CN114713864B

CN114713864B - 一种双循环冷却式齿轮主轴

Info

Publication number: CN114713864B
Application number: CN202210646587.8A
Authority: CN
Inventors: 陈亮; 吴明刚; 曾燚; 李光中
Original assignee: Okada Precision Machinery Changzhou Co ltd
Current assignee: Okada Precision Machinery Changzhou Co ltd
Priority date: 2022-06-09
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2042-06-09
Also published as: CN114713864A

Abstract

本发明公开了一种双循环冷却式齿轮主轴，涉及齿轮主轴技术领域，包括主轴本体、芯轴、拉杆、四瓣爪和刀柄，主轴本体首尾两端分别设置有前盖和传动齿轮，主轴本体和芯轴之间设置有前迷宫环、前隔环、角接触球轴承、中间内隔环、角接触球轴承、后迷宫环，拉杆周侧套设有蝶形弹簧和内垫片；中间内隔环周侧套设有内冷却环，内冷却环周侧设置有两个螺旋通道且内冷却环的首尾两端还分别设置有前控制端和后控制端，内冷却环与主轴本体之间滑动设置有多位电磁控制环且多位电磁控制环受电控组件驱动。本发明采用双螺旋通道的设置，可采用顺‑逆交替冷却或者顺‑逆同时冷却，使得主轴两端的冷却效果接近一致，进而控制齿轮主轴的热延伸，提高其使用安全。

Description

一种双循环冷却式齿轮主轴

技术领域

本发明涉及齿轮主轴技术领域，尤其涉及一种双循环冷却式齿轮主轴。

背景技术

数控机床的出现，改变了传统以人为主的生产方式，借由电脑程序的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、镗孔、攻牙等，通过采用数控机床可大幅缩短加工时程，降低生产成本。目前数控机床中，齿轮主轴的应用十分广泛，通过将机床主轴与齿轮主轴融为一体，从而实现了机床主轴的“零传动”。齿轮主轴具有结构紧凑、惯性小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现加工定位，是高精度加工的最理想驱动结构之一。

但是在目前市场上的齿轮主轴都存在一个问题，就是降温冷却。这是由于主轴的在高速精加工过程中，其内部结构在高速旋转时，会产生大量的热源。传统冷却方式是让冷却水从主轴一端进入再从另一端排出，这就使得主轴两端的降温冷却并不对等，其中，主轴一端过热会导致该端的热延伸永远大于另一端，从而影响主轴的使用精度，严重时会影响其使用安全性，此时，就需要停机等待，影响生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种双循环冷却式齿轮主轴，具有双循环冷却、自动化控制、使用安全的优点。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种双循环冷却式齿轮主轴，包括主轴本体、穿设于主轴本体内的芯轴、穿设于芯轴内的拉杆、四瓣爪和刀柄，主轴本体首尾两端分别设置有前盖和传动齿轮，主轴本体和芯轴之间还依次设置有前迷宫环、前隔环、角接触球轴承、中间内隔环、角接触球轴承、后迷宫环，拉杆周侧套设有多个蝶形弹簧和多个内垫片；中间内隔环周侧套设有内冷却环，内冷却环周侧设置有两个螺旋通道且内冷却环的首尾两端还分别设置有前控制端和后控制端，内冷却环与主轴本体之间滑动设置有用于控制两个螺旋通道各自通断的多位电磁控制环且多位电磁控制环受电控组件驱动。

进一步设置为：前控制端有一个前进口和两个前出口，后控制端有两个后进口和一个后出口，任意一个螺旋通道两端分别与前进口和后出口连通，另一个螺旋通道两端分别与后进口和前出口连通。

进一步设置为：电控组件包括第一电磁开关、第二电磁开关和第三电磁开关，多位电磁控制环的两端分别设置有控制芯和复位弹簧，控制芯同时受控于第一电磁开关、第二电磁开关和第三电磁开关；当第一电磁开关启动时，后进口和前出口连通；当第二电磁开关启动时，前进口和后出口连通；当第三电磁开关启动时，后进口和前出口连通，前进口和后出口连通。

进一步设置为：多位电磁控制环外壁设置有一个外进口、内壁两端分别各设置有一个内进口且一个外进口与两个内进口同时连通，多位电磁控制环外壁还设置有一个外出口、内壁两端分别各设置有一个内出口且一个外出口与两个内出口同时连通。

进一步设置为：两条螺旋通道相互独立设置。

进一步设置为：主轴本体外壁的首尾两端还分别开设有外冷却通道且外冷却通道的外部还设置有水套环。

进一步设置为：芯轴外壁嵌设有双圆键且双圆键同时嵌入传动齿轮的内壁。

进一步设置为：芯轴位于传动齿轮的一端设置有用于固定传动齿轮的编码器座、后锁紧螺母和后盖，主轴本体内设置有用于固定角接触球轴承的内锁紧螺母和分隔环，芯轴的首尾两端还分别设置有气环、定位键和端部锁紧螺母。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

（1）内冷却环内的双螺旋通道的设置，使得齿轮主轴在工作实况中，可采用顺-逆交替冷却或者顺-逆同时冷却，通过可控制的双循环冷却方式使得主轴两端的冷却效果接近一致，齿轮主轴两端始终得到稳定的降温，进而有效控制齿轮主轴的热延伸，提高其使用安全性；

（2）通过第一电磁开关、第二电磁开关和第三电磁开关可控制多位电磁控制环的移动，从而根据齿轮主轴加工需求和实际温度情况分别控制两个螺旋通道的通断，操控简单；

（3）通过双螺旋通道和外冷却通道的双重设置，对齿轮主轴进行多次冷却，进一步对齿轮主轴起到降温冷却作用。

附图说明

图1是本发明的整体结构剖面示意图；

图2是内冷却环和多位电磁控制环的状态一示意图；

图3是内冷却环和多位电磁控制环的状态二示意图；

图4是内冷却环和多位电磁控制环的状态三示意图；

图5是内冷却环和多位电磁控制环的状态四示意图；

图6是前控制端和后控制端的剖面结构示意图；

图7是多位电磁控制环的剖面结构示意图。

附图标记：1、主轴本体；2、芯轴；3、拉杆；4、四瓣爪；5、刀柄；6、前盖；7、传动齿轮；8、前迷宫环；9、角接触球轴承；10、中间内隔环；11、后迷宫环；12、蝶形弹簧；13、内垫片；14、内冷却环；15、外冷却通道；16、水套环；17、双圆键；18、编码器座；19、后锁紧螺母；20、后盖；21、前隔环；22、内锁紧螺母；23、分隔环；24、气环；25、定位键；26、端部锁紧螺母；27、多位电磁控制环；100、螺旋通道；101、前控制端；102、后控制端；103、前进口；104、前出口；105、后进口；106、后出口；107、第一电磁开关；108、第二电磁开关；109、第三电磁开关；110、控制芯；111、复位弹簧；112、外进口；113、内进口；114、外出口；115、内出口；116、封闭口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参照图1，为本发明公开的一种双循环冷却式齿轮主轴，包括主轴本体1，主轴本体1内部贯穿设置有芯轴2。以图1为例，主轴本体1上端为首端，主轴本体1下端为尾端。芯轴2内部贯穿设置有拉杆3，拉杆3的顶部安装有四瓣爪4，四瓣爪4内卡接有刀柄5。主轴本体1、芯轴2和拉杆3同轴线设置。刀柄5和拉杆3的端部位置均延伸出主轴本体1的外部。拉杆3周侧套设有多个蝶形弹簧12且多个蝶形弹簧12分两组，两组蝶形弹簧12的两端和之间均设置有内垫片13，内垫片13共有三个。

主轴本体1的首端固定有前盖6，芯轴2穿过前盖6设置，前盖6与芯轴2之间设置有气环24，芯轴2首端固定有多个等间距设置的定位键25，定位键25优选为四个。主轴本体1的尾端有传动齿轮7，传动齿轮7安装在芯轴2的尾端且传动齿轮7的齿轮侧露出于外部空间，芯轴2外壁嵌设有双圆键17且双圆键17同时嵌入传动齿轮7的内壁。主轴本体1和芯轴2之间还设置有中间内隔环10，中间内隔环10位于前盖6和传动齿轮7之间。中间内隔环10与前盖6之间从上至下依次设置有前迷宫环8、前隔环21、两个角接触球轴承9、分隔环23和一个角接触球轴承9。中间内隔环10与传动齿轮7之间从上至下依次设置有两个角接触球轴承9和内锁紧螺母22。芯轴2位于传动齿轮7的一端设置有向远离其方向依次安装有编码器座18和后锁紧螺母19。芯轴2的尾端安装有端部锁紧螺母26。中间内隔环10周侧套设有内冷却环14，内冷却环14位于中间内隔环10和主轴本体1之间。

参照图1，主轴本体1外壁的首尾两端还分别开设有外冷却通道15，主轴本体1外壁的首尾两端于外冷却通道15的外部还套设有水套环16。外冷却通道15内为独立冷却，可对主轴本体1起到进一步降温冷却作用。

参照图2，内冷却环14外部周壁设置有两个螺旋通道100，两个螺旋通道100从内冷却环14的顶部延伸至底部，两条螺旋通道100相互独立设置，结合图6，内冷却环14的首尾两端还分别设置有前控制端101和后控制端102，前控制端101呈环状结构且其一侧有一个前进口103、另一侧有两个前出口104，后控制端102呈环状结构且其一侧有两个后进口105、另一侧有一个后出口106，任意一个螺旋通道100两端分别与前进口103和两个后出口106连通，另一个螺旋通道100两端分别与两个后进口105和前出口104连通。前控制端101和后控制端102的尾端均设置有封闭口116。

参照图1至图5，内冷却环14与主轴本体1之间形成有调控空间，且该调控空间内滑动设置有用于控制两个螺旋通道100各自通断的多位电磁控制环27。多位电磁控制环27在内冷却环14外侧并且贴靠在多位电磁控制环27外壁，两者之间通过润滑油密封。参照图7，多位电磁控制环27的外壁中间处开设有一个外进口112，多位电磁控制环27的内壁两端分别各开设有一个内进口113，一个外进口112同时与两个内进口113连通且三者位于多电磁控制环的同一侧；多位电磁控制环27的外壁中间处开设有一个外出口114，多位电磁控制环27的内壁两端分别各开设有一个内出口115，一个外出口114同时与两个内出口115连通且三者位于多位电磁控制环27的同一侧；内进口113和外出口114位于多位电磁控制环27任意直径的两端。

参照图2-图5，主轴本体1内部设置有驱动多位电磁控制环27移动的电控组件，电控组件包括控制芯110，控制芯110为铁芯，控制芯110优选四个且等间距固定在多位电磁控制环27的顶部，电控组件还包括第一电磁开关107、第二电磁开关108和第三电磁开关109，第一电磁开关107、第二电磁开关108和第三电磁开关109为不同控制的通电线圈且都安装在调控空间内。每一个控制芯110的周侧从近至远依次设置有第一电磁开关107、第二电磁开关108和第三电磁开关109，第一电磁开关107、第二电磁开关108和第三电磁开关109可独立控制控制芯110。调控空间还设置有复位弹簧111，复位弹簧111固定在多位电磁控制环27的底部。当第一电磁开关107、第二电磁开关108和第三电磁开关109未启动后，复位弹簧111带动多位电磁控制环27远离前三者。

操作人员可使用独立的手持控制器，采用无线控制方式对第一电磁开关107、第二电磁开关108和第三电磁开关109进行操控。同时，前控制端101和后控制端102上分别加装温度传感器，手持控制器与温度传感器信号连接且手持控制器上可以显示出前控制端101和后控制端102的温度情况。当显示有温度正常、温度可能升高、温度可能较高、温度可能过高、温差可能过大的情况下，操作人员可采用不同的操控使得内冷却环14进入不同的工作状态。双螺旋通道100和外冷却通道15由外部冷却箱供水。本方案中，传动齿轮7为动力输入端，刀柄5为动力输出端。

在本实施例中，内冷却环14有四种工作状态。

状态一：

参照图2，第一电磁开关107、第二电磁开关108和第三电磁开关109均未启动。多位电磁控制环27位于最低端，多位电磁控制环27两端的内进口113分别对应前控制端101的封闭口116和后控制端102的封闭口116。此时，两个螺旋通道100内都为不通状态。

状态二：

参照图3，第一电磁开关107启动，第二电磁开关108和第三电磁开关109未启动。多位电磁控制环27顶部的内进口113处于不通状态，多位电磁控制环27底部的内进口113与后控制端102的一个后进口105连通，多位电磁控制环27顶部的内出口115与前控制端101的一个前出口104连通，多位电磁控制环27底部的内出口115处于不通状态。此时，有一个螺旋通道100处于连通状态，图3中的实线箭头方向代表了冷却水流方向。

状态三：

参照图4，第二电磁开关108启动，第一电磁开关107和第三电磁开关109未启动。多位电磁控制环27顶部的内进口113与前控制端101的前进口103连通，多位电磁控制环27底部的内进口113处于不通状态，多位电磁控制环27顶部的内出口115处于不通状态，多位电磁控制环27底部的内出口115与后控制端102的后出口106连通。此时，另一个螺旋通道100处于连通状态，图4中的虚线箭头方向代表了冷却水流方向。

状态四：

参照图5，第三电磁开关109启动，第一电磁开关107和第二电磁开关108未启动。多位电磁控制环27顶部的内进口113与前控制端101的前进口103连通，多位电磁控制环27底部的内进口113与后控制端102的另一个后进口105连通，多位电磁控制环27顶部的内出口115与前控制端101的另一个前出口104连通，多位电磁控制环27底部的内出口115与后控制端102的后出口106连通。此时，两个螺旋通道100都处于连通状态，图5中的实线箭头和虚线箭头方向同时代表了冷却水流方向。

综上所述，前控制端101和后控制端102的通断状态如表1。

当温度正常时，操作人员可让齿轮主轴处于状态一，此状态适合齿轮主轴低速加工或者只需要短时间加工；当温度可能高时，操作人员可让齿轮主轴处于状态二或者状态三，此状态适合齿轮主轴正常降温冷却需求；当温度可能较高时，操作人员可让齿轮主轴处于状态二和状态三的反复交替，此状态为顺-逆交替冷却，还可避免两端温差过大情况；当温度可能过高时，操作人员可让齿轮主轴处于状态四，此状态为顺-逆同时冷却，冷却能力增强同时也能避免两端温差过大情况。上述状态中冷却能力逐步提升，大大提高了齿轮主轴的使用率和安全性，跟传统技术相比，该齿轮主轴工作时间更长，有效避免齿轮主轴的热伸长，使得其工作精度更高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双循环冷却式齿轮主轴，其特征在于：包括主轴本体（1）、穿设于主轴本体（1）内的芯轴（2）、穿设于芯轴（2）内的拉杆（3）、四瓣爪（4）和刀柄（5），主轴本体（1）首尾两端分别设置有前盖（6）和传动齿轮（7），主轴本体（1）和芯轴（2）之间还依次设置有前迷宫环（8）、前隔环（21）、角接触球轴承（9）、中间内隔环（10）、角接触球轴承（9）、后迷宫环（11），拉杆（3）周侧套设有多个蝶形弹簧（12）和多个内垫片（13）；

中间内隔环（10）周侧套设有内冷却环（14），内冷却环（14）周侧设置有两个螺旋通道（100）且内冷却环（14）的首尾两端还分别设置有前控制端（101）和后控制端（102），内冷却环（14）与主轴本体（1）之间滑动设置有用于控制两个螺旋通道（100）各自通断的多位电磁控制环（27）且多位电磁控制环（27）受电控组件驱动；

其中，前控制端（101）有一个前进口（103）和两个前出口（104），后控制端（102）有两个后进口（105）和一个后出口（106），任意一个螺旋通道（100）两端分别与前进口（103）和后出口（106）连通，另一个螺旋通道（100）两端分别与后进口（105）和前出口（104）连通。

2.根据权利要求1所述的一种双循环冷却式齿轮主轴，其特征在于：电控组件包括第一电磁开关（107）、第二电磁开关（108）和第三电磁开关（109），多位电磁控制环（27）的两端分别设置有控制芯（110）和复位弹簧（111），控制芯（110）同时受控于第一电磁开关（107）、第二电磁开关（108）和第三电磁开关（109）；

当第一电磁开关（107）启动时，后进口（105）和前出口（104）连通；

当第二电磁开关（108）启动时，前进口（103）和后出口（106）连通；

当第三电磁开关（109）启动时，后进口（105）和前出口（104）连通，前进口（103）和后出口（106）连通。

3.根据权利要求1所述的一种双循环冷却式齿轮主轴，其特征在于：多位电磁控制环（27）外壁设置有一个外进口（112）、内壁两端分别各设置有一个内进口（113）且一个外进口（112）与两个内进口（113）同时连通，多位电磁控制环（27）外壁还设置有一个外出口（114）、内壁两端分别各设置有一个内出口（115）且一个外出口（114）与两个内出口（115）同时连通。

4.根据权利要求1所述的一种双循环冷却式齿轮主轴，其特征在于：两条螺旋通道（100）相互独立设置。

5.根据权利要求1所述的一种双循环冷却式齿轮主轴，其特征在于：主轴本体（1）外壁的首尾两端还分别开设有外冷却通道（15）且外冷却通道（15）的外部还设置有水套环（16）。

6.根据权利要求1所述的一种双循环冷却式齿轮主轴，其特征在于：芯轴（2）外壁嵌设有双圆键（17）且双圆键（17）同时嵌入传动齿轮（7）的内壁。

7.根据权利要求1所述的一种双循环冷却式齿轮主轴，其特征在于：芯轴（2）位于传动齿轮（7）的一端设置有用于固定传动齿轮（7）的编码器座（18）、后锁紧螺母（19）和后盖（20），主轴本体（1）内设置有用于固定角接触球轴承（9）的内锁紧螺母（22）和分隔环（23），芯轴（2）的首尾两端还分别设置有气环（24）、定位键（25）和端部锁紧螺母（26）。