一种机床用低震动同步内藏式电主轴
阅读说明：本技术 一种机床用低震动同步内藏式电主轴 (Low-vibration synchronous built-in electric spindle for machine tool ) 是由 魏文龙 魏文凯 张立新 秦旭华 于 2021-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种机床用低震动同步内藏式电主轴,包括壳体、电主轴本体、刀具夹持机构、刀具和震动补偿机构,所述刀具夹持机构、震动补偿机构均设于壳体内部,所述刀具夹持机构与电主轴本体的一端相连,所述刀具的作用端穿过壳体并向外延伸,刀具的另一端由刀具夹持机构与电主轴本体相装配,所述震动补偿机构设于电主轴本体的外侧,震动补偿机构位于刀具夹持机构上方。本发明适配不同尺寸、形状等的刀具刀柄,对刀具起到起到夹持作用,还可将主轴加工过程中产生的热能转化为对刀具夹紧的机械能,提高刀具的稳定性；另外,本发明设有震动补偿机构,可同时监测电主轴偏震、过震等情况,实时作出反应,减少对刀具的消耗,延长电主轴的使用寿命。(The invention discloses a low-vibration synchronous built-in electric spindle for a machine tool, which comprises a shell, an electric spindle body, a cutter clamping mechanism, a cutter and a vibration compensation mechanism, wherein the cutter clamping mechanism and the vibration compensation mechanism are arranged in the shell, the cutter clamping mechanism is connected with one end of the electric spindle body, the action end of the cutter penetrates through the shell and extends outwards, the other end of the cutter is assembled with the electric spindle body through the cutter clamping mechanism, the vibration compensation mechanism is arranged on the outer side of the electric spindle body, and the vibration compensation mechanism is positioned above the cutter clamping mechanism. The invention is suitable for cutter handles with different sizes, shapes and the like, plays a role in clamping the cutter, can also convert heat energy generated in the machining process of the main shaft into mechanical energy for clamping the cutter, and improves the stability of the cutter; in addition, the vibration compensation mechanism is arranged, so that the conditions of deflection vibration, over vibration and the like of the electric spindle can be monitored simultaneously, a response is made in real time, the consumption of the tool is reduced, and the service life of the electric spindle is prolonged.)
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，具体为一种机床用低震动同步内藏式电主轴。
背景技术
电主轴是指将机床主轴与主轴电机融为一体结构的新技术，适用于有色金属、黑色金属、陶瓷等材料的钻削、铣削、孔加工等。此类主轴在加工过程中呈高速运转状态，震动频率过高，不利于刀具夹持的稳定性，增加对刀具的损耗，从而影响加工精度；如发生偏震、过震等现象，还会严重影响电主轴的使用寿命，同时还会大大降低加工质量。
本发明提供一种机床用低震动同步内藏式电主轴，适配不同尺寸、形状等的刀具刀柄，对刀具起到起到夹持作用，还可将主轴加工过程中产生的热能转化为对刀具夹紧的机械能，提高刀具的稳定性；另外，本发明设有震动补偿机构，同时可监测电主轴偏震、过震等情况，实时作出反应，减少对刀具的消耗，延长电主轴的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机床用低震动同步内藏式电主轴，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种机床用低震动同步内藏式电主轴，内藏式电主轴包括壳体、电主轴本体、刀具夹持机构、刀具和震动补偿机构。刀具夹持机构、震动补偿机构均设于壳体内部，刀具夹持机构与电主轴本体的一端相连。刀具夹持机构设置的目的在于：一是适配不同尺寸、形状等的刀具刀柄，对刀具起到起到夹持作用；二是对刀具执行松夹动作，实现刀具的更换；三是将电主轴本体加工过程中产生的热能转化为对刀具进一步夹紧的机械能，提高刀具的稳定性。刀具的作用端穿过壳体并向外延伸，刀具的另一端由刀具夹持机构与电主轴本体相装配。震动补偿机构设于电主轴本体的外侧，震动补偿机构位于刀具夹持机构上方。震动补偿机构设置的目的在于：一是于正常加工过程中，对电主轴本体的震动做功起到补偿作用，延长电主轴本体的使用寿命；二是可实时监测电主轴本体是否存在偏震、过震的情况，并及时作出调整，减少对刀具的消耗。
进一步的，所述刀具夹持机构包括松夹组件，松夹组件包括松夹组件本体、位移腔室、刀具适配腔室、卡位腔室、通油管道和拉伸弹簧。刀具适配腔室设置的目的在于适配不同尺寸、形状等的刀具刀柄，对刀具起到起到夹持作用；卡位腔室设置的目的在于利用其弹性特征，对刀具执行松夹动作，实现刀具的更换；位移腔室设置的目的在于将电主轴本体加工过程中产生的热能转化为对刀具进一步夹紧的机械能，提高刀具的稳定性。位移腔室、卡位腔室、刀具适配腔室自上而下依次组合构成松夹组件本体。通油管道均匀排布于卡位腔室的外侧壁上，通油管道的一端与位移腔室相连通，通油管道的另一端与刀具适配腔室相连通。通油管道起到将各腔室连接起来的作用。拉伸弹簧以水平方向设置，拉伸弹簧的两端分别与卡位腔室的内侧壁相连。拉伸弹簧设置的目的在于：一是于加工过程中，将松夹组件本体作为一个整体，以此保证松夹组件本体整体贴合于壳体，避免外界灰尘进入壳体内部，对电主轴本体造成损害；二是赋予卡位腔室一定的弹性特征，从而达到刀具的松夹目的，便于刀具的更换。刀具远离作用端的一端装配于刀具适配腔室内部。
进一步的，所述位移腔室包括导热板和活动板。导热板位于松夹组件本体的顶端，起到热传导的作用，将电主轴本体加工过程中产生的热量传导至位移腔室内部，使得位移腔室内部的空气膨胀做功，实现作用。活动板以水平方向设于位移腔室内部并贴合位移腔室的侧壁设置，设置的目的在于完成能量转化，提供对刀具进一步夹紧的机械能的动力，从而提高刀具的稳定性，确保加工效率。
进一步的，所述刀具适配腔室包括T形块、连接件、支撑板。刀具适配腔室的内圆侧壁上以圆周均匀排布有凸块，凸块与刀具适配腔室相连通。T形块横截面积大的一端设于凸块内部并贴合凸块的内侧壁设置，T形块横截面积小的一端穿过凸块并背离刀具适配腔室向外延伸。通过T形块于凸块的内部相对位置的改变，来实现对不同尺寸的刀具刀柄起到夹持固定的作用。连接件对称设于T形块的两侧，连接件的一端分别与支撑板相连，连接件的另一端与T形块远离凸块的一端相连。连接件利用其活动特性，完成支撑板的变形作用，以此适配不同形状的刀具刀柄。支撑板设于凸块远离刀具适配腔室的一端且平行于凸块设置，对刀具刀柄起到直接的夹持固定作用，并利用其可变形特性，适配不同尺寸、形状等的刀具刀柄。
进一步的，所述位移腔室内部活动板背离导热板的一侧、通油管道内部、刀具适配腔室内部以及凸块内部远离T形块远离支撑板的一侧均填充有液压油，设置的目的在于：一是利用液压油的流动特性，实现对刀具的夹持作用；二是对刀具夹持机构以及刀具起到降温冷却的作用，避免增大刀具损耗。
进一步的，所述支撑板包括第一支撑板、第二支撑板、弹性弹簧、伸缩杆和形变弹簧。第一支撑板、第二支撑板平行设置，第一支撑板、第二支撑板分别固定于伸缩杆同侧的两端，第一支撑板与第二支撑板之间以弹性弹簧相连，伸缩杆以形变弹簧对称设置，形变弹簧的两端分别与伸缩杆背离第一支撑板的一侧且远离第一支撑板的一端固定连接。设置的目的在于通过弹性弹簧、形变弹簧和伸缩杆的形态变形，完成第一支撑板与第二支撑板之间的相对位移，从而适配不同尺寸、形状等的刀具刀柄。
进一步的，所述第一支撑板呈刚性，第二支撑板呈弹性，设置的目的在于使得第二支撑板适配并贴合刀具刀柄，从而实现对刀具的夹持作用。
进一步的，所述震动补偿机构包括固定螺母、移动螺杆、补偿腔室和移动板。固定螺母以对称固定设于电主轴主体的外侧壁上，由电主轴本体的震动实现范围运动。补偿腔室对称设于电主轴主体的两侧，移动板以竖直方向设于补偿腔室内部并贴合补偿腔室的侧壁设置.移动螺杆以水平方向设置，移动螺杆依次穿过固定螺母、移动板分别延伸至补偿腔室内部，移动螺杆的两端分别与补偿腔室的内侧壁转动连接。固定螺母随电主轴本体的震动而实现范围运动，移动螺杆与固定螺母产生相对位移而作旋转运动，移动螺杆带动移动板于补偿腔室内部产生位移，此过程中利用移动螺杆与固定螺母之间的摩擦力、移动板与移动螺杆之间的摩擦力、移动板于补偿腔室内部运动的空气阻力，对电主轴本体的震动做功起到补偿作用。
进一步的，所述移动板的中部设有螺纹筒，移动螺杆的两端通过螺纹筒与移动板相连，设置的目的在于：一是通过螺纹筒，实现移动螺杆与移动板之间的相对位移，从而达到对电主轴本体的震动补偿的目的。
进一步的，所述震动补偿机构还包括过震制动组件，过震制动组件包括电磁铁、电源线和弹簧片。过震制动组件设置的目的在于：一是利用电磁铁的磁性特征，对电主轴本体的震动补偿的目的；二是实时监测电主轴本体是否存在偏震、过震的情况，并及时作出调整，避免对电主轴本体以及刀具的进一步损害。电磁铁设于移动板远离固定螺母的一侧，通电后电磁铁与移动板呈同级相斥，增大移动板的移动阻力，进一步对电主轴本体实现缓冲减震的作用。补偿腔室以水平轴线对称设有通孔，电磁铁与电主轴主体之间以电源线相连通，电源线远离电主轴主体的一端穿过通孔与电磁铁相接。电磁铁位于整个电主轴的线路上，于电主轴本体是起到连通电源的作用。弹簧片设于补偿腔室内侧壁上且覆盖于通孔，电磁铁的两端分别与弹簧片呈抵触状态。弹簧片设置的目的在于：一是限制电磁铁的位置，以此来监测电主轴本体是否存在偏震、过震的情况，避免对刀具的不正常消耗；二是用于实现电主轴本体的电路连通作用。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明机床用低震动同步内藏式电主轴，
1、刀具夹持机构设置的目的在于：一是适配不同尺寸、形状等的刀具刀柄，对刀具起到起到夹持作用；二是对刀具执行松夹动作，实现刀具的更换；三是将电主轴本体加工过程中产生的热能转化为对刀具进一步夹紧的机械能，提高刀具的稳定性。
2、震动补偿机构设置的目的在于：一是于正常加工过程中，对电主轴本体的震动做功起到补偿作用，延长电主轴本体的使用寿命；二是可实时监测电主轴本体是否存在偏震、过震的情况，并及时作出调整，减少对刀具的消耗。
3、震动补偿机构还包括过震制动组件, 过震制动组件设置的目的在于：一是利用电磁铁的磁性特征，对电主轴本体的震动补偿的目的；二是实时监测电主轴本体是否存在偏震、过震的情况，并及时作出调整，避免对电主轴本体以及刀具的进一步损害。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的整体结构示意图；
图2是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的刀具夹持机构的夹紧状态结构示意图；
图3是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的刀具夹持机构的松弛状态结构示意图；
图4是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的刀具适配腔室的结构示意图；
图5是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的刀具适配腔室的工作示意图图一；
图6是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的刀具适配腔室的工作示意图图二；
图7是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的支撑板的结构示意图；
图8是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的支撑板的工作示意图；
图9是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的震动补偿机构的结构示意图；
图10是本发明机床用低震动同步内藏式电主轴的补偿腔室的剖视图；
图中：1、壳体；2、电主轴本体；3、刀具夹持机构；4、刀具；5、震动补偿机构，51、固定螺母，52、移动螺杆，53、补偿腔室，531、通孔，54、移动板，55、螺纹筒；61、松夹组件本体，62、位移腔室，621、导热板、622、活动板，63、刀具适配腔室，631、凸块，632、T形块，633、连接件，634、支撑板，6341、第一支撑板，6342、第二支撑板，6343、弹性弹簧，6344、伸缩杆，6345、形变弹簧，64、卡位腔室，65、通油管道，66、拉伸弹簧；71、电磁铁，72、电源线，73、弹簧片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-10，本发明提供技术方案：一种机床用低震动同步内藏式电主轴，包括壳体1、电主轴本体2、刀具夹持机构3、刀具4和震动补偿机构5，所述刀具夹持机构3、震动补偿机构5均设于壳体1内部，所述刀具夹持机构3与电主轴本体2的一端相连，所述刀具4的作用端穿过壳体1并向外延伸，刀具4的另一端由刀具夹持机构3与电主轴本体2相装配，所述震动补偿机构5设于电主轴本体2的外侧，震动补偿机构5位于刀具夹持机构3上方。
连通电源，将刀具4由刀具夹持机构3装配于电主轴本体2上，驱动电主轴本体2作高速旋转运动，震动补偿机构5同步对电主轴本体2的震动做功起到补偿作用；加工过程中，刀具夹持机构3可将电主轴本体2产生的热能转化为对刀具4进一步夹紧的机械能，提高刀具4的稳定性，减少对刀具的损耗；
特别地，当电主轴本体2存在偏震、过震等情况，震动补偿机构5会切断电源，避免对电主轴本体2以及刀具4的进一步损害。
刀具夹持机构3包括松夹组件，所述松夹组件包括松夹组件本体61、位移腔室62、刀具适配腔室63、卡位腔室64、通油管道65和拉伸弹簧66，所述位移腔室62、卡位腔室64、刀具适配腔室63自上而下依次组合构成松夹组件本体61，所述通油管道65均匀排布于卡位腔室64的外侧壁上，通油管道65的一端与位移腔室62相连通，通油管道65的另一端与刀具适配腔室63相连通，所述拉伸弹簧66以水平方向设置，拉伸弹簧66的两端分别与卡位腔室64的内侧壁相连，所述刀具4远离作用端的一端装配于刀具适配腔室63内部。
连通电源，将松夹组件本体61整体下移，使得位移腔室62发生形变，刀具适配腔室63由此转变为松弛状态，将刀具4由刀具适配腔室63置入；将松夹组件本体61整体上移，位移腔室62恢复正常状态，壳体1对刀具适配腔室63的挤压使其转变为夹紧状态，完成刀具4的装配；在此过程中，拉伸弹簧66始终保持压缩状态，使得卡位腔室64处于压缩状态，以此保证松夹组件本体61整体贴合于壳体1，避免外界灰尘进入壳体1内部，对电主轴本体2造成损害。
位移腔室62包括导热板621和活动板622，所述导热板621位于松夹组件本体61的顶端，所述活动板622以水平方向设于位移腔室62内部并贴合位移腔室62的侧壁设置。
装配过程中，将松夹组件本体61整体下移，由于壳体1对位移腔室62的挤压，使得活动板622产生向上的位移，促使刀具适配腔室63转变为松弛状态，利于刀具4的更换；加工过程中，导热板621可将电主轴本体2高速运转产生的热量传导至位移腔室62内部，使得位移腔室62内部的空气膨胀做功，活动板622产生向下的位移，为刀具适配腔室63提供对刀具4进一步夹紧的机械能，从而提高刀具4的稳定性，确保加工效率。
刀具适配腔室63包括T形块632、连接件633和支撑板634，所述刀具适配腔室63的内圆侧壁上以圆周均匀排布有凸块631，所述凸块631与刀具适配腔室63相连通，所述T形块632横截面积大的一端设于凸块631内部并贴合凸块631的内侧壁设置，T形块632横截面积小的一端穿过凸块631并背离刀具适配腔室63向外延伸，所述连接件633对称设于T形块632的两侧，连接件633的一端分别与支撑板634相连，连接件633的另一端与T形块632远离凸块631的一端相连，所述支撑板634设于凸块631远离刀具适配腔室63的一端且平行于凸块631设置。
将刀具4置于刀具适配腔室63中部位置，通过T形块632于凸块631的内部相对位置的改变，以及连接件633利用其活动特性，完成支撑板634的变形作用，来适配不同尺寸、形状等的刀具4刀柄，从而对刀具4起到夹持固定作用。
位移腔室62内部活动板622背离导热板621的一侧、通油管道65内部、刀具适配腔室63内部以及凸块631内部T形块632远离支撑板634的一侧均填充有液压油，设置的目的在于：一是利用液压油的流动特性，实现对刀具4的夹持作用；二是对刀具夹持机构3以及刀具4起到降温冷却的作用，避免增大刀具4损耗。
支撑板634包括第一支撑板6341、第二支撑板6342、弹性弹簧6343、伸缩杆6344和形变弹簧6345，所述第一支撑板6341、第二支撑板6342平行设置，第一支撑板6341、第二支撑板6342分别固定于伸缩杆6344同侧的两端，第一支撑板6341第二支撑板6342之间以弹性弹簧6343相连，所述伸缩杆6344以形变弹簧6345对称设置，所述形变弹簧6345的两端分别与伸缩杆6344背离第一支撑板6341的一侧且远离第一支撑板6341的一端固定连接。设置的目的在于通过弹性弹簧6343、形变弹簧6345和伸缩杆6344的形态变形，完成第一支撑板6341与第二支撑板6342之间的相对位移，从而适配不同尺寸、形状等的刀具4刀柄。
第一支撑板6341呈刚性，所述第二支撑板6342呈弹性，设置的目的在于使得第二支撑板6342适配并贴合刀具4刀柄，从而实现对刀具4的夹持作用。
震动补偿机构5包括固定螺母51、移动螺杆52、补偿腔室53和移动板54，所述固定螺母51以对称固定设于电主轴主体2的外侧壁上，所述补偿腔室53对称设于电主轴主体2的两侧，所述移动板54以竖直方向设于补偿腔室53内部并贴合补偿腔室53的侧壁设置，所述移动螺杆52以水平方向设置，移动螺杆52依次穿过固定螺母51、移动板54分别延伸至补偿腔室53内部，移动螺杆52的两端分别与补偿腔室53的内侧壁转动连接。
固定螺母51随电主轴本体2的震动而实现范围运动，移动螺杆52与固定螺母51产生相对位移而作旋转运动，移动板54与移动螺杆52发生相对运动而于补偿腔室53内部产生位移，此过程中利用移动螺杆52与固定螺母51之间的摩擦力、移动板54与移动螺杆52之间的摩擦力、移动板54于补偿腔室53内部运动的空气阻力，对电主轴本体2的震动做功起到补偿作用。
移动板54的中部设有螺纹筒55，所述移动螺杆52的两端通过螺纹筒55与移动板54相连，设置的目的在于：一是通过螺纹筒55，实现移动螺杆52与移动板54之间的相对位移，从而达到对电主轴本体2的震动补偿的目的。
震动补偿机构5还包括过震制动组件，所述过震制动组件包括电磁铁71、电源线72和弹簧片73，所述电磁铁71设于移动板54远离固定螺母51的一侧，所述补偿腔室53以水平轴线对称设有通孔531，所述电磁铁71与电主轴主体2之间以电源线72相连通，所述电源线72远离电主轴主体2的一端穿过通孔531与电磁铁71相接，所述弹簧片73设于补偿腔室53内侧壁上且覆盖于通孔531，所述电磁铁71的两端分别与弹簧片73呈抵触状态。
电源线72与弹簧片73相接构成接触片，电磁铁71与弹簧片73相互抵触，即电路连通，通电后的电磁铁71与移动板54呈同级相斥，增大移动板54的移动阻力，进一步对电主轴本体2实现缓冲减震的作用；当电主轴本体2存在偏震、过震的情况，电主轴本体2的震动频率及范围发生不规则变化，促使电磁铁71越过弹簧片73发生位置变化，相当于电路电源被断开，电主轴本体2失去动力来源，以此来避免进一步损害。
本发明的工作原理：1、连通电源，将松夹组件本体61整体下移，由于壳体1对位移腔室62的挤压，使得活动板622产生向上的位移，凸块631内部内部液压油由通油管道65回流至位移腔室62内部，T形块632于凸块631内部产生相对位移，支撑板634之间距离变大，将刀具4由刀具适配腔室63置入；
将松夹组件本体61整体上移，位移腔室62恢复正常状态，壳体1对刀具适配腔室63的挤压，使得支撑板634之间距离减小，连接件633利用其活动特性，第二支撑板6342利用其弹性特征，以及弹性弹簧6343、形变弹簧6345和伸缩杆6344的形态变形，完成第一支撑板6341与第二支撑板6342之间的相对位移，来适配不同尺寸、形状等的刀具4刀柄，完成刀具4的装配；
拉伸弹簧66始终保持压缩状态，使得卡位腔室64处于压缩状态，以此保证松夹组件本体61整体贴合于壳体1，避免外界灰尘进入壳体1内部，对电主轴本体2造成损害；
2、加工过程中，驱动电主轴本体2作高速旋转运动，固定螺母51随电主轴本体2的震动而实现范围运动，移动螺杆52与固定螺母51产生相对位移而作旋转运动，移动板54与移动螺杆52发生相对运动而于补偿腔室53内部产生位移，此过程中利用移动螺杆52与固定螺母51之间的摩擦力、移动板54与移动螺杆52之间的摩擦力、移动板54于补偿腔室53内部运动的空气阻力，对电主轴本体2的震动做功起到补偿作用；
电源线72与弹簧片73相接构成接触片，电磁铁71与弹簧片73相互抵触，即电路连通，通电后的电磁铁71与移动板54呈同级相斥，增大移动板54的移动阻力，进一步对电主轴本体2实现缓冲减震的作用；
3、与此同时，导热板621将电主轴本体2高速运转产生的热量传导至位移腔室62内部，使得位移腔室62内部的空气膨胀做功，活动板622产生向下的位移，位移腔室62内部的液压油通过通油管道65进入凸块632内部，使得T形块632于凸块631内部产生相对位移，对刀具4进一步夹紧，从而提高刀具4的稳定性，确保加工效率；
4、当电主轴本体2存在偏震、过震的情况，电主轴本体2的震动频率及范围发生不规则变化，促使电磁铁71越过弹簧片73发生位置变化，相当于电路电源被断开，电主轴本体2失去动力来源，以此来避免进一步损害。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。