專利名稱：無顫振電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，尤其涉及一種無顫振電主軸。
背景技術(shù)：
電主軸是將主軸與電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)合為一體的零傳動結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、噪音低和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)速高、功率大，可簡化機(jī)床設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)主軸定位，電主軸最早是用在磨床上，后來發(fā)展到加工中心，隨著機(jī)床技術(shù)、高速切削技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要，人們對機(jī)床電主軸的性能也提出了越來越高的要求，電主軸向高速大功率、高精度、高剛度、精確定向和超高速方向發(fā)展，就必須保證其動態(tài)穩(wěn)定性，特別是在重載高效切削時，加工穩(wěn)定性的界限就表示為是否發(fā)生顫振，現(xiàn)有技術(shù)的電主軸，其主軸通過滾動軸承支撐定位于電機(jī)定子，受滾動軸承剛度及配合間隙的影響，在高效切削中，主軸受自激振動限制的轉(zhuǎn)速通常為2000(T30000r/min，加工質(zhì)量和加工經(jīng)濟(jì)性無法滿足高速切削技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要。因此，需對現(xiàn)有技術(shù)的電主軸結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，消除在高速切削過程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高電主軸的加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時間內(nèi)的切削量，以滿足高速切削技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種無顫振電主軸，可消除在高速切削過程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高電主軸的加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時間內(nèi)的切削量，滿足高速切削技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要。本發(fā)明的無顫振電主軸，包括伺服電機(jī)和主軸，所述主軸與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子集成為一體，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置于主軸中段且主軸通過滾動軸承和磁軸承支撐定位于伺服電機(jī)的機(jī)座，所述磁軸承設(shè)置有可控制其徑向懸浮力的伺服控制系統(tǒng)。進(jìn)一步，所述磁軸承相對于滾動軸承近于主軸的工作端設(shè)置；進(jìn)一步，所述磁軸承為交直流三自由度混合磁軸承，包括軸承轉(zhuǎn)子、徑向控制線圈、徑向定子、永磁體、軸向控制線圈和軸向定子；進(jìn)一步，所述伺服控制系統(tǒng)包括徑向位移傳感器、軸向位移傳感器、DSP控制器、三相功率逆變器和直流開關(guān)功率放大器，其中徑向位移傳感器和軸向位移傳感器分別相應(yīng)的用于感應(yīng)主軸的徑向位移和軸向位移并產(chǎn)生電信號傳輸給所述DSP控制器，DSP控制器對所述電信號進(jìn)行處理后輸出相應(yīng)控制信號傳輸給三相功率逆變器控制三自由度混合磁軸承的徑向控制線圈或傳輸給直流開關(guān)功率放大器控制三自由度混合磁軸承的軸向控制線圈；進(jìn)一步，所述主軸通過過渡輪與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子集成為一體，所述過渡輪的內(nèi)圓與主軸固定配合，外圓與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定配合；進(jìn)一步,伺服電機(jī)的機(jī)座內(nèi)圓周設(shè)置定子，機(jī)座與定子之間在伺服電機(jī)的圓周方向設(shè)置冷卻水夾套，冷卻水夾套的冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口設(shè)置在機(jī)座上。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的無顫振電主軸位于主軸與伺服電機(jī)定子之間設(shè)置有懸浮力可調(diào)的磁軸承，通過控制磁軸承的懸浮力大小可對主軸的定位精度及剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)，消除在高速切削過程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高電主軸的加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時間內(nèi)的切削量，滿足高速切削技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示本實(shí)施例的無顫振電主軸，包括伺服電機(jī)和主軸1，所述主軸I與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子2集成為一體，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子2設(shè)置于主軸I中段且主軸I通過滾動軸承3和磁軸承4支撐定位于伺服電機(jī)的機(jī)座12，所述磁軸承4設(shè)置有可控制其徑向懸浮力的伺服控制系統(tǒng)，通過控制磁軸承的懸浮力大小可對主軸I的定位精度及剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)，消除在高速切削過程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高電主軸的加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時間內(nèi)的切削量，滿足高速切削技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要，另外磁軸承4具有轉(zhuǎn)速高、功耗低、無摩擦、無磨損、無需潤滑和密封以及壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例中，所述磁軸承4相對于滾動軸承3近于主軸I的工作端設(shè)置，使由主軸I工作端產(chǎn)生的顫振易于被磁軸承4吸收消除，降低系統(tǒng)功耗。本實(shí)施例中，所述磁軸承4為交直流三自由度混合磁軸承，包括軸承轉(zhuǎn)子4a、徑向控制線圈4b、徑向定子4c、永磁體4d、軸向控制線圈4e和軸向定子4f,可對主軸I進(jìn)行徑向和軸向定位，主軸I剛性好，結(jié)構(gòu)緊湊。本實(shí)施例中，所述伺服控制系統(tǒng)包括徑向位移傳感器6、軸向位移傳感器7、DSP控制器8、三相功率逆變器9和直流開關(guān)功率放大器10，其中徑向位移傳感器6和軸向位移傳感器7分別相應(yīng)的用于感應(yīng)主軸I的徑向位移和軸向位移并產(chǎn)生電信號傳輸給所述DSP控制器8，DSP控制器8對所述電信號進(jìn)行處理后輸出相應(yīng)控制信號傳輸給三相功率逆變器9控制三自由度混合磁軸承的徑向控制線圈4b或傳輸給直流開關(guān)功率放大器10控制三自由度混合磁軸承的軸向控制線圈4e，形成自消振控制系統(tǒng)，自動化程度高，采用三相功率逆變器9可減小系統(tǒng)功率放大電路體積，降低系統(tǒng)成本，降低功率放大電路功耗，提高系統(tǒng)工作效率。本實(shí)施例中，所述主軸I通過過渡輪11與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子2集成為一體，所述過渡輪11的內(nèi)圓與主軸I固定配合，外圓與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子2固定配合，通過設(shè)置過渡輪11使主軸I與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子2不直接接觸配合，可有效防止因主軸I顫振而損壞伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子2的內(nèi)圓結(jié)構(gòu)，降低維修成本。本實(shí)施例中，伺服電機(jī)的機(jī)座12內(nèi)圓周設(shè)置定子5,機(jī)座12與定子5之間在伺服電機(jī)的圓周方向設(shè)置冷卻水夾套13，冷卻水夾套13的冷卻水進(jìn)口 13a和冷卻水出口 13b設(shè)置在機(jī)座12上，通過向冷卻水夾套13注入循環(huán)冷卻水可降低伺服電機(jī)工作溫度，避免各部件在高溫狀態(tài)下發(fā)生變形而影響配合精度，利于提高電主軸的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種無顫振電主軸，包括伺服電機(jī)和主軸(I)，其特征在于所述主軸(I)與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2)集成為一體，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2)設(shè)置于主軸(I)中段且主軸(I)通過滾動軸承(3)和磁軸承(4)支撐定位于伺服電機(jī)的機(jī)座(12)，所述磁軸承(4)設(shè)置有可控制其徑向懸浮力的伺服控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無顫振電主軸，其特征在于所述磁軸承(4)相對于滾動軸承(3)近于主軸(I)的工作端設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無顫振電主軸，其特征在于所述磁軸承(4)為交直流三自由度混合磁軸承，包括軸承轉(zhuǎn)子(4a)、徑向控制線圈(4b)、徑向定子(4c)、永磁體(4d)、軸向控制線圈(4e)和軸向定子(4f)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無顫振電主軸，其特征在于所述伺服控制系統(tǒng)包括徑向位移傳感器出)、軸向位移傳感器(7)、DSP控制器(8)、三相功率逆變器(9)和直流開關(guān)功率放大器(10)，其中徑向位移傳感器(6)和軸向位移傳感器(7)分別相應(yīng)的用于感應(yīng)主軸(I)的徑向位移和軸向位移并產(chǎn)生電信號傳輸給所述DSP控制器(8),DSP控制器(8)對所述電信號進(jìn)行處理后輸出相應(yīng)控制信號傳輸給三相功率逆變器(9)控制三自由度混合磁軸承的徑向控制線圈(4b)或傳輸給直流開關(guān)功率放大器(10)控制三自由度混合磁軸承的軸向控制線圈(4e) ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無顫振電主軸，其特征在于所述主軸(I)通過過渡輪(11) 與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2)集成為一體，所述過渡輪(11)的內(nèi)圓與主軸(I)固定配合，外圓與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2)固定配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無顫振電主軸，其特征在于伺服電機(jī)的機(jī)座(5)內(nèi)圓周設(shè)置定子(5)，機(jī)座(12)與定子(5)之間在伺服電機(jī)的圓周方向設(shè)置冷卻水夾套(13)，冷卻水夾套(13)的冷卻水進(jìn)口(13a)和冷卻水出口(13b)設(shè)置在機(jī)座(12)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無顫振電主軸，包括伺服電機(jī)和主軸，所述主軸與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子集成為一體，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置于主軸中段且主軸通過滾動軸承和磁軸承支撐定位于伺服電機(jī)的定子，所述磁軸承設(shè)置有可控制其徑向懸浮力的伺服控制系統(tǒng)，本發(fā)明的無顫振電主軸通過控制磁軸承的懸浮力大小可對主軸的定位精度及剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)，消除在高速切削過程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高電主軸的加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時間內(nèi)的切削量，滿足高速切削技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要。
文檔編號B23Q5/10GK103042237SQ20121058414
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者丁叢華 申請人:丁叢華