一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装置，包括连轴结、平键、空心力矩伺服电机、精密锁紧螺母、套圈、角接触轴承组、轴承端盖、工件主轴箱体、工件主轴、毛毡盖、双向推力轴承、隔套、圆柱滚子轴承、调整垫、顶尖套和拨盘；所述工件主轴箱体内设置有工件主轴，所述工件主轴一端设置有空心力矩伺服电机，所述空心力矩伺服电机上一体化集成有高精度位置编码器，所述空心力矩伺服电机与高精度位置编码同轴设置；所述工件主轴上设置有角接触轴承组、双向推力轴承和圆柱滚子轴承；所述工件主轴另一端设置有顶尖套和拨盘；本新型实现了直驱、零传动、全闭环控制方式，避免累积误差和分度误差，提高了加工精度和效率。
【专利说明】一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种花键轴加工技术设备领域，特别涉及一种直驱零传动数控花 键轴铣床工件主轴装置。
【背景技术】
[0002] 在传动轴制造加工【技术领域】中，花健轴是广泛用于各种传动轴之间连接的通用零 部件，传统制造加工工艺大多使用滚齿机进行粗加工，然后进行精细磨削加工，由于滚齿机 精度与效率均不能满足花键轴工艺水平的需要，造成花键轴生产加工效率低、成本高、难以 批量生产。
[0003] 现有的数控花键轴铣床一般是在普通的机械式铣床上进行改装，将机械式铣床上 的普通电机更换成伺服电机或步进电机，各轴传动链还是通过齿轮等机械部件传动，所以 其加工精度上没有提高，只是降低劳动强度，提升生产效率；现有的数控花键轴铣床工件 主轴，采用机械式传动较多，仍然无法彻底消除累积误差与分度误差的影响；采用机械式传 动，传动误差大、传动精度低、加工速度慢、设备故障率高。工件主轴的控制精度决定了花键 轴加工精度，不但会对花键轴本身的使用与磨损有影响，也同时会影响到工件主轴的使用 寿命和磨损。
[0004] 现有技术中，花键轴铣床的工件轴控制上，还或多或少的保留着齿轮传动方式，也 正是因为在关键的工件轴方向上，没有根本性的改革，致使目前花键轴制造加工工艺的精 度不够好，生产的效率不高，花键轴铣床的运行稳定性不良。 实用新型内容
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主 轴装置，针对现有技术中的不足，优化结构设计，彻底去除数控花键轴铣床工件主轴的中间 传动环节，从根本上避免由于中间传动环节造成的累积误差和分度误差，提高工件的加工 精度和加工效率。
[0006] 为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种直驱零传动数控花键轴铣床 工件主轴装置，简称：工件主轴装置；包括连轴结、平键、空心力矩伺服电机、精密锁紧螺 母、套圈、轴承端盖、角接触轴承组、轴承端盖、工件主轴箱体、工件主轴、套圈、毛毡盖、双向 推力轴承、隔套、圆柱滚子轴承、调整垫、顶尖套和拨盘，其特征在于：
[0007] 所述工件主轴箱体内设置有工件主轴，所述工件主轴一端设置有空心力矩伺服电 机，所述空心力矩伺服电机上一体化集成有高精度位置编码器，所述空心力矩伺服电机与 高精度位置编码同轴设置；所述工件主轴上设置有角接触轴承组、双向推力轴承和圆柱滚 子轴承；所述工件主轴另一端设置有顶尖套和拨盘；所述工件主轴上还设置有精密锁紧螺 母、套圈、轴承端盖、毛毡盖、隔套、调整垫。
[0008] 所述工件主轴装置中，所述工件主轴采用大扭矩的空心力矩伺服电机，直接套装 在工件主轴上，由所述空心力矩伺服电机的旋转部分通过所述连轴结直接同轴驱动所述工 件主轴；所述工件主轴为空心轴，其右端设置有内圆锥孔；所述工件主轴右端设置有顶尖 套和拨盘，所述顶尖套设置有外圆，所述顶尖套的外圆为与所述工件主轴的内圆锥孔相配 合的圆锥面，所述顶尖套设置有内孔，所述顶尖套的内孔为莫氏5号圆锥孔；所述顶尖套的 右端设置有用于装卸的外螺纹。
[0009] 所述工件主轴设置为旋转轴，由空心力矩伺服电机通过连轴结直接驱动；所述连 轴结通过所述平键与所述工件主轴固定连接；所述空心力矩伺服电机的不旋转端设置在所 述工件主轴箱体的左端，空心力矩伺服电机的旋转端与连轴结固定连接。
[0010] 所述工件主轴的右端与工件主轴箱体之间安装有双向推力轴承、隔套、圆柱滚子 轴承；所述圆柱滚子轴承的内孔为圆锥面，所述工件主轴与之对应的部分为相配合的圆锥 面；所述圆柱滚子轴承与所述工件主轴之间的配合公差由调整垫调整；使用所述精密锁紧 螺母通过套圈实现双向推力轴承和圆柱滚子轴承的轴向预紧；上述设置的轴承组件承受径 向力与轴向力，受力结构好，使工件主轴具有很高的回转精度。
[0011] 所述圆柱滚子轴承的外端设置有轴承端盖，所述轴承端盖与所述工件主轴之间设 置有氟胶油封，所述角接触轴承组的后端外圈由箱体预留的台阶孔支承；所述工件主轴箱 体与套圈之间设置有毛毡盖，所述毛毡盖的内圈设置有密封毛毡。
[0012] 所述工件主轴的左端与工件主轴箱体之间设置有用于所述工件主轴左端支承的 角接触轴承组、轴承端盖及对应的氟胶油封；所述角接触轴承组的一端由所述工件主轴预 留的台阶面支承，通过精密锁紧螺母和套圈实现角接触轴承组的轴向预紧。
[0013] 所述圆柱滚子轴承的外端设置有轴承端盖，所述轴承端盖与所述工件主轴的右端 设置有氟胶油封；所述双向推力轴承的右端外圈由工件主轴箱体预留的台阶孔支承。
[0014] 所述工件主轴箱体上设置有添加润滑脂的黄油杯。
[0015] 所述空心力矩伺服电机上的高精度位置编码器直接检测工件主轴的当前实际位 置信号，并将所述位置信号反馈给上位数控系统，所述上位数控系统通过高精度位置编码 器得到工件主轴的当前实际位置，不需另外设置检测元件，所述空心力矩伺服电机与高精 度位置编码同轴设置。
[0016] 所述工件主轴采用大扭矩的空心力矩伺服电机，直接套装在工件主轴上，实现对 工件主轴的直接驱动，同时实现工件主轴的零传动设计，由空心力矩伺服电机一体化集成 的与转子直连的高精度位置编码器反馈工件主轴的位置，实现对工件主轴的全闭环信息数 据控制，因此对工件主轴的整体设计实现了直驱、零传动、闭环数控三大要素。
[0017] 本实用新型的技术方案中，所述空心力矩伺服电机简称DD，为直接驱动负载电机， 空心力矩伺服电机直接驱动负载简称DDR ;所述DDR具有无需中间传动环节如皮带、齿轮 箱；具有无反向间隙；具有力矩电机转子为空心轴设置的特征。
[0018] 所述工件主轴采用大扭矩的空心力矩伺服电机直接套装在所述工件主轴上，由空 心力矩伺服电机一体化集成的与转子直连的高精度位置编码器反馈所述工件主轴的位置。 这样工件主轴和加工的工件之间不存在任何机械传动元件，称之为"零传动";所述高精度 位置编码器为反馈元件直接检测工件主轴位置，构成了真正意义的全闭环数据控制。可以 得到理想的加工分度精度和良好的工件表面质量。
[0019] 所述工件主轴为空心轴，采用空心力矩伺服电机直接套接固定方式，将与工件分 度精度相关的传动部件均省略掉，因此从根本上排除了工件加工过程中，累积误差与分度 误差的产生与累积问题，是提高工件加工精度的根本措施。
[0020] 通过上述技术方案，本实用新型技术方案的有益效果是：采用大扭矩空心伺服电 机套装在工件主轴上，实现直驱方式，采用高精度位置编码器与大扭矩伺服电机集成一体， 实现位置信号全闭环式反馈控制，优化结构设计，彻底去除数控花键轴铣床工件主轴的中 间传动环节，实现了工件主轴的零传动，从根本上避免由于中间传动环节造成的累积误差 和分度误差，提高花键轴的工件的加工精度和加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1为本实用新型实施例所公开的一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装 置结构示意图。
[0023] 图中数字和字母所表示的相应部件名称：
[0024] 1.连轴结 2.平键 3.空心力矩伺服电机4.精密锁紧螺母
[0025] 5.套圈 6.轴承端盖 7.角接触轴承组 8.轴承端盖
[0026] 9.工件主轴箱体10.工件主轴 11.精密锁紧螺母 12.套圈
[0027] 13.毛毡盖 14.双向推力轴承15.隔套 16.圆柱滚子轴承
[0028] 17.调整垫 18.轴承端盖 19.顶尖套 20.拨盘
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0030] 根据图1，本实用新型提供了一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装置，包括 连轴结1、平键2、空心力矩伺服电机3、精密锁紧螺母4、套圈5、轴承端盖6、角接触轴承组 7、轴承端盖8、工件主轴箱体9、工件主轴10、精密锁紧螺母11、套圈12、毛毡盖13、双向推 力轴承14、隔套15、圆柱滚子轴承16、调整垫17、轴承端盖18、顶尖套19和拨盘20。
[0031] 所述工件主轴箱体9内设置有工件主轴10,所述工件主轴10-端设置有空心力矩 伺服电机3,所述空心力矩伺服电机3上一体化集成有高精度位置编码器，所述工件主轴10 上设置有角接触轴承组7、双向推力轴承14和圆柱滚子轴承16 ;所述工件主轴10另一端设 置有顶尖套19和拨盘20 ;所述工件主轴10上还设置有精密锁紧螺母（4、11)、套圈（5、12)、 轴承端盖（6、8、18)、毛毡盖13、隔套15、调整垫17。
[0032] 所述工件主轴10采用大扭矩的空心力矩伺服电机3,直接套装在工件主轴10上， 实现对工件主轴10的直接驱动，同时实现工件主轴10的零传动设计，由空心力矩伺服电机 3 -体化集成的与转子直连的高精度位置编码器反馈工件主轴10的位置，实现对工件主轴 10的全闭环信息数据控制，因此对工件主轴10的整体设计实现了直驱、零传动、闭环数控 三大要素。
[0033] 本实用新型的技术方案中，所述空心力矩伺服电机3,简称DD，为直接驱动负载电 机，空心力矩伺服电机3直接驱动负载简称DDR ;所述DDR具有无需中间传动环节如皮带、 齿轮箱；具有无反向间隙；具有力矩电机转子为空心轴设置的特征。
[0034] 所述工件主轴10采用大扭矩的空心力矩伺服电机3直接套装在所述工件主轴10 上，由空心力矩伺服电机3 -体化集成的与转子直连的高精度位置编码器反馈所述工件主 轴的位置。这样工件主轴10和加工的工件与动力装置之间不存在任何机械传动元件，称之 为"零传动";所述高精度位置编码器为反馈元件直接检测工件主轴10位置，构成了真正意 义的全闭环数据控制。可以得到理想的加工分度精度和良好的工件表面质量。
[0035] 所述空心力矩伺服电机3上的高精度位置编码器直接检测工件主轴10的当前实 际位置信号，并将所述位置信号反馈给上位数控系统，所述上位数控系统通过高精度位置 编码器得到工件主轴10的当前实际位置，不需另外设置检测元件，所述空心力矩伺服电机 3与高精度位置编码同轴设置。
[0036] 所述工件主轴10为空心轴，采用空心力矩伺服电机3直接套接固定方式，将与工 件分度精度相关的传动部件均省略掉，因此从根本上排除了工件加工过程中，累积误差与 分度误差的产生与累积问题，是提高工件加工精度的根本措施。
[0037] 所述工件主轴装置中，由所述空心力矩伺服电机3的旋转部分通过所述连轴结1 直接同轴驱动所述工件主轴10 ;所述工件主轴10为空心轴，其右端设置有内圆锥孔；所述 工件主轴10右端设置有顶尖套19和拨盘20,所述顶尖套19设置有外圆，所述顶尖套19的 外圆为与所述工件主轴10的内圆锥孔相配合的圆锥面，所述顶尖套19设置有内孔，所述顶 尖套19的内孔为莫氏5号圆锥孔；所述顶尖套19的右端设置有用于装卸的外螺纹。
[0038] 所述工件主轴10设置为旋转轴，由空心力矩伺服电机3通过连轴结1直接驱动； 所述连轴结1通过所述平键2与所述工件主轴10固定连接；所述空心力矩伺服电机3的不 旋转端设置在所述工件主轴箱体9的左端，空心力矩伺服电机3的旋转端与连轴结1固定 连接。
[0039] 所述工件主轴10的右端与工件主轴箱体9之间安装有双向推力轴承14、隔套15、 圆柱滚子轴承16 ;所述圆柱滚子轴承16的内孔为圆锥面，所述工件主轴10与之对应的部 分为相配合的圆锥面；所述圆柱滚子轴承16与所述工件主轴10之间的配合公差由调整垫 17调整；使用所述精密锁紧螺母11通过套圈12实现以上轴承的轴向预紧；上述设置的轴 承组件承受径向力与轴向力，受力结构好，使工件主轴10具有很高的回转精度。
[0040] 所述圆柱滚子轴承16的外端设置有轴承端盖18,所述轴承端盖18与所述工件主 轴10之间设置有氟胶油封，所述角接触轴承组7的后端外圈由箱体预留的台阶孔支承；所 述工件主轴箱体9与套圈12之间设置有毛毡盖13,所述毛毡盖13的内圈设置有密封毛毡。
[0041] 所述工件主轴10的左端与工件主轴箱体9之间设置有用于所述工件主轴10左端 支承的角接触轴承组7、轴承端盖6、轴承端盖8及对应的氟胶油封；所述角接触轴承组7的 一端由所述工件主轴10预留的台阶面支承，通过精密锁紧螺母4和套圈5实现角接触轴承 组的轴向预紧。
[0042] 所述双向推力轴承14的右端外圈由工件主轴箱体9预留台阶孔支承。
[0043] 所述工件主轴箱体上设置有添加润滑脂的黄油杯。
[0044] 通过上述具体实施例，本实用新型的有益效果是：采用大扭矩空心伺服电机套装 在工件主轴上，实现直驱方式，采用高精度位置编码器与大扭矩伺服电机集成一体，实现位 置信号全闭环式反馈控制，优化结构设计，彻底去除数控花键轴铣床工件主轴的中间传动 环节，实现了工件主轴的零传动，从根本上避免由于中间传动环节造成的累积误差和分度 误差，提高花键轴的工件的加工精度和加工效率。
[〇〇45] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新 型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定 义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因 此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1. 一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装置，简称工件主轴装置；其特征在于， 包括连轴结、平键、空心力矩伺服电机、精密锁紧螺母、套圈、轴承端盖、角接触轴承组、轴承 端盖、工件主轴箱体、工件主轴、套圈、毛毡盖、双向推力轴承、隔套、圆柱滚子轴承、调整垫、 顶尖套和拨盘；所述工件主轴箱体内设置有工件主轴，所述工件主轴一端设置有空心力矩 伺服电机，所述空心力矩伺服电机上一体化集成有高精度位置编码器，所述空心力矩伺服 电机与高精度位置编码同轴设置；所述工件主轴上设置有角接触轴承组、双向推力轴承和 圆柱滚子轴承；所述工件主轴另一端设置有顶尖套和拨盘；所述工件主轴上还设置有精密 锁紧螺母、套圈、轴承端盖、毛毡盖、隔套、调整垫；所述工件主轴采用大扭矩的空心力矩伺 服电机，直接套装在工件主轴上，由所述空心力矩伺服电机的旋转部分通过所述连轴结直 接同轴驱动所述工件主轴；所述工件主轴为旋转轴，所述连轴结通过所述平键与所述工件 主轴固定连接；所述空心力矩伺服电机的不旋转端设置在所述工件主轴箱体的左端，空心 力矩伺服电机的旋转端与连轴结固定连接。
2. 根据权利要求1所述的一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装置，其特征在 于，所述工件主轴为空心轴，其右端设置有内圆锥孔；所述工件主轴右端设置有顶尖套和拨 盘，所述顶尖套设置有外圆，所述顶尖套的外圆为与所述工件主轴的内圆锥孔相配合的圆 锥面，所述顶尖套设置有内孔；所述顶尖套的右端设置有用于装卸的外螺纹。
3. 根据权利要求1所述的一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装置，其特征在 于，所述工件主轴的右端与工件主轴箱体之间安装有双向推力轴承、隔套、圆柱滚子轴承； 所述圆柱滚子轴承的内孔为圆锥面，所述工件主轴与之对应的部分为相配合的圆锥面；所 述圆柱滚子轴承与所述工件主轴之间的配合公差由调整垫调整；使用所述精密锁紧螺母通 过套圈实现双向推力轴承和圆柱滚子轴承的轴向预紧。
4. 根据权利要求1所述的一种直驱零传动数控花键轴铣床工件主轴装置，其特征在 于，所述工件主轴的左端与工件主轴箱体之间设置有用于所述工件主轴左端支承的角接触 轴承组、轴承端盖及氟胶油封；所述角接触轴承组的一端由所述工件主轴预留的台阶面支 承，通过精密锁紧螺母和套圈实现角接触轴承组的轴向预紧。
【文档编号】B23B19/02GK203830744SQ201420229569
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】谢云生 申请人:张家港乙腾机械有限公司