專利名稱：自消振電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，尤其涉及一種自消振電主軸。
背景技術(shù)：
電主軸是將主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)合為一體的零傳動(dòng)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(jiǎn)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(lái)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(duì)機(jī)床電主軸的性能也提出了越來(lái)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，特別是在重載高效切削時(shí)，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(guò)滾動(dòng)軸承支撐定位于電機(jī)定子，受滾動(dòng)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(dòng)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(wú)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(duì)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(guò)程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時(shí)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。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種自消振電主軸，可消除在高速切削過(guò)程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時(shí)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。本實(shí)用新型的自消振電主軸，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，主軸通過(guò)滾動(dòng)軸承支撐定位于伺服電機(jī)的機(jī)座，位于主軸與伺服電機(jī)的機(jī)座之間還設(shè)置有用于消除主軸徑向顫振的交流二自由度磁軸承；所述交流二自由度磁軸承設(shè)置有可控制其徑向懸浮力的伺服控制系統(tǒng)；所述伺服控制系統(tǒng)為可感應(yīng)主軸徑向顫振并產(chǎn)生與顫振強(qiáng)度相應(yīng)的控制電流的閉環(huán)控制系統(tǒng)。進(jìn)一步，所述交流二自由度磁軸承近于主軸工作端設(shè)置；進(jìn)一步，所述交流二自由度磁軸承包括軸承轉(zhuǎn)子、徑向控制線圈、徑向定子和永磁體；進(jìn)一步，所述伺服控制系統(tǒng)包括徑向位移傳感器、DSP控制器和三相功率逆變器，其中徑向位移傳感器用于感應(yīng)主軸的徑向顫振并產(chǎn)生電信號(hào)傳輸給所述DSP控制器，DSP控制器對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)傳輸給三相功率逆變器控制交流二自由度磁軸承的徑向控制線圈；進(jìn)一步，所述主軸通過(guò)過(guò)渡輪與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子集成為一體，所述過(guò)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。本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的自消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(guò)控制磁軸承的懸浮力大小可對(duì)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(guò)程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時(shí)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。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示:本實(shí)施例的自消振電主軸，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，主軸I通過(guò)滾動(dòng)軸承3支撐定位于伺服電機(jī)的機(jī)座10，位于主軸I與伺服電機(jī)的機(jī)座10之間還設(shè)置有用于消除主軸I徑向顫振的交流二自由度磁軸承4 ;所述交流二自由度磁軸承4設(shè)置有可控制其徑向懸浮力的伺服控制系統(tǒng)；所述伺服控制系統(tǒng)為可感應(yīng)主軸I徑向顫振并產(chǎn)生與顫振強(qiáng)度相應(yīng)的控制電流的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)給交流二自由度磁軸承4提供相應(yīng)大小的控制電流使交流二自由度磁軸承4對(duì)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(guò)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(shí)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，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制精確，自動(dòng)化程度高，另外交流二自由度磁軸承4具有轉(zhuǎn)速高、功耗低、無(wú)摩擦、無(wú)磨損、無(wú)需潤(rùn)滑和密封以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例中，所述交流二自由度磁軸承4近于主軸I工作端設(shè)置，如圖所示，交流二自由度磁軸承4挨于靠近主軸I工作端的滾動(dòng)軸承3的內(nèi)側(cè)設(shè)置，使由主軸I工作端產(chǎn)生的顫振易于被交流二自由度磁軸承4吸收消除，降低系統(tǒng)功耗。本實(shí)施例中，所述交流二自由度磁軸承4包括軸承轉(zhuǎn)子4a、徑向控制線圈4b、徑向定子4c和永磁體4d,徑向控制線圈4b和永磁體4d位于徑向定子4c內(nèi)側(cè)沿圓周方向均勻相間分布形成多個(gè)凸極，永磁體4d米用徑向充磁產(chǎn)生靜態(tài)偏磁通,氣隙磁感應(yīng)大小相等，在徑向控制線圈4b中通以三相交流電產(chǎn)生控制磁通，與靜態(tài)偏磁磁通在同一平面內(nèi)，徑向控制線圈4b中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的合成磁通來(lái)調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)的大小和方向，確保軸承轉(zhuǎn)子4a處于徑向懸浮的平衡位置，對(duì)主軸I進(jìn)行徑向定位，通過(guò)改變徑向控制線圈4b中的電流可調(diào)節(jié)主軸I的定位精度和剛度。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、DSP控制器7和三相功率逆變器8，其中徑向位移傳感器6用于感應(yīng)主軸I的徑向顫振并產(chǎn)生電信號(hào)傳輸給所述DSP控制器7，DSP控制器7對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)傳輸給三相功率逆變器8控制交流二自由度磁軸承4的徑向控制線圈4b,形成自消振閉環(huán)控制系統(tǒng),通過(guò)感應(yīng)主軸I的徑向顫振形成相應(yīng)大小的控制電流供給交流二自由度磁軸承4的徑向控制線圈4b產(chǎn)生可消除主軸I的徑向顫振的懸浮力，提高主軸I的定位精度及剛度，提高加工功率和品質(zhì)，自動(dòng)化程度高。[0018]本實(shí)施例中，所述主軸I通過(guò)過(guò)渡輪9與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子2集成為一體，所述過(guò)渡輪9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(guò)設(shè)置過(guò)渡輪9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10內(nèi)圓周設(shè)置定子5,機(jī)座10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11，冷卻水夾套11的冷卻水進(jìn)口 Ila和冷卻水出口 Ilb設(shè)置在機(jī)座10上，通過(guò)向冷卻水夾套11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(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種自消振電主軸，包括伺服電機(jī)和主軸(1)，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，主軸(I)通過(guò)滾動(dòng)軸承⑶支撐定位于伺服電機(jī)的機(jī)座(10)，位于主軸⑴與伺服電機(jī)的機(jī)座(10)之間還設(shè)置有用于消除主軸(I)徑向顫振的交流二自由度磁軸承(4);所述交流二自由度磁軸承(4)設(shè)置有可控制其徑向懸浮力的伺服控制系統(tǒng)；所述伺服控制系統(tǒng)為可感應(yīng)主軸(I)徑向顫振并產(chǎn)生與顫振強(qiáng)度相應(yīng)的控制電流的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自消振電主軸，其特征在于:所述交流二自由度磁軸承(4)近于主軸(I)工作端設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自消振電主軸，其特征在于:所述交流二自由度磁軸承(4)包括軸承轉(zhuǎn)子(4a)、徑向控制線圈(4b)、徑向定子(4c)和永磁體(4d)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自消振電主軸，其特征在于:所述伺服控制系統(tǒng)包括徑向位移傳感器出)、DSP控制器(7)和三相功率逆變器(8)，其中徑向位移傳感器(6)用于感應(yīng)主軸(I)的徑向顫振并產(chǎn)生電信號(hào)傳輸給所述DSP控制器(7)，DSP控制器(7)對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)傳輸給三相功率逆變器(8)控制交流二自由度磁軸承(4)的徑向控制線圈(4b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自消振電主軸，其特征在于:所述主軸⑴通過(guò)過(guò)渡輪(9)與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2)集成為一體，所述過(guò)渡輪(9)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所述的自消振電主軸，其特征在于:伺服電機(jī)的機(jī)座(10)內(nèi)圓周設(shè)置定子(5)，機(jī)座(10)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(11)，冷卻水夾套(11)的冷卻水進(jìn)口(Ila)和冷卻水出口(Ilb)設(shè)置在機(jī)座(10)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自消振電主軸，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，主軸通過(guò)滾動(dòng)軸承支撐定位于伺服電機(jī)的機(jī)座，位于主軸與伺服電機(jī)的機(jī)座之間還設(shè)置有用于消除主軸徑向顫振的交流二自由度磁軸承；所述交流二自由度磁軸承設(shè)置有可控制其徑向懸浮力的伺服控制系統(tǒng)；所述伺服控制系統(tǒng)為可感應(yīng)主軸徑向顫振并產(chǎn)生與顫振強(qiáng)度相應(yīng)的控制電流的閉環(huán)控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型的自消振電主軸通過(guò)控制磁軸承的懸浮力大小可對(duì)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(guò)程中所產(chǎn)生的切削顫振，提高加工功率和品質(zhì)，進(jìn)而提高單位時(shí)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(hào)B23Q5/10GK203061896SQ201220747688
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:丁叢華