CN207642316U - 一种永磁同步铣削电主轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁同步铣削电主轴，包括机体、第一轴承座、第二轴承座、定子冷却套、轴芯以及转子，第一轴承座外侧面与机体内侧面之间形成有第一环形冷却通道，第二轴承座外侧面与机体内侧面之间形成有第二环形冷却通道，定子冷却套外侧面与机体内侧面之间形成有螺旋冷却通道，机体还具有冷却液入口以及冷却液出口，冷却液入口与第一环形冷却通道、第二环形冷却通道、螺旋冷却通道以及冷却液出口依次相连通；本实用新型根据电主轴内部发热量按顺序进行冷却，使得冷却更为合理与高效，并且可以避免在主轴上钻大量的轴向深孔，降低了加工难度与成本。

Description

一种永磁同步铣削电主轴

技术领域

本实用新型涉及一种电主轴，尤其涉及一种永磁同步铣削电主轴。

背景技术

随着电气传动技术的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，减少了许多不必要的能量损耗。这种主轴电机与机床主轴合二为一的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结中相对独立出来，因此可做成主轴单元，俗称电主轴。

由于电主轴的电机集成于电主轴内，且转速很高，运转时会产生大量热量，引起电主轴温升，使电主轴热态特性、动态特性以及加工精度变差，从而影响电主轴的正常工作，因此必须采取一定的措施控制电主轴的温度，使其恒定在一定值内。市面上的电主轴现在一般采用在电主轴机体壁内钻大量的轴向往复相连的深孔来进行冷却，加工难度大、成本高，且还会降低电主轴的强度与质量；另外，市面上的电主轴因为在对上下轴承位以及电机定子的冷却顺序上不够合理，所以进一步地导致冷却效果不是很理想。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种永磁同步电机主轴，根据电主轴内部零件发热量的大小按顺序进行冷却，使得冷却更为合理与高效，并且可以避免在主轴上钻大量的轴向深孔，降低加工难度与成本。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种永磁同步铣削电主轴，包括机体、第一轴承座、第二轴承座、定子冷却套、轴芯以及转子，所述机体为圆筒状，所述轴芯位于所述机体内，且所述轴芯具有用于夹持刀柄的刀柄孔；所述第一轴承座内嵌于所述机体靠近所述刀柄孔一端，所述第二轴承座内嵌于所述机体远离所述刀柄孔一端；所述定子冷却套内嵌于所述机体中部；所述轴芯与所述第一轴承座、第二轴承座可转动连接；所述转子固定套接于所述轴芯外侧面；

所述第一轴承座外侧面与所述机体内侧面之间形成有第一环形冷却通道，所述第二轴承座外侧面与所述机体内侧面之间形成有第二环形冷却通道，所述定子冷却套外侧面与所述机体内侧面之间形成有螺旋冷却通道，所述机体还具有冷却液入口以及冷却液出口，所述冷却液入口与所述第一环形冷却通道一端相连通，所述第一环形冷却通道另一端与所述第二环形冷却通道一端相连通，所述第二环形冷却通道另一端与所述螺旋冷却通道一端相连通，所述螺旋冷却通道另一端与所述冷却液出口相连通。

进一步地，所述第一环形冷却通道是由所述第一轴承座外侧面具有的第一环形槽与所述机体的内侧面围合形成，所述第二环形冷却通道是由所述第二轴承座外侧面具有的第二环形槽与所述机体内侧面围合形成，所述螺旋冷却通道是由所述定子冷却套外侧面具有的螺旋槽与所述机体内侧面围合形成。

进一步地，所述第一环形槽与所述机体内侧面结合处设置有第一密封圈，所述第二环形槽两端与所述机体内侧面结合处设置有第二密封圈，所述螺旋槽与所述机体内侧面结合处设置有第三密封圈。

进一步地，所述永磁同步铣削电主轴还包括第二轴承以及限位组件，所述第二轴承滑动配合在所述第二轴承座内，所述限位组件用来对所述第二轴承进行轴向限位，所述轴芯通过所述第二轴承与所述第二轴承座可转动连接。

进一步地，所述限位组件包括预紧弹簧座以及预紧弹簧，所述预紧弹簧座一端与所述第二轴承连接，所述预紧弹簧座另一端设有开口，所述开口朝向所述刀柄孔一端，所述预紧弹簧置于所述开口内，所述预紧弹簧在非伸缩状态下的高度大于所述开口的深度。

进一步地，所述永磁同步铣削电主轴还包括滑套，所述滑套与所述第二轴承座内侧面固定连接，所述第二轴承滑动配合在所述滑套内。

进一步地，所述滑套为黄铜材料制成。

进一步地，所述转子由绕所述轴芯连续相接的若干弧形凸起构成，相邻所述弧形凸起的交点与所述转子轴心的连线将所述转子划分为若干等分的区域，每个区域内都设置有沿所述转子轴向方向的两个槽体，两个所述槽体呈开口朝向所述转子轴心的V型。

进一步地，所述弧形凸起由若干硅钢片沿所述转子轴向方向叠压而成，若干所述硅钢片通过铆钉铆紧。

进一步地，所述转子两端分别设置有用于压紧所述硅钢片的端环，所述轴芯上套接有定位所述转子的轴环，所述端环与所述轴环留有间隙。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过依次相连通的第一环形冷却通道、第二环形冷却通道以及螺旋冷却通道可以按顺序对第一轴承、第二轴承以及定子进行冷却，因为电主轴定子的正常工作温度与发热量相对轴承要大，允许的最高工作温度也相对较高，所以按顺序冷却可以让冷却液得到更大程度的利用，避免冷却液在冷却高温位之后失去了冷却能力；并且环状以及螺旋状的冷却通道可以避免在电主轴机体壁内钻大量的轴向深孔，这样一方面保证了电主轴的强度与质量，另一方面相对于轴向深孔有更大的热交换面积，能更好的进行冷却。

附图说明

图1为本实用新型永磁同步铣削电主轴轴向剖面图；

图2为本实用新型永磁同步铣削电主轴第一冷却通道、第二冷却通道、螺旋冷却通道局部放大图；

图3为本实用新型永磁同步铣削电主轴冷却液入口以及冷却液出口示意图；

图4为本实用新型永磁同步铣削电主轴预紧弹簧座局部示意图；

图5为本实用新型永磁同步铣削电主轴滑套示意图；

图6为本实用新型永磁同步铣削电主轴转子轴向剖面图；

图7为本实用新型永磁同步铣削电主轴转子截面图；

图8为本实用新型永磁同步铣削电主轴转子斜二测示意图。

图中：1、机体；2、第一轴承座；21、第一密封圈；22、第一轴承；3、第二轴承座；31、第二密封圈；32、第二轴承；4、定子冷却套；41、第三密封圈；5、第一环形冷却通道；51、第一环形冷却通道进液端；52、第一环形冷却通道出液端；6、第二环形冷却通道；61、第二环形冷却通道进液端；62、第二环形冷却通道出液端；7、螺旋冷却通道；71、螺旋冷却通道进液端；72、螺旋冷却通道出液端；8、预紧弹簧座；9、预紧弹簧；100、滑套；110、刀柄孔；120、轴芯；121、轴环；130、推拉杆；140、打刀缸；150、冷却液入口；160、冷却液出口；170、转子；171、弧形凸起；172、槽体；173、铆钉；174、端环。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-3所示的永磁同步铣削电主轴，包括机体1、第一轴承座2、第二轴承座3、定子冷却套4、轴芯120以及转子170，机体1为圆筒状，轴芯120位于机体1内，且轴芯120具有用于夹持刀柄的刀柄孔110；第一轴承座2内嵌于机体1靠近刀柄孔110一端，第二轴承座3内嵌于机体1远离刀柄孔110一端；定子冷却套4内嵌于机体1中部；所述轴芯120与第一轴承座2、第二轴承座3可转动连接；转子170固定套接于轴芯120外侧面；第一轴承座2外侧面与机体1内侧面之间形成有第一环形冷却通道5，第二轴承座3外侧面与机体1内侧面之间形成有第二环形冷却通道6，定子冷却套4外侧面与机体1内侧面之间形成有螺旋冷却通道7，机体1还具有冷却液入口150以及冷却液出口160，冷却液入口150与第一环形冷却通道5一端相连通，第一环形冷却通道5另一端与第二环形冷却通道6一端相连通，第二环形冷却通道6另一端与所述螺旋冷却通道7一端相连通，螺旋冷却通道7另一端与冷却液出口160相连通。

通过依次相连通的第一环形冷却通道5、第二环形冷却通道6以及螺旋冷却通道7，可以按顺序对第一轴承22、第二轴承32以及定子进行冷却，因为电主轴在工作的时候，定子的正常工作温度与发热量相对轴承要大，允许的最高工作温度也相对较高，所以按顺序冷却可以让冷却液得到更大程度的利用，避免冷却液在先冷却高温位之后失去了冷却能力；并且环状以及螺旋状的冷却通道可以避免在电主轴机体1壁内钻大量的轴向深孔，这样一方面保证了电主轴的强度与质量，另一方面对比轴向深孔，环状和螺旋状有更大的热交换面积，从而能更好的进行冷却。

本永磁同步铣削电主轴具体的冷却的过程为：冷却液先从冷却液入口150进入到第一环形冷却通道进液端51，然后从第一环形冷却通道进液端51进入第一环形冷却通道出液端52，在这个过程中，利用第一环形冷却通道5对发热量较大的第一轴承22进行冷却；

接下来冷却液从第一环形冷却通道出液端52进入第二环形冷却通道进液端61，然后从第二环形冷却通道进液端61进入到第二环形冷却通道出液端62，在这个过程中，利用第二环形冷却通道6对发热量相对较小的第二轴承32进行冷却；

接下来冷却液从第二环形冷却通道出液端62进入螺旋冷却通道进液端71，然后从螺旋冷却通道进液端71进入到到螺旋冷却通道出液端72，在这个过程中利用螺旋冷却通道7对发热量最大的定子进行冷却，最后冷却液从冷却液出口160排出，开始新一轮的冷却循环。

作为具体地实施方式，第一环形冷却通道5是由第一轴承座2外侧面具有的第一环形槽与机体1的内侧面围合形成，第二环形冷却通道6是由第二轴承座3外侧面具有的第二环形槽与机体1内侧面围合形成，螺旋冷却通道7是由定子冷却套4外侧面具有的螺旋槽与机体1内侧面围合形成。由于第一冷却通道、第二冷却通道以及螺旋冷却通道7都设置在机体1内部，对第一轴承座2的外侧面、第二轴承座3的外侧面以及定子冷却套4的外侧面进行开槽，通过在外侧面开槽的形式来形成冷却通道相比在内侧面开槽，显然能让加工更加简单。

具体地，第一环形槽与机体1内侧面结合处设置有第一密封圈21，第二环形槽两端与机体1内侧面结合处设置有第二密封圈31，螺旋槽与机体1内侧面结合处设置有第三密封圈41；通过密封圈的作用可以防止冷却液的泄露，保证了永磁同步铣削电主轴的可靠性。

如图4所示的永磁同步铣削电主轴还包括第二轴承32以及限位组件，第二轴承32滑动配合在第二轴承座3内，限位组件用来对第二轴承32进行轴向限位，轴芯120通过第二轴承32与第二轴承座3可转动连接。具体地，限位组件包括预紧弹簧座8以及预紧弹簧9，预紧弹簧座8一端与第二轴承32连接，预紧弹簧座8另一端设有开口，开口朝向刀柄孔110一端，预紧弹簧9置于开口内，预紧弹簧9在非伸缩状态下的高度大于开口的深度。

因为在传统的电主轴中，一般会用多颗螺钉来对卸刀时轴芯120的轴向位移进行限位，防止轴芯120位移过大而损坏轴承，但是通过螺钉调整轴芯120的轴向位移时，难以精确的控制轴向位移量，且用多颗螺钉难以将第二轴承32调至端面齐平，导致第二轴承32各个方向受力不均，长此以往，会损坏第二轴承32。所以本实用新型采用预紧弹簧座8以及预紧弹簧9来实现轴芯120位移的精准控制，并且能保证第二轴承32受力均匀。具体的原理为：轴芯120与第二轴承32内圈固定连接，推拉杆130滑动连接在轴芯120内，并且推拉杆130由打刀缸140进行驱动，当打刀缸140工作的时候，推拉杆130朝刀柄孔110方向运动，由于摩擦力的作用会带动轴芯120朝刀柄孔110方向运动，而轴芯120与第二轴承32内圈固定连接，所以第二轴承32也会朝刀柄孔110方向运动，而预紧弹簧座8一端与第二轴承32连接，预紧弹簧座8的端面能保证预紧弹簧座8与第一轴承22均匀接触，所以能保证第二轴承32受力均匀；而预紧弹簧9在非伸缩状态下的高度大于开口的深度，那么在第二轴承32朝刀柄孔110方向运动时，弹簧会被压缩。然后当弹簧被完全压入开口内时，预紧弹簧座8便与第二轴承座3接触，并限制预紧弹簧座8的轴向位移，从而限制了轴芯120的轴向位移，然后打刀缸140继续推动推拉杆130向刀柄孔110方向运动，实现对永磁同步铣削电主轴的卸刀，另外，预紧弹簧9非伸缩状态下的高度大于开口深度的值可以根据实际情况进行设定，以达到最佳的卸刀位移量。

如图5所示的永磁同步铣削电主轴，还包括滑套100，滑套100与第二轴承座3内侧面固定连接，第二轴承32滑动配合在滑套100内；滑套100可以让第二轴承32与第一轴承22保持较高的同轴度，从而避免因为同轴度不佳导致的轴芯120跳动，滑套100选用黄铜材料，因为黄铜的热膨胀系数比不锈钢等其他材料高，在受热时不易松动，所以不会对第二轴承32在第二轴承座3内的额滑动造成卡滞，保证了设备运行的可靠性。

如图6-8所示的永磁同步铣削电主轴转子170，转子170由绕轴芯120连续相接的若干弧形凸起171构成，相邻弧形凸起171的交点与转子170轴心的连线将转子170划分为若干等分的区域，每个区域内都设置有沿转子170轴向方向的两个槽体172，两个槽体172呈开口朝向转子170轴心的V型；槽体172中用来装入永磁体，因为在正弦波永磁同步电动机中，由永磁体产生的气隙磁密并不是呈正弦波分布，通过弧形凸起171组成的转子170，可以优化永磁磁场的正弦性，减小纹波转矩，从而减小转矩脉动，提高永磁材料的利用率。

具体地，弧形凸起171由若干硅钢片沿转子170轴向方向叠压而成，若干硅钢片通过铆钉173铆紧；硅钢片可以使得铜耗下降、效率提高和温升降低。转子170两端分别设置有用于压紧硅钢片的端环174，轴芯120上套接有定位转子170的轴环121，端环174与轴环121留有间隙；转子170两端用端环174压紧，可以防止端面的硅钢片铆紧时翘边，保证两端平整；端环174与轴环121留有间隙，可以保证电机发热时转子170热伸长有足够空间，使得永磁同步铣削电主轴的可靠性增强。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种永磁同步铣削电主轴，包括机体、第一轴承座、第二轴承座、定子冷却套、轴芯以及转子，所述机体为圆筒状，所述轴芯位于所述机体内，且所述轴芯具有用于夹持刀柄的刀柄孔；所述第一轴承座内嵌于所述机体靠近所述刀柄孔一端，所述第二轴承座内嵌于所述机体远离所述刀柄孔一端；所述定子冷却套内嵌于所述机体中部；所述轴芯与所述第一轴承座、第二轴承座可转动连接；所述转子固定套接于所述轴芯外侧面；

其特征在于：所述第一轴承座外侧面与所述机体内侧面之间形成有第一环形冷却通道，所述第二轴承座外侧面与所述机体内侧面之间形成有第二环形冷却通道，所述定子冷却套外侧面与所述机体内侧面之间形成有螺旋冷却通道，所述机体还具有冷却液入口以及冷却液出口，所述冷却液入口与所述第一环形冷却通道一端相连通，所述第一环形冷却通道另一端与所述第二环形冷却通道一端相连通，所述第二环形冷却通道另一端与所述螺旋冷却通道一端相连通，所述螺旋冷却通道另一端与所述冷却液出口相连通。

2.如权利要求1所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述第一环形冷却通道是由所述第一轴承座外侧面具有的第一环形槽与所述机体的内侧面围合形成，所述第二环形冷却通道是由所述第二轴承座外侧面具有的第二环形槽与所述机体内侧面围合形成，所述螺旋冷却通道是由所述定子冷却套外侧面具有的螺旋槽与所述机体内侧面围合形成。

3.如权利要求2所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述第一环形槽与所述机体内侧面结合处设置有第一密封圈，所述第二环形槽两端与所述机体内侧面结合处设置有第二密封圈，所述螺旋槽与所述机体内侧面结合处设置有第三密封圈。

4.如权利要求1所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述永磁同步铣削电主轴还包括第二轴承以及限位组件，所述第二轴承滑动配合在所述第二轴承座内，所述限位组件用来对所述第二轴承进行轴向限位，所述轴芯通过所述第二轴承与所述第二轴承座可转动连接。

5.如权利要求4所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述限位组件包括预紧弹簧座以及预紧弹簧，所述预紧弹簧座一端与所述第二轴承连接，所述预紧弹簧座另一端设有开口，所述开口朝向所述刀柄孔一端，所述预紧弹簧置于所述开口内，所述预紧弹簧在非伸缩状态下的高度大于所述开口的深度。

6.如权利要求4所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述永磁同步铣削电主轴还包括滑套，所述滑套与所述第二轴承座内侧面固定连接，所述第二轴承滑动配合在所述滑套内。

7.如权利要求6所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述滑套为黄铜材料制成。

8.如权利要求1所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述转子由绕所述轴芯连续相接的若干弧形凸起构成，相邻所述弧形凸起的交点与所述转子轴心的连线将所述转子划分为若干等分的区域，每个区域内都设置有沿所述转子轴向方向的两个槽体，两个所述槽体呈开口朝向所述转子轴心的V型。

9.如权利要求8所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述弧形凸起由若干硅钢片沿所述转子轴向方向叠压而成，若干所述硅钢片通过铆钉铆紧。

10.如权利要求9所述的永磁同步铣削电主轴，其特征在于：所述转子两端分别设置有用于压紧所述硅钢片的端环，所述轴芯上套接有定位所述转子的轴环，所述端环与所述轴环留有间隙。