專利名稱：高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電主軸技術(shù)領(lǐng)域，特指高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，隨著電氣傳動技術(shù)(變頻調(diào)速技術(shù)、電動機(jī)矢量控制技術(shù)等)的迅速發(fā)展和 日趨完善，高速數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，基本上取消了帶輪傳 動和齒輪傳動。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動機(jī)直接驅(qū)動，從而把機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零， 實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動”。這種主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主 軸部件從機(jī)床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主 軸，，。高速機(jī)床在工作時，由于電主軸在高速旋轉(zhuǎn)的作用下，電主軸的各零部件會產(chǎn)生 不同程度的發(fā)熱。發(fā)熱后的電主軸和機(jī)床其他零部件之間的相對位置和尺寸都將與發(fā)熱前 有所不同，因此所產(chǎn)生的熱膨脹，將導(dǎo)致加工誤差的加大。特別是在高速機(jī)床的加工中，熱 膨脹引起的誤差尤為突出，由于主軸系統(tǒng)各零件的剛度和精度都較高，負(fù)荷卻不是很大，主 軸因受力產(chǎn)生的彈性變形所引起的加工誤差常常是很小的，主軸單元的熱膨脹已經(jīng)成為影 響加工精度的主要因素。因此在高速電主軸的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計上，通過改用高效的導(dǎo)熱元 器件，來控制電主軸的溫升，減小電主軸的熱膨脹，對于提高電主軸的使用性能是至關(guān)重要 的?，F(xiàn)有的高速主軸主要是通過在主軸殼體內(nèi)加冷卻油，并不斷的循環(huán)，把熱量帶走， 來進(jìn)行冷卻。其基本的冷卻路線是首先從主軸冷卻油溫控制器流出冷卻油，經(jīng)過在靠近前 端蓋的入水口，冷卻油進(jìn)入前端軸承的外圍，對前端軸承進(jìn)行冷卻。接著流向主軸的定子和 后端軸承進(jìn)行冷卻，最后從出水口流回主軸冷卻油溫控制器完成循環(huán)。高速電主軸的發(fā)熱源主要可分為以下幾部分，其一，主軸電動機(jī)內(nèi)置于機(jī)床主軸 的結(jié)構(gòu)中，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的發(fā)熱是其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的主要的熱源。其二，電動機(jī)轉(zhuǎn)子在主 軸殼體內(nèi)的高速攪動，使內(nèi)腔中的空氣也會發(fā)熱，這些熱源產(chǎn)生的熱量主要通過主軸殼體 和主軸進(jìn)行散熱，所以電動機(jī)產(chǎn)生的熱量有相當(dāng)一部分會通過主軸傳到軸承上去，因而影 響軸承的壽命，并且會使主軸產(chǎn)生熱伸長，影響加工精度。其三，隨著主軸轉(zhuǎn)速的升高，主軸 軸承的摩擦所產(chǎn)生的發(fā)熱量也隨之增大。電動機(jī)的發(fā)熱主要有定子繞組的銅耗發(fā)熱及轉(zhuǎn)子的鐵損發(fā)熱，其中定子繞組的發(fā) 熱占電動機(jī)總發(fā)熱量的2/3以上。傳統(tǒng)的冷卻方式下，只對定子部分做了冷卻處理，而沒有 對轉(zhuǎn)子的鐵損發(fā)熱部分進(jìn)行冷卻處理，也就是說對占電動機(jī)發(fā)熱總量近1/3的熱量沒有進(jìn) 行冷卻處理，從而形成了外冷內(nèi)熱。而轉(zhuǎn)子的熱膨脹對于加工精度的影響是致命的，如果主 軸軸芯按500mm的長度計算時，根據(jù)鋼的金屬膨脹系數(shù)可得出，軸芯的溫度每上升一度，主 軸的長度將延長0. 005mm。另外對軸承的進(jìn)行冷卻的冷卻液，在高速旋轉(zhuǎn)的主軸的離心力 作用下，冷卻液根本無法分布到軸承的內(nèi)圈和軸芯，隨著主軸溫升增加，軸承的預(yù)緊量將增 大，反過來又加劇軸承的發(fā)熱，使軸承得不到有效的冷卻和潤滑。因此對傳統(tǒng)的高速電主軸的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種利用熱管快速傳導(dǎo)熱能 達(dá)到冷卻效果、保證電主軸溫度穩(wěn)定性的高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)，包括有 電主軸殼體、電主軸軸芯、冷卻空調(diào)，電主軸軸芯的兩端分別通過軸承轉(zhuǎn)動連接在電主軸殼 體中，電主軸殼體的后端設(shè)有環(huán)形冷卻密封罩，環(huán)形冷卻密封罩與冷卻空調(diào)的冷卻氣體輸 出口連通，電主軸殼體中設(shè)有殼體熱管，殼體熱管的冷凝端伸入環(huán)形冷卻密封罩中并設(shè)有 殼體散熱片，殼體熱管的蒸發(fā)端延伸至前端軸承處。所述殼體熱管為環(huán)套式結(jié)構(gòu)，殼體熱管的蒸發(fā)端包括位于前端軸承對應(yīng)位置處的 前端軸承熱管蒸發(fā)端、位于定子對應(yīng)位置處的定子熱管蒸發(fā)端，定子熱管蒸發(fā)端的前端與 前端軸承熱管蒸發(fā)端的后端之間通過連接管連通。所述電主軸軸芯中設(shè)有軸芯熱管，軸芯熱管的冷凝端設(shè)有軸芯散熱片，冷卻空調(diào) 的冷卻氣體輸出口通向軸芯散熱片。所述電主軸軸芯一端設(shè)有溫度傳感器，冷卻空調(diào)設(shè)有控制冷卻氣體溫度的溫度控 制器，溫度控制器與溫度傳感器電連接，使電主軸在其工作時的溫度波動控制在士 1°以 內(nèi)。所述電主軸軸芯中心設(shè)有為軸承提供潤滑油的潤滑油通道。本發(fā)明有益效果在于本發(fā)明提供的高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)，包括有電主軸殼 體、電主軸軸芯、冷卻空調(diào)，電主軸軸芯的兩端分別通過軸承轉(zhuǎn)動連接在電主軸殼體中，電 主軸殼體的后端設(shè)有環(huán)形冷卻密封罩，環(huán)形冷卻密封罩與冷卻空調(diào)的冷卻氣體輸出口連 通，電主軸殼體中設(shè)有殼體熱管，殼體熱管的蒸發(fā)端延伸至前端軸承處，殼體熱管的冷凝端 伸入環(huán)形冷卻密封罩中并設(shè)有殼體散熱片，本發(fā)明利用熱管的高速傳導(dǎo)性和恒溫性進(jìn)行冷 卻，并在冷凝端加裝殼體散熱片，使冷空氣流經(jīng)殼體散熱片的位置，有效帶走熱量，當(dāng)機(jī)床 工作時，一旦在蒸發(fā)端產(chǎn)生熱量，就會迅速通過熱管內(nèi)部的蒸汽帶到冷凝端，而在冷凝端遇 上冷空氣，就會迅速帶走熱量，保證電主軸溫度穩(wěn)定性，利用高效的熱管導(dǎo)熱技術(shù)，能迅速 帶走主軸電機(jī)和主軸軸承上的熱量，能有效的控制溫升，最大限度的減少由于電主軸熱膨 脹引起的加工精度誤差，同時也將提高軸本身與主軸軸承的使用壽命。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，見圖1所示，本發(fā)明的高速精密電主軸 冷卻系統(tǒng)包括有電主軸殼體1、電主軸軸芯2、轉(zhuǎn)子11、定子12、冷卻空調(diào)4，電主軸軸芯2的 兩端分別通過軸承3轉(zhuǎn)動連接在電主軸殼體1中，轉(zhuǎn)子11套接在電主軸軸芯2上，定子12 固定在電主軸殼體1內(nèi)部，電主軸殼體1的后端設(shè)有環(huán)形冷卻密封罩5，環(huán)形冷卻密封罩5 與冷卻空調(diào)4的冷卻氣體輸出口連通，電主軸殼體1中設(shè)有殼體熱管6，殼體熱管6的蒸發(fā)端延伸至前端軸承3處，殼體熱管6的冷凝端伸入環(huán)形冷卻密封罩5中并設(shè)有殼體散熱片 13，使冷空氣流經(jīng)殼體散熱片13的位置，有效帶走熱量，保證電主軸溫度穩(wěn)定性。殼體熱管6為環(huán)套式結(jié)構(gòu)，比條狀的熱管能更好的散熱，殼體熱管6的蒸發(fā)端包括 位于前端軸承3對應(yīng)位置處的前端軸承熱管蒸發(fā)端61、位于定子12對應(yīng)位置處的定子熱管 蒸發(fā)端62，定子熱管蒸發(fā)端62的前端與前端軸承熱管蒸發(fā)端61的后端之間通過8條連接 管63連通。電主軸軸芯2中設(shè)有4條軸芯熱管7，軸芯熱管7的冷凝端設(shè)有軸芯散熱片8，冷 卻空調(diào)4的冷卻氣體輸出口通向軸芯散熱片8，傳統(tǒng)的電主軸軸芯2無法進(jìn)行冷卻設(shè)計，而 本發(fā)明在電主軸軸芯2中裝軸芯熱管7冷卻，有效解決了電主軸由于外冷內(nèi)熱的主軸形變 問題，極大地提高了電主軸的使用壽命。電主軸軸芯2 —端設(shè)有溫度傳感器9，冷卻空調(diào)4設(shè)有控制冷卻氣體溫度的溫度 控制器10，溫度控制器10與溫度傳感器9電連接。溫度傳感器9把溫度變化的信號傳導(dǎo) 給溫度控制器10，溫度控制器10根據(jù)溫度的變化，對冷卻空調(diào)4的風(fēng)速和溫度進(jìn)行自動調(diào) 節(jié)，保證溫度變化在士 1°以內(nèi)。電主軸軸芯2中心設(shè)有為軸承3提供潤滑油的潤滑油通道21，通過從電主軸軸芯 2的潤滑油通道21注入高壓潤滑油對電主軸軸承3進(jìn)行冷卻，能有效的避免傳統(tǒng)軸承3從 軸承3外圈進(jìn)行潤滑時，由于電主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力而導(dǎo)致軸承3靠軸芯端得不到有 效潤滑的情形，電主軸軸芯2潤滑充分利用離心力的優(yōu)勢使?jié)櫥壕鶆虻姆植嫉矫總€需要 潤滑的部位，潤滑效果好。本發(fā)明利用熱管的高速傳導(dǎo)性和恒溫性進(jìn)行冷卻，并在冷凝端加裝殼體散熱片 13，使冷空氣流經(jīng)殼體散熱片13的位置，有效帶走熱量，當(dāng)機(jī)床工作時，一旦在蒸發(fā)端產(chǎn)生 熱量，就會迅速通過熱管內(nèi)部的蒸汽帶到冷凝端，而在冷凝端遇上冷空氣，就會迅速帶走熱 量，保證電主軸的恒溫狀態(tài)，利用高效的熱管導(dǎo)熱技術(shù)，能迅速帶走主軸電機(jī)和主軸軸承3 上的熱量，能有效的控制溫升，最大限度的減少由于電主軸熱膨脹引起的加工精度誤差，同 時也將提高軸本身與主軸軸承3的使用壽命。本發(fā)明高速電主軸利用熱管冷卻，能有效降低電主軸由于軸芯的熱膨脹所引發(fā)加 工精度誤差。在機(jī)床電主軸可承受的情況下，也能更進(jìn)一步的提高主軸的轉(zhuǎn)速，使機(jī)床的加 工效率更高。同時也可以緩解電主軸軸承3的熱膨脹，提高軸承3的使用壽命，能有效的解 決高速電主軸的內(nèi)部散熱問題。
權(quán)利要求
1.高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)，包括有電主軸殼體(1)、電主軸軸芯O)，電主軸軸芯(2) 的兩端分別通過軸承C3)轉(zhuǎn)動連接在電主軸殼體(1)中，其特征在于還包括有冷卻空調(diào) G)，電主軸殼體(1)的后端設(shè)有環(huán)形冷卻密封罩(5)，環(huán)形冷卻密封罩(5)與冷卻空調(diào)(4) 的冷卻氣體輸出口連通，電主軸殼體⑴中設(shè)有殼體熱管(6)，殼體熱管(6)的冷凝端伸入 環(huán)形冷卻密封罩(5)中并設(shè)有殼體散熱片(13)，殼體熱管(6)的蒸發(fā)端延伸至前端軸承 ⑶處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述殼體熱管(6) 為環(huán)套式結(jié)構(gòu)，殼體熱管(6)的蒸發(fā)端包括位于前端軸承C3)對應(yīng)位置處的前端軸承熱管 蒸發(fā)端(61)、位于定子對應(yīng)位置處的定子熱管蒸發(fā)端(62)，定子熱管蒸發(fā)端(6 的前端與 前端軸承熱管蒸發(fā)端(61)的后端之間通過連接管(6 連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述電主軸軸芯(2) 中設(shè)有軸芯條形熱管(7)，軸芯條形熱管(7)的冷凝端設(shè)有軸芯散熱片(8)，冷卻空調(diào)(4) 的冷卻氣體輸出口通向軸芯散熱片(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述電主軸軸芯(2) 一端設(shè)有溫度傳感器(9)，冷卻空調(diào)(4)設(shè)有控制冷卻氣體溫度的溫度控制器(10)，溫度控 制器(10)與溫度傳感器(9)電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述電主軸軸芯(2) 中心設(shè)有為軸承C3)提供潤滑油的潤滑油通道01)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電主軸技術(shù)領(lǐng)域，特指高速精密電主軸冷卻系統(tǒng)，包括有電主軸殼體冷卻、電主軸軸芯冷卻、軸承軸芯潤滑冷卻三部分，可使電主軸工作時的溫升變化控制在±1℃以內(nèi)。具體實(shí)施方案為在電主軸殼體部分設(shè)置環(huán)套型的熱管冷卻方式，通過增大其冷卻接觸面，快速帶走殼體熱能；在軸芯冷卻部分采用對稱的條形熱管，均勻的分別在軸芯上，利用熱管的高速傳導(dǎo)性和恒溫性進(jìn)行冷卻；在軸承潤滑冷卻部分采用軸芯液體潤滑冷卻的方式，充分利用高速電主軸的高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生離心力，使?jié)櫥鋮s液體均布在軸承滾子上?？杀ＷC電主軸溫度穩(wěn)定性，最大限度的減少由于電主軸熱膨脹引起的加工精度誤差，同時也將提高軸本身與主軸軸承的使用壽命。
文檔編號B23Q11/12GK102120266SQ201010620948
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者葉智方, 徐素武, 徐紅嬌, 林朝陽, 羅劍英, 許光輝, 賴樹明, 鄧君, 鐘守炎, 黃泳波 申請人:東莞理工學(xué)院