CN108481588B - 一种多线切割机的主轴冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多线切割机的主轴冷却系统，属于机械技术领域。它解决了现有的多线切割机主轴冷却效果差，影响切割精度的问题。本多线切割机的主轴冷却系统，包括具有一个安装腔的轴承座、设置在安装腔内的轴承和连接在轴承内的主轴，所述主轴的两端穿出轴承座，轴承座两端面均设有端盖，所述主轴和轴承座端部之间的两个开口分别通过上述端盖密封，使主轴和安装腔内腔壁之间形成用于存储制冷液的制冷腔室，所述轴承为开式轴承，所述主轴冷却系统还包括制冷回路，所述制冷回路的进口端和出口端分别与制冷腔室连通。本发明能够直接对轴承与主轴进行冷却，使主轴温度恒定，多线切割机的切割精度更高。

Description

一种多线切割机的主轴冷却系统

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种多线切割机，特别是一种多线切割机的主轴冷却系统。

背景技术

多线切割机是一种通过金属丝的高速往复运动，把磨料带入半导体加工区域进行研磨，将半导体等硬脆材料一次同时切割为数百片薄片的一种新型高精度切割设备。目前，数控多线切割机已逐渐取代了传统的内圆切割，成为硅片、磁性材料、水晶、陶瓷等硬脆性材料切割加工的主要方式。

多线切割机在工作时，由于主轴高速转动，使支撑主轴的轴承会产生大量热量，这些热量传导到主轴上会使主轴热膨胀而变形，影响设备的切割精度和使用寿命。

为了解决上述问题，多线切割机上都必须要实质冷却系统或装置，如中国专利(申请号：201620135565.5)公开了一种多线切割机的主轴冷却装置，包括主轴、轴承座、前端盖和后端盖，轴承座上具有循环式水路，通过制冷液在轴承座的水路上流动以降低主轴的温度。又如中国专利(申请号：201120070279.2)公开的一种多线切割机主轴系统，其通过在轴承座外设置具有冷却水通道的冷水套来对轴承座进行冷却，从而降低主轴的温度。

上述方法虽然均能够对主轴起到一定的降温效果，然而由于多线切割机主要的发热源主要是轴承，通过对轴承座冷却只能够间接的对轴承产生冷却效果，由于热传导需要一定的时间，使轴承的冷却速度较慢，开机后需要较长时间才能够使主轴的温升达到平衡，主轴温升也很难控制恒定，而且轴承是通过外圈与轴承座接触，使轴承的内圈温度会高于外圈，影响轴承的配合精度，从而影响高精度晶片的切割质量。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种多线切割机的主轴冷却系统，本发明所要解决的技术问题是：如何提高多线切割机的冷却效率并提高切割精度。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种多线切割机的主轴冷却系统，包括具有一个安装腔的轴承座、设置在安装腔内的轴承和连接在轴承内的主轴，所述主轴的两端穿出轴承座，轴承座两端面均设有端盖，其特征在于，所述主轴和轴承座端部之间的两个开口分别通过上述端盖密封，使主轴和安装腔内腔壁之间形成用于存储制冷液的制冷腔室，所述轴承为开式轴承，所述主轴冷却系统还包括制冷回路，所述制冷回路的进口端和出口端分别与制冷腔室连通。

本多线切割机的轴承座两端面通过端盖密封形成密闭的腔室，并通过与制冷回路连通，使该腔室充满制冷液，使轴承完全处于制冷液中，即轴承内圈与外圈之间的空腔也被制冷液充满，轴承的滚珠也完全被制冷液包裹，这样轴承转动产生的热量第一时间即被制冷液带走，冷却效率更快，而且，部分制冷腔室的腔壁由主轴组成，使制冷液也会直接与主轴接触并直接对主轴进行冷却，使主轴在工作时的温度更稳定，多线切割机的切割精度更高。

在上述的主轴冷却系统中，所述轴承包括前轴承和后轴承，所述前轴承和后轴承之间具有间距，所述制冷腔室包括位于轴承座两端或其中一端的第三蓄冷槽，所述第三蓄冷槽由前轴承或后轴承、相邻的端盖、轴承座以及主轴合围形成，所述第三蓄冷槽与相邻前轴承或后轴承的环形内腔连通。第三蓄冷槽进一步制冷腔室的容积，使其能够存储更多的制冷液，使制冷液吸收热量时温升更小，同时第三蓄冷槽还提高了制冷液与轴承、主轴、轴承座的接触面积，提高了制冷效率，使主轴的温度更稳定。

在上述的主轴冷却系统中，其中一个端盖上开有与制冷回路连通的进冷流道和出冷流道，所述进冷流道的进口端和出冷流道的出口端均与相邻前轴承或后轴承的环形内腔正对且分别连通于制冷腔室的上部和下部。这样，进冷流道位于下方，出冷流道位于上方，使制冷腔室内的制冷液能够始终保持更满的状态，且制冷液能够直接进入轴承的环形内腔，对轴承的冷却效果更好。

在上述的主轴冷却系统中，所述前轴承和后轴承之间设有沿主轴的轴向延伸的第一蓄冷槽和第二蓄冷槽，所述第一蓄冷槽和第二蓄冷槽均与前轴承和后轴承的环形内腔连通。第一蓄冷槽和第二蓄冷槽既能够存储大量的制冷液，使制冷液能够吸收更多的热量且温度更稳定，同时第一蓄冷槽和第二蓄冷槽还起到流通管道的作用，使制冷液能够在前轴承和后轴承之间循环流道。

在上述的主轴冷却系统中，所述第一蓄冷槽位于主轴的下方，所述第二蓄冷槽位于主轴的上方，所述第一蓄冷槽两端的径向截面积均大于进冷流道出口端的径向截面积。主轴转动时，轴承还起到类似油泵的作用，轴承环形内腔的滚珠转动时会带动轴承环形内腔的制冷液向两侧流动，而由于进冷流道一侧的开口较小，与第一蓄冷槽连通的一侧开口较大，使制冷液更易向第一蓄冷槽流动，从而加强制冷腔室内的制冷液循环流动，使冷却腔室内各处的温度保持恒定，主轴各处的温度一致性更好。

在上述的主轴冷却系统中，所述轴承座的安装腔内壁上还具有环绕主轴的环形凸肩，所述环形凸肩的两端分别与前轴承和后轴承抵靠，所述第一蓄冷槽和第二蓄冷槽均开设于所述凸肩上。前轴承和后轴承通过凸肩定位并通过在凸肩上开设第一蓄冷槽和第二蓄冷槽连通。

在上述的主轴冷却系统中，所述轴承座的安装腔内设有第一衬套和第二衬套，所述第一衬套的两端分别与前轴承和后轴承的内圈抵靠，所述第二衬套的两端分别与前轴承和后轴承的外圈抵靠，所述第一衬套和第二衬套之间具有间隙并形成分别与前轴承和后轴承环形内腔连通的环形蓄冷腔。

在上述的主轴冷却系统中，开有进冷流道的端盖上开有第四蓄冷槽，所述第四蓄冷槽分别与进冷流道和出冷流道连通，所述主轴从第四蓄冷槽内穿过。这样，第四蓄冷槽内的制冷液直接包围主轴，提高了主轴的冷却效率。

在上述的主轴冷却系统中，所述制冷回路包括蓄冷箱、出液泵和抽液泵，所述出液泵的进口端和出口端分别与蓄冷箱的出口端和进冷流道的进口端连通，所述抽液泵的进口端和出口端分别与蓄冷箱的进口端和出冷流道的出口端连通。这样，通过出液泵将制冷液输送到制冷腔室，并通过抽液泵将制冷液从制冷腔室抽回蓄冷箱内，使制冷液循环流动更顺畅，且制冷腔室内的液压更低，避免制冷液的渗漏。

在上述的主轴冷却系统中，所述主轴冷却系统还包括制冷机，所述蓄冷箱内设有用于和制冷机连通的制冷盘管。通过制冷机制冷，避免了重复使用的制冷液温度升高，使主轴的温度更稳定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明将轴承座的安装腔密封形成用于储存制冷液的制冷腔室，使制冷液完全包裹住轴承并进入轴承的环形内腔，从而直接对轴承进行冷却，冷却效率更高，主轴的温度更稳定，多线切割机的切割精度更高。

2、本发明通过进冷流道的进口端小于第一蓄冷槽与轴承环形内腔连通的接口，使轴承起到油泵的作用，提高制冷液在制冷腔室内的流动速度，使主轴各处温度的一致性更好。

3、制冷腔室的部分腔壁直接由主轴组成，使制冷液能够直接与主轴接触以冷却主轴。

4、端盖上直接开设第四蓄冷槽，并使主轴从第四蓄冷槽内穿过，进一步提高主轴的冷却效率。

5、出液泵与出冷流道连通，能够及时抽走经过循环冷却的制冷液，使制冷腔室内部不能形成液体压力，保证轴承腔的密封性能，同时促使制冷液的流动顺畅。

附图说明

图1是实施例一的结构示意图；

图2是图1中a部的放大图；

图3是图1中b部的放大图；

图4是图1中c部的放大图；

图5是实施例二的结构示意图。

图中，1、主轴；2、轴承座；21、凸肩；22、第一蓄冷槽；23、第二蓄冷槽；31、前轴承；32、后轴承；4、端盖；41、进冷流道；42、出冷流道；43、第四蓄冷槽；5、第三蓄冷槽；6、油封；71；蓄冷箱；72、制冷机；73、出液泵；74、抽液泵；8、蓄冷腔；91、第一衬套；92、第二衬套。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本多线切割机主轴1的冷却系统包括主轴1、轴承座2和制冷回路，轴承座2内安装腔的两端分别设有轴承，主轴1通过这些轴承穿设在轴承座2上，轴承座2的两端面分别通过端盖4密封，使主轴1和安装腔内腔壁之间形成用于存储制冷液的制冷腔室，制冷腔室内充满制冷液，使制冷液完全包裹轴承并充满轴承的环形内腔，从而使制冷液能够在主轴1转动时不断对轴承进行冷却，以保证主轴1处于恒温状态。

具体的，如图1所示，两个端盖4分别密封轴承座2的前端面和后端面，且每个端盖4与主轴1之间均设置油封6，以保证轴承座2内腔的密封。轴承座2内的轴承包括前轴承31和后轴承32，前轴承31和后轴承32分别位于轴承座2的前端和后端，前轴承31和后轴承32均采用开式轴承，可以是深沟球轴承，也可以是角接触轴承，为保证对主轴1的支撑强度，本实施例中，前轴承31和后轴承32均采用并列设置的两个。轴承座2的安装腔内具有环形凸肩21，环形凸肩21位于前轴承31和后轴承32之间并与前轴承31和后轴承32的外圈抵靠，同时前轴承31和后轴承32的另一端面分别与相邻的端盖4抵靠固定，环形凸肩21上开设有沿主轴1轴向延伸的第一蓄冷槽22和第二蓄冷槽23，第一蓄冷槽22位于主轴1的下方，第二蓄冷槽23位于主轴1的上方，且第一蓄冷槽22和第二蓄冷槽23的两端均与前轴承31和后轴承32的环形内腔连通，使前轴承31和后轴承32之间形成供制冷液流通的回路。

第一蓄冷槽22和第二蓄冷槽23均呈筒状，其直径均大于前轴承31和后轴承32环形内腔的宽度，使第一蓄冷槽22和第二蓄冷槽23具有较大的容积，能够存储更多的制冷液，使制冷液温度更稳定，提高对轴承座2和主轴1的冷却效果。

如图2、图3所示，与后轴承32相邻的端盖4上开有进冷流道41和出冷流道42，其中，进冷流道41位于主轴1的下方，出冷流道42位于主轴1的上方，进冷流道41的进口端和出冷流道42的出口端分别通过管路与蓄冷箱71连通，进冷流道41的进口端位于制冷腔室的底部，出冷流道42的出口端位于制冷腔室的顶部，且进冷流道41的进口端和出冷流道42的出口端分别直接与后轴承32环形内腔正对且连通，同时，进冷流道41出口端的径向截面积均小于第一蓄冷槽22两端与后轴承32和前轴承31环形内腔接口的径向截面积，使制冷液从进冷流道41进入后轴承32的环形内腔后更易从第一蓄冷槽22到达前轴承31的环形内腔，然后从第二蓄冷槽23回到后轴承32环形内腔，最后从出冷流道42回到蓄冷箱71内重新冷却，以便进入下一个冷却循环。当然了，在实际使用过程中，进冷流道41和出冷流道42也可以开设于与前轴承31相邻的端盖4上。

如图4所示，轴承座2的前端面与端盖4通过密封圈密封连接，端盖4与主轴1之间通过油封6密封，使轴承座2、前轴承31、与前轴承31相邻的端盖4和主轴1合围形成环绕主轴1的第三蓄冷槽5，该第三蓄冷槽5与前轴承31的环形内腔连通，使制冷液能够从前轴承31环形内腔进入第三蓄冷槽5并直接与主轴1接触以直接冷却主轴1。当然了，第三蓄冷槽5也可以设置在轴承座2的后端，由轴承座2、后轴承31、与后轴承32相邻的端盖4和主轴1合围形成；为了进一步提高冷却效果，还可以在轴承座2的两端均设置第三蓄冷槽5。

如图1、图2、图3所示，与后轴承32相邻的端盖4内还开设有第四蓄冷槽43，主轴1正好从第四蓄冷槽43的中心穿过，该第四蓄冷槽43的上部和下部分别与出冷流道42和进冷流道41连通，使制冷液能够充满第四蓄冷槽43并直接与主轴1接触。

进一步的，如图1所示，制冷回路包括蓄冷箱71，蓄冷箱71内存储有制冷液，制冷液采用具有润滑效果的冷却油，连接蓄冷箱71与进冷流道41的管路上设有将制冷液从蓄冷箱71内抽出的出液泵73，连接蓄冷箱71与出冷流道42的管路上设有将制冷液送回蓄冷箱71的抽液泵74，使制冷液的循环流动更顺畅，且制冷腔室内的压力更低，避免冷却液渗漏。蓄冷箱71内还设置有与制冷机72连通的制冷盘管，使制冷液的温度保持恒定，提高制冷效果；蓄冷箱71内还设有过滤装置，以去除制冷液中的杂质，保证主轴1转动更顺畅。

实施例二

如图5所示，本实施例的技术方案与实施例一的技术方案基本相同，不同之处在于，本实施例中，轴承座2内并没有设置环形凸肩21以及第一蓄冷槽22和第二蓄冷槽23，而是在主轴1上套设第一衬套91，轴承座2的腔壁上设置第二衬套92，第一衬套91的两端分别与前轴承31和后轴承32的内圈抵靠，第二衬套92的两端分别与前轴承31和后轴承32的外圈抵靠，由于第一衬套91的直径小于第二衬套92，使第一衬套91和第二衬套92之间形成环形蓄冷腔8，蓄冷腔8的两端分别与前轴承31和后轴承32的环形内腔连通。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了主轴1、轴承座2、凸肩21、第一蓄冷槽22、第二蓄冷槽23、前轴承31、后轴承32、端盖4、进冷流道41、出冷流道42、第四蓄冷槽43、第三蓄冷槽5、油封6、蓄冷箱71、制冷机72、蓄冷腔8等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (4)

1.一种多线切割机的主轴冷却系统，包括具有一个安装腔的轴承座（2）、设置在轴承座（2）安装腔内的轴承和连接在轴承内的主轴（1），所述主轴（1）的两端穿出轴承座（2），轴承座（2）两端面均设有端盖（4），其特征在于，所述主轴（1）和轴承座（2）端部之间的两个开口分别通过上述端盖（4）密封，使主轴（1）和安装腔内腔壁之间形成用于存储制冷液的制冷腔室，每个端盖（4）与主轴（1）之间均设置油封（6），所述轴承为开式轴承，所述主轴冷却系统还包括制冷回路，所述制冷回路的进口端和出口端分别与制冷腔室连通，所述轴承包括前轴承（31）和后轴承（32），所述前轴承（31）和后轴承（32）之间具有间距，所述制冷腔室包括位于轴承座（2）两端或其中一端的第三蓄冷槽（5），所述第三蓄冷槽（5）由前轴承（31）或后轴承（32）、相邻的端盖（4）、轴承座（2）以及主轴（1）合围形成，所述第三蓄冷槽（5）与相邻前轴承（31）或后轴承（32）的环形内腔连通，与后轴承（32）相邻的端盖（4）上开有进冷流道（41）和出冷流道（42），其中，进冷流道（41）位于主轴（1）的下方，出冷流道（42）位于主轴（1）的上方，进冷流道（41）的进口端和出冷流道（42）的出口端分别通过管路与蓄冷箱（71）连通，进冷流道（41）的进口端位于制冷腔室的底部，出冷流道（42）的出口端位于制冷腔室的顶部，且进冷流道（41）的进口端和出冷流道（42）的出口端分别直接与后轴承（32）环形内腔正对且连通，进冷流道（41）出口端的径向截面积均小于第一蓄冷槽（22）两端与后轴承（32）和前轴承（31）环形内腔接口的径向截面积，所述前轴承（31）和后轴承（32）之间设有沿主轴（1）的轴向延伸的第一蓄冷槽（22）和第二蓄冷槽（23），所述第一蓄冷槽（22）和第二蓄冷槽（23）均与前轴承（31）和后轴承（32）的环形内腔连通，第一蓄冷槽（22）和第二蓄冷槽（23）均呈筒状，其直径均大于前轴承（31）和后轴承（32）环形内腔的宽度, 所述轴承座（2）的安装腔内壁上还具有环绕主轴（1）的环形凸肩（21），所述环形凸肩（21）的两端分别与前轴承（31）和后轴承（32）抵靠，所述第一蓄冷槽（22）和第二蓄冷槽（23）均开设于所述凸肩（21）上，前轴承（31）和后轴承（32）均采用并列设置的两个。

2.根据权利要求1所述的多线切割机的主轴冷却系统，其特征在于，开有进冷流道（41）的端盖（4）上开有第四蓄冷槽（43），所述第四蓄冷槽（43）分别与进冷流道（41）和出冷流道（42）连通，所述主轴（1）从第四蓄冷槽（43）内穿过。

3.根据权利要求2所述的多线切割机的主轴冷却系统，其特征在于，所述制冷回路包括蓄冷箱（71）、出液泵（73）和抽液泵（74），所述出液泵（73）的进口端和出口端分别与蓄冷箱（71）的出口端和进冷流道（41）的进口端连通，所述抽液泵（74）的进口端和出口端分别与出冷流道（42）的出口端和蓄冷箱（71）的进口端连通。

4.根据权利要求3所述的多线切割机的主轴冷却系统，其特征在于，所述主轴冷却系统还包括制冷机（72），所述蓄冷箱（71）内设有用于和制冷机（72）连通的制冷盘管。