專利名稱：一種空氣冷卻的自動換刀高速電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及木材加工的高速電主軸領(lǐng)域，尤其是涉及帶自動更換刀具的高 速電主軸。 技術(shù)背景
在現(xiàn)代木材工業(yè)中，高速銑削是木材(含竹材、農(nóng)作物秸稈等)精深加工的主 要形式。在高速運轉(zhuǎn)條件下，傳統(tǒng)的皮帶增速傳動、齒輪變速傳動系統(tǒng)已不能適應(yīng) 要求，現(xiàn)在廣泛采用的是主軸變頻電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，這樣電機(jī) 的轉(zhuǎn)子就是機(jī)床的主軸，機(jī)床主軸單元的殼體就是電機(jī)座，實現(xiàn)了主軸變頻電機(jī)和 機(jī)床主軸的一體化。結(jié)合木材高速銑削原理和加工工藝特性，木材加工高速電主軸
(以下簡稱電主軸)作為數(shù)控鏤銑機(jī)和數(shù)控加工中心等木材加工機(jī)床的關(guān)鍵部件， 廣泛應(yīng)用于木材精深加工中。根據(jù)刀具更換方式，電主軸分為人工更換和自動更換 兩種，人工更換方式的電主軸不具有自動松拉刀功能，而自動更換方式的電主軸具 有自動松拉刀功能，所述自動松拉刀機(jī)構(gòu)是設(shè)置在電主軸的中部的驅(qū)動松拉刀裝置 的系統(tǒng)。
木材高速銑削加工中，由于電主軸要達(dá)到較高轉(zhuǎn)速時，通常轉(zhuǎn)速為12000RPM 24000RPM,可以保證木材工件表面具有較高的粗糙度，從而實現(xiàn)精深加工中的鏤銑、 雕刻、鉆削等功能。電主軸高速運行時，內(nèi)部電流在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中會產(chǎn)生 熱量，轉(zhuǎn)子的軸承磨擦也產(chǎn)生熱量，另一方面，由于磁場的變化，在鐵心內(nèi)部產(chǎn)生 損耗，使鐵心溫度升高，這些熱量都要通過冷卻介質(zhì)帶出電主軸機(jī)體外。
電主軸冷卻方式按照冷卻介質(zhì)的性質(zhì)基本可分為兩大類液體介質(zhì)(水或油等) 冷卻和氣體介質(zhì)(空氣或其它氣體)冷卻。液體介質(zhì)比熱容較大，冷卻效果較好，但 是冷卻回路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 一般是在定子與電機(jī)外殼體之間安裝冷卻套結(jié)構(gòu)，冷卻 套上有進(jìn)液口和出液口，利用液體介質(zhì)循環(huán)流動而進(jìn)行冷卻。這種液體介質(zhì)冷卻方式 冷卻回路一旦發(fā)生液體介質(zhì)的泄漏，將破壞絕緣，造成重大故障，因此對制造工藝 要求嚴(yán)格，成本高。氣體介質(zhì)冷卻效果雖然不如液體介質(zhì)冷卻效果好，但結(jié)構(gòu)相對 要簡單，成本較低?，F(xiàn)有技術(shù)的空氣冷卻方式對人工更換刀具的電主軸主要利用電 主軸轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時同時帶動安裝在電主軸后端部的風(fēng)扇形成流動氣流，當(dāng)電主軸啟動 后，利用該氣流對轉(zhuǎn)子和定子進(jìn)行冷卻。但是自動更換刀具的電主軸結(jié)構(gòu)由于機(jī)體 中部具有松刀和拉刀氣缸或油缸裝置，所以后端部的風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流無法對自動更換刀具方式的電主軸進(jìn)行有效的冷卻。而且這種依靠轉(zhuǎn)子帶動后端部風(fēng)扇產(chǎn)生的氣 流雖然可對定子繞組進(jìn)行冷卻，但對電機(jī)外罩不能有效的冷卻，電機(jī)內(nèi)部的熱量不 容易散發(fā)。
在木材加工中，尤其是珍貴樹種等木材的加工，需要防止水、油等液體介質(zhì)對 木材表面的損傷，木材加工的工藝特點在一定程度上限制了液體介質(zhì)在電主軸上的 應(yīng)用。而現(xiàn)有的空氣介質(zhì)冷卻方式冷卻效果欠佳，不能滿足使用的要求。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用氣體介質(zhì)循環(huán)流動而 進(jìn)行散熱的空氣冷卻的自動換刀高速電主軸，以最經(jīng)濟(jì)的空氣冷卻方式滿足電主軸 運行時的散熱要求，保證電主軸具有較高的旋轉(zhuǎn)精度，有助于降低電主軸的應(yīng)用成 本。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的-
本實用新型提供的空氣冷卻的自動換刀高速電主軸包括外殼體、前軸承組件、 后軸承組件、主軸、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、換刀機(jī)構(gòu)和松刀與拉刀氣缸裝置，
所述前軸承組件和后軸承組件固定在所述外殼體內(nèi)，所述主軸可轉(zhuǎn)動地支撐固 定在所述前軸承組件和后軸承組件上，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在兩個所述軸承組件之間 的所述主軸上，所述電機(jī)定子固定在所述外殼上，位置與所述電機(jī)轉(zhuǎn)子對應(yīng)；在所 述主軸內(nèi)設(shè)有所述換刀機(jī)構(gòu)，在所述后軸承組件后面的外殼體內(nèi)圓設(shè)所述松刀與拉 刀氣缸裝置，在對應(yīng)所述后軸承組件位置處的所述外殼體上開設(shè)有風(fēng)口，在所述電 機(jī)定子和外殼體之間以及前后軸承組件與外殼體之間設(shè)有空隙形成風(fēng)道，在所述前 軸承組件前面，設(shè)置風(fēng)口與所述風(fēng)道連通。
在使用時，可以在所述風(fēng)道的設(shè)置在所述外殼體上的風(fēng)口上直接連接風(fēng)機(jī)，或 連接風(fēng)管，在該風(fēng)管上設(shè)置風(fēng)機(jī)，工作中，通過風(fēng)機(jī)向所述風(fēng)道中送風(fēng)或吸風(fēng)，該 送風(fēng)或吸風(fēng)可以將電機(jī)定子繞組中和轉(zhuǎn)子軸承上產(chǎn)生的熱量帶走。
為了使得所述風(fēng)道結(jié)構(gòu)合理，可以使得所述外殼體制成矩形截面的形狀，其中 心線與所述電主軸的軸向重合。由此可以在外殼體的四角構(gòu)成較大的四個風(fēng)道，還 可以在四角之間的中間部位上再設(shè)置若干風(fēng)道，由此可增加風(fēng)道的分布率，確保風(fēng) 冷的效果
本實用新型提供的空氣冷卻的自動換刀高速電主軸通過在松刀與拉刀氣缸裝置 之前的外殼體上設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，在電機(jī)定子和外殼體之間以及前后軸承組件與外殼體 之間設(shè)有風(fēng)道，使用時在該風(fēng)道中通入冷卻用氣體介質(zhì)，可以將電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子軸 承上的熱量帶走，使得自動換刀高速電主軸在氣體介質(zhì)冷卻下正常工作，確保在木
材加工中，尤其是珍貴樹種等木材的加工中使用氣體介質(zhì)冷卻方式，從根本上杜絕 了液體冷卻介質(zhì)損傷木材表面的情況。本實用新型的結(jié)構(gòu)十分簡單，對于現(xiàn)有電主 軸的改造非常方便。
下面通過附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作原理。


圖1為本實用新型提供的木材加工高速電主軸外形圖。
圖2為
圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為
圖1的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如
圖1、 2、 3所示，本實用新型提供的空氣冷卻的自動換刀高速電主軸包括矩 形截面的外殼體2、前軸承組件l、后軸承組件3、主軸9、電機(jī)定子繞組6、電機(jī)轉(zhuǎn) 子繞組7、換刀機(jī)構(gòu)8和松刀與拉刀氣缸裝置5，
前軸承組件1和后軸承組件3固定在外殼體2內(nèi)，主軸9可轉(zhuǎn)動地支撐固定在 前軸承組件1和后軸承組件3上，電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組7固定在兩個軸承組件之間的主軸9 上，電機(jī)定子繞組6固定在外殼體2上，位置與電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組6對應(yīng)；在主軸9內(nèi) 設(shè)有換刀機(jī)構(gòu)8，在后軸承組件3后面的外殼體2內(nèi)固設(shè)松刀與拉刀氣缸裝置5，在 對應(yīng)后軸承組件3位置處的外殼體斷開為兩段，在該兩段外殼體之間密封地連接一 連接殼體4將兩段外殼體連接起來，在連接殼體4上開設(shè)有風(fēng)口 B，在電機(jī)定子繞組 6和矩形截面外殼體2之間以及前后軸承組件1、 3與矩形截面外殼體2之間設(shè)有散 熱槽形成風(fēng)道A(見圖2)，在前軸承組件l前端面，設(shè)置風(fēng)口C與風(fēng)道連通。
電主軸的工作原理和工作過程如下
電主軸進(jìn)行工作時，電機(jī)轉(zhuǎn)子在電機(jī)定子的作用下，通過主軸帶動刀具和其內(nèi) 部換刀機(jī)構(gòu)一起高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到較高轉(zhuǎn)速時完成木材精深加工中的各種工藝。
所述前、后軸承座組件通過軸承對電機(jī)轉(zhuǎn)子及其主軸起支撐作用，前、后軸承 座固定在外殼體。
電主軸的熱意大部分產(chǎn)生于通電后的電機(jī)定子繞組，電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的熱量 約占1/3。為了盡快給高速運行的電主軸散熱，最好的辦法是對電主軸的外壁進(jìn)行散 熱。本設(shè)計電主軸的外壁即是外殼體，電機(jī)定子繞組直接固定在外殼體的內(nèi)壁，有 利于散熱。外殼體的形狀如附圖2所示，為矩形體，外殼體內(nèi)壁與矩形體各面之間 是空心的散熱槽。外殼體與連接殼體通過螺釘連接，連接殼體的內(nèi)側(cè)是后軸承座， 后軸承座外形為圓形，與外殼體通過螺釘連接，連接殼體的一面留有方孔風(fēng)口 B,在
連接殼體的方孔風(fēng)口 B處與散熱槽形成散熱通道A，通過外部安裝強(qiáng)制冷卻風(fēng)扇(圖 中未示出)向所述風(fēng)道中送風(fēng)或吸風(fēng)，可以加大散熱速度和散熱量。
所述電主軸內(nèi)部的各個傳感器分別控制電主軸轉(zhuǎn)軸和松拉刀的位置，以及溫升， 溫度超過允許值時立即報警，并使電主軸停止工作。
本實用新型提供的木材加工高速電主軸技術(shù)一改現(xiàn)有技術(shù)中的散熱冷卻方式， 通過電主軸外殼體散熱槽與連接殼體方孔形成的散熱通道新型結(jié)構(gòu)，通過外部安裝 強(qiáng)制冷卻風(fēng)扇，以最經(jīng)濟(jì)的空氣冷卻方式滿足電主軸運行時的散熱要求。
本實用新型提供的木材加工高速電主軸可應(yīng)用于木材加工中。其主要產(chǎn)品有床 頭板、柜門、門板、電視柜、音響部件、鋼琴板、座椅等家具、建筑及室內(nèi)裝飾構(gòu) 件，而且廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)的產(chǎn)品加工，如工藝美術(shù)行業(yè)中的人物肖像和藝術(shù)浮 雕的雕刻，廣告、標(biāo)牌、賀匾的雕刻，黑色和有色金屬鑄造木模和塑料模具的加工 等。
以上所述是本實用新型的具體實施例及所運用的技術(shù)原理，任何基于本實用新 型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換，均屬于本實用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種空氣冷卻的自動換刀高速電主軸，其特征在于包括外殼體、前軸承組件、后軸承組件、主軸、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、換刀機(jī)構(gòu)和松刀與拉刀氣缸裝置，所述前軸承組件和后軸承組件固定在所述外殼體內(nèi)，所述電主軸可轉(zhuǎn)動地支撐固定在所述前軸承組件和后軸承組件上，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在兩個所述軸承組件之間的所述主軸上，所述電機(jī)定子固定在所述外殼上，位置與所述電機(jī)轉(zhuǎn)子對應(yīng)；在所述主軸內(nèi)設(shè)有所述換刀機(jī)構(gòu)，在所述后軸承組件后面的外殼體內(nèi)固設(shè)所述松刀與拉刀氣缸裝置與所述換刀機(jī)構(gòu)連接，在對應(yīng)所述后軸承組件位置處的所述外殼體上開設(shè)有風(fēng)口，在所述電機(jī)定子和外殼體之間以及前后軸承組件與外殼體之間設(shè)有空隙形成風(fēng)道，在所述前軸承組件前面，設(shè)置風(fēng)口與所述風(fēng)道連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的空氣冷卻的自動換刀高速電主軸，其特征在于所述 外殼體制成矩形截面的形狀，其中心線與所述主軸的軸向重合，在外殼體的四角構(gòu) 成較大的四個風(fēng)道，
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣冷卻的自動換刀高速電主軸，其特征在于在所 述外殼體的四角之間的中間部位上再設(shè)置若干風(fēng)道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的空氣冷卻的自動換刀高速電主軸，其特征在 于在對應(yīng)所述后軸承組件位置處的外殼體斷開為兩段，在該兩段外殼體之間密封 地連接一連接殼體將兩段外殼體連接起來，在該連接殼體上開設(shè)有所述的風(fēng)口。
專利摘要一種空氣冷卻的自動換刀高速電主軸，包括外殼體、前、后軸承組件、主軸、電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、換刀機(jī)構(gòu)和松刀與拉刀氣缸裝置，前、后軸承組件固在外殼體內(nèi)，主軸可轉(zhuǎn)動地支固在前軸承組件和后軸承組件上，電機(jī)轉(zhuǎn)子固在兩個軸承組件之間的主軸上，電機(jī)定子固在外殼上；在電主軸內(nèi)設(shè)有換刀機(jī)構(gòu)，在后軸承組件后面的外殼體內(nèi)固設(shè)松刀與拉刀氣缸裝置，在對應(yīng)后軸承組件位置處的外殼體上開設(shè)有風(fēng)口，在電機(jī)定子和外殼體之間以及前后軸承組件與外殼體之間設(shè)有空隙形成風(fēng)道，在前軸承組件前面，設(shè)置風(fēng)口與風(fēng)道連通。本電主軸以最經(jīng)濟(jì)的空氣冷卻方式滿足電主軸運行時的散熱要求，保證電主軸具有較高的旋轉(zhuǎn)精度，有助于降低電主軸的應(yīng)用成本。
文檔編號B27C5/00GK201056013SQ200720149609
公開日2008年5月7日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者偉 張 申請人:國家林業(yè)局北京林業(yè)機(jī)械研究所