CN107297513A - 一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,电主轴包括轴芯以及并列套装在轴芯外的多个发热部件，多个发热部件外包覆有一个环形的外壳，冷却结构包括一个主进水道、多个分进水道、多个冷却腔、多个分出水道、一个主出水道，主进水道和主出水道分别设置在外壳内，主进水道和主出水道均为平直通道且沿着轴芯的轴向延伸，多个发热部件内设置有各自对应的环形的冷却腔，每个冷却腔通过各自对应的分进水道与主进水道相连通，每个冷却腔通过各自对应的分出水道与主出水道相连通，多个分进水道和多个分出水道均沿着轴芯的径向方向延伸。本发明优点：结构简单、加工方便、冷却效率高，简化了加工和装配工艺，节约了生产成本。

Description

一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构

技术领域

本发明涉及电主轴冷却技术领域，尤其涉及的是一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构。

背景技术

高档数控机床正向高精度、高效率和高速度的方向发展，其中超高速空气静压电主轴部件是实现高精、高效切削技术的主体之一，是高档数控机床的核心功能部件。超高速空气静压电主轴主要用于微铣削、微磨削和微钻削等领域，最高转速一般不低于100000r/min。由于电主轴在回转过程中电机定子线圈发热、电机转子电磁涡流发热、空气静压轴承微米间隙高速气流粘性剪切摩擦发热等均会引起主轴系统结构件和压缩气体等介质温升，进而导致结构热变形、电磁驱动和空气静压支承特性的变化，最终影响加工精度。因此，必须对超高速空气静压电主轴进行强制冷却以保持主轴的热平衡。一般通过强制水冷的方式对超高速空气静压电主轴进行热平衡，目前电主轴强制水冷一般采用螺旋式水槽、折线状冷却水通道等结构使冷却水在电主轴内部以串联方式依次循环流动，整体或分步冷却空气静压止推轴承、空气静压径向轴承和内置电机的定子线圈等，这种冷却结构使冷却水在串联流动过程中流阻大、流速低、对流换热能力低。由于串联冷却水在流动过程中不断升温，易出现冷却水温度过高对电主轴部件进行加热的现象，反而降低了冷却效果。此外，这种冷却结构致使主轴结构复杂，加工装配工艺复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构，以达到结构简单、加工方便、冷却效率高的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,所述电主轴包括轴芯以及并列套装在轴芯外的多个发热部件，所述多个发热部件外包覆有一个环形的外壳，所述电主轴上设置有冷却结构，所述冷却结构包括一个主进水道、多个分进水道、多个冷却腔、多个分出水道、一个主出水道，所述主进水道和主出水道分别设置在外壳内，所述主进水道和主出水道均为平直通道且沿着轴芯的轴向延伸，所述多个发热部件内设置有各自对应的环形的冷却腔，所述多个分进水道位于冷却腔和主进水道之间，每个冷却腔通过各自对应的分进水道与主进水道相连通，所述多个分出水道位于冷却腔和主出水道之间，每个冷却腔通过各自对应的分出水道与主出水道相连通，所述多个分进水道和多个分出水道均沿着轴芯的径向方向延伸，所述主进水道一端为进水端、另一端为盲端，所述主出水道一端为出水端、另一端为盲端，通过所述主进水道的进水端进水，通过所述主出水道的出水端出水。

进一步的，所述轴芯一端还设置有冷却水座，所述主进水道的进水端和主出水道的出水端位于轴芯的同一端，所述冷却水座的一侧设有进水口、另一侧设有出水口，所述进水口与主进水道的进水端相连通，所述出水口与所述主出水道的出水端相连通。

进一步的，所述主进水道和主出水道关于所述电主轴的轴心线对称分布，所述多个分进水道和多个分出水道关于电主轴的轴心线对称分布。

进一步的，所述多个发热部件包括两个径向轴承、两个止推轴承和定子。

进一步的，所述冷却腔的内壁面上设置有多个凸起或多个凹陷。

进一步的，所述主进水道和主出水道的轴心线、所述多个分进水道和多个分出水道的轴心线均位于同一个平面上。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供的一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,其设置了并联的多个分进水道和多个分出水道，实现了多个发热部件同时冷却，使冷却水以相同的温度直接冷却电主轴的各个发热部件，提高了冷却效率，避免了串联循环冷却水对电主轴的发热部件反加热现象，使电主轴的各个发热部件温度场分布更加均匀。本发明的超高速空气静压电主轴并联冷却结构，只需位于一个平面内的主进水道、多个分进水道、多个分出水道和主出水道就能实现冷却水的进出，大大缩短了冷却水的行程，能够降低冷却水的流阻，提高了冷却水的流速。本发明的超高速空气静压电主轴并联冷却结构，通过在冷却腔的内壁面上设置有多个凸起或多个凹陷，提高了冷却水和电主轴的发热部件之间的对流换热系数，增大了冷却水和电主轴的发热部件的接触面积，增强了冷却水的换热能力。此外，本发明结构简单，与现有技术相比，简化了整个电主轴的加工和装配工艺，节约了生产成本，适合工业化应用。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图。

图2是本发明的定子外套的立体结构示意图。

图中标号：1-冷却水座；2-进水口；3-左径向轴承；4-左径向轴承分进水道；5-外壳；6-定子分进水道；7-定子；8-主进水道；9-定子外套；91-凸起；10-右径向轴承；11-右径向轴承分进水道；12-左止推轴承分进水道；13-左止推轴承；14-右止推轴承分进水道；15-右止推轴承；16-轴芯；17-右止推轴承冷却腔；18-右止推轴承分出水道；19-左止推轴承冷却腔；20-左止推轴承分出水道；21-右径向轴承分出水道；22-右径向轴承冷却腔；23-定子分出水道；24定子冷却腔；25-主出水道；26-左径向轴承冷却腔；27-左径向轴承分出水道；28出水口。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1至图2，本实施例公开了一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,该电主轴包括轴芯16以及并列套装在轴芯16外的多个发热部件，多个发热部件包括两个径向轴承、两个止推轴承和定子7，两径向轴承分别为左径向轴承3、右径向轴承10，两个止推轴承分别为左止推轴承13和右止推轴承15。多个发热部件外包覆有一个环形的外壳5，电主轴上设置有冷却结构，冷却结构包括一个主进水道8、多个分进水道、多个冷却腔、多个分出水道、一个主出水道25，主进水道8和主出水道25分别设置在外壳5内，主进水道8和主出水道25均为平直通道且沿着轴芯16的轴向延伸，多个发热部件内设置有各自对应的环形的冷却腔，多个分进水道位于环形腔和主进水道8之间，每个冷却腔通过各自对应的分进水道与主进水道8相连通，多个分出水道位于冷却腔和主出水道25之间，每个冷却腔通过各自对应的分出水道与主出水道25相连通，多个分进水道和多个分出水道均沿着轴芯16的径向方向延伸，主进水道8一端为进水端、另一端为盲端，主出水道25一端为出水端、另一端为盲端，通过主进水道8的进水端进水，通过主出水道25的出水端出水。轴芯16一端还设置有冷却水座1，主进水道8的进水端和主出水道25的出水端位于轴芯16的同一端，冷却水座1的一侧设有进水口2、另一侧设有出水口28，进水口2与主进水道8的进水端相连通，出水口28与主出水道25的出水端相连通。

作为优选方式，主进水道8和主出水道25关于电主轴的轴心线对称分布，多个分进水道和多个分出水道关于电主轴的轴心线对称分布。且主进水道8和主出水道25的轴心线、多个分进水道和多个分出水道的轴心线均位于同一个平面上。冷却腔的内壁面上设置有多个凸起91或多个凹陷，凸起91或凹陷的横截面形状可以为方形、圆形等，设置多个凸起91或多个凹陷，一方面能使冷却水在流动过程中形成漩涡，增大了冷却水流雷诺数，提高冷却水和电主轴结构件之间的对流换热系数，另一方面增大了冷却水和电主轴结构件的接触面积，提高了冷却水的换热能力。

其中，多个冷却腔分别为与左径向轴承3、定子7、右径向轴承10、左止推轴承13、右止推轴承15一一对应的左径向轴承冷却腔26、定子冷却腔24、右径向轴承冷却腔22、左止推轴承冷却腔19、右止推轴承冷却腔17，相应的，多个分进水道分别为左径向轴承分进水道4、定子分进水道6、右径向轴承分进水道11、左止推轴承分进水道12、右止推轴承分进水道14，多个分出水道分别为左径向轴承分出水道27、定子分出水道23、右径向轴承分出水道21、左止推轴承分出水道20、右止推轴承分出水道18。其中，定子7外套有一个定子外套9，定子外套9外壁中部开有一个环形凹槽，定子冷却腔由定子外套9外壁的环形凹槽与外壳5内壁围成，可在定子外套9的环形凹槽底壁上设有多个凸起91，如图2所示。

工作时，冷却水从进水口2进入电主轴内部，通过主进水道8后一分五路，分别通过左径向轴承分进水道4、右径向轴承分进水道11、左止推轴承分进水道12、右止推轴承分进水道14和定子分进水道6一一对应的进入左径向轴承冷却腔26、右径向轴承冷却腔22、左止推轴承冷却腔19、右止推轴承冷却腔17和定子冷却腔24，对左径向轴承3、右径向轴承10、左止推轴承13、右止推轴承15和定子7进行独立直接冷却，然后通过左径向轴承分出水道27、右径向轴承分出水道21、左止推轴承分出水道20、右止推轴承分出水道18和定子分出水道23进入主出水道25，最终经出水口28排出电主轴。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,所述电主轴包括轴芯以及并列套装在轴芯外的多个发热部件，所述多个发热部件外包覆有一个环形的外壳，其特征在于：所述电主轴上设置有冷却结构，所述冷却结构包括一个主进水道、多个分进水道、多个冷却腔、多个分出水道、一个主出水道，所述主进水道和主出水道分别设置在外壳内，所述主进水道和主出水道均为平直通道且沿着轴芯的轴向延伸，所述多个发热部件内设置有各自对应的环形的冷却腔，所述多个分进水道位于冷却腔和主进水道之间，每个冷却腔通过各自对应的分进水道与主进水道相连通，所述多个分出水道位于冷却腔和主出水道之间，每个冷却腔通过各自对应的分出水道与主出水道相连通，所述多个分进水道和多个分出水道均沿着轴芯的径向方向延伸，所述主进水道一端为进水端、另一端为盲端，所述主出水道一端为出水端、另一端为盲端，通过所述主进水道的进水端进水，通过所述主出水道的出水端出水。

2.如权利要求1所述的一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,其特征在于：所述轴芯一端还设置有冷却水座，所述主进水道的进水端和主出水道的出水端位于轴芯的同一端，所述冷却水座的一侧设有进水口、另一侧设有出水口，所述进水口与主进水道的进水端相连通，所述出水口与所述主出水道的出水端相连通。

3.如权利要求1所述的一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,其特征在于：所述主进水道和主出水道关于所述电主轴的轴心线对称分布，所述多个分进水道和多个分出水道关于电主轴的轴心线对称分布。

4.如权利要求1所述的一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,其特征在于：所述多个发热部件包括两个径向轴承、两个止推轴承和定子。

5.如权利要求1所述的一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,其特征在于：所述冷却腔的内壁面上设置有多个凸起或多个凹陷。

6.如权利要求1所述的一种超高速空气静压电主轴并联冷却结构,其特征在于：所述主进水道和主出水道的轴心线、所述多个分进水道和多个分出水道的轴心线均位于同一个平面上。