一种大载荷高刚性永磁同步电主轴的制作方法

本实用新型涉及电主轴，尤其涉及一种大载荷高刚性永磁同步电主轴。

背景技术：

电主轴是一种精密加工设备，通常应用于机床上，可实现对多种材质的精细加工，其通常包含钢筒，在钢筒内设置前后轴承，钢筒内的转子穿过前后轴承，在转子与定子的配合作用下实现运转驱动。现有技术中，电主轴在执行不同动作时，例如执行松刀、夹刀动作时，需要转子内的拉杆前后滑动，其动作过程中产生的作用力将会加载到转子上，而转子上的角接触轴承之间一般是背对背安装的刚性预紧，主轴在松紧刀动作无法实现转子浮动，这些松刀的作用力加载到轴承上，长期使用状态下，影响主轴的使用寿命，特别是在大载荷、高转速工作状态下，这种轴承安装方式所造成的影响就更加明显，导致现有的电主轴很难在高转速、高刚性状态下发挥良好的表现，因此难以满足现有的应用需求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种以浮动方式对转子的后端进行支撑，能够满足大载荷、高转速的加工需要，有助于提高主轴加工精度和使用寿命的永磁同步电主轴。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种大载荷高刚性永磁同步电主轴，其包括有钢筒，所述钢筒的前端固定有前轴承组件，所述钢筒内设有定子组件，所述定子组件内穿设有转子且二者转动连接，所述转子的前端穿过所述前轴承组件，且所述转子的前端安装有刀头组件，所述钢筒的后端固定有后轴承座，所述后轴承座内设有后轴承室，所述后轴承室与所述后轴承座滑动连接且二者之间密封配合，所述后轴承室内设有后轴承，所述转子的后端穿过所述后轴承，所述后轴承座的后端固定有后盖，所述后盖上设有冷却液入口和冷却液出口，所述后轴承室的外侧壁开设有环状的储水槽，所述后轴承座的侧部开设有后轴承座入口和后轴承座出口，所述后轴承座入口和后轴承座出口均连通于所述储水槽，且所述后轴承座出口连通于所述冷却液出口，所述冷却液入口注入的冷却液通过所述后轴承座入口注入所述储水槽内，所述储水槽内的冷却液依次经由所述后轴承座出口和冷却液出口排出，所述后轴承座的后端固定有过渡板，所述过渡板抵接于所述后轴承室的后端，所述后轴承座的前端形成有向内延伸的环形挡板，所述环形挡板位于所述后轴承室的前侧且二者之间形成有活动间隙。

优选地，所述后轴承室上套设有两个密封圈，两个密封圈分设于所述储水槽的前后两侧。

优选地，所述环形挡板的后端嵌设有多个弹簧，多个弹簧沿所述环形挡板的周向均匀分布，且所述弹簧夹设于所述环形挡板与所述后轴承室之间。

优选地，所述转子与所述后轴承之间形成有膨胀间隙。

优选地，所述前轴承组件包括有前轴承座，所述前轴承座的外侧固定有前轴承外套，所述前轴承座内设有前轴承，所述转子的前端穿过所述前轴承，所述前轴承座的外侧开设有前轴承冷却水道，所述前轴承冷却水道环绕于所述前轴承座，所述前轴承外套覆盖于所述前轴承冷却水道，所述后盖的侧壁和钢筒的侧壁内开设有冷却水注入通道，所述冷却水注入通道的后端连通于所述冷却液入口，所述冷却水注入通道的前端连通于所述前轴承冷却水道的入口，所述前轴承冷却水道出口输出的冷却液传输至所述储水槽。

优选地，所述钢筒内穿设有水套且二者密封配合，所述定子组件固定于所述水套之内，所述水套外侧壁开设有多个依次连通的环形水道，所述钢筒覆盖于所述环形水道，多个环形水道的前端连通于所述前轴承冷却水道的出口，所述环形水道的后端连通于所述后轴承座入口。

优选地，所述前轴承座的前端固定有环喷板，所述环喷板上设有多个万向喷嘴，多个万向喷嘴沿所述环喷板的周向均匀分布，所述前轴承座的外侧开设有环喷水道，所述环喷水道环绕于所述前轴承座，且所述喷嘴连通于所述环喷水道。

优选地，所述转子内穿设有中空状的拉杆，所述后盖的后端固定有油缸套，所述油缸套内设有油缸，所述油缸与所述油缸套滑动连接且二者密封配合，所述油缸的后端固定有油缸盖，所述油缸内设有活塞，所述活塞的活塞杆呈中空状，所述活塞杆的前后两端分别穿过所述油缸的前端和所述油缸盖，且所述活塞杆的前后两端分别与所述油缸和所述油缸盖滑动连接，所述拉杆的后端穿过所述活塞杆，所述拉杆上形成有台阶部，所述台阶部与所述活塞杆的前端对齐，所述后盖上设有第一油液口和第二油液口，所述油缸的外侧壁开设有储油槽，所述储油槽沿所述油缸的周向延伸，所述油缸套覆盖于所述储油槽，所述第一油液口与所述活塞前侧的空腔相连通，所述储油槽的一个开口与所述活塞后侧的空腔相连通，所述储油槽的另一开口与所述第二油液口相连通，通过向所述第一油液口和第二油液口加载油压而驱使所述活塞前后移动。

优选地，所述刀头组件包括有拉爪座、拉爪、撑杆、刀柄和前连接杆，所述前连接杆固定于所述拉杆的前端，所述撑杆固定于所述前连接杆的前端，所述拉爪座套设于所述前连接杆的外侧且二者活动连接，所述拉爪设于所述拉爪座的前端，所述拉爪环绕于所述撑杆，所述刀柄设于所述转子的前端，所述刀柄的后端插设于所述转子内，且所述刀柄的后端卡设于所述拉爪与所述转子之间，所述拉杆内开设有中心气路，所述中心气路的前端开口朝向所述刀柄，松刀时，借由所述中心气路吹出的气流将所述刀柄向外吹出。

优选地，所述油缸套的后端固定有尾盖，所述尾盖的后端穿设有中空的旋转接头且二者转动连接，所述尾盖内设有中空的后连接杆，所述后连接杆的前端插入所述拉杆的后端开口内，且所述后连接杆与所述拉杆固定连接，所述后连接杆的后端插设于所述旋转接头内且二者相互卡合，所述旋转接头、后连接杆和中心气路依次连通，并且通过所述旋转接头注入气流或高压冷却液。

本实用新型公开的大载荷高刚性永磁同步电主轴中，所述后轴承室设置于所述后轴承座内，并且二者呈滑动连接关系，同时在后轴承座的前端设置环形挡板，后轴承室与后轴承室之间设置活动间隙，借由该活动间隙使得所述后轴承室及其内部的后轴承呈能够前后滑动的浮动关系，当主轴在执行松刀、夹刀等动作时，若转子承受应力，则转子、后轴承室、后轴承能够相应地发生少许位移，进而对该应力起到自适应作用，相比现有技术中采用刚性连接的方式而言，本实用新型避免了刚性应力对主轴的加工精度造成不良影响，特别是在大载荷、高速运转状态下，不仅保证了主轴具有良好的加工精度，而且有助于提高主轴的使用寿命，较好地满足了应用需求。

附图说明

图1为本实用新型电主轴的局部剖视图一；

图2为本实用新型电主轴的局部剖视图二；

图3为本实用新型电主轴的局部剖视图三；

图4为本实用新型电主轴的局部剖视图四；

图5为前轴承组件的剖视图；

图6为前轴承座的立体图；

图7为后连接杆的立体图；

图8为前连接杆的立体图；

图9为转子和拉杆的剖视图；

图10为转子前端结构的剖视图；

图11为尾盖部分的分解图；

图12为转子与膨胀检测传感器的结构图；

图13为油缸部分的分解图；

图14为转子的端面结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。

本实用新型公开了一种大载荷高刚性永磁同步电主轴，结合图1至图14所示，其包括有钢筒1，所述钢筒1的前端固定有前轴承组件2，所述钢筒1内设有定子组件3，所述定子组件3内穿设有转子4且二者转动连接，所述转子4的前端穿过所述前轴承组件2，且所述转子4的前端安装有刀头组件5，所述钢筒1的后端固定有后轴承座60，所述后轴承座60内设有后轴承室61，所述后轴承室61与所述后轴承座60滑动连接且二者之间密封配合，所述后轴承室61内设有后轴承62，所述转子4的后端穿过所述后轴承62，所述后轴承座60的后端固定有后盖7，所述后盖7上设有冷却液入口70和冷却液出口71，所述后轴承室61的外侧壁开设有环状的储水槽610，所述后轴承座60的侧部开设有后轴承座入口601和后轴承座出口602，所述后轴承座入口601和后轴承座出口602均连通于所述储水槽610，且所述后轴承座出口602连通于所述冷却液出口71，所述冷却液入口70注入的冷却液通过所述后轴承座入口601注入所述储水槽610内，所述储水槽610内的冷却液依次经由所述后轴承座出口602和冷却液出口71排出，所述后轴承座60的后端固定有过渡板64，所述过渡板64抵接于所述后轴承室61的后端，所述后轴承座60的前端形成有向内延伸的环形挡板603，所述环形挡板603位于所述后轴承室61的前侧且二者之间形成有活动间隙604。

上述电主轴中，所述后轴承室61设置于所述后轴承座60内，并且二者呈滑动配合连接关系，所述的后轴承室61外圆和所述后轴承座60内孔存在微小间隙，同时在后轴承座60的前端设置环形挡板603，后轴承室61与后轴承座60之间设置活动间隙604，借由该活动间隙604使得所述后轴承室61及其内部的后轴承62呈能够前后滑动的浮动关系，当主轴在执行运转的动作时，转子4由于高速旋转，轴承产生热膨胀，使得，后轴承与后轴承室内孔之间的间隙填满，通过后轴承室外圆上的冷却储水槽通过的冷却油液使轴承室外圆和后轴承座内孔微小间隙得以保持，并通过后轴承室两侧的密封圈和冷却油液的环形压力的作用自制形成找正中心，从而增加轴承的使用寿命和主轴的精度，相比现有技术中采用刚性连接的方式而言，本实用新型避免了刚性应力对主轴的加工精度造成不良影响，特别是在大载荷、高速运转状态下，不仅保证了主轴具有良好的加工精度，而且有助于提高主轴的使用寿命，较好地满足了应用需求。

为了实现储水槽610前后密封，请参见图1和图3，所述后轴承室61上套设有两个密封圈(未标示)，两个密封圈分设于所述储水槽610的前后两侧。

为了使得主轴的内部结构在初始状态下更加紧凑、可靠，本实施例优选为所述后轴承室61提供预设的弹性推力，具体是指，所述环形挡板603的后端嵌设有多个弹簧(未标示)，多个弹簧沿所述环形挡板603的周向均匀分布，且所述弹簧夹设于所述环形挡板603与所述后轴承室61之间。

为了避免因转子4受热膨胀而产生较大应力，本实施例中，所述转子4与所述后轴承62之间形成有膨胀间隙(未标示)。

关于前轴承组件2的具体结构，结合图2、图5和图6所示，本实施例中，所述前轴承组件2包括有前轴承座20，所述前轴承座20的外侧固定有前轴承外套21，所述前轴承座20内设有前轴承22，所述转子4的前端穿过所述前轴承22，所述前轴承座20的外侧开设有前轴承冷却水道200，所述前轴承冷却水道200环绕于所述前轴承座20，所述前轴承外套21覆盖于所述前轴承冷却水道200，所述后盖7的侧壁和钢筒1的侧壁内开设有冷却水注入通道10，所述冷却水注入通道10的后端连通于所述冷却液入口70，所述冷却水注入通道10的前端连通于所述前轴承冷却水道200的入口，所述前轴承冷却水道200出口输出的冷却液传输至所述储水槽610。

作为一种优选方式，所述钢筒1内穿设有水套11且二者密封配合，所述定子组件3固定于所述水套11之内，所述水套11外侧壁开设有多个依次连通的环形水道110，所述钢筒1覆盖于所述环形水道110，多个环形水道110的前端连通于所述前轴承冷却水道200的出口，所述环形水道110的后端连通于所述后轴承座入口601。

具体地，所述钢筒1内穿设有水套11且二者密封配合，所述定子组件3固定于所述水套11之内，所述水套11的外侧壁形成有多个隔水片，所述隔水片是带有开口的环形隔水片，相邻两个隔水片的开口在轴方向交错相对面设置(即如另一开口为0度另一开口为180度)，通过隔水片的外侧边缘与所述水冷外套的内壁较小间隙形成隔水片间密封，在冷却液流入开口处时，冷却液分成正反双方向环形流动使得在同样的流通环形槽内其面积得到增加，冷却流量增加，更优的，在同一流向上增加隔水片，得以有效的增加热交换面积，使得冷却的效果更加好，在高载荷、高转速的主轴中尤其重要。

上述结构中，冷却液入口70先经过所述前轴承组件2，再经过水套11和所述后轴承座60，使得冷却液先后对前轴承、定子组件和后轴承部分进行冷却降温，由于主轴运转过程中，前轴承的热量最大，定子组件次之，后轴承热量最小，所以，本实施例优选采用上述冷却顺序，由前至后更加合理地对各部分进行冷却降温处理，不仅提高了热交换效率，而且提高了冷却降温效果，使得主轴保持在优良的运转状态。

本实施例中，结合图1至图6所示，所述前轴承座20的前端固定有环喷板23，所述环喷板23上设有多个万向喷嘴230，多个万向喷嘴230沿所述环喷板23的周向均匀分布，所述前轴承座20的外侧开设有环喷水道201，所述环喷水道201环绕于所述前轴承座20，且所述喷嘴230连通于所述环喷水道201。上述多个万向喷嘴230能够在主轴的前端喷出环形的水流，有助于去除工件及其周围的灰尘、碎屑等，进而提高加工质量。

关于转子的内部结构，结合图1至图4、图7至图10所示，所述转子4内穿设有中空状的拉杆8，所述后盖7的后端固定有油缸套90，所述油缸套90内设有油缸91，所述油缸91与所述油缸套90滑动连接且二者密封配合，所述油缸91的后端固定有油缸盖92，所述油缸91内设有活塞93，所述活塞93的活塞杆930呈中空状，所述活塞杆930的前后两端分别穿过所述油缸91的前端和所述油缸盖92，且所述活塞杆930的前后两端分别与所述油缸91和所述油缸盖92滑动连接，所述拉杆8的后端穿过所述活塞杆930，所述拉杆8上形成有台阶部80，所述台阶部80与所述活塞杆930的前端对齐，所述后盖7上设有第一油液口94和第二油液口95，所述油缸91的外侧壁开设有储油槽910，所述储油槽910沿所述油缸91的周向延伸，所述油缸套90覆盖于所述储油槽910，所述第一油液口94与所述活塞93前侧的空腔相连通，所述储油槽910的一个开口与所述活塞93后侧的空腔相连通，所述储油槽910的另一开口与所述第二油液口95相连通，通过向所述第一油液口94和第二油液口95加载油压而驱使所述活塞93前后移动。

上述结构中，在所述油缸结构中，油缸组件、松刀限位盘、转子组件在活塞的作用力下，相互作用，能使得油缸组件在松刀、夹刀的时候，由于间隙中的油压成浮动状态，实现润滑和自动找正的功能，同时检测零件之间的摩擦，减少发热量，有效的提供主轴的精度和寿命。

实际工作过程中：油液先进入到油缸套的储油槽中，然后进入活塞的后型腔，推动活塞前移，活塞抵达拉杆的端面上，由于拉杆的反作用力将油缸组件向后移动，直到松刀托盘的内孔端面与松刀限位盘的端面接触，油缸才不后移动，油缸组件、松刀托盘97、松刀限位盘98自形成相互作用力，活塞继续推动拉杆向前移动，撑杆同时向前移动，拉爪收缩，撑杆顶到刀柄端面，将过盈配合的刀柄顶出，完成松刀过程，此过程油缸为浮动状态，能够自动找正，减少摩擦，并由油缸组件内部结构关系自行承载松刀作用力，主轴本体轴承不承载作用力，提高主轴精度和使用寿命。

关于刀头组件的具体结构，本实施例中，结合图2至图10所示，所述刀头组件5包括有拉爪座50、拉爪51、撑杆52、刀柄53和前连接杆54，所述前连接杆54固定于所述拉杆8的前端，所述撑杆52固定于所述前连接杆54的前端，所述拉爪座50套设于所述前连接杆54的外侧且二者活动连接，所述拉爪51设于所述拉爪座50的前端，所述拉爪51环绕于所述撑杆52，所述刀柄53设于所述转子4的前端，所述刀柄53的后端插设于所述转子4内，且所述刀柄53的后端卡设于所述拉爪51与所述转子4之间，所述拉杆8内开设有中心气路80，所述中心气路80的前端开口朝向所述刀柄53，松刀时，借由所述中心气路80吹出的气流将所述刀柄53向外吹出。上述结构中，所述中心气路80具有辅助卸刀的作用。上述结构中，与之配合的转子外壁设有环形的“t”型气路，当松刀的时候，拉杆推动前连接杆向前移动，使得中心的气路同转子壁的孔对齐，中心的气路通过气路，进入到转子外壁的气路中，然后从转子的端面吹出，同时对刀柄法兰面和中心同步吹气，更好的清洁刀柄端面。

本实施例中，所述转子的端面形成台阶端面44，这种结合面呈多凸台结构而小凸台结构可有效防止在主轴应用的工况下产生的污染，导致夹持精度无法可靠保证，小凸台结构结合端面出气气流分析端面面积和气流的清洁面积吻合，使结合的小凸台夹持精度的可靠性进一步提升。

作为一种优选方式，结合图1、图2、图10和图11所示，所述油缸套90的后端固定有尾盖12，所述尾盖12的后端穿设有中空的旋转接头120且二者转动连接，所述尾盖12内设有中空的后连接杆121，所述后连接杆121的前端插入所述拉杆8的后端开口内，且所述后连接杆121与所述拉杆8固定连接，所述后连接杆121的后端插设于所述旋转接头120内且二者相互卡合，所述旋转接头120、后连接杆121和中心气路80依次连通，并且通过所述旋转接头120注入气流或高压冷却液。

本实施例中，所述刀柄53后端的中心处固定有内冷管55，所述内冷管55插设于所述撑杆52的前端，所述刀柄53内开设有刀柄气道530，所述中心气路80、内冷管55和刀柄气道530依次连通，所述刀柄53的侧部开设有与所述刀柄气道530相互连通的刀柄气孔531，所述前连接杆54的侧部开设有侧气孔540，所述转子4内开设有转子气道40，所述转子气道40的前端开口朝向所述刀柄53的后端面，所述转子气道40的后端开口朝向所述前连接杆54的侧部，当所述拉杆8带动所述前连接杆54向前滑动至松刀位置时，所述转子气道40的后端开口与所述侧气孔540相互连通。

上述结构中，所述转子气道40内的气流可以在所述转子4与刀柄53的连接处形成气流口，进而在卸刀、换刀过程中，有效避免灰尘、碎屑等进入结合面，起到了较好的防护作用。

为了实现气道对接，本实施例中，所述前连接杆54的侧部开设有多个侧气孔540，所述转子4内开设有多个转子气道40，所述转子气道40与所述侧气孔540一一对应。进一步地，多个侧气孔540沿所述前连接杆54的周向均匀分布。

作为一种优选方式，结合图1、图11和图12所示，所述后连接杆121的外侧壁形成有环状凸缘122，所述尾盖12内固定有3个位置传感器123，所述位置传感器123的感应端均朝向所述后连接杆121的侧部，当所述拉杆8移动至松刀、夹刀和无刀位置时，所述环状凸缘122分别与3个位置传感器123对齐。

进一步地，所述尾盖12的侧部开设有3个传感器安装孔124，所述位置传感器123分别安装于所述传感器安装孔124内，所述尾盖12的外侧固定有侧盖125，所述侧盖125覆盖于3个传感器安装孔124。

上述结构中，通过位置传感器123反馈的电信号能够快速检测到主轴上刀具的安装状态以及运动状态，使得用户及时获知主轴目前处于松刀、夹刀还是无刀状态，有助于实现准确加工和操作。同时，采用主轴位移传感器，能够准确的反馈主轴在运行时的轴向膨胀的变化，以及高载荷加工过程中，所产生的位移。

作为一种优选方式，所述旋转接头120的外侧开设有环形卡槽126，所述尾盖12的后端固定有2个对称设置的弧形限位片127，所述弧形限位片127的内侧边缘卡设于所述环形卡槽126内，且所述弧形限位片127与所述环形卡槽126固定连接。上述结构中，在所述环形卡槽126与弧形限位片127的配合作用下，使得所述旋转接头120在接入管道时能保证旋转接头120不发生松动位移。

进一步地，本实施例还包括有膨胀检测传感器41，所述膨胀检测传感器41与所述转子4相邻设置，并且当所述转子4因热量发生膨胀时，所述膨胀检测传感器41相应地输出电信号。

以上所述只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范围内。