一种高速电主轴内外冷却结构制造技术

本发明专利技术提供一种高速电主轴内外冷却结构，在电主轴壳体和电主轴前轴承座上增加了冷却水道，同时在主轴内部设置了螺旋冷却水通道，实现对电主轴主要发热部件如电机定、转子和前后轴承的同时高效冷却，从而有效的控制了电主轴的温升，提高电机和轴承的使用寿命，同时电主轴的加工精度和表面加工质量由于热变形的减少而大大提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高速电主轴内外冷却结构，尤其是一种内、外同时冷却电主轴的冷却结构。
技术介绍
高速电主轴的主要特点是将电机的定、转子直接装入主轴内部形成机电一体化的电主轴。从而，实现了主轴系统的“零传动”，具有结构紧凑、转动惯量小、启动与停止速度快、易于实现无极调速和精密控制等优点，但是，电主轴的这种结构对电主轴的散热是及其不利的。内装式电主轴主要是由内装式伺服电机、前后支撑轴承、主轴和壳体组成的，其中内装式伺服电机和前、后轴承是电主轴主要的发热部件。温升是电主轴部件性能的一项重要指标，ADGM电主轴经常在较大的载荷条件下工作，主轴定、转子和前后支撑轴承在工作的过程中会产生大量的热量，这些热量会传递给主轴和壳体等零件，导致主轴加工过程中产生线位移和角位移，影响加工精度和零件表面的加工质量。电主轴的热量主要是由电机的损耗和轴承的摩擦产生的，其中电机的损耗2/3是由定子产生的，1/3是由转子产生的。传统的冷却方法是在电机定子和壳体之间加设有螺旋的冷却水道，在前轴承座和壳体之间加设环形水道，通过后大盖上的进、出水接头接通，内部冷却水把电机定子和前轴承的热量带走，起到冷却前轴承和定子的效果，但是，占电机产热量1/3的转子和后轴承并没有得到有效的冷却，从而电主轴形成了外冷内热的现象。而主轴的热膨胀对于加工精度的影响是致命的，如果主轴的轴心的直径按照0.5m计算时，则根据金属的热膨胀理论可知，如果主轴的轴心温度每上升1°C，主轴的长度将伸长0.005m，由此引起的热变形如果处理不当则一方面会严重影响电主轴的加工精度和表面加工质量，另一方面由于轴承外圈的比内圈的温度高，造成了轴承的预紧量加大，进一步加剧了轴承的磨损发热，影响轴承的使用寿命。针对这种现象目前有一种轴心冷却方法:在电主轴的壳体和轴心出设置有冷却导热管，虽然这种冷却方法在一定程度上能够对电主轴起到冷却作用，但是这种冷却方法的冷却介质不是液体而是空气，由于空气的热交换功率有限，所以这种方法不能很有效的解决电主轴长时间工作下的散热问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，通过本专利技术，在电主轴壳体和电主轴前轴承座上增加了冷却水道，同时在主轴内部设置了螺旋冷却水通道，实现对电主轴主要发热部件如电机定、转子和前后轴承的同时高效冷却，从而有效的控制了电主轴的温升，提高电机和轴承的使用寿命，同时电主轴的加工精度和表面加工质量由于热变形的减少而大大提升。本专利技术的技术方案是，包括电主轴壳体，壳体内固定有前轴承座和后轴承座，前轴承座和后轴承座之间经前轴承和后轴承固定有主轴，主轴上套装有电机转子，电机转子上套有固定在壳体上的电机定子，所述壳体内围绕电机定子设有多个相互连通的壳体环形水道，所述环形水道的一端连通前轴承座外径圆柱上设置的环形冷却液水道，环形冷却水道经壳体与外界连通，所述主轴自后端开设有以主轴轴心为中心线的通水盲孔，所述主轴内部开设有围绕通水盲孔的封闭的螺旋水冷却水道，螺旋水冷却水道与通水盲孔相连通，主轴后端开设有与螺旋水冷却水道相连通的通水口。所述壳体和电机定子之间设置有用于壳体封闭环形水道的定子内水套。所述前轴承座和壳体之间设置有用于封闭环形冷水水道的环形水套。所述壳体环形水道连通置于后轴承座上的外冷却出水口接头，所述环形冷却液水道连通置于后轴承座上的外冷却进水口接头。所述主轴的通水盲孔内穿设有用于封闭螺旋水冷却水道的主轴内水套，主轴内水套上设有与封闭螺旋水冷却水道相连通的通水孔。所述通水盲孔连通有螺纹固定在主轴后端的高速旋转接头的进水口，高速旋转接头的出水口连通通水口。本专利技术的有益效果是，能够同时对电主轴的发热源:电主轴伺服电机定、转子和电主轴前、后轴承进行冷却，从而提高了伺服电机和轴承的使用寿命；轴心冷却结构还能够降低电主轴主轴温升，从而有效提高了电主轴加工精度和表面加工质量。【附图说明】图1是本专利技术高速电主轴的结构简图。图2是本专利技术外部冷却的三维模拟示意图。图3是本专利技术内部冷却的三维模拟示意图。图4是本专利技术内、外整体冷却的三维模拟示意图。图1中:1螺钉、2传动键、3前盖、4螺钉、5壳体、6密封盖、7前轴承、8前轴承座、9紧定螺钉、10平衡环、11转子、12定子、13紧定螺钉、14转子螺母、15 O型密封圈、16主轴内水套、17后轴承座、18压盖、19外冷却出水口接头、20旋转接头、21码盘底座螺母、22螺钉、23编码盘、24外冷却进水口接头、25码盘底座、26后轴承螺母、27后轴承、28后轴承挡圈、29转子内套、30定子内水套、31键、32前轴承螺母、33密封圈、34O型密封圈、35主轴。图2中:19外冷却出水口接头、24外冷却进水口接头。图3中:20高速旋转接头。图4中:19外冷却出水口接头、24外冷却进水口接头、20旋转接头。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细说明。根据图1至图4可知，本专利技术所述的冷却结构主要涉及到:螺钉1、传动键2、前盖3、螺钉4、壳体5、密封盖6、前轴承7、前轴承座8、紧定螺钉9、平衡环10、转子11、定子12、紧定螺钉13、转子螺母14、0型密封圈15、主轴内水套16、后轴承座17、压盖18、冷却出水口接头19、旋转接头20、码盘底座螺母21、螺钉22、编码盘23、冷却进水口接头24、码盘底座25、后轴承螺母26、后轴承27、后轴承挡圈28、转子内套29、定子内水套30、键31、前轴承螺母32、密封圈33、0型密封圈34、主轴35。其中电主轴前轴承7安装于前轴承座8内，并且与前轴承座8紧密配合，在前轴承座8的外径圆柱面上加工一个环形冷却液水道。在电主轴壳体5与内装式伺服定子12之间加设一个定子内水套30，该定子内水套30外径与电主轴壳体5内径配合装配，定子内水套30内径与内装式伺服电机定子12外径配合装配，在电主轴壳体5上开设一系列环形水道，将这些环形水道连通为一体，后轴承座17后端开设有进、出水口，进、出水口上安装有24、19进出水接头，后轴承座17和电主轴壳体5上开设有供冷却水流通的孔道。工作时冷却流体经温度自动调节器恒温控制系统，然后从后轴承座17后端的进水口进入，经过电主轴后轴承座17和电主轴壳体5上的通水孔进入到前轴承座8的环形冷却水道，冷却前轴承7，之后进入壳体5上的环形冷却水道，经过多圈的环形流动，对电主轴伺服电机定子12进行充分的冷却，利用热量传输原理吸收前轴承7和电主轴伺服电机定子12热量后从后轴承27冷却流体出口流出回到温度自动调节系统，经过温度自动调节系统处理后循环使用。内装式伺服电机转子11通过热安装方式过盈固装在电主轴主轴35上，在主轴35内部开设有螺旋水冷却水道，在主轴35后端开设有一小孔与螺旋水道相连通。主轴35内部配合有主轴内水套16，该主轴内水套16的外径和主轴35孔的内径相配合，主轴内水套16端部留有若干小孔。主轴35后端与高速旋转接头20进水口经螺纹连接，旋转接头20出水口与主轴35后端的出水孔相连接，形成了电主轴主轴35内部循环冷却水道。工作时冷却流体经温度自动调节器恒温控制系统，然后从高速旋转接头20的进水口进入，经过电主轴主轴内水套16到达主轴内水套16的另一端，然后从电主轴主轴内水套16上的若干小孔进入到电主轴主轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速电主轴内外冷却结构，包括电主轴壳体，壳体内固定有前轴承座和后轴承座，前轴承座和后轴承座之间经前轴承和后轴承固定有主轴，主轴上套装有电机转子，电机转子上套有固定在壳体上的电机定子，其特征在于，所述壳体内围绕电机定子设有多个相互连通的壳体环形水道，所述环形水道的一端连通前轴承座外径圆柱上设置的环形冷却液水道，环形冷却水道经壳体与外界连通，所述主轴自后端开设有以主轴轴心为中心线的通水盲孔，所述主轴内部开设有围绕通水盲孔的封闭的螺旋水冷却水道，螺旋水冷却水道与通水盲孔相连通，主轴后端开设有与螺旋水冷却水道相连通的通水口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李安玲，何强，李军，段非，吴耀春，张国烨，李丽丽，李均，张勇，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41