专利名称：一种一体化机床卡盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机床部件，更具体地说，涉及一种将电机结构和机床卡盘 结构紧密结合而成的机电一体化的机床卡盘。
背景技术：
在传统机床技术中，无论是卧式机床、立式机床、自动机床、数控机床、 变频机床等等，都有一个庞大且造价昂贵的机床主轴箱，主轴箱内设置有变速 齿轮组、传动轴、离合器等，实现对机床卡盘转动速度和力矩的传递和控制， 主轴箱结构复杂、体积庞大、要求加工精度高，能量传递效率低，使得机床造 价昂贵，能耗高，使传统机床产品的加工制造成本居高不下。为了克服传统机床存在的上述缺陷，出现了不使用完整主轴箱的变频机 床。变频机床虽然大大简化了主轴箱结构，但其结构上采用了两个皮带轮和一 根皮带的皮带传动将电机的旋转力矩传递到机床卡盘上，仍然存在如下缺陷1、 变频机床的旋转力矩由电机经皮带传动传递至卡盘，机床结构的传 动链上必须包括电机转轴、两个皮带轮、皮带和卡盘，使得机床的体 积仍然较大；2、 由于传动链零部件较多，制造、装配精度的要求较高，使得机床的 制造成本较高；3、 皮带传动效率低，能量损失大，因此变频机床效率低。 发明内容本发明要解决的技术问题在于，提供一种一体化机床卡盘，克服现有变 频机床存在的上述缺陷。本发明解决其技术问题所釆用的技术方案是构造一种一体化机床卡盘， 包括机架6、固定连接在该机架上的机床主轴7、轴承11和通过该轴承轴向定位并垂直转动支承在该机床主轴上的卡盘4，其特征在于还包括位于所述卡盘后端一侧并固定连接在所述机床主轴上的平面圆环旋转电机初级定子机架9、设置在该初级定子机架侧面上的初级定子平面圆环体1和连接该初级定子 平面圆环体线圈绕组13的供电导线，所述卡盘包括设置在其上的平面圆环旋 转电机的次级转子平面圆环体2，所述初级定子平面圆环体与所述次级转子平 面圆环体间隔相对并形成电磁场气隙3。在本发明的一体化机床卡盘中，所述卡盘包括向其后端延伸的外圆壳边的 延长部分5，所述初级定子平面圆环体设置在所述初级定子机架两侧表面或任 一侧表面上，所述次级转子平面圆环体对应于所述初级定子平面圆环体设置在 所述卡盘后端表面上或所述延长部分上。在本发明的一体化机床卡盘中，所述机床主轴7为圆筒形空心结构。在本发明的一体化机床卡盘中，所述卡盘、卡盘延长部分、初级定子机架、 初级定子平面圆环体、次级转子平面圆环体和机床主轴之间形成以所述电磁场 气隙为开口的密闭空间，包括穿过所述初级定子机架或所述机床主轴或所述气 隙进入所述密闭空间的压縮空气管。在本发明的一体化机床卡盘中，包括沿轴向设置在所述机床主轴表面的浅 槽，所述压縮空气管经该浅槽进入所述密闭空间。在本发明的一体化机床卡盘中，包括设置在所述密闭空间内部、开口朝向 所述电磁场气隙并沿所述初级定子平面圆环体圆周间隔分布的多个吹气嘴，所 述吹气嘴与所述压縮空气管连通。在本发明的一体化机床卡盘中，所述卡盘在所述主轴上的轴向定位是这样 实现的所述主轴上对应所述轴承的安装位置设置定位台阶，所述轴承的一端 和该定位台阶配合定位，该轴承的另一端由轴向定位的轴承外端盖定位或和与 该主轴端部螺纹配合的限位螺母配合定位，所述限位螺母螺纹配合的螺纹旋向 与所述卡盘的旋转方向相同。在本发明的一体化机床卡盘中，所述卡盘在所述主轴上的轴向定位是这样 实现的所述主轴上对应所述轴承的安装位置设置沿轴向定位的定位环，所述
轴承的一端和该定位环配合定位，该轴承的另一端由轴向定位的轴承外端盖定 位或和与该主轴端部螺纹配合的限位螺母配合定位，所述限位螺母螺纹配合的 螺纹旋向与所述卡盘的旋转方向相同。在本发明的一体化机床卡盘中，所述卡盘在所述主轴上的轴向定位是这样 实现的所述主轴上对应所述轴承的安装位置设置与所述主轴螺纹连接的轴承 内端盖，该轴承内端盖所述螺纹连接的螺纹旋向与所述卡盘的旋转方向相同； 所述轴承的一端通过该轴承内端盖定位，该轴承的另一端由轴向定位的轴承外 端盖定位或和与该主轴端部螺纹配合的限位螺母配合定位，所述限位螺母螺纹 配合的螺纹旋向与所述卡盘的旋转方向相同。在本发明的一体化机床卡盘中，所述初级定子机架与所述主轴的固定连接 结构为所述初级定子机架与所述主轴为一整体成型或所述初级定子机架可拆 卸固定连接在所述主轴上。实施本发明的一体化机床卡盘，与现有技术比较，其有益效果是1、 通过将电机结构与卡盘结构的巧妙结合，省略了电机至卡盘之间的 机械传动链，大大简化了机床结构，縮小了机床体积，降低了机床的 制造成本，节约了原材料消耗；2、 电机的输出功率直接到达卡盘用于工件加工，大大降低了电机输出 功率的传递损耗，提高了有用功率，即提高了机床的功率利用效率， 实现了节能降耗并降低了机床的产品加工成本；3、 机床结构的简化大大降低了机床的故障发生率，提高了机床的可靠 性，同时使机床的使用和维护简化，降低了使用和维护成本。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图1是本发明一体化机床卡盘的一种实施例。图l中1是平面圆环旋转电机的初级定子平面圆环体；2是平面圆环旋 转电机的次级转子平面圆环体；3是平面圆环旋转电机的圆环体旋转电磁场气 隙空间；4是机床卡盘；5是机床卡盘4的外圆壳边的延长部分，6是安装在 卧式机床(或立式机床)端头的主轴机架(包括主轴机架座)；7是圆筒形空 心主轴，其固定安装在主轴机架6上；8是设置在主轴7外表面上的浅槽，用 于铺设压縮空气管和/或供电导线；9是平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体 1的圆环体紧固连接机架；10是电机初级定子平面圆环体1的圆环体紧固连接 机架9的机架座；ll是轴承，使机床卡盘4转动支承在主轴7上；12是轴承 外端盖；13是平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体1的电机线圈绕组；14 是机床卡盘4的后端内圆环平面。
具体实施方式
在如图1所示的实施例中，本发明的一体化机床卡盘包括主轴机架6(包 括机架座)、固定连接在该主轴机架6上的机床主轴7、机床卡盘4、轴承ll、 平面圆环旋转电机的初级定子机架9和设置在该初级定子机架9与卡盘4后端 面相对的侧表面上的初级定子平面圆环体1，机床卡盘4通过轴承11轴向定 位并垂直转动支承在该机床主轴7上，机床卡盘4的后端延伸出一个外圆壳边 延长部分5，在机床卡盘4后端表面上设置与初级定子平面圆环体1相对并保 持电磁场气隙空间3的次级转子平面圆环体2，该初级定子平面圆环体1的线 圈绕组13通过导电线(图中未示出)与电源接通后，初级定子平面圆环体1 与次级转子平面圆环体2之间产生旋转电磁场力矩，从而推动机床卡盘4沿设 计方向转动。本发明充分利用了平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体与次级转子平 面圆环体相对的平面圆环旋转运动以及它们各自的圆环体表面及其构成的圆 环体电磁场气隙空间都是与其轴心线相互垂直的机械物理特性，将电机结构与 机床主轴和卡盘结构紧密地结合在一起。在其他实施例中，初级定子平面圆环体1可以设置在初级定子机架9的外 侧表面上，对应地，次级平面转子圆环体2设置在延长部分5上并与初级定子 平面圆环体1相对并构成电磁场气隙空间3，次级平面转子圆环体2可以固定 连接在延长部分5的内侧表面上，也可以在延长部分5的端部设置次级转子平 面圆环体2的安装连接结构，将次级转子平面圆环体2固定连接在该安装连接
结构上。在其他实施例中，初级定子平面圆环体1可以设置在初级定子机架9的两 侧表面上，对应地，次级转子平面圆环体2设置在延长部分5上和卡盘后端面 上并与初级定子平面圆环体1相对并构成电磁场气隙空间3。次级转子平面圆 环体2在延长部分5上固定连接如上述。如图1所示，本实施例的机床主轴7釆用圆筒形空心主轴结构，在其他实 施例中，机床主轴7也可以采用实心轴等结构。平面圆环旋转电机的初级定子平面圆环体1通过其后背紧固连接在机架9 上，机架9又通过机架座10使用销、键等传统机械连接方式固定连接在主轴 7上。图1对机架9和机架座10的结构只作了示意性表示，在实际的产品设 计中，机架9和机架座10的具体结构可采用常用的机架和机架座结构。机架9与主轴7的连接可以采用一体化的整体结构，也可以采用可拆卸的 固定连接结构。机床卡盘4基本采用现有卡盘结构，仅是将现有的卡盘与主轴的螺纹连接 结构采用轴承11代替，轴承11可采用滚动轴承或滑动轴承。机床卡盘4通过 轴承11转动连接在主轴7上并实现定位，定位的方式可采用以下结构在主 轴7的轴端对应于轴承11的安装位置设置定位台阶或设置轴向定位的圆环垫 片来定位轴承11，也可以使用与卡盘旋转方向相同的轴承11的内端盖与主轴 7螺纹配合定位，轴承11的外端使用轴向定位的轴承11的外端盖12定位， 或使用和与主轴7端部螺纹配合的限位螺母配合定位，限位螺母螺纹配合的螺 纹旋向与卡盘4的旋转方向相同。平面圆环旋转电机的次级转子平面圆环体2采用传统的销、键、螺丝等方 式固定连接在机床卡盘4后端面上和/或延长部分5上，当然，也可以采用其 他方式固定连接在机床卡盘4后端面上和/或延长部分5上。在本实施例中，为了防止电磁场气隙空间3内进入其他尘埃或杂物，保证 电机的运行效果，将卡盘4、轴承ll、初级定子机架9、初级定子平面圆环体 1、次级转子平面圆环体2和机床主轴7之间形成以电磁场气隙空间3'为开口 的密闭空间，并在主轴7上设置浅槽8，将高压空气管或压縮空气管(图中未 示出)从浅槽8中引入上述密闭空间内，这样，当压縮空气从密闭空间的开口 即电磁场气隙3中流出时，即可防止尘埃或杂质进入电磁场气隙空间3或将己 进入电磁场气隙3的尘埃或杂质吹出或阻挡在电磁场气隙空间3的外面。当在卡盘延长部分5上设置次级转子平面圆环体2时，上述密闭空间的组 成部分包括卡盘延长部分5，当不在卡盘延长部分5上设置次级转子平面圆环 体2时，上述密闭空间不包括卡盘延长部分5。为了保证较好的保护效果，在上述密闭空间内，沿主轴7外表面周围对着 平面圆环体电磁场气隙空间3的边沿，间隔设置一圈高压空气或压縮空气导管 吹气嘴(图中未示出)，这样，吹气嘴吹出的气流可以均匀可靠地将尘埃或杂 质吹出电磁场气隙空间3。吹气嘴除了设置在主轴7外表面周围外，还可以设 置在上述密闭空间的其他结构和位置上。在其他实施例中，高压空气管或压縮空气管可以采用穿过初级定子机架9 或机床主轴7或电磁场气隙空间3进入上述密闭空间的结构。初级定子圆环体1的通电导线也可安装在浅槽8中。浅槽8还可设置保护盖板o在其他实施例中，也可以不采用压縮空气来防止尘埃或杂物进入电磁场气隙空间3内，而采用在电磁场气隙空间3的外侧设置密封装置来达到目的。在其他实施例中，对于运用环境较好的场合，上述卡盘4、卡盘延长部分 5、初级定子机架9、初级定子圆环体l、次级转子圆环体2和机床主轴7之间 也可以不采用密闭空间结构，也可以不设置卡盘延长部分5，能够实现本发明 目的。本发明的机床卡盘使用现有的变频技术、调压技术来实现对卡盘4的启 动、停车、高速、低速、正转、反转等控制，使机床卡盘4获得机床工作需要 的各种旋转力矩与转速。平面圆环旋转电机可以设计多种规格，与各种规格的机床卡盘4匹配。当 需要配套使用小功率电机时，可以使用减少圆环体电磁场气隙空间3的面积即 对平面圆环旋转电机縮小外圆直径尺寸和增大内圆直径尺寸，也即减少或减薄 电机铁芯体积的方法，即以主轴7的轴心线为圆心，同时减少电机初级定子平
面圆环体l、次级转子平面圆环体2的矽钢片层数及厚度的方法；并相应地同 时减少电机初级定子线圈绕组13的直径与线径。反之，当需要配套设计使用大功率电机时，则可以增大平面圆环体电磁场气隙空间3的面积，即对平面圆环旋转电机增大外圆直径尺寸和縮小内圆直径 尺寸，即增加电机铁芯体积的方法，也就是以主轴7的轴心线为圆心，同时增 加电机初级定子平面圆环体1、次级转子平面圆环体2的矽钢片层数及厚度， 并相应地同时扩大电机初级定子线圈绕组13的直径与线径，直至满足使用要 求。本实施例是以本发明的机床卡盘结构在卧式机床上的利用为例来进行说 明的。在其他实施例中，本发明的机床卡盘结构可以运用在立式机床或其他特 殊设计布置的机床结构中。本发明的机床卡盘结构运用在立式机床上时，可以充分利用立车底座中心 不旋转的竖直方向主轴7、主轴机架6，立车底座、立车工作台及其之间的圆 环形滑动导轨等部件，把平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体1直接安装固 定在主轴7上面，抛弃立车底座和立车工作台旁边的主轴箱以及立车工作台下 面的大齿圈等结构，根据立车工作台外壳边的延长部分5的直径要比电机次级 转子平面圆环体2的直径大许多的情况，既可以把电机次级转子平面圆环体2 固定安装在立车工作台里面中间位置上加强工作台强度的圆环体或延长部分 5里面，也可以采用在电机次级转子圆环体2与立车工作台外圆壳体的延长部 分5之间以及与立车工作台里面_ 一即立车机床卡盘4后面和主轴7相互垂直 的内圆环平面14之间，加装连接安装电机次级转子平面圆环体2的连接支持 机架，把电机次级转子平面圆环体2与立车工作台外圆壳体的延长部分5以及 与立车工作台里面的主轴7相互垂直的内圆环平面14固定连接成一个牢固的 整体，以便由电力驱动的电机次级转子平面圆环体2带动立车工作台一一即立 车机床卡盘及其上面的工件旋转工作。
权利要求
1、一种一体化机床卡盘，包括机架(6)、固定连接在该机架上的机床主轴(7)、轴承(11)和通过该轴承轴向定位并垂直转动支承在该机床主轴上的卡盘(4)，其特征在于还包括位于所述卡盘后端一侧并固定连接在所述机床主轴上的平面圆环旋转电机初级定子机架(9)、设置在该初级定子机架侧面上的初级定子平面圆环体(1)和连接该初级定子平面圆环体线圈绕组(13)的供电导线，所述卡盘包括设置在其上的平面圆环旋转电机的次级转子平面圆环体(2)，所述初级定子平面圆环体与所述次级转子平面圆环体间隔相对并形成电磁场气隙(3)。
2、 如权利要求1所述的一体化机床卡盘，其特征在于所述卡盘包括向 其后端延伸的外圆壳边的延长部分(5)，所述初级定子平面圆环体设置在所述 初级定子机架两侧表面或任一侧表面上，所述次级转子平面圆环体对应于所述 初级定子平面圆环体设置在所述卡盘后端表面上或所述延长部分上。
3、 如权利要求1所述的一体化机床卡盘，其特征在于所述机床主轴(7) 为圆筒形空心结构。
4、 如权利要求2所述的一体化机床卡盘，其特征在于所述卡盘、轴承、 卡盘延长部分、初级定子机架、初级定子平面圆环体、次级转子平面圆环体和 机床主轴之间形成以所述电磁场气隙为开口的密闭空间，包括穿过所述初级定 子机架或所述机床主轴或所述气隙进入所述密闭空间的压縮空气管。
5、 如权利要求4所述的一体化机床卡盘，其特征在于包括沿轴向设置在所述机床主轴表面的浅槽，所述压縮空气管经该浅槽进入所述密闭空间。
6、 如权利要求4所述的一体化机床卡盘，其特征在于包括设置在所述密闭空间内部、开口朝向所述电磁场气隙并沿所述初级定子平面圆环体圆周间 隔分布的多个吹气嘴，所述吹气嘴与所述压縮空气管连通。
7、 如权利要求1至6之一所述的一体化机床卡盘，其特征在于，所述卡 盘在所述主轴上的轴向定位是这样实现的所述主轴上对应所述轴承的安装位置设置定位台阶，所述轴承的一端和该定位台阶配合定位，该轴承的另一端由 轴向定位的轴承外端盖定位或和与该主轴端部螺纹配合的限位螺母配合定位， 所述限位螺母螺纹配合的螺纹旋向与所述卡盘的旋转方向相同。
8、 如权利要求1至6之一所述的一体化机床卡盘，其特征在于，所述卡盘在所述主轴上的轴向定位是这样实现的所述主轴上对应所述轴承的安装位 置设置沿轴向定位的定位环，所述轴承的一端和该定位环配合定位，该轴承的 另一端由轴向定位的轴承外端盖定位或和与该主轴端部螺纹配合的限位螺母 配合定位，所述限位螺母螺纹配合的螺纹旋向与所述卡盘的旋转方向相同。
9、 如权利要求1至6之一所述的一体化机床卡盘，其特征在于，所述卡盘在所述主轴上的轴向定位是这样实现的所述主轴上对应所述轴承的安装位 置设置与所述主轴螺纹连接的轴承内端盖，该轴承内端盖所述螺纹连接的螺纹 旋向与所述卡盘的旋转方向相同；所述轴承的一端通过该轴承内端盖定位，该 轴承的另 一端由轴向定位的轴承外端盖定位或和与该主轴端部螺纹配合的限 位螺母配合定位，所述限位螺母螺纹配合的螺纹旋向与所述卡盘的旋转方向相 同。
10、 如权利要求1至6之一所述的一体化机床卡盘，其特征在于，所述 初级定子机架与所述主轴的固定连接结构为所述初级定子机架与所述主轴为 一整体成型或所述初级定子机架可拆卸固定连接在所述主轴上。
全文摘要
本发明涉及一种一体化机床卡盘，包括机架、固定连接在该机架上的机床主轴、轴承和通过该轴承轴向定位并垂直转动支承在该机床主轴上的卡盘，还包括位于卡盘后端一侧并固定连接在机床主轴上的平面圆环旋转电机初级定子机架、设置在该初级定子机架侧面上的初级定子平面圆环体和连接该初级定子平面圆环体线圈绕组的供电导线，卡盘包括设置在其上的平面圆环旋转电机的次级转子平面圆环体，初级定子平面圆环体与次级转子平面圆环体间隔相对并形成电磁场气隙。本发明通过将电机结构与卡盘结构巧妙结合，简化机床结构，缩小机床体积，提高机床的可靠性和功率利用效率，降低机床制造成本和使用和维护成本，实现了节能降耗并降低机床的产品加工成本。
文档编号B23B31/02GK101161383SQ20071016258
公开日2008年4月16日 申请日期2007年10月9日 优先权日2006年10月11日
发明者海 任 申请人:海 任