一种具备外转子结构的电主轴及桌面级微型铣削机床的制作方法

[0001]
本实用新型涉及机械制造领域，尤其涉及一种具备外转子结构的电主轴及桌面级微型铣削机床。


背景技术：

[0002]
随着机械制造工艺的发展，桌面级微型铣削机床广泛应用于在制造领域中的产品研发、制造以及样品生产。小型化产品在节能、高效、成本控制等方面的优势越来越明显，并且涉及小型化产品的制造设备改进也层出不穷。在桌面级微型铣削机床的主轴设计上，一般机床主轴与电动机可以通过传动带连接或者其他机械传动结构进行连接，以通过电机的运行来带动主轴的转动。或者，部分机床也采用电主轴的结构设计；其中，主轴用于带动工件或者刀具旋转；电机则用于驱动主轴进行高速转动。电主轴的性能直接决定机床的高速加工性能。在工作过程中电主轴高速旋转，对其散热以及精密控制要求较高。但是目前电主轴的电机结构、电机类型以及冷却装置难以满足桌面级微型铣削机床的实际需求。
[0003]
因此，如何使电主轴结构满足相应设备的需求，是本实用新型需要解决的问题。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型提供一种具备外转子结构的电主轴，应用于桌面级微型铣削机床，通过改进电动机结构、选用合适的电动机类型和冷却装置，从而节省结构空间，保障在负载情况下的电主轴的转速电压比值（即kv值）变化小，输出力矩大，实现有效散热等等，以满足桌面级微型铣削机床的实际需求。
[0005]
第一方面，本实用新型实施例提供了一种具备外转子结构的电主轴，可以包括转子、主轴、固定部、轴主体和电枢；其中，所述轴主体可以包括第一端部，以及与所述第一端部相对的第二端部。所述转子位于所述电枢的外侧；所述转子与所述主轴连接，以带动所述主轴转动；所述电枢位于在所述轴主体的第一端部；所述主轴与所述轴主体转动连接；所述第二端部与所述固定部固定连接。
[0006]
本实用新型实施例中，电主轴的结构具体可以包括了转子、主轴、固定部、轴主体和电枢；轴主体具有第一端部，以及与该第一端部相对的第二端部。转子相对于电枢处于外侧，属于外转子结构。通过采用外转子结构，能够实现较高的电机转子惯量和输出功率，并且具备优良的散热条件。转子、主轴、固定部、轴主体、电枢等部件有序连接，结构紧凑，优化了主轴所占空间；减少不必要的零部件结构，以节约制造成本。从结构组成可知，应用无刷电机，可以实现较大的输出力矩，进一步适应电主轴对控制、转速的要求，并且维护便利，使用寿命长，还能避免有刷情况下的刷头磨损，以及减少电火花对遥控天线电设备的干扰。通过实施本实用新型实施例，通过固定座部分设计将电动机转子与机床主轴结合，实现主轴和电动机的一体化，满足了微型机床在高转速、高速加工、高精度以及低噪音等方面的设备需求。
[0007]
在一种可能的实现方式中，所述轴主体还具有贯穿所述第一端部和所述第二端部
的第一开孔；所述主轴穿过所述第一开孔与所述轴主体转动连接。具体地，该第一开孔可以是圆形的开孔，从轴主体的一端贯穿至另一端。主轴穿过该第一开孔，经过主轴的内部与主轴结构进行转动连接。可选地，主轴可以在轴主体的外侧，主轴具有开孔，该轴主体通过该开孔穿过该主轴。可以理解的是，在主轴外侧或者内侧的轴主体的结构形态与具体的结构需求相适应。
[0008]
在一种可能的实现方式中，所述电主轴还可以包括第一组轴承和第二组轴承；所述主轴通过所述第一组轴承和所述第二组轴承，与所述轴主体转动连接。具体地，主轴穿过第一开孔，并通过两组轴承与轴主体转动连接；通过两组轴承对主轴进行支撑，控制主轴在运行过程中的径向运动和轴向运动，更好地保障主轴的正常运转，以及符合控制精度的要求。
[0009]
在一种可能的实现方式中，所述第一组轴承转动连接于所述第一端部的所述第一开孔内；所述第二组轴承转动连接于所述第二端部的所述第一开孔内。本实用新型实施例中，第一组轴承与第二组轴承分别设置在轴主体的两端（两端可以包括第一端部和第二端部）；例如轴主体的一头和另一头。
[0010]
在一种可能的实现方式中，所述固定部具有第二开孔；所述主轴穿过所述第二开孔与所述固定部连接。具体地，固定部可以为方型结构，且方型固定部的中心设置有开孔；开孔直径与主轴的外直径相匹配，起到连接并固定主轴的作用。可选地，轴主体具有若干个孔，并且固定部也设置有与上述若干个孔位置相对应的孔；两个部件之间的孔可通过螺丝或者其他部件进行连接固定，以加强主轴、轴主体和固定部之间的连接。
[0011]
在一种可能的实现方式中，所述第一组轴承可以包括第一轴承和第二轴承；所述第二组轴承可以包括第三轴承和第四轴承。本实用新型实施例中，每一组轴承都可以包括2个轴承；或者每组轴承只可以包括一个轴承；在不影响轴承运行且实现稳定支撑效果的前提下，对每一组轴承包含的数量不做限定。
[0012]
在一种可能的实现方式中，所述固定部用于固定所述第二组轴承、所述主轴以及所述轴主体三者之间的连接。本实用新型实施例中，轴主体的一端与第二组轴承连接；主轴通过第二组轴承与轴主体转动连接；在前三者形成连接关系的基础上，主轴穿过固定部的开孔，通过固定部固定这些部件之间的连接情况。
[0013]
在一种可能的实现方式中，所述转子可以包括风冷体外壳和永磁体；所述永磁体为多个钢片，其中，所述多个钢片均匀分布在所述风冷体外壳的内壁；所述风冷体外壳设有一个或多个通风口，以及主轴连接孔；所述主轴连接孔用于连接所述主轴。由于主轴在高速运行过程中，主轴轴承与内藏式电机发热，可能会引起主轴变形、振动，进而影响加工精度等一系列问题。本实用新型实施例对通风口的形状、大小、数量以及位置的设置不做具体的限定。通过采用风冷的冷却设计，不仅制造成本低，还能够适合在不同的环境下运行。
[0014]
在一种可能的实现方式中，所述电枢可以包括电枢铁芯和电枢绕组。
[0015]
在一种可能的实现方式中，所述主轴的一端还具有安装孔，所述安装孔用于安装工件或者刀具。
[0016]
第二方面，本实用新型实施例提供了一种桌面级微型铣削机床，该机床配备了前述第一方面中具有外转子结构的电主轴。可选地，前述电主轴也可以适用于一般的铣削机床、微型铣削机床、桌面级铣削机床以及其他满足安装该电主轴条件的机床或者设备。
[0017]
第三方面，本实用实施例提供了一种加工设备，该加工设备可以包括前述第一方面中的电主轴或者前述第二方面中提及的机床或电主轴。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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。
[0019]
图1是本实用新型实施例提供的一种具有外转子结构的电主轴的立体结构示意图；
[0020]
图2是本实用新型实施例提供的一种具有外转子结构的电主轴的爆炸结构示意图；
[0021]
图3是本实用新型实施例提供的一种轴主体的立体结构示意图；
[0022]
图4是本实用新型实施例提供的一种固定部的立体结构正面视图示意图；
[0023]
图5是本实用新型实施例提供的一种固定部的立体结构反面视图；
[0024]
图6是本实用新型实施例提供的一种第一组轴承的结构示意图；
[0025]
图7是本实用新型实施例提供的一种第二组轴承的结构示意图；
[0026]
图8是本实用新型实施例提供的一种转子的立体结构示意图；
[0027]
图9是本实用新型实施例提供的一种电枢的结构示意图；
[0028]
图10是本实用新型实施例提供的一种主轴的结构示意图。
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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
[0030]
本实用新型的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0031]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0032]
请参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种具有外转子结构的电主轴的立体结构示意图；如图1所示，该电主轴可以包括转子1、固定部2、轴主体3和主轴4。转子1可以包括外壳（如风冷体转子外壳）和永磁体。其中，永磁体可以是若干磁钢片；该若干磁钢片设置在外壳的内壁。外壳的底部与主轴4进行连接；在主轴4高速转动的情况，主轴4带动转子1转动。转子1与电机内置的电枢之间没有直接接触。电枢与轴主体3（或称外转子主轴主体）连接；其中，电枢可以包括电枢铁芯和电枢绕组。
[0033]
可以理解的是，电动机结构一般包括定子、转子和其他部件。其中，定子可以理解是电动机固定的部分，即包括电枢、轴主体等结构。在本实用新型实施例中以定子为电枢为例进行说明，但对具体定子的涵盖范围不做限定。
[0034]
转子1、主轴4和轴主体3组合连接后，主轴4多出的一段穿过固定部（或称固定座）2；通过固定部2将各个部件之间的连接进行进一步地固定。可选地，固定部2的形状可以是图1所示的方型，或者可以是圆形或者其他形状。具体的固定部2的形状可以根据安装的实际机床结构决定。可选地，该电主轴所需的工作电流可以是直流或者交流。本实用新型实施例以直流无刷电机为例进行描述。
[0035]
请参见图2，图2是本实用新型实施例提供的一种具有外转子结构的电主轴的爆炸结构示意图；如图2所示，该电主轴可以包括转子1、电枢5、第一组轴承6、轴主体3、第二组轴承7、主轴4和固定部2。其中，转子1可以包括外壳11和磁钢片12。电枢5，可以包括电枢铁芯和电枢绕组；为了描述和展示清晰，图2所示的电枢5只展示了电枢铁芯，电枢绕组并未示出。该电主轴还可以包括第一组轴承6和第二组轴承7；主轴4可以穿过第一开孔，并通过第一组轴承6和第二组轴承7，与轴主体3转动连接。具体地，主轴4通过两组轴承与轴主体3转动连接；通过两组轴承对主轴4进行支撑，控制主轴4在运行过程中的径向运动和轴向运动，更好地保障主轴的正常运转，以及符合控制精度的要求。其中，第一组轴承6可以包括第一轴承61和第二轴承62。第二组轴承7可以包括第三轴承71和第四轴承72。可选地，前述的轴承均可以是同种类型的轴承或者不同种类型的轴承；例如，滑动轴承、关节轴承、滚动轴承和深沟球轴承等等。
[0036]
请参见图3，图3是本实用新型实施例提供的一种轴主体的立体结构示意图；如图3所示，该轴主体3的结构可以包括第一端部31、第二端部32以及第一开孔33。具体地，轴主体3具有贯穿第一端部31和第二端部32的第一开孔；主轴4穿过第一开孔33与轴主体3转动连接。具体地，该第一开孔33可以是圆形的开孔，从轴主体的一端贯穿至另一端。主轴4穿过该第一开孔33，经过主轴4的内部与轴主体结构进行转动连接。可选地，第一组轴承6转动连接于第一端部31处的第一开孔33内；第二组轴承7转动连接于第二端部32处的第一开孔33内。本实用新型实施例中，第一组轴承6与第二组轴承7分别设置在轴主体3的两端（两端分别为第一端部31和第二端部33），即轴主体的一端和另一端。可选地，主轴可以在轴主体的外侧，主轴具有开孔，该轴主体通过该开孔穿过该主轴。可以理解的是，在主轴外侧或者内侧的轴主体的结构形态与具体的结构需求相适应。其中，轴主体3还可以具有连接孔35、连接孔36、连接孔37和连接孔34。前述的四个连接孔可以用于与其他零部件进行连接，或者用于与机床的相关结构进行连接。本实用新型实施例对连接孔的数量、位置、尺寸等不做限定。图3中右侧的轴主体视图为从第二端部32往第一端部31看过去的方向。本实用新型实施例对轴主体3的具体形态不作限定；从前述描述可知，轴主体3的一端连接电枢5，另一端连接固定部2，贯穿轴主体3的开孔内部还可以设置轴承，使得轴主体3和主轴4转动连接。
[0037]
请参见图4-图5，图4是本实用新型实施例提供的一种固定部的立体结构正面视图；图5是本实用新型实施例提供的一种固定部的立体结构反面视图；如图4所示，是正面角度（对应前图2从右往左看）的固定部2，而图5所示结构是背面角度下的固定部2。本实用新型实施例以图示的方型固定部为例进行说明。固定部2的结构组成中可以包括第二开孔29、第一固定孔以及第二固定孔。第一固定孔和第二固定孔可以分别为多个；具体地，第一固定
孔可以包括第一固定孔21、第一固定孔22、第一固定孔23和第一固定孔24。第二固定孔可以包括第二固定孔25、第二固定孔26、第二固定孔27和第二固定孔28。本实用新型实施例对固定孔的数量、形状不做限定。第一固定孔24（可以包括第一固定孔21、第一固定孔22、第一固定孔23和第一固定孔24）可以与轴主体3配合，使得轴主体3与主轴4的连接更加牢固，保障在主轴4高速旋转下的加工精度。例如，轴主体4上有与四个第一固定孔位置对应的孔；通过轴或者其他部件插接每一个第一固定孔以及轴主体上与之对应的孔。
[0038]
可选地，第二固定孔可以均匀分布于方型固定部的四个角，用于与机床进行固定连接；例如，机床有相应的固定孔，通过螺丝或者其他结构配合使得具备该固定部的电主轴能够牢固地连接于机床。本实用新型实施例对第二固定的数量以及具体连接结构和作用不做限定。可选地，在符合具体机床连接和固定的需求，固定部可以是圆形或者其他形状；本实用新型实施例对此不作限定。
[0039]
固定部2具有第二开孔29，该第二开孔贯穿该固定部2；该主轴4穿过第二开孔29与固定部2连接。具体地，固定部2可以为方型结构，且方型固定部的中心设置有开孔（即第二开孔29）；开孔直径与主轴的外直径相匹配，起到连接并固定主轴的作用。可选地，轴主体3具有若干个孔（即前述图3右侧所示的连接孔34-连接孔37），并且固定部也设置有与上述若干个孔位置相对应的孔；两个部件之间的孔可通过螺丝或者其他部件进行连接固定，以加强主轴、轴主体和固定部之间的连接。
[0040]
请参见图6-图7，图6是本实用新型实施例提供的一种第一组轴承的结构示意图；图7是本实用新型实施例提供的一种第二组轴承的结构示意图；如图6所示，第一组轴承6可以包括第一轴承61和第二轴承62；如图7所示，第二组轴承7可以包括第三轴承71和第四轴承72。本实用新型实施例中，每一组轴承都可以包括2个轴承，并且由于第二组轴承与轴主体的第二端部32配合，第一轴承与轴主体的第一端部31配合，第二组轴承尺寸略大于第一组轴承；或者每组轴承只包括一个轴承；在不影响轴承运行且实现稳定支撑效果的前提下，对每一组轴承包含的数量不做限定。可选地，第一组轴承6可以包括2个轴承或者1个轴承；第二组轴承7也可以包括2个轴承或者1个轴承。本实用新型实施例对各组轴承包含的数量以及各个数量之间的组合配置不做限定。可选地，轴承可以为滑动轴承、关节轴承、深沟球轴承或者其他符合结构要求的轴承。本实用新型实施例对具体的轴承类型不做限定，对应用的具体轴承结构不做具体的描述。
[0041]
在一种可能的实现方式中，固定部2用于固定第二组轴承7、主轴4与轴主体3三者之间的连接。本实用新型实施例中，轴主体3的一端（即第二端部32）与第二组轴承7连接；主轴3通过第二组轴承与轴主体转动连接；在前三者形成连接关系的基础上，主轴3穿过固定部2的开孔，通过固定部2固定这些部件之间的连接情况。
[0042]
请参见图8，图8是本实用新型实施例提供的一种转子的立体结构示意图；如图8所示，该转子1可以包括风冷体外壳11和永磁体12；永磁体12可以为多个钢片，其中，多个钢片均匀分布在该风冷体外壳11的内壁；风冷体外壳11设有一个或多个通风口，以及主轴连接孔13；主轴连接孔13用于连接主轴4。由于主轴4在高速运行过程中，主轴4连接的轴承与内藏式电机发热，可能会引起主轴变形、振动，进而影响加工精度等一系列问题。风冷体外壳11可以在桶形外壳的底部设置有若干个通风孔；在桶形外壳的底部中心可以设置有主轴连接孔13。主轴4与转子1连接的一端可以穿过主轴连接孔13与外壳（如风冷体外壳）11固定连
接。本实用新型实施例对通风口的形状、大小、数量以及位置的设置不做具体的限定；例如通风孔可以是规则的形状或者不规则的形状；也可以是圆形或者方形。通过采用风冷的冷却设计，不仅制造成本低，还能够适合在不同的环境下运行。可选地，贯穿风冷体外壳11的主轴连接孔可以有部分向外壳内的突起以及部分向外壳外的突起。主轴与转子外壳之间可以是固定连接或者其他方式的连接，本实用新型实施例对此不作限定。可以理解的是，转子在电枢外部，不与电枢直接发生接触。本实用新型实施例中转子与主轴以固定连接为例；在不影响机床运行的情况下，两者也可以通过转动连接或者半固定连接等其他连接方式。
[0043]
可选地，转子还可以包括水冷外壳和永磁体。其中，水冷外壳可以包含或者连接相应的水冷结构或者水冷装置。转子还可以包括油冷外壳和永磁体。本实用新型实施例对该电主轴运用的具体的冷却装置和冷却方式不做限定。
[0044]
请参见图9，图9是本实用新型实施例提供的一种电枢的结构示意图；一般电枢5可以包括电枢铁芯52和电枢绕组（图9中电枢绕组并未示出），其中，本实用新型实施例对电枢铁芯的具体结构不做限定。如图7所示，电枢铁芯52具有贯穿自身的第三开孔52；轴主体3可以穿过第三开孔52，使得电枢5连接在轴主体3上，使得电枢5在电动机运行中保持相对静止。
[0045]
请参见图10，图10是本实用新型实施例提供的一种主轴的结构示意图；如图10所示，该主轴4的第三端部41可以依次穿过第二组轴承7、轴主体3、第二组轴承6，最终与转子1的外壳11上的主轴连接孔13插接。可选地，在主轴4的第三端部41具有连接孔43，以及在主轴连接孔13所处结构体的侧面设置有与该连接孔43对应的孔洞。通过连接孔43以及前述对应的孔洞对应后，在注入固定胶或者加入轴固定。例如，在加轴固定的情况下，前述2个孔与该轴是配合关系，孔为包容面，轴为被包容面；通过前述的结构和配合关系，使得主轴4和转子1能够一起转动。在主轴4的第四端部42还具有第一安装孔44和第二安装孔45，第一安装孔44和第二安装孔45单独或者共同用于安装工件或者刀具。例如，有些工件的末端只需要与主轴4的第四端部42的第一安装孔44配合就可以起到安装固定作用；或者为了适应部分工件的结构，或者为了加固工件与主轴4的连接关系，在主轴与相应的带孔工件连接后，通过相应的轴将前述的主轴的孔、工件的孔插接在一起。或者，部分工件的一端设有活动突起部；该突起部的位置与第二安装孔45对应；当工件该端插入第一安装孔44后，使得该突起部的位置对准第二安装孔45，该被压缩的突起部弹出，起到固定主轴与工件之间连接的作用。
[0046]
本实用新型实施例还提供了一种桌面级微型铣削机床，该机床配备了前述第一方面中具有外转子结构的电主轴。可选地，前述电主轴也可以适用于一般的铣削机床、微型铣削机床、桌面级铣削机床以及其他满足安装该电主轴条件的机床或者设备。
[0047]
本实用新型实施例提供了一种加工设备，该加工设备可以包括前述第一方面中的电主轴或者前述第二方面中提及的机床或电主轴。其中，该加工设备可具体包括数控钥匙加工机、多功能钥匙机以及自动钥匙机器等用于加工配件的设备。
[0048]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易的想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。