專利名稱：基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微小孔(微細(xì))電火花加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁懸浮伺服驅(qū)動的多自由度可控的微小孔電火花加工的主軸裝置。
背景技術(shù)：
微細(xì)加工技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的一個重要發(fā)展方向，而微細(xì)電火花加工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)微細(xì)加工技術(shù)的有效手段之一。目前，微細(xì)電火花加工技術(shù)在航空航天、醫(yī)療、模具、微電子器件、生物技術(shù)、微型傳感器和微型電器制造等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，被應(yīng)用于信息裝置的連接件、光纖接頭等微細(xì)注塑模具、印刷線路板通孔沖裁凸凹模、燃料噴嘴、水射流噴嘴、噴墨打印頭等微結(jié)構(gòu)零件的加工中。由于燃料噴嘴孔直徑一般在ΦO. I Φ0. 2mm 之間，且工作時處于高溫、高壓的環(huán)境下，其材料必須具有硬度高、壽命長等特點(diǎn)，微小孔電火花加工由于非接觸式加工與材料硬度無關(guān)等特點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用到燃料噴嘴孔的加工中。微小孔電火花加工過程存在放電間隙小、排屑困難等特殊性，使得放電間隙狀態(tài)復(fù)雜多變，短路、拉弧、空載等不利因素時有發(fā)生，致使正常放電率低下，間隙狀態(tài)的穩(wěn)定直接影響到加工質(zhì)量和加工效率，因此提高微小孔電火花加工裝置主軸的伺服跟蹤能力實(shí)現(xiàn)放電間隙狀態(tài)的快速調(diào)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)高效、高精度微小孔電火花加工的關(guān)鍵。目前用電機(jī)帶動滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)主軸上下運(yùn)動的驅(qū)動技術(shù)成熟，被廣泛地應(yīng)用于電火花加工機(jī)床，但由于這種驅(qū)動方式下運(yùn)動部件慣性比較大，伺服響應(yīng)頻率很低，響應(yīng)速度較慢，跟蹤性差，且反向間隙不易補(bǔ)償，難以滿足微小孔電火花加工中快速調(diào)節(jié)放電間隙狀態(tài)的要求。直線電機(jī)具有響應(yīng)迅速、結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛性高、精度和重復(fù)定位精度高、速度快、加速度大、行程不受限制等優(yōu)點(diǎn)，但由于其本身存在齒槽效應(yīng)和邊緣效應(yīng)等問題，會造成力矩紋波，使控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，且三維工件加工時須依靠三軸的聯(lián)動來實(shí)現(xiàn)，增大了驅(qū)動系統(tǒng)的慣性，降低了伺服響應(yīng)頻率。壓電陶瓷驅(qū)動器響應(yīng)速度快，易于實(shí)現(xiàn)一維小行程(數(shù)微米至數(shù)十微米)的快速定位，亦可采用宏微復(fù)合控制技術(shù)進(jìn)行一個自由度(方向)的伺服進(jìn)給，三維加工時，由于各軸間需采用疊層結(jié)構(gòu)，且壓電陶瓷橫向負(fù)載能力差，因此受到行程和帶負(fù)載能力小的限制多應(yīng)用于小行程的驅(qū)動裝置或精密定位中。市售的普通電火花加工機(jī)床伺服響應(yīng)頻率在幾十赫茲左右，難以滿足微小孔(微細(xì))電火花加工中間隙放電狀態(tài)的快速調(diào)節(jié)。如何提高微小孔電火花加工中主軸的伺服響應(yīng)頻率，使加工達(dá)到穩(wěn)定的放電間隙狀態(tài)，成為研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。微小孔電極的在線制作是實(shí)現(xiàn)微小孔電火花加工的關(guān)鍵。目前，微小孔電極的加工主要有反拷塊法、線電極電火花磨削法(WEDG法)等。反拷塊法、線電極電火花磨削法， 加工精度高，但制作微細(xì)電極所需時間長，效率低。由于微小孔電火花加工中電極損耗大， 加工中需要不斷地進(jìn)行補(bǔ)償，而電極的直徑小、剛度低、長度短，且加工的孔與在線制作的微細(xì)電極是對應(yīng)的，加工不同直徑的孔要在線制作不同直徑的電極，因此微小孔電極需要經(jīng)常地修整或者重新制作及更換，這就增加了加工輔助時間，降低了生產(chǎn)效率。因此，如何縮短電極制作準(zhǔn)備時間，避免多次更換安裝電極，成為研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有微小孔電火花加工過程中主軸伺服響應(yīng)頻率低、響應(yīng)速度慢、實(shí)時跟蹤性差，放電間隙頻繁空載短路，有效放電率低，電極長度短、損耗快、需頻繁更換，加工效率低的問題，以及現(xiàn)有微小孔電火花加工方式在加工復(fù)雜形狀孔與微結(jié)構(gòu)方面的問題，進(jìn)而提供一種基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置，包括徑向磁軸承定子鐵芯、徑向磁軸承定子線圈、軸向磁軸承線圈、帶編碼器的直流電機(jī)、主動齒輪、從動齒輪、電刷、集電環(huán)、絕緣轉(zhuǎn)盤、外轉(zhuǎn)子永磁體、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體、柔性導(dǎo)線、磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子、軸向電渦流位移傳感器、轉(zhuǎn)子端蓋、磁耦合外轉(zhuǎn)子、保持軸承、角接觸球軸承、徑向電渦流位移傳感器、 探測環(huán)、第一隔磁環(huán)、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯、第二隔磁環(huán)、永磁環(huán)、聚磁鐵環(huán)、中空心軸、下殼體、中間殼體、彈性擋圈、聯(lián)軸器、有機(jī)玻璃擋板、連接板、上蓋、電刷架、調(diào)節(jié)螺釘、上殼體、 壓環(huán)和線圈骨架，所述中間殼體與上殼體、下殼體之間通過壓環(huán)導(dǎo)向定位安裝，帶編碼器的直流電機(jī)通過L形電機(jī)座固定在上殼體上，帶編碼器的直流電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與主動齒輪相連接，中空心軸設(shè)置在上殼體、中間殼體和下殼體形成的空間內(nèi)的中心處，探測環(huán)、第一隔磁環(huán)、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯、第二隔磁環(huán)、永磁環(huán)和聚磁鐵環(huán)自上而下一次設(shè)置在中空心軸上，探測環(huán)上部的中空心軸上設(shè)有彈性擋圈，有機(jī)玻璃擋板設(shè)置在上殼體的上部，有機(jī)玻璃擋板的上部設(shè)置有上蓋，上蓋的中心處設(shè)置有軸向電渦流位移傳感器，有機(jī)玻璃擋板和上蓋通過連接板用螺釘固定在一起，下殼體的空間內(nèi)設(shè)置有徑向磁軸承定子鐵芯，徑向磁軸承定子鐵芯上設(shè)置有徑向磁軸承定子線圈，中間殼體的空間內(nèi)設(shè)置有軸向磁軸承線圈，軸向磁軸承線圈的外部設(shè)置有線圈骨架，中空心軸的上部固定連接有磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子上部的中空心軸設(shè)置有轉(zhuǎn)子端蓋，柔性導(dǎo)線穿過轉(zhuǎn)子端蓋進(jìn)入中空心軸空腔內(nèi)，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)置有內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體，保持軸承設(shè)置在上殼體上端中空心軸的外側(cè)，角接觸球軸承設(shè)置在上殼體上端絕緣轉(zhuǎn)盤的外側(cè)，徑向電渦流位移傳感器固定在上殼體和下殼體內(nèi)，絕緣轉(zhuǎn)盤的下端設(shè)置在角接觸球軸承內(nèi)側(cè)的上殼體上，磁耦合外轉(zhuǎn)子固定在絕緣轉(zhuǎn)盤的上部，磁耦合外轉(zhuǎn)子上固定有外轉(zhuǎn)子永磁體，從動齒輪固定在絕緣轉(zhuǎn)盤的中部，從動齒輪與主動齒輪嚙合，集電環(huán)固定在絕緣轉(zhuǎn)盤上部的外側(cè)，電刷架固定在有機(jī)玻璃擋板上，電刷架上固定有電刷，電刷外側(cè)的有機(jī)玻璃擋板上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
I)利用磁懸浮驅(qū)動技術(shù)可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的特性，通過對磁懸浮主軸的伺服控制，實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動，提高主軸的伺服跟蹤速度，達(dá)到放電間隙狀態(tài)的快速調(diào)節(jié)。2)通過在X、Y平面內(nèi)電磁驅(qū)動的精確、快速控制，實(shí)現(xiàn)主軸的搖動、平動、繞X、Y 軸的傾斜旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以及復(fù)雜曲線軌跡的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)微小直孔、錐孔、階梯孔及微結(jié)構(gòu)的電火花高速、高精度加工。3)主軸采用中空形式，可以容納一定長度的電極絲，并且利用細(xì)長電極絲作為微細(xì)電極，采用將細(xì)長電極夾緊及定長損耗補(bǔ)償遞進(jìn)機(jī)構(gòu)安裝在中空的磁懸浮主軸下端部的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)電極的夾緊與進(jìn)給，便于電極絲在損耗后的補(bǔ)償。減少了電極多次裝夾帶來的誤差，同時也減少了加工輔助時間。4)每次只需要更換相應(yīng)尺寸的四爪夾頭與導(dǎo)向器，即可實(shí)現(xiàn)不同直徑細(xì)長電極的夾持，使得該夾持機(jī)構(gòu)具有很大的柔性，可以根據(jù)不同的加工需要，可以實(shí)現(xiàn)直徑為 Φ 100 μ m Φ 300 μ m的系列孔徑的微小直孔、錐孔、階梯孔加工。


圖I是基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置的原理圖2是基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖3是基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置的磁耦合旋轉(zhuǎn)單元結(jié)構(gòu)示意圖4是基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置的徑向磁軸承結(jié)構(gòu)示意
圖5是基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置的軸向磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖。圖中附圖標(biāo)記I是電極絲。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。如圖f圖5所示，本實(shí)施例所涉及的一種基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置，包括徑向磁軸承定子鐵芯3、徑向磁軸承定子線圈4、軸向磁軸承線圈
5、帶編碼器的直流電機(jī)6、主動齒輪7、從動齒輪8、電刷9、集電環(huán)10、絕緣轉(zhuǎn)盤11、外轉(zhuǎn)子永磁體12、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體13、柔性導(dǎo)線14、磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子15、軸向電渦流位移傳感器16、轉(zhuǎn)子端蓋17、磁耦合外轉(zhuǎn)子18、保持軸承19、角接觸球軸承20、徑向電渦流位移傳感器21、探測環(huán)22、第一隔磁環(huán)23、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯24、第二隔磁環(huán)25、永磁環(huán)26、聚磁鐵環(huán)27、 中空心軸28、下殼體29、中間殼體30、彈性擋圈31、聯(lián)軸器32、有機(jī)玻璃擋板33、連接板34、 上蓋35、電刷架36、調(diào)節(jié)螺釘37、上殼體38、壓環(huán)39和線圈骨架40，所述中間殼體30與上殼體38、下殼體29之間通過壓環(huán)39導(dǎo)向定位安裝，帶編碼器的直流電機(jī)6通過L形電機(jī)座固定在上殼體38上，帶編碼器的直流電機(jī)6的輸出軸通過聯(lián)軸器32與主動齒輪7相連接，中空心軸28設(shè)置在上殼體38、中間殼體30和下殼體29形成的空間內(nèi)的中心處，探測環(huán) 22、第一隔磁環(huán)23、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯24、第二隔磁環(huán)25、永磁環(huán)26和聚磁鐵環(huán)27自上而下一次設(shè)置在中空心軸28上，探測環(huán)22上部的中空心軸28上設(shè)有彈性擋圈31，有機(jī)玻璃擋板33設(shè)置在上殼體38的上部，有機(jī)玻璃擋板33的上部設(shè)置有上蓋35，上蓋35的中心處設(shè)置有軸向電渦流位移傳感器16，有機(jī)玻璃擋板33和上蓋35通過連接板34用螺釘固定在一起，下殼體29的空間內(nèi)設(shè)置有徑向磁軸承定子鐵芯3，徑向磁軸承定子鐵芯3上設(shè)置有徑向磁軸承定子線圈4，中間殼體30的空間內(nèi)設(shè)置有軸向磁軸承線圈5，軸向磁軸承線圈5 的外部設(shè)置有線圈骨架40，中空心軸28的上部固定連接有磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子15，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子 15上部的中空心軸28設(shè)置有轉(zhuǎn)子端蓋17，柔性導(dǎo)線14穿過轉(zhuǎn)子端蓋17進(jìn)入中空心軸28空腔內(nèi)，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子15設(shè)置有內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體13，保持軸承19設(shè)置在上殼體38上端中空心軸28的外側(cè)，角接觸球軸承20設(shè)置在上殼體38上端絕緣轉(zhuǎn)盤的外側(cè)，徑向電渦流位移傳感器21固定在上殼體38和下殼體29內(nèi)，絕緣轉(zhuǎn)盤11的下端設(shè)置在角接觸球軸承20內(nèi)側(cè)的上殼體38上，磁耦合外轉(zhuǎn)子18固定在絕緣轉(zhuǎn)盤11的上部，磁耦合外轉(zhuǎn)子18上固定有外轉(zhuǎn)子永磁體12，從動齒輪8固定在絕緣轉(zhuǎn)盤11的中部，從動齒輪8與主動齒輪7嚙合，集電環(huán)10固定在絕緣轉(zhuǎn)盤11上部的外側(cè)，電刷架36固定在有機(jī)玻璃擋板33上，電刷架36 上固定有電刷9，電刷9外側(cè)的有機(jī)玻璃擋板33上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘37。工作原理如圖I所示，帶編碼器的直流電機(jī)6通過主動齒輪7和從動齒輪8的嚙合，減速帶動磁稱合環(huán)節(jié)的磁稱合外轉(zhuǎn)子18轉(zhuǎn)動，磁稱合外轉(zhuǎn)子18同時又通過外轉(zhuǎn)子永磁體12和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體13之間的相互作用力，帶動同軸的磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子15，在錯開一個微小的角度后，非接觸地同步旋轉(zhuǎn)。同時，由于磁耦合環(huán)節(jié)的內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間是同步旋轉(zhuǎn)，可以通過電刷9給集電環(huán)10供電，再通過細(xì)長的柔性導(dǎo)線14將脈沖電源的電引導(dǎo)到電極絲夾緊定長損耗補(bǔ)償機(jī)構(gòu)2的夾持部位，從而實(shí)現(xiàn)電極供電。主軸的旋轉(zhuǎn)速度，是通過帶編碼器的直流電機(jī)6自身后端部帶的光電編碼器輸出的脈沖信號，形成反饋環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)精確控制。同時，主軸由于自身的重量，會相對于磁耦合外轉(zhuǎn)子18下沉一定距離，磁耦合環(huán)節(jié)就會對磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子15產(chǎn)生一個向上的回復(fù)力，用以平衡轉(zhuǎn)子的重力。利用磁懸浮驅(qū)動的快速響應(yīng)特性，沿X、Y方向的平動，以及繞X、Y軸方向的轉(zhuǎn)動的四個自由度，是通過上下兩個徑向磁軸承(徑向磁軸承定子鐵芯3、徑向磁軸承定子線圈4 和徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯24構(gòu)成)共同作用來實(shí)現(xiàn)的。通過在X、Y平面內(nèi)電磁驅(qū)動的精確、 快速控制，實(shí)現(xiàn)主軸的搖動、平動、繞X、Y軸的傾斜旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以及復(fù)雜曲線軌跡的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)不同孔徑系列微小直孔、錐孔、階梯孔及微結(jié)構(gòu)的電火花高速、高精度加工。Z向主軸在一定行程內(nèi)的進(jìn)給與快速回退，是通過軸向磁軸承的線圈5與永磁環(huán) 26之間的洛倫茲力來實(shí)現(xiàn)的，并且采用兩個永磁環(huán)26對稱布置，中間夾著一個聚磁鐵環(huán)27 的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)在Z向行程± Imm范圍內(nèi)的進(jìn)給與快速回退，響應(yīng)頻率可以達(dá)到150Hz以上。從而實(shí)現(xiàn)了主軸的微量進(jìn)給與快速伺服回退，可以改善加工狀態(tài)，有效提高放電率，從而在一定程度上提高加工效率。如圖2所示，帶編碼器的直流電機(jī)6通過L形電機(jī)座固定在外殼體上，同時電機(jī)端部輸出軸通過聯(lián)軸器32與主動齒輪7相連接，嚙合從動齒輪8旋轉(zhuǎn)。從動齒輪8又通過螺釘固定在絕緣轉(zhuǎn)盤11的法蘭上，同時集電環(huán)10也通過螺釘固定在絕緣轉(zhuǎn)盤11的法蘭上， 磁耦合外轉(zhuǎn)子18過盈配合安裝到絕緣轉(zhuǎn)盤11的凹槽中，并通過膠接與絕緣轉(zhuǎn)盤11固定， 這樣從動齒輪8、集電環(huán)10、絕緣轉(zhuǎn)盤11與磁耦合外轉(zhuǎn)子18相互之間固定，形成一個整體旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時絕緣轉(zhuǎn)盤由角接觸球軸承20支撐。同時，電刷9給旋轉(zhuǎn)的集電環(huán)10接觸供電， 電刷9安裝在電刷架36中，電刷架36又通過螺釘固定在絕緣的有機(jī)玻璃擋板33上，這樣就使得電刷9的電不致引導(dǎo)到整個金屬殼體上，并且絕緣轉(zhuǎn)盤11也將集電環(huán)10與整個殼體絕緣隔離開來，這樣就實(shí)現(xiàn)了殼體的電氣隔離，不至于對后續(xù)的電磁控制產(chǎn)生耦合影響作用。同時，由于電刷9存在摩擦損耗問題，隨著使用過程的進(jìn)行，電刷長度會逐漸縮小，壓縮彈簧的壓力也會逐漸降低，會造成接觸效果變差，影響供電性能。為此，在電刷彈簧后部安裝了一個調(diào)整螺釘37，通過調(diào)整螺釘37在固定螺母內(nèi)的旋合可以隨時改變彈簧的壓力， 從而保證電刷的充分接觸；又不致壓得太緊，造成電刷損耗過快，影響使用壽命。
磁耦合環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，所述外轉(zhuǎn)子永磁體12和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體13均為八個，八個外轉(zhuǎn)子永磁體12鑲裝在磁耦合外轉(zhuǎn)子18的槽中，八個內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體13鑲裝在磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子15的槽中，并通過強(qiáng)力磁性膠固定。內(nèi)外轉(zhuǎn)子的八個磁體分別按照NS交叉方式圓周排列，將內(nèi)外轉(zhuǎn)子的磁體工作面對齊，即自動耦合，并且內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。旋轉(zhuǎn)主軸主要由中空心軸28、探測環(huán)22、第一隔磁環(huán)23、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯24、 第二隔磁環(huán)25、永磁環(huán)26、聚磁鐵環(huán)27以及彈性擋圈31組成。其中，探測環(huán)22、第一隔磁環(huán)23、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯24、第二隔磁環(huán)25、永磁環(huán)26、聚磁鐵環(huán)27在中空心軸28上采用完全對稱設(shè)置，分別對應(yīng)上下兩個徑向磁軸承和中間的軸向磁軸承。零件在中空心軸28 上采用軸肩定位，并用彈性擋圈31加以軸向固定。由于在加工過程中，為了改善加工狀態(tài)， 便于排屑，主軸要實(shí)現(xiàn)一定速度的回轉(zhuǎn)，因此，主軸的回轉(zhuǎn)精度是一個很重要的指標(biāo)。鑒于此，旋轉(zhuǎn)主軸與磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子15之間通過內(nèi)外圓錐配合，并用帶內(nèi)螺紋的轉(zhuǎn)子端蓋17旋壓緊固，同時轉(zhuǎn)子端蓋17側(cè)面開有橫向的方形通孔，便于柔性導(dǎo)線14穿過轉(zhuǎn)子端蓋17進(jìn)入中空心軸28空腔，同時又不影響軸向電渦流位移傳感器16對軸向位置的檢測；中空心軸 28與電極絲夾持進(jìn)給補(bǔ)償機(jī)構(gòu)2之間的機(jī)械連接也采用圓錐配合，并通過旋緊螺母進(jìn)行緊固。這樣通過內(nèi)外圓錐面之間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。并且圓錐配合具有自定心作用，可以保證很高的同軸精度，并且間隙或過盈量可以調(diào)整。主軸裝置兩端處各有一個保持軸承19，在軸承正常工作期間，保持軸承19不與中空心軸28接觸，當(dāng)突然斷電或磁軸承系統(tǒng)失控時，保持軸承19起臨時支承高速旋轉(zhuǎn)的中空心軸28的作用，防止中空心軸28與徑向磁軸承定子鐵芯3相碰撞而損壞整個軸承系統(tǒng)。而且保持軸承19無論在徑向還是在軸向都對轉(zhuǎn)軸28起到保護(hù)作用。徑向磁軸承結(jié)構(gòu)如圖4所示，徑向磁軸承定子鐵芯3的周向開有一個方形槽3a，與上殼體38和下殼體29內(nèi)孔周向的方槽通過平鍵連接，保證徑向磁軸承定子鐵芯3的周向定位。軸向磁軸承結(jié)構(gòu)如圖5所示，軸向磁軸承線圈5緊密纏繞在線圈骨架40上，兩個對稱布置的軸向充磁的永磁環(huán)26夾著一個聚磁鐵環(huán)27。當(dāng)軸向磁軸承線圈5中通以如圖所示方向的電流時，根據(jù)洛倫茲力原理，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生一個向上的驅(qū)動力，使得主軸實(shí)現(xiàn)回退，當(dāng)需要主軸向下進(jìn)給時，只要通以反向的電流即可。中間殼體30與上殼體38、下殼體29之間通過壓環(huán)39導(dǎo)向定位安裝，同時壓環(huán)39 也起著固定上下徑向磁軸承定子鐵芯3與線圈骨架40的作用，殼體再與有機(jī)玻璃擋板33 和上蓋35通過連接板34用螺釘固定在一起。對于五自由度的磁懸浮驅(qū)動系統(tǒng)，需要在上下徑向磁軸承的X、Y軸各安裝一個徑向電渦流位置傳感器21，用以測定轉(zhuǎn)子沿X、Y軸與繞X、Y軸四個自由度的位移；同時還需要在Z軸安裝一個軸向電渦流位置傳感器16，用以測定轉(zhuǎn)子的軸向位移。根據(jù)電渦流位移傳感器的測量量程，調(diào)整安裝好其位置后，用雙螺母加以固定。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，這些具體實(shí)施方式
都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實(shí)現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置，包括徑向磁軸承定子鐵芯、徑向磁軸承定子線圈、軸向磁軸承線圈、帶編碼器的直流電機(jī)、主動齒輪、從動齒輪、電刷、集電環(huán)、絕緣轉(zhuǎn)盤、外轉(zhuǎn)子永磁體、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體、柔性導(dǎo)線、磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子、軸向電渦流位移傳感器、轉(zhuǎn)子端蓋、磁耦合外轉(zhuǎn)子、保持軸承、角接觸球軸承、徑向電渦流位移傳感器、 探測環(huán)、第一隔磁環(huán)、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯、第二隔磁環(huán)、永磁環(huán)、聚磁鐵環(huán)、中空心軸、下殼體、中間殼體、彈性擋圈、聯(lián)軸器、有機(jī)玻璃擋板、連接板、上蓋、電刷架、調(diào)節(jié)螺釘、上殼體、 壓環(huán)和線圈骨架，其特征在于，所述中間殼體與上殼體、下殼體之間通過壓環(huán)導(dǎo)向定位安裝，帶編碼器的直流電機(jī)通過L形電機(jī)座固定在上殼體上，帶編碼器的直流電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與主動齒輪相連接，中空心軸設(shè)置在上殼體、中間殼體和下殼體形成的空間內(nèi)的中心處，探測環(huán)、第一隔磁環(huán)、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯、第二隔磁環(huán)、永磁環(huán)和聚磁鐵環(huán)自上而下一次設(shè)置在中空心軸上，探測環(huán)上部的中空心軸上設(shè)有彈性擋圈，有機(jī)玻璃擋板設(shè)置在上殼體的上部，有機(jī)玻璃擋板的上部設(shè)置有上蓋，上蓋的中心處設(shè)置有軸向電渦流位移傳感器，有機(jī)玻璃擋板和上蓋通過連接板用螺釘固定在一起，下殼體的空間內(nèi)設(shè)置有徑向磁軸承定子鐵芯，徑向磁軸承定子鐵芯上設(shè)置有徑向磁軸承定子線圈，中間殼體的空間內(nèi)設(shè)置有軸向磁軸承線圈，軸向磁軸承線圈的外部設(shè)置有線圈骨架，中空心軸的上部固定連接有磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子上部的中空心軸設(shè)置有轉(zhuǎn)子端蓋，柔性導(dǎo)線穿過轉(zhuǎn)子端蓋進(jìn)入中空心軸空腔內(nèi)，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)置有內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體，保持軸承設(shè)置在上殼體上端中空心軸的外側(cè)，角接觸球軸承設(shè)置在上殼體上端絕緣轉(zhuǎn)盤的外側(cè)，徑向電渦流位移傳感器固定在上殼體和下殼體內(nèi)，絕緣轉(zhuǎn)盤的下端設(shè)置在角接觸球軸承內(nèi)側(cè)的上殼體上，磁耦合外轉(zhuǎn)子固定在絕緣轉(zhuǎn)盤的上部，磁耦合外轉(zhuǎn)子上固定有外轉(zhuǎn)子永磁體，從動齒輪固定在絕緣轉(zhuǎn)盤的中部，從動齒輪與主動齒輪嚙合，集電環(huán)固定在絕緣轉(zhuǎn)盤上部的外側(cè)，電刷架固定在有機(jī)玻璃擋板上，電刷架上固定有電刷，電刷外側(cè)的有機(jī)玻璃擋板上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置，其特征在于，探測環(huán)、第一隔磁環(huán)、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯、第二隔磁環(huán)、永磁環(huán)和聚磁鐵環(huán)在中空心軸上采用完全對稱設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置，其特征在于，所述外轉(zhuǎn)子永磁體和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體均為八個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于磁懸浮伺服驅(qū)動的微小孔電火花加工的主軸裝置，所述中空心軸的上部固定連接有磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子上部的中空心軸設(shè)置有轉(zhuǎn)子端蓋，柔性導(dǎo)線穿過轉(zhuǎn)子端蓋進(jìn)入中空心軸空腔內(nèi)，磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)置有內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體，徑向電渦流位移傳感器固定在上殼體內(nèi)，絕緣轉(zhuǎn)盤的下端設(shè)置在角接觸球軸承內(nèi)側(cè)的上殼體上，磁耦合外轉(zhuǎn)子固定在絕緣轉(zhuǎn)盤的上部，磁耦合外轉(zhuǎn)子上固定有外轉(zhuǎn)子永磁體，本發(fā)明有利于電蝕產(chǎn)物的及時排出，改善放電間隙的放電條件，有利于提高電火花微小孔加工的加工質(zhì)量與加工效率?？梢愿鶕?jù)不同的加工需要，可以實(shí)現(xiàn)直徑為φ100μm～φ300μm的系列孔徑的微小直孔、錐孔、階梯孔加工。
文檔編號B23H11/00GK102601473SQ201210065550
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者侯朋舉, 凌澤斌, 張凱, 郭永豐, 陳蘭 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)