[发明专利]一种高速自动换刀电主轴冷却结构

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。