无颤振电主轴制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无颤振电主轴，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且主轴通过滚动轴承和磁轴承支撑定位于伺服电机的定子，所述磁轴承设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统，本实用新型专利技术的无颤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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Non motorized spindle

The utility model discloses a chatter free electric spindle, including servo motor rotor and spindle, the spindle and servo motor is integrated rotor servo motor is arranged in the middle of the spindle and the spindle through the stator of rolling bearings and magnetic bearings positioned on the servo motor, the magnetic bearings are provided with servo control system control the radial suspension force, the positioning accuracy of chatter free spindle by suspension force control the size of the magnetic bearing spindle of the utility model and adjust the rigidity, eliminate chatter generated in high speed cutting process, increase the spindle power and processing quality, and improve the cutting quantity per unit time and meet the needs of the development of high-speed cutting technology and application.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种旋转机械，尤其涉及一种无颤振电主轴。
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，提高电主轴的加工功率和品质，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，本技术的目的是提供一种无颤振电主轴，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。本技术的无颤振电主轴，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且主轴通过滚动轴承和磁轴承支撑定位于伺服电机的机座，所述磁轴承设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统。进一步，所述磁轴承相对于滚动轴承近于主轴的工作端设置；进一步，所述磁轴承为交直流三自由度混合磁轴承，包括轴承转子、径向控制线圈、径向定子、永磁体、轴向控制线圈和轴向定子；进一步，所述伺服控制系统包括径向位移传感器、轴向位移传感器、DSP控制器、三相功率逆变器和直流开关功率放大器，其中径向位移传感器和轴向位移传感器分别相应的用于感应主轴的径向位移和轴向位移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相应控制信号传输给三相功率逆变器控制三自由度混合磁轴承的径向控制线圈或传输给直流开关功率放大器控制三自由度混合磁轴承的轴向控制线圈；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。本技术的有益效果是:本技术的无颤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。以下结合附图和实施例对本技术作进一步描述:附图说明图1为本技术的结构示意图。具体实施方式图1为本技术的结构示意图，如图所示:本实施例的无颤振电主轴，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中段且主轴I通过滚动轴承3和磁轴承4支撑定位于伺服电机的机座12，所述磁轴承4设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统，通过控制磁轴承的悬浮力大小可对主轴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，另外磁轴承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，所述磁轴承4相对于滚动轴承3近于主轴I的工作端设置，使由主轴I工作端产生的颤振易于被磁轴承4吸收消除，降低系统功耗。本实施例中，所述磁轴承4为交直流三自由度混合磁轴承，包括轴承转子4a、径向控制线圈4b、径向定子4c、永磁体4d、轴向控制线圈4e和轴向定子4f,可对主轴I进行径向和轴向定位，主轴I刚性好，结构紧凑。本实施例中，所述伺服控制系统包括径向位移传感器6、轴向位移传感器7、DSP控制器8、三相功率逆变器9和直流开关功率放大器10，其中径向位移传感器6和轴向位移传感器7分别相应的用于感应主轴I的径向位移和轴向位移并产生电信号传输给所述DSP控制器8，DSP控制器8对所述电信号进行处理后输出相应控制信号传输给三相功率逆变器9控制三自由度混合磁轴承的径向控制线圈4b或传输给直流开关功率放大器10控制三自由度混合磁轴承的轴向控制线圈4e，形成自消振控制系统，自动化程度高，采用三相功率逆变器9可减小系统功率放大电路体积，降低系统成本，降低功率放大电路功耗，提高系统工作效率。本实施例中，所述主轴I通过过渡轮11与伺服电机的转子2集成为一体，所述过渡轮11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11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12内圆周设置定子5,机座12与定子5之间在伺服电机的圆周方向设置冷却水夹套13，冷却水夹套13的冷却水进口 13a和冷却水出口 13b设置在机座12上，通过向冷却水夹套13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技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。权利要求1.一种无颤振电主轴，包括伺服电机和主轴(I)，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)中段且主轴(I)通过滚动轴承(3)和磁轴承(4)支撑定位于伺服电机的机座(12)，所述磁轴承(4)设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统。2.根据权利要求1所述的无颤振电主轴，其特征在于:所述磁轴承(4)相对于滚动轴承(3)近于主轴(I)的工作端设置。3.根据权利要求2所述的无颤振电主轴，其特征在于:所述磁轴承(4)为交直流三自由度混合磁轴承，包括轴承转子(4a)、径向控制线圈(4b)、径向定子(4c)、永磁体(4d)、轴向控制线圈(4e)和轴向定子(4f)。4.根据权利要求3所述的无颤振电主轴，其特征在于:所述伺服控制系统包括径向位移传感器出)、轴向位移传感器(7)、DSP控制器(8)、三相功率逆变器(9)和直流开关功率放大器(10)，其中径向位移传感器(6)和轴向位移传感器(7)分别相应的用于感应主轴(I)的径向位移和轴向位移并产生电信号传输给所述DSP控制器(8),DSP控制器(8)对所述电信号进行处理后输出相应控制信号传输给三相功率逆变器(9)控制三自由度混合磁轴承的径向控制线圈(4b)或传输给直流开关功率放大器(10)控制三自由度混合磁轴承的轴向控制线圈(4e)。5.根据权利要求4所述的无颤振电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无颤振电主轴，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)中段且主轴(1)通过滚动轴承(3)和磁轴承(4)支撑定位于伺服电机的机座(12)，所述磁轴承(4)设置有可控制其径向悬浮力的伺服控制系统。

【技术特征摘要】

【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：实用新型
国别省市：