一种数控磨床用大扭矩皮带主轴的制作方法

1.本发明涉及机床技术领域，具体为一种数控磨床用大扭矩皮带主轴。


背景技术：

2.为了提高如机械加工中心那样的机床的切削速度，就希望固定刀具并向刀具传递转动力的主轴高速转动。为实现主轴的高速转动，就必须考虑例如轴承的润滑及冷却，和包含主轴的转动部分的动态平衡；并且提高主轴的静态刚性和动态刚性，及减小其热变形和惯性力也是重要的。
3.在现有技术中，主轴的换刀时，由于没有换刀信号感应装置，在拉刀和卸刀时，拉杆的位移往往不容易操控，无论是人手换刀或自动换刀都会造成位移过大或过小的结果，位移过大拉杆则容易损坏，位移过小则换不了刀。气压卸刀机构中的气缸，结构复杂，密封性能低，传动也不平稳，频繁换刀则容易损坏或漏气，使用寿命短，需要频繁更换液气缸。换刀装置均构造复杂，换刀过程繁琐，然而拉紧力又不足，通常主轴的所有部分或者大部分是由碳素钢和合金钢制成的，比重大的钢制主轴在快速加速和快速减速时受到较大的惯性力的限制，因此，为减小惯性力就希望在不牺牲强度的情况下减小主轴的重量，导致主轴扭矩下降。
4.在各类高档数控机床的精密加工和超精密加工中，热误差的影响占比非常大，最大可占机床总误差的70％。如何有效的改善热特性，从而有效的降低机床热误差产生的不利影响，已经成为我国制造行业设备研发急需解决的技术瓶颈。传统的高档精密数控机床消除热误差产生的影响，其一是采用误差补偿模型嵌入到数控系统中，被动的接受传感器发来的检测值来进行误差补偿，但是由于热变形非线性时变的过程，一般的模型很难准确跟踪实时热变形，其二是建立恒温室，将数控机床置于恒温室里用大型空调对温度进行主动调节，但是前期投入和后期运行维护成本极高。
5.有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种数控磨床用大扭矩皮带主轴，来解决目前存在的机床主轴惯性质量降低导致扭矩减弱，以及高温热膨胀影响的问题，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。


技术实现要素：

6.本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
7.为此，本发明所采用的技术方案为：一种数控磨床用大扭矩皮带主轴，包括：电主轴箱、运动主轴、控制主缸、内置电机组件和轴稳定组件，所述电主轴箱的底面设有支撑座，所述电主轴箱的内侧设有风冷空腔，所述控制主缸固定安装于电主轴箱的一侧且输出端与运动主轴的一端活动连接，所述运动主轴转动套接于电主轴箱的内侧且一端设有离合连轴器，所述运动主轴的外侧啮合套接有主轴驱动套管，所述电主轴箱的一端转动安装有与离合连轴器另一端固定连接的皮带传动轮，所述内置电机组件和轴稳定组件固定安装于电主轴箱的内侧；所述轴稳定组件包括第一稳定环座、第二稳定环座和配重环套，所述配重环套
转动套接于主轴驱动套管的外侧，所述配重环套的外周和第二稳定环座内侧设有液流间隙，所述液流间隙的外侧与第二稳定环座的内侧设有间隙，所述配重环套的外侧固定套接有轴承环，所述第二稳定环座固定套接于轴承环的外侧，所述第一稳定环座固定套接于第二稳定环座的外侧，所述第一稳定环座的内侧开设有环流槽，所述环流槽的一侧与第二稳定环座的内侧间隙相连通；所述内置电机组件包括磁轭定子、永磁环座和永磁块，所述永磁环座固定套接于主轴驱动套管的外侧，所述永磁块固定套接于永磁环座的外侧，所述磁轭定子的外侧设有电磁线圈，所述磁轭定子的外侧与电主轴箱的内侧相抵接，所述永磁块为永磁块结构且转动套接于磁轭定子的内侧。
8.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述离合连轴器的外侧设有花键凸棱，所述主轴驱动套管的内侧开设有与所述花键凸棱相适配的啮合槽，所述花键凸棱的排布方向与控制主缸的输出方向相同，所述控制主缸为气动缸，所述控制主缸的输出端设有与运动主轴一端固定连接的轴承套。
9.通过采用上述技术方案，利用运动主轴外侧花键与主轴驱动套管的啮合套接进行传动，在主轴驱动套管转动中运动主轴同步转动，并在离合停机过程中通过控制主缸的驱动使运动主轴在主轴驱动套管内部回退从而断开与皮带传动轮的传动停止传动，避免外侧机床加工端头对运动主轴的反向驱动，便于实现快速停机。
10.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述主轴驱动套管为精钢材质构件，所述永磁环座和永磁块固定于主轴驱动套管的外侧，所述主轴驱动套管呈圆管状且圆心与运动主轴的圆心同心，所述主轴驱动套管的外侧与电主轴箱的内侧滑动抵接且主轴驱动套管的外侧固定套接有若干固定于电主轴箱内侧的滚珠轴承。
11.通过采用上述技术方案，利用大质量主轴驱动套管进行运动主轴的套接提高旋转主轴质量，从而提高其转动惯量，在电主轴箱的内部通过多轴承进行支撑转动输出更大扭矩动能且在内置电机的驱动下，保证大扭矩动能的稳定输出。
12.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电主轴箱的表面设有液冷进液管口和出液管口，所述进液管口和出液管口分别位于电主轴箱的两端并连通有位于电主轴箱内部的液冷流道，且液冷流道经过主轴驱动套管的外侧贯通至永磁环座的两端，且液冷流道与第二稳定环座的内侧间隙相连通，所述进液管口和出液管口的端部连通有循环泵。
13.通过采用上述技术方案，利用循环液冷系统进行冷却油液得泵送，在油液通过电主轴箱内部油道进行热量得导出避免运动主轴热膨胀导致配合间隙间的摩擦，且油液的循环输入导出主轴运动中磨损铁屑避免主轴废屑卡死，对主轴进行润滑。
14.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述磁轭定子的外侧设有若干翅片槽，且磁轭定子的外侧套接有多股电磁线圈，电磁线圈的电极端电连接有电流发生器，所述磁轭定子和永磁环座为磁轭结构。
15.通过采用上述技术方案，利用电流发生器对磁轭定子表面电磁线圈进行电流的通入，且利用不断变化的电流在与磁轭定子形成变化的磁场与永磁块进行相互作用形成电机结构，将电机结构内置于主轴内部以缩小结构体积，提高传动效能。
16.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述主轴驱动套管、永磁环座和第一稳定环座的圆心位于同一直线上，所述永磁环座的两端设有位于永磁块内侧液流环槽，所述液流环槽沿主轴驱动套管表面与第二稳定环座的内腔相连通。
17.通过采用上述技术方案，利用位于主轴驱动套管外表面与各器件内侧的配合间隙进行油路传输，便于更快带走主轴驱动套管的运动热量降低膨胀率，且相互联通的油路结构更好的进行热量交换，整体降温。
18.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二稳定环座通过轴承环固定套接于配重环套的外侧，所述配重环套的表面设有支撑环座，所述支撑环座的一端贯穿至第二稳定环座的内侧，且支撑环座的外周与第一稳定环座的内侧滑动抵接。
19.进一步的，所述配重环套和支撑环座为合金钢或钨钢材质构件，所述支撑环座的外周做表面硬化处理，所述支撑环座的两侧与第二稳定环座的内侧设有流道间隙。
20.通过采用上述技术方案，利用各个流道将液流导入电主轴箱和轴稳定组件内部消除主轴运动摩擦降低内能的增加，且通过循环流道进行快速换热降低结构热膨胀率，避免配合间隙处的抵接磨损，且高质量的配重环套和支撑环座进一步增加主轴配重提高扭矩输出，并通过轴稳定组件对运动主轴进行运动支撑抵消配重环套和支撑环座的窜动等不良影响。
21.本发明所取得的有益效果为：1.本发明中，通过采用内置式驱动结构，利用运动主轴外套永磁环座和永磁块与磁轭定子表面给定的交变电流形成转子和定子结构，集成有转子结构的主轴结构比重增大有效增加其运动扭矩，比重大的钢制主轴在快速加速和快速减速时利用磁轭定子表面线圈电流的改变从而直接作用于主轴限制或增大主轴运动偏向力，对加减速阶段进行额外动能补充和动能溃退限制从而保证主轴在加工中的稳定动能输出。
22.2.本发明中，通过采用内置式一体化驱动主轴结构，在电主轴箱内部设置多流道结构，利用各个流道将液流导入电主轴箱和轴稳定组件内部消除主轴运动摩擦降低内能的增加，且通过循环流道进行快速换热降低结构热膨胀率，避免配合间隙处的抵接磨损，进一步提高电主轴工作寿命。
23.3.本发明中，通过设置气驱动连轴组件，利用控制主缸的静推使运动主轴经由离合连轴器进行连接传动输出，在停机操作中可通过运动主轴的回退进行快速离合实现主轴的停机操作，结构简单在停开机操作中进行主轴防护。
附图说明
24.图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；图2为本发明一个实施例的电主轴箱内部结构示意图；图3为本发明一个实施例的截面结构示意图；图4为本发明一个实施例的内置电机组件结构示意图；图5为本发明一个实施例的轴稳定组件安装结构示意图。
25.附图标记：100、电主轴箱；110、支撑座；101、风冷空腔；200、运动主轴；210、皮带传动轮；220、离合连轴器；230、主轴驱动套管；300、控制主缸；400、内置电机组件；410、磁轭定子；420、永磁环座；430、永磁块；500、轴稳定组件；510、第一稳定环座；520、第二稳定环座；530、配重环套；511、环
流槽；521、液流间隙；522、轴承环；531、支撑环座。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
28.下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种数控磨床用大扭矩皮带主轴。
29.结合图1-5所示，本发明提供的一种数控磨床用大扭矩皮带主轴，包括：电主轴箱100、运动主轴200、控制主缸300、内置电机组件400和轴稳定组件500，电主轴箱100的底面设有支撑座110，电主轴箱100的内侧设有风冷空腔101，控制主缸300固定安装于电主轴箱100的一侧且输出端与运动主轴200的一端活动连接，运动主轴200转动套接于电主轴箱100的内侧且一端设有离合连轴器220，运动主轴200的外侧啮合套接有主轴驱动套管230，电主轴箱100的一端转动安装有与离合连轴器220另一端固定连接的皮带传动轮210，内置电机组件400和轴稳定组件500固定安装于电主轴箱100的内侧；轴稳定组件500包括第一稳定环座510、第二稳定环座520和配重环套530，配重环套530转动套接于主轴驱动套管230的外侧，配重环套530的外周和第二稳定环座520内侧设有间隙521，液流间隙521的外侧与第二稳定环座520的内侧设有间隙，配重环套530的外侧固定套接有轴承环522，第二稳定环座520固定套接于轴承环522的外侧，第一稳定环座510固定套接于第二稳定环座520的外侧，第一稳定环座510的内侧开设有环流槽511，环流槽511的一侧与第二稳定环座520的内侧间隙相连通；内置电机组件400包括磁轭定子410、永磁环座420和永磁块430，永磁环座420固定套接于主轴驱动套管230的外侧，永磁块430固定套接于永磁环座420的外侧，磁轭定子410的外侧设有电磁线圈，磁轭定子410的外侧与电主轴箱100的内侧相抵接，永磁块430为永磁块结构且转动套接于磁轭定子410的内侧。
30.具体的，磁轭定子410和永磁块430进行相互作用形成电机结构，集成有转子结构的主轴结构比重增大有效增加其运动扭矩，比重大的钢制主轴在快速加速和快速减速时利用磁轭定子410表面控制电流的改变从而直接作用于主轴限制或增大主轴运动偏向力，对加减速阶段进行额外动能补充和动能溃退限制从而保证主轴在加工中的稳定动能输出，将电机结构内置于主轴内部以缩小结构体积，提高传动效能。
31.在该实施例中，离合连轴器220的外侧设有花键凸棱，主轴驱动套管230的内侧开设有与花键凸棱相适配的啮合槽，花键凸棱的排布方向与控制主缸300的输出方向相同，控制主缸300为气动缸，控制主缸300的输出端设有与运动主轴200一端固定连接的轴承套。
32.具体的，利用运动主轴200外侧花键与主轴驱动套管230的啮合套接进行传动，在主轴驱动套管230转动中运动主轴200同步转动，并在离合停机过程中通过控制主缸300的驱动使运动主轴200在主轴驱动套管230内部回退从而断开与皮带传动轮210的传动停止传动，避免外侧机床加工端头对运动主轴200的反向驱动，便于实现快速停机。
33.在该实施例中，主轴驱动套管230为精钢材质构件，永磁环座420和永磁块430固定于主轴驱动套管230的外侧，主轴驱动套管230呈圆管状且圆心与运动主轴200的圆心同心，
主轴驱动套管230的外侧与电主轴箱100的内侧滑动抵接且主轴驱动套管230的外侧固定套接有若干固定于电主轴箱100内侧的滚珠轴承。
34.具体的，利用大质量主轴驱动套管230进行运动主轴200的套接提高旋转主轴质量，从而提高其转动惯量，在电主轴箱100的内部通过多轴承进行支撑转动输出更大扭矩动能且在内置电机的驱动下，保证大扭矩动能的稳定输出。
35.在该实施例中，电主轴箱100的表面设有液冷进液管口和出液管口，进液管口和出液管口分别位于电主轴箱100的两端并连通有位于电主轴箱100内部的液冷流道，且液冷流道经过主轴驱动套管230的外侧贯通至永磁环座420的两端，且液冷流道与第二稳定环座520的内侧间隙相连通，进液管口和出液管口的端部连通有循环泵。
36.具体的，在电主轴箱100内部设置多流道结构，利用各个流道将液流导入电主轴箱100和轴稳定组件500内部消除主轴运动摩擦降低内能的增加，且通过循环流道进行快速换热降低结构热膨胀率，利用循环液冷系统进行冷却油液得泵送，在油液通过电主轴箱100内部油道进行热量得导出避免运动主轴热膨胀导致配合间隙间的摩擦，且油液的循环输入导出主轴运动中磨损铁屑避免主轴废屑卡死，对主轴进行润滑。
37.在该实施例中，主轴驱动套管230、永磁环座420和第一稳定环座510的圆心位于同一直线上，永磁环座420的两端设有位于永磁块430内侧液流环槽，液流环槽沿主轴驱动套管230表面与第二稳定环座520的内腔相连通。
38.具体的，利用位于主轴驱动套管230外表面与各器件内侧的配合间隙进行油路传输，便于更快带走主轴驱动套管230的运动热量降低膨胀率，且相互联通的油路结构更好的进行热量交换，整体降温。
39.在该实施例中，第二稳定环座520通过轴承环522固定套接于配重环套530的外侧，配重环套530的表面设有支撑环座531，支撑环座531的一端贯穿至第二稳定环座520的内侧，且支撑环座531的外周与第一稳定环座510的内侧滑动抵接。
40.进一步的，配重环套530和支撑环座531为合金钢或钨钢材质构件，支撑环座531的外周做表面硬化处理，支撑环座531的两侧与第二稳定环座520的内侧设有流道间隙。
41.具体的，利用各个流道将液流导入电主轴箱100和轴稳定组件500内部消除主轴运动摩擦降低内能的增加，且通过循环流道进行快速换热降低结构热膨胀率，避免配合间隙处的抵接磨损，且高质量的配重环套530和支撑环座531进一步增加主轴配重提高扭矩输出，并通过轴稳定组件500对运动主轴200进行运动支撑抵消配重环套530和支撑环座531的窜动等不良影响。
42.在本发明中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如，“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.需要说明的是，当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并
不表示是唯一的实施方式。
44.在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。