一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速高精度電主軸冷卻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸。
【背景技術(shù)】
[0002]電主軸作為高速高精度機床工作的核心部件，是完成高速、高精度加工的關(guān)鍵裝備。然而，由于電主軸電機內(nèi)置、外殼封閉等結(jié)構(gòu)因素的限制，致使電機和前后軸承產(chǎn)生的熱量無法及時有效的導(dǎo)出，從而在電主軸內(nèi)部形成了復(fù)雜的溫度場，引起各部件熱變形，導(dǎo)致其尺寸以及各部件之間的相對位置發(fā)生變化，進而影響到主軸的加工精度。據(jù)統(tǒng)計，在精密加工中，由熱變形引起的加工誤差所占的比例高達40%?70%左右。
[0003]電主軸的熱源主要包括兩部分，即軸承和電機。軸承產(chǎn)生熱量主要是由于軸承滾子與內(nèi)外圈之間的摩擦作用;而電機產(chǎn)生的熱量主要包括定子繞組銅耗發(fā)熱和轉(zhuǎn)子鐵損發(fā)熱，其中定子發(fā)熱約占總發(fā)熱量的2/3，轉(zhuǎn)子占1/3。對于軸承摩擦所產(chǎn)生的熱量，目前電主軸采用軸承油-氣(霧)潤滑技術(shù)，在對軸承進行潤滑的同時帶走部分由于軸承運行過程中摩擦所產(chǎn)生的熱量，使得軸承的冷卻問題得到一定改善。對于電機定子發(fā)熱問題，目前的主要解決辦法是在電機定子外側(cè)加工出螺旋冷卻流道，利用冷卻水(或油)的循環(huán)流動帶走電機定子以及主軸殼體的熱量，從而達到一定的冷卻效果。對于主軸軸芯的發(fā)熱問題，目前的主要思路是將冷卻工質(zhì)通入軸芯，從而實現(xiàn)軸芯的循環(huán)冷卻，主要過程為:用旋轉(zhuǎn)密封機頭，在主軸轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，將高壓冷卻工質(zhì)通入軸芯冷卻流道。但是在實現(xiàn)過程中涉及到“高壓動密封”問題，隨著轉(zhuǎn)速的提高，冷卻成本急劇增加，系統(tǒng)可靠性也急劇降低，嚴重制約了該方法的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，能夠控制主軸軸芯處的升溫，提高電主軸的熱穩(wěn)定性，保證電主軸的旋轉(zhuǎn)精度。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案為:
[0006]—種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，包括電主軸軸芯I，電主軸軸芯I的前端固定在前軸承組件4上，后端固定在后軸承組件8上，前軸承組件4與電主軸外殼5前端連接，電主軸外殼5內(nèi)部與電主軸定子6及后軸承組件8連接，電主軸外殼5后端與冷卻腔室后蓋9連接，后軸承組件8和冷卻腔室后蓋9構(gòu)成冷卻腔室12，電主軸軸芯I的尾端深入到冷卻腔室12內(nèi)。
[0007]所述電主軸軸芯I上加工有軸芯冷卻槽道14，電主軸軸芯I上套合有電主軸軸芯套筒2，電主軸軸芯套筒2前端固定有和電主軸定子6配合的電主軸轉(zhuǎn)子7，電主軸軸芯套筒2中部固定在后軸承組件8上，電主軸軸芯I尾端連接有密封閥門3，密封閥門3處與軸芯冷卻槽道14相連通，電主軸軸芯套筒2兩端加工有密封面，電主軸軸芯套筒2和電主軸軸芯I采用熱脹式裝配技術(shù)進行密封，在電主軸軸芯套筒2中部工作段內(nèi)表面與電主軸軸芯I外表面存在間隙15。
[0008]所述電主軸軸芯I外表面與電主軸軸芯套筒2內(nèi)表面帶有錐度al:100?1:50，前端大于后端。
[0009]所述冷卻腔室后蓋9上部固定有冷卻油噴嘴11與冷卻油管10，冷卻腔室后蓋9下方開孔連接冷卻油出口接頭13。
[0010]所述的密封閥門3為液體工作介質(zhì)注入口，首先由密封閥門3對軸芯冷卻槽道14與間隙15組成的空間進行抽真空，保證其內(nèi)部的真空度后，對其注入液體工作介質(zhì)，注液率為20%?30%。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]采用軸芯冷卻槽道14與間隙15中工作介質(zhì)的相變過程，實現(xiàn)對電主軸轉(zhuǎn)子7部分產(chǎn)生熱量的高效導(dǎo)出，避免了 “高壓動密封”問題，控制了主軸轉(zhuǎn)子溫度，提高加工精度。具有結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、散熱熱流密度大，散熱效率高等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為圖1的A-A剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0016]如圖1和圖2所示，一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，包括電主軸軸芯I，電主軸軸芯I的前端固定在前軸承組件4上，后端固定在后軸承組件8上，前軸承組件4與電電主軸外殼5前端連接，電主軸外殼5內(nèi)部與電主軸定子6及后軸承組件8連接，電主軸外殼5后端與冷卻腔室后蓋9連接，后軸承組件8和冷卻腔室后蓋9構(gòu)成冷卻腔室12，電主軸軸芯I的尾端深入到冷卻腔室12內(nèi)，冷卻腔室12為密閉空間，保證冷卻油不流出。
[0017]所述電主軸軸芯I上加工有軸芯冷卻槽道14，電主軸軸芯I上套合有電主軸軸芯套筒2，電主軸軸芯套筒2前端固定有和電主軸定子6配合的電主軸轉(zhuǎn)子7，電主軸軸芯套筒2中部固定在后軸承組件8上，電主軸軸芯I尾端連接有密封閥門3，密封閥門3處與軸芯冷卻槽道14相連通，電主軸軸芯套筒2兩端加工有密封面，電主軸軸芯套筒2和電主軸軸芯I采用熱脹式裝配技術(shù)進行密封，在電主軸軸芯套筒2中部工作段內(nèi)表面與電主軸軸芯I外表面存在間隙15，間隙15為Imm，確保軸芯冷卻槽道14各部分實現(xiàn)連通，當(dāng)電主軸軸芯I與電主軸軸芯套筒2高速旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下實現(xiàn)液體工作介質(zhì)沿圓周方向均勻分布。
[0018]所述電主軸軸芯I外表面與電主軸軸芯套筒2內(nèi)表面帶有錐度al:100?1:50，前端大于后端，當(dāng)電主軸軸芯I與電主軸軸芯套筒2高速旋轉(zhuǎn)時，液體工作介質(zhì)可在離心力分量的作用下回流至電主軸軸芯I與電主軸軸芯套筒2前端。
[0019]所述冷卻腔室后蓋9上部固定有與冷卻油管10連接的冷卻油噴嘴11，冷卻油由冷卻油噴嘴11噴出，對電主軸軸芯套筒2尾部進行噴淋冷卻，冷卻腔室后蓋9下方開孔連接冷卻油出口接頭13，使用后的冷卻油由冷卻油出口接頭13處導(dǎo)出。
[0020]所述的密封閥門3為液體工作介質(zhì)注入口，首先由密封閥門3對軸芯冷卻槽道14與間隙15組成的空間進行抽真空，保證其內(nèi)部的真空度后，對其注入液體工作介質(zhì)，注液率為20%?30%。
[0021]本發(fā)明的工作原理為:液體工作介質(zhì)吸收電主軸轉(zhuǎn)子7部位產(chǎn)生的熱量汽化為蒸汽，壓力增大，蒸汽在壓力作用下運行到軸芯冷卻槽道14后端，冷卻油噴嘴11噴出的冷卻油對電主軸軸芯I后端進行冷卻，蒸汽冷凝為液態(tài)，電主軸軸芯I外表面與電主軸軸芯套筒2內(nèi)表面帶有錐度α，前端大于后端，當(dāng)電主軸軸芯I與電主軸軸芯套筒2高速旋轉(zhuǎn)時，液體工作介質(zhì)可在離心力分量的作用下回流至電主軸軸芯I與電主軸軸芯套筒2前端，完成散熱循環(huán)。
【主權(quán)項】
1.一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，包括電主軸軸芯(I)，電主軸軸芯(I)的前端固定在前軸承組件(4)上，后端固定在后軸承組件(8)上，前軸承組件(4)與電電主軸外殼(5)前端連接，電主軸外殼(5)內(nèi)部與電主軸定子(6)及后軸承組件(8)連接，其特征在于:電主軸外殼(5)后端與冷卻腔室后蓋(9)連接，后軸承組件(8)和冷卻腔室后蓋(9)構(gòu)成冷卻腔室(12)，電主軸軸芯(I)的尾端深入到冷卻腔室(12)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，其特征在于:所述電主軸軸芯(I)上加工有軸芯冷卻槽道(14)，電主軸軸芯(I)上套合有電主軸軸芯套筒(2)，電主軸軸芯套筒(2)前端固定有和電主軸定子(6)配合的電主軸轉(zhuǎn)子(7)，電主軸軸芯套筒(2)中部固定在后軸承組件(8)上，電主軸軸芯(I)尾端連接有密封閥門(3)，密封閥門(3)處與軸芯冷卻槽道(14)相連通，電主軸軸芯套筒(2)兩端加工有密封面，電主軸軸芯套筒(2)和電主軸軸芯(I)采用熱脹式裝配技術(shù)進行密封，在電主軸軸芯套筒(2)中部工作段內(nèi)表面與電主軸軸芯(I)外表面存在間隙(15)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，其特征在于:所述電主軸軸芯(I)外表面與電主軸軸芯套筒(2)內(nèi)表面帶有錐度al:100?1:50，前端大于后端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，其特征在于:所述冷卻腔室后蓋(9)上部固定有冷卻油噴嘴(11)與冷卻油管(10)，冷卻腔室后蓋(9)下方開孔連接冷卻油出口接頭(13)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，其特征在于:所述的密封閥門(3)為液體工作介質(zhì)注入口，首先由密封閥門(3)對軸芯冷卻槽道(14)與間隙(15)組成的空間進行抽真空，保證其內(nèi)部的真空度后，對其注入液體工作介質(zhì)，注液率為20%?30%。
【專利摘要】一種基于軸芯熱管冷卻的高速高精度電主軸，包括電主軸軸芯，電主軸軸芯的前端固定在前軸承組件上，后端固定在后軸承組件上，前軸承組件與電電主軸外殼前端連接，電主軸外殼內(nèi)部與電主軸定子及后軸承組件連接，電主軸外殼后端與冷卻腔室后蓋連接，后軸承組件和冷卻腔室后蓋構(gòu)成冷卻腔室，電主軸軸芯的尾端深入到冷卻腔室內(nèi)，電主軸軸芯上加工有軸芯冷卻槽道，電主軸軸芯上套合有電主軸軸芯套筒，電主軸軸芯尾端連接有密封閥門，在電主軸軸芯套筒中部工作段內(nèi)表面與電主軸軸芯外表面存在間隙，采用軸芯冷卻槽道與間隙中工作介質(zhì)的相變過程，實現(xiàn)對電主軸轉(zhuǎn)子部分產(chǎn)生熱量的高效導(dǎo)出，控制了主軸轉(zhuǎn)子溫度，提高加工精度。
【IPC分類】B23Q11/12, B23B19/02
【公開號】CN105598477
【申請?zhí)枴緾N201610012255
【發(fā)明人】高建民, 李法敬, 史曉軍, 唐瑞, 徐亮, 李云龍
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月8日