技术领域
[0001] 本
发明涉及一种电主轴，特指一种应用于玻璃面板加工机、各类轻型精密雕铣机和轻型加工中心等
机械加工机床的高侧向力的大功率高速滚珠电主轴。
背景技术
[0002] 随着3C行业技术的快速发展，
电子产品
外壳的壳体材料由原先的塑料注塑件逐渐演变为整体式金属件，因此对产品外壳的表面光洁度和清晰的轮廓要求越来越高，并且对生产效率和产品品质也提出了较高的要求，这样就对锣边、
抛光的主轴
电机有了更严苛的要求，包括在转速及振动性能上要求更高、电机的运转平稳性能好等。在
现有技术中，同类型的
滚珠轴承电主轴，拥有大
扭矩特性的，一般转速较低，或者在高转速时振动及偏摆较大；而拥有高转速特性的，一般扭矩相对较小，使得此类电主轴的加工范围受限。此外，现有电主轴的夹刀形式一般为夹头式，这种夹持方式对刀具的径向约束和径向刚性较小，会导致电主轴的不均衡量偏大，进而产生振动及动态偏摆大的负面影响，在进行大尺寸
铣削加工时，径向加工
精度和加工效率难以同时保证，轴向加工深度有限，因此难以满足高精度成型加工的要求。
发明内容
[0003] 为了解决上述问题，本发明旨在提供一种电主轴，特指一种应用于玻璃面板加工机、各类轻型精密雕铣机和轻型加工中心等机械加工机床的高侧向力的大功率高速滚珠电主轴。
[0004] 实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高侧向力的大功率高速滚珠电主轴，包括分别安装于壳体本体上的
气缸机构、后座机构、
转子机构、拉刀机构及防尘机构，所述气缸机构和所述后座机构依次安装于所述壳体本体的其中一侧，所述防尘机构安装于所述壳体本体的另一侧，所述转子机构和所述拉刀机构分别安装于所述壳体本体中，所述转子机构包括转子组件、轴承组件及
定子组件，所述轴承组件由分别设置于所述转子组件两端的前轴承组件和后轴承组件所组成，所述定子组件套设于所述转子组件的外侧，所述转子组件其中一端穿设于所述后座机构中，并与所述气缸机构可传动地相互连接，另一端与所述拉刀机构可传动地相互连接。
[0005] 其中，所述转子组件包括轴芯、拉杆及弹性元件，所述轴芯可中
心轴旋转地设置于所述壳体本体中，所述拉杆安装于所述轴芯内，所述拉杆其中一端穿过所述后轴承组件延伸于所述后座机构中，另一端与所述拉刀机构传动连接，所述弹性元件套设于所述拉杆上，并安装于所述拉杆后端部和所述轴芯内端面之间，所述弹性元件由若干个
碟形弹簧所组成，所述弹性元件的中部设置有轴线的滑套，所述弹性元件的端部设置有固定于轴芯中的
垫片，所述定子组件设置于所述轴芯的外侧，并位于所述所述前轴承组件和所述后轴承组件之间。
[0006] 其中，所述的定子组件包括呈筒状的定子
铁芯和分别设置于所述定子铁芯两端的定子绕线组，所述定子铁芯套设于所述轴芯的外侧，所述定子铁芯由若干个等高的矽
钢片迭压而成，所述
定位铁芯内腔中设置有转子磁力件，所述定子绕线组由若干等径的漆包线缠绕而成，所述定子绕线组内设置有热敏
电阻，所述定子绕线组通过电源线与三相交流电源电性连接，所述转子磁力件的两端分别设置有铸
铜短路环，所述转子磁力件与所述短路环通过内部插接铜导条相互钎焊成型。
[0007] 其中，所述前轴承组件由若干个在垂直方向上相互叠放且套设于所述轴芯前端的前轴承所组成，所述后轴承组件包括分别安装于后轴承座中的若干个预紧弹簧、弹簧垫环及若干个后轴承，所述后轴承座安装于所述后座组件和壳体主体之间，所述后轴承座设置有与所述后座机构相连通的安装腔，所述安装腔的底部呈阵列式地分布有若干个安装
盲孔，若干个所述预紧弹簧对应地分别卡设于若干个所述安装盲孔中，所述弹簧垫片叠设于若干个所述预紧弹簧上，若干个所述后轴承在垂直方向上相互叠放于所述弹簧垫环上，并套设于所述轴芯的末端，所述前轴承设置有前调节
螺母，所述后轴承设置有后调节螺母和
齿轮盘，所述前调节螺母安装于防尘机构上，所述调节后螺母安装于所述齿轮盘上，通过所述前调节螺母和所述后调节螺母将若干个所述前轴承和若干个所述后轴承分别对应地限定于壳体本体和所述后轴承座中，所述前调节螺母和所述后调节螺母均设置有若干个
螺纹孔，若干个所述
螺纹孔中均设置有机米螺丝。
[0008] 其中，所述后座机构包括后座本体和光电组件，所述后座本体设置有容纳槽，所述容纳槽与所述安装腔相连通，所述光电组件包括有
编码器、定位座及若干个接近
开关，所述编码器安装于所述后轴承座上，所述定位座设置于所述后座本体上，若干个所述
接近开关分别安装于所述定位座内。
[0009] 其中，所述拉刀机构可拆卸地安装于所述轴芯端部的锥形孔中，所述拉刀机构包括夹爪组件和刀柄组件，所述夹爪组件包括滑动芯和拉爪，所述滑动芯通过
内螺纹可传动地与所述拉杆相互
螺纹连接，所述滑动芯的外侧设置有若干个耐磨胶环，所述拉爪由若干个呈锥形向外均匀张开的爪片所组成，所述刀柄组件包括拉钉、刀柄、缩咀及螺帽，所述拉钉和所述缩咀分别安装于所述刀柄的两端，所述螺帽通过螺纹连接
锁固于具有所述缩咀一侧的所述刀柄上，所述拉爪其中一端通过拉簧和销钉扣接于所述滑动芯上，另一端扣接于所述拉钉上。
[0010] 其中，所述
气缸组件包括气缸顶盖、至少一个气缸分隔片、紧固螺钉、
复位弹簧及顶杆，所述气缸分隔片依次叠设于所述气缸顶盖下方，所述气缸顶盖的内腔设置有首级
活塞，若干个气缸分隔片的内腔中均设置有次级活塞，所述首级活塞和所述次级活塞与所述内腔的
侧壁接触处均设有“O”型
密封圈，所述首级活塞和所述次级活塞均设置有同一轴线的安装孔，所述紧固螺钉安装于所述安装孔中，所述顶杆的其中一端设置于所述气缸分隔片中，另一端可滑动地插设于所述后座机构中，所述顶杆抵于所述次级活塞上，并通过螺纹与所述紧固螺钉螺纹连接，所述顶杆设置有“L”型通气过道，所述复位弹簧套设于所述顶杆上，所述复位弹簧的其中一端抵于所述次级活塞上，另一端抵于所述后座机构上。
[0011] 其中，所述防尘机构包括有防尘盖和设置于所述防尘盖中的防尘镶件，所述防尘盖分别设置有轴向进气孔和径向过气孔，所述防尘镶件设置有环形汇流槽和若干个分流孔，所述环形汇流槽位于所述防尘镶件与所述防尘盖相配合的外壁上，若干个所述分流孔沿径向方向均匀分布于所述防尘镶件的内壁上，若干个所述分流孔均与所述环形汇流槽相连通，所述环形汇流槽分别与所述轴向进气孔和所述径向过气孔相连通。
[0012] 其中，所述拉杆中心设置有贯通的吹尘孔，所述拉杆的其中一端一体成型地设置有感应部，另一端一体成型地设置有衔接部，所述感应部延伸地穿设于所述后座机构中，使所述拉杆由光电组件实现检测获得
位置信息反馈，所述衔接部与所述拉刀机构可拆装地相互连接。
[0013] 其中，所述壳体本体设置有前
水路盖和冷却机构，所述前水路盖安装于所述壳体本体的端口处，所述冷却机构由进水口、出水口及若干个相互连通的冷却流道所组成，所述冷却流道呈S型多次弯折并阵列式地分布于所述壳体主体上。
[0014] 本发明的有益效果体现为：本发明旨在提供一种高侧向力的大功率高速滚珠电主轴，采用新型的T20刀柄结构，刀柄外锥
角度较小，与轴芯锥孔的相对
摩擦力大，刀把握持力及旋转扭矩加大，产品加工
稳定性及加工精度更高，同时配置与PLC控制中心连接的内置编码器及感应接近开关，实现自动换刀和瞬间准停等功能，可集锣板、钻孔及攻牙于一体，不仅能在低速时进行钻孔攻牙，还能在高速时进行镜面加工，同时拥有多种加工性能，具有较强的实用性及经济性；其次，采用大扭矩铜转子鼠笼式电机，使得本主轴相较同类主轴在相同的转速下，具有更高的转矩，并且转子磁力件采用端部铜环短路连接、内部铜导条穿插钎焊的结构，铜的
导电性优于
铝，降低了电机的总损耗，其电机运转产生的
热能减少，转子磁力件及定子线圈的
工作温度降低，大大延长了电主轴工作寿命，降低了维修成本外，还能获得较大的输出转矩；选用大规格超精密陶瓷球轴承，并采用上下放置双角接触轴承支承力轴的机构，陶瓷球轴承在高速回转时，其
弹性模量较高，滚珠与
滚道间的滑动摩擦减小，发热量降低，使用寿命延长。后轴承底部设有预压弹簧与垫环，并通过增减弹簧与垫环组合来调节轴承预紧力，相比传统的
碟形弹簧预紧方式，这种调节方式不仅快速便捷，而且使得轴承预紧均衡、轴向受力稳定，大大延长轴承的使用寿命，加强了电主轴的径向加工精度，同时，前后轴承均通过锁紧螺母限位，限制了主轴在高速旋转时的轴向跳动，能够长时间在高转速下稳定加工，其侧向力加大，刚性加强，侧面铣削能力得到一定的提升。
附图说明
[0015] 图1为本发明刀柄式电主轴整体内部结构剖视图。
[0016] 图2为本发明刀柄式电主轴光电组件的结构示意图。
[0017] 图3为本发明刀柄式电主轴转子组件的结构示意图。
[0018] 图4为本发明刀柄式电主轴气缸组件的结构示意图。
[0019] 图5为本发明刀柄式电主轴防尘组件的结构示意图。
[0020] 附图标注说明：1-壳体本体；2-气缸机构；3-后座机构；4-转子机构；5-拉刀机构；6-防尘机构；7-转子组件；8-轴承组件；9-定子组件；10-前轴承组件；11-后轴承组件；12-轴芯；13-拉杆；14-弹性元件；15-滑套；16-垫片；17-定子铁芯；18-定子绕线组；19-转子磁力件；20-短路环；21-前轴承；22-后轴承座；23-预紧弹簧；24-弹簧垫环；25-后轴承；26-安装腔；27-安装盲孔；
28-前调节螺母；29-后调节螺母；30-螺纹孔；31-机米螺丝；32-后座本体；33-光电组件；34-容纳槽；35-编码器；36-定位座；37-接近开关；38-锥形孔；39-夹爪组件；40-刀柄组件；41-滑动芯；42-拉爪；43-耐磨胶环；44-拉钉；45-刀柄；46-缩咀；47-螺帽；48-拉簧；49-气缸顶盖；50-气缸分隔片；51-紧固螺钉；52-复位弹簧；53-顶杆；54-首级活塞；55-次级活塞；56-安装孔；57-通气过道；58-防尘盖；59-防尘镶件；60-轴向进气孔；61-径向过气孔；62-环形汇流槽；63-分流孔；64-吹尘孔；65-感应部；66-衔接部；67-前水路盖；68-齿轮盘；69-密封圈。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：如图1-5所示，一种高侧向力的大功率高速滚珠电主轴，包括分别安装于壳体本体1上的气缸机构2、后座机构3、转子机构4、拉刀机构5及防尘机构6，所述气缸机构2和所述后座机构3依次安装于所述壳体本体1的其中一侧，所述防尘机构6安装于所述壳体本体1的另一侧，所述转子机构4和所述拉刀机构5分别安装于所述壳体本体1中，所述转子机构4包括转子组件7、轴承组件8及定子组件9，所述轴承组件8由分别设置于所述转子组件7两端的前轴承组件10和后轴承组件11所组成，所述定子组件9套设于所述转子组件7的外侧，所述转子组件7其中一端穿设于所述后座机构3中，并与所述气缸机构2可传动地相互连接，另一端与所述拉刀机构5可传动地相互连接。
[0022] 其中，所述转子组件7包括轴芯12、拉杆13及弹性元件14，所述轴芯12可中心轴旋转地设置于所述壳体本体1中，所述拉杆13安装于所述轴芯12内，所述拉杆13其中一端穿过所述后轴承组件11延伸于所述后座机构3中，另一端与所述拉刀机构5传动连接，所述弹性元件14套设于所述拉杆13上，并安装于所述拉杆13后端部和所述轴芯12内端面之间，所述弹性元件14由若干个碟形弹簧所组成，所述弹性元件14的中部设置有轴线的滑套15，所述弹性元件14的端部设置有固定于轴芯12中的垫片16，垫片16依托轴芯12的内壁台阶来
支撑弹性元件14，所述定子组件9设置于所述轴芯12的外侧，并位于所述所述前轴承组件10和所述后轴承组件11之间。
[0023] 其中，所述的定子组件9包括呈筒状的定子铁芯17和分别设置于所述定子铁芯17两端的定子绕线组18，所述定子铁芯17套设于所述轴芯12的外侧，所述定子铁芯17由若干个等高的矽钢片迭压而成，所述定位铁芯内腔中设置有转子磁力件19，所述定子绕线组18由若干等径的漆包线缠绕而成，所述定子绕线组18内设置有
热敏电阻，所述定子绕线组18通过电源线与三相交流电源电性连接，所述转子磁力件19的两端分别设置有铸铜短路环20，所述转子磁力件19与所述短路环20通过内部插接铜导条相互钎焊成型。
[0024] 其中，所述前轴承组件10由若干个在垂直方向上相互叠放且套设于所述轴芯12前端的前轴承21所组成，所述后轴承组件11包括分别安装于后轴承25座22中的若干个预紧弹簧23、弹簧垫环24及若干个后轴承25，所述后轴承25座22安装于所述后座组件和壳体主体之间，所述后轴承25座22设置有与所述后座机构3相连通的安装腔26，所述安装腔26的底部呈阵列式地分布有若干个安装盲孔27，若干个所述预紧弹簧23对应地分别卡设于若干个所述安装盲孔27中，通过预紧弹簧23对
滚珠轴承进行轴向动态预紧，所述弹簧垫片16叠设于若干个所述预紧弹簧23上，若干个所述后轴承25在垂直方向上相互叠放于所述弹簧垫环24上，并套设于所述轴芯12的末端，所述前轴承21设置有前调节螺母28，所述后轴承25设置有后调节螺母29和齿轮盘68，所述前调节螺母28安装于防尘机构6上，所述调节后螺母29安装于所述齿轮盘68上，通过所述前调节螺母28和所述后调节螺母29将若干个所述前轴承21和若干个所述后轴承25分别对应地限定于壳体本体1和所述后轴承座22中，所述前调节螺母28和所述后调节螺母29均设置有若干个螺纹孔30，若干个所述螺纹孔30中均设置有机米螺丝31，通过机米螺丝31来调节主轴的动态平衡。
[0025] 其中，所述后座机构3包括后座本体32和光电组件33，所述后座本体32设置有容纳槽34，所述容纳槽34与所述安装腔26相连通，所述光电组件33包括有编码器35、定位座36及若干个接近开关37，所述编码器35安装于所述后轴承25座22上，所述定位座36设置于所述后座本体32上，若干个所述接近开关37分别安装于所述定位座36内。
[0026] 其中，所述拉刀机构5可拆卸地安装于所述轴芯12端部的锥形孔38中，所述拉刀机构5包括夹爪组件39和刀柄组件40，所述夹爪组件39包括滑动芯41和拉爪42，所述滑动芯41通过内螺纹可传动地与所述拉杆13相互螺纹连接，并随拉杆13同步旋转，所述滑动芯41的外侧设置有若干个耐磨胶环43，所述拉爪42由若干个呈锥形向外均匀张开的爪片所组成，所述刀柄组件40包括拉钉44、刀柄45、缩咀46及螺帽47，所述拉钉44和所述缩咀46分别安装于所述刀柄45的两端，所述螺帽47通过螺纹连接锁固于具有所述缩咀46一侧的所述刀柄45上，所述拉爪42其中一端通过拉簧48和销钉扣接于所述滑动芯41上，另一端扣接于所述拉钉44上，所述刀柄45最优但不限定地选择为锥度大小为10°的小锥度刀柄45。
[0027] 其中，所述气缸组件包括气缸顶盖49、至少一个气缸分隔片50、紧固螺钉51、复位弹簧52及顶杆53，所述气缸分隔片50依次叠设于所述气缸顶盖49下方，所述气缸顶盖49的内腔设置有首级活塞54，若干个气缸分隔片50的内腔中均设置有次级活塞55，所述首级活塞54和所述次级活塞55与所述内腔的侧壁接触处均设有“O”型密封圈69，所述首级活塞54和所述次级活塞55均设置有同一轴线的安装孔56，所述紧固螺钉51安装于所述安装孔56中，所述顶杆53的其中一端设置于所述气缸分隔片50中，另一端可滑动地插设于所述后座机构3中，所述顶杆53抵于所述次级活塞55上，并通过螺纹与所述紧固螺钉51螺纹连接，所述顶杆53设置有“L”型通气过道57，所述复位弹簧52套设于所述顶杆53上，所述复位弹簧52的其中一端抵于所述次级活塞55上，另一端抵于所述后座机构3上。
[0028] 其中，所述气缸顶盖49分别设置有冷却用的冷却
接口、吹尘气压接口、前端气幕气压接口、气缸复位气压接口、
传感器接口、编码器35接口，以及线圈主线接口。
[0029] 其中，所述防尘机构6包括有防尘盖58和设置于所述防尘盖58中的防尘镶件59，所述防尘盖58分别设置有轴向进气孔60和径向过气孔61，所述防尘镶件59设置有环形汇流槽62和若干个分流孔63，所述环形汇流槽62位于所述防尘镶件59与所述防尘盖58相配合的外壁上，若干个所述分流孔63沿径向方向均匀分布于所述防尘镶件59的内壁上，若干个所述分流孔63均与所述环形汇流槽62相连通，所述环形汇流槽62分别与所述轴向进气孔60和所述径向过气孔61相连通。
[0030] 其中，所述拉杆13中心设置有贯通的吹尘孔64，所述拉杆13的其中一端一体成型地设置有感应部65，另一端一体成型地设置有衔接部66，所述感应部65延伸地穿设于所述后座机构3中，使所述拉杆13由光电组件33实现检测获得位置信息反馈，所述衔接部66与所述拉刀机构5可拆装地相互连接。
[0031] 其中，所述壳体本体1设置有前水路盖67和冷却机构，所述前水路盖67安装于所述壳体本体1的端口处，所述冷却机构由进水口、出水口及若干个相互连通的冷却流道所组成，所述冷却流道呈S型多次弯折并阵列式地分布于所述壳体主体上。
[0032] 本发明一种高侧向力的大功率高速滚珠电主轴，防尘盖58安装于客体本体的前端，调节螺母29通过螺纹配合安装于轴芯12的前后两端，其前端调节螺母29与防尘盖58组成多齿状的卡接结构，工作时，压缩高压空气自气缸顶盖49通入，
自上而下分别经过后座本体32、后轴承25座22及壳体本体1的各轴向或径向流道中，进而进入到防尘盖58与防尘镶件59配合的环形汇流槽62，最后通过防尘镶件59各分流孔63喷出，形成
正压气幕保护，阻止
机体外杂物、污水及
切削屑等进入，保护主轴正常工作。
[0033] 其次，在气缸顶盖49接入
冷却液，自上而下顺流入壳体主体，进入呈“S”型多次弯折并相互连通的冷却液循环流道，构成封闭式冷却循环，由于冷却液在壳体外壁多次折回流通，并往复运动，有效带走了电机工作及轴承摩擦所产生的大部分热能，从而保证了主轴在低温下稳定持续的工作。
[0034] 本发明换刀时，从气缸顶盖49的进气孔接入压缩高压空气，压缩气体通过气槽依次进入各腔室形成气压并产生多层动力，促使各腔室内的首级活塞54和次级活塞55推动顶杆53、拉杆13及连接在拉杆13上的拉爪42依次往下移动，同时，弹性元件14在拉杆13的压力下开始压缩，随着拉杆13受压逐步下移，拉爪42各瓣爪子呈锥形向外均匀张开，直至拉爪42脱离轴芯12内壁限制而自由张开，拆下刀柄45，同时自动换上新刀柄45，当换好刀柄45后，关闭开刀气源，同时打开气缸回位气源，拉杆13受弹性元件14自由伸长的反作用力而与拉爪42一起往上回移，拉爪42运动到一定位置时受轴芯12台阶内壁的限制而逐步收缩闭合，直至拉爪42
自动调节均衡从而拉紧刀柄45。此时气缸机构2受外部气源的作用力及复位弹簧52的回弹力，促使其回位。
[0035] 此外，本发明设置有单向吹尘刀把清洁系统，气缸机构2中的元件及后座本体32均设置有过气孔，顶杆53设置有“L”型通气过道57，拉杆13内部设置有吹尘孔64，在主轴换刀时，顶杆53往前运动，其前端面与拉杆13后端面接触，从而使后座本体32、顶杆53及拉杆13三者的通气过孔互相连通，压缩空气自上方气缸顶盖49进入，经通气过孔流入拉杆13过气孔，再由吹尘孔64喷向刀柄45，对刀柄45进行空气清洁，可防止外界杂物或污水进入主轴内部，保证主轴能长时间稳定工作，节省主轴维修成本。
[0036] 在工作过程中，可通过设置在线圈中的测温传感器来实时监控主轴工作时的实际温度，从而有效保护电主轴正常工作，整轴采用动平衡可调式设计，除转子
单体可调平衡外，在主轴装配后亦可通过设置在主轴前后端的调节螺母29来进行动平衡调整，且调整方便、快捷。
[0037] 以上所述，仅是本发明的较佳
实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些
变形与
修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
