[发明专利]一种降低机床主轴热误差的冷却循环系统及方法

说明书

本发明涉及机床主轴冷却领域，更具体的，涉及一种降低机床主轴热误差的冷却循环系统及方法,包括主轴箱体、设置在主轴箱体内的主轴，电机设置在主轴中段，在所述电机外套有电机冷却套，电机冷却套上布置有两套方向相反的电机冷却流道，若干温度传感器分布在电机上，主轴的前端和后端分别设置有滚动轴承，所述轴承外套有轴承冷却套，主轴设有转速传感器，冷却组件与冷却流道连接，数据处理控制器与温度传感器、转速传感器以及冷却组件连接。本发明能够提高冷却效率，实现机床主轴温度和热变形的有效控制，克服传统冷却方法冷却不可调，冷却不均衡，冷却效率低的弊端，具有较好的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及机床主轴冷却领域，更具体的，涉及一种降低机床主轴热误差的冷却循环系统。

背景技术

随着我国制造装备技术的快速发展，机床的精度要求也越来越高。精密机床的高功率主轴系统保证了机床加工的高效与质量。但机床主轴在高速且长时间运转过程中，主轴轴承和电机会产生大量的热。这些热量通过热辐射、热传导等方式向主轴和主轴箱其他部件传递，造成主轴和主轴箱各部位不均匀受热，导致主轴在轴向和径向方向产生热误差，最终影响机床加工精度。

针对机床主轴发热产生热误差的问题，目前多采用布置冷却装置，提高散热能力的方法。在中国发明专利说明书CN101524855 B中公开了一种采用风冷装置对主轴进行冷却的主轴冷却结构，该装置在主轴外壳后端安装了冷却风扇，在外壳和轴承座以及气缸之间形成轴向风道，利用空气循环流动对主轴进行冷却。这种方式对于高速运转的电主轴来说冷却效果不佳。在中国发明专利CN111347288 B中公开了一种电主轴冷却润滑结构，该装置在主轴箱内布置了冷却介质流道，通过注入冷却液对主轴进行冷却。但其流道布置只有一个冷却介质入口，冷却介质在支路中的循环周期过长，不能保证对轴承和电机的充分冷却。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中冷却装置冷却效果不充分的缺陷，提供一种降低机床主轴热误差的冷却系统，能够提高散热效果，实现机床主轴温度和变形的有效控制，并提高机床加工精度。

为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种降低机床主轴热误差的冷却循环系统，其特征在于，包括主轴箱体、设置在主轴箱体内的主轴，电机设置在主轴中段，在所述电机外套有电机冷却套，电机冷却套上布置有两套方向相反的电机冷却流道，若干温度传感器分布在电机上，主轴的前端和后端分别设置有滚动轴承，所述轴承外套有轴承冷却套，主轴设有转速传感器，冷却组件与冷却流道连接，数据处理控制器与温度传感器、转速传感器以及冷却组件连接。

在上述的一种降低机床主轴热误差的冷却循环系统，冷却组件包括依次连接的风冷机、冷却油箱、冷却水泵以及电子式循环冷却水调节阀；冷却流道包括流道、第一冷入管口、第二冷入管口、第一热出管口以及第二热出管口；第一冷入管口设置在冷却套上方，第一热出管口设置在冷却套下方,第二冷入管口设置在轴承冷却套上方,第二热出管口设置在轴承冷却套下方，第一冷入管口和第二冷入管口均分别设有电子式循环冷却水调节阀。

在上述的一种降低机床主轴热误差的冷却循环系统，所述电子式循环冷却水调节阀与输入端主流道相连，所述输入端主流道与冷却水泵相连，所述冷却水泵另一端连接冷却油箱出油口，红外温度传感器监测冷却油箱出油口冷却液温度，所述冷却套第一、二热出管口与输出端主流道相连，所述输出端主流道与风冷机进油口连接，所述风冷机出油口与冷却油箱进油口连接，在所述主轴1上装有霍尔式转速传感器。

一种降低机床主轴热误差的冷却循环系统的控制方法，其特征在于包括

步骤1、分析主轴部分的热源有：主轴轴承摩擦热，主轴电机发热；

步骤2、进行主轴发热和传热分析：

步骤2.1、轴承2的发热量通过下式计算：

Q＝1.047×10^-4nM (1)