CN115815643A - 一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了应用于高端装备技术领域的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，该主轴装备通过在冷却管道上设置与不同内热源相相对应的分支管，并在内热源与分支管之间设置视觉测温组件，通过感知内热源上的温度，并根据温度做出相应的形态变化，在未发生过热现象时，该形态变化未到达外界，当内热源发生过热现象时，视觉测温组件会将形态变化传递至外界，使工作人员在外界通过视觉观察即可得知并区分出不同内热源发生的过热现象，从而及时对过热情况进行检查和冷却处理手段，不易影响本申请的正常使用和寿命，且在解除内热源的过热情况后，视觉测温组件可恢复初始状态，实现对本申请的再次监测，具有较大的实用和经济效益。

Description

一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备

技术领域

本申请涉及高端装备技术领域，特别涉及一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备。

背景技术

电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。电主轴由无外壳电机、主轴、轴承、主轴单元壳体、驱动模块和冷却装置等组成。电机的转子采用压配方法与主轴做成一体，主轴则由前后轴承支撑。电机的定子通过冷却套安装于主轴单元的壳体中。主轴的变速由主轴驱动模块控制，而主轴单元内的温升由冷却装置限制。

电轴一般有两大内部热源，一是内置电机加热，另一种是主轴轴承加热。内置电机的发热量三分之二由定子产生，三分之一由转子产生，转子所产生的大部分热量通过转子和定子之间的气隙传给定子，为保证电主轴的正常工作，机床一般采取强制循环油冷却的方式对电主轴的定子及主轴轴承进行冷却。

但由于电主轴不同内热源的生热量不同，而且内热源的热流密度分布不均匀，这就导致电主轴内不同部位具有一定的温度差，但现有技术中的温度监测一般是对电主轴整体进行检测，无法顾及到不同内热源部位的温度变化，这样容易导致电主轴内局部的过热现象无法及时监测出，从而影响整个电主轴的正常使用和寿命。

发明内容

本申请目的在于解决现有电主轴内部局部内热源的过热现象无法及时被监测出，从而影响整个电主轴正常使用和寿命的问题，相比现有技术提供一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，包括电主轴壳体，电主轴壳体的内部安装有轴芯以及套设于轴芯外端的轴承和内置电机，内置电机包括配合设置的转子和定子，电主轴壳体的内部还设有套于定子外端的冷却管道，电主轴壳体的外端固定连接有进液管、出液管一和出液管二，冷却管道的一端固定贯穿电主轴壳体并与进液管固定连接，冷却管道的另一端固定连接有一对分支管，一对分支管均贯穿电主轴壳体并分别与出液管一和出液管二固定连接；

定子和轴承分别与一对分支管一一对应，且定子和轴承与对应的分支管之间均设有视觉测温组件；

视觉测温组件包括感温膨胀体、主动绳和水动器，一对感温膨胀体分别固定连接于定子和轴承的外端，水动器位于分支管上，主动绳的一端与感温膨胀体外端固定连接，其另一端活动贯穿分支管并与水动器固定连接；

水动器包括与分支管内壁固定连接的方型网框，方型网框远离分支管内壁的开口端通过弹性转轴转动连接有挡板，方型网框、挡板和分支管内壁所形成的型腔中放置有引动浮体，引动浮体的外端固定连接有从动绳，从动绳远离引动浮体的一端活动贯穿电主轴壳体并延伸至外界；

通过在冷却管道上设置与不同内热源相相对应的分支管，并在内热源与分支管之间设置视觉测温组件，通过感知内热源上的温度，并根据温度做出相应的形态变化，在未发生过热现象时，该形态变化未到达外界，当内热源发生过热现象时，视觉测温组件会将形态变化传递至外界，使工作人员在外界通过视觉观察即可得知并区分出不同内热源发生的过热现象，从而及时对过热情况进行检查和冷却处理手段，不易影响本申请的正常使用和寿命，且在解除内热源的过热情况后，视觉测温组件可恢复初始状态，实现对本申请的再次监测，具有较大的实用和经济效益。

进一步的，感温膨胀体包括工型导热盘和膨胀层，膨胀层固定连接于工型导热盘的外端。

进一步的，主动绳的一端与工型导热盘一端固定连接，并缠绕于膨胀层外侧，主动绳的另一端活动贯穿工型导热盘另一端，并与挡板外端固定连接。

进一步的，膨胀层采用受热膨胀材料制成，当膨胀层处于初始状态时，主动绳和从动绳均呈松弛状态。

进一步的，引动浮体包括轻质球壳和磁棒，磁棒放置于轻质球壳的内部，磁棒采用横向磁极分布方式。

进一步的，方型网框的内侧设有磁环，磁环固定连接于分支管的内壁上，磁环靠近挡板一端的磁极与磁棒的外侧磁极相同。

进一步的，分支管的外端固定连接有一对密封圈，一对密封圈分别位于主动绳和分支管的连接处以及从动绳和分支管的连接处，主动绳和从动绳分别贯穿一对密封圈并滑动连接于其内部。

进一步的，从动绳远离引动浮体的一端固定连接有彩端球，彩端球位于电主轴壳体的外端，且多个彩端球的颜色各不相同。

可选的，电主轴壳体上固定连接有拉力传感器，彩端球与拉力传感器感应端固定连接，拉力传感器与外部监测终端电性连接。

进一步的，主动绳在膨胀层外侧的缠绕圈数为1-3，分支管的外表面固定包裹有隔磁膜，隔磁膜采用微米木基复合绝磁材料制备而成。

相比于现有技术，本申请的优点在于：

(1)本申请通过在冷却管道上设置与不同内热源相相对应的分支管，并在内热源与分支管之间设置视觉测温组件，通过感知内热源上的温度，并根据温度做出相应的形态变化，在未发生过热现象时，该形态变化未到达外界，当内热源发生过热现象时，视觉测温组件会将形态变化传递至外界，使工作人员在外界通过视觉观察即可得知并区分出不同内热源发生的过热现象，从而及时对过热情况进行检查和冷却处理手段，不易影响本申请的正常使用和寿命，且在解除内热源的过热情况后，视觉测温组件可恢复初始状态，实现对本申请的再次监测，具有较大的实用和经济效益。

(2)初始状态时，挡板与方型网框呈90°夹角状态，挡板对方型网框开口端起到封闭作用，使引动浮体稳定放置于型腔中，当挡板转动打开时，引动浮体可从方型网框开口端移出。

(3)从动绳远离引动浮体的一端固定连接有彩端球，且多个彩端球的颜色各不相同，一方面，通过彩端球可使从动绳不易产生过度移动而进入电主轴壳体的内部，方便顺利通过从动绳将引动浮体拉回型腔内部，另一方面，通过不同颜色的彩端球可区分相应从动绳所对应的水动器，当在外界观察到某一从动绳被引动浮体拉动时，可清楚得知定子和轴承中哪一个发生过热现象，这样便于工作人员及时进行相应的检查和冷却处理手段。

(4)当内热源处于安全温度范围时，膨胀层的膨胀程度较小，造成主动绳的移动仍处于松弛范围内，此情况下，主动绳未对挡板产生拉力，引动浮体和从动绳位置为发生变化，这给予了内热源一定的安全升温范围，即在该温度范围时，内热源的温度是正常的。

(5)当内热源温度超出安全温度范围时，即内热源发生过热现象，此时，受内热源过高温度影响，膨胀层的膨胀较大，趋近饱和膨胀，使得主动绳被拉直并对挡板产生拉力使其转动，方型网框的开口端被打开，引动浮体在磁环的磁斥力下移出方型网框，随后在冷却剂冲力下，逐渐远离方型网框，此时从动绳因受到引动浮体拉力作用，向电主轴壳体内部移动，直至彩端球与电主轴壳体外端接触，停止移动。

(6)通过增设了拉力传感器，当从动绳被引动浮体带动并拉直时，彩端球直接将拉力传递至拉力传感器上，使拉力传感器监测数据发生改变，从而使得外部监测终端及时产生声音警示信号，提醒工作人员，通过智能设备代替人工视觉，可以更加快速地对过热情况作出反映，更具备及时性。

附图说明

图1为本申请的立体图一；

图2为本申请的立体图二；

图3为本申请的分支管处的连接结构示意图；

图4为本申请中与定子连接的视觉测温组件的正面结构示意图；

图5为本申请中与轴承连接的视觉测温组件的正面结构示意图；

图6为本申请的感温膨胀体的正面结构示意图；

图7为本申请的引动浮体的正面结构示意图；

图8为本申请的视觉测温组件在使用时的形态变化结构示意图一；

图9为本申请的视觉测温组件在使用时的形态变化结构示意图二；

图10为本申请实施例2的立体图。

图中标号说明：

1电主轴壳体、2轴芯、3转子、4定子、5轴承、6冷却管道、7分支管、8进液管、91出液管一、92出液管二、10感温膨胀体、1001工型导热盘、1002膨胀层、11主动绳、12方型网框、13挡板、14引动浮体、1401轻质球壳、1402磁棒、15从动绳、16彩端球、17磁环、18密封圈、19拉力传感器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

本申请公开了一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，请参阅图1，包括电主轴壳体1，电主轴壳体1的内部安装有轴芯2以及套设于轴芯2外端的轴承5和内置电机，内置电机包括配合设置的转子3和定子4，上述结构均为现有技术结构，电主轴壳体1的内部还设有套于定子4外端的冷却管道6，请参阅图2，电主轴壳体1的外端固定连接有进液管8、出液管一91和出液管二92，结合图1和图2，冷却管道6的一端固定贯穿电主轴壳体1并与进液管8固定连接，冷却管道6的另一端固定连接有一对分支管7，如图3所示，一对分支管7均贯穿电主轴壳体1并分别与出液管一91和出液管二92固定连接。

在对本申请进行冷却时，通过进液管8将冷却剂输入冷却管道6中，冷却剂沿着冷却管道6在电主轴壳体1内部流动，对转子3、定子4和轴承5等内热源进行降温，换热后的冷却剂分别流入一对分支管7中，再分别通过出液管一91和出液管二92排出，从而实现对电主轴壳体1内部进行循环冷却。

定子4和轴承5分别与一对分支管7一一对应，且定子4和轴承5与对应的分支管7之间均设有视觉测温组件(如图4和图5所示)，请参阅图4，视觉测温组件包括感温膨胀体10、主动绳11和水动器，一对感温膨胀体10分别固定连接于定子4和轴承5的外端，水动器位于分支管7上，主动绳11的一端与感温膨胀体10外端固定连接，其另一端活动贯穿分支管7并与水动器固定连接，感温膨胀体10感受内热源温度变化，产生相应形变，再通过主动绳11将变化传递至水动器，实现从外界通过视觉观察水动器得知内热源的过热现象。

由于电主轴壳体1中主要的内热源为转子3、定子4和轴承5，而转子3所产生的大部分热量又通过转子3和定子4之间的气隙传给定子4，即转子3的热量可被定子4吸收，因此，容易发生过热现象的内热源主要为定子4和轴承5，因此，本申请设置一对视觉测温组件，用于分别对定子4和轴承5进行过热监测。

请参阅图4，水动器包括与分支管7内壁固定连接的方型网框12，方型网框12远离分支管7内壁的开口端通过弹性转轴转动连接有挡板13，方型网框12、挡板13和分支管7内壁所形成的型腔中放置有引动浮体14，初始状态时，挡板13与方型网框12呈90°夹角状态，挡板13对方型网框12开口端起到封闭作用，使引动浮体14稳定放置于型腔中，当挡板13转动打开时，引动浮体14可从方型网框12开口端移出，引动浮体14的外端固定连接有从动绳15，从动绳15远离引动浮体14的一端活动贯穿电主轴壳体1并延伸至外界，当在外界拉动从动绳15时，又可将引动浮体14拉回方型网框12型腔中。

结合图2和图4，从动绳15远离引动浮体14的一端固定连接有彩端球16，彩端球16位于电主轴壳体1的外端，且多个彩端球16的颜色各不相同，一方面，通过彩端球16可使从动绳15不易产生过度移动而进入电主轴壳体1的内部，方便顺利通过从动绳15将引动浮体14拉回型腔内部，另一方面，通过不同颜色的彩端球16可区分相应从动绳15所对应的水动器，当在外界观察到某一从动绳15被引动浮体14拉动时，可清楚得知定子4和轴承5中哪一个发生过热现象，这样便于工作人员及时进行相应的检查和冷却处理手段。

请参阅图6，感温膨胀体10包括工型导热盘1001和膨胀层1002，膨胀层1002固定连接于工型导热盘1001的外端，主动绳11的一端与工型导热盘1001一端固定连接，并缠绕于膨胀层1002外侧，主动绳11的另一端活动贯穿工型导热盘1001另一端，并与挡板13外端固定连接，膨胀层1002采用受热膨胀材料制成，如热膨胀橡胶，在具体实施时，本领域技术人员可根据定子4和轴承5的生热情况对膨胀层1002材料进行最佳选择，结合图5和图6，当膨胀层1002处于初始状态时，主动绳11和从动绳15均呈松弛状态，当其受热膨胀时，其表面主动绳11的缠绕长度增长，主动绳11发生移动。

主动绳11在膨胀层1002外侧的缠绕圈数为1-3，在顺利实现主动绳11对挡板13拉动作用的基础上，通过合理减少缠绕圈数，可降低主动绳11与膨胀层1002之间的摩擦力，使膨胀层1002的膨胀顺利拉动主动绳11。

请参阅图7，引动浮体14包括轻质球壳1401和磁棒1402，磁棒1402放置于轻质球壳1401的内部，磁棒1402采用横向磁极分布方式，请参阅图8，方型网框12的内侧设有磁环17，磁环17固定连接于分支管7的内壁上，磁环17靠近挡板13一端的磁极与磁棒1402的外侧磁极相同，即：引动浮体14与磁环17之间存在斥力，这样当挡板13转动打开时，通过二者斥力可驱使引动浮体14移出型腔，方便其跟随冷却剂流动，磁环17和磁棒1402二者磁力较弱，同时在分支管7的外表面固定包裹有隔磁膜，所述隔磁膜采用微米木基复合绝磁材料制备而成，通过隔磁膜的设置进一步使得磁环17和磁棒1402不易对内置电机产生磁力干扰。

视觉测温组件对定子4和轴承5的过热监测原理：

请参阅图8和图9，在本申请实际工作过程中，即使通过冷却剂在冷却管道6中的循环流动，一般也只能带走电主轴壳体1内大部分的热量，定子4和轴承5这一对主要内热源仍容易发生过热现象，因此，本申请通过一对感温膨胀体10分别用于接触并感知定子4和轴承5上的温度，再结合视觉测温组件对所感应的温度做出状态变化，通过外部视觉观察，可及时有效地监测出电主轴壳体1内不同内热源是否发生过热现象，在此以定子4为例，具体如下：

通过工型导热盘1001将定子4上的温度传递至膨胀层1002，使其受热膨胀，增长其表面主动绳11的缠绕长度，实现主动绳11的移动，第一种情况：当定子4处于安全温度范围时，膨胀层1002的膨胀程度较小，造成主动绳11的移动仍处于松弛范围内，此情况下，主动绳11未对挡板13产生拉力，引动浮体14和从动绳15位置为发生变化，这给予了定子4一定的安全升温范围，即在该温度范围时，定子4的温度是正常的；

第二种情况：当定子4温度超出上述安全温度范围，即定子4发生过热现象，此时，受定子4过高温度影响，膨胀层1002的膨胀较大，趋近饱和膨胀，使得主动绳11被拉直并对挡板13产生拉力使其转动，方型网框12的开口端被打开，引动浮体14在磁环17的磁斥力下移出方型网框12，随后在冷却剂冲力下，逐渐远离方型网框12，此时从动绳15因受到引动浮体14拉力作用，向电主轴壳体1内部移动，直至彩端球16与电主轴壳体1外端接触，停止移动，因此，当工作人员在外部视觉观察到从动绳15和彩端球16的位置变化，以及相应彩端球16的颜色，即可及时得知电主轴壳体1内部哪一内热源发生过热现象，从而及时对其进行相应检查和冷却处理。

另外，补充说明：在对过热的内热源进行降温处理前，先将移动的从动绳15向外拉动，并通过相应工具对从动绳15进行固定，如采用夹子夹住从动绳15靠近电主轴壳体1的部分，通过夹子的限位克服磁环17的弱磁力，使从动绳15不易移动，从而使引动浮体14再次回到方型网框12内部并保持稳定，这样在对过热的内热源进行降温处理时，感温膨胀体10的膨胀程度也随温度下降而相应降低，主动绳11恢复松弛状态，挡板13自动与方型网框12形成的90°夹角状态，对引动浮体14进行封闭，整个视觉测温组件恢复初始状态，这样当本申请再次使用时，视觉测温组件仍可对本申请内热源实现过热监测作用，具有较大的经济实用价值。

请参阅图9，分支管7的外端固定连接有一对密封圈18，一对密封圈18分别位于主动绳11和分支管7的连接处以及从动绳15和分支管7的连接处，主动绳11和从动绳15分别贯穿一对密封圈18并滑动连接于其内部，通过密封圈18可提高主动绳11和从动绳15与分支管7连接位置周围的密封性，使分支管7内部的冷却剂不易从主动绳11和从动绳15滑动部位溢出，从而不易影响对本申请的正常冷却过程。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上增设了拉力传感器19，具体如下：请参阅图10，电主轴壳体1上固定连接有拉力传感器19，彩端球16与拉力传感器19感应端固定连接，拉力传感器19与外部监测终端电性连接，外部监测终端为本领域技术人员公知的现有技术设备，用于接收拉力传感器19的监测数据；

当从动绳15被引动浮体14带动并拉直时，彩端球16直接将拉力传递至拉力传感器19上，使拉力传感器19监测数据发生改变，从而使得外部监测终端及时产生声音警示信号，提醒工作人员，相比较实施例1，本实施例通过智能设备代替人工视觉，可以更加快速地对过热情况作出反映，更具备及时性，当工作人员听到声音警示后，再通过观察各个从动绳15的松弛度，其中具有较大紧绷性的从动绳15即为与存在过热现象内热源相连的那一个，此时再查看相应彩端球16的颜色，得知定子4和轴承5中具体哪一内热源存在过热现象。

本申请通过在冷却管道6上设置与不同内热源相相对应的分支管7，并在内热源与分支管7之间设置由感温膨胀体10、主动绳11和水动器组成的视觉测温组件，通过感温膨胀体10感知内热源上的温度，并根据温度做出相应的形态变化，在未发生过热现象时，该形态变化未到达外界，当内热源发生过热现象时，通过主动绳11触发分支管7内部的水动器，使水动器在冷却剂流动作用下发生状态变化，并将此状态变化传递至外界，使工作人员在外界通过视觉观察即可及时得知并区分出电主轴壳体1内部不同内热源发生的过热现象，从而便于及时对过热情况进行检查和冷却处理手段，不易影响本申请的正常使用和寿命，且在解除内热源的过热情况后，视觉测温组件可恢复初始状态，实现对本申请的再次监测，具有较大的实用和经济效益。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，包括电主轴壳体(1)，所述电主轴壳体(1)的内部安装有轴芯(2)以及套设于轴芯(2)外端的轴承(5)和内置电机，所述内置电机包括配合设置的转子(3)和定子(4)，其特征在于，所述电主轴壳体(1)的内部还设有套于定子(4)外端的冷却管道(6)，所述电主轴壳体(1)的外端固定连接有进液管(8)、出液管一(91)和出液管二(92)，所述冷却管道(6)的一端固定贯穿电主轴壳体(1)并与进液管(8)固定连接，所述冷却管道(6)的另一端固定连接有一对分支管(7)，一对所述分支管(7)均贯穿电主轴壳体(1)并分别与出液管一(91)和出液管二(92)固定连接；

所述定子(4)和轴承(5)分别与一对分支管(7)一一对应，且定子(4)和轴承(5)与对应的分支管(7)之间均设有视觉测温组件；

所述视觉测温组件包括感温膨胀体(10)、主动绳(11)和水动器，一对所述感温膨胀体(10)分别固定连接于定子(4)和轴承(5)的外端，所述水动器位于分支管(7)上，所述主动绳(11)的一端与感温膨胀体(10)外端固定连接，其另一端活动贯穿分支管(7)并与水动器固定连接；

所述水动器包括与分支管(7)内壁固定连接的方型网框(12)，所述方型网框(12)远离分支管(7)内壁的开口端通过弹性转轴转动连接有挡板(13)，所述方型网框(12)、挡板(13)和分支管(7)内壁所形成的型腔中放置有引动浮体(14)，所述引动浮体(14)的外端固定连接有从动绳(15)，所述从动绳(15)远离引动浮体(14)的一端活动贯穿电主轴壳体(1)并延伸至外界。

2.根据权利要求1所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述感温膨胀体(10)包括工型导热盘(1001)和膨胀层(1002)，所述膨胀层(1002)固定连接于工型导热盘(1001)的外端。

3.根据权利要求2所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述主动绳(11)的一端与工型导热盘(1001)一端固定连接，并缠绕于膨胀层(1002)外侧，所述主动绳(11)的另一端活动贯穿工型导热盘(1001)另一端，并与挡板(13)外端固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述膨胀层(1002)采用受热膨胀材料制成，当所述膨胀层(1002)处于初始状态时，所述主动绳(11)和从动绳(15)均呈松弛状态。

5.根据权利要求1所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述引动浮体(14)包括轻质球壳(1401)和磁棒(1402)，所述磁棒(1402)放置于轻质球壳(1401)的内部，所述磁棒(1402)采用横向磁极分布方式。

6.根据权利要求5所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述方型网框(12)的内侧设有磁环(17)，所述磁环(17)固定连接于分支管(7)的内壁上，所述磁环(17)靠近挡板(13)一端的磁极与磁棒(1402)的外侧磁极相同。

7.根据权利要求1所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述分支管(7)的外端固定连接有一对密封圈(18)，一对所述密封圈(18)分别位于主动绳(11)和分支管(7)的连接处以及从动绳(15)和分支管(7)的连接处，所述主动绳(11)和从动绳(15)分别贯穿一对密封圈(18)并滑动连接于其内部。

8.根据权利要求1所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述从动绳(15)远离引动浮体(14)的一端固定连接有彩端球(16)，所述彩端球(16)位于电主轴壳体(1)的外端，且多个所述彩端球(16)的颜色各不相同。

9.根据权利要求8所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述电主轴壳体(1)上固定连接有拉力传感器(19)，所述彩端球(16)与拉力传感器(19)感应端固定连接，所述拉力传感器(19)与外部监测终端电性连接。

10.根据权利要求3所述的一种高端装备智能制造用高速高效多联动主轴装备，其特征在于，所述主动绳(11)在膨胀层(1002)外侧的缠绕圈数为1-3，所述分支管(7)的外表面固定包裹有隔磁膜，所述隔磁膜采用微米木基复合绝磁材料制备而成。

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