技术领域
[0001] 本
发明涉及一种可用于机床的高速旋转加工机构。
背景技术
[0002] 机床(英文名称：Machine Tool)是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为
车床、钻床、
镗床、磨床、
齿轮加工机床、
螺纹加工机床、
铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有
铸造、
锻造、
焊接、
冲压、
挤压等，但凡属
精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切、削、磨等方法进行最终加工。
[0003] 在现有的机床中，无论是车床、磨床还是其他种类的机床，其在进行旋转时均通过驱动装置驱动
主轴实现旋转，其为
接触式机构传动，不仅常需更换
轴承等配件，更无法达到上万转的
高速加工，传
动能耗大而精度低，各类机床作业功能单一，占地面积大，
现有技术中的旋转加工技术还存在诸多局限，例如无法解决超长度大直径内孔的珩磨加工，一次性多工位组合加工和精密大直径薄壁管内孔加工
变形的问题等。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种能实现高速加工，且传动能耗较小、精度较高的高速旋转加工机构。
[0005] 本发明提供了一种高速旋转加工机构，其特征在于：至少包括了
定子机构、绕设于所述定子机构外侧的
转子机构，加工工具安装于所述转子机构上，所述定子机构和转子机构上匹配设有电
磁轴承，且通过所述电磁轴承产生的磁
力实现所述转子机构绕所述定子机构的旋转，所述定子机构和转子机构之间间隔设置。
[0006] 所述加工工具通过工具接头机构安装于所述转子机构上，所述工具接头机构至少包括了接头
块和固定设在所述接头块上的永磁块，所述加工工具安装于所述接头块上，所述永磁块用以通过其与加工对象之间的磁吸力实现所述加工工具与加工对象之间的贴合。
[0007] 所述接头块的相对所述转子机构的一侧表面设有斜坡结构，所述加工工具设于所述接头块的与所述转子机构相背的一侧。
[0008] 一块所述接头块上的所述斜坡结构的数量为两个，两个所述斜坡结构互相对称，且两个所述斜坡结构的坡顶互相连接，两个所述斜坡结构的宽度方向平行于所述转子机构的旋
转轴心。
[0009] 所述工具接头机构通过柔性机构与所述转子机构连接，所述柔性机构包括接头端固定块、转子端固定块、拉簧与滑杆，所述接头端固定块与所述工具接头机构固定连接，所述转子端固定块与所述转子机构固定连接，所述接头端固定块和转子端固定块之间通过所述拉簧连接，所述接头端固定块和转子端固定块上分别设有滑槽，所述滑杆同时与所述接头端固定块和转子端固定块上的滑槽滑动连接，且沿着所述滑槽移动，所述滑杆的移动方向垂直于所述转子机构的旋转方向。
[0010] 所述滑槽为燕尾槽结构，所述滑杆的形状与所述滑槽相匹配。
[0011] 本发明提供的高速旋转加工机构用于机床上，所述定子机构与机床的主轴连接，且所述定子机构沿所述主轴的轴向移动。
[0012] 所述定子机构和主轴上匹配设有
丝杠组件，所述定子机构通过所述丝杠组件沿所述主轴的轴向移动，所述丝杠组件包括了蜗轮、丝杠结构和
马达，所述蜗轮设于所述定子机构上，且由所述马达驱动，所述丝杠结构设在所述主轴上，通过所述蜗轮沿所述丝杠结构的旋转实现所述定子机构沿所述主轴的轴向移动。
[0013] 所述定子机构和主轴上匹配设有齿轮组件，所述定子机构通过所述齿轮组件沿所述主轴的轴向移动，所述齿轮组件包括了齿轮结构、
齿条轴和马达，所述齿轮结构设于所述定子机构上，且由所述马达驱动，所述齿条轴设在所述主轴上，通过所述齿轮结构沿所述齿条轴的旋转实现所述定子机构沿所述主轴的轴向移动。
[0014] 所述主轴上设有用以检测所述定子机构相对于所述主轴移动的测量仪器。
[0015] 所述主轴为方轴，可选的，所述定子机构和主轴之间通过万向套进行连接。
[0016] 所述万向套包括了内方管、中方管、外方管、第一连接轴和第二连接轴，所述内方管套设于所述主轴外侧，所述内方管与中方管之间通过所述第一连接轴连接，且使得所述内方管与中方管之间绕所述第一连接轴做相对旋转，所述中方管与外方管之间通过所述第二连接轴连接，且使得所述中方管与外方管之间绕所述第二连接轴做相对旋转，所述第一连接轴垂直于所述第二连接轴，所述外方管与所述定子机构连接。
[0017] 可选的，所述定子机构通过一个连接机构与所述主轴连接，所述连接机构包括了刚性连接部分和柔性连接部分，所述定子机构通过安装于所述柔性连接部分实现与所述主轴的柔性连接。
[0018] 所述定子机构通过安装于所述刚性连接部分或柔性连接部分实现与所述主轴的刚性连接或柔性连接的工位切换。
[0019] 所述定子机构、转子机构以及加工工具的数量为至少两套，其中至少一套中的定子机构安装于所述刚性连接部分，其中至少一套中的定子机构安装于所述柔性连接部分。
[0020] 所述主轴为方轴，所述刚性连接部分包括内方套，所述柔性连接部分包括中方套与外方套，所述外方套包括了外套部以及与所述外套部固定连接的内套部；
[0021] 所述内方套与中方套之间通过第一转轴连接，且使得所述内方套与中方套之间绕所述第一转轴做相对旋转，所述中方套与外方套的外套部之间通过第二转轴连接，且使得所述中方套与外套部之间绕所述第二转轴做相对旋转，所述第一转轴垂直于所述第二转轴；
[0022] 所述内套部的内壁的形状、尺寸以及所述内方套的内壁的形状、尺寸均与所述方轴相匹配，所述内套部的外壁的形状、尺寸以及所述内方套的外壁的形状、尺寸均与所述定子机构相匹配。本发明引入一种高速旋转加工机构，其为现有技术中未有过的加工装置，在现有技术中，无论是机床领域，还是
半导体、医药设备等领域中，均采用将转子设于内侧，定子设于外侧的结构，从而驱动转子以及与转子固定连接的主轴旋转，最终通过固定设于主轴上的加工工具实现旋转加工，本发明通过引入该加工机构，避免了主轴的旋转，使得传动能耗更小、精度更高，其还可用以解决超长度大直径内孔的珩磨加工的问题；另一方面，本发明通过电磁轴承的引入，同时将定子机构和转子机构间隔设置，通过磁悬浮技术的引入，让上万转的高速加工成为可能，还无需担心滑动摩擦等问题。
附图说明
[0023] 图1是本发明
实施例1中高速旋转加工机构的结构示意图；
[0024] 图2是本发明实施例1中工具接头机构和柔性机构的结构示意图；
[0025] 图3是本发明实施例1中万向套的结构示意图；
[0026] 图4是本发明实施例1中齿轮组件的结构示意图；
[0027] 图5是本发明实施例3中连接机构的结构示意图；
[0028] 图中，1-定子机构；2-转子机构；3-
钢管内壁；4-电磁轴承；
[0029] 5-齿轮组件；51-马达；52-齿轮结构；53-齿条轴；
[0030] 6-主轴；7-加工工具；71-磨石；
[0031] 8-工具接头机构；81-接头块；82-永磁块；83-斜坡结构；
[0032] 9-柔性机构；91-接头端固定块；92、96-滑槽；93-滑杆；94-拉簧；95-转子端固定块；
[0033] 10-万向套；101-外方管；102-中方管；103-内方管；104-轴孔；
[0034] 11-连接机构；111-内套部；112-外套部；113-中方套；114-内方套。
具体实施方式
[0035] 以下将结合图1至图5通过三个实施例对本发明提供的高速旋转加工机构进行详细的描述，其为本发明一可选的实施例，可以认为本领域的技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行
修改和润色。
[0036] 实施例1
[0037] 请参考图1，本实施例提供了一种高速旋转加工机构，至少包括了定子机构1、绕设于所述定子机构1外侧的转子机构2，加工工具7安装于所述转子机构2上，所述定子机构1和转子机构2上匹配设有电磁轴承4，且通过所述电磁轴承4产生的磁力实现所述转子机构2绕所述定子机构1的旋转，所述定子机构1和转子机构2之间间隔设置。本实施例提供的高速旋转加工机构用于机床上，所述定子机构1与机床的主轴6连接，且所述定子机构沿所述主轴的轴向移动。本实施例中，所述定子机构1为圆柱体结构，所述转子机构2为绕设于该圆柱体结构外侧的环状结构。
[0038] 本实施例中，所述转子机构2和定子机构1之间由电磁轴承4连接。转子机构2在转动时同定子机构1间没有机械接触，转子机构2由定子机构1上的驱动作高速回转。转子机构2和定子机构1间的间隙约为1至2毫米，采用能动控制理论控制电磁轴承4的间隙。电磁轴承
4还可以与其他驱动机构组合使用，其所用的电磁
铁也可部分采用永久
磁铁代替。所述加工工具7可以为各种加工需要的工具，例如加工管材内径及端面等部位的工具，本实施例中，尤其以加工管材内径或加工钢管内壁的装置为例进行阐述，故而在本实施例中，加工工具7为磨石71，加工对象为钢管内壁3。有关电磁轴承4的具体布置与结构本实施例不再做进一步的列举，本领域的技术人员根据其加工目的、转速要求等可以得到若干技术方案，其中任意之一的技术方案均应视为本发明力求保护的技术方案。
[0039] 本实施例引入一种高速旋转加工机构，其为现有技术中未有过的加工装置，在现有技术中，无论是机床领域，还是半导体、医药设备等领域中，均采用将转子设于内侧，定子设于外侧的结构，从而驱动转子以及与转子固定连接的主轴旋转，最终通过固定设于主轴上的加工工具实现旋转加工，本发明通过引入该加工机构，避免了主轴的旋转，使得传动能耗更小、精度更高，其还可用以解决超长度大直径内孔的珩磨加工的问题；另一方面，本发明通过电磁轴承4的引入，同时将定子机构1和转子机构2间隔设置，通过磁悬浮技术的引入，让上万转的高速加工成为可能，还无需担心滑动摩擦等问题。
[0040] 此外，本发明中的高速旋转加工机构可沿主轴6移动，所以无需主轴做长距离的移动，一方面保证了加工的精度，另一方面也避免了主轴6长距离移动对空间的浪费，更不会因为需要长距离移动整个主轴6，而消耗更多能耗。
[0041] 请参考图2，所述加工工具7通过工具接头机构8安装于所述转子机构2上，所述工具接头机构8至少包括了接头块81和固定设在所述接头块81上的永磁块82，所述加工工具7安装于所述接头块81上，所述永磁块82用以通过其与加工对象之间的磁吸力实现所述加工工具7与加工对象之间的贴合。在本实施例中，则是指所述永磁块82用以通过其与钢管内壁3之间的磁吸力实现磨石71与钢管内壁3之间的贴合，从而保证了加工的精度。
[0042] 为了进一步地提高这一贴合的程度，保证加工的精度，所述接头块81的相对所述转子机构2的一侧表面设有斜坡结构83，所述加工工具7(本实施例中即磨石71)设于所述接头块的与所述转子机构2相背的一侧。
[0043] 更重要的是，由于斜坡结构83以及永磁块82的使用，使得高速旋转加工机构可以加工包括曲面变化的表面，而不受限于规则的钢管内壁3形状。
[0044] 一块所述接头块81上的所述斜坡结构83的数量为两个，两个所述斜坡结构83互相对称，且两个所述斜坡结构83的坡顶互相连接，两个所述斜坡结构83的宽度方向平行于所述转子机构的
旋转轴心。在所述转子机构2与接头块81一同旋转时，气流在斜坡结构83上，对接头块81施加一个离心方向上的力，使得加工工具更好地与加工对象贴合。所述接头块81的数量可以为多个，本实施例中，其数量为2个。此外，斜坡结构83不仅能增强加工工具对加工对象的紧贴，还有其他有益之处，例如针对
不锈钢钢管，陶瓷管等无法用磁力吸住的管材，通过斜坡结构83也能实现贴合，进一步的，将斜坡结构83的个数、尺寸或斜坡
角度大小等进行变化，能够实现在高速转动时，调节自重产生的
离心力的大小及
叠加气流推动的作用方式，进一步起到贴紧加工对象表面的作用。
[0045] 为了能够更好地配合工具接头机构8实现以上诸多功能，请参考图2，所述工具接头机构8通过柔性机构9与所述转子机构2连接，所述柔性机构9包括接头端固定块91、转子端固定块95、拉簧94与滑杆93，所述接头端固定块91与所述工具接头机构8固定连接，具体来说，是与接头块81固定连接，所述转子端固定块95与所述转子机构2固定连接，所述接头端固定块91和转子端固定块95之间通过所述拉簧94连接，所述接头端固定块91和转子端固定块95上分别设有滑槽92、96，所述滑杆93同时与所述接头端固定块91和转子端固定块95上的滑槽92和96滑动连接，且沿着所述滑槽92和96移动，所述滑杆93的移动方向垂直于所述转子机构2的旋转方向，即沿着旋转半径的径向移动。所述滑槽92和96为燕尾槽结构，所述滑杆93的形状与所述滑槽92和96相匹配。至于其中部件的固定方式，可通过螺纹结构实现。
[0046] 本发明并不对所述接头端固定块91、转子端固定块95的形状进行进一步限定，无论其是单纯的块状，还是环绕所述转子机构2形成环状，只要满足以上的基本特征，就应认为其为脱离本发明的保护范围。
[0047] 在本实施例中，请参考图4，并结合图1，所述定子机构1和主轴6上匹配设有齿轮组件5，所述定子机构1通过所述齿轮组件5沿所述主轴6的轴向移动，所述齿轮组件5包括了齿轮结构52、齿条轴53和马达51，所述齿轮结构52设于所述定子机构1上，且由所述马达51驱动，所述齿条轴53设在所述主轴6上，通过所述齿轮结构52沿所述齿条轴53的旋转实现所述定子机构1沿所述主轴6的轴向移动。
[0048] 所述主轴6上设有用以检测所述定子机构1相对于所述主轴6移动的测量仪器(图未示)。所述测量仪器可以如光电
传感器，电
涡流测厚仪等，以达到在加工的同时即时量测管径，粗糙度，管壁厚度和其他尺寸，并将利用获得的信息反馈到加工机构，对加工量进行实时调整。
[0049] 在本实施例中，所述主轴6为方轴，所述定子机构1和主轴6之间通过万向套10进行连接。请参考图3，所述万向套10包括了内方管103、中方管102、外方管101、第一连接轴(图未示)和第二连接轴(图未示)，所述内方管103套设于所述主轴6外侧，所述内方管103与中方管102之间通过所述第一连接轴连接，且使得所述内方管103与中方管102之间绕所述第一连接轴做相对旋转，所述中方管102与外方管101之间通过所述第二连接轴连接，且使得所述中方管102与外方管101之间绕所述第二连接轴做相对旋转，所述第一连接轴垂直于所述第二连接轴，分别穿过如图3所示的两个轴孔104，所述外方管101与所述定子机构1连接。所述中方管102设于内方管103外侧，所述外方管101设于中方管102外侧，但在主轴的轴向上三者可以为错开的结构。在本发明其他可选的实施例中，也可去除两个连接轴，改成绕两个连接轴轴心转动的圆柱面接触传动。
[0050] 实施例2
[0051] 本实施例与实施例1的区别在于：本实施例用丝杠组件代替了齿轮组件，但也用于实现定子机构1沿主轴6移动的效果。本实施例中，请类比参考图4，所述定子机构和主轴上匹配设有丝杠组件，所述定子机构通过所述丝杠组件沿所述主轴的轴向移动，所述丝杠组件包括了蜗轮、丝杠结构和马达，所述蜗轮设于所述定子机构上，且由所述马达驱动，所述丝杠结构设在所述主轴上，通过所述蜗轮沿所述丝杠结构的旋转实现所述定子机构沿所述主轴的轴向移动。
[0052] 其实，驱动定子机构1沿主轴6移动的方式并不仅限于实施例1和实施例2所列举的两种，应认为，只要满足了这一移动效果，并采用了本发明的其他必要技术特征，其就是本发明所欲保护的技术方案。
[0053] 此外，对于定子机构1的移动，也可通过设置限位结构或者固定结构实现固定范围内的移动，或者固定
位置的加工。有关移动的整个过程，可以通过自动化控制技术进行监控和操作。
[0054] 实施例3
[0055] 本实施例与实施例1的区别在于：有关定子机构1与主轴6的连接，其不再是简单的通过万向套10实现柔性的连接或单纯的刚性连接，而是为定子机构1与主轴6的连接提供一种可切换的连接机构，为此，本实施例提供了一种连接机构，所述定子机构1通过一个连接机构11与所述主轴6连接，所述连接机构11包括了刚性连接部分和柔性连接部分，所述定子机构1通过安装于所述柔性连接部分实现与所述主轴6的柔性连接，所述定子机构1通过安装于所述刚性连接部分或柔性连接部分实现与所述主轴6的刚性连接或柔性连接的工位切换。
[0056] 在本实施例中，列举了一种连接机构11，其可以视为万向套10的一种变化改进，请参考图5，所述主轴6为方轴，所述刚性连接部分包括内方套114，所述柔性连接部分包括中方套113与外方套，所述外方套包括了外套部112以及与所述外套部112固定连接的内套部111；
[0057] 所述中方套113设于内方套114外侧，所述外套部112设于中方套113外侧，但在主轴的轴向上三者可以为错开的结构。所述内方套114与中方套113之间通过第一转轴(图未示)连接，且使得所述内方套114与中方套113之间绕所述第一转轴做相对旋转，所述中方套113与外方套的外套部112之间通过第二转轴(图未示)连接，且使得所述中方套113与外套部112之间绕所述第二转轴做相对旋转，所述第一转轴垂直于所述第二转轴；由于该结构类似于万向套10，第一转轴、第二转轴即万向套10中的第一连接轴和第二连接轴；由于内套部
111与外套部112之间是固定连接的，所以外套部112相对于中方套113以及内方套114的旋转，即为内套部111相对于中方套113以及内方套114的旋转；
[0058] 所述内套部111的内壁的形状、尺寸以及所述内方套114的内壁的形状、尺寸均与所述方轴6相匹配，所述内套部111的外壁的形状、尺寸以及所述内方套114的外壁的形状、尺寸均与所述定子机构1相匹配，此处所说的形状与尺寸是指方轴6与定子机构1横截面方向的。所以，由于定子机构1和方轴6的尺寸为确定的，只需将定子机构1安装于内套部111上就能实现与方轴6的柔性连接，将定子机构1安装于内方套114上就能实现与方轴6的刚性连接，使用了一个装置就能实现两种连接方式的切换。
[0059] 与此同时，若在使用本发明提供的高速旋转加工机构时，将定子机构1、转子机构2以及加工工具的数量可以选择为两个或更多同时工作，也可以认为其是本发明的保护范围中的技术方案之一，此可以视为本实施例提供的连接机构的另一种使用方法，具体来说所述定子机构1、转子机构2以及加工工具的数量为至少两套，其中至少一套中的定子机构1安装于所述刚性连接部分，其中至少一套中的定子机构1安装于所述柔性连接部分。。
[0060] 以上虽然通过三个实施例列举了实施本发明的技术方案的诸多手段，但不应认为其仅限于此，在以上描述的
基础上所作出的可预期的常规改进，或任何已知现有技术的简单替换，均应认为未脱离本发明的精神和实质内容。
