CN111113143B - 冷却系统、电主轴及数控机床 - Google Patents

冷却系统、电主轴及数控机床 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种冷却系统、电主轴及数控机床，冷却系统包括电机部冷却流道及轴承部冷却流道；阀管组件与电机部冷却流道、轴承部冷却流道连通，并向电机部冷却流道、轴承部冷却流道内通入冷却液；阀管组件能够控制切换并联冷却模式、串联冷却模式；在并联冷却模式下，冷却液同时流经电机部冷却流道、轴承部冷却流道；在串联冷却模式下，冷却液先流经电机部冷却流道、轴承部冷却流道中的任一个，再流经另一个。本发明的冷却系统，针对电主轴不同转速工况下，快速切换并联和串联两种方式进行冷却，低速时发热量小，采用并联方式更快更容易达到热平衡；高转速时发热量大，采用单通道流量较大的串联方式，以保证主轴热源部位的热平衡。

Description

冷却系统、电主轴及数控机床
技术领域
本发明属于数控加工技术领域，具体涉及一种冷却系统、电主轴及数控机床。
背景技术
目前在主轴在冷却结构设计方面，电机与轴承是两大主要热源，两大热源在不同转速下的发热情况有较大差别，这就导致在不同转速下电主轴两大热源对冷却的需求不同，现有技术中对电主轴的冷却方式难以满足不同转速下的冷却需求。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是现有技术中对电主轴的冷却方式难以满足不同转速下的冷却需求，从而提供一种冷却系统、电主轴及数控机床。
为了解决上述问题，本发明提供一种冷却系统，包括：
电机部冷却流道，及轴承部冷却流道；
阀管组件，阀管组件与电机部冷却流道、轴承部冷却流道连通，并向电机部冷却流道、轴承部冷却流道内通入冷却液；阀管组件能够控制切换并联冷却模式、串联冷却模式；
在并联冷却模式下，冷却液同时流经电机部冷却流道、轴承部冷却流道；在串联冷却模式下，冷却液先流经电机部冷却流道、轴承部冷却流道中的任一个，再流经另一个。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选地，轴承部冷却流道设置在电主轴的前端轴承处，用于前端轴承的冷却，和/或，电机部冷却流道设置在电主轴的电机处，用于电机的冷却。
优选地，串联冷却模式下，冷却液先流经轴承部冷却流道，再流经电机部冷却流道。
优选地，阀管组件包括冷却液进管、冷却液出管，冷却液进管分别连通至电机部冷却流道的入口、轴承部冷却流道的入口，冷却液出管分别连通至电机部冷却流道的出口、轴承部冷却流道的出口。
优选地，轴承部冷却流道的出口与电机部冷却流道的入口通过切换管路连通，冷却液出管设有换向控制阀，换向控制阀用于控制轴承部冷却流道流出的冷却液沿冷却液出管流出，或者沿切换管路流入电机部冷却流道，和/或，换向控制阀用于控制轴承部冷却流道流出的冷却液沿冷却液出管流出的流量，及沿切换管路流入电机部冷却流道的流量。
优选地，冷却液进管与电机部冷却流道的入口之间设有第一控制阀，第一控制阀控制冷却液进管内的冷却液是否能够流入电机部冷却流道，和/或，第一控制阀控制冷却液流入电机部冷却流道的流量。
优选地，冷却系统包括控制模块，第一控制阀与控制模块连接，换向控制阀与控制模块连接，控制模块用于控制第一控制阀、换向控制阀。
优选地，阀管组件连通至外部水冷机，水冷机向系统内提供冷却液。
一种电主轴，采用上述任一的冷却系统。
一种数控机床，采用上述任一的冷却系统。
本发明提供的冷却系统、电主轴及数控机床至少具有下列有益效果：
本发明提供的冷却系统，针对电主轴不同转速工况下，电机和前端轴承处冷却需求不同，快速切换并联和串联两种方式进行冷却，低速时发热量小，采用并联方式更快更容易达到热平衡；高转速时发热量大，采用单通道流量较大的串联方式，以保证主轴热源部位的热平衡。
附图说明
图1为本发明实施例的冷却系统的结构剖视图；
图2为本发明实施例的冷却系统的结构立体图；
图3为本发明实施例的冷却系统的管路连接图。
附图标记表示为：
1、电机部冷却流道；2、轴承部冷却流道；3、阀管组件；4、冷却液进管；5、冷却液出管；6、电机部冷却流道的入口；7、电机部冷却流道的出口；8、轴承部冷却流道的入口；9、轴承部冷却流道的出口；10、切换管路；11、换向控制阀；12、第一控制阀；13、控制模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1至图3所示，本发明实施例提供了一种冷却系统，包括：电机部冷却流道1，及轴承部冷却流道2；阀管组件3，阀管组件3与电机部冷却流道 1、轴承部冷却流道2连通，并向电机部冷却流道1、轴承部冷却流道2内通入冷却液；阀管组件3能够控制切换并联冷却模式、串联冷却模式；在并联冷却模式下，冷却液同时流经电机部冷却流道1、轴承部冷却流道2；在串联冷却模式下，冷却液先流经电机部冷却流道1、轴承部冷却流道2中的任一个，再流经另一个。
本发明提供的冷却系统，适用于电主轴的冷却，能够适应于不同的转速工况，采用串联、或并联的冷却方式，为电主轴提供最适应的冷却方式。
电主轴的电机和轴承两个热源在不同转速下发热情况存在较大差异，如下表所示。
Figure BDA0002329014040000031
基于上述，本发明的冷却系统，创造性的提出了一种冷却系统，电机部冷却流道1、轴承部冷却流道2在低转速运行状态下执行并联冷却模式，冷却液分别通入两个冷却流道，流道短流阻较小，整体的冷却较为均匀，电主轴的冷却热平衡性较好。在高转速运行状态下执行串联冷却模式，流道长，流阻大，在水冷机等外部供冷设备的冷却液供给流量一定的情况下，串联模式下单条流道的流量要大于并联模式，因此串联时流道的冷却更充分，冷却效果更好，适用于高转速运行时的发热严重的情况。本领域中例如主轴前端连接6寸卡盘的车床主轴，3000rpm以下可认为是低转速，3000rpm以上可认为是高转速。
优选地，由于轴承和电机是电主轴的主要热源产生部位，轴承部冷却流道 2设置在电主轴的前端轴承处，用于前端轴承的冷却，和/或，电机部冷却流道1设置在电主轴的电机处，用于电机的冷却。
优选地，串联冷却模式下，冷却液先流经轴承部冷却流道，再流经电机部冷却流道，因主轴前端是切削加工的部位，为保证温升引起主轴前端的热膨胀伸长量最小化，冷却时优先考虑从主轴前端轴承的冷却流道进入，保证前端轴承获得更加的冷却效果。
优选地，提供一种阀管组件3的具体方案，阀管组件3包括冷却液进管4、冷却液出管5，冷却液进管4分别连通至电机部冷却流道的入口6、轴承部冷却流道的入口8，冷却液出管5分别连通至电机部冷却流道的出口7、轴承部冷却流道的出口9，阀管组件3连通至外部水冷机，水冷机向系统内提供冷却液。冷却液在冷却液进管4的导引下可以并联流入电机部冷却流道1、轴承部冷却流道2的入口，并由电机部冷却流道1、轴承部冷却流道2的出口，或者先流入轴承部冷却流道的入口8，从轴承部冷却流道的出口9流出，再进入电机部冷却流道的入口6，最终由电机部冷却流道的出口7流出，并通过冷却液出管5回流到水冷机。
优选地，为了实现串联冷却模式下，冷却液依次流经轴承部冷却流道2、电机部冷却流道1。流经轴承部冷却流道的出口9与电机部冷却流道的入口6 通过切换管路10连通，冷却液出管5设有换向控制阀11，并联模式下，换向控制阀11将轴承部冷却流道的出口9与冷却液出管5导通，相应的切换管路 10阻断，轴承部冷却流道2流出的冷却液沿冷却液出管5流出，串联模式下，换向控制阀11将轴承部冷却流道的出口9与切换管路10导通，相应的冷却液出管5阻断，冷却液沿切换管路10流入电机部冷却流道1。
为了保证串联冷却模式下，冷却液完全沿串联路线流动，冷却液进管4与电机部冷却流道的入口6之间设有第一控制阀12，串联模式下第一控制阀12 阻断，冷却液只能全部流入轴承部冷却流道2。并联模式下，冷却液可以同时流入电机部冷却流道1和轴承部冷却流道2。
同时，本实施例的换向控制阀11、第一控制阀12除控制通断外，还可以具有流量调节能力，换向控制阀11通过调节轴承部冷却流道2流出的冷却液沿冷却液出管5流出的流量，及沿切换管路10流入电机部冷却流道1的流量，实现两路冷却部位的冷却能力差异。同样，第一控制阀12控制冷却液流入电机部冷却流道1的流量。
优选地，为了实现自动控制，冷却系统包括控制模块13，第一控制阀12 与控制模块13连接，换向控制阀11与控制模块13连接，控制模块13用于控制第一控制阀12、换向控制阀11。优选地，控制模块13包括控制芯片、开关件、电源模块。
本发明提供的冷却系统，针对电主轴不同转速工况下，电机和前端轴承处冷却需求不同，快速切换并联和串联两种方式进行冷却，低速时发热量小，采用并联方式更快更容易达到热平衡；高转速时发热量大，采用单通道流量较大的串联方式，以保证主轴热源部位的热平衡。
一种电主轴，采用上述任一的冷却系统。
一种数控机床，采用上述任一的冷却系统。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
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。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括：
电机部冷却流道(1)，及轴承部冷却流道(2)；
阀管组件(3)，所述阀管组件(3)与所述电机部冷却流道(1)、所述轴承部冷却流道(2)连通，并向所述电机部冷却流道(1)、所述轴承部冷却流道(2)内通入冷却液；所述阀管组件(3)能够控制切换并联冷却模式、串联冷却模式；
在并联冷却模式下，冷却液同时流经所述电机部冷却流道(1)、轴承部冷却流道(2)；在串联冷却模式下，冷却液先流经所述电机部冷却流道(1)、轴承部冷却流道(2)中的任一个，再流经另一个。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述轴承部冷却流道(2)设置在电主轴的前端轴承处，用于前端轴承的冷却，和/或，所述电机部冷却流道(1)设置在电主轴的电机处，用于电机的冷却。
3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述串联冷却模式下，冷却液先流经所述轴承部冷却流道(2)，再流经所述电机部冷却流道(1)。
4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述阀管组件(3)包括冷却液进管(4)、冷却液出管(5)，所述冷却液进管(4)分别连通至所述电机部冷却流道的入口(6)、所述轴承部冷却流道的入口(8)，所述冷却液出管(5)分别连通至所述电机部冷却流道的出口(7)、所述轴承部冷却流道的出口(9)。
5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述轴承部冷却流道的出口(9)与所述电机部冷却流道的入口(6)通过切换管路(10)连通，所述冷却液出管(5)设有换向控制阀(11)，所述换向控制阀(11)用于控制所述轴承部冷却流道(2)流出的冷却液沿所述冷却液出管(5)流出，或者沿所述切换管路(10)流入所述电机部冷却流道(1)，和/或，所述换向控制阀(11)用于控制所述轴承部冷却流道(2)流出的冷却液沿所述冷却液出管(5)流出的流量，及沿所述切换管路(10)流入所述电机部冷却流道(1)的流量。
6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却液进管(4)与所述电机部冷却流道的入口(6)之间设有第一控制阀(12)，所述第一控制阀(12)控制所述冷却液进管(4)内的冷却液是否能够流入所述电机部冷却流道(1)，和/或，所述第一控制阀(12)控制冷却液流入所述电机部冷却流道(1)的流量。
7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括控制模块(13)，所述第一控制阀(12)与所述控制模块(13)连接，所述换向控制阀(11)与所述控制模块(13)连接，所述控制模块(13)用于控制所述第一控制阀(12)及所述换向控制阀(11)。
8.根据权利要求1-7任一所述的冷却系统，其特征在于，所述阀管组件(3)连通至外部水冷机，水冷机向系统内提供冷却液。
9.一种电主轴，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述的冷却系统。
10.一种数控机床，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述的冷却系统。
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