[發(fā)明專利]一種電主軸軸芯冷卻結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410344227.8
• 申請(qǐng)日: 2014-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN104108047A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史曉軍;康躍然;高建民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q11/12
• 分類號(hào): B23Q11/12;B23B19/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于電主軸冷卻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電主軸軸芯冷卻結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】

電主軸作為高速機(jī)床的核心部件，是實(shí)現(xiàn)高速、精密加工的關(guān)鍵。然而，由于電主軸電機(jī)內(nèi)置、外殼封閉，使得電機(jī)功率損耗產(chǎn)生的熱量和前后軸承摩擦產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)排走，從而導(dǎo)致電主軸內(nèi)部形成復(fù)雜的溫度場(chǎng)，產(chǎn)生了嚴(yán)重的熱變形。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工中，由熱變形引起的加工誤差所占的比例高達(dá)40％-70％左右。

對(duì)于軸承摩擦發(fā)熱，電主軸采用軸承油-氣潤(rùn)滑技術(shù)，使得軸承散熱問題得到了一定改善。對(duì)于電機(jī)發(fā)熱，其發(fā)熱源主要是定子繞組銅耗發(fā)熱和轉(zhuǎn)子鐵損發(fā)熱，其中定子發(fā)熱約占總發(fā)熱量的2/3，轉(zhuǎn)子占1/3。通常在電機(jī)定子外加裝螺旋冷卻水套，利用冷卻液對(duì)電機(jī)定子和電主軸殼體進(jìn)行循環(huán)冷卻。然而，冷卻水套只對(duì)內(nèi)置電機(jī)的定子和電主軸殼體部分進(jìn)行了冷卻，而轉(zhuǎn)子和電主軸軸芯處無(wú)有效的冷卻措施，使得積聚的熱量無(wú)法被排走，電主軸軸芯溫度持續(xù)升高。從而導(dǎo)致電主軸系統(tǒng)“外冷內(nèi)熱”，產(chǎn)生熱變形，嚴(yán)重影響機(jī)床加工精度。因此對(duì)傳統(tǒng)電主軸軸芯采用有效冷卻措施是非常必要的。

針對(duì)電主軸軸芯這一主要的熱薄弱部件，人們提出了以下措施改進(jìn)其散熱：(1)改變傳統(tǒng)電主軸結(jié)構(gòu)：將置于前后軸承間的電機(jī)“解放出來(lái)”，置于后軸承后端，主軸套筒與電機(jī)軸向布置。這種設(shè)計(jì)在一定程度上改善了電機(jī)的散熱問題。(2)應(yīng)用熱管技術(shù)對(duì)電主軸軸芯進(jìn)行冷卻。但上述冷卻技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在以下不足：對(duì)于方案(1)，雖然改善了內(nèi)置電機(jī)散熱不良的問題，但由于電機(jī)后置，使得整個(gè)主軸單元的軸向尺寸增大，電主軸單元的出力減小，從而限制了這種結(jié)構(gòu)電主軸的應(yīng)用(其只適用于小型高速數(shù)控機(jī)床)。對(duì)于方案(2)，將熱管技術(shù)應(yīng)用于電主軸冷卻，雖然能在一定程度上對(duì)電主軸軸芯起到冷卻作用，但熱管的冷凝段不能直接采用液體冷卻介質(zhì)制冷，而是通過冷卻空氣進(jìn)行熱交換；加之熱管的熱交換功率有限，使得此冷卻方案不能有效解決電主軸長(zhǎng)時(shí)間、大功率加工帶來(lái)的散熱問題。此外，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性也存在問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問題，提供了一種電主軸軸芯冷卻結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，其具有高效、簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，用于控制電主軸軸芯處的溫升，提高電主軸熱穩(wěn)定性和加工精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種電主軸軸芯冷卻結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)，沿電主軸軸芯的中心線周向上開設(shè)有多個(gè)由直孔通道構(gòu)成的U型冷卻單元，單個(gè)U型冷卻單元包括與電主軸軸芯的中心線平行的入流通道、回流通道以及連接通道，該連接通道用于將入流通道和回流通道相連，其開口端位于電主軸軸芯的周向上，且連接通道的開口端通過堵頭密封，入流通道的入口以及回流通道的出口位于電主軸軸芯的后端面上；軸頭法蘭連接式多通路高速旋轉(zhuǎn)接頭通過后軸承套筒與電主軸軸芯的后端面緊固連接，軸頭法蘭連接式多通路高速旋轉(zhuǎn)接頭上開設(shè)有多個(gè)進(jìn)油通道和相應(yīng)的多個(gè)出油通道，單個(gè)U型冷卻單元的入流通道和回流通道均分別與軸頭法蘭連接式多通路高速旋轉(zhuǎn)接頭上的一個(gè)進(jìn)油通道和一個(gè)出油通道相連，多個(gè)出油通道的出口與回流通道聯(lián)箱的入口相連，回流通道聯(lián)箱的出口與油水冷卻系統(tǒng)的入口相連，油水冷卻系統(tǒng)的出口與入流通道聯(lián)箱的入口相連，入流通道聯(lián)箱出口與多個(gè)進(jìn)油通道的入口相連。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：沿電主軸軸芯的中心線周向上開設(shè)有四個(gè)由直孔通道構(gòu)成的U型冷卻單元。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：連接通道的開口端避開前軸承內(nèi)圈與電主軸軸芯的過盈配合處。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：軸頭法蘭連接式多通路高速旋轉(zhuǎn)接頭的法蘭部分與后軸承套筒的對(duì)應(yīng)位置上均開設(shè)有定位孔。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：采用密封圈對(duì)軸頭法蘭連接式多通路高速旋轉(zhuǎn)接頭與電主軸軸芯后端面的結(jié)合部進(jìn)行密封。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：各個(gè)U型冷卻單元的入流通道入口和回流通道出口交錯(cuò)布置在電主軸軸芯后端面上，且入流通道入口相對(duì)于回流通道出口更靠近電主軸軸芯的中心線。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：油水冷卻系統(tǒng)包括主油池和熱交換器，熱交換器上設(shè)有進(jìn)水口、出水口、進(jìn)油口和出油口，回流通道聯(lián)箱的出口與熱交換器的進(jìn)油口相連，熱交換器的出油口與主油池的入口相連，主油池內(nèi)設(shè)有過濾器，過濾器的出口與油泵的入口相連，油泵的出口依次通過止回裝置、節(jié)流閥與入流通道聯(lián)箱的入口相連，電機(jī)用于為油泵提供動(dòng)力。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：主油池上設(shè)有溫度計(jì)。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于：止回裝置與節(jié)流閥相連的管道上設(shè)有流量指示器。