CN114160898B - 一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，包括电机；电机连接盘、上永磁体组成的电机端磁耦合传动部件；下永磁体、主轴连接盘组成的主轴端磁耦合传动部件；主轴、锁紧螺母、第一角接触轴承、隔套、第二角接触轴承、主轴箱组成的主轴部件。由电火花成形机床数控***发出指令通过伺服驱动器对伺服电机进行控制，伺服电机旋转带动电机端磁耦合传动部件旋转，带动主轴端磁耦合传动部件旋转，实现伺服电机与主轴之间的扭矩传输。与传统机械连接传动式旋转轴相比，具有易于维护、安装调试简便、节能环保、可靠性高、使用寿命长等优势。可有效减少振动传递、降低噪声，用于电火花成形加工机床，广泛应用于各个加工领域。

Description

一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴

技术领域

本发明涉及电火花成形机床数控加工技术领域，具体涉及一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴。

背景技术

随着现代制造业的发展，各个加工领域对电火花成形机床的加工性能越来越高，多轴联动加工的需求也逐渐提高，对旋转轴的需求也逐渐增加。一般来说，旋转轴采用齿轮传动、皮带传动等接触式传统机械传动方式进行动力传输，存在着振动传递影响加工精度、噪音过大、安装精度要求高、维护不便等问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种电火花成形机所用的直连磁耦合旋转轴，以解决使用传统机械传动方式导致的振动传递影响加工精度、噪音过大、安装精度要求高、维护不便等问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，包括电机、电机端磁耦合传动部件、主轴端磁耦合传动部件、主轴及轴系组件；

所述电机通过电机座安装于机床安装板上方，且其动力输出端朝下；

所述电机端磁耦合传动部件固定于所述电机的动力输出端上；

所述主轴与所述轴系组件转动连接；

所述主轴通过所述轴系组件竖直安装于所述机床安装板下侧；

所述机床安装板与所述轴系组件之间设有绝缘隔板；

所述主轴端磁耦合传动部件固定安装于所述主轴的顶端；

所述电机端磁耦合传动部件与所述主轴端磁耦合传动部件均为磁性结构体，两者上下相对布置且两者之间为非接触式传动连接；

所述电机运行时带动所述电机端磁耦合传动部件转动，并通过磁耦合作用驱动所述主轴端磁耦合传动部件转动，进而带动所述主轴转动。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以进行以下进一步的改进。

进一步，所述电机端磁耦合传动部件包括电机连接盘及上永磁体，所述电机连接盘上侧与所述电机的动力输出端固定连接，下侧固定安装有所述上永磁体；

所述主轴端磁耦合传动部件包括主轴连接盘及下永磁体，所述主轴连接盘下侧与所述主轴固定连接，上侧安装有所述下永磁体；

所述上永磁体与所述下永磁体相对布置，并且所述上永磁体与所述下永磁体之间有0.2mm至0.5mm的气隙。

进一步，所述上永磁体为多个，且为圆柱形结构，嵌设于所述电机连接盘下表面，并且沿所述电机连接盘下表面的周向上均匀间隔布置；

所述上永磁体为多个，且为圆柱形结构，嵌设于所述主轴连接盘上表面，并且沿所述主轴连接盘上表面的周向上均匀间隔布置。

进一步，所述上永磁体的轴线与所述电机连接盘的轴线平行；

所述下永磁体的轴线与所述主轴连接盘的轴线平行。

进一步，所述上永磁体数量与所述下永磁体的个数相同，且为8至18个。

进一步，所述上永磁体数量与所述下永磁体的数量为偶数；

所述上永磁体的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个上永磁体的磁极方向朝向相反；所述下永磁体的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个下永磁体的磁极方向朝向相反。

进一步，所述电机端磁耦合传动部件还包括与所述上永磁体数量相同的上瓦形永磁体，所述上瓦形永磁体沿所述电机连接盘外部周向依次固定连接；

所述主轴端磁耦合传动部件还包括与所述下永磁体数量相同的下瓦形永磁体，所述下瓦形永磁体沿所述主轴连接盘外部周向依次固定连接；

所述上瓦形永磁体与所述下瓦形永磁体相互套设，所述上瓦形永磁***于所述下瓦形永磁体外侧，两者交叠部分的高度大于5mm且两者之间具有水平方向上0.2mm至0.5mm的间隙。

进一步，所述上瓦形永磁体的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个上瓦形永磁体的磁极方向朝向相反；所述下瓦形永磁体的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个下瓦形永磁体的磁极方向朝向相反。

进一步，所述轴系组件包括主轴连接箱、主轴箱、碳刷总成、端盖、锁紧螺母、第一角接触轴承、隔套、第二角接触轴承、大端盖及防尘盘；

所述主轴连接箱为上下贯通的箱型结构，其上部固定于所述绝缘隔板下侧；

所述主轴箱为上下贯通结构，其上部固定安装于所述主轴连接箱底部；

所述碳刷总成与所述端盖配合安装后安装于所述主轴的上部，并位于所述主轴连接箱内部；

所述锁紧螺母、所述第一角接触轴承、所述隔套、所述第二角接触轴承自上而下依次安装于所述主轴的轴身外，并置于所述主轴箱内，所述第一角接触轴承及所述第二角接触轴承均同时与所述主轴的轴身及所述主轴箱内壁配合连接；

所述大端盖固定于所述主轴箱底部，并在其下侧安装有防尘盘；

所述主轴的下端穿出所述主轴箱，并贯穿所述大端盖及所述防尘盘。

进一步，所述主轴的底端设有用于固定电极的可拆卸式弹簧卡套。

本发明公开的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，与现有技术相比，具有以下有益技术效果：

1、通过使用直连磁耦合的形式实现伺服电机与主轴之间的动力传输，因传动方式采用非接触式磁耦合连接，与传统机械式相比，传统旋转轴采用齿轮或皮带传动，存在齿轮或皮带的磨损问题。而采用直连磁耦合的形式传动因无直接接触即可实现传动，无零件的磨损，因此后期维护非常容易。

2、采用非接触式磁耦合连接与传统机械式直连安装相比，传统机械式直连安装方式存在对同轴度要求高的问题，而采用直连磁耦合的形式传动对上下磁耦合连接件同心度要求低，易于安装调试。

3、采用非接触式磁耦合连接，伺服电机与旋转主轴连接无直接接触，不存在传统刚性机械连接因同轴度难以实现理想状态导致轴承工况恶化使用寿命缩短的问题，因此使用寿命更长。当主轴端负载过大时，不会像传统刚性机械连接导致电机过载，可以实现过载保护，提升整体驱动***可靠性。

4、伺服电机与主轴之间采用非接触式磁耦合连接，传动无接触，可有效减少振动传递、降低噪声。

5、因整体安装简单，可通过修改机床连接板安装孔位应用于其他机床，因此适用范围更广，不仅适用于电火花成形加工机床，而且可以广泛应用于各个加工领域。

附图说明

图1为本发明提供的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴的具体实施例的装配结构剖视示意图；

图2为图1所述具体实施例的俯视结构示意图；

图3为所述电机端磁耦合传动部件与所述主轴端磁耦合传动部件的一种具体实施例下的装配结构剖视示意图；

图4、图5为图3所示结构中分别沿D-D和E-E向示意图；

图6为所述电机端磁耦合传动部件与所述主轴端磁耦合传动部件的另一种具体实施例下的装配结构剖视示意图；

图7为图6所示结构的立体结构示意图；

图8为图6所示具体实施例中，上瓦形永磁体与下瓦形永磁体的排列结构示意图。

其中，附图标记为：

电机1；电机座2；电机连接盘3；上永磁体4；机床安装板5；下永磁体6；主轴连接盘7；绝缘隔板8；主轴连接箱9；端盖10；第一O型密封圈11；旋转密封圈12；主轴13；锁紧螺母14；第一角接触轴承15；隔套16；第二角接触轴承17；大端盖18；第二O型密封圈19；防尘盘20；弹簧卡套21；弹簧卡套锁紧螺母22；主轴箱23；碳刷总成24；平键25；上瓦形永磁体31；下瓦形永磁体32；气隙A；交叠部分B；间隙C。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，需要说明的是，附图仅为为说明本发明所提供的示意图，而非真正的实物投影图；另外，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参见如图1至图8所示，图1为本发明提供的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴的具体实施例的剖视结构装配结构示意图；图2为图1所述具体实施例的俯视结构示意图；图3为所述电机端磁耦合传动部件与所述主轴端磁耦合传动部件的一种具体实施例下的装配结构剖视示意图；图4、图5为图3所示结构中分别沿D-D和E-E向示意图；图6为所述电机端磁耦合传动部件与所述主轴端磁耦合传动部件的另一种具体实施例下的装配结构剖视示意图；图7为图6所示结构的立体结构示意图；图8为图6所示具体实施例中，上瓦形永磁体与下瓦形永磁体的排列结构示意图。

本发明所公开的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，包括电机1、电机端磁耦合传动部件、主轴端磁耦合传动部件、主轴13及轴系组件；该电机1可采用伺服电机。所述电机1通过电机座2安装于机床安装板5上方，且其动力输出端朝下；所述电机端磁耦合传动部件固定于所述电机1的动力输出端上；所述主轴13与所述轴系组件转动连接；所述主轴13通过所述轴系组件竖直安装于所述机床安装板5下侧；所述机床安装板5与所述轴系组件之间设有绝缘隔板8，确保电火花成形机加工放电回路与主轴13之间绝缘；所述主轴端磁耦合传动部件固定安装于所述主轴13的顶端；所述电机端磁耦合传动部件与所述主轴端磁耦合传动部件均为磁性结构体，两者上下相对布置且两者之间为非接触式传动连接；所述电机运行时带动所述电机端磁耦合传动部件转动，并通过磁耦合作用驱动所述主轴端磁耦合传动部件转动，进而带动所述主轴13转动。

在上述结构中，由电火花成型机床数控***发出指令通过伺服驱动器对电机1(伺服电机)进行控制，伺服电机旋转带动电机端磁耦合传动部件旋转，从而带动主轴端磁耦合传动部件旋转，实现伺服电机与主轴13之间的扭矩传输。

作为一种优选，所述电机端磁耦合传动部件包括电机连接盘3及上永磁体4，所述电机连接盘3上侧与所述电机的动力输出端固定连接，下侧固定安装有所述上永磁体4；所述主轴端磁耦合传动部件包括主轴连接盘7及下永磁体6，所述主轴连接盘7下侧与所述主轴固定连接，上侧安装有所述下永磁体6；所述上永磁体4与所述下永磁体6相对布置，并且所述上永磁体4与所述下永磁体6之间有0.2mm至0.5mm的气隙A。具体来说，所述上永磁体4为多个，且为圆柱形结构，嵌设于所述电机连接盘3下表面，并且沿所述电机连接盘3下表面的周向上均匀间隔布置；所述上永磁体4为多个，且为圆柱形结构，嵌设于所述主轴连接盘7上表面，并且沿所述主轴连接盘7上表面的周向上均匀间隔布置。所述上永磁体4的轴线与所述电机连接盘3的轴线平行；所述下永磁体6的轴线与所述主轴连接盘7的轴线平行；所述上永磁体4数量与所述下永磁体6的个数相同，且为8至18个，可以根据实际大小合理设置，本实施例中优选采用12个。

作为优选，所述上永磁体4数量与所述下永磁体6的数量为偶数；所述上永磁体4的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个上永磁体4的磁极方向朝向相反；所述下永磁体6的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个下永磁体6的磁极方向朝向相反。也就是说，对于上永磁体4或下永磁体6来说，圆柱形磁体的磁极是沿轴向上下分布的，并且安装时，如果第一个N级朝上S级朝下，则与其相邻的第二个磁体颠倒安装，以此类推。

采用上述的结构形式及磁极的排列方式，当电机1带动电机端磁耦合传动部件旋转时，主轴端磁耦合传动部件保持不动时，两者之间形成相位差，形成周向磁力分量，从而形成周向力矩，带动主轴端磁耦合传动部件旋转，从而实现电机与主轴间的扭矩传递。由于所述电机端磁耦合传动部件中的上永磁体4与所述主轴端磁耦合传动部件中的下永磁体6之间有0.2mm至0.5mm的气隙A且不可调节，实现稳定的扭矩传递和速度传递。

对于电机端磁耦合传动部件及主轴端磁耦合传动部件，还可以有另一种优选的实施方式，如图6-图8所示，所述电机端磁耦合传动部件还包括与所述上永磁体4数量相同的上瓦形永磁体31，所述上瓦形永磁体31沿所述电机连接盘3外部周向依次固定连接；所述主轴端磁耦合传动部件还包括与所述下永磁体6数量相同的下瓦形永磁体32，所述下瓦形永磁体32沿所述主轴连接盘7外部周向依次固定连接；所述上瓦形永磁体31与所述下瓦形永磁体32相互套设，所述上瓦形永磁体31位于所述下瓦形永磁体32外侧，两者交叠部分的高度大于5mm且两者之间具有水平方向上0.2mm至0.5mm的间隙。进一步，所述上瓦形永磁体31的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个上瓦形永磁体31的磁极方向朝向相反；所述下瓦形永磁体32的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个下瓦形永磁体32的磁极方向朝向相反。

在这种结构形式下，除了设置在电机连接盘3下侧的上永磁体4及设于主轴连接盘7上侧的下永磁体6外，在电机连接盘3外侧还设置多片瓦形结构的上瓦形永磁体31及设于主轴连接盘7外侧的瓦形结构的下瓦形永磁体32，并且两者交叠部分B的高度大于5mm，可以确保扭矩传动的效率，且两者之间具有水平方向上0.2mm至0.5mm的间隙C，确保了两者非接触式传动连接，并且传动效率可以达到为最佳效果。另外，通过上瓦形永磁体31位于所述下瓦形永磁体32外侧，还可以起到对电机连接盘3与主轴连接盘7的密封保护，避免在气隙A中进入灰尘、杂质等，以提高使用寿命。各相邻的瓦形永磁体间距最好不超过3mm，这样不仅能够尽可能提供最大的传动力，而且可以起到最佳的密封效果。

进一步，所述轴系组件包括主轴连接箱9、主轴箱23、碳刷总成24、端盖、锁紧螺母14、第一角接触轴承15、隔套16、第二角接触轴承17、大端盖18及防尘盘20；

所述主轴连接箱9为上下贯通的箱型结构，其上部固定于所述绝缘隔板8下侧；

所述主轴箱23为上下贯通结构，其上部固定安装于所述主轴连接箱9底部；所述碳刷总成24与所述端盖10配合安装后安装于所述主轴的上部，并位于所述主轴连接箱9内部；所述锁紧螺母14、所述第一角接触轴承15、所述隔套16、所述第二角接触轴承17自上而下依次安装于所述主轴的轴身外，并置于所述主轴箱23内，所述第一角接触轴承15及所述第二角接触轴承17均同时与所述主轴的轴身及所述主轴箱23内壁配合连接；所述大端盖18固定于所述主轴箱23底部，并在其下侧安装有防尘盘20；所述主轴的下端穿出所述主轴箱23，并贯穿所述大端盖18及所述防尘盘20。

具体来说，在组装时可以将上永磁体4嵌入采用导磁材料制成的电机连接盘3中完成电机端磁耦合传动部件准备，将下永磁体6嵌入采用导磁材料制成的主轴连接盘7中完成主轴端磁耦合传动部件准备，主轴13可以通过平键25与主轴连接盘7固定连接，以传递扭矩。如果采用上瓦形永磁体31及下瓦形永磁体32的方式，可以分别在电机连接盘及主轴连接盘外侧加工安装槽，将各瓦形片安装到位即可。

伺服电机1安装在电机座2上后将电机端磁耦合传动部件安装在伺服电机1上后与机床安装板5固定，将绝缘隔板8通过螺钉固定在机床安装板5下侧。

将第二角接触轴承17、隔套16、第一角接触轴承15、锁紧螺母14、旋转密封圈12按顺序依次安装在主轴13上锁紧，轴承安装前需做好润滑。后将组装好的主轴部件从下部穿入主轴箱23，安装第二O型密封圈19后安装大端盖18固定旋上防尘盘20。主轴箱23上部安装第一O型密封圈11，将碳刷总成24安装在端盖10上后固定在主轴箱23上部。将主轴端磁耦合传动部件安装在主轴13上，按顺序连接主轴箱23、主轴连接箱9、绝缘隔板8后固定于机床安装板5下部。

两只碳刷总成24之间呈90度安装于端盖10上，由碳刷座、碳刷、拉簧等部件组成，通过拉簧将其压在主轴13上端。其上接有电缆，通过电缆将脉冲电源产生的电能传递到碳刷上，通过碳刷传递给主轴，进而传递到主轴下端通过弹簧卡套21固定的加工用电极端。从而实现电极与工件之间的放电加工，并通过绝缘隔板8实现绝缘保护。

作为一种优选方式，所述主轴的底端设有用于固定电极的可拆卸式弹簧卡套21，外部可以用弹簧卡套锁紧螺母22进行锁紧固定。这样可以实现电极的高精度装夹，并且可以通过更换不同规格的弹簧卡套，以适用于多种电极，从而实现对工件的高精度加工。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，其特征在于，包括电机、电机端磁耦合传动部件、主轴端磁耦合传动部件、主轴及轴系组件；

所述电机通过电机座安装于机床安装板上方，且其动力输出端朝下；

所述电机端磁耦合传动部件固定于所述电机的动力输出端上；

所述主轴与所述轴系组件转动连接；

所述主轴通过所述轴系组件竖直安装于所述机床安装板下侧；

所述机床安装板与所述轴系组件之间设有绝缘隔板；

所述主轴端磁耦合传动部件固定安装于所述主轴的顶端；

所述电机端磁耦合传动部件与所述主轴端磁耦合传动部件均为磁性结构体，两者上下相对布置且两者之间为非接触式传动连接；

所述电机运行时带动所述电机端磁耦合传动部件转动，并通过磁耦合作用驱动所述主轴端磁耦合传动部件转动，进而带动所述主轴转动；

所述电机端磁耦合传动部件包括电机连接盘及上永磁体，所述电机连接盘上侧与所述电机的动力输出端固定连接，下侧固定安装有所述上永磁体；

所述主轴端磁耦合传动部件包括主轴连接盘及下永磁体，所述主轴连接盘下侧与所述主轴固定连接，上侧安装有所述下永磁体；

所述上永磁体与所述下永磁体相对布置，并且所述上永磁体与所述下永磁体之间有0.2mm至0.5mm的气隙A，所述气隙A且不可调节；

所述上永磁体为多个，且为圆柱形结构，嵌设于所述电机连接盘下表面，并且沿所述电机连接盘下表面的周向上均匀间隔布置；

所述下永磁体为多个，且为圆柱形结构，嵌设于所述主轴连接盘上表面，并且沿所述主轴连接盘上表面的周向上均匀间隔布置；

所述电机端磁耦合传动部件还包括与所述上永磁体数量相同的上瓦形永磁体，所述上瓦形永磁体沿所述电机连接盘外部周向依次固定连接；

所述主轴端磁耦合传动部件还包括与所述下永磁体数量相同的下瓦形永磁体，所述下瓦形永磁体沿所述主轴连接盘外部周向依次固定连接；

所述上瓦形永磁体与所述下瓦形永磁体相互套设，所述上瓦形永磁***于所述下瓦形永磁体外侧，两者交叠部分的高度大于5mm且两者之间具有水平方向上0.2mm至0.5mm的间隙C；

所述上瓦形永磁体的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个上瓦形永磁体的磁极方向朝向相反；所述下瓦形永磁体的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个下瓦形永磁体的磁极方向朝向相反；

各相邻的瓦形永磁体间距不超过3mm。

2.根据权利要求1所述的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，其特征在于，

所述上永磁体的轴线与所述电机连接盘的轴线平行；

所述下永磁体的轴线与所述主轴连接盘的轴线平行。

3.根据权利要求2所述的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，其特征在于，所述上永磁体数量与所述下永磁体的个数相同，且为8至18个。

4.根据权利要求3所述的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，其特征在于，

所述上永磁体数量与所述下永磁体的数量为偶数；

所述上永磁体的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个上永磁体的磁极方向朝向相反；

所述下永磁体的N-S两个磁极均上下设置，且每相邻的两个下永磁体的磁极方向朝向相反。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，其特征在于，所述轴系组件包括主轴连接箱、主轴箱、碳刷总成、端盖、锁紧螺母、第一角接触轴承、隔套、第二角接触轴承、大端盖及防尘盘；

所述主轴连接箱为上下贯通的箱型结构，其上部固定于所述绝缘隔板下侧；

所述主轴箱为上下贯通结构，其上部固定安装于所述主轴连接箱底部；

所述碳刷总成与所述端盖配合安装后安装于所述主轴的上部，并位于所述主轴连接箱内部；

所述锁紧螺母、所述第一角接触轴承、所述隔套、所述第二角接触轴承自上而下依次安装于所述主轴的轴身外，并置于所述主轴箱内，所述第一角接触轴承及所述第二角接触轴承均同时与所述主轴的轴身及所述主轴箱内壁配合连接；

所述大端盖固定于所述主轴箱底部，并在其下侧安装有防尘盘；

所述主轴的下端穿出所述主轴箱，并贯穿所述大端盖及所述防尘盘。

6.根据权利要求5所述的一种电火花成形机用直连磁耦合旋转轴，其特征在于，所述主轴的底端设有用于固定电极的可拆卸式弹簧卡套。