一种电主轴的制作方法

本实用新型涉及一种电主轴。

背景技术：

我国木工机械飞速发展，木工机械产品总体技术水平已经有了大幅度的提高，市场对优质高效的自动和半自动的木工机械产品需求越来越大，而且对加工效率及质量要求越来越高。木工切削机床与普通的金属切削机床的工作条件不一样，加工的材料是木材或者木质复合材料，加工环境粉尘比较多；此外，为了防止污染产品，木材加工不允许液体润滑与冷却。因此，高速电主轴作为木工用数控镂铣机的关键部件，有许多特殊要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种电主轴，其适用于木工切削机床。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种电主轴，包括：

机壳组件，形成一安装腔；

定子组件，设于所述安装腔中部；

轴芯组件，设置在所述定子组件处，由所述定子组件驱动其转动，轴芯组件为中空结构；

刀头更换组件，包括拉杆以及拉爪，所述拉爪可收缩地设于所述轴芯组件的前端，用于将一刀头可分离地保持在所述轴芯组件的前端，所述拉杆可轴向移动地设于所述轴芯组件内，所述拉杆的前端与所述拉爪配合，当所述拉杆轴向移动时，带动所述拉爪收缩或扩张；

气缸组件，设于所述轴芯组件后端，所述气缸组件与所述拉杆的后端相对，用于驱动所述拉杆移动，所述气缸组件的进气口与所述轴芯组件的内部连通，高压气流适于通过所述气缸组件进入所述轴芯组件内，最后从所述轴芯组件的前端吹出；以及

风冷组件，设于所述机壳组件的后端。

本实用新型的上述方案采用风冷组件对所述定子组件以及所述轴芯组件进行冷却，完全避免了冷却水的使用，风冷组件还可以起到除尘的作用；通过刀头更换组件与气缸组件的配合，实现刀头与轴芯组件的可分离连接；通过所述气缸组件使高压气流进入所述轴芯组件内，实现对所述轴芯组件内部的除尘。

进一步地，所述拉杆的后端具有气流通道，用于将所述拉杆后端的气流引导入所述拉杆与所述轴芯组件之间，所述气缸组件具有与所述拉杆后端的气流通道连通的进气通道，从而高压气流可通过所述气缸组件进入所述拉杆后端的气流通道，所述轴芯组件的前部具有径向的气流通道，用于将所述拉杆与所述轴芯组件之间的气流引导入所述轴芯组件与所述机壳组件之间，所述轴芯组件的前端具有倾斜延伸的气流通道，用于使所述轴芯组件与所述机壳组件之间的气流吹向所述轴芯组件内部的前端。

上述技术方案优化了电主轴的吹尘气路，有利于减少轴芯组件内的积尘，延长电主轴的使用寿命。

进一步地，所述气缸组件包括气缸顶盖、第一活塞、活塞连杆以及隔板，所述隔板设于所述气缸顶盖前方，所述第一活塞设于所述气缸顶盖与所述隔板之间，所述活塞连杆一端与所述第一活塞连接，另一端穿过所述隔板与所述拉杆的后端相对；所述气缸顶盖具有第一进气通道，所述第一进气通道的出口与所述第一活塞相对；所述隔板具有第三进气通道，所述第三进气通道的出口与所述第一活塞相对；所述隔板还具有第四进气通道，所述第四进气通道的出口与所述活塞连杆相对；所述活塞连杆上具有第五进气通道，当所述活塞连杆的前端抵于所述拉杆时，所述第五进气通道的一端与所述第四进气通道的出口相对，另一端与所述拉杆后端的气流通道相对。

上述技术方案提供了一种多功能的气缸组件，所述气缸组件不仅用于驱动刀头更换组件，还具有吹尘的功能。

进一步地，所述气缸组件还包括第二活塞，所述第二活塞设于所述隔板的前方，所述第二活塞与所述活塞连杆连接，所述隔板具有第二进气通道，所述第二进气通道的出口与所述第二活塞相对，所述第二进气通道的入口与所述第一进气通道的入口连通。

上述技术方案优化了气缸组件，增加了所述活塞连杆移动时的动力。

进一步地，所述轴芯组件包括轴芯本体以及围绕设置在所述轴芯本体外的转子，所述轴芯本体的中部形成轴芯通孔，所述拉杆可轴向移动地设于所述轴芯通孔内，所述拉杆与所述轴芯本体之间设有弹性保持件，当所述气缸组件撤去对所述拉杆的作用力时，所述拉杆在所述弹性保持件的作用下复位。

上述技术方案进优化了气缸组件与拉杆的配合，气缸组件只负责推动拉杆向前移动，而拉杆的向后复位则依靠弹性保持件实现，因此可以相对简化气缸组件的结构，减少高压气体的使用。

进一步地，所述拉杆的后端具有轴向的第一气流通道以及至少一个径向的第二气流通道，所述第二气流通道与所述第一气流通道连通，所述轴芯本体的前部具有至少一个轴向的第三气流通道，所述轴芯本体在所述第三气流通道的前方具有至少一个倾斜延伸的第四气流通道，气流通过所述第一气流通道以及所述第二气流通道进入所述拉杆与所述轴芯本体之间，然后通过所述第三气流通道进入所述轴芯本体与所述机壳组件之间，再通过所述第四气流通道吹向所述轴芯本体的前端。

上述技术方案进一步优化了拉杆以及轴芯组件的吹尘气路，使得气流可以更充分地经过拉杆以及轴芯组件，不仅能够对轴芯组件前端进行吹尘，而且有利于带走拉杆以及轴芯组件内的热量，起到一定的冷却作用。

进一步地，所述轴芯本体在所述第四气流通道的前端形成刀头安装腔，一刀头的连接端适于安装在所述刀头安装腔内，所述轴芯本体还具有第五气流通道，所述第五气流通道从所述刀头安装腔内延伸到所述轴芯本体的前端面。

上述技术方案通过设置第五气流通道，一方面起到除尘的作用，另一方面，当需要更换刀头时，第五气流通道吹出的气流有利于刀头的卸下。

进一步地，所述刀头更换组件还包括滑动芯以及顶芯，所述顶芯设于所述拉爪的后端，用于限制所述拉爪轴向上的移动，所述滑动芯一端与所述拉杆连接，另一端延伸进入所述拉爪内，所述滑动芯前端的外径大于所述拉爪的内径，从而当所述滑动芯处于所述拉爪内时，所述拉爪处于扩张状态，当所述滑动芯的前端随所述拉杆向前移动到与所述拉爪分离时，所述拉爪收缩。

上述技术方案优化了拉爪与拉杆的配合，通过拉杆的移动实现拉爪的张合，从而完成拉爪与刀头的连接与分离。

进一步地，所述机壳组件包括定子安装部、设于所述定子安装部后方的上轴承部、设于所述定子安装部前方的下轴承部，所述定子组件安装于所述定子安装部，所述轴芯组件的中部穿过所述定子组件，所述轴芯组件的后端安装于所述上轴承部，所述轴芯组件的前端安装于所述下轴承部，所述上轴承部设于所述安装腔内，所述下轴承部设于所述安装腔外。

上述技术方案优化了轴芯组件与机壳组件的安装方式，使得轴芯组件与机壳组件的安装与拆卸都非常方便，有利于降低维修成本。

进一步地，所述电主轴还包括集成电路板、接近开关传感器以及热敏传感器，所述集成电路板设于所述机壳组件外，所述接近开关传感器设于所述拉杆附近，用于检测所述拉杆的位置以及所述轴芯本体的转动，所述热敏传感器用于检测所述电主轴内温度，所述集成电路板与所述接近开关传感器和所述热敏传感器信号连接，并将信号反馈至机床控制系统。

上述技术方案实现了对电主轴实际运行情况的实时反馈，并且根据反馈的信息对电主轴进行相应的控制，提高了电主轴运行的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的一个优选实施例的剖视图；

图2为本实用新型的一个优选实施例的局部剖视图，显示了上轴承部；

图3为本实用新型的一个优选实施例的局部剖视图，显示了下轴承部；

图4为本实用新型的轴芯本体的一个优选实施例的剖视图；

图5为本实用新型的拉杆的一个优选实施例的剖视图；

图6为本实用新型的一个优选实施例的局部剖视图，显示了气缸组件；

图7为气缸组件的另一剖面的局部剖视图，显示了第三进气通道；

图8为本实用新型的一个优选实施例的外部示意图。

图中：1、机壳组件；10、安装腔；11、定子安装部；12、上轴承部；121、上轴承座；122、上轴承；123、上轴承锁紧螺母；13、下轴承部；131、下轴承外套；132、下轴承内套；133、下轴承；134、下轴承隔套；135下轴承锁紧螺母；14、气缸安装部；2、定子组件；3、轴芯组件；31、轴芯本体；310、轴芯通孔；32、转子；33、螺钉；4、刀头更换组件；41、拉杆；411、第一气流通道；412、第二气流通道；311、第三气流通道；312、第四气流通道；313、第五气流通道；315、刀头安装腔；42、滑动芯；43、拉爪、44、顶芯；5、风冷组件；6、气缸组件；61、气缸顶盖；62、第一活塞；63、第二活塞；64、活塞连杆；65、隔板；611、第一进气通道；651、第二进气通道；652、第三进气通道；653、第四进气通道；641、第五进气通道；7、刀头；8、控制组件；81、集成电路板；82、接近开关传感器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-8所示，本实用新型的电主轴包括：机壳组件1、定子组件2、轴芯组件3、刀头更换组件4、风冷组件5、以及气缸组件6。

机壳组件1形成一安装腔10，定子组件2设置在安装腔10的中部。

轴芯组件3设置在定子组件2内。定子组件2与外部电源电连接，其产生交变磁场驱动轴芯组件3转动。

轴芯组件3为中空结构，刀头更换组件4可轴向移动地设置在轴芯组件3 内。刀头更换组件4的一端延伸到芯轴组件3的前端，与一刀头7可分离地连接，从而使刀头7可拆卸地安装在轴芯组件3上；刀头更换组件4的另一端延伸出芯轴组件3的后端与气缸组件6相对，从而通过气缸组件6驱动刀头更换组件4轴向移动。

风冷组件5设置在机壳组件1的后端，用于向轴芯组件3吹气，通过气流带走定子组件2以及轴芯组件3产生的热量；此外，风冷组件5产生的气流可以吹走加工零件时进入电主轴内的灰尘。

进一步地，气缸组件6与轴芯组件3的内部连通，从而气缸组件6还可以向轴芯组件3内通入气流，通入轴芯组件3的气流最后从轴芯组件3的前端吹出，既可以起到风冷的作用，还有利于吹去轴芯组件3内部的灰尘。

机壳组件1包括定子安装部11、设于定子安装部11后方的上轴承部12、设于定子安装部11前方的下轴承部13以及设于所述上轴承部12后方的气缸安装部14。定子组件2安装于定子安装部11；轴芯组件3的中部穿过定子组件2，轴芯组件3的后端安装于上轴承部12，轴芯组件3的前端安装于下轴承部13。气缸组件6安装于气缸安装部14。

上轴承部12包括上轴承座121、上轴承122以及上轴承锁紧螺母123。上轴承122套设于轴芯组件3的后部；上轴承锁紧螺母123安装在轴芯组件3后端，用于限制上轴承122轴向的移动；上轴承座121围绕设于上轴承122外，用于限制上轴承122径向的移动。

下轴承部13包括下轴承座外套131、下轴承座内套132、两个下轴承133、下轴承隔套134以及下轴承锁紧螺母135。两个下轴承133套设于轴芯组件3的前部，下轴承隔套134设置在两个下轴承133之间；下轴承锁紧螺母135安装在轴芯组件3前端，用于限制下轴承133轴向的移动；下轴承座内套132围绕设于两下轴承133外，用于限制下轴承133径向的移动；下轴承座外套131围绕设于下轴承座内套132外，下轴承座外套131与定子安装部11连接。

上轴承部12设于安装腔10内。下轴承部13设于安装腔10外，其可直接从定子安装部11的壳体上拆下，从而下轴承部13的安装与维修十分方便。

轴芯组件3包括轴芯本体31以及围绕设置在轴芯本体31外的转子32，转子32与轴芯本体31通过螺钉33连接。定子组件2与轴芯组件3组成三相异步感应电机，由外部设备向定子组件2发射高频交变电流，在定子组件2与轴芯组件3之间构建交变磁场，轴芯组件3中的鼠笼导条产生感应电流，进而轴芯组件3受到旋转扭矩，高速旋转。

轴芯本体31的中部形成轴芯通孔310，刀头更换组件4可轴向移动地设置在轴芯通孔310内。

刀头更换组件4包括拉杆41、滑动芯42、拉爪43以及顶芯44。拉杆41可轴向移动地设于轴芯通孔310内，拉杆41的后端从轴芯通孔310的后端延伸出，与气缸组件6相对。拉杆41的前端延伸到轴芯通孔310的前端。

拉爪43可收缩地设置在轴芯通孔310的前端，顶芯44设置在拉爪43的后端，用于限制拉爪43在轴向上的移动。拉爪43的前端形成钩形，刀头7的内壁形成与拉爪43前端对应的卡槽。收缩拉爪43可以使拉爪43进入刀头7内，然后扩张拉爪43，使拉爪43与刀头7内的卡槽卡接，从而拉爪43与刀头连接。

拉爪43为中空结构，滑动芯42的一端与拉杆41连接，另一端延伸进入拉爪43内。滑动芯42前端的外径大于拉爪43的内径，从而当滑动芯42前端处于拉爪43内时，拉爪43处于扩张状态；当滑动芯42随拉杆41向前移动时，滑动芯42的前端与拉爪43分离，拉爪43收缩，从而刀头7可与拉爪43分离；当滑动芯42随拉杆41向后移动时，滑动芯42的前端再次进入拉爪43内，拉爪43扩张。

拉杆41的后端具有一轴向的第一气流通道411以及至少一个径向的第二气流通道412，第二气流通道412与第一气流通道411连通，当气流从拉杆41后端进入第一气流通道411后，通过第二气流通道412吹向拉杆41的侧面，然后气流沿着拉杆41与轴芯本体31之间的缝隙流动到轴芯本体31前端。

轴芯本体31的前部具有至少一轴向的第三气流通道311，第三气流通道311 将轴芯本体31的内部与外部连通，拉杆41与轴芯本体31之间的气流通过第三气流通道311流动到轴芯本体31的外壁，并沿着轴芯本体31与机壳组件1之间的缝隙向前流动。轴芯本体31在第三气流通道311的前方具有至少一倾斜的第四气流通道312，第四气流通道312将轴芯本体31的外部与内部连通，轴芯本体31与机壳组件1之间的气流通过第四气流通道312进入轴芯本体31内。

轴芯本体31在第四气流通道312的前端形成刀头安装腔315，刀头7的连接端适于安装在刀头安装腔315内，拉爪43的前端也处于刀头安装腔315内，也即第四气流通道312内的气流直接吹向刀头7的连接端。

轴芯本体31还具有第五气流通道313，第五气流通道313的一端连通刀头安装腔315，另一端延伸到轴芯本体31的前端面。当刀头7安装在轴芯本体31 上时，第五气流通道313与刀头7相对，适于吹去刀头7附近的灰尘，并起到辅助卸刀的作用。

气缸组件6包括气缸顶盖61、第一活塞62、第二活塞63、活塞连杆64以及隔板65。隔板65设于气缸顶盖61前方，第一活塞62设于气缸顶盖61与隔板65之间，第二活塞63设于隔板65的前方。隔板65具有一通孔，活塞连杆 64穿过隔板65上的通孔与第一活塞62和第二活塞63连接，从而第一活塞62 与第二活塞63的移动保持同步。活塞连杆64的前端与拉杆41的后端相对，从而当活塞连杆64在各活塞的带动向前移动时，推动拉杆41向前移动。

气缸顶盖61具有第一进气通道611，第一进气通道611的出口与第一活塞 62相对，高压空气适于通过第一进气通道611进入气缸顶盖61与第一活塞62 之间，从而推动第一活塞62向前移动。

隔板65具有第二进气通道651，第二进气通道651的出口与第二活塞63相对，高压空气适于通过第二进气通道651进入隔板65与第二活塞63之间，从而推动第二活塞63向前移动。

隔板65还具有第三进气通道652，第三进气通道652的出口与第一活塞62 相对，高压空气适于通过第三进气通过652进入隔板65与第一活塞62之间，从而推动第一活塞62向后移动。

进一步地，第一进气通道611与第二进气通道651的进气口连通，从而高压气体可通过同一进口通入第一进气通道611与第二进气通道651。

隔板65还具有第四进气通道653，第四进气通道653的出口与活塞连杆64 相对。活塞连杆64上具有第五进气通道641，当活塞连杆64抵于拉杆41的后端时，第五进气通道641的一端与第四进气通道643的出口相对，第五进气通道641的另一端与拉杆41的第一气流通道411相对。

进一步地，拉杆41与轴芯本体31之间设有弹性保持件，拉杆41的后端在弹性保持件的作用下保持在轴芯通孔310的外部。活塞连杆64处于初始位置时，活塞连杆64对拉杆41没有施加作用力，当活塞连杆64随着各活塞向前移动时，推动拉杆41轴向向前移动；当活塞连杆64随各活塞向后移动时，拉杆41在弹性保持件的作用下向后移动到初始位置。

风冷组件5包括轴流风扇51，轴流风扇51转速可达6000转，出风量可达 365m²/h。机壳组件1上设置多个冷却槽，使轴流风扇51的冷风能够均匀地包裹整个电主轴表面，带走定子组件2、轴芯组件3等产生的热量，从而达到冷却效果，并且冷却风吹到电主轴前端，可以吹走加工零件时产生的灰尘和碎屑。

进一步地，本实用新型的电主轴还包括控制组件8，控制组件8用于集成控制各用电设备的开关。

控制组件8包括集成电路板81、接近开关传感器82、热敏传感器。接近开关传感器82设置在轴芯组件3的后端，用于检测轴芯组件3的拉杆41的位移以及轴芯本体31的旋转。热敏传感器用于检测电主轴的实时温度。

集成电路板81包括接近开关传感器控制模块、编码器控制模块、热敏传感器控制模块、轴流风扇控制模块、开关按钮控制模块。

接近开关传感器控制模块与接近开关传感器82信号连接，当轴芯组件3处于拉刀状态、卸刀状态或旋转状态时，接近开关传感器82向接近开关传感器控制模块发出信息，再由集成电路板81将信号反馈到机床控制系统，由机床控制系统监控轴芯组件3的状态变化。

编码器控制模块主要是实时向机床控制系统反馈主轴转动时的实际转速，当转速发生偏差时，由机床控制系统调整主轴转速。

热敏传感器控制模块用于实时向机床控制系统反馈电主轴温度，当电主轴温度高于设置的温度时产生报警，并停止电主轴转动。

轴流风扇控制模块用于接收机床控制系统的开关信号，以控制轴流风扇51 的开关。

开关按钮控制模块用于接收机床控制系统的开关信号，以控制各器件的开关，并反馈一个完成动作的信号到机床控制系统。

本实用新型的电主轴更换刀头的工作原理为：向第一进气通道611通入高压气源，第一活塞62在高压气流的作用下向前移动，同时第二进气通道651也通入高压气气，第二活塞63在高压气流的作用下向前移动，活塞连杆64在第一活塞62和第二活塞63的作用下向前移动，从而推动拉杆41向前移动；拉杆 41带动滑动芯42向前移动，拉爪43收缩，此时将刀头7的连接端插入刀头连接腔315；然后切断输入气缸组件6的高压气源，拉杆41在弹性保持件的作用下向后移动，带动滑动芯42向后移动，拉爪43扩张，此时拉爪43与刀头7卡接，完成拉刀动作。

本实用新型的电主轴采用外接式轴流风扇冷却，不同与传统的水冷，不仅满足了电主轴的冷却要求，而且无需额外提供水冷压缩机等外部构建，节省成本，可以满足特殊的加工要求，如木材、石墨、纤维板等粉尘较大且不允许沾水的材料的加工。

本实用新型的电主轴提供了一种多功能气缸组件6，不仅可用于驱动拉杆 41移动，还能够实现吹尘的功能，并且有助于刀头7的拆卸，其克服了普通气缸功能单一的问题。气缸组件6的第一进气通道611和第二进气通道651实现驱动拉杆41移动的功能；第四进气通道和第五进气通道实现中心吹尘和气幕密封的功能。高压气体从第一进气通道611和第二进气通道651流动到第一活塞 62和第二活塞63处，推动第一活塞62和第二活塞63向前移动；另外的高压气流的第一股从第四进气通道和第五进气通道流动到拉杆41的第一气流通道411 处，实现吹尘功能，第二股通过外接的气管到达下轴承座外套131，在电主轴鼻端形成气幕密封；第一进气通道611和第二进气通道651内的高压气体停止输入后，向第三进气通道652通入高压空气，把第一活塞62、第二活塞63以及活塞连杆64推回原位。

本实用新型的电主轴提供了一种独特的吹尘气流：当活塞连杆64抵于拉杆 41的后端时，第五进气通道641的一端与第四进气通道653相对，另一端与拉杆41的第一气流通道411相对，高压气流从第四进气通道653进入，流动到第一气流通道411，再由第二气流通道412吹出，然后通过轴芯本体31的中部到达下部；然后气流通过第三气流通道311进入轴芯本体31的外壁；然后气流通过第四气流通道312进入轴芯本体31的刀头安装腔315，用于把轴芯本体31锥面的灰尘清理干净；还有部分气流进入第五气流通道313，起到辅助卸刀的作用。

本实用新型的电主轴模块化程度高，每个模块可分成单独的整体，可以单独组装和拆卸，也可以单独更换某个模块，而不影响其他模块的功能。尤其是其拆卸方便，大量节省了维护时间。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。