本發(fā)明涉及高速電主軸冷卻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)的高速高精度電主軸。

背景技術(shù)：

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高速精密加工中，由熱變形引起的加工誤差所占的比例高達(dá)40％～70％。而電主軸則是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高精度加工過程中的核心部件和主要產(chǎn)熱元件。由于電主軸自身結(jié)構(gòu)因素的限制，導(dǎo)致電機(jī)及軸承所產(chǎn)生的熱量積聚在轉(zhuǎn)子部位而無法及時有效的導(dǎo)出，致使轉(zhuǎn)子部分受熱膨脹，引起主軸配合尺寸發(fā)生變化，最終影響到主軸的加工精度。

電主軸的熱源主要包括電機(jī)和軸承兩部分。軸承產(chǎn)生熱量主要是由于滾動體與內(nèi)外圈之間的摩擦作用；而電機(jī)產(chǎn)生的熱量主要包括定子繞組銅耗發(fā)熱和轉(zhuǎn)子鐵損發(fā)熱以及轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時摩擦周圍空氣所產(chǎn)生的熱量，其中定子發(fā)熱約占總發(fā)熱量的2/3，轉(zhuǎn)子發(fā)熱約占1/3。

對于軸承產(chǎn)熱的生熱問題，目前常用的辦法是軸承油-氣(霧)潤滑技術(shù)，在對軸承進(jìn)行潤滑的同時帶走部分熱量，使得軸承的發(fā)熱問題得到一定程度的改善。對于電機(jī)定子的發(fā)熱問題，目前常用的辦法是在定子外側(cè)加工出螺旋冷卻流道，利用冷卻水(或油)的循環(huán)流動，透過殼體帶走電機(jī)定子的熱量。對于電機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱問題，目前常用的辦法是將高壓冷卻流體利用旋轉(zhuǎn)密封接頭通入轉(zhuǎn)軸軸芯冷卻流道，利用冷卻工質(zhì)在軸心處的循環(huán)流動，實(shí)現(xiàn)熱量的引出。但是該方法工作的關(guān)鍵在于旋轉(zhuǎn)密封接頭，在高壓流體通入軸心的過程中，隨著轉(zhuǎn)速的提高，“高壓動密封”難度急劇增大，造成冷卻成本的增加以及可靠性的下降，因此該方法并未在高速高精度電主軸軸心冷卻方面廣泛推廣應(yīng)用。

綜上，目前廣泛應(yīng)用的電主軸冷卻系統(tǒng)包括：針對軸承的油-氣(霧)潤滑冷卻系統(tǒng)以及針對電機(jī)定子的螺旋水套冷卻系統(tǒng)。而針對轉(zhuǎn)子軸心的發(fā)熱問題目前則沒有廣泛推廣應(yīng)用的冷卻方法，導(dǎo)致電主軸轉(zhuǎn)子處的熱量不斷堆積而形成“外冷內(nèi)熱”的溫度分布格局。導(dǎo)致熱變形的產(chǎn)生，嚴(yán)重制約了數(shù)控機(jī)床的加工精度的提高。因此，解決電主軸軸心的冷卻問題，成為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床加工精度的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)的高速高精度電主軸，實(shí)現(xiàn)電主軸軸心熱量的快速導(dǎo)出，有效的控制電主軸軸心處的溫升，減小熱變形，提高加工精度，同時還具有可靠性高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案為：

一種基于單環(huán)路熱虹吸管結(jié)構(gòu)冷卻的高速高精度電主軸，包括電主軸轉(zhuǎn)軸14，電主軸轉(zhuǎn)軸14前后兩端通過前軸承組件1、后軸承組件5與電主軸外殼4兩端連接，電主軸轉(zhuǎn)軸14中部固定的電機(jī)轉(zhuǎn)子2與固定在電主軸外殼4內(nèi)部的電機(jī)定子3配套，后軸承組件5和電主軸外殼4后端連接的后端蓋7共同構(gòu)成密閉的冷卻腔室11，電主軸轉(zhuǎn)軸14尾端伸入至冷卻腔室11內(nèi)部，冷卻腔室11的一側(cè)連接有進(jìn)油管6，和進(jìn)油管6相對的冷卻腔室11的另一側(cè)設(shè)有出油管8；

所述的電主軸轉(zhuǎn)軸14上加工有單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)，在電主軸轉(zhuǎn)軸14芯部加工出“鼠籠”式流道，具體是在電主軸轉(zhuǎn)軸14芯部對稱加工數(shù)條冷卻流道，其中一個中心冷卻流道12布置在電主軸轉(zhuǎn)軸14中心處，另外數(shù)根圓周冷卻流道13則沿圓周方向均勻布置，并且每根圓周方向上的圓周冷卻流道13均與中心冷卻流道12利用孔10連通，在圓周冷卻流道13前后兩端，利用環(huán)形流道9將所有外側(cè)圓周冷卻流道13沿圓周方向全部串通。

所述的單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)在排除冷卻流道內(nèi)不可凝結(jié)性氣體后，向其內(nèi)部注入傳熱工質(zhì)，注液率為50％～70％。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)勢在于：

本發(fā)明電主軸轉(zhuǎn)軸14將電機(jī)轉(zhuǎn)子2及后軸承組件5產(chǎn)生的熱量引出至冷卻腔室11中的過程中，利用的是單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)內(nèi)部工質(zhì)的相變傳熱，內(nèi)部傳熱工質(zhì)與外部冷卻液并沒有直接接觸，從原理上規(guī)避了將冷卻液通入電主軸轉(zhuǎn)軸14所帶來的“高壓動密封”問題，并且省去繁雜的配套系統(tǒng)，同時，可有效控制電主軸轉(zhuǎn)軸14軸芯溫升，提高其加工精度，降低電主軸轉(zhuǎn)軸14的冷卻成本，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定、散熱效率高等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電主軸總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的A-A截面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

參照圖1，一種基于單環(huán)路熱虹吸管結(jié)構(gòu)冷卻的高速高精度電主軸，包括電主軸轉(zhuǎn)軸14，電主軸轉(zhuǎn)軸14前后兩端通過前軸承組件1、后軸承組件5與電主軸外殼4兩端連接，電主軸轉(zhuǎn)軸14中部固定的電機(jī)轉(zhuǎn)子2與固定在電主軸外殼4內(nèi)部的電機(jī)定子3配套，后軸承組件5和電主軸外殼4后端連接的后端蓋7共同構(gòu)成密閉的冷卻腔室11，電主軸轉(zhuǎn)軸14尾端伸入至冷卻腔室11內(nèi)部，冷卻腔室11的一側(cè)連接有進(jìn)油管6，和進(jìn)油管6相對的冷卻腔室11的另一側(cè)設(shè)有出油管8。

參照圖2，所述的電主軸轉(zhuǎn)軸14上加工有單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)，在電主軸轉(zhuǎn)軸14芯部加工出“鼠籠”式流道，具體是在電主軸轉(zhuǎn)軸14心部對稱加工5條冷卻流道，其中一個中心冷卻流道12布置在電主軸轉(zhuǎn)軸14中心處，另外4根圓周冷卻流道14則沿圓周方向均勻布置，并且每根圓周方向上的圓周冷卻流道13均與中心冷卻流道12利用孔10連通，構(gòu)成單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)；另外，為了保證各冷卻流道內(nèi)傳熱工質(zhì)分布均勻，在圓周冷卻流道13前后兩端，利用環(huán)形流道9將所有外側(cè)圓周冷卻流道13沿圓周方向全部串通。單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)將電主軸轉(zhuǎn)軸14內(nèi)部熱量傳導(dǎo)至電主軸轉(zhuǎn)軸14尾端，在冷卻腔室11中進(jìn)行噴淋冷卻。

所述的單環(huán)路熱虹吸管冷卻結(jié)構(gòu)在排除冷卻流道內(nèi)不可凝結(jié)性氣體后，向其內(nèi)部注入傳熱工質(zhì)，注液率為50％～70％。

本發(fā)明的工作原理為：由于電主軸轉(zhuǎn)軸14高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的高離心力，致使冷卻流道內(nèi)的液體沿外側(cè)分布；同時由于兩端圓周方向的兩個環(huán)形流道9的作用，使各冷卻流道內(nèi)的傳熱工質(zhì)分布均勻。在電主軸轉(zhuǎn)軸14正常運(yùn)行期間，由于軸承及電機(jī)轉(zhuǎn)子2產(chǎn)生熱量，致使電主軸轉(zhuǎn)軸14溫度升高，電主軸轉(zhuǎn)軸14的冷卻流道內(nèi)的傳熱工質(zhì)吸收熱量而汽化，由于汽體密度遠(yuǎn)小于液體，故在高離心力作用下，液體向外側(cè)運(yùn)動，汽體則通過與中心冷卻流道12相連的孔10進(jìn)入中心冷卻流道12，導(dǎo)致中心冷卻流道12內(nèi)左側(cè)壓力增大，汽體沿中心冷卻流道12向電主軸轉(zhuǎn)軸14尾部運(yùn)動，由于電主軸轉(zhuǎn)軸14尾端布置在冷卻腔室11內(nèi)，冷卻油噴淋冷卻使電主軸轉(zhuǎn)軸14尾端溫度較低，汽體在電主軸轉(zhuǎn)軸14尾端冷卻流道內(nèi)遇冷液化，同時釋放熱量。此過程導(dǎo)致電主軸轉(zhuǎn)軸14前端液面低而尾部液面高，在高離心力的作用下，兩端液位高度差產(chǎn)生的壓力梯度，致使電主軸轉(zhuǎn)軸14尾端液體向左側(cè)運(yùn)動，將電主軸轉(zhuǎn)軸14及軸承產(chǎn)生的熱量從電主軸轉(zhuǎn)軸14前端向尾端冷卻腔室11高效傳遞。