一种环向冷却与轴向冷却串联的主轴冷却结构及机床

1.本发明涉及机床主轴冷却技术领域，尤其涉及机床主轴鼻端最大限度接近工件的主轴冷却结构及机床。


背景技术：

2.随着制造业的飞速发展，市场对数控加工中心性能有了更高要求，不仅要求主轴转速高，而且要求主轴温升小，保持数控加工中心的加工精度。数控加工中心都是通过主轴带动刀具高速旋转，从而实现工件加工。主轴在高速旋转时，一方面主轴带动刀具切削零件会产生大量的热，另一方面轴承高速旋转也产生大量的热，最终导致主轴的温度升高；进而会影响加工中心的加工精度，为了给主轴降温，在主轴套内增加了冷却系统，通过冷却系统对主轴散热降温。现有的主轴冷却系统主要有两种，一种是在主轴套的外圆柱面设置螺旋冷却槽，主轴套安装在主轴套座后，冷却槽与主轴套座的内圈壁形成冷却回路；另一种是主轴套轴向方向设置串联的冷却孔，主轴套两端设置法兰盘，法兰盘上设置扇形槽，主轴套上的轴向孔通过两端法兰盘上的扇形槽依次串联起来形成冷却回路；然而这两种冷却方式仅适用于主轴鼻端距主轴套座安装面距离非常近，轴承位置在冷却槽的冷却范围之内。然而，大量复杂工件要求主轴鼻端与工件非常接近，一般要求主轴鼻端与主轴套座安装面距离100
‑
200mm之间，从而使主轴前端轴承远离冷却槽冷却范围，很难降低主轴前端温升。
3.此外，现有螺旋冷却槽的形式一般是设置在主轴套的外圆柱面上，主轴套安装面距主轴端面较远，主轴前轴承不在螺旋冷却槽的冷却范围内，主轴前轴承处的热量不能及时散发，影响主轴加工精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供数控加工中心主轴的冷却结构，旨在解决主轴鼻端与主轴套座安装面距离较大，主轴前端轴承远离冷却槽冷却范围，很难降低主轴前端温升的问题。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提出了一种环向冷却与轴向冷却串联的主轴冷却结构，主要包括主轴套、主轴套座、法兰盘、端面密封圈、径向密封圈；所述主轴套的中部设有一圈凸起，该凸起一侧与套装在主轴套上的主轴套座相连，且主轴套座两端与主轴套之间通过径向密封圈密封；位于凸起另一侧的主轴套端面与法兰盘相连，且两者之间通过端面密封圈密封；装入主轴套座内的主轴套外圆柱面的两端设有密封圈槽，该密封圈槽用于安装所述的径向密封圈，在两个密封圈槽之间的主轴套段上设有环向冷却管路，在主轴套的剩余段设有轴向孔冷却管路，所述的轴向孔冷却管路的一端与环向冷却管路串联在一起，形成循环式冷却回路，另一端与法兰盘上的扇形槽连通。
7.作为进一步的技术方案，所述的环向冷却管路包括从主轴套座中间位置开始向一端依次设置的第一环形槽、若干主轴套座扇形槽、中间环形槽、螺旋冷却槽、第二环形槽。
8.作为进一步的技术方案，所述的第一环形槽与位于主轴套座的冷却液进口连通；
第二环形槽与位于主轴套座冷却液出口连通。
9.作为进一步的技术方案，所述的主轴套座扇形槽沿着主轴套的圆周方向设置。
10.作为进一步的技术方案，所述的轴向孔冷却管路包括第一轴向孔、第二轴向孔和第三轴向孔；所述的第一轴向孔通过第一径向孔与第一环形槽连通；第二轴向孔通过第二径向孔与第二环形槽连通；第三轴向孔与第三径向孔与主轴套座扇形槽连通。
11.作为进一步的技术方案，第三轴向孔、第三径向孔、主轴套座扇形槽的个数相等。
12.作为进一步的技术方案，所述的第一环形槽、若干主轴套座扇形槽、中间环形槽、螺旋冷却槽、第二环形槽、第一轴向孔、第二轴向孔和第三轴向孔和法兰盘扇形槽的通径大小一致。
13.作为进一步的技术方案，在主轴套座上还设有排液孔，所述的排液孔位于主轴套座与主轴套的非配合段。
14.第二方面，本发明还提供了一种机床，包括所述的主轴冷却结构和主轴，所述的主轴通过轴承与主轴套配合。
15.所述冷却回路位于所述径向密封圈和端面密封圈之间。所述螺旋冷却槽处的冷却管路与所述若干轴向孔串联而成的冷却管路串联组成完整的冷却回路，使得进入所述冷却回路的冷却液呈循环式流动。
16.本发明的有益效果是：
17.1、本发明实现了主轴套上环向冷却管路和轴向孔冷却管路的串联连接，结构紧凑，在有限的空间内实现了主轴冷却回路的设计，实现了主轴前端轴承的冷却；
18.2、本发明提供的主轴冷却结构与现有主轴冷却结构相比，可降低主轴温升5～8℃，主轴温升降低了30％～40％，极大的保证了加工中心的加工精度；
19.3、本发明设置的第一环形槽和第二环形槽分别与冷却液进口和冷却液出口相连通，冷却液进口和冷却液出口可根据具体结构在圆周方向任意360
°
位置设置；若干主轴套座扇形槽扇形角的大小与轴向孔的疏密有关，轴向孔越密冷却效果越好，轴向孔的设计在结构允许的情况下尽量密，保证了主轴前端的冷却效果；中间环形槽与第一径向孔连通，第一径向孔可根据具体结构在圆周方向任意360
°
位置设置；螺旋冷却槽主要冷却主轴套的热量，进而冷却主轴后端轴承。
20.4、主轴冷却结构上的管路通径设计成大小相同，保证冷却管路中的冷却液匀速流动；
21.5、法兰盘扇形槽外围端面密封槽使用的密封圈为标准o型密封圈，经过计算密封槽轮廓线长度，选择合适的标准o型密封圈，保证其更换的及时性和良好的密封性能。
附图说明
22.构成本发明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。
23.图1为本发明提供的结构爆炸图。
24.图2为本发明提供的主视图。
25.图3为本发明提供的右视图。
26.图4为本发明提供的a
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a剖视结构示意图。
27.图5为本发明提供的冷却液进入法兰盘扇形槽b
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b剖视图。
28.图6为本发明提供的主轴套扇形槽c
‑
c剖视图。
29.图7为本发明提供的法兰盘扇形槽d
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d剖视图。
30.图8为本发明提供的冷却液自法兰盘扇形槽进入中间环形槽e
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e剖视图。
31.图9为本发明提供的图5中f局部放大图。
32.图中：1端面密封圈、2法兰盘、3第一圆柱滚子轴承、4主轴轴承、5主轴套、6右径向密封圈、7主轴套座、8第二圆柱滚子轴承、9冷却液进口、10右环形槽、11冷却液进口径向孔、12第一轴向孔、13法兰盘扇形槽、14第二轴向孔、15第一径向孔、16中间环形槽、17螺旋槽、18左环形槽、19左径向密封圈、20冷却液出口、21泄露口、22第三轴向孔、23第二径向孔、24主轴套扇形槽、25第三径向孔。
具体实施方式
33.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.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发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，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；
35.为了方便叙述，本发明中如果出现“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。
36.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种环向冷却与轴向冷却串联的主轴冷却结构及机床，所述装入主轴套座内的主轴套外圆柱面自右至左依次设有右环形槽、若干均匀布置的扇形槽、中间环形槽、螺旋冷却槽、左环形槽，所述螺旋槽通过中间环形槽和径向孔与一个轴向孔串联，所述主轴套上扇形槽通过径向孔与轴向孔串联，所述的螺旋冷却槽、环形槽、扇形槽、径向密封圈、主轴套座孔形成主轴套左端冷却管路；所述主轴套的右端设有若干轴向孔，所述轴向孔通过法兰盘上的扇形槽与端面密封圈和外圆柱面上的扇形槽依次串联连接形成冷却管路；所述螺旋冷却槽处的冷却管路通过中间环形槽、径向孔、轴向孔与所述若干轴向孔处的冷却管路串联连通组成完整的冷却回路，使得进入所述冷却管路的冷却液呈循环式流动；所述装入主轴套安装座内的主轴套外圆柱面左右设有两套径向密封圈，主轴套另一端与法兰盘连接处设有若干端面密封圈，所述冷却回路位于所述径向密封圈和端面密封圈之间。
37.本发明提出的螺旋槽与若干轴向孔串联的主轴冷却结构，主要由端面密封圈1、法兰盘2、主轴轴承4、主轴套5、右径向密封圈6、主轴套座7、冷却液进口9、右环形槽10、冷却液进口径向孔11、第一轴向孔12、法兰盘扇形槽13、第二轴向孔14、第一径向孔15、中间环形槽16、螺旋槽17、左环形槽18、左径向密封圈19、冷却液出口20、泄露口21、第三轴向孔22、第二径向孔23、主轴套扇形槽24、第三径向孔25等组成，具体结构如下：
38.在本发明的一个实施例中，如图4～图8所示，螺旋槽与若干轴向孔串联的主轴冷却结构，本发明设有若干法兰盘扇形槽13、若干第三轴向孔22、若干第三径向孔25、若干主轴套扇形槽24、一个第一轴向孔12和一个第二轴向孔14。
39.装入主轴套座7内的主轴套5外圆柱面左右两端设有密封圈槽，两密封圈槽之间自右至左依次设有右环形槽10、若干主轴套扇形槽24、中间环形槽16、螺旋槽17和左环形槽18，所述主轴套扇形槽24在主轴套的环形端面上均匀布置，具体参见图6；右环形槽10与冷却液进口9相连通，冷却液进口9设置在主轴套座7；左环形槽18与冷却液出口20相连通，冷却液进口9设置在主轴套座7；所述的右径向密封圈6、右环形槽10、若干主轴套扇形槽24、中间环形槽16、螺旋槽17、左环形槽18、左径向密封圈19、主轴套座7孔形成主轴套左端冷却管路；
40.所述主轴套5右端设有若干均布的第三轴向孔22、一个第一轴向孔12和一个第二轴向孔14，其中，第一轴向孔12的一端通过冷却液进口径向孔11与右环形槽10连通，另一端与所述法兰盘扇形槽13连通；第二轴向孔14的一端通过第一径向孔15与中间环形槽16连通，另一端与所述法兰盘扇形槽13连通；所述第三轴向孔22的一端通过径向孔23与主轴套扇形槽24连通，另一端与所述法兰盘扇形槽13连通，若干法兰盘扇形槽13、第三轴向孔22、径向孔23和主轴套扇形槽24依次按顺序连通，所述与主轴套5连接端的法兰盘2端面设有若干扇形槽，所述法兰盘扇形槽13对应扇形槽外围设有端面密封槽，通过计算得出密封槽的周长，从而选择合适的标准o型密封圈作为端面密封圈1。所述冷却液进口径向孔11、第一轴向孔12、若干法兰盘扇形槽13、若干端面密封圈1、若干第三轴向孔22、若干径向孔23、若干主轴套扇形槽24形成主轴套5右端的冷却管路。所述主轴套5左右端的冷却管路通过中间环形槽16、第一径向孔15和第二轴向孔14连通组成完整的循环冷却回路，使得进入所述冷却回路的冷却液呈循环式流动。所述冷却回路位于所述右径向密封圈6、若干端面密封圈1和左径向密封圈19之间，通过径向密封圈和端面密封圈实现可靠密封。
41.所述环形槽、螺旋槽17、主轴套扇形槽24、轴向孔和法兰盘扇形槽13设计为通径大小一致，便于冷却液的匀速流通，并且根据所要求的主轴温升设计合适的冷却通径。
42.本实施例中设置的右环形槽10和左环形槽18分别与冷却液进口和冷却液出口相连通，冷却液进口和冷却液出口可根据具体结构在圆周方向任意360
°
位置设置；若干主轴套座扇形槽扇形角的大小与轴向孔的疏密有关，轴向孔越密冷却效果越好，轴向孔的设计在结构允许的情况下尽量密，保证了主轴前端的冷却效果；中间环形槽16与第一径向孔连通，第一径向孔可根据具体结构在圆周方向任意360
°
位置设置；螺旋槽17的作用主要是冷却主轴套的热量，进而冷却主轴后端轴承。
43.冷却液流动顺序如下：
44.如图4所示，冷却液自冷却液进口9进入右环形槽10；如图5所示，再通过冷却液进口径向孔11进入第一轴向孔12；如图7所示，然后通过法兰盘扇形槽13进入第三轴向孔22；如图6所示，再通过第二径向孔23进入主轴套扇形槽24，冷却液依次通过若干主轴套扇形槽24、若干第三径向孔25、若干第三轴向孔22，若干法兰盘扇形槽13，进入第二轴向孔14，再通过第一径向孔15进入中间环形槽16，中间环形槽16、螺旋槽17和左环形槽18相连通，最后冷却液依次通过中间环形槽16、螺旋槽17和左环形槽18进入冷却液出口20，冷却液出口20接入冷却装置(图中未标出)的入口，冷却装置的出口接入冷却液进口9，至此一个完整的冷却
循环完成。
45.此外，本实施里还提出了一种机床，其包括一个主轴和上述的主轴套以及配套的结构，所述主轴套内安装有主轴和轴承，主轴和轴承的热量通过主轴套上冷却回路中冷却液带走。
46.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。