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CN102528096A - 一种镗铣床的直驱式主轴传动装置 - Google Patents

一种镗铣床的直驱式主轴传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，包括镗轴，铣轴，永磁盘式电动机轴向定子和聚磁式转子，圆筒型永磁直线电动机初级和次级。轴向定子与聚磁式转子之间依靠轴向磁场，产生足够的电磁力矩直接驱动镗铣轴转动，圆筒型永磁直线电动机初级和次级之间产生足够大的电磁推力实现镗轴的轴向进给。本发明采用直驱式主轴传动结构，大大提高电主轴的输出转矩及效率，减小转动惯量，同时采用圆筒直线电动机作为镗轴进给机构，有效的减小摩擦和噪声，提高进给转速和定位精度，实现快速响应和长时间的快速往复运动。本发明适用于各类金属切削加工，实现高速高精化。

Description

一种镗铣床的直驱式主轴传动装置
技术领域
本发明属于金属切削机床领域，特别涉及一种镗铣床的直驱式主轴传动装置。
背景技术
传统镗铣床的主轴传动系统中，主轴电动机通过多级传动齿轮实现对镗铣轴的驱动，存在主轴转速低，加工精度低及噪声较大等缺点，取消带轮传动和齿轮传动，由套装在主轴上的传统径向磁场电动机直接驱动主轴能大大提高机床的加工速度及加工精度，但要实现机床主轴的直接驱动，电动机需要提供足够的电磁转矩，传统径向磁场电动机转矩密度低，转动惯量较大，不利于进一步提高主轴运转的精度和稳定性。另外，传统镗铣床主要采用“旋转电机+滚珠丝杠”的主轴进给系统，这种传动方式由于反向死区效应、扭转刚度低、传动误差大、摩擦磨损严重、弹性变形引起低速爬行等等，使得加速度、速度、精度等关键指标均无法达到高速加工的要求。
鉴于以上技术问题，实有必要提供一种可以克服上述缺陷的镗铣床的直驱式主轴传动装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，采用永磁盘式电动机直接驱动镗轴和铣轴，在提供足够大的输出扭矩的同时，提高转矩密度，降低转动惯量；采用圆筒型永磁直线电动机直接驱动镗轴轴向进给，在提供足够大的进给力的同时，提高系统进给速度和定位精度，实现快速响应和长时间的快速往复运动，实现铣镗床切削加工的高速化高精化。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，包括：主轴箱体，镗轴，铣轴，用于直接驱动铣轴和镗轴旋转的永磁盘式电动机和用于驱动镗轴轴向进给的圆筒型永磁直线电动机；所述铣轴是空心的，套装在所述镗轴的径向外侧，该铣轴通过前轴承和锁紧装置固定在主轴箱体内，其中，在铣轴和镗轴之间设置有两个滑键，在该滑键与圆筒型永磁直线电动机共同作用下，所述镗轴在随铣轴同步运转的同时在铣轴内实现轴向进给。
所述永磁盘式电动机包括永磁盘式电动机聚磁式转子和永磁盘式电动机轴向定子，所述永磁盘式电动机聚磁式转子由转子铁心和转子磁钢组成，扇形的转子铁心与矩形的转子磁钢沿主轴旋转方向交错叠放，相邻转子磁钢的N极相对，S极相对，呈聚磁式结构。
所述永磁盘式电动机轴向定子由定子铁心和定子绕组组成，所述定子绕组为整距分布分数槽绕组形式，定子绕组相数设置为三相，节距为1，各相定子绕组沿主轴旋转方向依次放置。
所述永磁盘式电动机轴向定子以永磁盘式电动机聚磁式转子为中心对称分布在永磁盘式电动机聚磁式转子两侧，其中，永磁盘式电动机轴向定子通过定子固定底盘固定在主轴箱体内侧壁上，所述永磁盘式电动机聚磁式转子通过转子安装套筒固定在铣轴径向外侧。
上述聚磁式转子及轴向定子作为一个独立的主轴驱动机构，可根据镗铣轴径向及轴向尺寸要求，设置为多个模块结构。
所述圆筒型永磁直线电动机包括中空的电机初级和电机次级，其中，电机次级通过次级安装套筒支撑在镗轴外周，电机初级安装在电机次级外周且电机初级与电机次级之间形成有间隙。
所述电机次级由次级铁心和次级磁钢组成，圆周方向矩形截面的次级磁钢与具有梯形外沿的次级铁心沿镗轴轴向交替放置，次级磁钢轴向充磁，相邻次级磁钢磁化方向相反。
所述电机初级由初级齿部、初级绕组和轭部套筒组成，初级齿部呈圆环片状，放置在轭部套筒内壁卡槽内，初级绕组设置为三相绕组的饼式线圈结构，放置在相邻两个初级齿部之间，轭部套筒套装在主轴箱体后端并通过锁紧螺母固定。
与现有的技术相比较，本发明具有如下显而易见的突出特点和显著优点：由于主轴驱动采用轴向磁场，使得电机的转矩密度大大提高，产生足够大的电磁转矩直接驱动镗铣轴，转速高，体积小，转矩惯量小。利用圆筒型永磁直线电动机直接驱动镗轴轴向进给，消去中间所有传动环节，结构简单，响应速度快，效率高，在无接触摩擦的情况下极大的进给速度，减小加工时的噪声及振动，延长使用寿命。因此，本发明镗铣床的直驱式主轴传动机构可应用于实现各类高速高精度机床切削加工。
附图说明
图1是本发明一种铣镗床的直驱式主轴传动装置的整体轴向结构示意图；
图2是图1中永磁盘式电动机聚磁式转子的结构示意图；
图3是图1中永磁盘式电动机轴向定子的结构示意图；
图4是永磁盘式电动机轴向主磁场的结构示意图；
图5是图1中镗轴轴向进给部分的轴向结构示意图；
图6是图5中圆筒型永磁直线电动机的结构示意图；
图7是圆筒型永磁直线电动机的工作原理示意图。
图中标号与对应元件的关系如下：
  1   镗轴   2   铣轴
  3   永磁盘式电动机轴向定子   4   永磁盘式电动机聚磁式转子
  5   主轴箱体   6   圆筒型永磁直线电动机初级
  7   圆筒型永磁直线电动机次级   8   滑键
  9   转子安装套筒   10   次级安装套筒
  11   外顶套   12   定子固定底盘
  13   端盖   14   前轴承
  15   牙腹锁紧螺母   16   内顶套
  17   次级端盖   18   后轴承
  19   角接触球轴承   20   圆螺母
  21   锁紧螺母   31   定子铁心
  32   定子绕组   41   转子铁心
  42   转子磁钢   61   初级齿部
  62   初级绕组   63   轭部套筒
  71   次级铁心   72   次级磁钢
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种镗铣床的直驱式主轴传动装置的组成结构作具体介绍：
参阅图1所示，本发明一种镗铣床的直驱式主轴传动装置主要由镗轴1，铣轴2，主轴箱体5，永磁盘式电动机轴向定子3，永磁盘式电动机聚磁式转子4，圆筒型永磁直线电动机初级6，圆筒型永磁直线电动机次级7等组成。所述铣轴2是空心的，套装在所述镗轴1的径向外侧，在铣轴2的前端部设置有前轴承14及端盖13，后端部设置有后轴承18和牙腹锁紧螺母15，用于支撑镗轴1，并实现铣轴2与主轴箱体5之间的固定连接，铣轴2固定在主轴箱体5内，同时镗轴1与铣轴2之间装有对称的两个滑键8，使镗轴1在随铣轴2同步运转的基础上，还能在铣轴2内实现轴向进给。
结合图1和图2所示，用于驱动镗轴和铣轴旋转的永磁盘式电动机包括永磁盘式电动机轴向定子3和永磁盘式电动机聚磁式转子4，所述永磁盘式电动机聚磁式转子4由转子铁心41和转子磁钢42组成，扇形的转子铁心41与矩形的转子磁钢42沿主轴旋转方向交错叠放，相邻转子磁钢42的N极相对，S极相对，呈聚磁式结构。所述永磁盘式电动机聚磁式转子4设置在转子安装套筒9上，该转子安装套筒9通过前轴承14与牙腹锁紧螺母15固定在铣轴2径向外侧。
结合图1和图3所示，所述永磁盘式电动机轴向定子3由定子铁心31和定子绕组32组成，定子铁心31由球墨铸铁先铸造后开槽而成，定子绕组32缠绕在定子铁心31的各个齿上。作为本发明的优选实施例，所述定子绕组32为整距分布分数槽绕组形式，定子绕组32相数设置为三相，节距为1，各相定子绕组32沿主轴旋转方向依次放置。所述永磁盘式电动机轴向定子3以永磁盘式电动机聚磁式转子4为中心对称分布在永磁盘式电动机聚磁式转子4两侧，并通过定子固定底盘12固定在主轴箱体5侧壁上。
结合图4，图2和图3所示，永磁盘式电动机聚磁式转子4中的相邻转子磁钢42产生的磁场由转子磁钢42的N极出发，进入中间的转子铁心41，沿轴向分别通过两侧的空气气隙，进入轴向两侧的定子铁心31，再沿轴向通过空气气隙，进入转子铁心41，最后回到转子磁钢42的S极，从而形成轴向磁场回路，当定子绕组32通入三相交流电后，在聚磁式转子4和轴向定子3间产生圆周方向的电磁转矩，用于驱动镗轴1，铣轴2转动。
结合图1和图5所示，所述镗轴1通过对称的两个滑键8，使镗轴1通过铣轴2由盘式永磁同步电机驱动旋转，同时还能在铣轴2内由圆筒型永磁直线电动机产生的电磁推力实现轴向进给。圆筒型永磁直线电动机由电机初级6和电机次级7组成，设置在镗轴1后端部，所述电机次级7设置在次级安装套筒10外周，所述次级安装套筒10内侧设置有外顶套11和内顶套16，外顶套11和内顶套16之间设置有角接触球轴承19，所述内顶套16支撑在镗轴1外圆上，并通过次级端盖17和圆螺母20固定。
结合图5和图6所示，所述圆筒型永磁直线电动机初级6由初级齿部61、初级绕组62和轭部套筒63组成，初级齿部61呈圆环片状，设置在轭部套筒63内壁，初级绕组62设置为三相绕组的饼式线圈结构，放置在相邻两个初级齿部61之间。轭部套筒63套装在主轴箱体5后端并通过锁紧螺母21固定。所述圆筒型永磁直线电动机次级7由次级铁心71和次级磁钢72组成，圆周方向矩形截面的次级磁钢72与具有梯形外沿的次级铁心71沿轴向交替放置，次级磁钢72轴向充磁，相邻次级磁钢72磁化方向相反。
结合图7和图6所示，所述次级磁钢72在圆筒型永磁直线电动机初级6和圆筒型永磁直线电动机次级7之间的气隙产生环形径向磁场，当初级绕组62通入三相交流电时，气隙中产生以同步转速Vs沿轴向运动的行波磁场，与次级磁钢72的磁场作用产生轴向电磁推力，驱动圆筒型永磁直线电动机次级7沿行波磁场运动方向运动，当圆筒型永磁直线电动机次级转速V上升到Vs时达到稳态，并且产生足够的进给推力，从而直接驱动镗轴1轴向进给。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，其特征在于：包括：主轴箱体(2)，镗轴(1)，铣轴(2)，用于直接驱动铣轴和镗轴旋转的永磁盘式电动机和用于驱动镗轴轴向进给的圆筒型永磁直线电动机；
所述铣轴是空心的，套装在所述镗轴的径向外侧，该铣轴通过前轴承和锁紧装置固定在主轴箱体内，其中，在铣轴和镗轴之间设置有两个滑键(8)，在该滑键与圆筒型永磁直线电动机共同作用下，所述镗轴在随铣轴同步运转的同时在铣轴内实现轴向进给。
2.如权利要求1所述的一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，其特征在于：所述永磁盘式电动机包括永磁盘式电动机聚磁式转子(4)和永磁盘式电动机轴向定子(3)，所述永磁盘式电动机聚磁式转子(4)由转子铁心(41)和转子磁钢(42)组成，扇形的转子铁心(41)与矩形的转子磁钢(42)沿主轴旋转方向交错叠放，相邻转子磁钢(42)的N极相对，S极相对，呈聚磁式结构。
3.如权利要求2所述的一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，其特征在于：所述永磁盘式电动机轴向定子(3)由定子铁心(31)和定子绕组(32)组成，所述定子绕组(32)为整距分布分数槽绕组形式，定子绕组(32)相数设置为三相，节距为1，各相定子绕组(3)2沿主轴旋转方向依次放置。
4.如权利要求2或3所述的一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，其特征在于：所述永磁盘式电动机轴向定子(3)以永磁盘式电动机聚磁式转子(4)为中心对称分布在永磁盘式电动机聚磁式转子(4)两侧，其中，永磁盘式电动机轴向定子(3)通过定子固定底盘(12)固定在主轴箱体(5)内侧壁上，所述永磁盘式电动机聚磁式转子(4)通过转子安装套筒(9)固定在铣轴(2)径向外侧。
5.如权利要求1所述的一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，其特征在于：所述圆筒型永磁直线电动机包括中空的电机初级(6)和电机次级(7)，其中，电机次级(7)通过次级安装套筒(10)支撑在镗轴(1)外周，电机初级(6)安装在电机次级(7)外周且电机初级(6)与电机次级(7)之间形成有间隙。
6.如权利要求5所述的一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，其特征在于：所述电机次级(7)由次级铁心(71)和次级磁钢(72)组成，圆周方向矩形截面的次级磁钢(72)与具有梯形外沿的次级铁心(71)沿镗轴(1)轴向交替放置，次级磁钢(72)轴向充磁，相邻次级磁钢(72)磁化方向相反。
7.如权利要求5所述的一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，其特征在于：所述电机初级(6)由初级齿部(61)、初级绕组(62)和轭部套筒(63)组成，初级齿部(61)呈圆环片状，放置在轭部套筒(63)内壁卡槽内，初级绕组(62)设置为三相绕组的饼式线圈结构，放置在相邻两个初级齿部(61)之间，轭部套筒(63)套装在主轴箱体(5)后端并通过锁紧螺母(21)固定。
8.如权利要求5所述的一种镗铣床的直驱式主轴传动装置，其特征在于：所述次级安装套筒(1)0内侧设置有外顶套(11)和内顶套(16)，所述外顶套(11)和内顶套(16)之间设置有角接触球轴承(19)，所述内顶套(16)支撑在镗轴(1)外圆上，并通过次级端盖(17)和圆螺母(20)固定。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102909560A (zh) * 2012-10-30 2013-02-06 新乡日升数控轴承装备股份有限公司 一种高强度镗铣主轴机构
CN103691973A (zh) * 2013-11-28 2014-04-02 上海三一精机有限公司 一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统
CN103944345A (zh) * 2014-04-04 2014-07-23 西安交通大学 一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机
CN107947415A (zh) * 2018-01-04 2018-04-20 沈阳工业大学 一种双直线永磁电机
CN112510953A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 哈尔滨工业大学 基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机
CN112510952A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 哈尔滨工业大学 基于磁场调制原理的横向错位无刷双转子电机
CN119109246A (zh) * 2024-09-24 2024-12-10 深圳小象电动科技有限公司 一种轴向磁通线性执行器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2230482Y (zh) * 1995-05-29 1996-07-03 王腴田 聚磁型永磁盘式电机
CN201118413Y (zh) * 2007-10-29 2008-09-17 深圳航天科技创新研究院 盘式三相无刷永磁直流电机
US7535145B2 (en) * 2005-06-16 2009-05-19 Fujitsu General Limited Axial air gap-type electric motor
CN201509139U (zh) * 2009-09-30 2010-06-16 江西理工大学 电动汽车用多盘式永磁轮毂电机结构
CN101951114A (zh) * 2010-10-08 2011-01-19 中南大学 一种永磁悬浮支承圆筒型直线电机
CN102126151A (zh) * 2010-12-13 2011-07-20 康凤明 一种铣镗床的主轴传动装置
CN201979132U (zh) * 2010-12-30 2011-09-21 贵州云马飞机制造厂 一种孔加工用手动进给装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2230482Y (zh) * 1995-05-29 1996-07-03 王腴田 聚磁型永磁盘式电机
US7535145B2 (en) * 2005-06-16 2009-05-19 Fujitsu General Limited Axial air gap-type electric motor
CN201118413Y (zh) * 2007-10-29 2008-09-17 深圳航天科技创新研究院 盘式三相无刷永磁直流电机
CN201509139U (zh) * 2009-09-30 2010-06-16 江西理工大学 电动汽车用多盘式永磁轮毂电机结构
CN101951114A (zh) * 2010-10-08 2011-01-19 中南大学 一种永磁悬浮支承圆筒型直线电机
CN102126151A (zh) * 2010-12-13 2011-07-20 康凤明 一种铣镗床的主轴传动装置
CN201979132U (zh) * 2010-12-30 2011-09-21 贵州云马飞机制造厂 一种孔加工用手动进给装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102909560A (zh) * 2012-10-30 2013-02-06 新乡日升数控轴承装备股份有限公司 一种高强度镗铣主轴机构
CN103691973A (zh) * 2013-11-28 2014-04-02 上海三一精机有限公司 一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统
CN103944345A (zh) * 2014-04-04 2014-07-23 西安交通大学 一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机
CN103944345B (zh) * 2014-04-04 2016-06-08 西安交通大学 一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机
CN107947415A (zh) * 2018-01-04 2018-04-20 沈阳工业大学 一种双直线永磁电机
CN107947415B (zh) * 2018-01-04 2023-10-27 沈阳工业大学 一种双直线永磁电机
CN112510953A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 哈尔滨工业大学 基于单边调磁原理的横向错位无刷双转子电机
CN112510952A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 哈尔滨工业大学 基于磁场调制原理的横向错位无刷双转子电机
CN119109246A (zh) * 2024-09-24 2024-12-10 深圳小象电动科技有限公司 一种轴向磁通线性执行器

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