[发明专利]一种电主轴轴芯冷却结构及系统

说明书

【技术领域】

本发明属于电主轴冷却技术领域，尤其涉及一种电主轴轴芯冷却结构及系统。

【背景技术】

电主轴作为高速机床的核心部件，是实现高速、精密加工的关键。然而，由于电主轴电机内置、外壳封闭，使得电机功率损耗产生的热量和前后轴承摩擦产生的热量无法及时排走，从而导致电主轴内部形成复杂的温度场，产生了严重的热变形。据统计，在精密加工中，由热变形引起的加工误差所占的比例高达40％-70％左右。

对于轴承摩擦发热，电主轴采用轴承油-气润滑技术，使得轴承散热问题得到了一定改善。对于电机发热，其发热源主要是定子绕组铜耗发热和转子铁损发热，其中定子发热约占总发热量的2/3，转子占1/3。通常在电机定子外加装螺旋冷却水套，利用冷却液对电机定子和电主轴壳体进行循环冷却。然而，冷却水套只对内置电机的定子和电主轴壳体部分进行了冷却，而转子和电主轴轴芯处无有效的冷却措施，使得积聚的热量无法被排走，电主轴轴芯温度持续升高。从而导致电主轴系统“外冷内热”，产生热变形，严重影响机床加工精度。因此对传统电主轴轴芯采用有效冷却措施是非常必要的。

针对电主轴轴芯这一主要的热薄弱部件，人们提出了以下措施改进其散热：(1)改变传统电主轴结构：将置于前后轴承间的电机“解放出来”，置于后轴承后端，主轴套筒与电机轴向布置。这种设计在一定程度上改善了电机的散热问题。(2)应用热管技术对电主轴轴芯进行冷却。但上述冷却技术在实际应用中存在以下不足：对于方案(1)，虽然改善了内置电机散热不良的问题，但由于电机后置，使得整个主轴单元的轴向尺寸增大，电主轴单元的出力减小，从而限制了这种结构电主轴的应用(其只适用于小型高速数控机床)。对于方案(2)，将热管技术应用于电主轴冷却，虽然能在一定程度上对电主轴轴芯起到冷却作用，但热管的冷凝段不能直接采用液体冷却介质制冷，而是通过冷却空气进行热交换；加之热管的热交换功率有限，使得此冷却方案不能有效解决电主轴长时间、大功率加工带来的散热问题。此外，其运行的稳定性和可靠性也存在问题。

【发明内容】

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种电主轴轴芯冷却结构和系统，其具有高效、简单可靠的特点，用于控制电主轴轴芯处的温升，提高电主轴热稳定性和加工精度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电主轴轴芯冷却结构及系统，沿电主轴轴芯的中心线周向上开设有多个由直孔通道构成的U型冷却单元，单个U型冷却单元包括与电主轴轴芯的中心线平行的入流通道、回流通道以及连接通道，该连接通道用于将入流通道和回流通道相连，其开口端位于电主轴轴芯的周向上，且连接通道的开口端通过堵头密封，入流通道的入口以及回流通道的出口位于电主轴轴芯的后端面上；轴头法兰连接式多通路高速旋转接头通过后轴承套筒与电主轴轴芯的后端面紧固连接，轴头法兰连接式多通路高速旋转接头上开设有多个进油通道和相应的多个出油通道，单个U型冷却单元的入流通道和回流通道均分别与轴头法兰连接式多通路高速旋转接头上的一个进油通道和一个出油通道相连，多个出油通道的出口与回流通道联箱的入口相连，回流通道联箱的出口与油水冷却系统的入口相连，油水冷却系统的出口与入流通道联箱的入口相连，入流通道联箱出口与多个进油通道的入口相连。

本发明进一步改进在于：沿电主轴轴芯的中心线周向上开设有四个由直孔通道构成的U型冷却单元。

本发明进一步改进在于：连接通道的开口端避开前轴承内圈与电主轴轴芯的过盈配合处。

本发明进一步改进在于：轴头法兰连接式多通路高速旋转接头的法兰部分与后轴承套筒的对应位置上均开设有定位孔。

本发明进一步改进在于：采用密封圈对轴头法兰连接式多通路高速旋转接头与电主轴轴芯后端面的结合部进行密封。

本发明进一步改进在于：各个U型冷却单元的入流通道入口和回流通道出口交错布置在电主轴轴芯后端面上，且入流通道入口相对于回流通道出口更靠近电主轴轴芯的中心线。

本发明进一步改进在于：油水冷却系统包括主油池和热交换器，热交换器上设有进水口、出水口、进油口和出油口，回流通道联箱的出口与热交换器的进油口相连，热交换器的出油口与主油池的入口相连，主油池内设有过滤器，过滤器的出口与油泵的入口相连，油泵的出口依次通过止回装置、节流阀与入流通道联箱的入口相连，电机用于为油泵提供动力。

本发明进一步改进在于：主油池上设有温度计。

本发明进一步改进在于：止回装置与节流阀相连的管道上设有流量指示器。