专利名称：一种无主轴机械变速箱节能机床的制作方法
技术领域：
本发明申请，涉及一种不使用机床主轴机械齿轮变速箱，而是直接使用电机驱动机床主轴和卡盘旋转的节能机床。
背景技术：
以往的机床都是必须用机械齿轮变速箱，使机床卡盘获取所需要的转矩与转速。主轴机械齿轮变速箱一般是耍消耗掉近40%的电能，加上机床开工前的机械齿轮箱旋转预热、超载运行等，将有50%以上的电能是被机械齿轮箱等白白地浪费掉了。目前，世界上正在开始流行、并刚刚传入我国机床行业的日本电主轴机床新技术，就是取消了主轴机械变速箱、并使用变频技术控制机床电机， 一般可节省59%的电能。但是，日本电主轴机床的主轴孔变小了，很不好用。其电主轴是电机轴与机床主轴机械加工合成为一体的，加工工艺要求很高，极不便于加工制造；机床的原精度很难达到，更难于提升机床精度。以至于机床企业要自办电机厂来满足对电主轴的合格品精度需求，或者是电机厂要开办机床主轴厂才能满足机床行业对电主轴的需求。这就是目前世界上现代装备制造业迅速提高科技发展水平的一大难点。
发明内容
本发明申请，也设计提供了一种无主轴机械变速箱的节能机床。由于是设计使用了外转子电机和平面圆环电机等来构成机电控制一体化的机床头，根本就无须改变机床主轴的内孔径，也无须使电机轴与机床主轴机械加工制造成为一个机械结构整体，而仅仅是把电机转子装配在机床主轴的后端头上面，并使用计算机技术、变频技术、调压技术等先进技术，就可以使在机床主轴前端头上的机床卡盘获得满意的转矩与转速，并可以节省59%以上的电能。本发明机电控制一体化的结构设计，构思极为新颖巧妙；设计布局合理，技术先进实用，具有突出的创造性；其结构简单可靠、紧凑、轻巧、结实、经久、耐用，成本低、制作安装都很方便。使用这种无主轴机械变速箱节能机床新技术，将可以迅速提高我国现代装备制造业的科技发展水平和极大地提升我国装备制造业在国内外的市场竞争力。技术方案
本发明设计的一种无主轴机械变速箱节能机床，如附图所示。
该无主轴机械变速箱节能机床，包括机床电子电力控制器即机床电脑、安装在机床主轴12前端头上的卡盘13、机床床身、床身拖板、床身丝杠等。还包括所述机床主轴12、机床主轴机架座14、机床主轴转动轴承15、轴承上盖子23、及紧固此轴承上盖子的紧固螺栓18，以及把机床主轴机架座安装在机床^身上的紧固螺栓19。还包括安装在所述机床主轴后端头上的主轴支撑联结盘10，和连接机床电机次级转子机架圆环体9与所述主轴支撑联结盘的紧固螺栓11。还包括安装在所述机床电机次级转子机架圆环体上面的机床电机次级转子紧固轭圆环体8，以及安装在所述机床电机次级转子紧固轭圆环体上面的机床电机次级转子圆环体2。还包括所述机床电机次级转子圆环体的圆环面，与所述机床电机初级定子圆环体1的圆环面间隙相对构造成的机床电机电磁场气隙空间圆环体3。还包括机床电机初级定子机架圆环体6，及安装在所述机床电机初级定子机架圆环体上面的机床电机初级定子紧固轭圆环体5、和安装在所述机床电机初级定子紧固轭圆环体上面的机床电机初级定子圆环体1;以及镶嵌安装在所述机床电机初级定子圆环体里面的线圈绕组4及其供电导线。还包括连接所述机床电机初级定子机架圆环体与所述机床电机初级定子机架座16成为一个机械结构整体的机床电机初级定子机架座联结圆环体7，以及把所述机床电机初级定子机架座安装在机床床身上的紧固螺栓20。还包括所述机床电机初级定子机架座的中心通孔17，该中心通孔的轴心线，与所述机床主轴的轴心线是重合为一条的轴心线。还包括罩着机床电机的电机安全防护罩21和罩着机床主轴的主轴安全防护罩22。还包括附图中虽然未画出表示、但是加装在所述机床床身下面的、 一个专门直接驱动床身丝杠旋转、来推动所述床身拖板前后行进的小功率的床身丝杠电机。
该无主轴机械变速箱节能机床的机床主轴为圆筒形空心结构，安装在机床主轴机架座上面的机床主轴转动轴承里面，被机床主轴转动轴承的轴承上盖子及紧固此轴承上盖子的紧固螺栓安装固定。所述机床主轴转动轴承是滚动轴承，或者是所述机床主轴转动轴承是滑动轴承。所述机床主轴的长度、内径和外径，均与原型号机床主轴相同，或者是所述机床主轴的长度、内径和外径，与原型号机床主轴不完全相同，或者是所述机床主轴的长度、内径和外径，均与原型号机床主轴完全不相同。所述机床主轴后端头上的主轴支撑联结盘，是使用销、键机械方式与机床主轴连接固定成为一个机械结构整体。
该无主轴机械变速箱节能机床的电机次级转子机架圆环体的螺栓孔数量与技术尺寸，同与其连接的所述主轴支撑联结盘的螺栓孔数量与技术尺寸相同，并且它们的螺栓孔端面是被制作成圆锥面，以便使用特制的锥形端面螺母来确保其定位精度。所述电机次级转子机架圆环体与所述电机次级转子紧固轭圆环体，是使用销、键、螺栓机械方式直接连接固定成为一个机械结构整体。
该无主轴机械变速箱节能机床的电机次级转子机架圆环体和电机初级定子机架圆环体，可以是任意形状的圆环体。上面都可以开设由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任意形状图案。或者是在所述电机次级转子机架圆环体上面，对着所述机床电机电磁场气隙空间圆环体的那一个圆环圈部分，不开设由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任何形状图案。所述机床电机次级转子机架圆环体的轴心线、与所述机床电机初级定子机架圆环体的轴心线、并与所述机床主轴的轴心线，是三条轴心线重合为一条轴心线的。
该无主轴机械变速箱节能机床的机床电机初级定子圆环体、所述机床电机次级转子圆环体、所述机床电机电磁场气隙空间圆环体，以及它们的延长体，与所述机床主轴轴心线之间处于空间的三种几何位置关系，即它们与所述机床主轴轴心线的空间几何位置关系，或者是相互平行、永不相交，或者是相互斜交、夹角相交成任意锐角度，或者是相互垂直、夹角相交成9(T ，即它们之间的这三种空间几何位置关系，分别构造成了节能机床里使用的三种机床电机的空间结构形式。
该无主轴机械变速箱节能机床的机床电机初级定子机架圆环体是一个整体成型，或者所述机床电机初级定子机架圆环体是可拆卸而使用螺栓连接固定成为一个机械'结构整体。所述机床电机初级定子紧固轭圆环体是一个整体成型，或者所述机床电机初级定子紧固轭圆环体是可拆卸而使用螺栓连接固定成为一个机械结构整体。所述机床电机初级定子机架圆环体与机床电机初级定子机架座联结圆环体之间的连接，和所述机床电机初级定子机架座联结圆环体与所述机床电机初级定子机架座之间的连接，都是使用销、键机械方式相互连接固定成为一个机械结构整体。或者是所述机床电机初级定子机架圆环体与所述机床电机初级定子机架座，使用销、键机械方式直接连接固定成为一个机械结构整体。
该无主轴机械变速箱节能机床的中心通孔内径与所述机床主轴的内径是一致，或者是所述中心通孔内径与所述机床主轴的内径不一致。
该无主轴机械变速箱节能机床的机床电机安全防护罩，是包裹在机床电机外面的机械结构体，使用螺
5丝同时连接固定在所述机床主轴机架座和所述机床床身上，或者是所述机床电机安全防护罩，使用螺丝只连接固定在所述机床主轴机架座上，或者是所述机床电机安全防护罩，使用螺丝只连接固定在所述机床床身上。所述机床电机安全防护罩上面，开设有减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任意形状图案。所述机床电机安全防护罩，在遮挡住所述机床电机电磁场气隙空间圆环体两边的面板上，即是对着所述机床电机电磁场气隙空间圆环体的两个开口圆环处的那一部分电机安全防护罩的面板上，不开设由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任何图案。
该无主轴机械变速箱节能机床的机床主轴机架座上面安装的主轴安全防护罩面板上面，开设有由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任意形状图案；或者是所述机床主轴机架座上部安装的主轴安全防护罩面板上面，不开设由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任何图案。所述机床主轴机架座上面安装的主轴安全防护罩，是使用螺丝安装连接固定在所述机床主轴机架座上面。所述机床主轴机架座上面安装主轴安全防护罩的位置，可以根据需要改为安装机床电子电力控制器即安装机床电脑的位置，这样既可以方便操作控制机床，又能起到机床主轴安全防护罩的功能。
该无主轴机械变速箱节能机床的床身丝杠电机，是一与机床电机同类型、同极数的电机。所述床身丝杠电机的电机转轴，使用套、销、键机械方式直接连接丝杠成一体；或者是所述床身丝杠电机的电机转轴，通过齿轮连接丝杠。
至此，机电控制一体化结构的无主轴机械变速箱节能机床基本构成。发明优点
本发明申请的优点1、机床主轴上取消了机械变速齿轮箱，改用电子电力控制器即机床电脑驱动电机在机床卡盘上产生所需要的转矩与转速，可以节省59%以上的大量电能。2、不縮小机床主轴孔径，方便充分发挥机床最基本的使用加工功能。3、不混合改变机床主轴结构，不仅是可以保证机床原有的加工精度，而且还有利于改进提升机床的加工精度。4、取消了机械变速齿轮箱，也就节省了大量贵重金属材料和加工制造的费用。5、使机床结构更简单，提高了机床的可靠性，节省了机床维修变速箱的大量费用。6、节省了机床预热空转耗费的大量机油。7、取消了机械变速齿轮箱，也就是消除了一大噪声源，改善了生产场地工人的劳动环境。8'、无须加工制造电主轴，也就使我们从制造电主轴的困难境地脱险。9、大大提高了我国现代装备制造业的科技水平，增强了我国机床制造业产品在国内外市场上的竞争力。
如附图所示，图l、图2、图3是本发明无主轴机械变速箱节能机床的三种t施例。图中l是机床电机初级定子圆环体；2是机床电机次级转子圆环体；3是机床电机电磁场气隙空间圆环体；4是机床电机初级定子里的线圈绕组；5是机床电机初级定子紧固轭圆环体；6是机床电机初级定子机架圆环体；7是机床电机初级定子机架座联结圆环体；8是机床电机次级转子紧固轭圆环体；9是机床电机次级转子机架圆环体；IO是主轴支撑联结盘；ll是主轴支撑联结盘上的紧固螺栓；12是机床主轴；13是机床卡盘；14是机床主轴机架座；15是机床主轴转动轴承；16是机床电机初级定子机架座；17是机床电机初级定子机架座的中心通孔；18是安装紧固机床转动轴承上盖子的紧固螺栓；19是把机床主轴机架座安装在机床床身上的紧固螺栓；20是把机床电机初级定子机架座安装在机床床身上的紧固螺栓；21是电机安全防护罩；22是主轴安全防护罩；23是紧固机床转动轴承的上盖子。
具体实施例方式
下面再结合附图，对本发明申请的具体实施方式
作进一步的详细说明。附图1所示，是本发明申请的一个实施例。
在图1所示的无主轴机械变速箱节能机床里，是直接使用的原型机床卡盘13，原样安装在机床主轴12的前端头上。机床主轴的内外径都不改变，长度是依据节能机床的使用新需要来确定的。机床主轴是被安装固定在机床主轴机架座14上面的机床主轴转动轴承(转动轴承也不变)15里面，用轴承上盖子23及紧固此轴承上盖子的紧固螺栓18，把机床主轴12安装紧固在机床主轴机架座14上面。机床主轴机架座14是被紧固螺栓19,安装紧固在机床床身上构成一个机械结构整体。机床主轴的后端头上面，使用销、键连接安装着主轴支撑联结盘10;并用主轴支撑联结盘的紧固螺栓11，把主轴支撑联结盘10与机床电机次级转子机架圆环体9，连接紧固成一个机械结构整体。由于在机床电机次级转子机架圆环体9上面，安装有机床电机次级转子紧固轭圆环体8和安装在机床电机次级转子紧固轭圆环体8里面的机床电机次级转子圆环体2;这样就是把机床电机次级转子圆环体2、及其外面的机床电机次级转子紧固轭圆环体8、以及机床电机次级转子紧固轭圆环体8外面的机床电机次级转子机架圆环体9，通过主轴支撑联结盘10与机床主轴连接紧固成为了一个机械结构整体。在机床电机初级定子机架座16上面，是通过使用销、键机械方式，把机床电机初级定子机架座联结圆环体7与其外面的机床电机初级定子机架圆环体6，及机床电机初级定子机架圆环体6上面安装紧固的机床电机初级定子紧固轭圆环体5，以及被安装在机床电机初级定子紧固轭圆环体5上面的机床电机初级定子圆环体2和镶嵌安装在机床电机初级定子圆环体2里面的线圈绕组4及其供电导线等，也都连接紧固成为了一个牢靠的机械结构整体。机床电机初级定子机架座16,是被紧固螺栓20安装固定在机床床身上的。机床电机初级定子机架座16的中心通孔17的内径不小于机床主轴12的内径，故能很方便地与机床主轴配合使用。由于机床电机初级定子机架座16的中心通孔17的轴心线，与所述机床主轴12的轴心线是重合为一条的轴心线，所以所述机床电机次级转子圆环体2的圆环面，与所述机床电机初级定子圆环体l的圆环面间隙相对构造成了所述的机床电机电磁场气隙空间圆环体3。在机床电机的外面安装有电机安全防护罩21，同时在机床主轴的外面也罩着主轴安全防护罩22。当通过供电导线对机床电机线圈绕组4通电，在机床电机电磁场气隙空间圆环体3里面产生的旋转电磁场，就推动着该机床电机次级转子圆环体2旋转，并连带着其电机次级转子紧固轭圆环体8、电机次级转子机架圆环体9、主轴支撑联结盘10、机床主轴12与其前端头上的机床卡盘13—同旋转。由于床身丝杠电机与机床电机是同类型、同极数的电机，所以机床电子电力控制器即机床电脑，就可以使床身丝杠电机与机床电机同步旋转，即使卡盘与丝杠也同步旋转，以便充分发挥机床车削丝扣等的基本功能。
使用机床电子电力控制器即机床电脑，改变输入机床电机初级定子线圈绕组4里电流的大小、方向、频率和电压的大小等，就可以改变和控制机床电机次级转子圆环体2和机床主轴12的转速、方向和功率输出等，也就是能够随意控制机床卡盘旋转的方向、快慢和输出的力矩等。
本实施例主轴安全防护罩的位置，是未改作成安装机床电脑位置的。
附图2、附图3所示本发明申请的其它实施例，其结构与工作原理和上述第一个实施例完全相同，此处也就不再多啰嗦了。
本发明申请的最佳实施方案之一，就是图l所示的这个实施例。
权利要求
1、一种无主轴机械变速箱节能机床，包括机床电子电力控制器即机床电脑、安装在机床主轴(12)前端头上的卡盘(13)、机床床身、床身拖板、床身丝杠等，其特征在于还包括所述机床主轴(12)、机床主轴机架座(14)、机床主轴转动轴承(15)、轴承上盖子(23)、及紧固此轴承上盖子的紧固螺栓(18)和把机床主轴机架座安装在机床床身上的紧固螺栓(19)；还包括安装在所述机床主轴后端头上的主轴支撑联结盘(10)、和连接机床电机次级转子机架圆环体(9)与所述主轴支撑联结盘的紧固螺栓(11)；还包括安装在所述机床电机次级转子机架圆环体上面的机床电机次级转子紧固轭圆环体(8)、以及安装在所述机床电机次级转子紧固轭圆环体上面的机床电机次级转子圆环体(2)；还包括所述机床电机次级转子圆环体的圆环面，与所述机床电机初级定子圆环体(1)的圆环面间隙相对构造成的机床电机电磁场气隙空间圆环体(3)；还包括机床电机初级定子机架圆环体(6)，及安装在所述机床电机初级定子机架圆环体上面的机床电机初级定子紧固轭圆环体(5)、和安装在所述机床电机初级定子紧固轭圆环体上面的机床电机初级定子圆环体(1)，以及镶嵌安装在所述机床电机初级定子圆环体里面的线圈绕组(4)及其供电导线；还包括连接所述机床电机初级定子机架圆环体与所述机床电机初级定子机架座(16)成为一个机械结构整体的机床电机初级定子机架座联结圆环体(7)，以及把所述机床电机初级定子机架座安装在机床床身上的紧固螺栓(20)；还包括所述机床电机初级定子机架座的中心通孔(17)，该中心通孔的轴心线，与所述机床主轴的轴心线是重合为一条的轴心线；还包括罩着机床电机的电机安全防护罩(21)和罩着机床主轴的主轴安全防护罩(22)；还包括附图中虽然未画出表示、但是加装在所述机床床身下面的、一个专门直接驱动床身丝杠旋转、来推动所述床身拖板前后行进的小功率的床身丝杠电机。
2、 如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述机床主轴为圆筒形空心 结构，安装在机床主轴机架座上面的机床主轴转动轴承里面，被机床主轴转动轴承的轴承上盖子及紧固此 轴承上盖子的紧固螺栓安装固定；所述机床主轴转动轴承是滚动轴承，或者是所述机床主轴转动轴承是滑 动轴承；所述机床主轴的长度、内径和外径，均与原型号机床主轴相同，或者是所述机床主轴的长度、内 径和外径，与原型号机床主轴不完全相同，或者是所述机床主轴的长度、内径和外径，均与原型号机床主 轴完全不相同；所述机床主轴后端头上的主轴支撑联结盘，是使用销、键机械方式与机床主轴连接固定成 为一个机械结构整体。
3、 如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述电机次级转子机架圆环 体的螺栓孔数量与技术尺寸，同与其连接的所述主轴支撑联结盘的螺栓孔数量与技术尺寸相同，并且它们 的螺栓孔端面是被制作成圆锥面，以便使用特制的锥形端面螺母来确保其定位精度；所述电机次级转子机 架圆环体与所述电机次级转子紧固轭圆环体，是使用销、键、螺栓机械方式直接连接固定成为一个机械结 构整体。
4、 如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述电机次级转子机架圆环 体和电机初级定子机架圆环体，可以是任意形状的圆环体；上面都可以开设由减重、通风、散热、装饰孔、 槽组成的任意形状图案；或者是在所述电机次级转子机架圆环体上面，对着所述机床电机电磁场气隙空间 圆环体的那一个圆环圈部分，不开设由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任何形状图案；所述机床电 机次级转子机架圆环体的轴心线、与所述机床电机初级定子机架圆环体的轴心线、并与所述机床主轴的轴 心线，是三条轴心线重合为一条轴心线的。
5、如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述机床电机初级定子圆环 体、所述机床电机次级转子圆环体、所述机床电机电磁场气隙空间圆环体，以及它们的延长体，与所述机 床主轴轴心线之间处于空间的三种几何位置关系，即它们与所述机床主轴轴心线的空间几何位置关系，或 者是相互平行、永不相交，或者是相互斜交、夹角相交成任意锐角度，或者是相互垂直、夹角相交成90 ° ，即它们之间的这三种空间几何位置关系，分别构造成了节能机床里使用的三种机床电机的空间结构形 式。
6、 如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述机床电机初级定子机架 圆环体是一个整体成型，或者所述机床电机初级定子机架圆环体是可拆卸而使用螺栓连接固定成为一个机 械结构整体；所述机床电机初级定子紧固轭圆环体是一个整体成型，或者所述机床电机初级定子紧固轭圆 环体是可拆卸而使用螺栓连接固定成为一个机械结构整体；所述机床电机初级定子机架圆环体与机床电机 初级定子机架座联结圆环体之间的连接，和所述机床电机初级定子机架座联结圆环体与所述机床电机初级 定子机架座之间的连接，都是使用销、键机械方式相互连接固定成为一个机械结构整体；或者是所述机床 电机初级定子机架圆环体与所述机床电机初级定子机架座，使用销、键机械方式直接连接固定成为一个机 械结构整体。
7、 如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述中心通孔内径与所述机 床主轴的内径是一致，或者是所述中心通孔内径与所述机床主轴的内径不一致。
8、 如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述机床电机安全防护罩， 是包裹在机床电机外面的机械结构体，使用螺丝同时连接固 定在所述机床主轴机架座和所述机床床身上， 或者是所述机床电机安全防护罩，使用螺丝只连接固定在所述机床主轴机架座上，或者是所述机床电机安 全防护罩，使用螺丝只连接固定在所述机床床身上；所述机床电机安全防护罩上面，开设有减重、通风、 散热、装饰孔、槽组成的任意形状图案；所述机床电机安全防护罩，在遮挡住所述机床电机电磁场气隙空 间圆环体两边的面板上，即是对着所述机床电机电磁场气隙空间圆环体的两个开口圆环处的那一部分电机 安全防护罩的面板上，不开设由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任何图案。
9、 如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述机床主轴机架座上面安 装的主轴安全防护罩面板上面，开设有由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的任意形状图案，或者是所 述机床主轴机架座上部安装的主轴安全防护罩面板上面，不开设由减重、通风、散热、装饰孔、槽组成的 任何图案；所述机床主轴机架座上面安装的主轴安全防护罩，是使用螺丝安装连接固定在所述机床主轴机 架座上面；所述机床主轴机架座上面安装主轴安全防护罩的位置，可以根据需要改为安装机床电子电力控 制器即安装机床电脑的位置，这样既可以方便操作控制机床，又能起到机床主轴安全防护罩的功能。
10、 如权利要求1所述的一种无主轴机械变速箱节能机床，其特征在于所述床身丝杠电机，是一与 机床电机同类型、同极数的电机；所述床身丝杠电机的电机转轴，使用套、销、键机械方式直接连接丝杠 成一体；或者是所述床身丝杠电机的电机转轴，通过齿轮连接丝杠。
全文摘要
本发明申请涉及一种无主轴机械变速箱节能机床，包括机床电脑、卡盘、床身、拖板、丝杠，主轴、主轴机架座、转动轴承、轴承上盖子、主轴支撑联结盘、紧固螺栓，电机转子机架圆环体、电机转子紧固轭圆环体、电机转子圆环体，电机电磁场气隙空间圆环体，电机定子机架圆环体、电机定子紧固轭圆环体、电机定子圆环体、电机线圈绕组，电机定子机架座联结圆环体、电机定子机架座及其中心通孔，电机安全防护罩、主轴安全防护罩，丝杠小电机。把电机转子装配在机床主轴后端头，用变频调压技术控制卡盘的转矩与转速来节电。该机电控制一体化的结构设计，构思新颖巧妙、结构简单可靠，技术先进实用，制作安装方便；将可以迅速提高我国现代装备制造业的科技水平和在国内外的市场竞争力。
文档编号B23Q5/10GK101518878SQ20091006141
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者海 任 申请人:海 任