电主轴冷却系统、电主轴及机床的制作方法

1.本实用新型涉及机床加工领域，尤其涉及一种电主轴冷却系统、电主轴及机床。


背景技术：

2.高速电主轴的主要特点是将电机的定、转子直接装入主轴内部形成机电一体化的电主轴。从而，实现了主轴系统的“零传动”，具有结构紧凑、转动惯量小、启动与停止速度快、易于实现无极调速和精密控制等优点，但是，这种封闭结构在工作过程中电机产生的热量和前后轴承摩擦产生的热量无法及时排出，从而导致电主轴内部形成复杂的温度场，会产生热变形。据统计，在精密加工中，由热变形引起的加工误差所占的比例高达40％-70％左右。
3.为了克服上述缺陷，人们针对轴承摩擦产生的热量，一般通过在定子外加装螺旋冷却水套，利用冷却液对电机和电主轴电机壳体进行循环冷却。但是，对电机和电主轴电机壳体的冷却效率较低，进而在长时间高速运行，同样导致转轴热伸长，影响产品加工精度，降低高速高精密轴承寿命。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中缺陷的至少其中之一，本实用新型的目的在于提供一种电主轴冷却系统、电主轴及机床，其能够提高电机和轴承的冷却效率，避免热伸长，改善产品加工精度，提高高速高精密轴承寿命。
5.本技术的目的采用如下技术方案实现：
6.一种电主轴冷却系统，包括：从气缸缸体后端沿轴向延伸至电机壳体与气缸缸体之间的连接座本体中的冷却液输入合路；从所述连接座本体中沿轴向延伸到挡水套的两冷却液输入支路；从所述电机壳体沿轴向延伸到所述连接座本体的两第一冷却液输出支路，以及从连接座本体沿轴向延伸至气缸缸体后端的冷却液输出合路；两所述冷却液输入支路并联连通后与所述冷却液输入合路串联连通；两所述第一冷却液输出支路并联连通后与所述冷却液输出合路串联连通；所述挡水套环设于所述前轴承座的外周，所述前轴承座与所述挡水套之间设置有第一环形冷却通道，所述冷却液输入支路和所述第一冷却液输出支路分别与所述第一环形冷却通道连通。
7.在另一实施例中，所述电主轴冷却系统还包括：从所述挡水套沿轴向延伸到所述电机壳体的两第二冷却液输出支路，以及所述电机壳体上设置有冷却液流道，且两所述第二冷却液输出支路通过设置在挡水套上的第二盲孔与所述第一环形冷却通道连通，所述两所述冷却液输入支路通过设置在挡水套上的第一盲孔与所述第一环形冷却通道连通，所述第二冷却液输出支路通过设置在电机壳体上的第三盲孔与所述冷却液流道连通。
8.在另一实施例中，两所述冷却液输入支路从所述连接座本体沿轴向依次贯通电主轴的顶盖、后轴承座以及所述电机壳体，并延伸至所述挡水套。
9.在另一实施例中，所述后轴承座的后端部设置有径向凸出的凸缘，所述后轴承座
通过所述凸缘与所述顶盖和所述电机壳体连接，两所述冷却液输入支路和两所述第一冷却液输出支路均分别沿轴向贯通所述凸缘。
10.在另一实施例中，所述电机壳体后端沿轴向延伸至所述凸缘，且所述电机壳体后端部环设于所述后轴承座的外周，所述后轴承座与所述电机壳体之间设置有第二环形冷却通道，所述冷却液流道通过设置在所述电机壳体上的通孔和所述第二环形冷却通道连通，两所述第一冷却液输出支路通过设置在所述电机壳体上的第四盲孔与所述第二环形冷却通道连通。
11.在另一实施例中，所述冷却液流道包括多个互相平行且依次贴紧的环形流道，且相邻两所述环形流道之间设置有环形凸起的隔离结构，所述隔离结构上设置有连通相邻两所述的环形流道的缺口，且相邻两所述隔离结构上的所述缺口分列于所述电机壳体的相对两侧，以及所述缺口中部设置有沿径向向外延伸的凸起部。
12.在另一实施例中，所述冷却液输入合路、冷却液输入支路、第一冷却液输出支路和冷却液输出合路贯通的各个结构在贴合面处设置有若干密封结构，若干所述密封结构分别设置于所述冷却液输入合路、冷却液输入支路、第一冷却液输出支路和冷却液输出合路的外周；在所述前轴承座和所述后轴承座20的前后两端均设置有环形密封组件，用于密封所述第一环形冷却通道和所述第二环形冷却通道。
13.在另一实施例中，所述冷却液输入合路的直径大于所述冷却液输入支路的直径，所述冷却液输出合路的直径大于所述第一冷却液输出支路的直径，且所述冷却液输出合路的直径也大于所述第二冷却液输出支路的直径。
14.在另一实施例中，所述冷却液输入合路的的横截面积等于两所述冷却液输入支路的的横截面积之和，所述冷却液输出合路的的横截面积等于两所述第一冷却液输出支路的的横截面积之和，且所述冷却液输出合路的横截面积也等于两所述第二冷却液输出支路的横截面积之和。
15.一种电主轴，其包括上述任一项的电主轴冷却系统。
16.一种机床，其包括上述的电主轴。
17.本技术提供的电主轴冷却系统中，冷却液输入合路、两冷却液输入支路、第一环形冷却通道、第一冷却液输出支路和冷却液输出合路依次连通形成冷却通路，用于冷却电主轴的轴承和电机，而且本技术中，采用支路并联，并与合路串联连通，合理地利用了各个结构的开设冷却液流通的通道的壁厚，同时增加冷却液通道数量，增大冷却液的流量，进而能够将更多的热量带走，减少高热量对轴承和电机的损伤，进而延长轴承和电机的使用寿命，改善轴承和电机冷却效果，保证产品加工精度。
附图说明
18.图1为本技术一实施例的电主轴的结构示意图；
19.图2为一实施例中的电主轴的俯视图；
20.图3为图2中电主轴的a-a截面的剖视图；
21.图4为图2中电主轴的b-b截面的剖视图；
22.图5为图2中电主轴的c-c截面的剖视图；
23.图6为图1中m处放大图；
24.其中，1、电主轴；11、气缸缸体；12、连接座本体；13、顶盖；14、后轴承组件；15、电机壳体；16、挡水套；17、前轴承座；18、前轴承；19、后轴承；20、后轴承座20；21、环形密封组件；22、密封件；23、拉杆；110、冷却液输入合路；120、冷却液输出合路；130、冷却液输入支路；140、第一冷却液输出支路；150、第二冷却液输出支路；160、环形流道；161、缺口；162、隔离结构；163、凸起部；170、第一环形冷却通道；180、第二环形冷却通道；190、第一盲孔；200、第二盲孔；210、第四盲孔；220、通孔；230、凸缘。
具体实施方式
25.下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
26.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。其中，“前”为采用本实施例中的高频超声刀柄进行加工时，靠近加工工件的一端，“后”为背离加工工件的一端。
27.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.请参考图1-图5，本发明一些实施例的超声波电主轴1，从后至前依次设置有气缸缸体11、连接座本体12、顶盖13、后轴承组件14、电机壳体15、前轴承组件以及前端盖组件，电主轴1内部还设置有芯轴组件。电机壳体15呈中空状且前后两端带开口，电机壳体15环设于芯轴组件外周。在芯轴组件与电机壳体15之间，沿着芯轴组件径向，还依次环设有转子和定子，在定子和转子的前后两端设置有前轴承组件和后轴承组件14。后轴承组件14包括后轴承座20及设于后轴承座20内的后轴承19，前轴承组件包括前轴承座17及设于轴承座内的前轴承18。所述后轴承座20的后端部设置有径向凸出的凸缘230，所述后轴承座20通过所述凸缘230与所述顶盖13和所述电机壳体15连接。芯轴组件通过轴承转动穿设于前轴承座17和后轴承座20内，芯轴组件包括拉杆23、碟簧及转子，拉杆23滑动穿设于轴承内，碟簧套设于拉杆23外，拉杆23穿设于电机壳体15中，拉杆23的前端安装有用于夹紧或松开刀具的拉爪组件；转子在定子的磁场作用下带动拉杆23及碟簧相对电机壳体15旋转。连接座本体12
和顶盖13固定连接于后轴承座20的后端并环设于芯轴组件的外周，顶盖13的前端用于连接后轴承座20，连接座本体12的后端用于连接气缸缸体11，以使气缸缸体11能够推动拉杆23前后滑动以实现夹刀或松刀。当然在其他实施例中，为电主轴1整体结构的紧凑，前轴承座17与电机壳体15可一体成型。
31.具体参考图1至图5，本技术实施例提供了一种电主轴1冷却系统，包括：从气缸缸体后端沿电主轴1的轴向延伸至电机壳体15与气缸缸体11之间的连接座本体12中的冷却液输入合路110；从所述连接座本体12中沿电主轴1的轴向延伸到前轴承座17外周的挡水套16的两冷却液输入支路130；从所述电机壳体15沿电主轴1的轴向延伸到所述连接座本体12的两第一冷却液输出支路140，以及从连接座本体12沿电主轴1的轴向延伸至气缸缸体后端的冷却液输出合路 120；两所述冷却液输入支路130并联连接后与所述冷却液输入合路110串联连通；两所述第一冷却液输出支路140并联连接后与所述冷却液输出合路120串联连通。
32.本技术采用支路并联的方式，合理地利用了各个结构的开设冷却液流通的通道的壁厚，增加冷却液通道数量，增大冷却液的流量，进而能够将更多的热量带走，减少高热量对轴承和电机的损伤，延长轴承和电机的使用寿命，改善轴承和电机冷却效果，保证产品加工精度。同时也能快速地将冷却液排出，避免冷却液堆积在电主轴1中，提高了冷却效率。当然在其他实施方式中，同一冷却通道处的支路也可为两个以上，从而进一步增强冷却效果。
33.由于电机运转后轴芯温度升高，将导致电主轴1热伸长，影响加工精度，而且前端轴承组件热伸长对加工精度影响更严重，为避免上述影响，如图4所示，在一种实施方式中，所述电主轴1冷却系统先冷却前轴承组件，两所述冷却液输入支路130从连接座本体12沿轴向从后至前依次贯通了电主轴1顶盖13、凸缘230和电机壳体15，延伸至前轴承座17的挡水套16；所述挡水套16环设于所述前轴承座17的外周，所述前轴承座17与所述挡水套16之间设置有第一环形冷却通道170，所述冷却液输入支路130与所述第一环形冷却通道170连通。具体的，在挡水套16上沿前轴承组件的径向开设有两个第一盲孔190，所述第一盲孔190的两端分别与冷却液输入支路130和第一环形冷却通道170连通，即两冷却液输入支路130和第一环形冷却通道170通过对应的第一盲孔190连通。从冷却液输入合路110进入的冷却液流经两冷却液输入支路130后进入第一环形冷却通道170，对前轴承18进行冷却，而且由于冷却液输入支路130有两个，所以冷却液流量加倍，进一步增强冷却效果，防止电主轴1前端的热伸长，保证产品加工精度。在本实施例中，所述前轴承座17上沿径向凹陷形成环形凹槽，所述环形凹槽与其外周环绕的挡水套16的内侧壁共同围成第一环形冷却通道170。
34.在冷却前轴承组件后，为接着冷却电机，如图1和3所示，所述电主轴1 的冷却系统还包括两第二冷却液输出支路150和冷却液流道，第二冷却液输出支路150从挡水套16沿轴向延伸至电机壳体15，冷却液流道设置在电机壳体 15上，用于冷却电机，且第二冷却液输出支路150分别与第一环形冷却通道170 和冷却液流道连通。冷却前轴承组件后，冷却液流经两第二冷却液输出支路150 后进入冷却液流道，从而冷却电机。具体的，在挡水套16上沿电主轴1的径向开设两个第二盲孔200，所述第二盲孔200的两端分别与第二冷却液输出支路 150和第一环形冷却通道170连通，即两第二冷却液输出支路150和第一环形冷却通道170通过对应的第二盲孔200连通。以及在电机壳体15上也开设有径向的两个第三盲孔(图中未示出)，所述第三盲孔的两端分别与第二冷却液输出支路150和冷却液流道连通。
35.在本实施例中，如图3和6所示，所述冷却液流道开设在电机壳体15的外部，其包括
多个互相平行且依次贴紧的环形流道160，且相邻两个环形流道160 之间设置有环形凸起的隔离结构162，隔离结构162上设置有连通相邻两环形流道160的缺口161，且相邻两隔离结构162上的缺口161分列于电机壳体15的相对两侧，以使冷却液在通过缺口161后分成两部分绕电机壳体在环形流道160 中流动，然后在电机壳体的另一侧汇合通过另一缺口161进入相邻的环形流道 160中，以使得冷却液能够绕电机壳体充分流动，进而实现更为均匀的对电机壳体内部的组件进行冷却。所述冷却液流道与电机壳体15外围的壳体(未图示) 内壁围成封闭的冷却液通道。当然在其他实施方式中，所述冷却液流道也可为螺旋型设置。
36.如图6所示，为了能够更为均匀地冷却电机壳体内的组件，缺口161中部设置有沿径向向外延伸的凸起部163，即隔离缺口161包括两个底面，且两底面相互连接处向上凸起，使得两底面之间具有一定角度，该凸起部163能够对环形流道160中的冷却液流体进行分流，相当于对既定的冷却液流动造成一定干扰，即对流动的冷却液流体造成一定的扰流，冷却液流体在向下一个环形流道流动过程中，避免在缺口161靠近隔离结构162处的冷却液流量较小，或者避免冷却液不经过靠近隔离结构162的缺口161附近，使得冷却液能够较为均匀地在环形流道中流动，即流动的冷却液能够较为均匀地覆盖在环形流道上，以实现更为均匀地冷却电机壳体15内的组件。
37.进一步的，如图3和5所示，冷却电机后，为冷却后轴承组件14，所述后轴承座20与所述电机壳体15之间设置有第二环形冷却通道180，所述冷却液流道和两所述第一冷却液输出支路140分别与所述第二环形冷却通道180连通。所述第一冷却液输出支路140从电机壳体15沿轴向贯穿后轴承座20的凸缘230 后延伸至连接座本体12。具体的，在电机壳体15的后部开设有两个通孔220，所述通孔220两端分别连接第二环形冷却通道180和冷却液流道，即冷却液流道和第二环形冷却通道180通过两个通孔220连通，保证冷却液快速通过，以及在电机壳体15的后部开设有两个径向的第四盲孔210，所述第四盲孔210两端分别连接第二环形冷却通道180和第一冷却液输出支路140。
38.进一步的，如图3-5所示，所述冷却液输入合路110、两冷却液输入支路130、两第二冷却液输出支路150、冷却液流道、两第一冷却液输出支路140和冷却液输出合路120贯通的各个结构在贴合面处设置有若干密封件22，若干所述密封件22分别设置于相应贯通结构单元的各贴合面处，从而保证冷却液通道在贯通的相邻结构单元处冷却液不易泄露，进而保证冷却效果，并防止冷却液进入电主轴1内部，从而保证电主轴1正常工作。
39.而且，如图4-5所示，在前轴承座和后轴承座20的前后两端均设置有环形密封组件21，用于密封第一环形冷却通道170和第二环形冷却通道180，保证冷却液在环形通道中流通，不易于泄露，进而保证轴承的冷却效果。以及电机壳体15的前后两端也均设置有环形密封组件(图中未示出)，用于密封冷却液流道，以保证冷却液在冷却液流道流通，并保证电机的冷却效果。当然在其他实施例中，也可在与前轴承座相贴合的挡水套上设置用于密封第一环形冷却通道的环形密封组件，或是与后轴承座20相贴合的电机壳体上设置用于密封第二环形冷却通道的环形密封组件，同样能够达到密封环形冷却通道的效果。
40.在一种实施方式中，如图3所示，冷却液输入合路110的内径大于冷却液输入支路130的内径；冷却液输出合路120的内径大于第一冷却液输出支路140 的内径，且大于第二冷却液输出支路150的内径，以便于输入更多流量的冷却液以及排出更多流量的吸收热量后的冷却液体，使得更多的冷却液能够对轴承和电机进行冷却，以便于带走轴承和电机上
更多的热量，进而改善轴承和电机的冷却效率。而且冷却液输入合路110和冷却液输出合路120设置在气缸缸体中，所以最大化的有效利用了气缸缸体。
41.在另一实施例中，为避免冷却液通道中水压过大损坏电机壳体结构，或者水流量过小导致冷却不足，冷却液输入合路110的横截面积等于两冷却液输入支路130的横截面积之和，冷却液输出合路120的横截面积等于两第一冷却液输出支路140的横截面积之和，且也等于两第二冷却液输出支路150的横截面积之和。这种情况下，冷却液输入合路中的冷却液流量等于两冷却液输入支路中的冷却液流量，以及冷却液输出合路中的冷却液流量等于两第一冷却液输出支路中的冷却液流量之和，且等于两第二冷却液输出支路中的冷却液流量之和，冷却液通道中水压稳定且适中，保证充分冷却电机和轴承，提高冷却效率。
42.本技术实施例还提供了一种电主轴1，包括本技术实施例中任一实施方式所述的电主轴1冷却系统。
43.本技术实施例还提供了一种机床，包括本技术实施例中的电主轴1。
44.本技术中，冷却液输入合路110、两冷却液输入支路130、第一环形冷却通道170、两第二冷却液输出支路150、冷却液流道、第二环形冷却通道180、两第一冷却液输出支路140和冷却液输出合路120依次串联连通，冷却液依次流过上述路径，完成了先冷却前轴承组件，然后依次冷却电机和后轴承组件14，即实现了电主轴1的冷却，而且同一冷却液依次冷却前轴承18、电机和后轴承 19，充分利用冷却液，提高了冷却效率。以及合路的内径大于支路，且两支路并联后与合路串联，相对于现有技术中单通路的冷却系统，充分利用电主轴1 的有效空间，冷却效果更佳，改善了电主轴1的加工精度。
45.上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。