一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)，尤其是一種內(nèi)、外同時(shí)冷卻電主軸的冷卻結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]高速電主軸的主要特點(diǎn)是將電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸內(nèi)部形成機(jī)電一體化的電主軸。從而，實(shí)現(xiàn)了主軸系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”，具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、啟動(dòng)與停止速度快、易于實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速和精密控制等優(yōu)點(diǎn)，但是，電主軸的這種結(jié)構(gòu)對(duì)電主軸的散熱是及其不利的。內(nèi)裝式電主軸主要是由內(nèi)裝式伺服電機(jī)、前后支撐軸承、主軸和殼體組成的，其中內(nèi)裝式伺服電機(jī)和前、后軸承是電主軸主要的發(fā)熱部件。溫升是電主軸部件性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，ADGM電主軸經(jīng)常在較大的載荷條件下工作，主軸定、轉(zhuǎn)子和前后支撐軸承在工作的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量會(huì)傳遞給主軸和殼體等零件，導(dǎo)致主軸加工過程中產(chǎn)生線位移和角位移，影響加工精度和零件表面的加工質(zhì)量。
[0003]電主軸的熱量主要是由電機(jī)的損耗和軸承的摩擦產(chǎn)生的，其中電機(jī)的損耗2/3是由定子產(chǎn)生的，1/3是由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的。傳統(tǒng)的冷卻方法是在電機(jī)定子和殼體之間加設(shè)有螺旋的冷卻水道，在前軸承座和殼體之間加設(shè)環(huán)形水道，通過后大蓋上的進(jìn)、出水接頭接通，內(nèi)部冷卻水把電機(jī)定子和前軸承的熱量帶走，起到冷卻前軸承和定子的效果，但是，占電機(jī)產(chǎn)熱量1/3的轉(zhuǎn)子和后軸承并沒有得到有效的冷卻，從而電主軸形成了外冷內(nèi)熱的現(xiàn)象。而主軸的熱膨脹對(duì)于加工精度的影響是致命的，如果主軸的軸心的直徑按照0.5m計(jì)算時(shí)，則根據(jù)金屬的熱膨脹理論可知，如果主軸的軸心溫度每上升1°C，主軸的長度將伸長0.005m，由此引起的熱變形如果處理不當(dāng)則一方面會(huì)嚴(yán)重影響電主軸的加工精度和表面加工質(zhì)量，另一方面由于軸承外圈的比內(nèi)圈的溫度高，造成了軸承的預(yù)緊量加大，進(jìn)一步加劇了軸承的磨損發(fā)熱，影響軸承的使用壽命。針對(duì)這種現(xiàn)象目前有一種軸心冷卻方法:在電主軸的殼體和軸心出設(shè)置有冷卻導(dǎo)熱管，雖然這種冷卻方法在一定程度上能夠?qū)﹄娭鬏S起到冷卻作用，但是這種冷卻方法的冷卻介質(zhì)不是液體而是空氣，由于空氣的熱交換功率有限，所以這種方法不能很有效的解決電主軸長時(shí)間工作下的散熱問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過本發(fā)明，在電主軸殼體和電主軸前軸承座上增加了冷卻水道，同時(shí)在主軸內(nèi)部設(shè)置了螺旋冷卻水通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)電主軸主要發(fā)熱部件如電機(jī)定、轉(zhuǎn)子和前后軸承的同時(shí)高效冷卻，從而有效的控制了電主軸的溫升，提高電機(jī)和軸承的使用壽命，同時(shí)電主軸的加工精度和表面加工質(zhì)量由于熱變形的減少而大大提升。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，包括電主軸殼體，殼體內(nèi)固定有前軸承座和后軸承座，前軸承座和后軸承座之間經(jīng)前軸承和后軸承固定有主軸，主軸上套裝有電機(jī)轉(zhuǎn)子，電機(jī)轉(zhuǎn)子上套有固定在殼體上的電機(jī)定子，所述殼體內(nèi)圍繞電機(jī)定子設(shè)有多個(gè)相互連通的殼體環(huán)形水道，所述環(huán)形水道的一端連通前軸承座外徑圓柱上設(shè)置的環(huán)形冷卻液水道，環(huán)形冷卻水道經(jīng)殼體與外界連通，所述主軸自后端開設(shè)有以主軸軸心為中心線的通水盲孔，所述主軸內(nèi)部開設(shè)有圍繞通水盲孔的封閉的螺旋水冷卻水道，螺旋水冷卻水道與通水盲孔相連通，主軸后端開設(shè)有與螺旋水冷卻水道相連通的通水口。
[0006]所述殼體和電機(jī)定子之間設(shè)置有用于殼體封閉環(huán)形水道的定子內(nèi)水套。
[0007]所述前軸承座和殼體之間設(shè)置有用于封閉環(huán)形冷水水道的環(huán)形水套。
[0008]所述殼體環(huán)形水道連通置于后軸承座上的外冷卻出水口接頭，所述環(huán)形冷卻液水道連通置于后軸承座上的外冷卻進(jìn)水口接頭。
[0009]所述主軸的通水盲孔內(nèi)穿設(shè)有用于封閉螺旋水冷卻水道的主軸內(nèi)水套，主軸內(nèi)水套上設(shè)有與封閉螺旋水冷卻水道相連通的通水孔。
[0010]所述通水盲孔連通有螺紋固定在主軸后端的高速旋轉(zhuǎn)接頭的進(jìn)水口，高速旋轉(zhuǎn)接頭的出水口連通通水口。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，能夠同時(shí)對(duì)電主軸的發(fā)熱源:電主軸伺服電機(jī)定、轉(zhuǎn)子和電主軸前、后軸承進(jìn)行冷卻，從而提高了伺服電機(jī)和軸承的使用壽命；軸心冷卻結(jié)構(gòu)還能夠降低電主軸主軸溫升，從而有效提高了電主軸加工精度和表面加工質(zhì)量。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明高速電主軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0013]圖2是本發(fā)明外部冷卻的三維模擬示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明內(nèi)部冷卻的三維模擬示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明內(nèi)、外整體冷卻的三維模擬示意圖。
[0016]圖1中:1螺釘、2傳動(dòng)鍵、3前蓋、4螺釘、5殼體、6密封蓋、7前軸承、8前軸承座、9緊定螺釘、10平衡環(huán)、11轉(zhuǎn)子、12定子、13緊定螺釘、14轉(zhuǎn)子螺母、15 O型密封圈、16主軸內(nèi)水套、17后軸承座、18壓蓋、19外冷卻出水口接頭、20旋轉(zhuǎn)接頭、21碼盤底座螺母、22螺釘、23編碼盤、24外冷卻進(jìn)水口接頭、25碼盤底座、26后軸承螺母、27后軸承、28后軸承擋圈、29轉(zhuǎn)子內(nèi)套、30定子內(nèi)水套、31鍵、32前軸承螺母、33密封圈、34O型密封圈、35主軸。
[0017]圖2中:19外冷卻出水口接頭、24外冷卻進(jìn)水口接頭。
[0018]圖3中:20高速旋轉(zhuǎn)接頭。
[0019]圖4中:19外冷卻出水口接頭、24外冷卻進(jìn)水口接頭、20旋轉(zhuǎn)接頭。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]根據(jù)圖1至圖4可知，本發(fā)明所述的冷卻結(jié)構(gòu)主要涉及到:螺釘1、傳動(dòng)鍵2、前蓋3、螺釘4、殼體5、密封蓋6、前軸承7、前軸承座8、緊定螺釘9、平衡環(huán)10、轉(zhuǎn)子11、定子
12、緊定螺釘13、轉(zhuǎn)子螺母14、0型密封圈15、主軸內(nèi)水套16、后軸承座17、壓蓋18、冷卻出水口接頭19、旋轉(zhuǎn)接頭20、碼盤底座螺母21、螺釘22、編碼盤23、冷卻進(jìn)水口接頭24、碼盤底座25、后軸承螺母26、后軸承27、后軸承擋圈28、轉(zhuǎn)子內(nèi)套29、定子內(nèi)水套30、鍵31、前軸承螺母32、密封圈33、0型密封圈34、主軸35。其中電主軸前軸承7安裝于前軸承座8內(nèi)，并且與前軸承座8緊密配合，在前軸承座8的外徑圓柱面上加工一個(gè)環(huán)形冷卻液水道。在電主軸殼體5與內(nèi)裝式伺服定子12之間加設(shè)一個(gè)定子內(nèi)水套30，該定子內(nèi)水套30外徑與電主軸殼體5內(nèi)徑配合裝配，定子內(nèi)水套30內(nèi)徑與內(nèi)裝式伺服電機(jī)定子12外徑配合裝配，在電主軸殼體5上開設(shè)一系列環(huán)形水道，將這些環(huán)形水道連通為一體，后軸承座17后端開設(shè)有進(jìn)、出水口，進(jìn)、出水口上安裝有24、19進(jìn)出水接頭，后軸承座17和電主軸殼體5上開設(shè)有供冷卻水流通的孔道。工作時(shí)冷卻流體經(jīng)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器恒溫控制系統(tǒng)，然后從后軸承座17后端的進(jìn)水口進(jìn)入，經(jīng)過電主軸后軸承座17和電主軸殼體5上的通水孔進(jìn)入到前軸承座8的環(huán)形冷卻水道，冷卻前軸承7，之后進(jìn)入殼體5上的環(huán)形冷卻水道，經(jīng)過多圈的環(huán)形流動(dòng)，對(duì)電主軸伺服電機(jī)定子12進(jìn)行充分的冷卻，利用熱量傳輸原理吸收前軸承7和電主軸伺服電機(jī)定子12熱量后從后軸承27冷卻流體出口流出回到溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，經(jīng)過溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理后循環(huán)使用。
[0022]內(nèi)裝式伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子11通過熱安裝方式過盈固裝在電主軸主軸35上，在主軸35內(nèi)部開設(shè)有螺旋水冷卻水道，在主軸35后端開設(shè)有一小孔與螺旋水道相連通。主軸35內(nèi)部配合有主軸內(nèi)水套16，該主軸內(nèi)水套16的外徑和主軸35孔的內(nèi)徑相配合，主軸內(nèi)水套16端部留有若干小孔。主軸35后端與高速旋轉(zhuǎn)接頭20進(jìn)水口經(jīng)螺紋連接，旋轉(zhuǎn)接頭20出水口與主軸35后端的出水孔相連接，形成了電主軸主軸35內(nèi)部循環(huán)冷卻水道。工作時(shí)冷卻流體經(jīng)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器恒溫控制系統(tǒng)，然后從高速旋轉(zhuǎn)接頭20的進(jìn)水口進(jìn)入，經(jīng)過電主軸主軸內(nèi)水套16到達(dá)主軸內(nèi)水套16的另一端，然后從電主軸主軸內(nèi)水套16上的若干小孔進(jìn)入到電主軸主軸35螺旋冷卻通道，經(jīng)過多圈的螺旋流動(dòng)，對(duì)電主軸主軸35和電主軸伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子11進(jìn)行充分的冷卻，利用量傳輸原理吸收電主軸伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子11和電主軸后軸承27熱量后從高速旋轉(zhuǎn)接頭20出口流出回到溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，經(jīng)過溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理后循環(huán)使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)，包括電主軸殼體，殼體內(nèi)固定有前軸承座和后軸承座，前軸承座和后軸承座之間經(jīng)前軸承和后軸承固定有主軸，主軸上套裝有電機(jī)轉(zhuǎn)子，電機(jī)轉(zhuǎn)子上套有固定在殼體上的電機(jī)定子，其特征在于，所述殼體內(nèi)圍繞電機(jī)定子設(shè)有多個(gè)相互連通的殼體環(huán)形水道，所述環(huán)形水道的一端連通前軸承座外徑圓柱上設(shè)置的環(huán)形冷卻液水道，環(huán)形冷卻水道經(jīng)殼體與外界連通，所述主軸自后端開設(shè)有以主軸軸心為中心線的通水盲孔，所述主軸內(nèi)部開設(shè)有圍繞通水盲孔的封閉的螺旋水冷卻水道，螺旋水冷卻水道與通水盲孔相連通，主軸后端開設(shè)有與螺旋水冷卻水道相連通的通水口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述殼體和電機(jī)定子之間設(shè)置有用于殼體封閉環(huán)形水道的定子內(nèi)水套。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述前軸承座和殼體之間設(shè)置有用于封閉環(huán)形冷水水道的環(huán)形水套。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述殼體環(huán)形水道連通置于后軸承座上的外冷卻出水口接頭，所述環(huán)形冷卻液水道連通置于后軸承座上的外冷卻進(jìn)水口接頭。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主軸的通水盲孔內(nèi)穿設(shè)有用于封閉螺旋水冷卻水道的主軸內(nèi)水套，主軸內(nèi)水套上設(shè)有與封閉螺旋水冷卻水道相連通的通水孔。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述通水盲孔連通有螺紋固定在主軸后端的高速旋轉(zhuǎn)接頭的進(jìn)水口，高速旋轉(zhuǎn)接頭的出水口連通通水□ O
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高速電主軸內(nèi)外冷卻結(jié)構(gòu)，在電主軸殼體和電主軸前軸承座上增加了冷卻水道，同時(shí)在主軸內(nèi)部設(shè)置了螺旋冷卻水通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)電主軸主要發(fā)熱部件如電機(jī)定、轉(zhuǎn)子和前后軸承的同時(shí)高效冷卻，從而有效的控制了電主軸的溫升，提高電機(jī)和軸承的使用壽命，同時(shí)電主軸的加工精度和表面加工質(zhì)量由于熱變形的減少而大大提升。
【IPC分類】H02K9/19, B23Q11/12
【公開號(hào)】CN104942649
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510429443
【發(fā)明人】李安玲, 何強(qiáng), 李軍, 段非, 吳耀春, 張國燁, 李麗麗, 李均, 張勇
【申請(qǐng)人】安陽工學(xué)院
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月21日