專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于含液壓軸承的研磨機(jī)的無(wú)刷主軸電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種用于加工凸輪軸、曲軸、或類(lèi)似工件的研磨機(jī)。
2.先有技術(shù)研磨機(jī)的主軸傳統(tǒng)上是靠感應(yīng)電機(jī)或者直流(DC)電機(jī)經(jīng)皮帶驅(qū)動(dòng)。利用這些先有技術(shù)電機(jī)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是這樣的，皮帶必須用以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)研磨砂輪和主軸。皮帶的力強(qiáng)加于主軸上導(dǎo)致皮帶的磨損和污垢而且使速度受到限制，還使機(jī)械效率低并有振動(dòng)。雖然這種皮帶驅(qū)動(dòng)可以在降低制造費(fèi)用和簡(jiǎn)化電氣控制方面獲益，但這類(lèi)的皮帶驅(qū)動(dòng)是有害的，因?yàn)楫?dāng)速度超過(guò)3000轉(zhuǎn)/分時(shí)，就出現(xiàn)噪聲并損壞。
發(fā)明概要本發(fā)明通過(guò)利用永磁式無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)研磨機(jī)的砂輪主軸，以克服先有技術(shù)的缺陷。對(duì)于給定功率而言，這種永磁式電機(jī)較之先有技術(shù)的感應(yīng)式電機(jī)占有較小的空間，且這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子沒(méi)有感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的那么多的熱量。研磨機(jī)的主軸與砂輪基座罩之間裝置液壓油膜軸承(Hydrostatic film bearings)。用做液壓油膜軸承的同一液體通過(guò)電機(jī)冷卻護(hù)套進(jìn)行循環(huán)，以便把旋轉(zhuǎn)主軸上的熱量帶走，這有助于維持整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的極小的溫度梯度。只要機(jī)器部件之間存在明顯的溫差，軸承的間隙就可能消失或者砂輪頭就將變形。
此外，本發(fā)明的永磁式電機(jī)是以懸臂方式安裝在主軸軸承上，因而簡(jiǎn)化了裝配。而且，這種結(jié)構(gòu)使電機(jī)能運(yùn)轉(zhuǎn)在一個(gè)沒(méi)有軸承產(chǎn)生的油霧的環(huán)境中。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的其它目的、性能和優(yōu)點(diǎn)將從下面結(jié)合附圖所描述的最佳實(shí)施例而很容易明白。其中，同樣的參考字符表示同樣的或者相應(yīng)的部件，雖然有些變化和改型，但并不會(huì)改變本發(fā)明所公開(kāi)的新穎概念的精神和范圍，其中

圖1是裝在主軸上的電機(jī)的剖面圖，包括冷卻液通過(guò)機(jī)器的流程示意圖；圖2是研磨砂輪機(jī)械結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面，顯示電機(jī)安裝于研磨主軸上；圖3是圖2中表示的機(jī)器的一個(gè)端視圖；以及圖4是控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖。
最佳實(shí)施例詳述圖1、圖2和圖3描述依照本發(fā)明的研磨砂輪和電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。這些圖中顯示的機(jī)器裝有一個(gè)砂輪基座1并由一底座或機(jī)床(沒(méi)表示在圖中)支持。研磨砂輪18用一個(gè)裝配法蘭19裝在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸5上。研磨砂輪5用以研磨工件63的外表面，諸如凸齒、曲軸、凸輪軸、或類(lèi)似的部件。但是，必須指出本發(fā)明能用以研磨各種工件的內(nèi)表面。這些工件被一個(gè)支架機(jī)構(gòu)62支撐著，并推動(dòng)研磨砂輪相對(duì)于工件63做上下、前后運(yùn)動(dòng)。一個(gè)無(wú)框架的、稀土材料的永磁電機(jī)40以懸臂形式裝在主軸5上，電機(jī)包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子13和一個(gè)裝在電機(jī)座2里的定子14，該電機(jī)座用一組螺釘3裝在研磨機(jī)上。園形端蓋9用一些螺釘8裝于電機(jī)座2上。轉(zhuǎn)子13是用一個(gè)具有臺(tái)肩15的定位夾11同心地夾在主軸5上。主軸5用一些螺釘12裝在定位夾11上。主軸5也有一個(gè)臺(tái)肩16，借助于該臺(tái)肩15把轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)作用到主軸5上。一個(gè)調(diào)整墊片10裝于定位夾11和主軸5的一個(gè)端面之間。彈簧66在主軸5的臺(tái)肩67、68之間提供一推力負(fù)載。
定子外套21圍在電機(jī)的外邊緣并裝有一迷宮式密封17，諸如油類(lèi)的液體流過(guò)這迷宮式密封以冷卻電機(jī)。油的流程是由一個(gè)電機(jī)27驅(qū)動(dòng)油泵29把油從一個(gè)油箱20經(jīng)管道24泵給迷宮式密封17。這油(現(xiàn)在已升溫)再?gòu)拿詫m式密封17經(jīng)過(guò)管道25流到一個(gè)熱交換器30中，降低油的溫度。圖1中表示流體管道31和32是用來(lái)引導(dǎo)流體(例如水)進(jìn)、出冷卻油用的熱交換器30的。然而，必須指出，使用的熱交換器的確切類(lèi)型并不重要，而實(shí)際上任何冷卻介質(zhì)和熱交換器都能用。
液壓油膜軸承41、42設(shè)在主軸5的兩個(gè)固定的青銅軸承64、65之間，每一個(gè)軸承被裝進(jìn)4個(gè)圍繞砂輪主軸設(shè)置的凹槽中。一個(gè)軸承被裝在靠近主軸5的前端鄰近研磨砂輪的裝配法蘭19處，而第2個(gè)軸承是靠近主軸后端鄰近電機(jī)40處。這些軸承是含油的，且這種油是由上述供給冷卻套管迷宮式密封17用的同一油箱20提供的。電機(jī)27驅(qū)動(dòng)一臺(tái)泵28將油通過(guò)管道22和23泵給軸承41、42。然后油將流經(jīng)裝于砂輪基座罩下的一個(gè)排油槽4，再通過(guò)排油管26回到油箱20。由此可見(jiàn)，因?yàn)閺挠拖?0供給迷宮式密封17的油同樣也做液壓軸承41、42之用，故只需用一單個(gè)的熱交換器30。這種特殊結(jié)構(gòu)將維持油在環(huán)境溫度和大約150°F之間的溫度上。此外，必須指出，本發(fā)明所用油的型號(hào)并不重要。如美孚DTE11主軸用油就可應(yīng)用。
圖4表示一個(gè)控制電機(jī)40運(yùn)轉(zhuǎn)的方塊圖。正如圖1所示的控制和動(dòng)力部分33所說(shuō)明的，一個(gè)三相電源信號(hào)37用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)40和研磨機(jī)。轉(zhuǎn)子13的位置由一組霍爾效應(yīng)片傳感器34確定，該傳感器按輻射方向附著于定子14上。雖然霍爾效應(yīng)片的準(zhǔn)確數(shù)目并不重要，但己發(fā)現(xiàn)本發(fā)明取10片霍爾效應(yīng)片34運(yùn)行得特別好。這些霍爾效應(yīng)片測(cè)量轉(zhuǎn)子13相對(duì)于定子14的位置，此位置信息經(jīng)總線(xiàn)35傳送給控制與動(dòng)力部分33，并用以計(jì)算轉(zhuǎn)子的正確速率以及正確操作電機(jī)40所必須的整流信息。
控制與動(dòng)力部分33設(shè)有用以控制電機(jī)40的電信號(hào)輸入和輸出的第一部分70和用于對(duì)所計(jì)算出的轉(zhuǎn)子13的真實(shí)速率信號(hào)與設(shè)計(jì)的速率信號(hào)不斷地進(jìn)行比較的第二部分60。第一部分70中包括電源供應(yīng)電路50，它對(duì)輸入的三相電進(jìn)行整流并濾波，以提供出低電平邏輯電源和高壓直流電。電源和指令信號(hào)是根據(jù)整流和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分52接收到的信息通過(guò)總線(xiàn)36提供給電機(jī)40的。該部分則又去處理由霍爾效應(yīng)片34接收到的電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息和一個(gè)扭矩指令控制54。這個(gè)扭矩的所需值，是通過(guò)比較轉(zhuǎn)子13的實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速來(lái)確定的，該實(shí)際轉(zhuǎn)速則是由位置和速率譯碼部分58根據(jù)霍爾效應(yīng)器件34檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置而測(cè)定的。位置和速率譯碼部分58把霍爾效應(yīng)片的輸入轉(zhuǎn)換成電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置以及電機(jī)速率信號(hào)。正交相移編碼部分56把由位置和速率譯碼部分58所確定了的轉(zhuǎn)子的位置轉(zhuǎn)換成一個(gè)正交相移編碼型式的輸出，以便被控制部分60作為反饋速率使用?？刂撇糠?0提供一速率指令給控制與動(dòng)力部分33。這個(gè)信號(hào)目前是0-10伏的信號(hào)，正比于所需的轉(zhuǎn)子速率?？刂葡到y(tǒng)還根據(jù)正交相移編碼器56提供的相移信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)研磨砂輪主軸的速率。雖然本發(fā)明的特定的控制系統(tǒng)運(yùn)用了模擬輸入和輸出，但是，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)60產(chǎn)生的指令和反饋信號(hào)將通過(guò)一數(shù)字系列接口連通。
本發(fā)明已參照?qǐng)D示的、并且是最佳的實(shí)施例來(lái)詳加敘述，并不希望此發(fā)明被此最佳實(shí)施例的公開(kāi)內(nèi)容所限制，而希望本發(fā)明是由本權(quán)利要求書(shū)所描述的裝置及其等同物來(lái)進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一臺(tái)研磨機(jī)，包括一個(gè)具有第一端和第二端的旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主軸；一個(gè)連接在上述細(xì)長(zhǎng)主軸的所述的第一端上的旋轉(zhuǎn)的研磨砂輪；用于固定一個(gè)貼近于所述旋轉(zhuǎn)的研磨砂輪的工件的裝置；一臺(tái)永磁式電機(jī)，包含裝在一個(gè)固定的定子之中的一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，所述的轉(zhuǎn)子直接夾固在上述細(xì)長(zhǎng)主軸的所述的第二端；以及連接到所述的永磁電機(jī)上、用于控制上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的控制裝置；由此，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)就直接迫使所述的細(xì)長(zhǎng)主軸旋轉(zhuǎn)。
2.按權(quán)利要求1的研磨機(jī)，其特征在于，其中所述的永磁電機(jī)夾固在上述細(xì)長(zhǎng)主軸的所述的第二端。
3.按權(quán)利要求1的研磨機(jī)，其特征在于，其中所述的控制裝置包括多個(gè)貼附于上述定子上的霍爾效應(yīng)傳感器以用于檢測(cè)上述轉(zhuǎn)子的位置；一個(gè)根據(jù)所述霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)的上述轉(zhuǎn)子的位置來(lái)計(jì)算該轉(zhuǎn)子實(shí)際速率的裝置；一個(gè)對(duì)該轉(zhuǎn)子的真實(shí)速率和轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)速率進(jìn)行比較的裝置；以及根據(jù)上述轉(zhuǎn)子真實(shí)速率與設(shè)計(jì)速率之差來(lái)控制該轉(zhuǎn)子速率的裝置。
4.一種研磨機(jī)，包括一個(gè)具有第一端和第二端的旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主軸；第一、第二不動(dòng)的軸承，每個(gè)軸承包圍上述細(xì)長(zhǎng)主軸的上述的第一端或上述的第二端的一部分；一個(gè)旋轉(zhuǎn)的研磨砂輪，它連接在上述細(xì)長(zhǎng)主軸的第一端上；用于夾持一個(gè)貼近上述旋轉(zhuǎn)的研磨砂輪的工件的裝置；一臺(tái)固定在研磨機(jī)上并帶動(dòng)上述細(xì)長(zhǎng)主軸共同旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，此外，該電機(jī)裝有一液體冷卻護(hù)套以用于冷卻所述電機(jī)；液壓油膜軸承，設(shè)在上述第一和所述第二不動(dòng)軸承與細(xì)長(zhǎng)主軸的所述第一端和所述第二端的一部分之間，以防細(xì)長(zhǎng)主軸受到磨損；一個(gè)貯液箱；以及一個(gè)封閉系統(tǒng)，包括用于從貯液箱把液體輸送給液壓軸承和所述電機(jī)的液體冷卻護(hù)套的多個(gè)輸送管道。該封閉系統(tǒng)還包括用于把液體從上述液壓軸承和上述電機(jī)冷卻護(hù)套輸回到貯液箱的回程管道。
5.按權(quán)利要求4的研磨機(jī)，其特征在于，其中所述的封閉系統(tǒng)還包括一臺(tái)液體冷卻的熱交換器。
6.按權(quán)利要求5的研磨機(jī)，其特征在于，其中所述熱交換器是水冷的，且被裝在所述電機(jī)的液體冷卻護(hù)套和貯液箱之間的回程管路內(nèi)。
7.按權(quán)利要求4的研磨機(jī)，其特征在于，其中包括一單一的貯液箱。
8.按權(quán)利要求4的研磨機(jī)，其特征在于，其中所述的電機(jī)是一臺(tái)永磁式電機(jī)，它包括裝于一個(gè)固定的定子之中的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子直接夾固在上述細(xì)長(zhǎng)主軸的第二端。
9.按權(quán)利要求7的研磨機(jī)，其特征在于，其中所說(shuō)的電機(jī)是一臺(tái)永磁式電機(jī)，它包括裝在固定的定子中的一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子直接夾固在上述細(xì)長(zhǎng)主軸的第二端。
10.按權(quán)利要求8的研磨機(jī)，其特征在于，其中所述的貯液箱是充油的。
11.按權(quán)利要求9的研磨機(jī)，其特征在于，其中所述的單個(gè)貯液箱是充油的。
全文摘要
一臺(tái)研磨機(jī)具有一個(gè)主軸(5)，在一個(gè)懸臂安裝的稀土材料永磁電機(jī)(40)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。液壓油膜軸承(41、42)位于主軸(5)的兩端和一對(duì)青銅軸承(64、65)之間以支撐主軸(5)，從而消除磨損。一個(gè)簡(jiǎn)單的油箱(20)被用來(lái)把油供給液壓軸承(41、42)，同時(shí)還供給電機(jī)(40)的冷卻護(hù)套(17)。
文檔編號(hào)B24B49/10GK1131402SQ94193464
公開(kāi)日1996年9月18日 申請(qǐng)日期1994年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月30日
發(fā)明者W·W·弗拉格, T·W·?？怂?申請(qǐng)人:西方阿特拉斯有限公司