專利名稱：一種伺服電機驅(qū)動的高速電主軸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種伺服電機驅(qū)動的高速電主軸系統(tǒng)，尤其是一 種用于機床加工傲備的伺服電機驅(qū)動的高速電主軸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機床主軸是機床加工設(shè)備的核心部件之一，它用于夾持和驅(qū)動刀 具，以實現(xiàn)加工工件的切削.傳統(tǒng)的機床主軸是通過皮帶等傳動部件 獲得來自電動機的動力，主軸和動力源電動機是分離的，這樣的結(jié)構(gòu) 不僅體積龐大，傳動路線長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且系統(tǒng)剛性差，安裝維修 麻煩，存在很多弊端，特別是由于皮帶的傳動需要很大的軸向力，這 給主軸帶來了類外的負栽，極大的影響了主軸軸承的壽命和運轉(zhuǎn)速 度。同時，由于皮帶的剛性差，當加工負栽產(chǎn)生瞬時變化時，會對主 軸的瞬時速度產(chǎn)生影響，從而影響到零件的加工質(zhì)量，這對于主軸的 高速化，更是帶來了很多的羈絆。由于系統(tǒng)傳動路線長，轉(zhuǎn)動部件多， 系統(tǒng)剛性差，并且當高速時，皮帶由于離心力，使得與皮帶輪的摩擦 力降低，影響了傳遞力矩的能力，很難滿足高速的要求。電主軸的出現(xiàn)，極大地簡化了主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。它將電機集成到 了主軸系統(tǒng)內(nèi)，使主軸的轉(zhuǎn)動軸與電機軸合二為一，這樣不僅簡化了 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而且提高了系統(tǒng)的剛性，降低了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，提高 了系統(tǒng)的運行穗定性和高速性能，為主軸系統(tǒng)的高速化奠定了基礎(chǔ)。 目前的電主軸系統(tǒng)，電機多采用異步電機，不僅體積大，效率低， 發(fā)熱量大，而且異步電動機的特性較軟，當切削負栽瞬時變化時，速 度波動大，影響加工工件的質(zhì)量。發(fā)明內(nèi)容本實竭新型的目的是為了解決上述問題，提供一種高速、高效、 高精度、運行穗定可靠、體積小型化的電主軸裝置。為了參樣本辨蠲新邇鹡貝的，本實用新韁提供一種伺服電機驅(qū)動的高速4，.豫貌，鍾電主輪系統(tǒng)包括內(nèi)置A鐲歉電機，所迷電機包括電機軸、電機轉(zhuǎn)子、定子鐵心和繞組；
編碼器； 主軸教轉(zhuǎn)軸；其中，所迷電主軸系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)軸與所述伺服電機的電機釉合 二為一；所述電主軸系統(tǒng)的外殼體與所述伺服電機的外殼合二為一。優(yōu)選地，所迷的電機轉(zhuǎn)子采用稀土永磁材料構(gòu)成。優(yōu)逸地，所迷電機軸的前后部分別由前軸承和后軸承支撐，所述 軸承為陶資球軸承。優(yōu)逸地，所迷前后軸承的外圉直接安裝于所述電主軸系統(tǒng)的外殼 體的兩個端蓋孔中。優(yōu)逸地，在所述電機軸的前部，緊貼所述前軸承，安裝有迷宮密 封環(huán)，所迷迷宮密封環(huán)與所述電機軸采用過盈配合，緊固于電機軸上； 或者所述迷宮密封環(huán)與電機軸采用間隙配合，利用螺母壓緊，緊固于 所述電機軸上。優(yōu)逸地，在所迷后軸承上設(shè)有壓環(huán)和一組彈簧，通過壓環(huán)，使得 所述后軸承獲得會適的預(yù)緊力。優(yōu)逸地，所逸編碼器用螺柱緊閨在后端蓋上，所述編碼器圃周上 設(shè)置有緊定槽，其位置可在圃周方向上調(diào)整，便于所述伺服電機獲得 最佳工作參數(shù)。優(yōu)逸地，所迷飼服電機的繞組引出線和所述編碼器的控制倌號線 直接從所述電主釉系統(tǒng)的后蓋的倒面孔中引出。優(yōu)選地，對于主軸旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速低于10000rpm時，編碼器采用光 柵編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器；對于主軸旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速超過10000rpm時，編 碼器采用旋轉(zhuǎn)變壓器。所述祠服電機的繞組引出線和所述編碼器的引出線通過插頭引 出，并與伺服電機駔動器連接，所述插頭為航空插頭。 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點第一、極大地簡化了主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。它將電機集成到了主軸系 統(tǒng)內(nèi)，使主軸的旋轉(zhuǎn)軸與電機軸合二為一。這樣不僅簡化了系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)，而且提高了系統(tǒng)的剛性，降低了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，提高了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和高速性能。為主軸系統(tǒng)的高速化奠定了基礎(chǔ)。第二、伺服電機以其極佳的特性得到了廣泛的應(yīng)用，特別是它的 瞬時過裁能力，通常過栽時間可占總運行時間的10%，而力矩可達到 額定力錄的2到3艢。對于機床設(shè)備，這種瞬時的過栽能力是極為重要 的。在零件加工過程中，切削力會隨機突變，良好的瞬時過載能力， 可以很好的保證機床主軸在加工工件時的瞬態(tài)速度精度，實現(xiàn)主軸運 轉(zhuǎn)的平^牲.使褥加工工件的精度和表面光潔度得到極大的提高。第三、由于祠服電機采用稀土永磁材料做電機轉(zhuǎn)子，極大地提高 了電機的效率，而且電機的體積也大大降低了。這一技術(shù)方案可以節(jié) 約原材料和降低能耗，完全滿足國家綠色能源戰(zhàn)略要求。第四、軸承采用陶乾高速軸承，可以有效地避免電機電磁回路的形 成。徹底根除了髙速電機軸承的電蝕問題。附躅說明困1是本實用新型祠服電機高速電主軸系統(tǒng)的外形圖； 困2是本實用新型伺服電機離速電主軸系統(tǒng)的剖面圖。為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附閨和具體實施方式
對本發(fā)明作 進一步說明。
具體實施方式


圖1、 2中所示的附躪標記對應(yīng)的部件如下I- —夾頭組件； 2-—主軸旋轉(zhuǎn)軸或電機軸； 3-一密封環(huán)壓環(huán)； 4---主軸前軸承；5-一主軸殼體； 6定子鐵心和繞組；7---電機轉(zhuǎn)子； 8---主軸后軸承；9—-后端蓋緊定螺釘； 10-后端蓋；II- --前端蓋； 12—-編碼器； 13-一壓環(huán)； 14彈黃；15—-迷宮密封環(huán)； 16-—后蓋固定螺釘；17-—后蓋； 18---后蓋支撐螺柱；19---前蓋緊定螺釘； 20—-航空插頭墊塊；21---航空插頭； 22—-插頭固定螺釘；29—-電機繞組引出線； 參照附困1和2，本實用新型伺服電機驅(qū)動的高速電主軸系統(tǒng)由電 機軸2、電機轉(zhuǎn)子7、定子鐵心和繞組6、帶位置信號的編碼器12等 關(guān)鍵部儔組成.主抽系繞的主軸旋轉(zhuǎn)舳與所迷伺服電機軸合二為一， 主軸殼體5與所迷鐲叛電機的外殼合二為一，電機轉(zhuǎn)子為稀土材料永 磁體磁環(huán)。電機軸2同時也是電主軸系統(tǒng)的軸體，在電機軸2的前端，設(shè)置 有安裝工件的夾頭組件l，電機軸2由前軸承4和后軸承8支撐，軸 承4和8為陶瓷球軸承，由于陶瓷球軸承的應(yīng)用，切斷了由定子鐵心 6、轉(zhuǎn)子7、電機軸2、主軸殼體5形成的磁電回路，徹底根除了高速 電機軸承的電蝕問題，提高了軸承的壽命。主軸的后端，安裝有編碼 器12的轉(zhuǎn)動光柵碼盤(當用光柵編碼器時，采用轉(zhuǎn)動碼盤的夾緊套 緊固于電機軸上)或磁環(huán)(當用旋轉(zhuǎn)變壓器時，可用設(shè)置于軸端的緊 定螺釘21緊固于電機軸上)。對于主軸旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速低于10000rpm的 電主軸，編碼器可采用光柵編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。但對于速度超過 10000rmp的主軸旋轉(zhuǎn)軸，采用旋轉(zhuǎn)變壓器可靠性更高一些。在電機 軸2的前部，緊貼前軸承4，安裝有迷宮密封環(huán)15。迷宮密封環(huán)15 與電機軸2可采用過盈配合，緊固于電機軸上(結(jié)構(gòu)簡單，但不利于 拆卸)；或迷宮密封環(huán)15與電機軸2采用間隙配合，利用電機軸前 端部上的密封環(huán)壓環(huán)3壓緊，緊固于電機軸上(便于拆卸)。電主軸的前端蓋ll應(yīng)與密封環(huán)壓環(huán)3先同時安裝于電機軸2上。 然后用螺釘19緊固于電主軸殼體5上。在安裝電主軸的后端蓋IO之前，先安裝壓環(huán)13和預(yù)緊彈簧14。 后端蓋10由緊定螺釘9將其緊固于電主軸殼體5上。編碼器12用螺柱18緊固在后端蓋10上。編碼器圃周上設(shè)置有 緊定槽，其位置可在圃周方向上調(diào)整，便于伺服電機獲得最佳工作參 數(shù)。電主軸的后益17由緊定螺釘16緊固于后端蓋10的子口上。緊 定螺釘16檸在螺柱18后端的螺孔中。在后蓋17上，安裝有航空插 頭21。航空插頭21利用墊塊20和螺釘22緊固于后蓋17上。航空 插頭與伺服電機的電機繞組引出線29和編碼器12的引出線連接，用 于為伺服電機提供電源和獲得控制信號。伺服電機的電機繞組引出線 29和編碼器12的控制信號線也可通過其它插頭引出，或直接將電機 繞組引出線29和編碼器12信號線引出。顯而易見，在此描述的本實用新型可以有許多變化，這種變化不能 認為偏離本實用新型的精神和范圍。因此，所有對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而 易見的改變，都包括在本權(quán)利要求書的涵蓋范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種伺服電機驅(qū)動的高速電主軸系統(tǒng)，該電主軸系統(tǒng)包括內(nèi)置式伺服電機，所述電機包括電機軸、電機轉(zhuǎn)子、定子鐵心和繞組；編碼器；主軸旋轉(zhuǎn)軸；其中，所述電主軸系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)軸與所述伺服電機的電機軸合二為一；所述電主軸系統(tǒng)的外殼體與所述伺服電機的外殼合二為一。
2、 如權(quán)利要求1所述的電主軸系統(tǒng)，所述電機轉(zhuǎn)子采用稀土永磁 材料構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求2所述的電主軸系統(tǒng)，所述電機軸的前后部分別由 前軸承和后軸承支撐，所述軸承為陶瓷球軸承。
4、 如權(quán)利要求3所述的電主軸系統(tǒng)，所述前后軸承的外圏直接安 裝于所述電主軸系統(tǒng)的外殼體的兩個端蓋孔中。
5、 如權(quán)利要求3所述的電主軸系統(tǒng)，在所述電機軸的前部，緊 貼所述前軸承，安裝有迷宮密封環(huán)，所迷迷宮密封環(huán)與所迷電機軸采 用過盈配合，緊固于電機軸上；或者所述迷宮密封環(huán)與電機軸采用間 隙配合，利用電機軸前端部上的密封環(huán)壓環(huán)壓緊，緊固于所述電機軸 上。
6、 如權(quán)利要求3至5中任一項所述的電主軸系統(tǒng)，在所述后軸 承上設(shè)有壓環(huán)和一組彈簧，所述的壓環(huán)通過彈簧與所述的后軸承相連 接。
7、 如權(quán)利要求6所述的電主軸系統(tǒng)，所述編碼器用螺柱緊固在后 端蓋上，所述編碼器圓周上設(shè)置有緊定槽。
8、 如權(quán)利要求6所述的電主軸系統(tǒng)，所述伺服電機的繞組引出線 和所述編碼器的引出線直接從所述電主軸系統(tǒng)的后蓋的側(cè)面孔中引出。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電主軸系統(tǒng)，所述的編碼器采用 光柵編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器和旋轉(zhuǎn)變壓器。
10、 如權(quán)利要求8所述的電主軸系統(tǒng)，所述伺服電機的繞組引出 線和所述編碼器的引出線通過插頭引出，并與伺服電機驅(qū)動器連接。
專利摘要本實用新型公開了一種伺服電機驅(qū)動的高速電主軸系統(tǒng)，該電主軸系統(tǒng)包括內(nèi)置式伺服電機，所述電機包括電機軸、電機轉(zhuǎn)子、定子鐵心和繞組；編碼器；主軸旋轉(zhuǎn)軸；其中，所述電主軸系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)軸與所述伺服電機的電機軸合二為一；所述伺服電機的引入，使所述電主軸系統(tǒng)具有良好的瞬時過載能力，可以很好的保證機床主軸在加工工件時的瞬態(tài)速度精度，實現(xiàn)主軸運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，并使得加工工件的精度和表面光潔度得到極大的提高。
文檔編號B23Q5/10GK201079909SQ20072014310
公開日2008年7月2日 申請日期2007年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月9日
發(fā)明者強 葉, 波 金 申請人:北京森創(chuàng)電機技術(shù)有限公司