CN111112652B - 一种内外冷却系统、冷却方法、电主轴及加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内外冷却系统、冷却方法、电主轴及加工中心，其中，所述内外冷却系统包括外部冷却通道和内部冷却通道；所述外部冷却通道用于对电主轴的前轴承座、前轴承套、电机定子和电机定子套进行冷却降温；所述内部冷却通道用于对电主轴的轴芯、电机转子和电机转子套进行冷却降温；所述内部冷却通道包括第一内部冷却通道、第二内部冷却通道、用于对轴芯进行冷却降温的第三内部冷却通道、用于对电机转子和电机转子套进行冷却降温的第四内部冷却通道以及用于对刀柄和刀具进行冷却降温的第五内部冷却通道。本发明的内外冷却系统可以实现电机定子和轴承外圈进行冷却的同时对电机转子进行冷却降温，从而减小电主轴在加工时轴芯的热伸长量。

Description

一种内外冷却系统、冷却方法、电主轴及加工中心

技术领域

本发明涉及一种加工中心，具体涉及一种内外冷却系统、冷却方法、电主轴及加工中心。

背景技术

目前电主轴在冷却结构设计方面主要以外冷却结构为主，即只有冷却电机定子和轴承外圈，整个电机在额定功率下产生的热量约占整个主轴发热量的58-60％，剩下的是轴承产生的热量，电主轴内部的电机的温度在70-80℃以上，预估轴承内圈的温度值在40℃以上。轴承由于采用油气润滑，可被油气带走一部分热量，电机定子的热量也能大部分被冷却水带走，但仍有一部分剩余热量被轴芯上的零件吸收，同时电机定子的内孔和电机定子因较难设置冷却结构，因此很难被冷却，产生的热量严重影响轴芯的热伸长。加工中心电主轴的热伸长量一般在0.02-0.03mm之间，如此大的热伸长量对加工的表面质量和精度影具有非常大的影响。

因此需要在电主轴内部设置散热结构，用于对电主轴内部的电机转子和轴芯进行冷却降温，然而现有的电主轴并不能实现对电机转子和轴芯的冷却降温，因而无法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内外冷却系统，所述内外冷却系统可以实现对电主轴内部的电机定子和轴承外圈进行冷却降温的同时对电机转子进行冷却降温，从而减小电主轴在加工时该电主轴轴芯的热伸长量。

本发明的第二个目的在于提供一种内外冷却方法。

本发明的第三个目的在于提供一种具有上述内外冷却系统的电主轴。

本发明的第四个目的在于提供一种应用上述电主轴的加工中心。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种内外冷却系统，包括设置在电主轴内部的外部冷却通道以及内部冷却通道，其中，所述外部冷却通道用于对电主轴的前轴承座、前轴承套、电机定子和电机定子套进行冷却降温；所述内部冷却通道用于对电主轴的轴芯、电机转子和电机转子套进行冷却降温，其中，所述内部冷却通道包括设置在电主轴的回转接头上的第一内部冷却通道、设置在所述电主轴的回转接头接杆和拉杆上的第二内部冷却通道、用于对电主轴的轴芯进行冷却降温的第三内部冷却通道、用于对电机转子和电机转子套进行冷却降温的第四内部冷却通道以及用于对刀柄和刀具进行冷却降温的第五内部冷却通道，其中，所述回转接头上设置有用于连接冷却水供给装置的冷却水连接口，所述第一内部冷却通道的一端与所述冷却水连接口连接，另一端与所述第二内部冷却通道连通；

所述第二内部冷却通道设置在所述回转接头接杆和拉杆内，且沿着所述回转接头接杆和拉杆的轴线方向延伸，所述电主轴的拉杆套上设置有用于连接所述第二内部冷却通道和第四内部冷却通道的内部连接通道；

所述电主轴的轴芯的外表面设置有循环槽，所述循环槽沿着所述电主轴的轴芯的轴线方向延伸，以此构成所述第四内部冷却通道；

所述第三内部冷却通道设置在所述电主轴的轴芯内部，且沿着所述轴芯的轴线方向延伸，并与所述第五内部冷却通道连通；所述电主轴的轴芯上设置有进水口，所述进水口一端与第四内部冷却通道连通，另一端与所述电主轴的轴芯内部的第三内部冷却通道连通；

所述第五内部冷却通道设置在所述刀柄的内部，且沿着所述刀柄的轴线方向延伸。

优选的，所述外部冷却通道包括第一外部冷却通道、第二外部冷却通道以及第三外部冷却通道，其中，所述第一外部冷却通道用于对所述电主轴的后端压盖、后轴承座以及轴套进行冷却降温；所述第二外部冷却通道用于对前轴承座和前轴承套进行冷却降温；所述第三外部冷却通道用于对电机定子套、电机定子进行冷却降温。

优选的，所述电主轴的后端压盖上设置有冷却水进口和冷却水出口，其中，所述冷却水进口和冷却水出口对称设置，所述冷却水进口与所述冷却水供给装置连通。

优选的，所述第一外部冷却通道一端与所述冷却水进口连通，另一端水平延伸并通过前轴承套的第一连通孔与所述第二外部冷却通道连通；所述前轴承座上设置有第一循环流道，所述第一循环流道沿着所述前轴承座的轴线方向延伸；所述前轴承座上的第一循环流道构成所述第二外部冷却通道；所述第二外部冷却通道通过前轴承套的第二连通孔与所述第三外部冷却通道连通；所述电机定子套上设置有第二循环流道，所述第二循环流道沿着所述电机定子套的轴线方向延伸，以此构成所述第三外部冷却通道；所述第三外部冷却通道与所述冷却水出口连通。

优选的，所述前轴承座与所述前轴承套之间设置有密封圈，所述密封圈为两个，两个密封圈分别位于所述前轴承座的第一循环流道的两端。

优选的，所述电主轴的轴芯与所述电机转子套之间设置有O型密封圈，所述O型密封圈为两个，两个O型密封圈分别位于所述轴芯的循环槽的两侧。

优选的，所述电主轴的前轴承座的后端设置有温度传感器，用于检测电主轴的电机定子、电机转子和轴芯的温度。

一种内外冷却方法，包括以下步骤：

(1)、将电主轴的回转接头的冷却水连接口与冷却水供给装置连通；

(2)、启动冷却水供给装置，所述冷却水供给装置将冷却水通过回转接头内的第一内部冷却通道送至第二内部冷却通道内，实现对回转接头接杆和拉杆的冷却降温；

(3)、所述冷却水通过内部连接通道进入到第四内部冷却通道中，并沿着所述电主轴的轴芯外表面的循环槽流动，实现对电机转子套和电机转子的冷却降温；

(4)、所述冷却水通过所述电主轴的轴芯的进水口进入到所述轴芯内部的第三内部冷却通道中，并沿着第三内部冷却通道流动，实现对轴芯内部的冷却降温；

(5)、所述冷却水进入到刀柄中的第五内部冷却通道中，实现对刀柄和刀具的冷却降温；

(6)、与此同时，冷却水供给装置将冷却水送至外部冷却通道中，实现对前轴承座、前轴承套、电机定子以及电机定子套的冷却降温。

一种电主轴，包括所述的内外冷却系统。

一种加工中心，包括所述的电主轴。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的内外冷却系统可以实现对电主轴内部的电机定子、前轴承套和前轴承座进行冷却降温的同时对电机转子进行冷却降温，降低了电主轴各零件的温度和电机转子的温度，从而减小电主轴在加工时该电主轴轴芯的热伸长量。

2、本发明的内外冷却系统通过设置第一内部冷却通道、第二内部冷却通道、第三内部冷却通道、第四内部冷却通道和第五内部冷却通道，且五个内部冷却通道相互连通，通过冷却水供给装置将冷却水依次输送到第一内部冷却通道、第二内部冷却通道、第三内部冷却通道、第四内部冷却通道和第五内部冷却通道中，从而实现对电机转子、电机转子套、轴芯、刀柄和刀具的冷却降温，从而解决现有的电主轴不能实现对其内部的轴芯和电机转子进行冷却降温的难题，具有很好的应用前景。

3、本发明的内外冷却系统结构简单，且不需要额外再设置其他推动冷却水运行的系统，制造成本低廉，易于推广和使用。

附图说明

图1-图2为应用本发明的内外冷却系统的电主轴的具体实施方式的结构示意图，其中，图1为内部冷却通道的结构示意图，图2为外部冷却通道的结构示意图。

图3为所述电主轴的轴芯的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图3，本发明的内外冷却系统包括设置在电主轴内部的外部冷却通道以及内部冷却通道，其中，所述外部冷却通道用于对电主轴的前轴承座11、前轴承套20、电机定子6以及电机定子套7进行冷却；所述内部冷却通道用于对电主轴的轴芯12、电机转子5以及电机转子套8进行冷却，其中，

所述内部冷却通道包括设置在电主轴的回转接头1上的第一内部冷却通道、设置在所述电主轴的回转接头接杆2和拉杆3上的第二内部冷却通道2-1、用于对电主轴的轴芯12进行冷却的第三内部冷却通道12-4、用于对电机转子5进行冷却的第四内部冷却通道12-1以及用于对刀柄13和刀具进行冷却的第五内部冷却通道13-1，其中，所述回转接头1上设置有用于连接冷却水供给装置的冷却水连接口17，所述第一内部冷却通道一端与所述冷却水连接口17连接，另一端与所述第二内部冷却通道2-1连通；

所述第二内部冷却通道2-1设置在所述回转接头接杆2和拉杆3内，且沿着所述回转接头接杆2和拉杆3轴线方向水平延伸，所述电主轴的拉杆套10上设置有用于连接所述第二内部冷却通道2-1和第四内部冷却通道12-1的内部连接通道12-3；

所述电主轴的轴芯12的外表面设置有循环槽，所述循环槽沿着所述电主轴的轴芯12的轴线方向延伸，以此构成所述第四内部冷却通道12-1；

所述第三内部冷却通道12-4设置在所述电主轴的轴芯12内部，且沿着所述轴芯12的轴线方向延伸，并与第五内部冷却通道13-1连通；所述电主轴的轴芯12上设置有进水口12-2，所述进水口12-2一端与第四内部冷却通道12-1连通，另一端与所述电主轴的轴芯12内部的第三内部冷却通道12-4连通；

所述第五内部冷却通道13-1设置在所述刀柄13内部，且沿着所述刀柄13的轴线方向延伸。

参见图1-图2，所述外部冷却通道包括第一外部冷却通道21、第二外部冷却通道11-1以及第三外部冷却通道7-1，其中，所述第一外部冷却通道21用于对所述电主轴的后端压盖16、后轴承座15以及轴套14进行冷却降温；所述第二外部冷却通道11-1用于对前轴承座11、前轴承套20进行冷却降温；所述第三外部冷却通道7-1用于对电机定子套7、电机定子6进行冷却降温，其中，

所述电主轴的后端压盖16上设置有冷却水进口18和冷却水出口19，其中，所述冷却水进口18和冷却水出口19对称设置，所述冷却水进口18与冷却水供给装置连通。

所述第一外部冷却通道21一端与所述冷却水进口18连通，另一端水平延伸并通过前轴承套20的第一连通孔20-1与所述第二外部冷却通道11-1连通，其中，所述前轴承座11上设置有第一循环流道，所述第一循环流道沿着所述前轴承座11的轴线方向延伸；所述轴承座上的第一循环流道构成所述第二外部冷却通道11-1；所述第二外部冷却通道11-1通过前轴承套20的第二连通孔20-2与所述第三外部冷却通道7-1连通；所述电机定子套7上设置有第二循环流道，所述第二循环流道沿着所述电机定子套7的轴线方向延伸，以此构成所述第三外部冷却通道7-1；所述第三外部冷却通道7-1与所述冷却水出口19连通。

通过设置外部冷却通道，工作时，冷却水供给装置将冷却水通过冷却水进口18送入到第一外部冷却通道21中，从而实现对所述电主轴的后端压盖16、后轴承座15以及轴套14进行冷却降温，该冷却水通过前轴承套20的第一连通孔20-1进入到所述第二外部冷却通道11-1中，并沿着所述前轴承座11的第一循环流道运动，从而实现对前轴承套20和前轴承座11的冷却降温。随后，所述冷却水通过前轴承套20上的第二连通孔20-2进入到第三外部冷却通道7-1中，并沿着电机定子套7上的第二循环流道运动，从而实现对电机定子套7和电机定子6的冷却降温。最后，该冷却液通过冷却水出口19流出所述电主轴外。通过设置外部冷却通道，可以实现对前轴承座11、前轴承套20、电机定子6以及电机定子套7的冷却降温，再配合内部冷却通道对电机转子5、电机转子套8以及轴芯12的冷却降温，从而减小电主轴在加工时该电主轴轴芯12的热伸长量，提高加工质量和加工精度。

参见图1-图2，本实施例中的轴芯12与所述电机转子套7之间设置有O型密封圈4，所述O型密封圈4为两个，两个O型密封圈4分别位于所述轴芯12的循环槽的两侧。通过设置O型密封圈4，可以保证密封效果，使得冷却水不会流到其他位置。

参见图1-图2，本实施例中的前轴承座11在与所述前轴承套20之间设置有密封圈，所述密封圈为两个，两个密封圈分别位于所述前轴承座11的第一循环流道的两端；通过设置密封圈，可以保证密封效果，使得冷却水不会流到其他位置。

参见图1-图2，本发明的内外冷却方法，包括以下步骤：

(1)、将电主轴的回转接头1的进水口12-2与冷却水供给装置连通；

(2)、启动冷却水供给装置，所述冷却水供给装置将冷却水通过回转接头1内的第一内部冷却通道送至到第二内部冷却通道2-1内，实现对回转接头接杆2和拉杆3的冷却降温；

(3)、所述冷却水通过内部连接通道12-3进入到第四内部冷却通道12-1中，并沿着所述电主轴的轴芯12外表面的循环槽流动，实现对电机转子套8和电机转子5的冷却降温；

(4)、所述冷却水通过所述电主轴的轴芯12的进水口12-2进入到所述轴芯12内部的第三内部冷却通道12-4中，并沿着第三内部冷却通道12-4流动，实现对轴芯12内部的冷却降温；

(5)、所述冷却水进入到刀柄13中的第五内部冷却通道13-1中，实现对刀柄13和刀具的冷却降温；

(6)、与此同时，冷却水供给装置将冷却水送至外部冷却通道中，实现对前轴承座11、前轴承套20、电机定子6以及电机定子套7的冷却降温。

参见图1-图2，本发明的内外冷却系统的工作原理是：

工作前，将电主轴的回转接头1的进水口12-2与冷却水供给装置连通。

工作时，冷却水供给装置将冷却水送进第一内部冷却通道中，所述冷却水沿着第一内部冷却通道进入到第二内部冷却通道2-1内，并沿着第二内部冷却通道2-1运动。冷却水沿着第二内部冷却通道2-1运动至内部连接管道12-3时，沿着所述内部连接管道12-3进入到所述电主轴的轴芯12外表面上的循环槽(即第四内部冷却通道12-1)内，并沿着所述循环槽循环流动，由于所述电主轴的轴芯12与电机转子5套和电机转子5固定连接，因此实现对电机转子5和电机转子套8的冷却降温。当冷却水沿着第四内部冷却通道12-1流动至所述电主轴的轴芯12上的进水口12-2后，沿着该进水口12-2进入到所述电主轴的轴芯12内部的第三内部冷却通道12-4中，从而实现对所述电主轴的轴芯12的冷却降温。所述冷却水沿着第三内部冷却通道12-4运动至所述刀柄13内的第五内部冷却通道13-1中，从而实现对刀柄13和刀具的冷却降温。与此同时，通过外部冷却通道实现对电主轴的前轴承座11、前轴承套20、电机定子6和电机定子套7的冷却降温。这样就可以对电主轴的内部和外部进行冷却降温，从而控制电主轴的热稳定和热伸长量，进而有效控制最终主轴的加工的表面质量。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：所述电主轴的前轴承座11的后端安置有温度传感器9，用于检测电主轴的电机定子6、电机转子5和轴芯12的温度，其中，所述温度传感器9为PT100温度传感器；该温度传感器9连接到机床系统，在机床系统上设置温度参考值，如果电主轴内部温度值高于该温度参考值，通过增加冷却水供给装置的流量和减小冷却水供给装置的出水口温度来控制轴芯12和电机转子5的温度，直至调整到稳定值即可，这样可以实时监控电主轴的内部温度，用机床系统和人工方法来调整冷却水供给装置的流量和设定冷却水供给装置的温度值，通过对电主轴内部实际温度进行长期监测，可以掌握主轴的温度值变化规律。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，本发明的电主轴主要包括所述内外冷却系统。至于本发明的电主轴的其他具体结构，可以参照市面上现有的加工中心电主轴来实施。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于，本发明的加工中心包括所述电主轴，至于本发明的加工中心的其他具体结构，可以参照市面上现有的加工中心来实施。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内外冷却系统，包括设置在电主轴内部的外部冷却通道以及内部冷却通道，其中，所述外部冷却通道用于对电主轴的前轴承座、前轴承套、电机定子和电机定子套进行冷却降温；所述内部冷却通道用于对电主轴的轴芯、电机转子和电机转子套进行冷却降温，其特征在于，

所述内部冷却通道包括设置在电主轴的回转接头上的第一内部冷却通道、设置在所述电主轴的回转接头接杆和拉杆上的第二内部冷却通道、用于对电主轴的轴芯进行冷却降温的第三内部冷却通道、用于对电机转子和电机转子套进行冷却降温的第四内部冷却通道以及用于对刀柄和刀具进行冷却降温的第五内部冷却通道，其中，

所述回转接头上设置有用于连接冷却水供给装置的冷却水连接口，所述第一内部冷却通道的一端与所述冷却水连接口连接，另一端与所述第二内部冷却通道连通；

所述第二内部冷却通道设置在所述回转接头接杆和拉杆内，且沿着所述回转接头接杆和拉杆的轴线方向延伸，所述电主轴的拉杆套上设置有用于连接所述第二内部冷却通道和第四内部冷却通道的内部连接通道；

所述电主轴的轴芯的外表面设置有循环槽，所述循环槽沿着所述电主轴的轴芯的轴线方向延伸，以此构成所述第四内部冷却通道；

所述第三内部冷却通道设置在所述电主轴的轴芯内部，且沿着所述轴芯的轴线方向延伸，并与所述第五内部冷却通道连通；所述电主轴的轴芯上设置有进水口，所述进水口一端与第四内部冷却通道连通，另一端与所述电主轴的轴芯内部的第三内部冷却通道连通；

所述第五内部冷却通道设置在所述刀柄的内部，且沿着所述刀柄的轴线方向延伸。

2.根据权利要求1所述的内外冷却系统，其特征在于，所述外部冷却通道包括第一外部冷却通道、第二外部冷却通道以及第三外部冷却通道，其中，所述第一外部冷却通道用于对所述电主轴的后端压盖、后轴承座以及轴套进行冷却降温；所述第二外部冷却通道用于对前轴承座和前轴承套进行冷却降温；所述第三外部冷却通道用于对电机定子套、电机定子进行冷却降温。

3.根据权利要求2所述的内外冷却系统，其特征在于，所述电主轴的后端压盖上设置有冷却水进口和冷却水出口，其中，所述冷却水进口和冷却水出口对称设置，所述冷却水进口与所述冷却水供给装置连通。

4.根据权利要求3所述的内外冷却系统，其特征在于，所述第一外部冷却通道一端与所述冷却水进口连通，另一端水平延伸并通过前轴承套的第一连通孔与所述第二外部冷却通道连通；所述前轴承座上设置有第一循环流道，所述第一循环流道沿着所述前轴承座的轴线方向延伸；所述前轴承座上的第一循环流道构成所述第二外部冷却通道；所述第二外部冷却通道通过前轴承套的第二连通孔与所述第三外部冷却通道连通；所述电机定子套上设置有第二循环流道，所述第二循环流道沿着所述电机定子套的轴线方向延伸，以此构成所述第三外部冷却通道；所述第三外部冷却通道与所述冷却水出口连通。

5.根据权利要求4所述的内外冷却系统，其特征在于，所述前轴承座与所述前轴承套之间设置有密封圈，所述密封圈为两个，两个密封圈分别位于所述前轴承座的第一循环流道的两端。

6.根据权利要求1所述的内外冷却系统，其特征在于，所述电主轴的轴芯与所述电机转子套之间设置有O型密封圈，所述O型密封圈为两个，两个O型密封圈分别位于所述轴芯的循环槽的两侧。

7.根据权利要求5所述的内外冷却系统，其特征在于，所述电主轴的前轴承座的后端设置有温度传感器，用于检测电主轴的电机定子、电机转子和轴芯的温度。

8.一种用于权利要求1所述的内外冷却系统的内外冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：

（ 1 ） 、将电主轴的回转接头的冷却水连接口与冷却水供给装置连通；

(2)、启动冷却水供给装置，所述冷却水供给装置将冷却水通过回转接头内的第一内部冷却通道送至第二内部冷却通道内，实现对回转接头接杆和拉杆的冷却降温；

(3)、所述冷却水通过内部连接通道进入到第四内部冷却通道中，并沿着所述电主轴的轴芯外表面的循环槽流动，实现对电机转子套和电机转子的冷却降温；

(4)、所述冷却水通过所述电主轴的轴芯的进水口进入到所述轴芯内部的第三内部冷却通道中，并沿着第三内部冷却通道流动，实现对轴芯内部的冷却降温；

(5)、所述冷却水进入到刀柄中的第五内部冷却通道中，实现对刀柄和刀具的冷却降温；

(6)、与此同时，冷却水供给装置将冷却水送至外部冷却通道中，实现对前轴承座、前轴承套、电机定子以及电机定子套的冷却降温。

9.一种电主轴，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的内外冷却系统。

10.一种加工中心，其特征在于，包括权利要求9所述的电主轴。

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