[实用新型]一种空气冷却的自动换刀高速电主轴

说明书

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