CN201056013Y - 一种空气冷却的自动换刀高速电主轴 - Google Patents

Abstract

一种空气冷却的自动换刀高速电主轴，包括外壳体、前、后轴承组件、主轴、电机定子、转子、换刀机构和松刀与拉刀气缸装置，前、后轴承组件固在外壳体内，主轴可转动地支固在前轴承组件和后轴承组件上，电机转子固在两个轴承组件之间的主轴上，电机定子固在外壳上；在电主轴内设有换刀机构，在后轴承组件后面的外壳体内固设松刀与拉刀气缸装置，在对应后轴承组件位置处的外壳体上开设有风口，在电机定子和外壳体之间以及前后轴承组件与外壳体之间设有空隙形成风道，在前轴承组件前面，设置风口与风道连通。本电主轴以最经济的空气冷却方式满足电主轴运行时的散热要求，保证电主轴具有较高的旋转精度，有助于降低电主轴的应用成本。

Description

一种空气冷却的自动换刀高速电主轴

技术领域

本实用新型涉及木材加工的高速电主轴领域，尤其是涉及带自动更换刀具的高速电主轴。

技术背景

在现代木材工业中，高速铣削是木材(含竹材、农作物秸秆等)精深加工的主要形式。在高速运转条件下，传统的皮带增速传动、齿轮变速传动系统已不能适应要求，现在广泛采用的是主轴变频电机与机床主轴合二为一的结构形式，这样电机的转子就是机床的主轴，机床主轴单元的壳体就是电机座，实现了主轴变频电机和机床主轴的一体化。结合木材高速铣削原理和加工工艺特性，木材加工高速电主轴(以下简称电主轴)作为数控镂铣机和数控加工中心等木材加工机床的关键部件，广泛应用于木材精深加工中。根据刀具更换方式，电主轴分为人工更换和自动更换两种，人工更换方式的电主轴不具有自动松拉刀功能，而自动更换方式的电主轴具有自动松拉刀功能，所述自动松拉刀机构是设置在电主轴的中部的驱动松拉刀装置的系统。

木材高速铣削加工中，由于电主轴要达到较高转速时，通常转速为12000RPM～24000RPM，可以保证木材工件表面具有较高的粗糙度，从而实现精深加工中的镂铣、雕刻、钻削等功能。电主轴高速运行时，内部电流在定子绕组和转子绕组中会产生热量，转子的轴承磨擦也产生热量，另一方面，由于磁场的变化，在铁心内部产生损耗，使铁心温度升高，这些热量都要通过冷却介质带出电主轴机体外。

电主轴冷却方式按照冷却介质的性质基本可分为两大类：液体介质(水或油等)冷却和气体介质(空气或其它气体)冷却。液体介质比热容较大，冷却效果较好，但是冷却回路结构比较复杂。一般是在定子与电机外壳体之间安装冷却套结构，冷却套上有进液口和出液口，利用液体介质循环流动而进行冷却。这种液体介质冷却方式冷却回路一旦发生液体介质的泄漏，将破坏绝缘，造成重大故障，因此对制造工艺要求严格，成本高。气体介质冷却效果虽然不如液体介质冷却效果好，但结构相对要简单，成本较低。现有技术的空气冷却方式对人工更换刀具的电主轴主要利用电主轴转子回转时同时带动安装在电主轴后端部的风扇形成流动气流，当电主轴启动后，利用该气流对转子和定子进行冷却。但是自动更换刀具的电主轴结构由于机体中部具有松刀和拉刀气缸或油缸装置，所以后端部的风扇产生的气流无法对自动更换刀具方式的电主轴进行有效的冷却。而且这种依靠转子带动后端部风扇产生的气流虽然可对定子绕组进行冷却，但对电机外罩不能有效的冷却，电机内部的热量不容易散发。

在木材加工中，尤其是珍贵树种等木材的加工，需要防止水、油等液体介质对木材表面的损伤，木材加工的工艺特点在一定程度上限制了液体介质在电主轴上的应用。而现有的空气介质冷却方式冷却效果欠佳，不能满足使用的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是改进现有技术的不足，提供一种利用气体介质循环流动而进行散热的空气冷却的自动换刀高速电主轴，以最经济的空气冷却方式满足电主轴运行时的散热要求，保证电主轴具有较高的旋转精度，有助于降低电主轴的应用成本。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型提供的空气冷却的自动换刀高速电主轴包括外壳体、前轴承组件、后轴承组件、主轴、电机定子、电机转子、换刀机构和松刀与拉刀气缸装置，

所述前轴承组件和后轴承组件固定在所述外壳体内，所述主轴可转动地支撑固定在所述前轴承组件和后轴承组件上，所述电机转子固定在两个所述轴承组件之间的所述主轴上，所述电机定子固定在所述外壳上，位置与所述电机转子对应；在所述主轴内设有所述换刀机构，在所述后轴承组件后面的外壳体内固设所述松刀与拉刀气缸装置，在对应所述后轴承组件位置处的所述外壳体上开设有风口，在所述电机定子和外壳体之间以及前后轴承组件与外壳体之间设有空隙形成风道，在所述前轴承组件前面，设置风口与所述风道连通。

在使用时，可以在所述风道的设置在所述外壳体上的风口上直接连接风机，或连接风管，在该风管上设置风机，工作中，通过风机向所述风道中送风或吸风，该送风或吸风可以将电机定子绕组中和转子轴承上产生的热量带走。

为了使得所述风道结构合理，可以使得所述外壳体制成矩形截面的形状，其中心线与所述电主轴的轴向重合。由此可以在外壳体的四角构成较大的四个风道，还可以在四角之间的中间部位上再设置若干风道，由此可增加风道的分布率，确保风冷的效果

本实用新型提供的空气冷却的自动换刀高速电主轴通过在松刀与拉刀气缸装置之前的外壳体上设置进风口，在电机定子和外壳体之间以及前后轴承组件与外壳体之间设有风道，使用时在该风道中通入冷却用气体介质，可以将电机定子和转子轴承上的热量带走，使得自动换刀高速电主轴在气体介质冷却下正常工作，确保在木材加工中，尤其是珍贵树种等木材的加工中使用气体介质冷却方式，从根本上杜绝了液体冷却介质损伤木材表面的情况。本实用新型的结构十分简单，对于现有电主轴的改造非常方便。

下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

下面结合附图详细说明本实用新型的具体结构和工作原理。

图1为本实用新型提供的木材加工高速电主轴外形图。

图2为图1的A-A剖面结构示意图。

图3为图1的B-B剖面结构示意图。

具体实施方式：

如图1、2、3所示，本实用新型提供的空气冷却的自动换刀高速电主轴包括矩形截面的外壳体2、前轴承组件1、后轴承组件3、主轴9、电机定子绕组6、电机转子绕组7、换刀机构8和松刀与拉刀气缸装置5，

前轴承组件1和后轴承组件3固定在外壳体2内，主轴9可转动地支撑固定在前轴承组件1和后轴承组件3上，电机转子绕组7固定在两个轴承组件之间的主轴9上，电机定子绕组6固定在外壳体2上，位置与电机转子绕组6对应；在主轴9内设有换刀机构8，在后轴承组件3后面的外壳体2内固设松刀与拉刀气缸装置5，在对应后轴承组件3位置处的外壳体断开为两段，在该两段外壳体之间密封地连接一连接壳体4将两段外壳体连接起来，在连接壳体4上开设有风口B，在电机定子绕组6和矩形截面外壳体2之间以及前后轴承组件1、3与矩形截面外壳体2之间设有散热槽形成风道A(见图2)，在前轴承组件1前端面，设置风口C与风道连通。

电主轴的工作原理和工作过程如下：

电主轴进行工作时，电机转子在电机定子的作用下，通过主轴带动刀具和其内部换刀机构一起高速旋转，达到较高转速时完成木材精深加工中的各种工艺。

所述前、后轴承座组件通过轴承对电机转子及其主轴起支撑作用，前、后轴承座固定在外壳体。

电主轴的热量大部分产生于通电后的电机定子绕组，电机转子绕组产生的热量约占1/3。为了尽快给高速运行的电主轴散热，最好的办法是对电主轴的外壁进行散热。本设计电主轴的外壁即是外壳体，电机定子绕组直接固定在外壳体的内壁，有利于散热。外壳体的形状如附图2所示，为矩形体，外壳体内壁与矩形体各面之间是空心的散热槽。外壳体与连接壳体通过螺钉连接，连接壳体的内侧是后轴承座，后轴承座外形为圆形，与外壳体通过螺钉连接，连接壳体的一面留有方孔风口B，在连接壳体的方孔风口B处与散热槽形成散热通道A，通过外部安装强制冷却风扇(图中未示出)向所述风道中送风或吸风，可以加大散热速度和散热量。

所述电主轴内部的各个传感器分别控制电主轴转轴和松拉刀的位置，以及温升，温度超过允许值时立即报警，并使电主轴停止工作。

本实用新型提供的木材加工高速电主轴技术一改现有技术中的散热冷却方式，通过电主轴外壳体散热槽与连接壳体方孔形成的散热通道新型结构，通过外部安装强制冷却风扇，以最经济的空气冷却方式满足电主轴运行时的散热要求。

本实用新型提供的木材加工高速电主轴可应用于木材加工中。其主要产品有床头板、柜门、门板、电视柜、音响部件、钢琴板、座椅等家具、建筑及室内装饰构件，而且广泛应用于其他行业的产品加工，如工艺美术行业中的人物肖像和艺术浮雕的雕刻，广告、标牌、贺匾的雕刻，黑色和有色金属铸造木模和塑料模具的加工等。

以上所述是本实用新型的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (4)

1.一种空气冷却的自动换刀高速电主轴，其特征在于：包括外壳体、前轴承组件、后轴承组件、主轴、电机定子、电机转子、换刀机构和松刀与拉刀气缸装置，

所述前轴承组件和后轴承组件固定在所述外壳体内，所述电主轴可转动地支撑固定在所述前轴承组件和后轴承组件上，所述电机转子固定在两个所述轴承组件之间的所述主轴上，所述电机定子固定在所述外壳上，位置与所述电机转子对应；在所述主轴内设有所述换刀机构，在所述后轴承组件后面的外壳体内固设所述松刀与拉刀气缸装置与所述换刀机构连接，在对应所述后轴承组件位置处的所述外壳体上开设有风口，在所述电机定子和外壳体之间以及前后轴承组件与外壳体之间设有空隙形成风道，在所述前轴承组件前面，设置风口与所述风道连通。

2.根据权利要求1所述的空气冷却的自动换刀高速电主轴，其特征在于：所述外壳体制成矩形截面的形状，其中心线与所述主轴的轴向重合，在外壳体的四角构成较大的四个风道，

3.根据权利要求2所述的空气冷却的自动换刀高速电主轴，其特征在于：在所述外壳体的四角之间的中间部位上再设置若干风道。

4.根据权利要求1或2或3所述的空气冷却的自动换刀高速电主轴，其特征在于：在对应所述后轴承组件位置处的外壳体断开为两段，在该两段外壳体之间密封地连接一连接壳体将两段外壳体连接起来，在该连接壳体上开设有所述的风口。

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