旋风铣床用电机直驱式磁悬浮铣刀盘的制作方法

本发明涉及机床设计领域，特别是涉及一种旋风铣床用旋风铣床用电机直驱式磁悬浮铣刀盘。

背景技术：

旋风铣削是采用旋转刀盘上的多把铣刀依次切削工件表面的一种高速切削方法，他要求刀盘具有较高的旋转速度，然而普通轴承的极限转速限制了刀盘的旋转速度。授权公告号为cn206626094u的实用新型专利提出一种智能化磁悬浮电主轴装置，这种装置虽然可以提高转速，但是装置的轴向尺寸太长，由于旋风铣床工作时工件是放在刀盘内的，且两者需要有一定的倾斜角，刀盘轴向尺寸限制了机床的最大加工直径。

技术实现要素：

发明目的：

本发明提供一种旋风铣床用电机直驱式磁悬浮铣刀盘，其目的是解决以往所存在的问题。本发明用以提高刀盘的极限转速，同时尽量缩短刀盘的轴向尺寸，以提高最大加工直径。

技术方案：

一种旋风铣床用电机直驱式磁悬浮铣刀盘，包括：外壳(1)、主轴(5)和保护轴承；主轴(5)设置在外壳(1)内且能相对于外壳(1)旋转，保护轴承为前保护轴承(6)和后保护轴承(10)，前保护轴承(6)和后保护轴承(10)分设于主轴(5)的前后两端；其特征在于：该铣刀盘还包括径向磁悬浮轴承(2)、轴向传感器(3)、径向差分传感器(7)、电机(8)和混合磁悬浮轴承(9)；

电机(8)在主轴(5)与外壳(1)中间，其中电机定子固定在外壳(1)上，电机转子固定在主轴(5)上，所述径向磁悬浮轴承(2)和混合磁悬浮轴承(9)分别位于电机(8)的前后两侧，(轴向的前后两侧，也是如图2中的左右两侧)，径向差分传感器(7)(差分位移传感器)为圆环结构，径向差分传感器(7)套在主轴(5)上，径向差分传感器(7)的四个极均匀地分布在主轴(5)的圆周上(就是说每个极与主轴(5)的中心连线形成四条连线，四条连线之间的夹角为90度)，相对的两个极组成差分器用来检测所在自由度的位移，径向差分传感器(7)为两个，两个径向差分传感器分别置于两个保护轴承内侧(就是说电机(8)置于两个保护轴承之间，而两个径向差分传感器(7)分别置于电机(8)与保护轴承之间，如图2所示)，所述轴向传感器(3)置于径向磁悬浮轴承(2)前侧(如图2所示的径向磁悬浮轴承(2)与前保护轴承(6)之间)，刀具安装盘(11)固定在主轴(5)端侧面上。

所述混合磁悬浮轴承(9)由混合磁悬浮轴承径向定子(95)、混合磁悬浮轴承轴向定子(93)、混合磁悬浮轴承转子(96)、永磁环(94)、混合磁悬浮轴承轴向线圈(92)和四个混合磁悬浮轴承径向线圈(91)组成；

混合磁悬浮轴承轴向定子(93)固定在外壳(1)上，永磁环(94)固定在混合磁悬浮轴承轴向定子(93)径向端面的内侧(如图3所示)，混合磁悬浮轴承径向定子(95)固定在永磁环(94)内侧，混合磁悬浮轴承转子(96)固定在主轴(5)上，混合磁悬浮轴承转子(96)与混合磁悬浮轴承轴向定子(93)之间以及混合磁悬浮轴承转子(96)与混合磁悬浮轴承径向定子(95)之间均留有间隙，混合磁悬浮轴承轴向线圈(92)固定在混合磁悬浮轴承轴向定子(93)轴向前后端面内侧，混合磁悬浮轴承径向线圈(91)缠绕在混合磁悬浮轴承径向定子(95)的四个极靴上。

径向磁悬浮轴承(2)由径向磁悬浮轴承定子(23)、径向磁悬浮轴承转子(21)和四个径向磁悬浮线圈(22)组成，径向磁悬浮轴承定子(23)固定在外壳(1)上，径向磁悬浮轴承转子(21)固定在主轴(5)上，径向磁悬浮轴承转子(21)与径向磁悬浮轴承定子(23)间留有间隙，四个径向磁悬浮线圈(22)分别缠绕在径向磁悬浮轴承定子(23)的四个极靴上；

所述外壳(1)的壳体壁内设有冷却液通道(15)，冷却液通道(15)与冷却液进出口(14)连通。

冷却液进出口(14)设置在外壳(1)的下部。

外壳(1)的底部还设置安装孔(13)。

优点效果：

一种旋风铣床用电机直驱式磁悬浮铣刀盘，包括：外壳(1)、主轴(5)、保护轴承(5、6)、径向磁悬浮轴承(2)、混合磁悬浮轴承(9)、电机(8)、径向差分传感器(7)、轴向传感器(3)、其特征在于所述主轴(5)在外壳(1)内部，所述电机(8)在主轴(5)与外壳(1)中间，其中电机定子固定在外壳(1)上，电机转子固定在主轴(5)上，所述径向磁悬浮轴承(2)和混合磁悬浮轴承(9)分别位于电机(8)左右两侧，所述两个保护轴承(5、10)分别置于主轴(5)两端，所述径向差分传感器(7)为圆环结构，四个极均匀地分布在圆周内，相对的两个极组成差分器用来检测所在自由度的位移，两个径向差分传感器分别置于两个保护轴承(5、6)内侧，所述轴向传感器(3)置于径向磁悬浮轴承(2)左侧，所述刀具安装盘(11)固定在主轴(5)右侧面上；所述混合磁悬浮轴承(9)由混合磁悬浮轴承径向定子(95)、混合磁悬浮轴承轴向定子(93)、混合磁悬浮轴承转子(96)、永磁环(94)、混合磁悬浮轴承轴向线圈(92)、四个混合磁悬浮轴承径向线圈(91)组成，其特征在于，混合磁悬浮轴承轴向定子(93)固定在外壳(1)上，永磁环(94)固定在混合磁悬浮轴承轴向定子(93)内，混合磁悬浮轴承径向定子(95)固定在永磁环(94)内，混合磁悬浮轴承转子(96)固定在主轴(5)上并与混合磁悬浮轴承轴向定子(93)和混合磁悬浮轴承径向定子(95)间均留有间隙，混合磁悬浮轴承轴向线圈(92)固定在混合磁悬浮轴承轴向定子(93)内，混合磁悬浮轴承径向线圈(91)缠绕在混合磁悬浮轴承径向定子(95)的四个极靴上；所述径向磁悬浮轴承(2)由径向磁悬浮轴承定子(23)、径向磁悬浮轴承转子(21)、四个径向磁悬浮线圈(22)组成，其特征在于径向磁悬浮轴承定子(23)固定在外壳(1)上，径向磁悬浮轴承转子(21)固定在主轴(5)上并与径向磁悬浮轴承定子(23)间留有间隙，四个径向磁悬浮线圈(22)分别缠绕在径向磁悬浮轴承定子(23)的四个极靴上；所述外壳(1)底部设有安装孔(13)、冷却液进出口(14)，壳体内设有冷却液通道(15)。

为了减小刀盘的轴向长度提高旋风铣床的最大加工直径，本申请提出将径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承结合起来，这种方式可以有效减小刀盘轴向尺寸，提高最大铣削直径。

与现有技术相比，本发明的具体的有益效果是：

1、本发明专利将磁悬浮轴承运用到旋风铣刀盘中，可以提高刀盘的旋转速度，从而提高旋风铣削的加工效率和加工精度。

2、运用混合磁悬浮轴承缩短了轴向尺寸，在刀盘径向尺寸一定的情况下提高了最大加工直径。

附图说明

图1为旋风铣床用电机直驱式磁悬浮铣刀盘轴测图

图2为旋风铣床用电机直驱式磁悬浮铣刀盘半剖视图

图3为混合磁悬浮轴承半剖视图

图4为径向磁悬浮左视图

图5为外壳轴测图

图6为刀盘工作原理图

图7为混合磁悬浮轴承轴向工作原理图

图8为混合磁悬浮轴承径向工作原理图

图中附图标记说明：

1外壳、2径向磁悬浮轴承、3轴向传感器、4左端盖、5主轴、6左保护轴承、7径向差分传感器、8电机、9混合磁悬浮轴承、10右保护轴承、11刀具安装盘、13安装孔、14冷却液注入孔、15冷却液孔、21径向磁悬浮轴承转子、22径向磁悬浮轴承线圈、23径向磁悬浮轴承定子、24径向磁悬浮轴承定子下线圈、25径向磁悬浮轴承定子上线圈、71径向差分传感器下极、72径向差分传感器上极、81电机定子、82电机转子、91混合磁悬浮轴承径向线圈、92混合磁悬浮轴承轴向线圈、93混合磁悬浮轴承轴向定子、94永磁环、95混合磁悬浮轴承径向定子、96混合磁悬浮轴承转子、97混合磁悬浮轴承径向上线圈、98混合磁悬浮轴承径向下线圈、101混合磁悬浮轴承轴向左线圈、102混合磁悬浮轴承轴向右线圈、

具体实施方式

一种旋风铣床用电机直驱式磁悬浮铣刀盘，包括：外壳(1)、主轴(5)和保护轴承；主轴(5)设置在外壳(1)内且能相对于外壳(1)旋转，保护轴承为前保护轴承(6)和后保护轴承(10)，前保护轴承(6)和后保护轴承(10)分设于主轴(5)的前后两端；其特征在于：该铣刀盘还包括径向磁悬浮轴承(2)、轴向传感器(3)、径向差分传感器(7)、电机(8)和混合磁悬浮轴承(9)；

电机(8)在主轴(5)与外壳(1)中间，其中电机定子固定在外壳(1)上，电机转子固定在主轴(5)上，所述径向磁悬浮轴承(2)和混合磁悬浮轴承(9)分别位于电机(8)的前后两侧，(轴向的前后两侧，也是如图2中的左右两侧)，径向差分传感器(7)(差分位移传感器)为圆环结构，径向差分传感器(7)套在主轴(5)上，径向差分传感器(7)的四个极均匀地分布在主轴(5)的圆周上(就是说每个极与主轴(5)的中心连线形成四条连线，四条连线之间的夹角为90度)，相对的两个极组成差分器用来检测所在自由度的位移，径向差分传感器(7)为两个，两个径向差分传感器分别置于两个保护轴承内侧(就是说电机(8)置于两个保护轴承之间，而两个径向差分传感器(7)分别置于电机(8)与保护轴承之间，如图2所示)，所述轴向传感器(3)置于径向磁悬浮轴承(2)前侧(如图2所示的径向磁悬浮轴承(2)与前保护轴承(6)之间)，刀具安装盘(11)固定在主轴(5)端侧面上。

所述混合磁悬浮轴承(9)由混合磁悬浮轴承径向定子(95)、混合磁悬浮轴承轴向定子(93)、混合磁悬浮轴承转子(96)、永磁环(94)、混合磁悬浮轴承轴向线圈(92)和四个混合磁悬浮轴承径向线圈(91)组成；

混合磁悬浮轴承轴向定子(93)固定在外壳(1)上，永磁环(94)固定在混合磁悬浮轴承轴向定子(93)径向端面的内侧(如图3所示)，混合磁悬浮轴承径向定子(95)固定在永磁环(94)内侧，混合磁悬浮轴承转子(96)固定在主轴(5)上，混合磁悬浮轴承转子(96)与混合磁悬浮轴承轴向定子(93)之间以及混合磁悬浮轴承转子(96)与混合磁悬浮轴承径向定子(95)之间均留有间隙，混合磁悬浮轴承轴向线圈(92)固定在混合磁悬浮轴承轴向定子(93)轴向前后端面内侧，混合磁悬浮轴承径向线圈(91)缠绕在混合磁悬浮轴承径向定子(95)的四个极靴上。

径向磁悬浮轴承(2)由径向磁悬浮轴承定子(23)、径向磁悬浮轴承转子(21)和四个径向磁悬浮线圈(22)组成，径向磁悬浮轴承定子(23)固定在外壳(1)上，径向磁悬浮轴承转子(21)固定在主轴(5)上，径向磁悬浮轴承转子(21)与径向磁悬浮轴承定子(23)间留有间隙，四个径向磁悬浮线圈(22)分别缠绕在径向磁悬浮轴承定子(23)的四个极靴上；

混合磁悬浮轴承径向线圈91分为混合磁悬浮轴承径向上线圈97和混合磁悬浮轴承径向下线圈98。

所述外壳(1)的壳体壁内设有冷却液通道(15)，冷却液通道(15)与冷却液进出口(14)连通。

冷却液进出口(14)设置在外壳(1)的下部。

外壳(1)的底部还设置安装孔(13)。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请的工作原理和工作过程如下：如图6所示，刀盘主轴(5)共有六个自由度，其中电机定子(81)和电机转子(82)控制主轴(5)绕z轴的转动，混合磁悬浮轴承轴向部分控制z向自由度，其他四个自由度由混合磁悬浮轴承(9)和径向磁悬浮轴承(2)共同控制。

当刀盘不工作时，磁悬浮轴承不通电，保护轴承(6、10)工作。当刀盘旋转时，保护轴承(6、10)不工作，此时主轴(5)悬空，假如主轴在向右(如图6的右侧)的外力作用下向右移动，轴向传感器(3)检测到主轴向右运动后，输入到控制器中，控制器对混合磁悬浮轴承轴向线圈(101、102)通入顺时针方向(沿着z方向看)的电流，如图7所示显示了此时混合磁悬浮轴承磁场分布图，左侧气隙磁场为永磁体(94)与混合磁悬浮轴承轴向线圈(101、102)产生的磁场强度之和，右侧气隙磁场为永磁体(94)与混合磁悬浮轴承轴向线圈(101、102)产生的磁场强度之差，因此左侧气隙的电磁力大于右侧气隙的电磁力，主轴(5)向左运动恢复到平衡位置。同理主轴(5)受到向左的外力时也能恢复到平衡位置。

当主轴(5)左端受到向上的力向上运动时，径向差分传感器(7)将检测到的向上的位移信号传给控制器，控制器对混合磁悬浮轴承径向上线圈97、混合磁悬浮轴承径向下线圈98通入逆时针方向(沿着x方向看)的电流，上气隙内的磁场强度为永磁体(94)与上下两径向线圈(97、98)产生的磁场强度的差，下气隙内的磁场强度为永磁体(94)与上下两径向线圈(97、98)产生的磁场强度之和，故下气隙的电磁力大于上气隙的电磁力，主轴(5)向下运动恢复到平衡位置。同理其他方向受力偏移时也能恢复的平衡位置。