[发明专利]一种热管冷却的高速主轴及其改善散热方法

说明书

本发明属于机床装备零部件制造技术领域，涉及一种热管冷却的高速主轴及其改善散热方法。该主轴的基体为钢制材料，主轴内部具有回转的腔体，腔体内部密封有易蒸发传热的工作液体，形成沿主轴内壁的圆柱状热管结构。该主轴在工作时，随着主轴的旋转，工作液体在旋转离心力作用下附着在热管内壁，高速机械摩擦产生的热量传送到主轴内部使壁面附着液体蒸发，蒸发的工作介质带着吸收的潜热快速轴向流动，可将主轴工作产生的热量快速传递散失。该主轴可广泛应用于高速旋转的机床装备领域，可促进主轴工作热量散失，减少因热变形而产生的加工误差，有效提高机床加工精度和加工效率。

技术领域

本发明涉及一种热管冷却的高速主轴及其改善散热方法，属于机床装备零部件制造技术领域。

背景技术

主轴是机床装备的核心传动零部件，其精度和稳定性是影响机床精度的主要因素之一。随着机械加工向高效方向发展，其对机床运转的速率要求也逐渐提高，高速加工的兴起最直接的结果就是引起了高速主轴的研究。机床主轴在持续转动过程中会产生大量的热能，使主轴及其支撑部件温度升高，容易导致主轴系统零件尺寸发生变化。不断变化的零件尺寸将严重影响主轴系统运行时的精度和稳定性，主轴系统精度和稳定性变差还将使主轴产生振动，不仅影响主轴的正常工作，关键是对零件的加工制造精度产生不利影响。

目前，主要采用油冷机对机床的主轴系统进行冷却，其冷却方法为油冷机与液压站位于地面上，油冷机不断地对液压站中的液压油进行冷却，液压泵将冷却后的液压油通过很长的管路泵进主变速箱，而后通过抽油泵把带有热量的油送回液压站，如此循环。此种冷却方式因冷却管路长导致冷却效率低，散热慢；另外，辅助冷却装置复杂，成本高，且易造成制造工况油污，不利环保。

随着环保意识和环保立法的不断增强，绿色制造的理念不断得到践行，清洁、环保、高效的装备设计尤其重要。因此，针对目前机床主轴冷却的弊端，开发新型的高速主轴冷却方法，对提高机床加工精度和加工效率将具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种热管冷却的高速主轴及其改善散热方法，促进高速主轴工作散热，提高机床生产加工精度和加工效率。

本发明的一种热管冷却的高速主轴，其基体为普通钢制材料，主轴内部具有回转的腔体，腔体内部密封有易蒸发传热的工作液体，形成沿主轴内壁的圆柱状热管结构，且主轴内壁为光滑的结构，无需传统热管的吸液芯结构。

本发明的一种热管冷却的高速主轴改善散热方法如下：该主轴在工作时，随着主轴的旋转，工作液体在旋转离心力作用下附着在热管内壁，高速机械摩擦产生的热量传送到主轴内部使壁面附着液体蒸发，热量多的部位蒸发明显从而产生腔体内部压差，蒸发的工作介质在压差作用下带着吸收的潜热快速轴向流动，可将主轴工作产生的热量快速传递散失。

本发明将热管技术应用于机床装备零部件制造技术领域，开发了一种热管冷却的高速主轴及其改善散热方法。相比现有的机床主轴冷却方式，本发明优势在于：主轴冷却无需辅助冷却装置，结构简单，成本低；冷却是通过密封的工质循环蒸发和冷却实现的，减少外在冷却油污染，绿色环保；密封的工质传递热量效率高，散热效果优异。本发明可广泛应用于高速机床的主轴冷却设计，可提高机床制造生产效率，改善制造加工精度。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种热管冷却的高速主轴，主轴的基体为18CrMnTi钢制材料，主轴内部具有回转的腔体，腔体内部密封有丙酮液体，腔体内部抽真空密封处理，形成沿主轴内壁的圆柱状热管结构，腔体内壁光滑。当该主轴工作时，随着主轴的旋转，丙酮液体在旋转离心力作用下附着在热管内壁，高速机械摩擦产生的热量传送到主轴内部使壁面附着的丙酮蒸发，热量多的部位蒸发明显从而产生腔体内部压差，蒸发的丙酮气体在压差作用下带着吸收的潜热快速轴向流动，可将主轴工作产生的热量快速传递散失。