CN103213029B - 一种高速车削中心电主轴冷却方法及内外冷却电主轴 - Google Patents

Abstract

一种高速车削中心电主轴部件冷却结构，其特征是：在内装式伺服电机定子与箱体之间设计一外圆切有冷却腔槽及螺旋型流体通道轴承水套，内装式伺服电机定子外壳上带有螺旋水套。由冷却水进口、轴承水套、内装式伺服电机定子水套、冷却水出口共同构成一个封闭的外冷却循环***。由***冷却水进水接头、高速旋转接头、拉杆、主轴、法兰、***冷却水回水接头共同构成了一个封闭的内冷却循环***。经恒温控制的冷却水流经两个冷却循环***，对电主轴部件固定不动部分如内装式伺服电机定子、主轴轴承外圈和高速旋转部分如电机转子、轴承内圈、主轴的内外两路同时冷却，降低了电主轴部件温升，提高了高速车床热稳定性和工作精度、延长了伺服电机使用寿命。

Description

一种高速车削中心电主轴冷却方法及内外冷却电主轴

技术领域

本发明涉及一种高速车削中心电主轴部件冷却结构。

背景技术

目前，现有的高速车削中心主运动结构主要由主轴、内装式伺服电机、主轴轴承和箱体组成。而温升是电主轴部件一个重要指标，车床在高速和重载工作条件下，内装式伺服电机及主轴轴承运转的发热直接传递给箱体和主轴等零件，导致主轴轴线的线位移和角位移，影响加工精度，甚至导致轴承过热而烧坏。

电主轴的的发热主要由定子绕组的发热与转子的铁损发热以及轴承旋转发热引起的，针对发热问题，目前流行的几种解决方案是：（1）给内装式伺服电机定子外壳和主轴轴承外圈上增加水套，以带走内装式伺服电机旋转和主轴轴承工作时产生的热量；（2）在电主轴外壳和电主轴轴芯处分别设置冷却导热管，热管的冷凝端设有散热片，通过冷却空气冷却散热片，达到带走主轴部件热量的作用。但以上结构在高速车削中心应用时存在以下不足：方案（1）中，这种给内装式伺服电机定子外壳和主轴轴承外圈上增加水套的水冷却方式仅对伺服电机定子和主轴轴承外圈进行了冷却，未对电主轴转子和主轴轴承内圈进行冷却，这种冷却方式就会造成主轴部件外冷内热，一方面使主轴因为热膨胀造成线位移和角位移，影响加工精度，另一方面使主轴轴承外圈温度偏低，内圈温度偏高，造成了轴承预紧量增大，加剧了轴承的发热。方案（2）中，在电主轴外壳和电主轴轴芯处分别设置冷却导热管，虽然能在一定程度上对电主轴的定子和转子发热起到了冷却作用，但是由于此种冷却方式不是直接通过液体冷却介质制冷，而是通过冷却空气热交换，达到降温目的，加之导热管的热交换功率有限，使得此冷却方案不能很有效的解决高速车削中心电主轴部件长时间、强力加工的带来的散热问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术不足之处，通过本发明，在电主轴外壳和主轴轴承外圈上增加***水套，同时在主轴内部设置冷却水通道，实现对电主轴部件固定不动部分如内装式伺服电机定子、主轴轴承外圈和高速旋转部分如电机转子、轴承内圈、主轴的内外两路同时冷却，有效的控制电主轴部件的整体温升，达到减少热变形对高速车削中心加工精度的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在内装式伺服电机外壳与箱体之间设计一个圆柱形轴承水套，该轴承水套外径与箱体内孔配合装配，内径与内装式伺服电机定子上螺旋水套外圆配合。定子水套外径表面加工有一螺旋流体通道，内装式伺服电机转子通过热装方式过盈固装在主轴上，主轴内部有拉杆，拉杆前端与卡盘连接，后端与高速旋转接头连接，拉杆内部设有深孔，拉杆的深孔末端处开有若干小孔，主轴前轴承安装于轴承水套的前部内孔，后轴承座与轴承水套后端的后轴承座紧固在一起，用于安装后轴承。在轴承水套的外径圆柱面上加工一冷却腔槽及一螺旋流体通道。工作时冷却流体经温度自动调节器恒温控制，然后分内外两路进入电主轴部件内部，***一路冷却水从进口进入轴承水套冷却腔槽，冷却前轴承外圈，之后进入水套螺旋流体通道，再流入定子的螺旋水套，经过多圈螺旋流动，冷却内装式伺服电机定子，利用热传导原理吸收热量后从箱体冷却流体出口流出回到温度自动调节器，内部一路冷却水由进水接头进入，流经高速旋转接头进入拉杆内部，再流经拉杆与主轴内孔间的冷却水通道，冷却主轴，进而冷却与主轴紧密装配在一起的电机转子、轴承内圈，利用热传导原理吸收热量后，从法兰出水口流出，经回水接头回到温度自动调节器。此冷却结构由于同时采用内外2路冷却水进行冷却，有效的转移了电主轴部件的发热量，更好的控制电主轴部件的整体温升。本发明最大的特点在于在从电主轴部件***固定不动部分冷却的同时从电主轴部件内部高速旋转部分同时冷却，而且高速旋转部分采用的是冷却液体直接冷却的方式，效率高，弥补了已有结构在高速车削中心应用时存在的不足，解决了在电主轴部件高速旋转部分中布置循环冷却水道的难题。

本发明的有益效果是，能够对电主轴转子、定子、主轴和主轴轴承内、外圈进行同时冷却，更加有效地降低电主轴部件的温升，进一步提升机床加工精度，提高主轴轴承和内装式伺服电机的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构简图。

图2是本发明的实施工作图。

图1中：1.***冷却水进口、2.***冷却水出口、3.主轴箱体、4.轴承水套、5.主轴、6.内装式伺服电机定子、7内装式伺服电机转子、8.前轴承、9.后轴承、10后轴承座、11.密封圈、12.定子水套、13.拉杆、14.卡盘、15.内部冷却水进水接头、16.高速旋转接头、17.法兰、18.内部冷却水回水接头。

图2中：1.***冷却水进口、2.***冷却水出口、3.主轴箱体、4.轴承水套、5.主轴、6.内装式伺服电机定子、7内装式伺服电机转子、8.前轴承、9.后轴承、10后轴承座、11.密封圈、12.定子水套、13.拉杆、14.卡盘、15.内部冷却水进水接头、16.高速旋转接头、17.法兰、18.内部冷却水回水接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

根据图1及图2可知，本发明所述的冷却结构主要涉及到：***冷却水进口1、***冷却水出口2、主轴箱体3、轴承水套4、主轴5、内装式伺服电机定子6、内装式伺服电机转子7、前轴承8、后轴承9、后轴承座10、密封圈11、定子水套12、拉杆13、卡盘14、内部冷却水进水接头15、高速旋转接头16、法兰17、内部冷却水回水接头18。其中圆柱形轴承水套4外径与箱体3内孔配合装配。内装式伺服电机定子水套12配合于轴承水套4内壁，且内装式伺服电机定子水套12外径圆柱面加工有一螺旋流体通道，内装式伺服电机转子7通过热装方式过盈固装在主轴5上，主轴5内部有拉杆13，拉杆13前端与卡盘14连接，拉杆13后端与高速旋转接头16连接，拉杆13内部设有深孔，拉杆12的深孔末端处开有若干小孔，前轴承8安装于轴承水套4的前部内孔，后轴承座10与轴承水套4后端的后轴承座10紧固在一起，用于安装后轴承9。在轴承水套4的外径圆柱面上加工一冷却腔槽及一螺旋流体通道，两端采用密封圈11对箱体和水套结合进行密封。

工作时冷却流体经温度自动调节器恒温控制，然后分内外两路进入电主轴部件内部，***一路从冷却水进口1进入轴承水套4的冷却腔槽，之后进入水套4的螺旋流体通道，再流入内装式伺服电机定子水套12的螺旋流体通道，经过多圈螺旋流动，利用热传导原理吸收热量后从***冷却水出口2流出后回到温度自动调节器。另一路由内部冷却水进水接头15进入，流经高速旋转接头16进入拉杆13内部，再流经拉杆13与主轴5内孔间的冷却水通道，利用热传导原理吸收热量后，从法兰17出水口流出，经内部冷却水回水接头18回到温度自动调节器。此冷却结构有效的转移了内装式伺服电机转子、定子和主轴轴承的运转发热量，冷却流体吸收热量后流回温度自动调节器，释放热量后循环使用。

Claims (1)

1.一种高速车削中心内外冷却电主轴，其特征是：在内装式伺服电机定子（6）与箱体（3）之间设计一轴承水套（4），轴承水套（4）外圆切有冷却腔槽及螺旋型流体通道，内装式伺服电机定子（6）外壳上带有螺旋水套；***冷却水进口（1）、轴承水套（4）、内装式伺服电机定子水套（12）、***冷却水出口（2）共同构成一个封闭的外冷却循环***；另外，主轴（5）内部有拉杆（13），拉杆（13）内部设有深孔，拉杆（13）的深孔末端处开有若干小孔；由内部冷却水进水接头（15）、高速旋转接头（16）、拉杆（13）、主轴（5）、法兰（17）、内部冷却水回水接头（18）共同构成了一个封闭的内冷却循环***;内装式伺服电机定子水套（12）配合于轴承水套（4）内壁，且内装式伺服电机定子水套（12）外径圆柱面加工有一螺旋流体通道，内装式伺服电机转子（7）通过热装方式过盈固装在主轴（5）上，主轴（5）内部有拉杆（13），拉杆（13）前端与卡盘（14）连接，拉杆（13）后端与高速旋转接头（16）连接，拉杆（13）内部设有深孔，拉杆（13）的深孔末端处开有若干小孔，前轴承（8）安装于轴承水套（4）的前部内孔，后轴承座（10）与轴承水套（4）后端的后轴承座（10）紧固在一起，用于安装后轴承（9）；在轴承水套（4）的外径圆柱面上加工一冷却腔槽及一螺旋流体通道，两端采用密封圈（11）对所述箱体和所述水套结合进行密封。