CN1931485A - 平面圆环旋转电机直接构成的机电一体化机床卡盘 - Google Patents

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Abstract

本发明平面圆环旋转电机直接构成的机电一体化机床卡盘，是把平面圆环旋转电机的初级定子安装固定在不旋转的主轴上，使电机次级转子与机床卡盘联结构成一个机械整体，并围绕主轴旋转。使用这种机床卡盘的新机床，完全抛弃主轴箱。使用变频技术、调压技术，就能使该机床卡盘获取各种力矩和转速。它结构简单、紧凑、轻巧、成本低、制作安装很方便省时。该新机床的购买价低、使用省电、维修金少、操作方便。该机床卡盘的普及推广，将会提升我国整个机械装备制造行业的国际竞争力。

Description

平面圆环旋转电机直接构成的机电一体化机床卡盘
技术领域
本申请发明涉及由平面圆环旋转电机的初级定子、次级转子直接构造成的一种机电一体化的机床卡盘。
背景技术
在现有技术中，无论是卧式机床、立式机床、自动车床、数控机床、变频机床、等等，都有一个贵重且硕大的机床主轴箱，里面装配有一大堆的机械变速齿轮、传动轴、离合器、等等；即或是不使用完整主轴箱的变频机床，最少也还有一根传递旋转力矩给机床卡盘的传动皮带和两个皮带轮。机床构造里的这些机械传动设备，就是为了把电机功率传递到机床卡盘及其工件上。机床主轴箱，既是制造机床使用贵重金属材料机械部件的主体部分——即机床制造时间、***格等的主体部分，也是机床切削使用中的能耗大头，更是机床机械磨损和故障发生的主要部件，即是机床维修资金等使用的主要对象。这一切就造成了整个机械装备制造行业的原材料、能源、资金、时间、等等的巨大耗费。
发明内容
本申请发明的任务，是提供一种由平面圆环旋转电机的初级定子、次级转子直接构造成的一种机电一体化的机床卡盘，而使用这种机床卡盘的新机床，可以完全抛弃现行旧机床的整个主轴箱部件及其传动皮带等。它结构简单、紧凑、轻巧、成本低、制作安装很方便省时。运用现代变频技术、调压技术等，就可以很方便地满足该新机床在金属切削加工中的各种力矩和转速需求。
技术方案
本申请发明的技术方案，是充分利用了平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体，与次级转子平面圆环体作相对的平面圆环旋转运动和它们各自的平面圆环体表面及其构成的平面圆环体电磁场气隙空间，都是与其主轴心线相互垂直的机械物理特性，来安装固定电机初级定子平面圆环体在机床主轴上静止不动，而将电机次级转子平面圆环体与机床卡盘联结固定构造成一个机械整体在机床主轴上面旋转。如附图示，取消现行机床的主轴箱，把与原主轴箱旋转主轴相近似的圆筒形空心主轴7，水平地安装固定在卧式机床端头的主轴机架即其机架座6里面，并使之静止不旋转；主轴机架座6也是水平地安装固定在卧式机床端头导轨面上的。平面圆环旋转电机的初级定子平面圆环体1，是通过其背后的圆环体紧固联结机架9及其机架座10，使用销、键等传统的机械联结方式，安装固定在静止不旋转的主轴7上面。机床卡盘4的内部结构等基本不做改变，仅仅是把它原来与旧的旋转主轴联结的螺纹丝扣部件，改换成使用联结轴承11、或使用联结轴瓦11等传统的机械联结固定方式，来安装固定在不旋转的主轴7上面旋转。其内端面可由主轴7外表面上的特定台阶限定，该特定台阶既可以是主轴7外表面上预留的限位台阶，也可以是再加装一个圆环厚垫片，更可以是一个带反时针旋转丝扣的内端盖。而其外端面则是使用轴承外端盖12、或使用带反时针旋转丝扣的外端盖12来限位固定，也可以再加装限位螺丝固定。把机床卡盘4外圆壳边的延长部分5，延长至超出电机初级定子平面圆环体1的外圆环表面边进行防护。把平面圆环旋转电机的次级转子平面圆环体2，用传统的机械安装方式螺丝、销、键等，镶嵌安装在机床卡盘4后面和主轴7相互垂直的内圆环平面14上面。即使电机初级定子平面圆环体1的平面圆环表面，与电机次级转子平面圆环体2的平面圆环表面之间的距离很小且不碰擦，以至构造成了平面圆环旋转电机最合适的平面圆环体电磁场气隙空间3。主轴7外表面上开设有一个浅槽8，直通到电机初级定子平面圆环体1与机床卡盘4之间的内部空间里面。浅槽8上面可以加装保护盖板，也可以不加装保护盖板。浅槽8主要是用来安装铺设吹散除去平面圆环体电磁场气隙空间3里面尘埃的高压空气流导管。在电机初级定子平面圆环体1与机床卡盘4之间的内部空间里面，沿主轴7外表面周围对准平面圆环体电磁场气隙空间3的边沿，装有一圈高压空气流导管吹气嘴，它们喷出的高压空气流，可以很轻易地随时防止进入和清除平面圆环旋转电机平面圆环体电磁场气隙空间3里面的各种微小尘埃。浅槽8也可以是用来引入电机动力导电线的，这时电机初级定子平面圆环体1的线圈绕组接线头，就设在该内部空间里面。当平面圆环旋转电机初级定子线圈绕组13通电时，其次级转子平面圆环体2，就会被平面圆环体电磁场气隙空间3里产生的旋转电磁场力推动旋转，并带动机床卡盘4及其上面的工件旋转。使用变频技术、调压技术等制造的现代电机控制设备，就可以随意实现对机床卡盘4的启动、停车、高速、低速、正转、反转等等控制，使机床卡盘4获得金属切削工作所需要的各种旋转力矩与转速。平面圆环旋转电机的多种设计规格，与各种规格不一的大小机床卡盘4很匹配。当需要配套设计使用小功率的电机时，可以使用减少平面圆环体电磁场气隙空间3的面积，即是对平面圆环旋转电机缩小外圆直径尺寸和增大内圆直径尺寸，也即是减少或减薄电机铁心体积的方法，也就是以主轴7的轴心线为圆心线，同时减少电机初级定子平面圆环体1、次级转子圆环体2的矽钢片层数及厚度的方法；并相应地同时减小电机初级定子线圈绕组13的直径与线径。反之，当需要配套设计使用大功率的电机时，则可以使用增大平面圆环体电磁场气隙空间3的面积，即对平面圆环旋转电机增大外圆直径尺寸和缩小内圆直径尺寸，即可以使用增加电机铁心体积的方法，也就是以主轴7的轴心线为圆心线，同时增加电机初级定子平面圆环体1、次级转子平而圆环体2的矽钢片层数及厚度；并相应地同时扩大电机初级定子线圈绕组13的直径与线径，直至满足使用需求。依照上述制作卧式机床机电一体化机床卡盘的原理，来改造立车机床卡盘4——立车工作台，是要充分利用立车底座中心不旋转的竖直方向主轴7、主轴机架座6、立车底座、立车工作台及其之间的圆环形滑动导轨等部件，把平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体1直接安装固定在主轴7上面。抛弃立车底座和立车工作台旁边的主轴变速箱等无用部件时，要一同抛弃立车工作台下面的大齿圈等无用部件。根据立车工作台外壳边的延长部分5的直径要比电机次级转子平面圆环体2的外圆直径大许多的情况，既可以考虑把电机次级转子平面圆环体2，安装固定在立车工作台里面中间位置上加强工作台面强度的圆环体或其延长部分5里面；也可以考虑在电机次级转子平面圆环体2与立车工作台外圆壳边的延长部分5之间，以及与立车工作台里面——即立车机床卡盘4后面和主轴7相互垂直的内圆环平面14之间，加装联结安装电机次级转子平面圆环体2的联结支持机架，把电机次级转子平面圆环体2与立车工作台外圆壳边的延长部分5，以及与立车工作台里面和主轴7相互垂直的内圆环平面14，联结固定成一个结实牢固的机械整体，以便由电力驱动的电机次级转子平面圆环体2，带动立车工作台——立车机床卡盘及其上面的工件旋转工作。
发明优点
本申请发明的优点：1、使新机床的制造成本大大降低：因为抛弃了整个机床主轴箱，将可以节省大量的贵重金属材料，节省其制造、加工、生产成本和原材料的采购成本等。2、使新机床在进行金属切削工作中能节省大量的电力能源：因为被抛弃的机床主轴箱在运行工作中的能耗，占了整个机床能耗的一大半，故可节省一大半的电力消耗。3、使新机床需要匹配的动力电机功率大大减小：因为金属切削能耗减少了一大半，故新机床所需电机功率可以大大减少。4、为新机床节省了大量的机床维修资金：因为没有了机床主轴箱的故障发生和维修需求，就节省了大量的机床维修资金。5、使新机床结构更简单、紧凑、轻便、实用、便于操作。6、可以很方便地运用现代变频技术、调压技术、数控技术等高新技术设备，来操作控制由该机床卡盘构成的新机床。7、新结构机床具有的上述多项突出优点，将会大大提升我国整个机械装备制造行业的国际竞争力。
附图说明
说明书附图仅为本申请发明的粗略结构示意图，其中小一些的部件及细节等都未及表述，以简洁示意图画面，为方便对照理解说明书。图中：1是平面圆环旋转电机的初级定子平面圆环体。2是平面圆环旋转电机的次级转子平面圆环体。3是平面圆环旋转电机的平面圆环体旋转电磁场气隙空间。4是机床卡盘。5是机床卡盘4外圆壳边的延长部分。6是安装在卧式机床端头的主轴机架即其主轴机架座。7是安装在主轴机架座6里面静止不旋转的圆筒形空心主轴。8是主轴7外表面上开设的铺设高压空气流导管和供电导线的专用浅槽。9是平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体1背后的圆环体紧固联结机架。10是电机初级定子平面圆环体1背后的圆环体紧固联结机架9的机架座。11是联结机床卡盘4与主轴7成为一个机械整体的轴承，或轴瓦等部件。12是轴承外端盖，或带反时针旋转丝扣的外端盖等。13是平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体1的电机线圈绕组。14是机床卡盘4后面与主轴7相互垂直的内圆环平面。
具体实施方式
下面结合附图对本申请发明的具体实施方式，作进一步的详细说明。
说明书附图所示是本申请发明的一个实施例。人们可以用螺丝、销、键等传统的机械联结安装方式，把平面圆环旋转电机的次级转子圆环体2，牢固地镶嵌安装在该卧式机床卡盘4后面和主轴7相互垂直的内圆环平面14上面；机床卡盘4通过轴承11、或轴瓦11安装联结固定在主轴7上面，并可以任意方向旋转。轴承11或轴瓦11的内端面有主轴台阶、或圆垫片、或内端盖等限位保护；外端面有外端盖12限位保护。主轴7是水平地安装固定在主轴机架座6里面静止不旋转的，主轴机架座6是被水平地安装固定在机床端头导轨面上。平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体1，是被设置在机床卡盘4外圆壳边的延长部分5的里面，并通过其自身的内圆环体紧固联结机架9及其机架座10，被销、键等传统机械联结方式，安装固定在主轴7上面静止不动。平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体1的平面圆环表面，与平面圆环旋转电机次级转子平面圆环体2的平面圆环表面之间的距离靠得很近且不碰擦，这就构造成了平面圆环旋转电机的平面圆环体旋转电磁场气隙空间3。当给平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体1的线圈绕组13通电时，平面圆环体电磁场气隙空间3里面产生的旋转电磁场力，就推动平面圆环旋转电机次级转子平面圆环体2旋转，并带动着机床卡盘4及其上面的工件旋转。使用变频技术、调压技术、数控技术等高新技术电机控制设备，来操作控制该平面圆环旋转电机次级转子平面圆环体2旋转，也即是在操作控制该机床卡盘4及其上面的工件旋转，就可以获得所需要的各种旋转力矩和转速，随意实现启动、停车、高速、低速、正转、反转等等，并取得满意的金属切削效果。高压空气流导管被安装在特制的浅槽8里面，主轴7周围安装的一圈高压空气流导管吹气嘴里喷出的高压空气流，可以很轻易地随时防止进入和清除平面圆环旋转电机平面圆环体电磁场气隙空间3里面的各种微小尘埃。
本申请发明的最佳实施方案之一，就是附图所示的，由平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体、次级转子平面圆环体等部件，直接构造成的机电一体化机床卡盘。该机床卡盘详细具体的技术数据、规格尺寸、零部件选材等，应按实际的具体使用要求来设计制订。

Claims (2)

1、平面圆环旋转电机直接构成的机电一体化机床卡盘，是由机床主轴、主轴机架座、机床卡盘、轴承或轴瓦、平面圆环旋转电机的初级定子、初级定子机架座、次级转子、旋转电磁场气隙空间等，共同构造而成；其特征在于：充分利用了平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体，与次级转子平面圆环体作相对的平面圆环旋转运动和它们各自的平面圆环体表面及其构成的平面圆环体电磁场气隙空间，都是与其主轴心线相互垂直的机械物理特性，来安装固定电机初级定子平面圆环体在机床主轴上静止不动，而将电机次级转子平面圆环体与机床卡盘联结固定构造成一个机械整体在机床主轴上面旋转；如附图示，取消现行机床的主轴箱，把与原主轴箱旋转主轴相近似的圆筒形空心主轴(7)，水平地安装固定在卧式机床端头的主轴机架即其机架座(6)里面，并使之静止不旋转；主轴机架座(6)也是水平地安装固定在卧式机床端头导轨面上的；平面圆环旋转电机的初级定子平面圆环体(1)，是通过其背后的圆环体紧固联结机架(9)及其机架座(10)，使用销、键等传统的机械联结方式，安装固定在静止不旋转的主轴(7)上面；机床卡盘(4)的内部结构等基本不做改变，仅仅是把它原来与旧的旋转主轴联结的螺纹丝扣部件，改换成使用联结轴承(11)、或使用联结轴瓦(11)等传统的机械联结固定方式，来安装固定在不旋转的主轴(7)上面旋转；其内端面可由主轴(7)外表面上的特定台阶限定，该特定台阶既可以是主轴(7)外表面上预留的限位台阶，也可以是再加装一个圆环厚垫片，更可以是一个带反时针旋转丝扣的内端盖；而其外端面则是使用轴承外端盖(12)、或使用带反时针旋转丝扣的外端盖(12)来限位固定，也可以再加装限位螺丝固定；把机床卡盘(4)外圆壳边的延长部分(5)，延长至超出电机初级定子平面圆环体(1)的外圆环表面边进行防护；把平面圆环旋转电机的次级转子平面圆环体(2)，用传统的机械安装方式螺丝、销、键等，镶嵌安装在机床卡盘(4)后面和主轴(7)相互垂直的内圆环平面(14)上面；即使电机初级定子平面圆环体(1)的平面圆环表面，与电机次级转子平面圆环体(2)的平面圆环表面之间的距离很小且不碰擦，以至构造成了平面圆环旋转电机最合适的平面圆环体电磁场气隙空间(3)；主轴(7)外表面上开设有一个浅槽(8)，直通到电机初级定子平面圆环体(1)与机床卡盘(4)之间的内部空间里面；浅槽(8)上面可以加装保护盖板，也可以不加装保护盖板；浅槽(8)主要是用来安装铺设吹散除去平面圆环体电磁场气隙空间(3)里面尘埃的高压空气流导管；在电机初级定子平面圆环体(1)与机床卡盘(4)之间的内部空间里面，沿主轴(7)外表面周围对准平面圆环体电磁场气隙空间(3)的边沿，装有一圈高压空气流导管吹气嘴，它们喷出的高压空气流，可以很轻易地随时防止进入和清除平面圆环旋转电机平面圆环体电磁场气隙空间(3)里面的各种微小尘埃；浅槽(8)也可以是用来引入电机动力导电线的，这时电机初级定子平面圆环体(1)的线圈绕组接线头，就设在该内部空间里面；当平面圆环旋转电机初级定子线圈绕组(13)通电时，其次级转子平面圆环体(2)，就会被平面圆环体电磁场气隙空间(3)里产生的旋转电磁场力推动旋转，并带动机床卡盘(4)及其上面的工件旋转；使用变频技术、调压技术等制造的现代电机控制设备，就可以随意实现对机床卡盘(4)的启动、停车、高速、低速、正转、反转等等控制，使机床卡盘(4)获得金属切削工作所需要的各种旋转力矩与转速；平面圆环旋转电机的多种设计规格，与各种规格不一的大小机床卡盘(4)很匹配；当需要配套设计使用小功率的电机时，可以使用减少平面圆环体电磁场气隙空间(3)的面积，即是对平面圆环旋转电机缩小外圆直径尺寸和增大内圆直径尺寸，也即是减少或减薄电机铁心体积的方法，也就是以主轴(7)的轴心线为圆心线，同时减少电机初级定子平面圆环体(1)、次级转子圆环体(2)的矽钢片层数及厚度的方法；并相应地同时减小电机初级定子线圈绕组(13)的直径与线径；反之，当需要配套设计使用大功率的电机时，则可以使用增大平面圆环体电磁场气隙空间(3)的面积，即对平面圆环旋转电机增大外圆直径尺于和缩小内圆直径尺寸，即可以使用增加电机铁心体积的方法，也就是以主轴(7)的轴心线为圆心线，同时增加电机初级定子平面圆环体(1)、次级转子平面圆环体(2)的矽钢片层数及厚度；并相应地同时扩大电机初级定子线圈绕组(13)的直径与线径，直至满足使用需求。
2、根据权利要求1所述的由平面圆环旋转电机直接构成的机电一体化机床卡盘，也可以构造出类似的立车机床卡盘——立车工作台；其特征在于：依照上述制作卧式机床机电一体化机床卡盘的原理，来改造立车机床卡盘(4)——立车工作台，是要充分利用立车底座中心不旋转的竖直方向主轴(7)、主轴机架座(6)、立车底座、立车工作台及其之间的圆环形滑动导轨等部件，把平面圆环旋转电机初级定子平面圆环体(1)直接安装固定在主轴(7)上面；抛弃立车底座和立车工作台旁边的主轴变速箱等无用部件时，要一同抛弃立车工作台下面的大齿圈等无用部件；根据立车工作台外壳边的延长部分(5)的直径要比电机次级转子平面圆环体(2)的外圆直径大许多的情况，既可以考虑把电机次级转子平面圆环体(2)，安装固定在立车工作台里面中间位置上加强工作台面强度的圆环体或其延长部分(5)里面；也可以考虑在电机次级转子平面圆环体(2)与立车工作台外圆壳边的延长部分(5)之间，以及与立车工作台里面——即立车机床卡盘(4)后面和主轴(7)相互垂直的内圆环平面(14)之间，加装联结安装电机次级转子平面圆环体(2)的联结支持机架，把电机次级转子平面圆环体(2)与立车工作台外圆壳边的延长部分(5)，以及与立车工作台里面和主轴(7)相互垂直的内圆环平面(14)，联结固定成一个结实牢固的机械整体，以便由电力驱动的电机次级转子平面圆环体(2)，带动立车工作台——立车机床卡盘及其上面的工件旋转工作。
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