孔拧入螺孔，将外圈39与套筒头30固定连接。将轴承套11与转子连接盘9用紧固螺钉固定连接。将滚柱轴承12预热后套装在油管固定套筒13外壁上，待滚柱轴承12冷却后将油管固定套筒13插装入轴体26的中空内腔，滚柱轴承12随之紧密的插装入轴承套11。

实际工作时，定子固定套筒2和油管固定套筒13固定不动，第一定子3和第二定子5也随之固定不动，通过对两个定子输入电流产生交变电磁场来驱动第一转子4和第二转子6旋转，旋转C轴也随之旋转，实现对旋转C轴的动力输入。

由于两个伺服电机相位相同，使得两个串联使用的伺服电机的扭矩单个伺服电机的两倍，加大的对旋转C轴的动力驱动，提高旋转C轴旋转速度，使本实用新型能适于高速切削和大扭矩的强力切削。使用径向轴向滚柱轴承，使得旋转C轴能承受较大的径向力和轴向力，使本实用新型能运行稳定，提高加工精度，并适于强力切削。使用螺钉固定方式使本实用新型便于更换维修。

Claims (10)

1.串联双驱动伺服电机装置，包括伺服电机、旋转C轴(1)和定子固定套筒(2)，其特征在于：所述的伺服电机包括第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机由第一转子(4)和外套于该第一转子(4)上的第一定子(3)组成，第二伺服电机由第二转子(6)和外套于该第二转子(6)上的第二定子(5)组成，所述的第一转子(4)和第二转子(6)按照相同相位首尾串联固定于所述的旋转C轴(1)上，所述的定子固定套筒(2)外套于所述的第一定子(3)和第二定子(5)并与二者固定连接。

2.根据权利要求1所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述的第一转子(4)和第二转子(6)为中空结构并用机械固定方式将所述的第一转子(4)和第二转子(6)与所述的旋转C轴(1)固定连接，所述的定子固定套筒(2)外套于所述的第一定子(3)和第二定子(5)并用机械固定方式将所述的定子固定套筒(2)与所述的第一定子(3)和第二定子(5)固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述的旋转C轴(1)为圆形中空轴，由轴头(24)、轴连接体(25)和轴体(26)三部分构成，所述的定子固定套筒(2)由套筒头(30)、套筒连接体(31)、套筒体(32)构成。

4.根据权利要求3所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述的第一转子(4)端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述的轴体(26)外壁靠近轴连接体(25)一端设置有圆柱形台阶靠肩(8)，台阶靠肩(8)的外径与所述的第一转子(4)的外径相当，台阶靠肩(8)端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向通孔，轴向通孔所在的圆心位置对应于所述的第一转子(4)上的轴向螺孔所在的圆心位置，台阶靠肩(8)与所述的第一转子(4)用紧固螺钉固定连接；

所述的第二转子(6)端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，所述的轴体(26)后端面设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，所述的第二转子(6)与轴体(26)用转子连接盘(9)连接；该转子连接盘(9)为圆形中空结构，其内径与轴体的内径相当，其外径小于所述的第二转子(6)的外径，在转子连接盘(9)上设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔和一圈沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，两圈轴向通孔所在的圆心位置分别对应于轴体后端面上的轴向螺孔和第二转子上的轴向螺孔所在的圆心位置；转子连接盘(9)与所述的第二转子(6)和所述的轴体(26)分别用紧固螺钉固定。

5.根据权利要求3所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述第一定子(3)的端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述的套筒连接体(31)内径大于所述的套筒体(32)内径，在两者交界处形成所述的套筒体前端面(34)，在该套筒体前端面(34)上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述的套筒体(32)和所述的第一定子(3)用定子前连接盘(7)连接，该定子前连接盘(7)为圆形中空结构，其内径大于所述的第一定子(3)的内径，其外径小于所述的套筒连接体(31)的内径，在定子前连接盘(7)上设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔，两圈轴向通孔所在圆心位置分别对应于所述套筒体前端面(34)上的螺孔和所述的第一定子(3)上的螺孔所在的圆心位置；定子前连接盘(7)与所述的第一定子(3)和所述的套筒体(32)分别用紧固螺钉固定。

6.根据权利要求3所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述的第二定子(5)端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述套筒体(32)的后端面设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔；所述的套筒体(32)和所述的第二定子(5)用定子后连接盘(10)连接，该定子后连接盘(10)为圆形中空结构，其内径大于所述的第二定子(5)的内径，其外径与所述的套筒体(32)的外径相等，在定子后连接盘(10)上设置有两圈沿圆周方向平均分布的轴向通孔，两圈通孔所在圆心的位置分别对应于套筒体(32)后端面上的螺孔和所述的第二定子上的螺孔的圆心所在的位置；定子后连接盘(10)与所述的第二定子(5)和所述的套筒体(32)分别用紧固螺钉固定。

7.根据权利要求6所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述的套筒头(30)和所述的轴连接体(25)之间设置有径向轴向滚柱轴承(14)，在所述的轴体(26)中空内腔中设置有油管固定套筒(13)，该油管固定套筒(13)外径与轴体(26)内径相等，所述的轴体(26)与油管固定套筒(13)之间设置有滚柱轴承(12)，滚柱轴承(12)内圈紧密固定套装于油管固定套筒(13)外壁，该滚柱轴承(12)外圈上固定套装有轴承套(11)，轴承套(11)外径小于定子后连接盘(10)内径，轴承套(11)与所述的轴体(26)相互固定。

8.根据权利要求7所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述的径向轴向滚柱轴承(14)由内圈(38)、外圈(39)和滚柱组成，内圈(38)为圆形中空圆柱体，其内径与轴连接体(25)外径相等，在内圈(38)外壁中部设置一方形凹槽(44)，凹槽(44)底部设置径向滚道(46)，径向滚道(46)内置有径向滚柱(40)，凹槽(44)两侧内壁(45)作为滚柱轴向滚道，在两侧内壁上设置轴向滚柱(41)；外圈(39)为圆形中空圆柱体，其内径大于凹槽(44)底部直径，外圈(39)内嵌于凹槽(44)内壁(45)上的轴向滚柱(41)中间，并外套于径向滚道(46)内的径向滚柱(40)。

9.根据权利要求8所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述的径向轴向滚柱轴承内圈(38)上设置有沿圆周方向平均分布的轴向通孔，外圈(39)上设置有沿圆周方向平均分布的轴向通孔；所述的轴头(24)后端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，其圆心位置对应于所述的径向轴向滚柱轴承内圈(38)上的通孔的圆心位置；所述的套筒头前端面上设置有沿圆周方向平均分布的轴向螺孔，其圆心位置对应于所述的径向轴向滚柱轴承外圈上的通孔的圆心位置；所述的径向轴向滚柱轴承内圈(38)套装于所述的轴连接体(25)外壁，并用螺钉与所述的轴头(24)固定，所述的径向轴向滚柱轴承外圈(39)与所述的套筒头(30)用螺钉固定。

10.根据权利要求1或2所述的串联双驱动伺服电机装置，其特征在于：所述的套筒体(32)上设置有冷却油油路(37)；所述的第一定子(3)和第二定子(5)外壁设置有与套筒体(32)上的冷却油油路(37)连通的冷却油槽(27)，所述的油管固定套筒(13)内部设置有润滑油油路(28)，外壁设置有润滑油槽(29)，润滑油油路(28)和润滑油槽(29)相通。

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