一種切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，包括刀具主軸、定子軛部套筒、動子齒極套筒、定子端蓋、以及定子部件；所述定子軛部套筒的一端固定于主軸箱內(nèi)，定子部件沿軸向依次設(shè)置于定子軛部套筒內(nèi)，定子部件的兩端分別設(shè)有第一隔磁鋁環(huán)及第二隔磁鋁環(huán)，第一隔磁鋁環(huán)固定于定子軛部套筒的內(nèi)側(cè)，定子端蓋分別與第二隔磁鋁環(huán)及定子軛部套筒的另一端固定連接，刀具主軸的端部穿過主軸箱插入于定子部件內(nèi)，動子齒極套筒套接于刀具主軸的端部，動子齒極套筒的兩端分別設(shè)有第三隔磁鋁環(huán)及第四隔磁鋁環(huán)，第三隔磁鋁環(huán)及第四隔磁鋁環(huán)均套接于刀具主軸上。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)刀具進(jìn)給的變頻振動。
【專利說明】一種切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于切削加工機(jī)床刀具進(jìn)給驅(qū)動領(lǐng)域，具體涉及一種切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前的切削加工研究發(fā)現(xiàn)，對切削刀具在進(jìn)給過程中施加軸向振動，能有效降低金屬切削阻力，大大提高切削質(zhì)量和效率，傳統(tǒng)切削機(jī)床刀具的進(jìn)給運(yùn)動由“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”的驅(qū)動方式實(shí)現(xiàn)，若要實(shí)現(xiàn)軸向振動需要伺服電機(jī)頻繁正反轉(zhuǎn)，不僅電機(jī)發(fā)熱量大，而且絲杠副滑動摩擦噪聲大大增加，磨損厲害；新型的刀具進(jìn)給系統(tǒng)采用永磁同步直線電機(jī)直接驅(qū)動的方式，有效降低摩擦噪聲，但由于電機(jī)動子上安裝有永磁體，變頻振動使永磁體溫度大大升高，容易產(chǎn)生退磁現(xiàn)象，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，因此，現(xiàn)有的切削機(jī)床刀具進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變頻振動的施加存在非常大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，該電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)刀具進(jìn)給的變頻振動。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)包括刀具主軸、定子軛部套筒、動子齒極套筒、定子端蓋、以及定子部件；
[0005]所述定子軛部套筒的一端固定于主軸箱內(nèi)，定子部件沿軸向設(shè)置于定子軛部套筒內(nèi)，定子部件的兩端分別設(shè)有第一隔磁鋁環(huán)及第二隔磁鋁環(huán)，第一隔磁鋁環(huán)固定于定子軛部套筒的內(nèi)側(cè)，定子端蓋分別與第二隔磁鋁環(huán)及定子軛部套筒的另一端固定連接，刀具主軸的端部穿過主軸箱插入于定子部件內(nèi)，動子齒極套筒套接于刀具主軸的端部，動子齒極套筒的兩端分別設(shè)有第三隔磁鋁環(huán)及第四隔磁鋁環(huán)，第三隔磁鋁環(huán)及第四隔磁鋁環(huán)均套接于刀具主軸上；
[0006]所述定子部件由若干定子模塊組成，各定子模塊沿軸向設(shè)置于定子軛部套筒內(nèi)，定子模塊包括左定子齒環(huán)、右定子齒環(huán)、繞組線圈及永磁體，永磁體的一側(cè)面與左定子齒環(huán)的一側(cè)面相接觸，左定子齒環(huán)的另一側(cè)面與右定子齒環(huán)的一側(cè)面相接觸，右定子齒環(huán)的另一側(cè)面與下一個定子模塊中永磁體的另一側(cè)面相接觸，各定子模塊中的永磁體均沿軸向磁化，相鄰兩個定子模塊中永磁體的磁化方向相反，右定子齒環(huán)在與左定子齒環(huán)的接觸面上設(shè)有環(huán)形凹槽，繞組線圈纏繞于定子模塊中右定子齒環(huán)與相鄰定子模塊中永磁鐵及左定子齒環(huán)形成的整體結(jié)構(gòu)上，相鄰的三個繞組線圈為一組三相繞組，所有三相繞組中相同相的繞組線圈沿軸向串聯(lián)連接。
[0007]還包括用于對刀具主軸起導(dǎo)向作用的滑鍵，滑鍵穿過主軸箱沿刀具主軸的軸向設(shè)置。
[0008]還包括微沖位移傳感器及標(biāo)尺滑桿，標(biāo)尺滑桿的一端穿過定子端蓋插入于刀具主軸內(nèi)，標(biāo)尺滑桿的另一端與微沖位移傳感器相連接，微沖位移傳感器固定于定子端蓋上。[0009]所述第四隔磁鋁環(huán)通過鎖緊螺母軸向固定于刀具主軸的端部。
[0010]所述刀具主軸的端面上設(shè)有定位磁環(huán)，標(biāo)尺滑桿穿過所述定位磁環(huán)。
[0011]所述第一隔磁鋁環(huán)通過外螺紋螺母固定于定子軛部套筒的內(nèi)壁上。
[0012]所述繞組線圈為圓環(huán)餅狀結(jié)構(gòu)。
[0013]所述定子軛部套筒的外壁上設(shè)有凸緣，所述凸緣卡接于主軸箱的內(nèi)壁上。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]本發(fā)明所述切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)直接通過驅(qū)動刀具主軸進(jìn)行軸向進(jìn)給，省去一切中間傳動環(huán)節(jié)，使整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，效率高，動態(tài)響應(yīng)快。同時，所述切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)通過輸入帶諧波分量的正弦波電流能產(chǎn)生諧波脈動推力，通過改變諧波分量的頻率和幅值，實(shí)現(xiàn)刀具主軸的軸向變頻振動，振動施加的方式簡單，摩擦噪聲小，因此，本發(fā)明的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)可應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)各類切削機(jī)床刀具軸向進(jìn)給的同時施加變頻振動，從而提高切削機(jī)床的加工質(zhì)量和效率。另外，以動子齒極套筒作為動子部件，魯棒性強(qiáng)，定子模塊包括永磁體及繞組線圈，有利于散熱。
[0016]進(jìn)一步，通過標(biāo)尺滑桿及微沖位移傳感器獲取本發(fā)明所述的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)的直線位置及速度，為實(shí)現(xiàn)高精度快速響應(yīng)反饋控制奠定基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明中定子部件及動子齒極套筒9的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明輸入帶諧波分量的電樞電流波形圖；
[0020]圖4為本發(fā)明在輸入電流波形后產(chǎn)生的輸出推力波形圖。
[0021]其中，I為刀具主軸、2為主軸箱、3為滑鍵、4為定子軛部套筒、5為永磁體、6為左定子齒環(huán)、7為右定子齒環(huán)、8為繞組線圈、9為動子齒極套筒、101為第一隔磁鋁環(huán)、102為第二隔磁鋁環(huán)、103為第三隔磁鋁環(huán)、104為第四隔磁鋁環(huán)、11為定子端蓋、12為鎖緊螺母、13為定位磁環(huán)、14為標(biāo)尺滑桿、15為微沖位移傳感器、16為外螺紋螺母。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0023]參考圖1及圖2，切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)包括刀具主軸
1、定子軛部套筒4、動子齒極套筒9、定子端蓋11、以及定子部件；
[0024]所述定子軛部套筒4的一端固定于主軸箱2內(nèi)，定子部件沿軸向設(shè)置于定子軛部套筒4內(nèi)，定子部件的兩端分別設(shè)有第一隔磁鋁環(huán)101及第二隔磁鋁環(huán)102，第一隔磁鋁環(huán)101固定于定子軛部套筒4的內(nèi)側(cè)，定子端蓋11分別與第二隔磁鋁環(huán)102及定子軛部套筒4的另一端固定連接,刀具主軸I的端部穿過主軸箱2插入于定子部件內(nèi)，動子齒極套筒9套接于刀具主軸I的端部，動子齒極套筒9的兩端分別設(shè)有第三隔磁鋁環(huán)103及第四隔磁鋁環(huán)104，第三隔磁鋁環(huán)103及第四隔磁鋁環(huán)104均套接于刀具主軸I上；
[0025]所述定子部件由若干定子模塊組成，各定子模塊沿軸向設(shè)置于定子軛部套筒4內(nèi)，定子模塊包括左定子齒環(huán)6、右定子齒環(huán)7、繞組線圈8及永磁體5，永磁體5的一側(cè)面與左定子齒環(huán)6的一側(cè)面相接觸，左定子齒環(huán)6的另一側(cè)面與右定子齒環(huán)7的一側(cè)面相接觸，右定子齒環(huán)7的另一側(cè)面與下一個定子模塊中永磁體5的另一側(cè)面相接觸，各定子模塊中的永磁體5均沿軸向磁化,相鄰兩個定子模塊中永磁體5的磁化方向相反,右定子齒環(huán)7在與左定子齒環(huán)6的接觸面上設(shè)有環(huán)形凹槽，繞組線圈8纏繞于定子模塊中右定子齒環(huán)7與相鄰定子模塊中永磁鐵及左定子齒環(huán)6形成的整體結(jié)構(gòu)上，相鄰的三個繞組線圈8為一組三相繞組，所有三相繞組中相同相的繞組線圈8沿軸向串聯(lián)連接。另外，本發(fā)明還包括微沖位移傳感器15、標(biāo)尺滑桿14以及用于對刀具主軸I起導(dǎo)向作用的滑鍵3，滑鍵3穿過主軸箱2沿刀具主軸I的軸向設(shè)置。
[0026]需要說明的是，所述標(biāo)尺滑桿14的一端穿過定子端蓋11插入于刀具主軸I內(nèi)，標(biāo)尺滑桿14的另一端與微沖位移傳感器15相連接，微沖位移傳感器15固定于定子端蓋11上，第四隔磁鋁環(huán)104通過鎖緊螺母12軸向固定于刀具主軸I的端部，刀具主軸I的端面上設(shè)有定位磁環(huán)13，標(biāo)尺滑桿14穿過所述定位磁環(huán)13，第一隔磁鋁環(huán)101通過外螺紋螺母16固定于定子軛部套筒4的內(nèi)壁上，繞組線圈8為圓環(huán)餅狀結(jié)構(gòu)，定子軛部套筒4的外壁上設(shè)有凸緣，所述凸緣卡接于主軸箱2的內(nèi)壁上。
[0027]本發(fā)明的工作原理如下所示:
[0028]所述刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)的定子鐵心為由左定子齒環(huán)6及右定子齒環(huán)7構(gòu)成的U形模塊，軸向充磁的永磁體5間隔放置在兩個U形鐵心模塊之間，且相鄰兩個永磁體5充磁方向相反，繞組線圈8纏繞于定子模塊中右定子齒環(huán)7與相鄰定子模塊中永磁鐵及左定子齒環(huán)6形成的整體結(jié)構(gòu)上，從而形成“三文治”結(jié)構(gòu)，設(shè)任意一個定子模塊中右定子齒環(huán)7與相鄰定子模塊中永磁鐵及左定子齒環(huán)6形成一個定子齒，當(dāng)動子齒極套筒9上的動子齒極與定子齒對齊時，繞組線圈8的匝鏈磁通達(dá)到最大；當(dāng)動子齒極淘套筒上動子齒極向前移動與相鄰的定子齒對齊時，繞組線圈8的匝鏈磁通方向反轉(zhuǎn)且達(dá)到最大，在兩個位置之間的繞組線圈8的匝鏈磁通呈正弦波變化，因此刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)的控制方法與傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)相同，對三相繞組線圈8輸入三相正弦波電流，輸出穩(wěn)定的電磁推力驅(qū)動電機(jī)動子沿軸向運(yùn)動。
[0029]當(dāng)繞組線圈8輸入帶諧波分量的正弦波電流時，輸出推力含諧波脈動分量，以5次諧波分量為例，如圖3所示，在三相正弦波基波上疊加5次諧波分量的電流，輸入到三相繞組線圈8中，廣生的輸出推力如圖4所不，在穩(wěn)定的基波電磁推力上置加有幅度和頻率穩(wěn)定的推力脈動，通過改變電流諧波分量的幅值和頻率，輸出的推力脈動幅度和頻率也相應(yīng)改變，實(shí)現(xiàn)變頻振動。
[0030]另外，在所述的刀具主軸I的端部設(shè)置有定位磁環(huán)13，標(biāo)尺滑桿14穿過所述定位磁環(huán)13插入于所述刀具主軸I內(nèi)，微沖位移傳感器15設(shè)置在定子端蓋11上并與標(biāo)尺滑桿14連接，所述微沖位移傳感器15通過定位磁環(huán)13在所述標(biāo)尺滑桿14的相對位置測量所述本發(fā)明的的速度和位移。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，其特征在于，包括刀具主軸(1)、定子軛部套筒(4)、動子齒極套筒(9)、定子端蓋(11)、以及定子部件； 所述定子軛部套筒(4)的一端固定于主軸箱(2)內(nèi)，定子部件沿軸向設(shè)置于定子軛部套筒(4)內(nèi)，定子部件的兩端分別設(shè)有第一隔磁鋁環(huán)(101)及第二隔磁鋁環(huán)(102)，第一隔磁鋁環(huán)(101)固定于定子軛部套筒(4)的內(nèi)側(cè)，定子端蓋(11)分別與第二隔磁鋁環(huán)(102)及定子軛部套筒(4)的另一端固定連接，刀具主軸(1)的端部穿過主軸箱(2)插入于定子部件內(nèi)，動子齒極套筒(9)套接于刀具主軸(1)的端部，動子齒極套筒(9)的兩端分別設(shè)有第三隔磁鋁環(huán)(103)及第四隔磁鋁環(huán)(104)，第三隔磁鋁環(huán)(103)及第四隔磁鋁環(huán)(104)均套接于刀具主軸(1)上； 所述定子部件由若干定子模塊組成，各定子模塊沿軸向設(shè)置于定子軛部套筒(4)內(nèi)，定子模塊包括左定子齒環(huán)(6)、右定子齒環(huán)(7)、繞組線圈(8)及永磁體(5)，永磁體(5)的一側(cè)面與左定子齒環(huán)(6)的一側(cè)面相接觸，左定子齒環(huán)(6)的另一側(cè)面與右定子齒環(huán)(7)的一側(cè)面相接觸，右定子齒環(huán)(7)的另一側(cè)面與下一個定子模塊中永磁體(5)的另一側(cè)面相接觸，各定子模塊中的永磁體(5)均沿軸向磁化，相鄰兩個定子模塊中永磁體(5)的磁化方向相反，右定子齒環(huán)(7)在與左定子齒環(huán)(6)的接觸面上設(shè)有環(huán)形凹槽，繞組線圈(8)纏繞于定子模塊中右定子齒環(huán)(7)與相鄰定子模塊中永磁鐵及左定子齒環(huán)(6)形成的整體結(jié)構(gòu)上，相鄰的三個繞組線圈(8)為一組三相繞組，所有三相繞組中相同相的繞組線圈(8)沿軸向串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，其特征在于，還包括用于對刀具主軸(1)起導(dǎo)向作用的滑鍵(3)，滑鍵(3)穿過主軸箱(2)沿刀具主軸1的軸向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，其特征在于，還包括微沖位移傳感器(15)及標(biāo)尺滑桿(14)，標(biāo)尺滑桿(14)的一端穿過定子端蓋(11)插入于刀具主軸(1)內(nèi)，標(biāo)尺滑桿(14)的另一端與微沖位移傳感器(15)相連接，微沖位移傳感器(15)固定于定子端蓋(11)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，其特征在于，所述第四隔磁鋁環(huán)(104)通過鎖緊螺母(12)軸向固定于刀具主軸(1)的端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，其特征在于，所述刀具主軸(1)的端面上設(shè)有定位磁環(huán)(13)，標(biāo)尺滑桿(14)穿過所述定位磁環(huán)(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，其特征在于，所述第一隔磁鋁環(huán)(101)通過外螺紋螺母(16)固定于定子軛部套筒(4)的內(nèi)壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，其特征在于，所述繞組線圈(8)為圓環(huán)餅狀結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削機(jī)床的刀具變頻振動用的諧波推力直線電機(jī)，其特征在于，所述定子軛部套筒(4)的外壁上設(shè)有凸緣，所述凸緣卡接于主軸箱(2)的內(nèi)壁上。
【文檔編號】B23B19/02GK103934718SQ201410136472
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】趙升噸, 梁錦濤, 李泳嶧, 范淑琴, 趙永強(qiáng) 申請人:西安交通大學(xué)