一种低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴制造技术

本实用新型专利技术公开一种低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴，包括机体，机体内部设有定子、转子、转子轴、弹簧预紧机构以及前轴承和后轴承，还包括：固定于机体后端的连接座、与连接座固连的连接体，与连接体固连的汽缸组件、设置于汽缸组件端部的后盖、连接于机体前端的前端盖；转子轴中心有松拉刀机构，前端配有拉爪，中间装有碟簧组件，结合高性能传感器使自动换刀更方便、准确、快捷。后端采用磁电式编码器使低速转矩输出更均衡；采用压缩空气进行非接触式气密封，可获得更高的旋转速度；本实用新型专利技术主轴结构简单紧凑但功能强大，不但比相同功率的常规电主轴体积小，而且达到了低速大转矩，能够广泛应用于各种材料的高速、低速的精密加工。

Low speed high torque permanent magnet synchronous high speed automatic tool changing electric spindle

The utility model discloses a permanent magnetic synchronous high-speed automatic tool changing electric spindle, which comprises a machine body with stator, rotor, rotor shaft, spring preload mechanism and the front and back bearings, including: fixed on the rear body connecting seat, the connecting seat is connected and fixedly connected with the body. The connecting body fixedly connected with the cylinder assembly, is arranged in the cylinder assembly end cover is connected to the front of the body, the front cover; the rotor shaft center loose broach mechanism, a pull claw is arranged between the front end, the disk spring component, combined with high performance sensor to automatically change the knife is more convenient, accurate and fast. The back ends of the magnetic rotary encoder to low-speed torque output more balanced; the use of compressed air for non-contact gas seal, can obtain higher rotational speed; the main shaft of the utility model has the advantages of simple structure and compact but powerful, not only the same volume than conventional spindle power is small, and the low speed and high torque, and can be widely applied to all kinds of materials of high-speed and low speed precision machining.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机电一体化工程
，具体涉及一种低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴。
技术介绍
常用自动换刀电主轴是将主轴高速异步电机内装，另加一套汽缸和松拉刀机构，从而实现高转速、高精度及高效率等功能的机电一体化的动力部件，主要应用于高速加工机床，实现对不同材料的高转速加工，提高加工效率。目前市场上自动换刀的高速电主轴比较常见，但既能高速运转，又能低速运转且有大转矩输出的电主轴很少，主要原因是传统的自动换刀电主轴采用高速异步变频电机为基础设计，不适合低速加工，且低速输出转矩小。近年来随着市场对低速大转矩电主轴的需求，一种用永磁同步作为内置式电机结合自动换刀的电主轴应运而生，但由于转子设计缘于普通同步电机，使高速电磁弱化明显突出，发热大增，加之使用表贴永磁体加工工艺，使高速运转更加困难；另外传统的自动换刀电主轴在换刀时，其换刀轴向力全部作用在高速精磨轴承上，大大缩短了轴承的使用寿命。针对上述电主轴存在问题，本领域技术人员亟需提供一种既能低速大扭矩加工，又能高速切削的低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本技术提供了一种既能低速大扭矩加工、又能高速切削，且性能稳定、轴承使用寿命长、能够实现自动换刀的低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴，包括机体，所述机体内部设有定子、转子、转子轴、弹簧预紧机构以及分设于转子轴两端的前轴承和后轴承，还包括：固定于机体后端的连接座、与连接座固连的连接体，与连接体固连的汽缸组件、设置于汽缸组件端部的后盖、连接于机体前端的前端盖；所述前端盖靠近刀具的前侧还贴设有前盖，所述前盖与转子轴之间设有形成迷宫式密封的密封盖，所述前盖前侧还设有密封罩；所述前轴承安装于机体前端盖上；所述前端盖在靠近转子轴的轴肩处设有挡板；所述转子采用内嵌式永久磁体；所述转子轴中心有松拉刀机构，所述松拉刀机构包括拉杆、固定在拉杆输出端用于夹住刀具组的的拉爪；在拉杆上远离拉爪的一端还套设有压套；固定在拉杆上远离拉爪一端的压套；所述汽缸组件包括并联的多级汽缸和活塞，其中第一级汽缸和活塞固定于连接体上，最后一级气缸与后盖连接；所述压套的端部容纳于活塞内构成驱动松拉刀机构运动以自动换刀的配合关系；所述连接座上形成有前端气封入口AS、电源输入线接口；所述连接座、机体、前端盖及前盖内形成有与前端气封入口AS连通的第一压缩空气流道，所述前端盖内第一压缩空气流道的末端在密封罩内形成微正压；所述连接座内还安装有磁电式编码器，编码器引线从连接座引出与外部控制系统相连接。优选的，所述前轴承、后轴承均采用两组配对并联轴承；轴承配对形式设为DT组合形式。优选的，所述连接座上还形成冷却液入口WA1、冷却液出口WA2，所述连接座及机体内形成有与冷却液入口WA1、冷却液出口WA2连通的冷却液通道；所述冷却液入口WA1、冷却液出口WA2、冷却液通道在机体内形成双螺旋通道。进一步的，所述双螺旋通道中增设有检修孔。进一步的，所述冷却液为水或者低粘度的油。优选的，所述汽缸组件包括并联的四级汽缸和活塞。进一步的，所述后盖上形成有卸刀进气接口TO和活塞复位进气接口TI，所述卸刀进气接口TO贯通至第一级活塞的后端部，活塞复位进气接口TI连通至第一级活塞的前端部；当向卸刀进气接口TO中注入空气时，第一级活塞受压向靠近刀具的方向运动，压下松拉刀机构使拉爪张开释放刀具；当向活塞复位进气接口TI中通入压缩空气时，压缩空气进活塞下腔推动活塞向远离刀具的方向运动，松拉刀机构复位使拉爪夹紧刀具。进一步的，所述拉杆设为中空管，拉杆上装有抗疲劳的碟簧组件；碟簧组件固定在压套作用端。进一步的，所述连接座上还形成与拉杆中心孔、拉爪及前端主轴锥孔相通的除尘进气接口CL；除尘进气接口CL在卸刀时，压缩空气会通过活塞前移与连接体、压套、拉杆及拉爪形成第二压缩空气通道b。进一步的，还包括传感器，所述传感器通过从连接座引出的传感器引线SE与外部的控制系统相连接。本技术的有益效果在于：1)、本技术通过容纳于活塞内的压套端部驱动松拉刀机构运动，配合高性能传感器实现自动换刀，具体的，当压缩空气进入活塞后腔四活塞运动时，活塞前腔空气由排气孔自行排出，松拉刀机构碟簧压缩，拉爪自行张开，刀具脱落。当新刀具装刀时，活塞复位进气接口连通至活塞的前端部，此时在活塞前腔通入压缩空气加速活塞后移，活塞前腔自行从排气口补充空气，活塞后腔排出空气，同时被压缩的碟簧迅速复位，刀具自行拉紧。如此往复加之与高性能传感器配合可以实现自动更换刀具，并且换刀方便、快速、可靠。2)、本技术舍弃了转子表贴永久磁性材料的设计理念，改用转子内嵌永久磁性材料，减少高速磁场弱化，降低转子发热，能够获得更高的主轴转速和足够的转矩，特别在低速时获得大转矩的效果并稳定性好。3)、本技术主轴结构简单紧凑但功能强大，通过控制轴肩与挡板的尺寸来支撑自动换刀时承受的轴向力，由此改变常规电主轴的轴承装配形式，轴承配对形式由传统的DB组合形式设计成DT组合形式，避免了每次因换刀带来的轴向力作用在轴承上，从而减少自动换刀时轴向力对轴承的伤害，同时DT组合形式比DB组合形式的极限转速更高，大大提高了轴承的使用寿命。4)、本技术对冷却液流道进行了优化设计，在整个冷却流道的中间增加了检修口，便于清理冷却液中沉淀的杂质，确保电主轴定子、轴承等关键部位的冷却效果，保证了主轴和刀具的热稳定性，进而提高了加工精度。5)、本技术的主轴在制作上无特殊的材料或工艺，成本低、性能可靠，同时还集成了磁电编码器、传感器等功能，能够广泛应用于各种材料的低速切削、高速加工，尤其适合加工中心、钻攻加工。6)、本技术中连接座上还形成与拉杆中心孔、拉爪及前端主轴锥孔相通的除尘进气接口，除尘进气接口在卸刀时，压缩空气会通过活塞前移与连接体、压套、拉杆及拉爪形成另一压缩空气通道，可去除刀柄、拉爪、主轴内孔的杂质，提高刀柄与主轴内孔的接触精度，满足高精度零件的加工要求。7)、本技术中采用四连体气缸组件配合松拉刀机构实现换刀，具体的连接体与汽缸组件连接，后盖设有卸刀进气接口和活塞复位进气接口，使用四联活塞联动卸刀，满足气压不稳定的工况，适用气压范围广。附图说明图1为本技术一个优选实施例的剖面结构示意图。图2为图1所示实施例的侧面结构示意图。图3为本技术刀具的放大图。图4是图1所示实施例处于卸刀状态的结构示意图。图5是图1所示实施例的剖面结构示意图。图中标注符号的含义如下：1-刀具 2-密封罩 3-前盖 4-密封盖5-前轴承 6-前轴承隔圈 7-前端盖 8-挡板9-转子轴 10-转子 11-定子 12-机体13-碟簧组件 14-松拉刀机构 140-拉杆 141-拉爪15-弹簧预紧机构 16-后轴承 17-连接座 18-磁电式编码器19-锁紧螺母 20-压套 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴，包括机体(12)，所述机体(12)内部设有定子(11)、转子(10)、转子轴(9)、弹簧预紧机构(15)以及分设于转子轴(9)两端的前轴承(5)和后轴承(16)，其特征在于，还包括：固定于机体(12)后端的连接座(17)、与连接座(17)固连的连接体(22)，与连接体(22)固连的汽缸组件、设置于汽缸组件端部的后盖(26)、连接于机体(12)前端的前端盖(7)；所述前端盖(7)靠近刀具(1)的前侧还贴设有前盖(3)，所述前盖(3)与转子轴(9)之间设有形成迷宫式密封的密封盖(4)，所述前盖(3)前侧还设有密封罩(2)；所述前轴承(5)安装于机体前端盖(7)上；所述前端盖(7)在靠近转子轴(9)的轴肩处设有挡板(8)；所述转子(10)采用内嵌式永久磁体；所述转子轴(9)中心有松拉刀机构(14)，所述松拉刀机构(14)包括拉杆(140)、固定在拉杆(140)输出端用于夹住刀具组的拉爪(141)；在拉杆(140)上远离拉爪(141)的一端还套设有压套(20)；所述汽缸组件包括并联的多级汽缸(24)和活塞，其中第一级汽缸和活塞固定于连接体(22)上，最后一级气缸与后盖(26)连接；所述压套(20)的端部容纳于活塞内构成驱动松拉刀机构(14)运动以自动换刀的配合关系；所述连接座(17)上形成有前端气封入口(AS)、电源输入线接口；所述连接座(17)、机体(12)、前端盖(7)及前盖(3)内形成有与前端气封入口(AS)连通的第一压缩空气流道(a)，所述前端盖(7)内第一压缩空气流道(a)的末端在密封罩(2)内形成微正压；所述连接座(17)内还安装有磁电式编码器(18)，编码器引线(SEI)从连接座(17)引出与外部控制系统相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴，包括机体(12)，所述机体(12)内部设有定子(11)、转子(10)、转子轴(9)、弹簧预紧机构(15)以及分设于转子轴(9)两端的前轴承(5)和后轴承(16)，其特征在于，还包括：固定于机体(12)后端的连接座(17)、与连接座(17)固连的连接体(22)，与连接体(22)固连的汽缸组件、设置于汽缸组件端部的后盖(26)、连接于机体(12)前端的前端盖(7)；所述前端盖(7)靠近刀具(1)的前侧还贴设有前盖(3)，所述前盖(3)与转子轴(9)之间设有形成迷宫式密封的密封盖(4)，所述前盖(3)前侧还设有密封罩(2)；所述前轴承(5)安装于机体前端盖(7)上；所述前端盖(7)在靠近转子轴(9)的轴肩处设有挡板(8)；所述转子(10)采用内嵌式永久磁体；所述转子轴(9)中心有松拉刀机构(14)，所述松拉刀机构(14)包括拉杆(140)、固定在拉杆(140)输出端用于夹住刀具组的拉爪(141)；在拉杆(140)上远离拉爪(141)的一端还套设有压套(20)；所述汽缸组件包括并联的多级汽缸(24)和活塞，其中第一级汽缸和活塞固定于连接体(22)上，最后一级气缸与后盖(26)连接；所述压套(20)的端部容纳于活塞内构成驱动松拉刀机构(14)运动以自动换刀的配合关系；所述连接座(17)上形成有前端气封入口(AS)、电源输入线接口；所述连接座(17)、机体(12)、前端盖(7)及前盖(3)内形成有与前端气封入口(AS)连通的第一压缩空气流道(a)，所述前端盖(7)内第一压缩空气流道(a)的末端在密封罩(2)内形成微正压；所述连接座(17)内还安装有磁电式编码器(18)，编码器引线(SEI)从连接座(17)引出与外部控制系统相连接。2.根据权利要求1所述的一种低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴，其特征在于：所述前轴承(5)、后轴承(16)均采用两组配对并联轴承；轴承配对形式设为DT组合形式。3.根据权利要求1所述的一种低速大转矩永磁同步高速自动换刀电主轴，其特征在于：所述连接座(17)上还形成冷却液入口(WA1)、冷却液出口(WA2)，所述连...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟海华，翟会兴，
申请(专利权)人：江苏华雕机械有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32