CN117259799B - 一种机床主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床主轴，以解决现有机床主轴的主轴冷却系统对电机定子的冷却效果不理想的技术问题。机床主轴中，主轴冷却系统还包含套设在所述主轴本体的内侧壁与所述电机定子的外侧壁之间的中间套筒，所述主轴本体的内侧壁和/或所述中间套筒的外侧壁上开设有冷却液槽，所述冷却液槽形成包覆于所述电机定子的外侧的冷却液流路，所述冷却液流路的输入端和输出端分别通过开设在所述主轴本体的壳层内的孔而接入所述冷却液通道网络中，所述中间套筒两端与所述主轴本体的配合面上设置有密封元件。能够对所述电机定子进行更有效的冷却。

Description

一种机床主轴

技术领域

本公开实施例涉及机床主轴。所述机床通常可以是数控机床（CNC机床，即Computer Numerical Control机床），尤其可以是主轴被伺服机构带动能够至少在三维空间的X向坐标轴、Y向坐标轴和Z向坐标轴进给的机床（如各类加工中心，也包括雕刻机）。

背景技术

申请人设计制造的一种机床主轴主要包括主轴本体、主轴电机、轴芯、前轴承系、后轴承系、刀柄锁定与释放机构和主轴冷却系统等七个部分。具体而言：1）所述主轴本体是机床主轴的核心支撑部件，用于与机床主轴其余零部件装配形成机床主轴；2）所述主轴电机包含电机定子和电机转子，所述电机定子固定在所述主轴本体中，所述电机转子与所述电机定子适配；3）所述轴芯通过前轴承系和后轴承系可转动安装于所述主轴本体中并随所述电机转子转动，所述轴芯前端设有刀柄装配结构；4）所述前轴承系包含前轴承座和前轴承，所述前轴承座设置在所述主轴本体前端，所述前轴承安装在所述前轴承座中并旋转支撑所述轴芯前部；5）所述后轴承系包含后轴承座和后轴承，所述后轴承座设置在所述主轴本体后端，所述后轴承安装在所述后轴承座中并旋转支撑所述轴芯后部；6）所述刀柄锁定与释放机构包含执行机构和驱动机构，当所述驱动机构运行第一驱动方式时所述执行机构可锁定刀柄而使该刀柄与所述刀柄装配结构紧密配合（这样，刀柄与所述刀柄装配结构之间能够传递扭矩，以使得主轴电机能够通过电机转子、轴芯和刀柄装配结构带动刀柄高速旋转），当所述驱动机构运行第二驱动方式时所述执行机构释放刀柄而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离；7）所述主轴冷却系统包含冷却液通道网络，所述冷却液通道网络中的冷却液通道分布于所述主轴本体、所述前轴承座以及所述后轴承座的壳层内并分别与机床冷却液输入接口和机床冷却液回流接口连接。

通常而言，所述刀柄锁定与释放机构中，所述执行机构包含拉杆和刀柄夹持用张合部件，所述刀柄夹持用张合部件安装在所述拉杆的前端以组成刀柄夹持机构，所述刀柄夹持机构套装在所述轴芯中并可在所述拉杆的驱动下整体轴向前后运动，所述轴芯中用于容纳所述刀柄夹持用张合部件的通道中具有前端扩大部和后端收缩部，当所述刀柄夹持机构在所述拉杆的驱动下整体轴向从前往后运动而使所述刀柄夹持用张合部件从所述前端扩大部向所述后端收缩部运动时，所述刀柄夹持用张合部件受到所述后端收缩部的挤压而向内合拢从而可夹紧刀柄头部并带动刀柄与所述刀柄装配结构紧密配合，当所述刀柄夹持机构在所述拉杆的驱动下整体轴向从后往前运动而使所述刀柄夹持用张合部件从所述后端收缩部向所述前端扩大部运动时，所述刀柄夹持用张合部件逐渐释放开刀柄头部而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离。而所述驱动机构则包含拉杆前移顶推机构和拉杆后移复位机构，所述拉杆前移顶推机构安装在所述主轴本体的后端（后轴承座之后）并具有与所述拉杆后端对应的顶推部件以及用于驱动该顶推部件向前移动的顶推驱动装置（通常采用气缸），所述拉杆后移复位机构具有安装在所述轴芯与所述拉杆之间并持续地施加给所述拉杆向后运动的弹力的弹性部件，当所述驱动机构运行第二驱动方式时，所述顶推部件向前运动并顶推所述拉杆向前运动时所述拉杆克服弹性部件的弹力使所述刀柄夹持机构整体轴向从后往前运动，当所述驱动机构运行第一驱动方式时，所述顶推部件向后运动并脱离所述拉杆时所述拉杆通过所述弹性部件的弹力使所述刀柄夹持机构整体轴向从前往后运动。

申请人于2022年11月30日提交了多份专利申请（公开号分别为CN115740518A、CN115740517A、CN115722690A、CN115971519A、CN115815644A、CN115722689A），涉及对上述机床主轴的多处改进。在公开号为CN115722690A和CN115971519A的专利文献中，对刀柄锁定与释放机构进行了具体说明并改进了刀柄锁定与释放机构中的换刀吹尘机构，能够更好的在换刀过程中清理刀柄装配结构上的切屑，保证刀柄安装定位精度；但是，现有刀柄锁定与释放机构中的刀柄夹持机构的刀柄夹持用张合部件在释放开刀柄头部时，需要依靠扭簧的弹力来驱动刀柄夹持用张合部件张开，实践中容易出现刀柄夹持用张合部件张开失效导致无法释放刀柄的问题。同样在公开号为CN115722690A和CN115971519A的专利文献中，还在图12-图13以及相关的说明中提及了对主轴冷却系统的改进，涉及在主轴本体的壳层设置冷却液通道的具体结构，从而提高对主轴本体的冷却效果；然而，上述结构对机床主轴运行时的主要发热源即电机定子的冷却效果还需进一步改善。

在公开号为CN115740518A的专利文献中，改进了所述刀柄锁定与释放机构与所述轴芯之间设置的用于防止所述拉杆与所述轴芯之间相对转动的止转结构，利用轴芯后端端盖与设置在所述拉杆后段上并穿套在所述轴芯后端端盖中的止转头来防止所述拉杆与所述轴芯之间 相对转动；然而，由于轴芯后端端盖与止转头配合精度高，同时，轴芯后端端盖又需要安装在轴芯后端面上，而机床主轴又不可避免的存在装配误差，这就导致轴芯后端端盖可能无法既与止转头高精度配合又与轴芯后端面上的连接结构配合，造成装配困难。同样在公开号为CN115740518A的专利文献中，还可以看到：所述拉杆上在靠近所述轴芯后端的部位（具体在止转头之前）还设有拉杆后部凸肩，所述弹性部件的后端通过作用于所述拉杆后部凸肩的前端面从而持续地施加给所述拉杆向后运动的弹力。目前，在拉杆后部凸肩与轴芯内侧壁的配合面上通常需填充起润滑和耐磨保护作用的胶（如POM树脂，即聚甲醛树脂），发明人发现：机床主轴发热后会导致胶的粘度增大，这时，就会导致拉杆的轴向移动阻力增大，容易导致换刀失败或拉杆无法复位等故障。

另外，在上述公开号为CN115740518A、CN115740517A、CN115722690A、CN115971519A、CN115815644A、CN115722689A的专利文献中，提供了两种刀柄装配结构。一种刀柄装配结构包含轴芯锥形内孔壁，当所述刀柄装配结构与刀柄紧密配合时，所述轴芯锥形内孔壁与该刀柄上的对应配合面紧密配合；另一种刀柄装配结构包含轴芯前端面和轴芯锥形内孔壁中至少轴芯锥形内孔壁，当所述刀柄装配结构与刀柄紧密配合时，所述轴芯前端面和所述轴芯锥形内孔壁分别与该刀柄上的对应配合面紧密配合。发明人发现：由于刀柄与机床主轴之间的扭矩传递主要依靠轴芯锥形内孔壁与该刀柄上的对应配合面紧密配合来实现，当特殊加工中刀具遇到大的切削阻力时（例如切削余量大、材料硬度高等大负载场合），由于刀柄与机床主轴之间传递的扭矩不足，刀柄可能与轴芯发生相对转动。

发明内容

本公开实施例的一个目的在于提供一种机床主轴，以解决现有机床主轴的刀柄锁定与释放机构中的刀柄夹持机构无法释放刀柄的技术问题。

本公开实施例的一个目的在于提供一种机床主轴，以解决现有机床主轴的主轴冷却系统对电机定子的冷却效果不理想的技术问题。

第一个方面，一种机床主轴，包括：

主轴本体；

主轴电机，所述主轴电机包含电机定子和电机转子，所述电机定子固定在所述主轴本体中，所述电机转子与所述电机定子适配；

轴芯，所述轴芯通过前轴承系和后轴承系可转动安装于所述主轴本体中并随所述电机转子转动，所述轴芯前端设有刀柄装配结构；

前轴承系，所述前轴承系包含前轴承座和前轴承，所述前轴承座设置在所述主轴本体前端，所述前轴承安装在所述前轴承座中并旋转撑所述轴芯前部；

后轴承系，所述后轴承系包含后轴承座和后轴承，所述后轴承座设置在所述主轴本体后端，所述后轴承安装在所述后轴承座中并旋转支撑所述轴芯后部；

刀柄锁定与释放机构，所述刀柄锁定与释放机构包含执行机构和驱动机构，当所述驱动机构运行第一驱动方式时所述执行机构可锁定刀柄而使该刀柄与所述刀柄装配结构紧密配合，当所述驱动机构运行第二驱动方式时所述执行机构释放刀柄而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离；

所述刀柄锁定与释放机构中，所述执行机构包含拉杆和刀柄夹持用张合部件，所述刀柄夹持用张合部件安装在所述拉杆的前端以组成刀柄夹持机构，所述刀柄夹持机构套装在所述轴芯中，所述驱动机构包含拉杆前移顶推机构和拉杆后移复位机构，所述拉杆前移顶推机构安装在所述主轴本体的后端并具有与所述拉杆后端对应的顶推部件以及用于驱动该顶推部件向前移动的顶推驱动装置，所述拉杆后移复位机构具有安装在所述轴芯与所述拉杆之间并持续地施加给所述拉杆向后运动的弹力的弹性部件，当所述驱动机构运行第一驱动方式时，所述顶推部件向后运动并脱离所述拉杆且所述拉杆通过所述弹性部件的弹力而轴向从前往后运动，当所述驱动机构运行第二驱动方式时，所述顶推部件向前运动并顶推所述拉杆向前运动且所述拉杆克服弹性部件的弹力而轴向从后往前运动；

其中，所述拉杆的前端安装有移动胀套，该移动胀套的柱面上靠近该移动胀套的前端和后端分别具有第一变径段和第二变径段；

所述刀柄夹持用张合部件包含安装在所述移动胀套的外侧并沿该移动胀套一周间隔排布的拉爪瓣爪，所述拉爪瓣爪具有由前往后依次设置的倒钩部、颈部和头部，所述头部的外侧面的前端面为锥面或球面；

所述轴芯中位于所述拉爪瓣爪的外侧可拆卸固定安装有定位环，所述定位环的外环面上设有定位台阶，所述定位台阶与所述轴芯的对应台阶孔相适配，所述定位台阶与所述台阶孔相互配合的端面之间安装有轴向定位垫圈，所述定位环的后端面形成拉爪支撑面，所述拉爪支撑面与所述锥面或所述球面活动配合；

所述拉杆上位于所述移动胀套之后套装有与该拉杆轴向活动配合的轴向预紧结构，所述轴向预紧结构包含与所述轴芯轴向固定配合的固定部、与所述轴芯轴向活动配合的活动部以及压缩在所述固定部与所述活动部之间的压缩弹簧，所述压缩弹簧通过所述活动部持续施加给所述拉爪瓣爪的头部向前的作用力；

当所述驱动机构运行第一驱动方式时，所述移动胀套跟随拉杆轴向从前往后运动，在所述第一变径段和所述第二变径段分别与所述倒钩部的内侧面以及头部的内侧面活动配合且所述拉爪支撑面与所述锥面或所述球面活动配合下，所述拉爪瓣爪的倒钩部向外张开，使所述倒钩部的外侧部位能够夹紧刀柄头部内孔凸缘，并带动刀柄与刀柄装配结构紧密配合；

当所述驱动机构运行第二驱动方式时，所述移动胀套跟随拉杆轴向从后往前运动，在所述第一变径段和所述第二变径段分别与所述倒钩部的内侧面以及头部的内侧面活动配合且所述拉爪支撑面与所述锥面或所述球面活动配合下，所述拉爪瓣爪的倒钩部向内收缩，使所述倒钩部释放开刀柄头部内孔凸缘，从而使该刀柄能够从刀柄装配结构中脱离。

上述第一个方面的机床主轴不依靠扭簧的弹力来驱动拉爪瓣爪释放刀柄，工作稳定性高。此外，由于所述轴芯中位于所述拉爪瓣爪的外侧可拆卸固定安装有定位环，所述定位环的外环面上设有定位台阶，所述定位台阶与所述轴芯的对应台阶孔相适配，所述定位台阶与所述台阶孔相互配合的端面之间安装有轴向定位垫圈，所述定位环的后端面形成拉爪支撑面，所述拉爪支撑面与所述锥面或所述球面活动配合，由此，通过调整轴向定位垫圈的厚度，就能够调整拉爪支撑面的位置，确保拉爪瓣爪按要求进行张合，方便对刀柄夹持用张合部件的调试和维修。

第二个方面，一种机床主轴，包括：

主轴本体；

主轴电机，所述主轴电机包含电机定子和电机转子，所述电机定子固定在所述主轴本体中，所述电机转子与所述电机定子适配；

轴芯，所述轴芯通过前轴承系和后轴承系可转动安装于所述主轴本体中并随所述电机转子转动，所述轴芯前端设有刀柄装配结构；

前轴承系，所述前轴承系包含前轴承座和前轴承，所述前轴承座设置在所述主轴本体前端，所述前轴承安装在所述前轴承座中并旋转支撑所述轴芯前部；

后轴承系，所述后轴承系包含后轴承座和后轴承，所述后轴承座设置在所述主轴本体后端，所述后轴承安装在所述后轴承座中并旋转支撑所述轴芯后部；

刀柄锁定与释放机构，所述刀柄锁定与释放机构包含执行机构和驱动机构，当所述驱动机构运行第一驱动方式时所述执行机构可锁定刀柄而使该刀柄与所述刀柄装配结构紧密配合，当所述驱动机构运行第二驱动方式时所述执行机构释放刀柄而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离；

主轴冷却系统，所述主轴冷却系统包含冷却液通道网络，所述冷却液通道网络中的冷却液通道分布于所述主轴本体、所述前轴承座以及所述后轴承座的壳层内并分别与机床冷却液输入接口和机床冷却液回流接口连接；

其中，所述主轴冷却系统还包含套设在所述主轴本体的内侧壁与所述电机定子的外侧壁之间的中间套筒，所述主轴本体的内侧壁和/或所述中间套筒的外侧壁上开设有冷却液槽，所述冷却液槽形成包覆于所述电机定子的外侧的冷却液流路，所述冷却液流路的输入端和输出端分别通过开设在所述主轴本体的壳层内的孔而接入所述冷却液通道网络中，所述中间套筒两端与所述主轴本体的配合面上设置有密封元件。

上述第二个方面的机床主轴通过在所述主轴本体的内侧壁与所述电机定子的外侧壁之间增设中间套筒，形成包覆于所述电机定子的外侧的冷却液流路，能够对所述电机定子进行更有效的冷却。

下面结合附图和具体实施方式对本公开实施例做进一步的说明。本公开实施例的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。

附图说明

构成本说明书的一部分的附图用来辅助对本公开实施例的理解，附图中所提供的内容及其在本说明书中有关的说明可用于解释本公开实施例，但不构成对本公开实施例的不当限定。

图1为本公开实施例一种机床主轴的全剖视图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为图1所示机床主轴中刀柄夹持用张合部件的一个方向的立体图。

图4为图1所示机床主轴中刀柄夹持用张合部件的另一个方向的立体图。

图5为图1所示机床主轴中定位环与轴芯的配合关系的立体示意图。

图6为图1中B处的局部示意图。

图7为图1所示机床主轴在另一剖面下的剖视图。

图8为图1所示机床主轴中所述中间套筒的立体图。

图9为本公开实施例一种机床主轴的轴芯与刀柄的配合关系的立体示意图。

图中标记为：主轴本体1、主轴电机2、电机定子21、电机转子22、轴芯3、刀柄装配结构31、轴芯前端面311、轴芯锥形内孔壁312、定位键313、轴芯后端端盖32、外环形件321、内环形件322、螺栓323、轴芯内吹气通道33、前轴承系4、前轴承座41、前轴承42、后轴承系5、后轴承座51、后轴承52、刀柄锁定与释放机构6、执行机构61、拉杆611、止转头6111、拉杆后部凸肩6112、耐磨环6112a、垫圈6112b、移动胀套6113、第一变径段6113a、第二变径段6113b、定位环6114、拉爪支撑面6114a、前定位环6114b、后定位环6114c、携转槽6114d、轴向定位垫圈6115、轴向预紧结构6116、压缩弹簧6116a、固定套6116b、弹簧缸6116c、中间气道6116d、固定套侧环槽6116e、固定套侧通气孔6116f、插块6116g、主吹气通道6117、拉杆侧环槽6118、拉杆侧通气孔6119、密封圈6120、刀柄夹持用张合部件612、拉爪瓣爪6121、倒钩部6121a、颈部6121b、头部6121c、径向凹槽6121d、驱动机构62、气缸621、顶推部件6211、弹性部件622、主轴冷却系统7、中间套筒71、冷却液槽711、凸环712、凹部7121、密封元件72、刀柄8、刀柄头部内孔凸缘81、键槽82。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本公开实施例。在结合附图对本公开实施例进行说明前，需要特别指出的是：

在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。

下述说明中涉及到的本公开实施例的实施例通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。

关于本说明书中术语和单位：本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“前”、“后”表示为基于附图1所示机床主轴的中心轴线的轴向方向的相对位置关系，其中刀柄所在中心轴线的轴向方向为“前”。此外，其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。

图1为本公开实施例一种机床主轴的全剖视图。参考图1，现有的机床主轴包括主轴本体1、主轴电机2、轴芯3、前轴承系4、后轴承系5、刀柄锁定与释放机构6、主轴冷却系统7。所述主轴本体1是机床主轴的核心支撑部件，用于与机床主轴其余零部件装配形成机床主轴。所述主轴电机2包含电机定子21和电机转子22，所述电机定子21固定在所述主轴本体1中，所述电机转子22与所述电机定子21适配。所述轴芯3通过前轴承系4和后轴承系5可转动安装于所述主轴本体1中并随所述电机转子22转动，所述轴芯3前端设有刀柄装配结构31。所述前轴承系4包含前轴承座41和前轴承42，所述前轴承座41设置在所述主轴本体1前端，所述前轴承42安装在所述前轴承座41中并旋转支撑所述轴芯3前部。所述后轴承系5包含后轴承座51和后轴承52，所述后轴承座51设置在所述主轴本体1后端，所述后轴承52安装在所述后轴承座51中并旋转支撑所述轴芯3后部。所述刀柄锁定与释放机构6包含执行机构61和驱动机构62，当所述驱动机构62运行第一驱动方式时所述执行机构61可锁定刀柄8而使该刀柄8与所述刀柄装配结构31紧密配合，当所述驱动机构62运行第二驱动方式时所述执行机构61释放刀柄8而使该刀柄8能够从所述刀柄装配结构31中脱离。所述主轴冷却系统7包含冷却液通道网络，所述冷却液通道网络中的冷却液通道分布于所述主轴本体1、所述前轴承座41以及所述后轴承座51的壳层内并分别与机床冷却液输入接口和机床冷却液回流接口连接。

通常而言，所述刀柄锁定与释放机构6中，所述执行机构61包含拉杆611和刀柄夹持用张合部件612，所述刀柄夹持用张合部件612安装在所述拉杆611的前端以组成刀柄夹持机构，所述刀柄夹持机构套装在所述轴芯3中并可在所述拉杆611的驱动下整体轴向前后运动，所述轴芯3中用于容纳所述刀柄夹持用张合部件的通道中具有前端扩大部和后端收缩部，当所述刀柄夹持机构在所述拉杆611的驱动下整体轴向从前往后运动而使所述刀柄夹持用张合部件612从所述前端扩大部向所述后端收缩部运动时，所述刀柄夹持用张合部件612受到所述后端收缩部的挤压而向内合拢从而可夹紧刀柄8头部并带动刀柄8与所述刀柄装配结构31紧密配合（即图1所示的状态），当所述刀柄夹持机构在所述拉杆611的驱动下整体轴向从后往前运动而使所述刀柄夹持用张合部件612从所述后端收缩部向所述前端扩大部运动时，所述刀柄夹持用张合部件612逐渐释放开刀柄8头部而使该刀柄8能够从所述刀柄装配结构31中脱离。而所述驱动机构62则包含拉杆前移顶推机构和拉杆后移复位机构，所述拉杆前移顶推机构安装在所述主轴本体1的后端（后轴承座51之后）并具有与所述拉杆611后端对应的顶推部件6211以及用于驱动该顶推部件6211向前移动的顶推驱动装置，所述拉杆后移复位机构具有安装在所述轴芯3与所述拉杆611之间并持续地施加给所述拉杆611向后运动的弹力的弹性部件622（可以是套在拉杆611后段上呈拉伸状态的矩形弹簧），当所述驱动机构62运行第二驱动方式时，所述顶推部件6211向前运动并顶推所述拉杆611向前运动时所述拉杆611克服弹性部件622的弹力使所述刀柄夹持机构整体轴向从后往前运动，当所述驱动机构62运行第一驱动方式时，所述顶推部件6211向后运动并脱离所述拉杆611时所述拉杆611通过所述弹性部件622的弹力使所述刀柄夹持机构整体轴向从前往后运动。所述顶推驱动装置通常采用了多个气缸621，这些气缸621的活塞连接在一起并同步、同向运动，顶推部件6211位于最前一个气缸621的前端，当多个气缸621的活塞同步向前运动时可以保证顶推部件6211具有较大的推力。

现有的机床主轴中，所述轴芯3中用于容纳所述刀柄夹持用张合部件612的通道中在所述前端扩大部向所述后端收缩部过渡的部位设置有与刀柄夹持用张合部件612外表面形状相适配的台阶，所述刀柄夹持用张合部件612的前端具有向内的卡爪，所述刀柄夹持用张合部件612的后端铰接于拉杆611上，同时，所述刀柄夹持用张合部件612与拉杆611之间的铰链处安装有用于驱使刀柄夹持用张合部件612向外张开的扭簧。当所述刀柄夹持机构在所述拉杆611的驱动下整体轴向从后往前运动而使所述刀柄夹持用张合部件612从所述后端收缩部向所述前端扩大部运动时，所述台阶向内挤压刀柄夹持用张合部件612以使该刀柄夹持用张合部件612发生转动，这样，所述刀柄夹持用张合部件612前端的卡爪卡入刀柄8头部前端。当所述刀柄夹持机构在所述拉杆611的驱动下整体轴向从后往前运动而使所述刀柄夹持用张合部件612从所述后端收缩部向所述前端扩大部运动时，扭簧带动刀柄夹持用张合部件612向外张开，所述刀柄夹持用张合部件612逐渐释放开刀柄8头部。然而，由于需要依靠扭簧的弹力来驱动刀柄夹持用张合部件（卡爪）张开，实践中容易出现刀柄夹持用张合部件张开失效导致无法释放刀柄的问题。

现有的机床主轴中，所述冷却液通道网络中分布于所述主轴本体1的壳层内冷却液通道可以包含多条沿所述主轴本体1的轴向开设的轴向通道，这些轴向通道之间沿所述主轴本体1的一周呈周向间隔布置，这些轴向通道的前端绝大多数两两导通（可通过在主轴本体1的前端面和/或前轴承座41的后端面面上分别开设可同时与对应相邻两个轴向通道连通的椭圆形槽即可将这些轴向通道71的前端绝大多数两两导通）且这些轴向通道的后端绝大多数两两导通（可通过在后轴承座51的前端面上分别开设可同时与对应相邻两个轴向通道连通的椭圆形槽即可将这些轴向通道的后端绝大多数两两导通）从而使得这些轴向通道被依次的串联起来，这些轴向通道中其中一条轴向通道的后端与机床冷却液输入接口连接且前端与冷却液前轴承座内输入通道连接，这些轴向通道中其中一条轴向通道的前端与冷却液前轴承座内输出通道连接，这些轴向通中其中一条轴向通道的后端与机床冷却液回流接口连接。由此，机床主轴的主轴冷却系统7将按照以下方式运行：冷却液先从一条轴向通道从后向前流动并通过冷却液前轴承座内输入通道进入所述冷却液通道网络中分布于前轴承座41的壳层内冷却液通道而对前轴承座41进行充分冷却，然后从冷却液前轴承座内输出通道进入另一条轴向通道，此后分别流过被依次串联起来的轴向通道，从而对整个主轴本体1和后轴承座51进行冷却，最后从一条轴向通道和机床冷却液回流接口流出机床主轴。然而，上述冷却液通道网络中分布于所述主轴本体1的壳层内冷却液通道对机床主轴运行时的主要发热源即电机定子21的冷却效果还有待进一步改善。

现有的机床主轴中，所述刀柄锁定与释放机构6与所述轴芯3之间还设置有用于防止所述拉杆611与所述轴芯3之间相对转动的止转结构，所述止转结构包括安装在所述轴芯3后端的轴芯后端端盖32以及设置在所述拉杆611后段上并穿套在所述轴芯后端端盖32中的止转头6111，所述止转头6111的外周壁的形状与所述轴芯后端端盖32的内周壁形状相适配并使得它们之间周向固定。通常而言，所述止转头6111的外周壁上设有止转头外周壁止转平面，所述轴芯后端端盖32的内周壁上设有端盖内周壁止转平面，所述止转头外周壁止转平面与对应所述端盖内周壁止转平面相配合。比如，止转头外周壁止转平面可以使止转头6111形成类似于螺栓头部六角形结构。这样，上述止转结构就具有了承受更大扭矩的能力。然而，由于轴芯后端端盖32与止转头6111配合精度高，同时，轴芯后端端盖32又需要安装在轴芯3后端面上，而机床主轴又不可避免的存在装配误差，这就导致轴芯后端端盖32可能无法既与止转头6111高精度配合又与轴芯3后端面上的连接结构配合（通常采用螺栓连接），造成装配困难。

现有的机床主轴中，所述拉杆611上在靠近所述轴芯3后端的部位（具体在止转头6111之前）还设有拉杆后部凸肩6112，所述弹性部件622的后端通过作用于所述拉杆后部凸肩6112的前端面从而持续地施加给所述拉杆611向后运动的弹力。目前，在拉杆后部凸肩6112与轴芯3内侧壁的配合面上通常需填充起润滑和耐磨保护作用的胶（如POM树脂，即聚甲醛树脂），而发明人发现：机床主轴发热后会导致胶的粘度增大，这时，就会导致拉杆611的轴向移动阻力增大，容易导致换刀失败或拉杆611无法复位等故障。

现有的机床主轴中，提供了两种刀柄装配结构31。一种刀柄装配结构包含轴芯锥形内孔壁312，当所述刀柄装配结构31与刀柄8紧密配合时，所述轴芯锥形内孔壁312与该刀柄8上的对应配合面紧密配合；另一种刀柄装配结构包含轴芯前端面311和轴芯锥形内孔壁312，当所述刀柄装配结构31与刀柄8紧密配合时，所述轴芯前端面311和所述轴芯锥形内孔壁312分别与该刀柄上的对应配合面紧密配合。发明人发现：由于刀柄8与机床主轴之间的扭矩传递主要依靠轴芯锥形内孔壁312与该刀柄8上的对应配合面紧密配合来实现，当特殊加工中刀具遇到大的切削阻力时（例如切削余量大、材料硬度高等大负载场合），由于刀柄8与机床主轴之间传递的扭矩不足，刀柄8可能与轴芯3发生相对转动。

上面关于现有的机床主轴的介绍，可以从公开号为CN115740518A、CN115740517A、CN115722690A、CN115971519A、CN115815644A、CN115722689A的专利文献中进一步了解。这些专利文献中的内容，也可并入本公开的实施例中。下面对本公开的实施例进行说明，这些实施例对现有机床主轴存在的技术问题进行了相应的改进。

图2为图1中A处的局部放大图。图3为图1所示机床主轴中刀柄夹持用张合部件的一个方向的立体图。图4为图1所示机床主轴中刀柄夹持用张合部件的另一个方向的立体图。图5为图1所示机床主轴中定位环与轴芯的配合关系的立体示意图。如图1-图5所示，改进的刀柄锁定与释放机构中，所述拉杆611的前端安装有移动胀套6113，该移动胀套6113的柱面上靠近该移动胀套6113的前端和后端分别具有第一变径段6113a和第二变径段6113b；所述刀柄夹持用张合部件612包含安装在所述移动胀套6113的外侧并沿该移动胀套6113一周间隔排布的拉爪瓣爪6121，所述拉爪瓣爪6121具有由前往后依次设置的倒钩部6121a、颈部6121b和头部6121c，所述头部6121c的外侧面的前端面为锥面或球面；所述轴芯3中位于所述拉爪瓣爪6121的外侧可拆卸固定安装有定位环6114，所述定位环6114的外环面上设有定位台阶，所述定位台阶与所述轴芯3的对应台阶孔相适配，所述定位台阶与所述台阶孔相互配合的端面之间安装有轴向定位垫圈6115，所述定位环6114的后端面形成拉爪支撑面6114a，所述拉爪支撑面6114a与所述锥面或所述球面活动配合；所述拉杆611上位于所述移动胀套6113之后套装有与该拉杆611轴向活动配合的轴向预紧结构6116，所述轴向预紧结构6116包含与所述轴芯3轴向固定配合的固定部、与所述轴芯3轴向活动配合的活动部以及压缩在所述固定部与所述活动部之间的压缩弹簧6116a，所述压缩弹簧6116a通过所述活动部持续施加给所述拉爪瓣爪6121的头部6121c向前的作用力；当所述驱动机构62运行第一驱动方式时，所述移动胀套6113跟随所述拉杆611轴向从前往后运动，在所述第一变径段6113a和所述第二变径段6113b分别与所述倒钩部6121a的内侧面以及头部6121c的内侧面活动配合且所述拉爪支撑面6114a与所述锥面或所述球面活动配合下，所述拉爪瓣爪6121的倒钩部6121a向外张开，使所述倒钩部6121a的外侧部位能够夹紧刀柄头部内孔凸缘81，并带动刀柄8与刀柄装配结构31紧密配合。

由此，刀柄锁定与释放机构不依靠扭簧的弹力来驱动拉爪瓣爪释放刀柄8，工作稳定性高。此外，由于所述轴芯3中位于所述拉爪瓣爪6121的外侧可拆卸固定安装有定位环6114，所述定位环6114的外环面上设有定位台阶，所述定位台阶与所述轴芯3的对应台阶孔相适配，所述定位台阶与所述台阶孔相互配合的端面之间安装有轴向定位垫圈6115，所述定位环6114的后端面形成拉爪支撑面6114a，所述拉爪支撑面6114a与所述锥面或所述球面活动配合，因此，可通过调整轴向定位垫圈6115的厚度来调整拉爪支撑面6114a的位置，确保拉爪瓣爪6121按要求进行张合，方便对刀柄夹持用张合部件612的调试和维修。

如图1-图5所示，改进的刀柄锁定与释放机构还包含第一换刀吹尘机构和第二换刀吹尘机构。其中，所述第一换刀吹尘机构（具体可以参考公开号为CN115740518A等专利文献中的相关记载）包含进气侧机构和吹气侧机构，所述进气侧机构安装在所述主轴本体1的后端并具有设置在所述顶推部件6211外部的顶推部件外部进气结构以及设置在所述顶推部件6211内部的顶推部件内部进气结构，所述顶推部件外部进气结构具有与所述顶推部件6211导向配合的配合部和位于该配合部中的外进气通道，所述外进气通道与机床换刀吹尘进气接口连接，所述顶推部件内部进气结构具有内进气通道，所述吹气侧机构具有设置在所述拉杆611中的主吹气通道6117，所述主吹气通道6117前端延伸至所述移动胀套6113前端外部空间，所述主吹气通道6117后端延伸至所述拉杆611的后端并形成接气口，当所述顶推部件6211向前运动并顶推所述拉杆611向前运动时，所述外进气通道通过所述内进气通道与所述主吹气通道6117导通，当所述顶推部件6211向后运动并脱离所述拉杆611时，所述外进气通道与所述主吹气通道断开。其中，所述第二换刀吹尘机构包含轴芯内吹气通道33，所述轴芯内吹气通道33的出口布置在所述刀柄装配结构31（具体是轴芯锥形内孔壁312）与所述定位环6114之间（参见图5所示），所述轴芯内吹气通道33的进口布置在所述轴芯3内壁上，所述吹气侧机构还具有设置在所述拉杆611中的辅助吹气通道，所述辅助吹气通道的一端与所述主吹气通道6117导通而另一端延伸至所述拉杆611外侧壁上，当所述顶推部件6211向前运动并顶推所述拉杆611向前运动时，所述辅助吹气通道与所述轴芯内吹气通道33的进口导通。

当然，轴芯内吹气通道33还可以包含其他的出口，例如图5中布置在轴芯前端面311上的出口（参见图5所示）。

显然，通过将轴芯内吹气通道33的部分出口布置在轴芯锥形内孔壁312与所述定位环6114之间，同时，将轴芯内吹气通道33的部分出口布置在轴芯前端面311上，从而能够在换刀时对轴芯锥形内孔壁312以及轴芯前端面311进行吹扫，避免轴芯锥形内孔壁312以及轴芯前端面311上附着的铁销等杂质影响刀柄8安装定位精度。

如图1-图4所示，所述固定部包含与所述轴芯3内壁过盈配合的固定套6116b，所述固定套6116b中设有中间气道6116d，当所述顶推部件6211向前运动并顶推所述拉杆611向前运动时，所述辅助吹气通道与所述轴芯内吹气通道33的进口通过所述中间气道6116d导通。

因此，固定套6116b一方面起到对轴向预紧结构6116的固定作用，另一方面通过所述中间气道6116d将所述辅助吹气通道与所述轴芯内吹气通道33的进口导通。

一种优选实施方式中，所述辅助吹气通道包含开设在所述拉杆611外侧壁上的拉杆侧环槽6118以及将所述拉杆侧环槽6118与所述主吹气通道6117导通的拉杆侧通气孔6119；所述中间气道6116d包含开设在所述固定套6116b外侧壁上的固定套侧环槽6116e以及用于将所述固定套侧环槽6116e与所述拉杆侧环槽6118导通的固定套侧通气孔6116f，所述固定套侧环槽6116e与所述轴芯内吹气通道33的进口导通；所述拉杆611外侧壁与所述固定套6116b的内侧壁之间位于所述拉杆侧环槽6118的前后两端分别设置有密封圈6120，以使得当所述驱动机构62运行第一驱动方式时所述拉杆侧环槽6118与所述固定套侧通气孔6116d切断，当所述驱动机构62运行第二驱动方式时所述拉杆侧环槽6118与所述固定套侧通气孔6116d导通。

将所述辅助吹气通道设计成包含开设在所述拉杆611外侧壁上的拉杆侧环槽6118以及将所述拉杆侧环槽6118与所述主吹气通道6117导通的拉杆侧通气孔6119，并将所述中间气道6116d设计成包含开设在所述固定套6116b外侧壁上的固定套侧环槽6116e以及用于将所述固定套侧环槽6116e与所述拉杆侧环槽6118导通的固定套侧通气孔6116f后，用于吹尘的气体能够均匀分布在拉杆侧环槽6118和固定套侧环槽6116e中，从而使拉杆611以及固定套6116b受到的气体压力在周向上均匀分布。

一种可选实施方式中，所述活动部包含套装在所述拉杆611上的弹簧缸6116c，所述压缩弹簧6116a安装在该弹簧缸6116c中并被该弹簧缸6116c的两端端盖所压缩，所述弹簧缸6116c的两端端盖之间可轴向相对运动且弹簧缸6116c的后端端盖与所述固定部（具体为固定套6116b）轴向配合。

所述弹簧缸6116c可将压缩弹簧6116a封闭在该弹簧缸6116c中，确保压缩弹簧6116a不与铁屑等杂质接触，故工作稳定可靠。

一种可选实施方式中，所述定位环6114的外周面设有外螺纹，所述轴芯3中用于安装所述定位环6114的内孔上设有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹相适配从而使所述定位环6114可拆卸固定安装在所述轴芯中。进一步的，所述定位环6114分为前定位环6114b和后定位环6114c，所述前定位环6114b的后端面与所述后定位环6114c的前端面接触配合，所述前定位环6114b和后定位环6114c分别通过对应的所述外螺纹与所述轴芯3中对应所述内螺纹可拆卸固定安装在所述轴芯3中，并且，所述定位环6114（这里可包括前定位环6114b和后定位环6114c）的内周设有携转槽6114d。

通过携转槽6114d可以方便的将前定位环6114b和后定位环6114c旋转紧固在所述轴芯3中。前定位环6114b与后定位环6114c轴向预紧，可以确保定位环6114的安装稳固性。

通常，所述倒钩部6121a的外侧面的后端面与所述刀柄头部内孔凸缘81的前端面为用于相互适配的锥面。这样，即能够保证倒钩部6121a与刀柄头部内孔凸缘81之间配合紧密，同时又能够方便倒钩部6121a与刀柄头部内孔凸缘81脱出。

一种优选实施方式中，所述拉爪瓣爪6121的头部的后端面上开设有径向凹槽6121d，所述径向凹槽6121d的前端面为一个斜面且该斜面的法线方向从前往后逐渐远离机床主轴的中心轴线（参见图2-图4）；所述活动部通过插入对应所述径向凹槽6121d中的插块6116g持续施加给所述拉爪瓣爪6121的头部向前的作用力，所述插块6116g的前端面与所述径向凹槽6121d的前端面轴向配合。

由此，既能够确保对每个拉爪瓣爪6121施加同等的向前的作用力，此外，由于所述径向凹槽6121d的前端面为一个斜面且该斜面的法线方向从前往后逐渐远离机床主轴的中心轴线，因此，所述活动部通过插入对应所述径向凹槽6121d中的插块6116g持续施加给所述拉爪瓣爪6121的头部向前的作用力实际上具有可驱使所述拉爪瓣爪6121的倒钩部6121a向内收缩分量，当所述驱动机构62运行第二驱动方式使所述移动胀套6113跟随拉杆611轴向从后往前运动时，可更好的促使所述拉爪瓣爪6121的倒钩部6121a向内收缩，使所述倒钩部6121a更轻松的释放开刀柄头部内孔凸缘81。

图6为图1中B处的局部示意图。如图6所示，改进的止转结构包括安装在所述轴芯3后端的轴芯后端端盖32以及设置在所述拉杆611后段上并穿套在所述轴芯后端端盖32中的止转头6111，所述止转头6111的外周壁的形状与所述轴芯后端端盖32的内周壁形状相适配并使得它们之间周向固定，所述轴芯后端端盖32由可拆卸连接在一起的外环形件321与内环形件322组成，所述轴芯后端端盖32的内周壁由所述内环形件322的内孔构成。

由于将轴芯后端端盖32分为可拆卸连接在一起的外环形件321与内环形件322，这样，外环形件321可以优先与轴芯3后端面上的连接结构配合，内环形件322可以优先与止转头6111配合，在此基础上，外环形件321与内环形件322之间再进行装配（通常而言，所述外环形件321与所述内环形件322之间通过螺栓323可拆卸连接，所述螺栓323沿轴向穿过所述外环形件321与所述内环形件322将所述外环形件与所述内环形件可拆卸连接在一起），外环形件321与内环形件322之间装配时，可以利用外环形件321与内环形件322之间存在的配合调整间隙和/或钳工调整来实现外环形件321与内环形件322的可拆卸连接，这样，就能够有效避免机床主轴整体装配误差导致一体式的轴芯后端端盖32无法既与止转头6111高精度配合又与轴芯3后端面上的连接结构配合（通常采用螺栓连接）造成装配困难。

通常而言，所述止转头6111的外周壁上设有止转头外周壁止转平面，所述内环形件322的内周壁上设有端盖内周壁止转平面，所述止转头外周壁止转平面与对应所述端盖内周壁止转平面相配合。比如，止转头外周壁止转平面可以使止转头6111形成类似于螺栓头部六角形结构。

一种可选实施方式中，所述轴芯后端安装有用于检测轴芯的旋转角度的轴芯旋转位移检测机构，所述轴芯旋转位移检测机构包括安装在轴芯上并随轴芯同步旋转的测量齿轮以及用于检测该测量齿轮的轮齿得到所述轴芯的旋转位移信息的传感器；所述外环形件321兼作所述测量齿轮。

同样如图6所示，所述拉杆611上在靠近所述轴芯3后端的部位设有拉杆后部凸肩6112，所述拉杆后部凸肩6112的外周面通过一滑动配合结构与所述轴芯3的内壁滑动配合；所述滑动配合结构包含套装在所述拉杆后部凸肩6112上的耐磨环6112a，所述耐磨环6112a的外周面与所述轴芯3的内壁滑动配合。机床主轴的弹性部件622的后端通过作用于所述拉杆后部凸肩6112的前端面从而持续地施加给所述拉杆611向后运动的弹力。

更具体而言，所述拉杆后部凸肩6112的外周面上开设有第一环形槽，所述第一环形槽的底部开设有间隔设置的至少两个第二环形槽，所述至少两个第二环形槽中分别安装有由弹性材料制成的垫圈6112b，所述耐磨环6112a安装在所述第一环形槽中并受到所述垫圈6112b的径向弹性挤压而紧贴住所述轴芯3的内壁。其中，所述垫圈6112b可以采用弹性密封圈或由橡胶材料制成。

上述结构替代了以往在拉杆后部凸肩6112与轴芯3内侧壁的配合面上填充起润滑和耐磨保护作用的胶的方式，彻底解决了机床主轴发热后会导致胶的粘度增大而进一步导致拉杆611的轴向移动阻力增大的技术问题。

图7为图1所示机床主轴在另一剖面下的剖视图。图8为图1所示机床主轴中所述中间套筒的立体图。如图1、图7-图8所示，改进的主轴冷却系统7包含套设在所述主轴本体1的内侧壁与所述电机定子21的外侧壁之间的中间套筒71，所述主轴本体1的内侧壁和/或所述中间套筒71的外侧壁上开设有冷却液槽711，所述冷却液槽711形成包覆于所述电机定子21的外侧的冷却液流路，所述冷却液流路的输入端和输出端分别通过开设在所述主轴本体1的壳层内的孔而接入所述冷却液通道网络中，所述中间套筒71两端与所述主轴本体1的配合面上设置有密封元件72（通常，所述中间套筒71两端外侧面与所述主轴本体1的配合面上设置有密封元件72）。

通过在所述主轴本体1的内侧壁与所述电机定子21的外侧壁之间增设中间套筒71，形成包覆于所述电机定子21的外侧的冷却液流路，能够对所述电机定子21进行更有效的冷却。

一种可选实施方式中，如图7所示，所述冷却液流路的输入端通过开设在所述主轴本体1的壳层内的孔而与所述冷却液通道网络中分布于后轴承座51壳层内的冷却液通道的输出端连通；所述冷却液流路的输出端通过开设在所述主轴本体1壳层内的孔而与所述冷却液通道网络中分布于前轴承座41的壳层内的冷却液通道的输入端连通。

一种可选实施方式中，如图7-图8所示，所述主轴本体1的内侧壁未开设所述冷却液槽，所述中间套筒71的外侧壁上开设所述冷却液槽711（这样便于加工）；所述中间套筒71的外侧壁上设置有沿轴向均匀间隔排列的多个凸环712使得任意相邻两个凸环712之间形成一个作为所述冷却液槽711的环形槽，所述多个凸环712中每个凸环712上均开设有一个凹部7121，任意相邻两个凸环712的凹部7121之间在周向方位上的相差180°，所述多个凸环712分别与所述主轴本体1的内侧壁相适配，所述多个凸环712中每个凸环712上开设的一个凹部7121使得所述冷却液流路中任意相邻两个环形槽711之间通过相应的凹部7121导通；所述冷却液流路的输入端与所述中间套筒71最后端的环形槽导通且与所述中间套筒71最后端的凸环712上的凹部7121在周向方位上的相差180°，所述冷却液流路的输出端与所述中间套筒71最前端的环形槽导通且与所述中间套筒71最前端的凸环712上的凹部7121在周向方位上的相差180°。为方便加工，所述凸环712是通过在所述中间套筒71的外侧壁上磨削加工出所述环形槽的方式形成的；所述凹部7121是通过在所述凸环712上磨出一个高度降低的平面而形成的。

如图8所示，当所述中间套筒71的表面采取上述结构后，冷却液会在所述冷却液流路的输入端分成两路，一路以图8中虚线箭头所示的方式进行流动，另一路则以与图8中虚线箭头所示的方式左右对称的方式流动，即进入每个环形槽711 的冷却液均分成两路分别流动半圈后再在下凹部7121处汇集并流入下一个环形槽711，直到从所述冷却液流路的输出端流出。冷却液的这种流动方式不仅冷却效率高、对整个中间套筒71的冷却均匀性更好。

图9为本公开实施例一种机床主轴的轴芯与刀柄的配合关系的立体示意图。如图9所示，改进的刀柄装配结构31还包含设置在所述轴芯前端面上并凸出所述轴芯前端面的定位键313，当所述刀柄装配结构31与刀柄8紧密配合时，所述定位键313与该刀柄8上对应键槽82相适配。

一种可选实施方式中，所述轴芯前端面上设有定位键安装槽313，所述定位键313装配在对应所述定位键安装槽中并通过螺栓3131紧固在对应所述定位键安装槽内。这样，可以便于定位键313的安装固定。

通常，所述轴芯前端面上周向间隔设置有至少两个所述定位键313。通常，所述定位键313与该刀柄8上对应键槽82相适配时，该定位键313的左右侧壁以及内侧壁分别与对应键槽82中的对应配合面紧密配合。

由于在所述轴芯前端面上设置有凸出轴芯前端面的定位键313，当所述刀柄装配结构31与刀柄8紧密配合时，所述定位键313与该刀柄8上对应键槽82相适配，因此，定位键313能够增大刀柄8与机床主轴之间的扭矩传递，防止刀柄8与轴芯3相对转动。

以上对本公开实施例的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本公开实施例。基于本说明书的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。

Claims (8)

1.一种机床主轴，包括：

主轴本体；

主轴电机，所述主轴电机包含电机定子和电机转子，所述电机定子固定在所述主轴本体中，所述电机转子与所述电机定子适配；

轴芯，所述轴芯通过前轴承系和后轴承系可转动安装于所述主轴本体中并随所述电机转子转动，所述轴芯前端设有刀柄装配结构；

前轴承系，所述前轴承系包含前轴承座和前轴承，所述前轴承座设置在所述主轴本体前端，所述前轴承安装在所述前轴承座中并旋转支撑所述轴芯前部；

后轴承系，所述后轴承系包含后轴承座和后轴承，所述后轴承座设置在所述主轴本体后端，所述后轴承安装在所述后轴承座中并旋转支撑所述轴芯后部；

刀柄锁定与释放机构，所述刀柄锁定与释放机构包含执行机构和驱动机构，当所述驱动机构运行第一驱动方式时所述执行机构可锁定刀柄而使该刀柄与所述刀柄装配结构紧密配合，当所述驱动机构运行第二驱动方式时所述执行机构释放刀柄而使该刀柄能够从所述刀柄装配结构中脱离；

主轴冷却系统，所述主轴冷却系统包含冷却液通道网络，所述冷却液通道网络中的冷却液通道分布于所述主轴本体、所述前轴承座以及所述后轴承座的壳层内并分别与机床冷却液输入接口和机床冷却液回流接口连接；

其特征在于：

所述主轴冷却系统还包含套设在所述主轴本体的内侧壁与所述电机定子的外侧壁之间的中间套筒，所述主轴本体的内侧壁和/或所述中间套筒的外侧壁上开设有冷却液槽，所述冷却液槽形成包覆于所述电机定子的外侧的冷却液流路，所述冷却液流路的输入端和输出端分别通过开设在所述主轴本体的壳层内的孔而接入所述冷却液通道网络中，所述中间套筒两端与所述主轴本体的配合面上设置有密封元件；

所述刀柄锁定与释放机构中，所述执行机构包含拉杆和刀柄夹持用张合部件，所述刀柄夹持用张合部件安装在所述拉杆的前端以组成刀柄夹持机构，所述刀柄夹持机构套装在所述轴芯中，所述驱动机构包含拉杆前移顶推机构和拉杆后移复位机构，所述拉杆前移顶推机构安装在所述主轴本体的后端并具有与所述拉杆后端对应的顶推部件以及用于驱动该顶推部件向前移动的顶推驱动装置，所述拉杆后移复位机构具有安装在所述轴芯与所述拉杆之间并持续地施加给所述拉杆向后运动的弹力的弹性部件，当所述驱动机构运行第一驱动方式时，所述顶推部件向后运动并脱离所述拉杆且所述拉杆通过所述弹性部件的弹力而轴向从前往后运动，当所述驱动机构运行第二驱动方式时，所述顶推部件向前运动并顶推所述拉杆向前运动且所述拉杆克服弹性部件的弹力而轴向从后往前运动；

所述拉杆的前端安装有移动胀套，该移动胀套的柱面上靠近该移动胀套的前端和后端分别具有第一变径段和第二变径段；

所述刀柄夹持用张合部件包含安装在所述移动胀套的外侧并沿该移动胀套一周间隔排布的拉爪瓣爪，所述拉爪瓣爪具有由前往后依次设置的倒钩部、颈部和头部，所述头部的外侧面的前端面为锥面或球面；

所述轴芯中位于所述拉爪瓣爪的外侧可拆卸固定安装有定位环，所述定位环的外环面上设有定位台阶，所述定位台阶与所述轴芯的对应台阶孔相适配，所述定位台阶与所述台阶孔相互配合的端面之间安装有轴向定位垫圈，所述定位环的后端面形成拉爪支撑面，所述拉爪支撑面与所述锥面或所述球面活动配合；

所述拉杆上位于所述移动胀套之后套装有与该拉杆轴向活动配合的轴向预紧结构，所述轴向预紧结构包含与所述轴芯轴向固定配合的固定部、与所述轴芯轴向活动配合的活动部以及压缩在所述固定部与所述活动部之间的压缩弹簧，所述压缩弹簧通过所述活动部持续施加给所述拉爪瓣爪的头部向前的作用力；

当所述驱动机构运行第一驱动方式时，所述移动胀套跟随拉杆轴向从前往后运动，在所述第一变径段和所述第二变径段分别与所述倒钩部的内侧面以及头部的内侧面活动配合且所述拉爪支撑面与所述锥面或所述球面活动配合下，所述拉爪瓣爪的倒钩部向外张开，使所述倒钩部的外侧部位能够夹紧刀柄头部内孔凸缘，并带动刀柄与刀柄装配结构紧密配合；

当所述驱动机构运行第二驱动方式时，所述移动胀套跟随拉杆轴向从后往前运动，在所述第一变径段和所述第二变径段分别与所述倒钩部的内侧面以及头部的内侧面活动配合且所述拉爪支撑面与所述锥面或所述球面活动配合下，所述拉爪瓣爪的倒钩部向内收缩，使所述倒钩部释放开刀柄头部内孔凸缘，从而使该刀柄能够从刀柄装配结构中脱离；

所述轴芯内所述刀柄锁定与释放机构还包含：

第一换刀吹尘机构，所述第一换刀吹尘机构包含进气侧机构和吹气侧机构，所述进气侧机构安装在所述主轴本体的后端并具有设置在所述顶推部件外部的顶推部件外部进气结构以及设置在所述顶推部件内部的顶推部件内部进气结构，所述顶推部件外部进气结构具有与所述顶推部件导向配合的配合部和位于该配合部中的外进气通道，所述外进气通道与机床换刀吹尘进气接口连接，所述顶推部件内部进气结构具有内进气通道，所述吹气侧机构具有设置在所述拉杆中的主吹气通道，所述主吹气通道前端延伸至所述移动胀套前端外部空间，所述主吹气通道后端延伸至所述拉杆的后端并形成接气口，当所述顶推部件向前运动并顶推所述拉杆向前运动时，所述外进气通道通过所述内进气通道与所述主吹气通道导通，当所述顶推部件向后运动并脱离所述拉杆时，所述外进气通道与所述主吹气通道断开；

第二换刀吹尘机构，所述第二换刀吹尘机构包含轴芯内吹气通道，所述轴芯内吹气通道的出口布置在所述刀柄装配结构与所述定位环之间，所述轴芯内吹气通道的进口布置在所述轴芯内壁上，所述吹气侧机构还具有设置在所述拉杆中的辅助吹气通道，所述辅助吹气通道的一端与所述主吹气通道导通而另一端延伸至所述拉杆外侧壁上，当所述顶推部件向前运动并顶推所述拉杆向前运动时，所述辅助吹气通道与所述轴芯内吹气通道的进口导通；

所述固定部包含与所述轴芯内壁过盈配合的固定套，所述固定套中设有中间气道，当所述顶推部件向前运动并顶推所述拉杆向前运动时，所述辅助吹气通道与所述轴芯内吹气通道的进口通过所述中间气道导通；

所述辅助吹气通道包含开设在所述拉杆外侧壁上的拉杆侧环槽以及将所述拉杆侧环槽与所述主吹气通道导通的拉杆侧通气孔；所述中间气道包含开设在所述固定套外侧壁上的固定套侧环槽以及用于将所述固定套侧环槽与所述拉杆侧环槽导通的固定套侧通气孔，所述固定套侧环槽与所述轴芯内吹气通道的进口导通；所述拉杆外侧壁与所述固定套的内侧壁之间位于所述拉杆侧环槽的前后两端分别设置有密封圈，以使得当所述驱动机构运行第一驱动方式时所述拉杆侧环槽与所述固定套侧通气孔切断，当所述驱动机构运行第二驱动方式时所述拉杆侧环槽与所述固定套侧通气孔导通。

2.如权利要求1所述的一种机床主轴，其特征在于：所述冷却液流路的输入端通过开设在所述主轴本体的壳层内的孔而与所述冷却液通道网络中分布于后轴承座壳层内的冷却液通道的输出端连通；所述冷却液流路的输出端通过开设在所述主轴本体壳层内的孔而与所述冷却液通道网络中分布于前轴承座的壳层内的冷却液通道的输入端连通。

3.如权利要求2所述的一种机床主轴，其特征在于：所述主轴本体的内侧壁未开设所述冷却液槽，所述中间套筒的外侧壁上开设所述冷却液槽；所述中间套筒的外侧壁上设置有沿轴向均匀间隔排列的多个凸环使得任意相邻两个凸环之间形成一个作为所述冷却液槽的环形槽，所述多个凸环中每个凸环上均开设有一个凹部，任意相邻两个凸环的凹部之间在周向方位上的相差180°，所述多个凸环分别与所述主轴本体的内侧壁相适配，所述多个凸环中每个凸环上开设的一个凹部使得所述冷却液流路中任意相邻两个环形槽之间通过相应的凹部导通；所述冷却液流路的输入端与所述中间套筒最后端的环形槽导通且与所述中间套筒最后端的凸环上的凹部在周向方位上的相差180°，所述冷却液流路的输出端与所述中间套筒最前端的环形槽导通且与所述中间套筒最前端的凸环上的凹部在周向方位上的相差180°。

4.如权利要求3所述的一种机床主轴，其特征在于：所述凸环是通过在所述中间套筒的外侧壁上磨削加工出所述环形槽的方式形成的；所述凹部是通过在所述凸环上磨出一个高度降低的平面而形成的。

5.如权利要求1所述的一种机床主轴，其特征在于：所述中间套筒两端外侧面与所述主轴本体的配合面上设置有密封元件。

6.如权利要求1所述的一种机床主轴，其特征在于：所述刀柄装配结构包含轴芯锥形内孔壁，当所述刀柄装配结构与刀柄紧密配合时，所述轴芯锥形内孔壁与该刀柄上的对应配合面紧密配合；或者，所述刀柄装配结构包含轴芯前端面和轴芯锥形内孔壁，当所述刀柄装配结构与刀柄紧密配合时，所述轴芯前端面和所述轴芯锥形内孔壁分别与该刀柄上的对应配合面紧密配合。

7.如权利要求1所述的一种机床主轴，其特征在于：所述活动部包含套装在所述拉杆上的弹簧缸，所述压缩弹簧安装在该弹簧缸中并被该弹簧缸的两端端盖所压缩，所述弹簧缸的两端端盖之间可轴向相对运动且弹簧缸的后端端盖与所述固定部轴向配合。

8.如权利要求1所述的一种机床主轴，其特征在于：所述拉爪瓣爪的头部的后端面上开设有径向凹槽，所述径向凹槽的前端面为一个斜面且该斜面的法线方向从前往后逐渐远离机床主轴的中心轴线；所述活动部通过插入对应所述径向凹槽中的插块持续施加给所述拉爪瓣爪的头部向前的作用力，所述插块的前端面与所述径向凹槽的前端面轴向配合。