自消振电主轴制造技术

本发明专利技术公开了一种自消振电主轴，包括伺服电机和主轴，所述主轴与伺服电机的转子集成为一体，伺服电机的转子设置于主轴中段，主轴通过滚动轴承支撑定位于伺服电机的机座，位于主轴与伺服电机的机座之间还设置有用于消除主轴径向颤振的交流二自由度磁轴承；所述交流二自由度磁轴承设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统；所述伺服控制系统为可感应主轴径向颤振并产生与颤振强度相应的控制电流的闭环控制系统，本发明专利技术的自消振电主轴通过控制磁轴承的悬浮力大小可对主轴的定位精度及刚度进行调节，消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种旋转机械，尤其涉及一种自消振电主轴。
技术介绍
电主轴是将主轴与电动机转子结合为一体的零传动结构，具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪音低和响应快等优点，而且转速高、功率大，可简化机床设计，易于实现主轴定位，电主轴最早是用在磨床上，后来发展到加工中心，随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要，人们对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，电主轴向高速大功率、高精度、高刚度、精确定向和超高速方向发展，就必须保证其动态稳定性，特别是在重载高效切削时，加工稳定性的界限就表示为是否发生颤振，现有技术的电主轴，其主轴通过滚动轴承支撑定位于电机定子，受滚动轴承刚度及配合间隙的影响，在高效切削中，主轴受自激振动限制的转速通常为2000(T30000r/min，加工质量和加工经济性无法满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。因此，需对现有技术的电主轴结构加以改进，消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，以满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种自消振电主轴，可消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。本专利技术的自消振电主轴，包括伺服电机和主轴，所述主轴与伺服电机的转子集成为一体，伺服电机的转子设置于主轴中段，主轴通过滚动轴承支撑定位于伺服电机的机座，位于主轴与伺服电机的机座之间还设置有用于消除主轴径向颤振的交流二自由度磁轴承；所述交流二自由度磁轴承设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统；所述伺服控制系统为可感应主轴径向颤振并产生与颤振强度相应的控制电流的闭环控制系统。进一步，所述交流二自由度磁轴承近于主轴工作端设置；进一步，所述交流二自由度磁轴承包括轴承转子、径向控制线圈、径向定子和永磁体；进一步，所述伺服控制系统包括径向位移传感器、DSP控制器和三相功率逆变器，其中径向位移传感器用于感应主轴的径向颤振并产生电信号传输给所述DSP控制器，DSP控制器对所述电信号进行处理后输出控制信号传输给三相功率逆变器控制交流二自由度磁轴承的径向控制线圈；进一步，所述主轴通过过渡轮与伺服电机的转子集成为一体，所述过渡轮的内圆与主轴固定配合，外圆与伺服电机的转子固定配合；进一步,伺服电机的机座内圆周设置定子，机座与定子之间在伺服电机的圆周方向设置冷却水夹套，冷却水夹套的冷却水进口和冷却水出口设置在机座上。本专利技术的有益效果是本专利技术的自消振电主轴位于主轴与伺服电机定子之间设置有悬浮力可调的磁轴承，通过控制磁轴承的悬浮力大小可对主轴的定位精度及刚度进行调节，消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，满足高速切削技术的发展和实际应用的需要。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述图1为本专利技术的结构示意图。具体实施例方式图1为本专利技术的结构示意图，如图所示本实施例的自消振电主轴，包括伺服电机和主轴1，所述主轴I与伺服电机的转子2集成为一体，伺服电机的转子2设置于主轴I中段,主轴I通过滚动轴承3支撑定位于伺服电机的机座10，位于主轴I与伺服电机的机座10之间还设置有用于消除主轴I径向颤振的交流二自由度磁轴承4 ;所述交流二自由度磁轴承4设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统；所述伺服控制系统为可感应主轴I径向颤振并产生与颤振强度相应的控制电流的闭环控制系统，通过给交流二自由度磁轴承4提供相应大小的控制电流使交流二自由度磁轴承4对主轴I的定位精度及刚度进行调节，消除在高速切削过程中所产生的切削颤振，提高电主轴的加工功率和品质，进而提高单位时间内的切削量，满足高速切削技术的发展和实际应用的需要，采用闭环控制系统，控制精确，自动化程度高，另外交流二自由度磁轴承4具有转速高、功耗低、无摩擦、无磨损、无需润滑和密封以及寿命长等优点。本实施例中，所述交流二自由度磁轴承4近于主轴I工作端设置，如图所示，交流二自由度磁轴承4挨于靠近主轴I工作端的滚动轴承3的内侧设置，使由主轴I工作端产生的颤振易于被交流二自由度磁轴承4吸收消除，降低系统功耗。本实施例中，所述交流二自由度磁轴承4包括轴承转子4a、径向控制线圈4b、径向定子4c和永磁体4d,径向控制线圈4b和永磁体4d位于径向定子4c内侧沿圆周方向均勻相间分布形成多个凸极，永磁体4d米用径向充磁产生静态偏磁通,气隙磁感应大小相等，在径向控制线圈4b中通以三相交流电产生控制磁通，与静态偏磁磁通在同一平面内，径向控制线圈4b中产生旋转的合成磁通来调节气隙磁场的大小和方向，确保轴承转子4a处于径向悬浮的平衡位置，对主轴I进行径向定位，通过改变径向控制线圈4b中的电流可调节主轴I的定位精度和刚度。本实施例中，所述伺服控制系统包括径向位移传感器6、DSP控制器7和三相功率逆变器8，其中径向位移传感器6用于感应主轴I的径向颤振并产生电信号传输给所述DSP控制器7，DSP控制器7对所述电信号进行处理后输出控制信号传输给三相功率逆变器8控制交流二自由度磁轴承4的径向控制线圈4b,形成自消振闭环控制系统,通过感应主轴I的径向颤振形成相应大小的控制电流供给交流二自由度磁轴承4的径向控制线圈4b产生可消除主轴I的径向颤振的悬浮力，提高主轴I的定位精度及刚度，提高加工功率和品质，自动化程度高。本实施例中，所述主轴I通过过渡轮9与伺服电机的转子2集成为一体，所述过渡轮9的内圆与主轴I固定配合，外圆与伺服电机的转子2固定配合，通过设置过渡轮9使主轴I与伺服电机的转子2不直接接触配合，可有效防止因主轴I颤振而损坏伺服电机的转子2的内圆结构，降低维修成本。本实施例中，伺服电机的机座10内圆周设置定子5,机座10与定子5之间在伺服电机的圆周方向设置冷却水夹套11，冷却水夹套11的冷却水进口 Ila和冷却水出口 Ilb设置在机座10上，通过向冷却水夹套11注入循环冷却水可降低伺服电机工作温度，避免各部件在高温状态下发生变形而影响配合精度，利于提高电主轴的系统稳定性。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自消振电主轴，包括伺服电机和主轴(1)，其特征在于：所述主轴(1)与伺服电机的转子(2)集成为一体，伺服电机的转子(2)设置于主轴(1)中段，主轴(1)通过滚动轴承(3)支撑定位于伺服电机的机座(10)，位于主轴(1)与伺服电机的机座(10)之间还设置有用于消除主轴(1)径向颤振的交流二自由度磁轴承(4)；所述交流二自由度磁轴承(4)设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统；所述伺服控制系统为可感应主轴(1)径向颤振并产生与颤振强度相应的控制电流的闭环控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种自消振电主轴，包括伺服电机和主轴(1)，其特征在于所述主轴(I)与伺服电机的转子(2)集成为一体，伺服电机的转子(2)设置于主轴(I)中段，主轴(I)通过滚动轴承⑶支撑定位于伺服电机的机座(10)，位于主轴⑴与伺服电机的机座(10)之间还设置有用于消除主轴(I)径向颤振的交流二自由度磁轴承(4);所述交流二自由度磁轴承(4) 设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统；所述伺服控制系统为可感应主轴(I)径向颤振并产生与颤振强度相应的控制电流的闭环控制系统。2.根据权利要求1所述的自消振电主轴，其特征在于所述交流二自由度磁轴承(4) 近于主轴(I)工作端设置。3.根据权利要求2所述的自消振电主轴，其特征在于所述交流二自由度磁轴承(4) 包括轴承转子(4a)、径向控制线圈(4b)、径向定子(4c)和永磁体(4d)。4.根据权利要求3所述的自消振电主...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁丛华，
申请(专利权)人：丁丛华，
类型：发明
国别省市：