一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置製造方法
2023-05-07 10:29:06
一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置，包括連軸結、平鍵、空心力矩伺服電機、精密鎖緊螺母、套圈、角接觸軸承組、軸承端蓋、工件主軸箱體、工件主軸、毛氈蓋、雙向推力軸承、隔套、圓柱滾子軸承、調整墊、頂尖套和撥盤；所述工件主軸箱體內設置有工件主軸，所述工件主軸一端設置有空心力矩伺服電機，所述空心力矩伺服電機上一體化集成有高精度位置編碼器，所述空心力矩伺服電機與高精度位置編碼同軸設置；所述工件主軸上設置有角接觸軸承組、雙向推力軸承和圓柱滾子軸承；所述工件主軸另一端設置有頂尖套和撥盤；本新型實現了直驅、零傳動、全閉環控制方式，避免累積誤差和分度誤差，提高了加工精度和效率。
【專利說明】一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種花鍵軸加工技術設備領域，特別涉及一種直驅零傳動數控花 鍵軸銑床工件主軸裝置。
【背景技術】
[0002] 在傳動軸製造加工【技術領域】中，花健軸是廣泛用於各種傳動軸之間連接的通用零 部件，傳統製造加工工藝大多使用滾齒機進行粗加工，然後進行精細磨削加工，由於滾齒機 精度與效率均不能滿足花鍵軸工藝水平的需要，造成花鍵軸生產加工效率低、成本高、難以 批量生產。
[0003] 現有的數控花鍵軸銑床一般是在普通的機械式銑床上進行改裝，將機械式銑床上 的普通電機更換成伺服電機或步進電機，各軸傳動鏈還是通過齒輪等機械部件傳動，所以 其加工精度上沒有提高，只是降低勞動強度，提升生產效率；現有的數控花鍵軸銑床工件 主軸，採用機械式傳動較多，仍然無法徹底消除累積誤差與分度誤差的影響；採用機械式傳 動，傳動誤差大、傳動精度低、加工速度慢、設備故障率高。工件主軸的控制精度決定了花鍵 軸加工精度，不但會對花鍵軸本身的使用與磨損有影響，也同時會影響到工件主軸的使用 壽命和磨損。
[0004] 現有技術中，花鍵軸銑床的工件軸控制上，還或多或少的保留著齒輪傳動方式，也 正是因為在關鍵的工件軸方向上，沒有根本性的改革，致使目前花鍵軸製造加工工藝的精 度不夠好，生產的效率不高，花鍵軸銑床的運行穩定性不良。 實用新型內容
[0005] 為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主 軸裝置，針對現有技術中的不足，優化結構設計，徹底去除數控花鍵軸銑床工件主軸的中間 傳動環節，從根本上避免由於中間傳動環節造成的累積誤差和分度誤差，提高工件的加工 精度和加工效率。
[0006] 為達到上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床 工件主軸裝置，簡稱：工件主軸裝置；包括連軸結、平鍵、空心力矩伺服電機、精密鎖緊螺 母、套圈、軸承端蓋、角接觸軸承組、軸承端蓋、工件主軸箱體、工件主軸、套圈、毛氈蓋、雙向 推力軸承、隔套、圓柱滾子軸承、調整墊、頂尖套和撥盤，其特徵在於：
[0007] 所述工件主軸箱體內設置有工件主軸，所述工件主軸一端設置有空心力矩伺服電 機，所述空心力矩伺服電機上一體化集成有高精度位置編碼器，所述空心力矩伺服電機與 高精度位置編碼同軸設置；所述工件主軸上設置有角接觸軸承組、雙向推力軸承和圓柱滾 子軸承；所述工件主軸另一端設置有頂尖套和撥盤；所述工件主軸上還設置有精密鎖緊螺 母、套圈、軸承端蓋、毛氈蓋、隔套、調整墊。
[0008] 所述工件主軸裝置中，所述工件主軸採用大扭矩的空心力矩伺服電機，直接套裝 在工件主軸上，由所述空心力矩伺服電機的旋轉部分通過所述連軸結直接同軸驅動所述工 件主軸；所述工件主軸為空心軸，其右端設置有內圓錐孔；所述工件主軸右端設置有頂尖 套和撥盤，所述頂尖套設置有外圓，所述頂尖套的外圓為與所述工件主軸的內圓錐孔相配 合的圓錐面，所述頂尖套設置有內孔，所述頂尖套的內孔為莫氏5號圓錐孔；所述頂尖套的 右端設置有用於裝卸的外螺紋。
[0009] 所述工件主軸設置為旋轉軸，由空心力矩伺服電機通過連軸結直接驅動；所述連 軸結通過所述平鍵與所述工件主軸固定連接；所述空心力矩伺服電機的不旋轉端設置在所 述工件主軸箱體的左端，空心力矩伺服電機的旋轉端與連軸結固定連接。
[0010] 所述工件主軸的右端與工件主軸箱體之間安裝有雙向推力軸承、隔套、圓柱滾子 軸承；所述圓柱滾子軸承的內孔為圓錐面，所述工件主軸與之對應的部分為相配合的圓錐 面；所述圓柱滾子軸承與所述工件主軸之間的配合公差由調整墊調整；使用所述精密鎖緊 螺母通過套圈實現雙向推力軸承和圓柱滾子軸承的軸向預緊；上述設置的軸承組件承受徑 向力與軸向力，受力結構好，使工件主軸具有很高的迴轉精度。
[0011] 所述圓柱滾子軸承的外端設置有軸承端蓋，所述軸承端蓋與所述工件主軸之間設 置有氟膠油封，所述角接觸軸承組的後端外圈由箱體預留的臺階孔支承；所述工件主軸箱 體與套圈之間設置有毛氈蓋，所述毛氈蓋的內圈設置有密封毛氈。
[0012] 所述工件主軸的左端與工件主軸箱體之間設置有用於所述工件主軸左端支承的 角接觸軸承組、軸承端蓋及對應的氟膠油封；所述角接觸軸承組的一端由所述工件主軸預 留的臺階面支承，通過精密鎖緊螺母和套圈實現角接觸軸承組的軸向預緊。
[0013] 所述圓柱滾子軸承的外端設置有軸承端蓋，所述軸承端蓋與所述工件主軸的右端 設置有氟膠油封；所述雙向推力軸承的右端外圈由工件主軸箱體預留的臺階孔支承。
[0014] 所述工件主軸箱體上設置有添加潤滑脂的黃油杯。
[0015] 所述空心力矩伺服電機上的高精度位置編碼器直接檢測工件主軸的當前實際位 置信號，並將所述位置信號反饋給上位數控系統，所述上位數控系統通過高精度位置編碼 器得到工件主軸的當前實際位置，不需另外設置檢測元件，所述空心力矩伺服電機與高精 度位置編碼同軸設置。
[0016] 所述工件主軸採用大扭矩的空心力矩伺服電機，直接套裝在工件主軸上，實現對 工件主軸的直接驅動，同時實現工件主軸的零傳動設計，由空心力矩伺服電機一體化集成 的與轉子直連的高精度位置編碼器反饋工件主軸的位置，實現對工件主軸的全閉環信息數 據控制，因此對工件主軸的整體設計實現了直驅、零傳動、閉環數控三大要素。
[0017] 本實用新型的技術方案中，所述空心力矩伺服電機簡稱DD，為直接驅動負載電機， 空心力矩伺服電機直接驅動負載簡稱DDR ;所述DDR具有無需中間傳動環節如皮帶、齒輪 箱；具有無反向間隙；具有力矩電機轉子為空心軸設置的特徵。
[0018] 所述工件主軸採用大扭矩的空心力矩伺服電機直接套裝在所述工件主軸上，由空 心力矩伺服電機一體化集成的與轉子直連的高精度位置編碼器反饋所述工件主軸的位置。 這樣工件主軸和加工的工件之間不存在任何機械傳動元件，稱之為"零傳動";所述高精度 位置編碼器為反饋元件直接檢測工件主軸位置，構成了真正意義的全閉環數據控制。可以 得到理想的加工分度精度和良好的工件表面質量。
[0019] 所述工件主軸為空心軸，採用空心力矩伺服電機直接套接固定方式，將與工件分 度精度相關的傳動部件均省略掉，因此從根本上排除了工件加工過程中，累積誤差與分度 誤差的產生與累積問題，是提高工件加工精度的根本措施。
[0020] 通過上述技術方案，本實用新型技術方案的有益效果是：採用大扭矩空心伺服電 機套裝在工件主軸上，實現直驅方式，採用高精度位置編碼器與大扭矩伺服電機集成一體， 實現位置信號全閉環式反饋控制，優化結構設計，徹底去除數控花鍵軸銑床工件主軸的中 間傳動環節，實現了工件主軸的零傳動，從根本上避免由於中間傳動環節造成的累積誤差 和分度誤差，提高花鍵軸的工件的加工精度和加工效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1為本實用新型實施例所公開的一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝 置結構示意圖。
[0023] 圖中數字和字母所表示的相應部件名稱：
[0024] 1.連軸結 2.平鍵 3.空心力矩伺服電機4.精密鎖緊螺母
[0025] 5.套圈 6.軸承端蓋 7.角接觸軸承組 8.軸承端蓋
[0026] 9.工件主軸箱體10.工件主軸 11.精密鎖緊螺母 12.套圈
[0027] 13.毛氈蓋 14.雙向推力軸承15.隔套 16.圓柱滾子軸承
[0028] 17.調整墊 18.軸承端蓋 19.頂尖套 20.撥盤
【具體實施方式】
[0029] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0030] 根據圖1，本實用新型提供了一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置，包括 連軸結1、平鍵2、空心力矩伺服電機3、精密鎖緊螺母4、套圈5、軸承端蓋6、角接觸軸承組 7、軸承端蓋8、工件主軸箱體9、工件主軸10、精密鎖緊螺母11、套圈12、毛氈蓋13、雙向推 力軸承14、隔套15、圓柱滾子軸承16、調整墊17、軸承端蓋18、頂尖套19和撥盤20。
[0031] 所述工件主軸箱體9內設置有工件主軸10,所述工件主軸10-端設置有空心力矩 伺服電機3,所述空心力矩伺服電機3上一體化集成有高精度位置編碼器，所述工件主軸10 上設置有角接觸軸承組7、雙向推力軸承14和圓柱滾子軸承16 ;所述工件主軸10另一端設 置有頂尖套19和撥盤20 ;所述工件主軸10上還設置有精密鎖緊螺母（4、11)、套圈（5、12)、 軸承端蓋（6、8、18)、毛氈蓋13、隔套15、調整墊17。
[0032] 所述工件主軸10採用大扭矩的空心力矩伺服電機3,直接套裝在工件主軸10上， 實現對工件主軸10的直接驅動，同時實現工件主軸10的零傳動設計，由空心力矩伺服電機 3 -體化集成的與轉子直連的高精度位置編碼器反饋工件主軸10的位置，實現對工件主軸 10的全閉環信息數據控制，因此對工件主軸10的整體設計實現了直驅、零傳動、閉環數控 三大要素。
[0033] 本實用新型的技術方案中，所述空心力矩伺服電機3,簡稱DD，為直接驅動負載電 機，空心力矩伺服電機3直接驅動負載簡稱DDR ;所述DDR具有無需中間傳動環節如皮帶、 齒輪箱；具有無反向間隙；具有力矩電機轉子為空心軸設置的特徵。
[0034] 所述工件主軸10採用大扭矩的空心力矩伺服電機3直接套裝在所述工件主軸10 上，由空心力矩伺服電機3 -體化集成的與轉子直連的高精度位置編碼器反饋所述工件主 軸的位置。這樣工件主軸10和加工的工件與動力裝置之間不存在任何機械傳動元件，稱之 為"零傳動";所述高精度位置編碼器為反饋元件直接檢測工件主軸10位置，構成了真正意 義的全閉環數據控制。可以得到理想的加工分度精度和良好的工件表面質量。
[0035] 所述空心力矩伺服電機3上的高精度位置編碼器直接檢測工件主軸10的當前實 際位置信號，並將所述位置信號反饋給上位數控系統，所述上位數控系統通過高精度位置 編碼器得到工件主軸10的當前實際位置，不需另外設置檢測元件，所述空心力矩伺服電機 3與高精度位置編碼同軸設置。
[0036] 所述工件主軸10為空心軸，採用空心力矩伺服電機3直接套接固定方式，將與工 件分度精度相關的傳動部件均省略掉，因此從根本上排除了工件加工過程中，累積誤差與 分度誤差的產生與累積問題，是提高工件加工精度的根本措施。
[0037] 所述工件主軸裝置中，由所述空心力矩伺服電機3的旋轉部分通過所述連軸結1 直接同軸驅動所述工件主軸10 ;所述工件主軸10為空心軸，其右端設置有內圓錐孔；所述 工件主軸10右端設置有頂尖套19和撥盤20,所述頂尖套19設置有外圓，所述頂尖套19的 外圓為與所述工件主軸10的內圓錐孔相配合的圓錐面，所述頂尖套19設置有內孔，所述頂 尖套19的內孔為莫氏5號圓錐孔；所述頂尖套19的右端設置有用於裝卸的外螺紋。
[0038] 所述工件主軸10設置為旋轉軸，由空心力矩伺服電機3通過連軸結1直接驅動； 所述連軸結1通過所述平鍵2與所述工件主軸10固定連接；所述空心力矩伺服電機3的不 旋轉端設置在所述工件主軸箱體9的左端，空心力矩伺服電機3的旋轉端與連軸結1固定 連接。
[0039] 所述工件主軸10的右端與工件主軸箱體9之間安裝有雙向推力軸承14、隔套15、 圓柱滾子軸承16 ;所述圓柱滾子軸承16的內孔為圓錐面，所述工件主軸10與之對應的部 分為相配合的圓錐面；所述圓柱滾子軸承16與所述工件主軸10之間的配合公差由調整墊 17調整；使用所述精密鎖緊螺母11通過套圈12實現以上軸承的軸向預緊；上述設置的軸 承組件承受徑向力與軸向力，受力結構好，使工件主軸10具有很高的迴轉精度。
[0040] 所述圓柱滾子軸承16的外端設置有軸承端蓋18,所述軸承端蓋18與所述工件主 軸10之間設置有氟膠油封，所述角接觸軸承組7的後端外圈由箱體預留的臺階孔支承；所 述工件主軸箱體9與套圈12之間設置有毛氈蓋13,所述毛氈蓋13的內圈設置有密封毛氈。
[0041] 所述工件主軸10的左端與工件主軸箱體9之間設置有用於所述工件主軸10左端 支承的角接觸軸承組7、軸承端蓋6、軸承端蓋8及對應的氟膠油封；所述角接觸軸承組7的 一端由所述工件主軸10預留的臺階面支承，通過精密鎖緊螺母4和套圈5實現角接觸軸承 組的軸向預緊。
[0042] 所述雙向推力軸承14的右端外圈由工件主軸箱體9預留臺階孔支承。
[0043] 所述工件主軸箱體上設置有添加潤滑脂的黃油杯。
[0044] 通過上述具體實施例，本實用新型的有益效果是：採用大扭矩空心伺服電機套裝 在工件主軸上，實現直驅方式，採用高精度位置編碼器與大扭矩伺服電機集成一體，實現位 置信號全閉環式反饋控制，優化結構設計，徹底去除數控花鍵軸銑床工件主軸的中間傳動 環節，實現了工件主軸的零傳動，從根本上避免由於中間傳動環節造成的累積誤差和分度 誤差，提高花鍵軸的工件的加工精度和加工效率。
[〇〇45] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因 此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1. 一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置，簡稱工件主軸裝置；其特徵在於， 包括連軸結、平鍵、空心力矩伺服電機、精密鎖緊螺母、套圈、軸承端蓋、角接觸軸承組、軸承 端蓋、工件主軸箱體、工件主軸、套圈、毛氈蓋、雙向推力軸承、隔套、圓柱滾子軸承、調整墊、 頂尖套和撥盤；所述工件主軸箱體內設置有工件主軸，所述工件主軸一端設置有空心力矩 伺服電機，所述空心力矩伺服電機上一體化集成有高精度位置編碼器，所述空心力矩伺服 電機與高精度位置編碼同軸設置；所述工件主軸上設置有角接觸軸承組、雙向推力軸承和 圓柱滾子軸承；所述工件主軸另一端設置有頂尖套和撥盤；所述工件主軸上還設置有精密 鎖緊螺母、套圈、軸承端蓋、毛氈蓋、隔套、調整墊；所述工件主軸採用大扭矩的空心力矩伺 服電機，直接套裝在工件主軸上，由所述空心力矩伺服電機的旋轉部分通過所述連軸結直 接同軸驅動所述工件主軸；所述工件主軸為旋轉軸，所述連軸結通過所述平鍵與所述工件 主軸固定連接；所述空心力矩伺服電機的不旋轉端設置在所述工件主軸箱體的左端，空心 力矩伺服電機的旋轉端與連軸結固定連接。
2. 根據權利要求1所述的一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置，其特徵在 於，所述工件主軸為空心軸，其右端設置有內圓錐孔；所述工件主軸右端設置有頂尖套和撥 盤，所述頂尖套設置有外圓，所述頂尖套的外圓為與所述工件主軸的內圓錐孔相配合的圓 錐面，所述頂尖套設置有內孔；所述頂尖套的右端設置有用於裝卸的外螺紋。
3. 根據權利要求1所述的一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置，其特徵在 於，所述工件主軸的右端與工件主軸箱體之間安裝有雙向推力軸承、隔套、圓柱滾子軸承； 所述圓柱滾子軸承的內孔為圓錐面，所述工件主軸與之對應的部分為相配合的圓錐面；所 述圓柱滾子軸承與所述工件主軸之間的配合公差由調整墊調整；使用所述精密鎖緊螺母通 過套圈實現雙向推力軸承和圓柱滾子軸承的軸向預緊。
4. 根據權利要求1所述的一種直驅零傳動數控花鍵軸銑床工件主軸裝置，其特徵在 於，所述工件主軸的左端與工件主軸箱體之間設置有用於所述工件主軸左端支承的角接觸 軸承組、軸承端蓋及氟膠油封；所述角接觸軸承組的一端由所述工件主軸預留的臺階面支 承，通過精密鎖緊螺母和套圈實現角接觸軸承組的軸向預緊。
【文檔編號】B23B19/02GK203830744SQ201420229569
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】謝雲生 申請人:張家港乙騰機械有限公司