[发明专利]基于多孔金属的保证高速精密电主轴轴承热稳定的结构

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床高速精密电主轴的热稳定结构，特别是涉及一种基于多孔金属的保证高速精密电主轴轴承热稳定的结构。

背景技术

电主轴是“高频主轴”(High Frequency Spindle)的简称，是内装式电机主轴单元。它把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”，具有结构紧凑、机械效率高、回转速度和回转精度高、噪声低、振动小等优点。电主轴的应用大大提高了加工效率和加工质量，降低了产品成本，是现代高速高精机床的最重要的功能部件之一。然而，随着电主轴转速的提高，轴承的摩擦发热不可避免，已成为主轴的主要热源。高速精密电主轴轴承的发热导致的误差、变形甚至失效，已成为机床进一步提高精度和转速的主要制约因素。

电主轴轴承冷却方式按冷却介质的性质可以分为液体介质(水或油等)冷却和气体介质(空气或其它气体)冷却两大类。已有的冷却方案有如下几种：1.在主轴中布置油路进行冷却，其代表专利为“Apparatus for cooling a spindlebearing of a machine”US005192139A，该方法被很多研究人员采用。2.采用开放式空气冷却结构，其代表专利为“一种高温泵的轴承风冷却装置”，ZL200710190069.5。3.采用封闭式空气冷却以降低轴承发热，其代表专利为“机床内置轴式主轴电动机的冷却设备”ZL 200410082159.9。

方法1使用液体介质虽然比热容较大，冷却效果较好，但是存在冷却液从回路中泄漏的危险。一旦回路发生液体泄漏，将腐蚀破坏绝缘层，损毁电机，造成重大事故。气体介质冷却虽然比热容较低，但是不会出现破坏绝缘的危险，是现代电主轴冷却的研究方向。方法2在电主轴转子上扇叶在机壳内回转时形成流动气流带走部件上的热量。这种方法结构简单，成本较低，但是冷却效果太差。这是因为，首先，该方法使用的是环境空气，其自身温度较高，冷却性能不佳；其次，空气介质与轴承接触面积小，不能充分带走轴承的热量。方法3虽然也使用了冷却空气回路，但是其流道为普通钢材制作，接触面积有限，仍不能满足高速精密电主轴轴承冷却的要求。

多孔金属是最近几年发展起来的新型材料，具有重量轻、比表面积大、热传导性能佳、减震等特点，又集结构材料和功能材料的优点于一身，在各工程领域应用广泛。在本发明中使用多孔金属制作高速轴承的轴承座，主要是利用其巨大的比表面积和导流通道，增加与冷却空气的接触面积和时间，使之充分吸收并带走轴承高速旋转时产生的热量。此外，利用多孔金属良好的能量吸收和减振性能，保证轴承径向跳动小，回转稳定，实现电主轴高精度旋转。

空气无毒无害，可自由获得，即使从回路流出也不会对设备和环境造成危害，是理想的制冷剂，但空气制冷的缺点是其热容小，带走的热量少。与方法2不同，本发明中使用冷却气体是压缩冷空气。近年来随着高速透平机械和高效紧凑换热器的发展，长期制约压缩空气制冷的效率低等问题得到解决，使空气制冷应用于工矿企业现场、飞机列车客厢、精密仪器恒温、住宅家居调温等多个领域。为了进一步提高热交换率，在发热量最大的轴承座部分采用多孔金属结构，是其热量可以迅速的被压缩冷空气散发出去。

发明内容

为了防止电主轴高速旋转时急剧升温，避免热变形和失效，本发明的目的在于提供一种基于多孔金属的保证高速精密电主轴轴承热稳定的结构。该结构不仅能使电主轴保持恒温，由于轴承座由多孔金属制造，还可以吸收主轴运行时所产生的振动，提高加工精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

在套筒孔的中部装有定子，中部装有转子的主轴穿过定子后，主轴上的转子与套筒孔中的定子为间隙配合，主轴的两端分别支承在各自的轴承中，两端的轴承分别固定在套筒内开有等分分布轴向通孔的多孔金属轴承座中，套筒的主轴前端盖和主轴后端盖将主轴封装。

套筒侧面开设的套筒后进气口与第一多孔金属轴承座周面的环形槽连通，第一多孔金属轴承座内端面与定子一侧之间的套筒侧面开设套筒后出气口；套筒侧面开设的套筒前进气口与第二多孔金属轴承座周面的环形槽连通，第二多孔金属轴承座内端面与定子另一侧之间的套筒侧面开设套筒前出气口。

气源经过滤器和压力阀后分为两路，一路经套筒后进气口、第一多孔金属轴承座的环形槽和第一多孔金属轴承座的轴向通孔后与套筒后出气口连通；另一路经套筒前进气口、第二多孔金属轴承座的环形槽和第二多孔金属轴承座的轴向通孔后与套筒前出气口连通。