CN209736649U - 一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，包括夹座壳体和右轴承座，夹座壳体的内部一侧嵌入安装有右轴承座，右轴承座的内部同轴安装有主轴，右轴承座与主轴之间设置有主轴轴承，右轴承座的外侧设置有与主轴相连的转子套筒，夹座壳体的内部位于转子套筒的外侧设置有定子，主轴的一端轴向安装有油缸活塞，油缸活塞和主轴的内部分别安装有左橡胶夹头和右橡胶夹头，油缸活塞的左侧套接有油缸密封盖；右轴承座内部设置有液压夹紧进油孔和液压松开进油孔，右轴承座的左右两侧分别安装有轴承座左密封盖和轴承座右密封盖。本实用新型采用全新的结构，有效解决了现有技术中的问题。

Description

一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构

技术领域

本实用新型涉及夹紧主轴领域，特别是涉及一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构。

背景技术

目前市场上的双向夹紧主轴，都是台湾或者日本产的。采用的都是外挂皮带，然后通过电机传动。其最大的缺点是体积大，占用空间(因为需要外挂皮带跟电机)。如果双向夹紧主轴安装在机床上，希望双向夹紧主轴能伺服移动进给，采用目前市场的双向夹紧主轴是针对机床设计，其传动和密封防护都很复杂。

因为要安装伺服移动的丝杆、传递力矩给丝杆的伺服电机，还要预留安装和后期调试维护等空间，所以比较占用空间。还有一个就是密封防护问题，因为双向夹紧主轴采用外挂皮带，电机传动，如果是水平放置只是左右移动，那么通常采用的就上面挂载电机或者机床床身导轨下方挂载电机，如果上面挂载电机防护到还容易，但是比较占用空间。

如果是床身导轨下面挂载电机，这个密封就比较麻烦，因为导轨需要根据移动距离开矩形长槽口，开的槽口越长对导轨的刚性影响越大，尤其是线轨，因为在床身导轨间开矩形槽口必须牺牲很多导轨间的加强筋。

还有就是另外一种设计，其为了能让传统双向夹紧主轴实现XYZ三轴移动，对双向夹紧主轴的承载体设计是巨大的考验，需要考虑承载体的重量，传动力矩跟刚性，还需要考虑防护，电机挂的位置等等。

所以需要一种全新的双向夹紧主轴结构来解决上述问题，并应用到现有的机床中。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，采用全新的结构，有效解决了现有技术中的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，包括夹座壳体和右轴承座，所述的夹座壳体的内部一侧嵌入安装有右轴承座，所述的右轴承座的内部同轴安装有主轴，所述的右轴承座与主轴之间设置有主轴轴承，所述的右轴承座的外侧设置有与主轴相连的转子套筒，所述的转子套筒的径向外侧壁上设置有转子磁钢，所述的夹座壳体的内部位于转子套筒的外侧设置有定子，所述的夹座壳体的内部另一侧安装有左密封盖，所述的主轴的一端轴向安装有油缸活塞，所述的油缸活塞和主轴的内部分别安装有左橡胶夹头和右橡胶夹头，所述的左橡胶夹头和右橡胶夹头之间通过轴向布置的拉管相连，所述的油缸活塞的左侧套接有油缸密封盖；

所述的右轴承座内部设置有液压夹紧进油孔和液压松开进油孔，所述的液压夹紧进油孔与油缸活塞右侧和主轴之间的油道相通，所述的液压松开进油孔与油缸活塞左侧与油缸密封盖之间的油道相通，所述的右轴承座的左右两侧分别安装有轴承座左密封盖和轴承座右密封盖，所述的右轴承座的下端内部横向设置有回油孔，所述的轴承座左密封盖和轴承座右密封盖的内部径向开有延伸至主轴的进气孔，所述的右轴承座内部轴向设置有连通轴承座左密封盖和轴承座右密封盖内部进气孔的贯穿进气管路。

作为一种补充，所述的定子的径向外侧与夹座壳体之间安装有定子冷却套，所述的定子冷却套与夹座壳体之间并排设置有一对相互连通的冷却水道，两条冷却水道分别与夹座壳体侧壁上的进水孔和出水孔相连通。

进一步的，所述的油缸密封盖的径向外侧安装有编码器盘，所述的编码器盘的径向外侧设置有与左密封盖相连的编码器读数头。

进一步的，所述的右轴承座与主轴之间设置有一对主轴轴承，两个主轴轴承之间由外到内设置有轴承外隔圈和轴承内隔圈，所述的轴承外隔圈和轴承内隔圈均匀布置有若干个径向贯通的连通孔，所述的连通孔与液压夹紧进油孔以及液压松开进油孔相连通。

进一步的，所述的左橡胶夹头和右橡胶夹头的径向外侧通过圆锥面分别与油缸活塞以及主轴相接触。

进一步的，所述的左密封盖和油缸密封盖的轴向左侧安装有左侧外防水密封盖，所述的轴承座右密封盖的外侧安装有右侧外防水密封盖。

进一步的，所述的右侧外防水密封盖的内侧中部相扣连接有密封盖内圈。

进一步的，所述的夹座壳体的侧壁上安装有连接定子的动力线航空插头。

进一步的，所述的动力线航空插头的下方安装有与编码器读数头相连的编码器航空插头。

进一步的，所述的转子磁钢的右侧安装有与转子套筒螺纹连接的套筒螺母，转子磁钢的表面安装有磁钢保护套

有益效果：本实用新型涉及一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，取消了传统的电机加皮带的传动，或者齿轮传动。主轴由内嵌式电机直接驱动，从而把机床主传动链的结构，传递误差缩短为零，实现了机床的“零传动”；主轴箱体与电机、主轴是一体式结构，体积小结构紧凑，安装简单、方便、节省空间，无中间传动环节，效率高、震动小、噪音低、运转平稳，在相同转速下，主轴轴承寿命更长；设计内置高精编码器，时时反馈主轴转速跟主轴位置，轻易通过上位机完成主轴的旋转、分度位置等信号的高速反馈，易控制，最高位置精度可达0.002度以内；内置水循环冷却结构，解决电机因发热而传导到其他零件，影响精度的问题，由于有了冷却***，易于实现高转速、高精度、高的动静态稳定性；内置气密封结构，解决了永磁伺服双向夹紧电主轴防护问题，由于有气密封跟水冷的结构，本产品可以使用在很多极端高温，多尘环境；内置液压夹紧松开结构，轻松完成产品的装夹。尤其是对于轴类零件，特别是超长类型的轴类零件；采用自设计的内嵌式永磁电机，具有传动惯量低，动态响应高，体积小，功率密度高，力矩大，节能等各类优点。所以本设计集成了电机，主轴，水冷，液压夹紧松开，气密封于一体，具有体积小，结构紧凑，利于实现各种曾经奢望的机床结构设计，尤其是轴类零件加工专用机床。而且利于现代机电控制技术的优化设计，满足不同机床设计，不同承载平台转换，对于超长类型的轴类零件，本设计可以选用两台或者多台，自由组合加工，由于没有了传统的外挂电机、皮带等物的干涉，大大简化的机床的设计，还适合于自动化装置的衔接。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构图；

图2是本实用新型的侧视结构图；

图3是图1的A-A向半剖结构图；

图4是图2的B-B向半剖结构图；

图5是图4的C-C向半剖结构图；

图6是本实用新型的右轴承座的主视结构图；

图7是图6的E-E向半剖结构图；

图8是图6的G-G向半剖结构图；

图9是图6的D-D向半剖结构图；

图10是图6的F-F向半剖结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

如图1-10所示，本实用新型的实施方式涉及一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，包括夹座壳体1和右轴承座23，所述的夹座壳体1的内部一侧嵌入安装有右轴承座23，所述的右轴承座23的内部同轴安装有主轴18，所述的右轴承座23与主轴18之间设置有主轴轴承20，所述的右轴承座23的外侧设置有与主轴18相连的转子套筒16，所述的转子套筒16的径向外侧壁上设置有转子磁钢13，所述的夹座壳体1的内部位于转子套筒16的外侧设置有定子15，所述的夹座壳体1的内部另一侧安装有左密封盖2，所述的主轴18的一端轴向安装有油缸活塞10，所述的油缸活塞10和主轴18的内部分别安装有左橡胶夹头8和右橡胶夹头9，所述的左橡胶夹头8和右橡胶夹头9之间通过轴向布置的拉管7相连，所述的油缸活塞10的左侧套接有油缸密封盖11；

所述的右轴承座23内部设置有液压夹紧进油孔32和液压松开进油孔31，所述的液压夹紧进油孔32与油缸活塞10右侧和主轴18之间的油道相通，所述的液压松开进油孔31与油缸活塞10左侧与油缸密封盖11之间的油道相通，所述的右轴承座23的左右两侧分别安装有轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22，所述的右轴承座23的下端内部横向设置有回油孔30，所述的轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22的内部径向开有延伸至主轴18的进气孔，所述的右轴承座23内部轴向设置有连通轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22内部进气孔的贯穿进气管路33。

所述的定子15的径向外侧与夹座壳体1之间安装有定子冷却套24，所述的定子冷却套24与夹座壳体1之间并排设置有一对相互连通的冷却水道25，两条冷却水道25分别与夹座壳体1侧壁上的进水孔28和出水孔29相连通。

所述的油缸密封盖11的径向外侧安装有编码器盘5，所述的编码器盘5的径向外侧设置有与左密封盖2相连的编码器读数头3。

所述的右轴承座23与主轴18之间设置有一对主轴轴承20，两个主轴轴承20之间由外到内设置有轴承外隔圈12和轴承内隔圈17，所述的轴承外隔圈12和轴承内隔圈17均匀布置有若干个径向贯通的连通孔34，所述的连通孔34与液压夹紧进油孔32以及液压松开进油孔31相连通。

所述的左橡胶夹头8和右橡胶夹头9的径向外侧通过圆锥面分别与油缸活塞10以及主轴18相接触。

所述的左密封盖2和油缸密封盖11的轴向左侧安装有左侧外防水密封盖4，所述的轴承座右密封盖22的外侧安装有右侧外防水密封盖21。

所述的右侧外防水密封盖21的内侧中部相扣连接有密封盖内圈19，所述的夹座壳体1的侧壁上安装有连接定子15的动力线航空插头26，所述的动力线航空插头26的下方安装有与编码器读数头3相连的编码器航空插头27。

所述的转子磁钢13的右侧安装有与转子套筒16螺纹连接的套筒螺母14，转子磁钢13的表面安装有磁钢保护套。

作为本实用新型的实施例：

使用前动力线航空插头26通过电缆外连接上位机供给的三相动力电，内连接内部的定子15，主要负责给电机供电。

气密封原理：贯穿进气管路33通过气管外连接工厂气源，负责给轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22供气，轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22面向主轴轴承20方向有预留进气孔，预留进气孔与右轴承座23上预留的贯穿进气管路33相通。轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22在径向上有两个在主轴18外侧面相通的进气孔。当这几个零件组合在一起后是完全相通的。当工厂气源经过双向夹紧电主轴壳体的贯穿进气管路33进气，气源进去右轴承座23分别给轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22，气源在通过轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22的2个进气孔，通向主轴18，由于主轴18与轴承座左密封盖6以及轴承座右密封盖22的油道非常小，恒定压力的气源到达这里后会产生气阻，从而产高压隔绝开轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22两边的油气等物，形成气密封。而且由于轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22与主轴18的油道非常小，微小的气源溢出会吹开轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22两边的油气等物。

液压夹紧原理：液压夹紧进油孔32通过液压油管外连接机床液压站，当液压站接到上位机给出的夹紧供油信号，开启液压站电磁阀供油。液压油经过双向夹紧电主轴壳体的液压夹紧进油孔32进入右轴承座23，然后进入轴承外隔圈12，再通过轴承外隔圈12上均布孔进入轴承内隔圈17，再通过轴承内隔圈17上的均布孔进入到油缸活塞10右侧和主轴18之间的油道，最后推动油缸活塞10位移，油缸活塞10位移的时候带动左橡胶夹头8往左位移，左橡胶夹头8位移的时候带动拉管7跟着向左移动，同时带动右橡胶夹头9位移，当右橡胶夹头9移动时，右橡胶夹头9的外锥度遇到主轴18的内锥度结合，阻止右橡胶夹头9继续向左移动，从而压缩右橡胶夹头9收缩，由于油缸活塞10的内锥度与左橡胶夹头8的紧密贴合，油缸活塞10还在继续推动左橡胶夹头8继续向左位移，左橡胶夹头8的向左位移带动与其连接的拉管7继续带动与拉管7连接右橡胶夹头9向左位移，又由于右橡胶夹头9受到主轴18内锥度的压缩，只能直径缩小，无法向左继续移动，油缸活塞10的向左位移，油缸活塞10内锥度开始压缩左橡胶夹头8，迫使左橡胶夹头8夹紧工件，油缸活塞10还在继续往左推动，并带动左橡胶夹头8和与其连接的拉管7，直到工件完全被两端的橡胶夹头夹紧，油缸活塞10在达到预设压力，才无法位移，完成夹紧工件的动作。

液压松开原理：液压松开进油孔31通过液压油管外连接机床液压站，当液压站接到上位机给出的松开供油信号，开启液压站电磁阀供油，液压油经过双向夹紧电主轴壳体的液压松开进油孔31进入右轴承座23。然后在通过右轴承座23上预留的油道，进入轴承外隔圈12，在通过轴承外隔圈12上均布孔进入轴承内隔圈17，在通过轴承内隔圈17上的均布孔进主轴18外侧预留的液压松开进油道，进入到油缸活塞10左侧与油缸密封盖11之间的油道，最后推动油缸活塞10向右移动，当油缸活塞10向右移动，左橡胶夹头8上的弹性张力释放，右橡胶夹头9的弹性张力也得到释放，从而右橡胶夹头9的弹性张力带动与其相连的拉管7向右移动，实现已夹紧工件的松开动作。

液压油回油原理：当液压站启动后，油会一直通过右轴承座23的油道进入油缸活塞10后，无论夹紧或者松开，只有压力达到液压站设置的压力后，多余的液压后就会溢出。溢出的高压液压油，会通过轴承外隔圈12与轴承内隔圈17间的缝隙溢出，供给轴承实现轴承的润滑。由于液压油是一直供给的，所以液压油会一直通过会通过轴承外隔圈12与轴承内隔圈17间的缝隙不停溢出。不停溢出的液压油往左就遇到了通过轴承座左密封盖6。由于轴承座左密封盖6和轴承座右密封盖22一直都有气密封的高压气体阻挡，所以液压油就只能通过轴承座左密封盖6上预留的回油槽口回到右轴承座上的回油孔30里，进入回油孔30的液压油，继续往前流动又遇到轴承座右密封盖22，轴承座右密封盖22同样一直有气密封高压气体的阻挡，所以液压就只能回到预留在右轴承座上的回油孔30上，通过回油管接头回到液压站，在液压站经过冷却后反复利用。

与冷却水道25相连通的进水孔28和出水孔29其实是不分的，其中一个进入冷却水后，另外一个就自动成为冷却水出口。由于电机运转都会有热量传导，为了保护电机跟双向夹紧电主轴内各个零部件不受到热传导，引起的零件膨胀或者型位异变，所以设置了冷却结构。当冷却水进入其中一个冷却水管后，水会进入定子冷却套24，定子冷却套24上有两个相通的冷却水道25，冷却水流进第一个冷却水道25，一直围绕定子冷却套24流到快一圈时候，遇到了让第一条冷却水道25，改道到第二条冷却水道25的阻水块，在阻水块的作用下，冷却水顺着第二条冷却水道25继续冷却，最后通过另外一个出水孔29流出。

本实用新型采用全新的结构，有效解决了现有技术中的问题，具有较高的推广普及价值。

Claims (10)

1.一种一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，包括夹座壳体(1)和右轴承座(23)，其特征在于，所述的夹座壳体(1)的内部一侧嵌入安装有右轴承座(23)，所述的右轴承座(23)的内部同轴安装有主轴(18)，所述的右轴承座(23)与主轴(18)之间设置有主轴轴承(20)，所述的右轴承座(23)的外侧设置有与主轴(18)相连的转子套筒(16)，所述的转子套筒(16)的径向外侧壁上设置有转子磁钢(13)，所述的夹座壳体(1)的内部位于转子套筒(16)的外侧设置有定子(15)，所述的夹座壳体(1)的内部另一侧安装有左密封盖(2)，所述的主轴(18)的一端轴向安装有油缸活塞(10)，所述的油缸活塞(10)和主轴(18)的内部分别安装有左橡胶夹头(8)和右橡胶夹头(9)，所述的左橡胶夹头(8)和右橡胶夹头(9)之间通过轴向布置的拉管(7)相连，所述的油缸活塞(10)的左侧套接有油缸密封盖(11)；

所述的右轴承座(23)内部设置有液压夹紧进油孔(32)和液压松开进油孔(31)，所述的液压夹紧进油孔(32)与油缸活塞(10)右侧和主轴(18)之间的油道相通，所述的液压松开进油孔(31)与油缸活塞(10)左侧与油缸密封盖(11)之间的油道相通，所述的右轴承座(23)的左右两侧分别安装有轴承座左密封盖(6)和轴承座右密封盖(22)，所述的右轴承座(23)的下端内部横向设置有回油孔(30)，所述的轴承座左密封盖(6)和轴承座右密封盖(22)的内部径向开有延伸至主轴(18)的进气孔，所述的右轴承座(23)内部轴向设置有连通轴承座左密封盖(6)和轴承座右密封盖(22)内部进气孔的贯穿进气管路(33)。

2.根据权利要求1所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的定子(15)的径向外侧与夹座壳体(1)之间安装有定子冷却套(24)，所述的定子冷却套(24)与夹座壳体(1)之间并排设置有一对相互连通的冷却水道(25)，两条冷却水道(25)分别与夹座壳体(1)侧壁上的进水孔(28)和出水孔(29)相连通。

3.根据权利要求1所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的油缸密封盖(11)的径向外侧安装有编码器盘(5)，所述的编码器盘(5)的径向外侧设置有与左密封盖(2)相连的编码器读数头(3)。

4.根据权利要求1所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的右轴承座(23)与主轴(18)之间设置有一对主轴轴承(20)，两个主轴轴承(20)之间由外到内设置有轴承外隔圈(12)和轴承内隔圈(17)，所述的轴承外隔圈(12)和轴承内隔圈(17)均匀布置有若干个径向贯通的连通孔(34)，所述的连通孔(34)与液压夹紧进油孔(32)以及液压松开进油孔(31)相连通。

5.根据权利要求1所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的左橡胶夹头(8)和右橡胶夹头(9)的径向外侧通过圆锥面分别与油缸活塞(10)以及主轴(18)相接触。

6.根据权利要求1所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的左密封盖(2)和油缸密封盖(11)的轴向左侧安装有左侧外防水密封盖(4)，所述的轴承座右密封盖(22)的外侧安装有右侧外防水密封盖(21)。

7.根据权利要求6所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的右侧外防水密封盖(21)的内侧中部相扣连接有密封盖内圈(19)。

8.根据权利要求3所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的夹座壳体(1)的侧壁上安装有连接定子(15)的动力线航空插头(26)。

9.根据权利要求8所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的动力线航空插头(26)的下方安装有与编码器读数头(3)相连的编码器航空插头(27)。

10.根据权利要求1所述的一体式水冷永磁伺服双向夹紧电主轴结构，其特征在于：所述的转子磁钢(13)的右侧安装有与转子套筒(16)螺纹连接的套筒螺母(14)，转子磁钢(13)的表面安装有磁钢保护套。