一种高速自动换刀电主轴冷却结构制造技术

本发明专利技术提供一种高速自动换刀电主轴冷却结构，其中的主轴通过前、后轴承座固定在一体化外壳上；冷却风扇安在外壳的后端；外壳内壁上设有凸肩式止口，后轴承座后端设法兰抵在止口上而固定在外壳上，前后轴承座以及换刀气缸上的法兰上与外壳上设的筋梁相对应处设置螺孔，通过螺栓与外壳固定，在相邻的筋梁之间设有间隙构成贯穿式轴向风道。本电主轴冷却结构，在外壳和轴承座以及气缸之间形成轴向风道，改善了电主轴的风冷却性能，固定结构更加合理，电主轴的对中心性会更高，确保木材数控加工中心用电主轴在加工中承受稳定的切削力和保持较高的动平衡，本电主轴不需再在外壳上设置侧向风道，也使得结构更加紧凑和美观。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数控加工中心用高速自动换刀电主轴冷却结构，特别是涉及 一种利用空气循环流动而进行冷却的木材数控加工中心用高速自动换刀电主轴。
技术介绍
在现代木材工业中，高速铣削是木材精深加工的主要形式。结合木材加工工艺 理论和高速铣削原理，木材数控加工中心除要求有高速的数控系统以及极好的伺服 电机特性之外，还要有较高转速的主轴以提高加工工件的精度和效率，尤其在木材 加工中，其电机主轴转速往往要达到12000 24000RPM左右才可保证木材工件表面 具有较高的粗糙度，从而实现精深加工中的镂铣、雕刻、锯切等功能。高速自动换刀电主轴(以下简称电主轴)作为木材数控加工中心等加工机床的 关键部件，广泛应用于木材精深加工中。电主轴工作时，电机的转子在定子内高速 旋转，电机的定子和转子都会产生大量的热能，电主轴的轴承高速运转也会产生大 量的热能，如果不能有效地把这些热能排除，会损坏电机的绕组线圈和轴承，故一 定要用冷却系统来保持电主轴工作温度恒定。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，也不会有破环绝缘而出大故障的危险，是现有技术中电主 轴冷却研究的方向。现有技术中电主轴的空气冷却方式通常是利用电主轴转子上的扇叶在机壳内回 转时形成流动气流带走部件上的热量，当电机启动后，转子回转产生流动的气流， 利用该气流对转子和定子进行冷却。这种转子产生的气流虽然可对定子的绕组进行 冷却，但对电机外壳却没有冷却的效果，电机外壳往往会由于高温产生热变形从而 影响了主轴的正常工作。现有电主轴风冷技术中也有采用专用风扇冷却的自动换刀 电主轴，但由于自动换刀电主轴结构的限制，其换刀气缸装置是通过法兰与壳体联 结的，由于气缸和法兰的阻挡，无法设置轴向风道， 一般均采用侧面进风，空气流 动不畅，影响冷却效果，而且造成电主轴径向体积大，影响整机的外观。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进现有技术的不足，克服上述电主轴无法在其纵向构成轴 向风道，不能对外壳进行很好冷却的缺陷，提供一种利用空气循环流动而进行冷却， 可以有效地排出电主轴产生的热量，从而保障电主轴的高转速、高精度和高稳定性 工作的高速自动换刀电主轴冷却结构。本专利技术要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的一种高速自动换刀电主轴冷却结构，它包括一个一体化的外壳，还包括有设于 该外壳中的主轴、内藏式电机、拉刀机构、气缸和冷却风扇。所述主轴是空心的，所述拉刀机构固定于其中并与设于所述主轴后端上的所述 换刀气缸同轴线地相连接，该电机的转子在定子空心内与主轴固定，定子设置在所 述主轴外面与所述外壳固连，所述主轴的前部和后部设置前轴承和后轴承，所述前、 后轴承的轴承座固定在该外壳上；其特征在于一体化的所述外壳为一直筒形壳体，其内为两段中心轴线重合的腔室，从所述 外壳的前端向内一段为截面积较小的前段圆形截面筒形腔室，其与所述定子的外廓 构成过盈配合，从所述外壳的后端向内的一段为截面积较大的后段筒形腔室，所述 的两段筒形腔室的交接处形成一凸肩式止口，在所述外壳的所述前段筒形腔室的筒 壁中设置若干轴向通道形成轴向风道；所述前轴承座固定在所述外壳的前端，所述后轴承座固定在所述凸肩式止口 上，所述换刀气缸固定在所述后轴承座上；所述冷却风扇安装在所述外壳的后端与 所述主轴、前、后轴承座、换刀气缸以及轴向风道相对应。所述前后轴承座与所述外壳的连接结构可以是这样的所述前、后轴承座上设 有法兰，通过该法兰将所述前、后轴承座固定在所述外壳上，所述换刀气缸通过其 上的法兰固设在所述后轴承座上；所述前、后轴承座的至少一部分外廓与所述外壳 前段筒形腔室内壁形状相匹配形成轴承定位面，所述换刀气缸的至少一部分外廓与 所述后轴承座上的内腔形状相匹配形成定位面。具体地，在所述外壳前端面上相邻风道之间和凸肩式止口端面上设有轴向螺 孔，在所述前、后轴承座上的法兰上设有轴向通孔与所述外壳上的所述轴向螺孔对 应，其中固联螺钉使得所述前轴承座轴向地固定在所述外壳的前端，所述后轴承座 轴向地固定在所述外壳的所述凸肩上。所述换刀气缸的外廓面积以不遮挡所述轴向风道为限，该换刀气缸上设有连接 用法兰，所述法兰上设轴向通孔，在所述后轴承座的法兰上的相应处设螺孔与之对 应，其中固联螺钉使得所述换刀气缸固定在所述后轴承座上。所述换刀气缸的所述法兰上设有轴向通孔与所述后轴承座上设有的轴向螺孔对应，其中固联螺钉使得所述换刀气缸固定在所述后轴承座上。所述外壳的外廓截面形状为在正四边形基础上切去四个角的八边形的形状，其中正四边形切去四角剩余的边长所在的平面构成电主轴支撑安装的平面。构成电主轴支撑安装平面的该边长与为切去四角前的正四边形的边长之比(a—2b) /a为0. 6 0. 9。在所述外壳上侧、左右两侧共三个侧面上的每个侧面上设置两个异型截面风道，该风道的截面形状为其内侧边缘为与定子的圆形轮廓走向一致的圆弧形，外侧边缘为与外壳外轮廓的直边缘的走向一致的直边形，两侧用弧形轮廓，将圆弧形边缘和直边形轮廓光滑地连接在一起；而相邻的两个所述异型风道之间留有的部分 形成定位筋梁。相邻的两个所述异型截面风道的大小是，使得其间的所述筋梁的宽度与固定轴 承座的螺孔的大小相匹配即可，而该螺孔匹配的螺钉是能够满足固定强度的要求 的；在该筋梁上布设连接所述前轴承座和/或后轴承座上法兰的螺孔，所述前轴承 座和/或后轴承座法兰的外缘在与所述筋梁上的螺孔相应处上设有凸部，在该凸部 上设置通孔，其与所述筋梁上的螺孔相对，其中设螺钉连接，使得前轴承座固定在外壳的前端和/或后轴承座固定在所述凸肩式止口上；和/或，在所述外壳的下底侧面设置安装槽，在两个安装槽之间的壳壁上设置所述的异 型风道，该异型风道是两个，两个异型风道之间以及和安装槽之间形成所述筋梁。当所述外壳的下底侧面上还设置连接键槽时，两个所述异型风道与键槽之间形 成所述定位筋梁。所述后轴承座的法兰设置在该后轴承座的后端。本专利技术提供的高速自动换刀电主轴冷却结构，通过对在外壳中设置的电主轴的 前后轴承座以及连接电主轴上拉刀机构的换刀气缸与外壳的固定结构的改进，使得 在外壳和轴承座以及气缸之间形成轴向风道，由此，可以改善电主轴的风冷却性能， 能有效地保护高速电机，进而保证了系统的正常运行。另外，所述固定结构使得电 主轴的冷却结构更加合理，电主轴的对中心性会更高，故而能确保木材数控加工中 心用电主轴在加工中承受稳定的切削力和保持较高的动平衡，本专利技术提供的电主轴 不需再在外壳上设置侧向风道，也使得结构更加紧凑和美观。 附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步的说明图1为木材数控加工中心电主轴冷却结构的结构示意图2为图1所示的木材数控加工中心电主轴的K向结构示意图换刀气缸连接法 兰的形状示意图；图3为图1所示的木材数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速自动换刀电主轴冷却结构，它包括一个一体化的外壳，还包括有设于该外壳中的主轴、内藏式电机、拉刀机构、气缸和冷却风扇；　所述主轴是空心的，所述拉刀机构固定于其中并与设于所述主轴后端上的所述换刀气缸同轴线地相连接，该电机的转子在定子空心内与主轴固定，定子设置在所述主轴外面与所述外壳固连，所述主轴的前部和后部设置前轴承和后轴承，所述前、后轴承的轴承座固定在该外壳上；其特征在于：　一体化的所述外壳为一直筒形壳体，其内为两段中心轴线重合的筒形腔室，从所述外壳的前端向内一段为内腔截面积较小的前段圆形截面筒形腔室，其与所述定子的外廓构成过盈配合，从所述外壳的后端向内的一段为内腔截面积较大的后段筒形腔室，所述的两段筒形腔室的交接处形成一凸肩式止口，在所述外壳的所述前段筒形腔室的筒壁中设置若干轴向通道形成轴向风道；　所述前轴承座固定在所述外壳的前端，所述后轴承座固定在所述凸肩式止口上，所述换刀气缸固定在所述后轴承座上；所述冷却风扇安装在所述外壳的后端与所述主轴、前、后轴承座、换刀气缸以及轴向风道相对应。

【技术特征摘要】
1.一种高速自动换刀电主轴冷却结构，它包括一个一体化的外壳，还包括有设于该外壳中的主轴、内藏式电机、拉刀机构、气缸和冷却风扇；所述主轴是空心的，所述拉刀机构固定于其中并与设于所述主轴后端上的所述换刀气缸同轴线地相连接，该电机的转子在定子空心内与主轴固定，定子设置在所述主轴外面与所述外壳固连，所述主轴的前部和后部设置前轴承和后轴承，所述前、后轴承的轴承座固定在该外壳上；其特征在于一体化的所述外壳为一直筒形壳体，其内为两段中心轴线重合的筒形腔室，从所述外壳的前端向内一段为内腔截面积较小的前段圆形截面筒形腔室，其与所述定子的外廓构成过盈配合，从所述外壳的后端向内的一段为内腔截面积较大的后段筒形腔室，所述的两段筒形腔室的交接处形成一凸肩式止口，在所述外壳的所述前段筒形腔室的筒壁中设置若干轴向通道形成轴向风道；所述前轴承座固定在所述外壳的前端，所述后轴承座固定在所述凸肩式止口上，所述换刀气缸固定在所述后轴承座上；所述冷却风扇安装在所述外壳的后端与所述主轴、前、后轴承座、换刀气缸以及轴向风道相对应。2. 根据权利要求l所述的高速自动换刀电主轴冷却结构，其特征在于 所述前、后轴承座上设有法兰，通过该法兰将所述前、后轴承座固定在所述 外壳上，所述换刀气缸通过其上的法兰固设在所述后轴承座上；所述前、后 轴承座的至少一部分外廓与所述外壳前段筒形腔室内壁形状相匹配形成轴 承定位面，所述换刀气缸的至少一部分外廓与所述后轴承座上的内腔形状相 匹配形成定位面。3.前、后轴承座上的法兰上相应处设有轴向通孔与所述外壳上的 所述轴向螺孔对应，其中固联螺钉使得所述前轴承座轴向地固定在所述外壳 的前端，所述后轴承座轴向地固定在所述外壳的所述凸肩式止口上。4. 根据权利要求2或3所述的高速自动换刀电主轴冷却结构，其特征在于所述换刀气缸的外廓面积以不遮挡所述轴向风道为限，该换刀气缸上 设有连接用法兰，所述法兰上设轴向通孔，在所述后轴承座的法兰上的相应处设螺孔与之对应，其中固联螺钉使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，王晓军，
申请(专利权)人：国家林业局北京林业机械研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]