CN101898315A

CN101898315A - 用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置

Info

Publication number: CN101898315A
Application number: CN 201010218725
Authority: CN
Inventors: 蒋书运; 闵祥
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2010-12-01

Abstract

本发明公开了一种用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，包括主轴电机、主轴箱以及立柱，所述主轴箱上封接有罩体，所述主轴电机置于罩体内，且主轴电机通过固定块支撑于主轴箱上，所述立柱、主轴箱以及罩体三者之间两两贯通设置，且罩体上开设有罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇，所述冷却风扇与风扇旋转驱动装置的输出端连接，另外，所述主轴箱上开设有主轴箱通风孔，而立柱上则开设有立柱通风孔，因此，本发明所述的立柱、主轴箱以及罩体三者之间形成了一个强制空气流动的回路，能够有效地降低主轴箱温升，同时大幅度提高机床的热稳定性。

Description

用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制立式加工机床(包括立式加工中心、立式车床、钻床和铣床等)主轴箱热变形的新型空气冷却装置，属于机床热设计技术领域。

背景技术

为提高机床的生产效率，主轴向着高速化大功率方向发展，主轴轴承与驱动电机产生较大热量，导致机床部件产生不均匀的温度场从而产生热变形，热效应严重影响机加工的精度。轴承产生的热量可以通过油气润滑的压缩空气带走，这种方式能够有效减少传递到机床主轴箱的热量；而电机产生的热量除了自带冷却风扇吹散一部分，剩下的大部分则通过电机端面转移到主轴箱，使得主轴箱产生不均匀的温度场，结构发生热变形，导致主轴端面漂移。为了消除热效应对机床加工精度的影响，目前最有效的途径是通过建立具体机床的热误差模型，预测热误差并在数控系统中实现实时补偿，但是需要许多温度传感器及相应的数据采集系统且所建立的热误差模型不具有通用性，实施成本很高，未得到广泛应用。

相对于热误差补偿，采用冷却空气强迫对流换热，具有技术方案简单，适应性好，维护简单等优点，可以广泛用于立式加工机床，提高其热稳定性。

发明内容

本发明针对立式加工机床主轴箱热态特性存在的问题，提供一种用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，该装置通过在主轴电机外围、主轴箱以及立柱三者之间形成循环通风道，并采用冷却风扇对驱动主轴的主轴电机和机床主轴箱部件进行强迫空气冷却，降低主轴箱系统的温度，达到提高机床热稳定性的目的。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，包括主轴电机、主轴箱以及立柱，所述主轴箱上封接有罩体，所述主轴电机置于罩体内，且主轴电机通过固定块支撑于主轴箱上，所述立柱、主轴箱以及罩体三者之间两两贯通设置，且罩体上开设有罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇，所述冷却风扇与风扇旋转驱动装置的输出端连接，另外，所述主轴箱上开设有主轴箱通风孔，而立柱上则开设有立柱通风孔。

进一步地，所述风扇旋转控制装置包括风扇驱动电机以及控制器，所述控制器根据安装于机床上的温度传感器所反馈的温度信息控制风扇驱动电机的转速。

进一步地，所述固定块为隔热块或者散热块。

进一步地，所述冷却风扇为轴流风扇。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1、本发明通过在主轴箱上封接罩体，并将主轴电机通过固定块安装于罩体内的主轴箱体上，同时，将立柱、主轴箱以及罩体三者之间两两贯通设置，另所述立柱、主轴箱以及罩体上皆分别开设通风孔，并在罩体上所设置的罩体通风孔处安装冷却风扇，因此，本发明所述的立柱、主轴箱以及罩体三者之间形成了一个强制空气流动的回路，能够有效地降低主轴箱温升，同时大幅度提高机床的热稳定性；

2、本发明将主轴箱和主轴电机之间的固定块设置具有隔热(或散热)作用，以减少主轴电机发热后向主轴箱热量传递，保证主轴箱温度分布均匀，进一步提高机床的热稳定性；

3、本发明所述风扇旋转控制装置包括风扇驱动电机以及控制器，所述控制器根据安装于机床上的温度传感器所反馈的温度信息控制风扇驱动电机的转速，因此，可以通过在机床的关键部位安装温度传感器，则根据该机床关键部位的工作温升自动调节冷却风扇的转速，从而自动调节所述立柱、主轴箱以及罩体三者之间所形成通风道内的风速，调节冷却速率；比如在主轴箱箱体的顶部和立柱的导轨处安装传感器，实时地检测主轴箱体顶部和立柱导轨处的工作温度，当温度超过某一设定值时，在控制器的控制下，冷却风扇将会启动，同时，控制器可以根据温升趋势，调节冷却风扇速度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2a是现有技术中主轴箱热变形的状态示意图；

图2b是应用本发明所述技术方案进行冷却的主轴箱热变形的状态示意图；

其中，罩体1、冷却风扇2、主轴电机3、固定块4、主轴箱5、立柱6。

图中h1～h9为在立柱与主轴箱上分别开设的通风孔，箭头代表冷却风扇运转后空气的流动方向。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明一个优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明所述用于控制立式加工机床主轴箱5热变形的新型空气冷却装置，包括主轴电机3、主轴箱5以及立柱6，所述主轴箱5上封接有罩体1，所述主轴电机3置于罩体1内，且主轴电机3通过固定块4支撑于主轴箱5上，所述固定块4为隔热块或者散热块，所述立柱6、主轴箱5以及罩体1三者之间两两贯通设置，且罩体1上开设有罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇2，所述冷却风扇2为轴流风扇，且冷却风扇2与风扇旋转驱动装置的输出端连接，所述风扇旋转控制装置包括风扇驱动电机以及控制器，所述控制器根据安装于机床上的温度传感器所反馈的温度信息控制风扇驱动电机的转速；另外，所述主轴箱5上开设有主轴箱通风孔，而立柱6上则开设有立柱通风孔。

由此可知，本发明主轴箱5外围布置罩体1，形成封闭空间，在罩体1上端开设罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇2，在主轴箱5适当部位开通风孔，用隔热块将主轴电机3与主轴箱5隔开，使得主轴箱5与罩体1之间贯通，从而与罩体1上的罩体通风孔形成通风道，同时立柱6与主轴箱5贯通连接，使空气按本项目设计的路线流动，强迫冷却主轴电机3、主轴箱5和立柱6导轨。冷却风扇2选用轴流式风扇，其转速可根据机床关键部位的工作温升自动调节。如实时地检测主轴箱5体顶部和立柱6导轨处的工作温度，当温度超过某一设定值，风扇将会启动，并根据温升趋势，调节风扇速度。

通过本发明所述的强迫空气冷却装置，能够有效地降低主轴箱5温升，大幅度提高机床的热稳定性。另外，本发明所述的技术方案可用于立式加工中心、立式车床、钻床和铣床等立式机床。

以某加工中心主轴箱5为例，图2a公开了现有技术中主轴箱5热变形的状态示意图，而图2b则公开了安装本发明所述强迫空气冷却装置后主轴箱5热变形的状态示意图，根据图2a和图2b的对比可知，主轴箱5系统整体温升降低，主轴箱5体配合面温度下降，使得顶面到底面间的温差明显减小，最终主轴端面的位移量降低了20％左右。

Claims

1.一种用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，包括主轴电机、主轴箱以及立柱，其特征在于，所述主轴箱上封接有罩体，所述主轴电机置于罩体内，且主轴电机通过固定块支撑于主轴箱上，所述立柱、主轴箱以及罩体三者之间两两贯通设置，且罩体上开设有罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇，所述冷却风扇与风扇旋转驱动装置的输出端连接，另外，所述主轴箱上开设有主轴箱通风孔，而立柱上则开设有立柱通风孔。

2.根据权利要求1所述用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，其特征在于，所述风扇旋转控制装置包括风扇驱动电机以及控制器，所述控制器根据安装于机床上的温度传感器所反馈的温度信息控制风扇驱动电机的转速。

3.根据权利要求1所述用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，其特征在于，所述固定块为隔热块或者散热块。

4.根据权利要求1所述用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，其特征在于，所述冷却风扇为轴流风扇。