[发明专利]无颤振电主轴

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转机械，尤其涉及一种无颤振电主轴。 

背景技术

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20000~30000r/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。 

发明内容

有鉴于此，本发明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。 

本发明的无颤振电主轴，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。 

本发明的有益效果是：本发明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。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： 

图1为本发明的结构示意图。 

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，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，通过控制磁轴承的悬浮力大小可对主轴1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1的工作端设置，使由主轴1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1进行径向和轴向定位，主轴1刚性好，结构紧凑。