CN121018186A - 主轴机构及具有其的加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主轴机构及具有其的加工设备，主轴机构包括：轴箱，轴箱内设置有主轴；制冷剂循环结构，至少部分设置在轴箱内，制冷剂循环结构包括压缩组件和制冷剂循环管路，压缩组件套设在主轴上，压缩组件具有压缩腔，制冷剂循环管路的两端分别与压缩腔连通，以通过压缩腔对制冷剂进行压缩；冷却循环管路，用于流通冷却介质，冷却循环管路的出液口与目标冷却区连通，冷却循环管路上设置有换热器，制冷剂循环管路与换热器连通，以在制冷剂流经换热器的过程中，对冷却介质进行冷却。本申请解决了现有技术中的机床冷却系统与机床分离，导致占用安装空间大的问题。

Description

主轴机构及具有其的加工设备

技术领域

本发明涉及加工主轴技术领域，具体而言，涉及一种主轴机构及具有其的加工设备。

背景技术

现有机床主轴、丝杠、直线电机等零部件的冷却基本上采用外置冷却机提供冷却水或油的模式进行冷却。冷却机作为一个单独运行的制冷设备，一般外置在机床的周围，或者安装在机床内部。但是，这种制冷方式具有以下问题：

1）冷却机的制冷温度控制需要根据机床零部件的温度反馈进行调节，例如主轴转速高时的发热大、主轴转速底时的发热小，此时，若是定频机组需要通过开停机来实现温度变化；若是变频机需要调整压缩机转速来控制温度。由于温度以及做出调节有一定延迟，会导致温度控制误差较大；

2）冷却机的开启往往需要单独控制，需要把冷却机开启后再把机床运转起来。若出现冷却机未开启、机床就开启的情况，容易影响设备零部件的精度和寿命；

3）冷却机内部压缩机的转动做功，是通过压缩机的定转子消耗电能转化机械能。压缩机定转子有自身的材料成本以及消耗电能成本；

4）外置的方式占用场地面积，内置的方式占用部分机床的空间，影响布局以及整体行程。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种主轴机构及具有其的加工设备，以解决现有技术中的机床冷却系统与机床分离，导致占用安装空间大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种主轴机构，包括：轴箱，轴箱内设置有主轴；制冷剂循环结构，至少部分设置在轴箱内，制冷剂循环结构包括压缩组件和制冷剂循环管路，压缩组件套设在主轴上，压缩组件具有压缩腔，制冷剂循环管路的两端分别与压缩腔连通，以通过压缩腔对制冷剂进行压缩；冷却循环管路，用于流通冷却介质，冷却循环管路的出液口与目标冷却区连通，冷却循环管路上设置有换热器，制冷剂循环管路与换热器连通，以在制冷剂流经换热器的过程中，对冷却介质进行冷却。

进一步地，主轴上设置有偏心部，压缩组件包括：气缸部件，套设在主轴上，气缸部件的至少部分内壁面与偏心部贴合，压缩腔设置在气缸部件与偏心部之间，以在主轴转动的过程中，在偏心部的偏心作用下调节压缩腔内的压力大小，以对制冷剂进行压缩。

进一步地，主轴上还套设有滚子，滚子的内壁面与偏心部连接，压缩腔设置在气缸部件与滚子之间，压缩组件还包括：滑片，设置在气缸部件内，滑片的一侧与滚子的外壁面抵接，另一侧与气缸部件抵接，滑片沿气缸部件的径向方向可移动地设置。

进一步地，气缸部件的内壁面上设置有安装槽，安装槽沿气缸部件的轴线方向延伸，滑片的至少部分插设在安装槽内，压缩组件还包括：弹性部件，设置在安装槽的底部，弹性部件可弹性地设置，滑片与弹性部件连接，以在弹性部件的弹性力作用下，使滑片与滚子的外壁面贴合。

进一步地，偏心部包括偏心凸块，偏心凸块设置在主轴的表面并相对于主轴的表面凸出，气缸部件的至少部分内部面与偏心凸块贴合，以在主轴转动的过程中，在偏心凸块的偏心作用下调节压缩腔内的压力大小。

进一步地，滚子的滚子端面与气缸部件的内壁面之间具有预定间隔。

进一步地，压缩组件包括吸气通道和排气通道，压缩腔与吸气通道连通，以使压缩腔处于吸气状态；压缩腔与排气通道连通，以使压缩腔处于排气状态；制冷剂循环管路的两端分别与吸气通道和排气通道连通；轴箱上设置有第一连通通道和第二连通通道，第一连通通道与吸气通道连通，第二连通通道与排气通道连通。

进一步地，排气通道包括第一连通的第一排气段、第二排气段和第三排气段，压缩组件包括：气缸部件，套设在主轴上，主轴相对于气缸部件转动；连接法兰，套设在主轴上并与气缸部件连接，第一排气段设置在连接法兰上；端盖，套设在主轴上，端盖罩设在连接法兰远离气缸部件的一端并与连接法兰连接，第二排气段设置在端盖与连接法兰之间，第三排气段设置在端盖上，第三排气段与第二连通通道连通。

进一步地，制冷剂循环结构还包括：冷凝器和节流部件，沿制冷剂的排出方向，冷凝器和节流部件依次设置在制冷剂循环管路上，制冷剂由节流部件流出后，流入至换热器内与冷却介质进行热交换，之后回流至压缩腔内。

根据本发明的另一方面，提供了一种加工设备，包括机体和主轴机构，主轴机构设置在机体上，主轴机构为上述的主轴机构。

应用本发明的技术方案，根据本申请提供的主轴机构，通过将制冷剂循环结构部分集成于轴箱内部，尤其是将压缩组件直接套设在主轴上，从而大大减少了冷却系统所需的额外空间，不论是对于机床内部布局或是外部占地面积，都有显著优化，有助于机床的整体设计更加紧凑，提高了空间利用效率。

由于压缩组件与主轴同轴连接，随着主轴转速的变化，压缩腔内的制冷剂压缩频率也会相应调整，这种直接关联性使得冷却系统的响应时间大幅缩短，能够更快速地适应主轴发热状态的变化，实现动态匹配的温度控制逻辑，提高了温控的实时性和精度。

将压缩组件与主轴融为一体，避免了传统模式中冷却机与主轴分开启动所带来的操作复杂性。现在只需启动主轴即可自动激活冷却系统，简化了机床的开机准备流程，减少了人为操作失误的可能性，提高了设备的使用便利性和安全性。

相较于传统独立的冷却机，本申请设计的压缩组件直接利用主轴电机的动力，省去了独立压缩机的能量损耗，制冷过程与主轴运转同步，无需额外电源供应，显著降低了能耗，同时也减少了材料成本，提升了经济性和能效。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的主轴机构的示意图；

图2示出了现有技术中的主轴示意图；

图3示出了根据本发明的主轴机构的实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的主轴机构中压缩组件的装配示意图；

图5示出了根据本发明的主轴机构中气缸部件的结构示意图；

图6示出了根据本发明的主轴机构中第一压缩状态的示意图；

图7示出了根据本发明的主轴机构中第二压缩状态的示意图；

图8示出了根据本发明的主轴机构中气缸部件与主轴的装配示意图；

图9示出了根据本发明的主轴机构中主轴的结构示意图；

图10示出了根据本发明的主轴机构中滚子的结构示意图；

图11示出了根据本发明的主轴机构中滑片的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100、轴箱；101、第一连通通道；102、第二连通通道；110、主轴；120、偏心部；130、滚子；121、偏心凸块；131、滚子端面；140、轴套；

200、制冷剂循环结构；210、压缩组件；220、制冷剂循环管路；230、压缩腔；211、气缸部件；212、滑片；213、安装槽；214、弹性部件；215、吸气通道；216、排气通道；2161、第一排气段；2162、第二排气段；2163、第三排气段；217、连接法兰；218、端盖；240、冷凝器；250、节流部件；2180、第一端盖；2181、第二端盖；2182、内层盖体；2170、第一法兰；2171、第二法兰；219、冷冻油注入口；260、压缩机；

300、冷却循环管路；310、换热器；320、泵体；330、箱体；

410、电机；420、转子。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术中所提到的，现有技术中的主轴机构中，主轴冷却系统与主轴箱分离，如图1和图2所示，冷却机作为一个单独运行的制冷设备，一般外置在机床的周围或者安装在机床里面，制冷设备中的压缩机260设置在主轴箱的外部。外置的方式占用场地面积，内置的方式占用部分机床的空间，影响布局以及整体行程。因此，针对上述技术问题，本申请的主轴机构，将制冷剂循环结构200中的压缩组件210套设在主轴110上，压缩组件210具有压缩腔230，制冷剂循环管路220的两端分别与压缩腔230连通，以通过压缩腔230对制冷剂进行压缩；冷却循环管路300用于流通冷却介质，冷却循环管路300的出液口与目标冷却区连通，冷却循环管路300上设置有换热器310，制冷剂循环管路220与换热器310连通，以在制冷剂流经换热器310的过程中，对冷却介质进行冷却。通过将压缩组件210集成到主轴110上，省去了冷却机作为独立设备所需的空间，无论是外置还是内置，都极大地减少了对场地面积或机床内部空间的占用，压缩组件210的压缩腔230与主轴110同轴旋转，制冷剂循环管路220的两端与压缩腔230连通，这意味着制冷剂的压缩频率直接与主轴转速相关联。当主轴转速升高时，压缩频率加快，制冷剂循环速度随之增加，从而及时响应主轴发热状态，实现快速冷却，显著提高了温度控制的响应速度和精度。本申请取消了传统的冷却机中独立压缩机的设置，利用主轴电机的转动直接驱动压缩组件工作，不仅简化了设备的结构，降低了材料成本，还减少了电能消耗，提升了整体能效。

请参考图3至图11，本申请提供了一种主轴机构，包括：轴箱100，轴箱100内设置有主轴110；制冷剂循环结构200，至少部分设置在轴箱100内，制冷剂循环结构200包括压缩组件210和制冷剂循环管路220，压缩组件210套设在主轴110上，压缩组件210具有压缩腔230，制冷剂循环管路220的两端分别与压缩腔230连通，以通过压缩腔230对制冷剂进行压缩；冷却循环管路300，用于流通冷却介质，冷却循环管路300的出液口与目标冷却区连通，冷却循环管路300上设置有换热器310，制冷剂循环管路220与换热器310连通，以在制冷剂流经换热器310的过程中，对冷却介质进行冷却。

根据本申请提供的主轴机构，通过将制冷剂循环结构200部分集成于轴箱100内部，尤其是将压缩组件210直接套设在主轴110上，从而大大减少了冷却系统所需的额外空间，不论是对于机床内部布局或是外部占地面积，都有显著优化，有助于机床的整体设计更加紧凑，提高了空间利用效率。

由于压缩组件210与主轴110同轴连接，随着主轴转速的变化，压缩腔230内的制冷剂压缩频率也会相应调整，这种直接关联性使得冷却系统的响应时间大幅缩短，能够更快速地适应主轴发热状态的变化，实现动态匹配的温度控制逻辑，提高了温控的实时性和精度。

将压缩组件210与主轴110融为一体，避免了传统模式中冷却机与主轴分开启动所带来的操作复杂性。现在只需启动主轴即可自动激活冷却系统，简化了机床的开机准备流程，减少了人为操作失误的可能性，提高了设备的使用便利性和安全性。

相较于传统独立的冷却机，本申请设计的压缩组件210直接利用主轴电机的动力，省去了独立压缩机的能量损耗，制冷过程与主轴运转同步，无需额外电源供应，显著降低了能耗，同时也减少了材料成本，提升了经济性和能效。

冷却循环管路300上的换热器310设计，能够有效地在制冷剂与冷却介质之间进行热交换，制冷剂在压缩后迅速释放热量给冷却介质，实现了高效的热量传递，保证了冷却介质的持续低温，进一步增强了对目标发热区的冷却效果。

在具体实施的过程中，如图2和图9所示，主轴110上设置有偏心部120，压缩组件210包括：气缸部件211，套设在主轴110上，气缸部件211的至少部分内壁面与偏心部120贴合，压缩腔230设置在气缸部件211与偏心部120之间，以在主轴110转动的过程中，在偏心部120的偏心作用下调节压缩腔230内的压力大小，以对制冷剂进行压缩。

偏心部120的旋转与主轴110的转速同步，当主轴转速变化时，偏心部带动压缩腔230内的压力变化，实现对制冷剂压缩频率的实时调整。取消传统压缩机独立的定转子结构，利用主轴电机的转动直接驱动压缩过程，减少了能量转换过程中的损失。

由于压缩腔230的压力调节与主轴转速直接相关，系统能够迅速响应主轴的发热变化，避免了传统冷却系统中因控制滞后导致的温度波动，提高了系统对温度变化的快速响应能力。

在本申请中，主轴110上还套设有滚子130，滚子130的内壁面与偏心部120连接，压缩腔230设置在气缸部件211与滚子130之间，压缩组件210还包括：滑片212，设置在气缸部件211内，滑片212的一侧与滚子130的外壁面抵接，另一侧与气缸部件211抵接，滑片212沿气缸部件211的径向方向可移动地设置。

滚子130与偏心部120的连接设计，使得主轴110转动时，滚子130能够进行相应的偏心运动，这种偏心运动与气缸部件211内的滑片212配合，能够有效压缩压缩腔230内的制冷剂，实现高效制冷。滑片212的设计，将压缩腔230分为低压腔和高压腔，使得压缩过程更加平稳，压缩效率更高。同时，利用滑片212还为滚子130提供了与主轴110的表面贴合的作用力。

为了方便安装滑片212，气缸部件211的内壁面上设置有安装槽213，安装槽213沿气缸部件211的轴线方向延伸，滑片212的至少部分插设在安装槽213内，压缩组件210还包括：弹性部件214，设置在安装槽213的底部，弹性部件214可弹性地设置，滑片212与弹性部件214连接，以在弹性部件214的弹性力作用下，使滑片212与滚子130的外壁面贴合。在具体实施时，弹性部件214为弹簧。

滑片212与滚子130的外壁面在弹性部件214的弹性力作用下保持紧密贴合，这种设计有助于减小气体在压缩过程中在低压腔和高压腔之间的窜动，确保压缩腔230内的制冷剂气体能够被有效压缩，提升压缩效率，从而增强整个冷却系统的制冷能力。

滑片212与滚子130之间的良好密封性，减少了因气体泄漏导致的能量浪费，使得压缩组件210在工作时能够更加高效地将机械能转化为压缩制冷剂所需的热能，降低了能量损耗，提高了系统的能源利用效率。

弹性部件214的设置，使得滑片212能适应滚子130在高速旋转时的微小振动和位移，保持了滑片212与滚子130间的稳定接触，避免了因振动引起的滑片脱离或磨损，从而提高了压缩组件210和整个冷却系统的运行稳定性。

安装槽213沿气缸部件211的轴线方向延伸，能够确保滑片212在压缩过程中沿气缸部件211的径向方向均匀移动，使其始终对滚子130施加作用力，避免了制冷剂在压缩腔230内受力不均，改善了压缩的均匀性，使得制冷剂的压缩效果更加稳定和高效。

在具体实施的过程中，如图9所示，偏心部120包括偏心凸块121，偏心凸块121设置在主轴110的表面并相对于主轴110的表面凸出，气缸部件211的至少部分内部面与偏心凸块121贴合，以在主轴110转动的过程中，在偏心凸块121的偏心作用下调节压缩腔230内的压力大小。

偏心凸块121在主轴110旋转时会周期性地改变与气缸部件211内部面的接触位置，造成压缩腔230容积的周期性变化，从而有效调节腔内制冷剂的压力。这种动态压力调节机制，能够快速响应主轴工作时的发热状态，实现制冷剂压缩量与主轴转速的动态匹配，提高温度控制的精度和响应速度。

具体地，滚子130套设在偏心凸块121上，滚子130套设在偏心凸块121上，随着主轴110的旋转，滚子130沿气缸部件211的内壁滑动，形成连续的压缩动作。偏心凸块121的形状和位置确保了压缩腔230容积的高效变化，从而提高了制冷剂的压缩效率和冷却效果。

滚子130的滚子端面131与气缸部件211的内壁面之间具有预定间隔。

通过设定滚子130与气缸部件211之间的预定间隔，避免了两者直接接触，减少了摩擦阻力，从而降低了因摩擦而产生的能量损耗，提高了压缩组件210的工作效率。

避免滚子130与气缸部件211内壁面直接接触，减少了磨损和损伤，延长了滚子130、气缸部件211以及整个压缩组件210的使用寿命，降低了维护和更换部件的频率，节约了维护成本。

在本申请中如图3和图4所示，压缩组件210包括吸气通道215和排气通道216，压缩腔230与吸气通道215连通，以使压缩腔230处于吸气状态；压缩腔230与排气通道216连通，以使压缩腔230处于排气状态；制冷剂循环管路220的两端分别与吸气通道215和排气通道216连通；轴箱100上设置有第一连通通道101和第二连通通道102，第一连通通道101与吸气通道215连通，第二连通通道102与排气通道216连通。

制冷剂循环管路220直接与压缩组件210内部的吸气通道215和排气通道216连通，形成了直接、高效的制冷剂循环路径。这种设计避免了传统冷却系统中复杂的管路布局，减少了制冷剂循环中的额外阻力和能量损失，提高了冷却系统的制冷效率和响应速度。

吸气通道215和排气通道216与压缩腔230紧密连通，通过第一连通通道101和第二连通通道102与外界隔绝，确保了整个制冷剂循环结构200的密封性。密封性增强不仅减少了制冷剂泄漏，还避免了外界杂质进入系统，提高了冷却系统的可靠性和耐用性。

压缩腔230在偏心部120的作用下，可以根据主轴110的转速动态调整制冷剂的压力。吸气和排气通道的设置，确保了制冷剂的顺畅流动，使得压缩组件210能够实时响应主轴发热状态，动态调节压缩腔内的压力，从而实现精准的温度控制。

制冷剂在压缩腔230被压缩至高压后，迅速通过排气通道216排出，进入冷却循环管路300上的换热器310，释放热量给冷却介质。高压制冷剂与冷却介质之间的高效换热，保证了冷却介质的持续低温，增强了对机床关键发热部件的冷却效果。

排气通道216包括第一连通的第一排气段2161、第二排气段2162和第三排气段2163，压缩组件210包括：气缸部件211，套设在主轴110上，主轴110相对于气缸部件211转动；连接法兰217，套设在主轴110上并与气缸部件211连接，第一排气段2161设置在连接法兰217上；端盖218，套设在主轴110上，端盖218罩设在连接法兰217远离气缸部件211的一端并与连接法兰217连接，第二排气段2162设置在端盖218与连接法兰217之间，第三排气段2163设置在端盖218上，第三排气段2163与第二连通通道102连通。

排气通道216的分段设计，确保了压缩后的制冷剂气体能够通过一个有序且高效的路径排出压缩腔230。第一排气段2161直接与气缸部件211的压缩腔出口相连，第二排气段2162和第三排气段2163则依次延伸至端盖218，形成了一个连续的排气流道，有利于制冷剂的顺畅排放。

连接法兰217和端盖218的设置，不仅固定了气缸部件211的位置，还提供了额外的密封作用，尤其是在第二排气段2162与第三排气段2163之间。这种设计确保了整个压缩组件210在工作时的密封性，减少了制冷剂的泄漏，提高了系统的整体效率和可靠性。

通过分阶段的排气设计，尤其是利用第二排气段2162和第三排气段2163之间的消音效应，本设计有助于降低压缩组件210工作时产生的噪音，创造了更加安静的工作环境。

其中，端盖218包括第一端盖2180、第二端盖2181和内层盖体2182，连接法兰217包括第一法兰2170和第二法兰2171，第一法兰2170和第二法兰2171分别连接在气缸部件211的两侧，内层盖体2182与第一法兰2170连接，第一端盖2180扣设在内层盖体2182上，第二端盖2181扣设在第二法兰2171上，其中，在第二端盖2181上设置有冷冻油注入口219，通过冷冻油注入口219向第二端盖2181内注入冷冻油。

制冷剂循环结构200还包括：冷凝器240和节流部件250，沿制冷剂的排出方向，冷凝器240和节流部件250依次设置在制冷剂循环管路220上，制冷剂由节流部件250流出后，流入至换热器310内与冷却介质进行热交换，之后回流至压缩腔230内。

制冷剂从压缩腔230被压缩，变为高温高压状态，随后通过制冷剂循环管路220进入冷凝器240。在冷凝器中，制冷剂释放大量热量，从气态转变为液态，节流部件250的作用是在制冷剂由冷凝器240流向换热器310的过程中，对制冷剂的流量和压力进行精细调控。通过节流部件，制冷剂被进一步降温降压，为后续换热器中的热交换提供适宜条件，确保冷却介质能够得到有效的冷却。

制冷剂在通过节流部件250后进入换热器310，此时制冷剂处于较低的温度和压力状态，能够更有效地吸收冷却介质的热量，强化了冷却介质的冷却效果，提高了目标发热区的温度控制精度。

制冷剂在换热器310中完成与冷却介质的热交换后，会沿着循环路径回流至压缩腔230内，开始新一轮的压缩制冷循环。这种闭式循环系统确保了制冷剂的有效利用和循环再生，避免了制冷剂的浪费和环境排放。

具体地，冷却循环管路300上还设置有泵体320和箱体330，箱体330用于存储冷却介质，泵体320用于对冷却循环管路300内的冷却介质提供动力。

本申请还提供了一种加工设备，包括机体和主轴机构，主轴机构设置在机体上，主轴机构为上述实施例的主轴机构。

本申请的主轴机构，将冷却机中的压缩机功能集成在主轴内部，其余冷凝、蒸发部分的功能外置在主轴箱外部，将冷却机与主轴集成的主轴单元。电主轴电机驱动主轴转动，主轴上的偏心结构随之转动从而进行压缩制冷剂。由于压缩机压缩制冷剂的转速跟主轴一致，所以冷却机的制冷量大小跟主轴转速相对应。

解决了传统冷却系统与机床分离导致的空间占用大、或者占用机床本身空间导致行程缩小的问题。解决了冷却机与主轴两个独立单元导致控制响应滞后导致温控精度低的问题。解决了传统冷却系统与机床启动顺序而导致精度低以及寿命减少的问题。解决了冷却机作为独立单元材料成本以及能源消耗成本高的问题。

本申请提供的集成式主轴冷却系统，包括轴箱100、主轴110、电主轴的电机410、转子420、制冷剂循环管路220以及冷却循环管路300。主轴110作为核心部件，其内部集成有用于压缩制冷剂的偏心结构，该结构与主轴同步旋转。电主轴电机410驱动主轴110高速旋转，同时带动偏心结构对制冷剂进行压缩。压缩后的高温高压制冷剂通过主轴内部通道输送至外部冷凝蒸发模块，完成冷凝与蒸发过程，最终回流至主轴内部形成闭环冷却循环。如图6所示，压缩腔230处于吸气阶段，制冷剂从气缸的吸气口进入，同时高压区未达到排气压力，压力无法从排气通道216排出；如图7所示，压缩腔230处于排气阶段，高压区的压力达到排气压力，从排气通道216排出。

轴箱100内部设置有主轴110、电机410、转子420、轴套140，以及压缩组件210。其中压缩组件210包含了第二端盖2181、第二法兰2171、气缸部件211、滚子130、弹簧、滑片212、第一法兰2170、内层盖体2182、第一端盖2180、冷冻油。压缩组件210按照压缩机的泵体组件进行装配。

主轴110上设置偏心凸块，滚子130套在偏心凸块上；第二端盖2181上有冷冻油注入口219，与轴套140、轴箱连接，在主轴单元装配完成后，从冷冻油注入口219加注冷冻油，加注完成后，注油进行封闭，防止外界水汽进入压缩组件内部。第二端盖2181与第二法兰2171密封装配，内层盖体2182与第一法兰2170密封装配，内层盖体2182与第二端盖2181形成封闭空间存储冷冻油。冷冻油能降低压缩组件210运行过程中的温度，同时起到润滑作用。气缸部件211上有吸气通道215，制冷剂从此处进入气缸部件211空腔内。第一法兰2170设置有第一排气段2161，经过压缩机后的制冷剂从第一法兰2170的第一排气段2161排出进入到第一端盖2180，从第一端盖2180排出轴箱外，与外部冷凝器进行热交换，进入制冷系统。第一端盖2180设置有第三排气段2163，与轴套140、轴箱连接，在外部与冷凝器连接。

压缩组件210与主轴110完成装配后，与通过加热后的转子420进行过盈配合。电机410与轴套140装配后，再将转子420与主轴110整体套进去装配。将轴套140与轴箱装配完成后，在第一端盖2180的第三排气段2163处用管路件与冷凝器焊接。最后在第二端盖2181的冷冻油注入口219处加注冷冻油，完成主轴单元的装配。其中主轴其它部分与常规电主轴装配工艺一致。

主轴单元的外部设有冷却液通道，用于与机床关键部件（如主轴轴承、电机410等）进行热交换，从而实现对发热部件的主动冷却。冷却系统的制冷能力与主轴转速呈线性关系，即主轴转速越高，偏心结构压缩频率越高，制冷剂循环速度加快，冷却能力随之提升。该机制实现了冷却能力与发热强度的动态匹配，提升了温度控制的响应速度与精度。

本申请通过取消传统冷却机中独立压缩机的设置，将压缩功能与主轴结构融合，节省了冷却系统的空间占用，提升了机床整体布局的灵活性。同时，由于制冷压缩过程与主轴运转同步进行，避免了传统冷却系统中因启动顺序不当造成的设备损伤风险。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

根据本申请提供的主轴机构，通过将制冷剂循环结构200部分集成于轴箱100内部，尤其是将压缩组件210直接套设在主轴110上，从而大大减少了冷却系统所需的额外空间，不论是对于机床内部布局或是外部占地面积，都有显著优化，有助于机床的整体设计更加紧凑，提高了空间利用效率。

由于压缩组件210与主轴110同轴连接，随着主轴转速的变化，压缩腔230内的制冷剂压缩频率也会相应调整，这种直接关联性使得冷却系统的响应时间大幅缩短，能够更快速地适应主轴发热状态的变化，实现动态匹配的温度控制逻辑，提高了温控的实时性和精度。

将压缩组件210与主轴110融为一体，避免了传统模式中冷却机与主轴分开启动所带来的操作复杂性。现在只需启动主轴即可自动激活冷却系统，简化了机床的开机准备流程，减少了人为操作失误的可能性，提高了设备的使用便利性和安全性。

相较于传统独立的冷却机，本申请设计的压缩组件210直接利用主轴电机的动力，省去了独立压缩机的能量损耗，制冷过程与主轴运转同步，无需额外电源供应，显著降低了能耗，同时也减少了材料成本，提升了经济性和能效。

通过将冷却机的压缩功能集成于主轴内部，使制冷量与主轴转速同步变化，能够实时响应主轴发热状态，提升温度控制精度；

通过主轴电机410直接驱动偏心结构实现压缩制冷剂的功能，省去了传统压缩机的定转子420结构，降低了材料与能耗成本；

通过将冷凝与蒸发部分外置在轴箱外部，保留了冷却系统整体的可维护性与可扩展性，避免影响主轴结构布局。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主轴机构，其特征在于，包括：

轴箱（100），所述轴箱（100）内设置有主轴（110）；

制冷剂循环结构（200），至少部分设置在所述轴箱（100）内，所述制冷剂循环结构（200）包括压缩组件（210）和制冷剂循环管路（220），所述压缩组件（210）套设在所述主轴（110）上，所述压缩组件（210）具有压缩腔（230），所述制冷剂循环管路（220）的两端分别与所述压缩腔（230）连通，以通过所述压缩腔（230）对制冷剂进行压缩；

冷却循环管路（300），用于流通冷却介质，所述冷却循环管路（300）的出液口与目标冷却区连通，所述冷却循环管路（300）上设置有换热器（310），所述制冷剂循环管路（220）与所述换热器（310）连通，以在所述制冷剂流经所述换热器（310）的过程中，对所述冷却介质进行冷却。

2.根据权利要求1所述的主轴机构，其特征在于，所述主轴（110）上设置有偏心部（120），所述压缩组件（210）包括：

气缸部件（211），套设在所述主轴（110）上，所述气缸部件（211）的至少部分内壁面与所述偏心部（120）贴合，所述压缩腔（230）设置在所述气缸部件（211）与所述偏心部（120）之间，以在所述主轴（110）转动的过程中，在所述偏心部（120）的偏心作用下调节所述压缩腔（230）内的压力大小，以对所述制冷剂进行压缩。

3.根据权利要求2所述的主轴机构，其特征在于，所述主轴（110）上还套设有滚子（130），所述滚子（130）的内壁面与所述偏心部（120）连接，所述压缩腔（230）设置在所述气缸部件（211）与所述滚子（130）之间，所述压缩组件（210）还包括：

滑片（212），设置在所述气缸部件（211）内，所述滑片（212）的一侧与所述滚子（130）的外壁面抵接，另一侧与所述气缸部件（211）抵接，所述滑片（212）沿所述气缸部件（211）的径向方向可移动地设置。

4.根据权利要求3所述的主轴机构，其特征在于，所述气缸部件（211）的内壁面上设置有安装槽（213），所述安装槽（213）沿所述气缸部件（211）的轴线方向延伸，所述滑片（212）的至少部分插设在所述安装槽（213）内，所述压缩组件（210）还包括：

弹性部件（214），设置在所述安装槽（213）的底部，所述弹性部件（214）可弹性地设置，所述滑片（212）与所述弹性部件（214）连接，以在所述弹性部件（214）的弹性力作用下，使所述滑片（212）与所述滚子（130）的外壁面贴合。

5.根据权利要求2所述的主轴机构，其特征在于，所述偏心部（120）包括偏心凸块（121），所述偏心凸块（121）设置在所述主轴（110）的表面并相对于所述主轴（110）的表面凸出，所述气缸部件（211）的至少部分内部面与所述偏心凸块（121）贴合，以在所述主轴（110）转动的过程中，在所述偏心凸块（121）的偏心作用下调节所述压缩腔（230）内的压力大小。

6.根据权利要求3所述的主轴机构，其特征在于，所述滚子（130）的滚子端面（131）与所述气缸部件（211）的内壁面之间具有预定间隔。

7.根据权利要求1所述的主轴机构，其特征在于，所述压缩组件（210）包括吸气通道（215）和排气通道（216），所述压缩腔（230）与所述吸气通道（215）连通，以使所述压缩腔（230）处于吸气状态；所述压缩腔（230）与所述排气通道（216）连通，以使所述压缩腔（230）处于排气状态；所述制冷剂循环管路（220）的两端分别与所述吸气通道（215）和所述排气通道（216）连通；

所述轴箱（100）上设置有第一连通通道（101）和第二连通通道（102），所述第一连通通道（101）与所述吸气通道（215）连通，所述第二连通通道（102）与所述排气通道（216）连通。

8.根据权利要求7所述的主轴机构，其特征在于，所述排气通道（216）包括第一连通的第一排气段（2161）、第二排气段（2162）和第三排气段（2163），所述压缩组件（210）包括：

气缸部件（211），套设在所述主轴（110）上，所述主轴（110）相对于所述气缸部件（211）转动；

连接法兰（217），套设在所述主轴（110）上并与所述气缸部件（211）连接，所述第一排气段（2161）设置在所述连接法兰（217）上；

端盖（218），套设在所述主轴（110）上，所述端盖（218）罩设在所述连接法兰（217）远离所述气缸部件（211）的一端并与所述连接法兰（217）连接，所述第二排气段（2162）设置在所述端盖（218）与所述连接法兰（217）之间，所述第三排气段（2163）设置在所述端盖（218）上，所述第三排气段（2163）与所述第二连通通道（102）连通。

9.根据权利要求1所述的主轴机构，其特征在于，所述制冷剂循环结构（200）还包括：

冷凝器（240）和节流部件（250），沿所述制冷剂的排出方向，所述冷凝器（240）和所述节流部件（250）依次设置在所述制冷剂循环管路（220）上，所述制冷剂由所述节流部件（250）流出后，流入至所述换热器（310）内与所述冷却介质进行热交换，之后回流至所述压缩腔（230）内。

10.一种加工设备，包括机体和主轴机构，所述主轴机构设置在所述机体上，其特征在于，所述主轴机构为权利要求1至9中任一项所述的主轴机构。