CN102398188A - 一种空心滚珠丝杠气液二元冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种空心滚珠丝杠气液二元冷却系统，空气发生器(17)的下端面呈椭圆形中空环形喇叭状，进气口断面比出气口断面大，空气发生器(17)内部安装有风机(39)，由风机(39)驱动的叶轮(38)，在接纳导入空气的气腔(40)的腔壁上开设有进气孔(37)，在环形气腔(42)的腔壁上开设有进气口(41)，在环形气腔(42)上开设有排气细缝(44)，科恩达表面(45)安装在排气细缝(44)一侧，在中央气腔(34)的腔壁上开设有喷气嘴(43)，喷气嘴(43)的喷气方向指向丝杠螺母副摩擦表面；变频制冷系统出油口(55)与空心滚珠丝杠(13)的进油管(9)相连，变频制冷系统的进油口(56)与空心滚珠丝杠(13)的出油管(26)相连，冷却油经由中空滚珠丝杠(13)传输。

Description

一种空心滚珠丝杠气液二元冷却系统

技术领域

本发明涉及数控机床的冷却系统。

背景技术

目前，在高速机床发展过程中，虽然出现了直线电机驱动进给系统，但高速滚珠丝杠副传动系统仍然是高速机床进给驱动系统的主要形式。随着数控机床向高速化发展，滚珠丝杠副出现了温度上升，噪音增大，定位精度下降等现象。各种不同类型的机床，热变形误差约占总误差的30％～50％。在机床进给系统中，滚珠丝杠副和螺母之间产生摩擦热以及支撑轴承的摩擦热，进而产生热变形，由于丝杠高速旋转，热变形将更加严重，甚至有时在机床热变形中占主导地位。

在高速滚珠丝杠副传动系统中，接触区域(丝杠螺母、轴承等)产生大量的热，导致丝杠产生热变形误差而影响机床加工精度和进给系统传动刚度降低。解决高加速度引起的丝杠发热等问题是提高机床传动刚度和运动品质的关键，为了改善滚珠丝杠副的加(减)速度特性，提高对运动指令的快速跟踪能力，必须提高滚珠丝杠轴系的系统刚度和丝杠副的轴向刚度，减小起动和停止瞬间弹性变形。为了解决丝杠的发热问题，目前普遍采用的办法是将冷却液通入空心丝杠内部和轴承座端部进行强制循环冷却。这种全丝杠冷却的方法在一定程度降低了由于丝杠与螺母副之间摩擦而引起的热量，但在实际工作过程中，丝杠螺母副并不是在整个丝杠上进行摩擦运动，而往往是在某些局部区域运动相对频繁，产生的热量也相对较多。对丝杠进行全丝杠冷却，只能整体降低丝杠的平均温升，并不能对运动摩擦相对频繁局部产生的温升进行控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心滚珠丝杠气液二元冷却系统。

本发明是一种空心滚珠丝杠气液二元冷却系统，床身1上安装有左端瓦架5，伺服电机2固定在左端瓦架5的端面上，并通过联轴器4与空心滚珠丝杠13的前端头相连，空心滚珠丝杠13前端头通过轴承组8支撑安装在左端瓦架5上，圆螺母6与空心滚珠丝杠13的前端头的螺纹连接，紧靠在轴承组8左端的密封件7上，滚珠丝杠油孔11处于两密封圈12的中间，通过管接头10与进油管9相连，管接头25一端与轴端密封件24上的锥螺纹相连，另一端与出油管26相连，空气发生器17由风机39、叶轮38、凸沿33、上唇壁35、下唇壁36和喷气嘴43组成，空气发生器17的下端面呈椭圆形中空环形喇叭状，进气口断面比出气口断面大，空气发生器17内部安装有风机39，由风机39驱动的叶轮38，在接纳导入空气的气腔40的腔壁上开设有进气孔37，在环形气腔42的腔壁上开设有进气口41，在环形气腔42上开设有排气细缝44，科恩达表面45安装在排气细缝44一侧，在中央气腔34的腔壁上开设有喷气嘴43，喷气嘴43的喷气方向指向丝杠螺母副摩擦表面；变频制冷系统由制冷机46、冷凝器48、散热器49、温度计47、油箱50、节流阀51、压力表52、调节阀53、油泵54和油管组成；变频制冷系统出油口55与空心滚珠丝杠13的进油管9相连，变频制冷系统的进油口56与空心滚珠丝杠13的出油管26相连，冷却油经由中空滚珠丝杠13传输。

本发明的有益效果为：

1、采用将冷却介质通入空心丝杠内部进行强制循环冷却，从整体上降低了因丝杠螺母副摩擦产生的平均温升，同时，采用冷却气流对丝杠重点发热区域进行局部冷却相结合的冷却方式降低的丝杠螺母副局部频繁运动产生的热量，从而有效的解决了丝杠的发热问题。

2、利用流体有离开本来的流动方向，改为随著凸出的物体表面流动的倾向的科恩达附壁效应，通过科恩达效应中产生较高空气吸收比率时科恩达内腔表面的合理设计和空气制冷过程中流场的确定，在中央内腔形成空气负压，形成较好空气制冷效果。

3、有助于减小高速运转时的转动惯量，增加丝杠的扭转刚度和轴向刚度，保证机床进给的定位精度和稳定性。

附图说明

图1是本发明的整体结构图，图2是图1中的A-A向剖视图，图3是空气发生器17的结构图，图4是空气发生器17的侧视图，图5是空气发生器17的局部放大图，图6是变频制冷系统结构图。

附图标记及对应名称为：床身1，伺服电机2，螺栓3，联轴器4，左端瓦架5，圆螺母6，密封件7，轴承组8，进油管9，管接头10，油孔11，密封圈12，空心滚珠丝杠13，工作台14，滑块15，螺栓16，空气发生器17，丝杠螺母18，螺栓19，右端瓦架20，轴承组21，密封件22，圆螺母23，轴端密封件24，管接头25，出油管26，凸台27，楔形导轨压块28，螺栓29，导轨30，螺栓31，螺母瓦架32，凸沿33，中央气腔34，上唇壁35，下唇壁36，进气孔37，叶轮38，风机39，气腔40，进气口41，环形气腔42，喷气嘴43，排气细缝44，科恩达表面45，制冷机46，温度计47，冷凝器48，散热器49，油箱50，节流阀51，压力表52，调节阀53，油泵54，出油口55，进油口56。

具体实施方式

下面结合附图本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，床身1上安装有左端瓦架5，伺服电机2通过螺栓3固定在左端瓦架5的端面，并通过联轴器4与空心滚珠丝杠13的前端头相连。空心滚珠丝杠13前端头通过轴承组8支撑安装在左端瓦架5上，圆螺母6与空心滚珠丝杠13前端头的螺纹连接，紧靠在轴承组8左端的密封件7上，用来空心滚珠丝杠13的轴向定位。滚珠丝杠油孔11处于两密封圈12中间，通过管接头10与进油管9相连。空心滚珠丝杠13后端头通过轴承组21支撑安装在右端瓦架20上，轴承组21左右两侧安装有密封件22。圆螺母23与空心滚珠丝杠13后端头的螺纹连接，紧靠在轴承组8右端的密封件22上，用来防止空心滚珠丝杠13的轴向蹿动。空心滚珠丝杠13后端头安装有轴端密封件24，，管接头25一端与轴端密封件24上的锥螺纹两连，另一端与出油管26相连。

如图2所示，床身1左右两侧面设有凸台27，导轨30通过螺栓31连接在凸台27上，导轨30的凸台27的一侧沿轴向方向开有楔形长凹槽，楔形长凹槽内安装有楔形导轨压块28，楔形导轨压块28通过螺栓29与床身1连接，楔形导轨压块28下沉安装时，竖直面挤压滚动导轨侧面，保证滚动导轨30安装的直线度。丝杠螺母18与空心滚珠丝杠13配合组成丝杠螺母副，丝杠螺母18通过螺母瓦架32与工作台14相连，同时丝杠螺母18端面通过螺栓19与工作台端面连接，保证工作台连接可靠。工作台14底部两侧面对称安装滑块15，滑块15导轨30配合，沿导轨30运动。空气发生器17通过螺栓16与工作台14连接，分别安装在丝杠螺母副的两侧面，在伺服电机2驱动空心滚珠丝杠13运动时，空气发生器17开始工作，产生空气流喷向丝杠螺母副摩擦表面，降低丝杠螺母副局部摩擦产生的热量。

如图3、4、5所示，空气发生器17包括风机39、叶轮38、凸沿33、上唇壁35、下唇壁36和喷气嘴43等。空气发生器17下端面呈椭圆形中空环形喇叭状，进气口断面比出气口断面大，便于利用科恩达效应提高空气的吸收率，增强冷却降温效果。空气发生器17内部安装有风机39，风机39驱动叶轮38旋转，在接纳导入空气的气腔40的腔壁上开设有进气孔37，将周围环境中的空气通过进气孔37导入气腔40，在环形气腔42的腔壁上开设有进气口41，通过进气口41进入空气发生器的环形气腔42，在环形气腔42内聚集，在环形气腔42上开设有排气细缝44，科恩达表面45安装在排气细缝44一侧，在中央气腔34的腔壁上开设有喷气嘴43，喷气嘴43的喷气方向指向丝杠螺母副摩擦表面；空气通过排气细缝44沿科恩达表面45通过喷气嘴43，喷向丝杠螺母副摩擦表面。同时，由于进入空气发生器17气腔40的空气，经过排气细缝44时产生负压，在负压作用下将会引导周围空气大量通过中央气腔34，通过喷气嘴43喷向丝杠螺母副摩擦表面，达到对丝杠螺母副的局部冷却。

如图1、图6所示，变频制冷系统主要包括制冷机46、冷凝器48、散热器49、温度计47、油箱50、节流阀51、压力表52、调节阀53、油泵54和油管等。变频制冷系统出油口55与空心滚珠丝杠13进油管9相连，变频制冷系统进油口56与空心滚珠丝杠13出油管26相连，通过中空滚珠丝杠13的冷却油。变频器变频调速驱动油泵54，油泵定量向空心滚珠丝杠13供油，通过热交换方式将滚珠丝杠副及轴承座端面的热量随回冷却油带走，回油温度升高，回油通过散热器49、冷凝器48及制冷46机降温后回到油箱50，循环使用。进出口冷却油温度差增大，通过控制系统指令使变频器驱动变频电机转速升高，油泵54输出油液流量、流速增大，加快油液冷却循环，快速将热量带走，从而降低了空心滚珠丝杠13的整体温升。同时，空气发生器产生的冷却气流对空心滚珠丝杠13重点发热区域进行局部气体冷却，降低的丝杠螺母副局部频繁运动产生的热量。从而，通过气体局部冷却和冷却油全丝杠冷却相结合，实现了空气滚珠丝杠13的气液二元冷却方式，使丝杠和轴承座端面温升得到抑制，保证了丝杠不会热膨胀导致刚度和精度发生变化。

Claims (1)

1.一种空心滚珠丝杠气液二元冷却系统，床身(1)上安装有左端瓦架(5)，伺服电机(2)固定在左端瓦架(5)的端面上，并通过联轴器(4)与空心滚珠丝杠(13)的前端头相连，空心滚珠丝杠(13)前端头通过轴承组(8)支撑安装在左端瓦架(5)上，圆螺母(6)与空心滚珠丝杠(13)的前端头的螺纹连接，紧靠在轴承组(8)左端的密封件(7)上，其特征在于滚珠丝杠油孔(11)处于两密封圈(12)的中间，通过管接头(10)与进油管(9)相连，管接头(25)一端与轴端密封件(24)上的锥螺纹两连，另一端与出油管(26)相连，空气发生器(17)由风机(39)、叶轮(38)、凸沿(33)、上唇壁(35)、下唇壁(36)和喷气嘴(43)组成，空气发生器(17)的下端面呈椭圆形中空环形喇叭状，进气口断面比出气口断面大，空气发生器(17)内部安装有风机(39)，由风机(39)驱动的叶轮(38)，在接纳导入空气的气腔(40)的腔壁上开设有进气孔(37)，在环形气腔(42)的腔壁上开设有进气口(41)，在环形气腔(42)上开设有排气细缝(44)，科恩达表面(45)安装在排气细缝(44)一侧，在中央气腔(34)的腔壁上开设有喷气嘴(43)，喷气嘴(43)的喷气方向指向丝杠螺母副摩擦表面；变频制冷系统由制冷机(46)、冷凝器(48)、散热器(49)、温度计(47)、油箱(50)、节流阀(51)、压力表(52)、调节阀(53)、油泵(54)和油管组成；变频制冷系统出油口(55)与空心滚珠丝杠(13)的进油管(9)相连，变频制冷系统的进油口(56)与空心滚珠丝杠(13)的出油管(26)相连，冷却油经由中空滚珠丝杠(13)传输。

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