用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置的製作方法
2023-05-16 22:42:16
專利名稱：用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置的製作方法
技術領域：
用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種用於控制立式加工工具機(包括立式加工中心、立式車床、 鑽床和銑床等)主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，屬於工具機熱設計技術領域。
背景技術：
[0002]為提高工具機的生產效率，主軸向著高速化大功率方向發展，主軸軸承與驅動電 機產生較大熱量，導致工具機部件產生不均勻的溫度場從而產生熱變形，熱效應嚴重影響 機加工的精度。軸承產生的熱量可以通過油氣潤滑的壓縮空氣帶走，這種方式能夠有效 減少傳遞到工具機主軸箱的熱量；而電機產生的熱量除了自帶冷卻風扇吹散一部分，剩下 的大部分則通過電機端面轉移到主軸箱，使得主軸箱產生不均勻的溫度場，結構發生熱 變形，導致主軸端面漂移。為了消除熱效應對工具機加工精度的影響，目前最有效的途徑 是通過建立具體工具機的熱誤差模型，預測熱誤差並在數控系統中實現實時補償，但是需 要許多溫度傳感器及相應的數據採集系統且所建立的熱誤差模型不具有通用性，實施成 本很高，未得到廣泛應用。[0003]相對於熱誤差補償，採用冷卻空氣強迫對流換熱，具有技術方案簡單，適應性 好，維護簡單等優點，可以廣泛用於立式加工工具機，提高其熱穩定性。實用新型內容[0004]本實用新型針對立式加工工具機主軸箱熱態特性存在的問題，提供一種用於控制 立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，該裝置通過在主軸電機外圍、主軸箱 以及立柱三者之間形成循環通風道，並採用冷卻風扇對驅動主軸的主軸電機和工具機主軸 箱部件進行強迫空氣冷卻，降低主軸箱系統的溫度，達到提高工具機熱穩定性的目的。[0005]為實現以上的技術目的，本實用新型將採取以下的技術方案[0006]一種用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，包括主軸電 機、主軸箱以及立柱，所述主軸箱上封接有罩體，所述主軸電機置於罩體內，且主軸電 機通過固定塊支撐於主軸箱上，所述立柱、主軸箱以及罩體三者之間兩兩貫通設置，且 罩體上開設有罩體通風孔，並於該罩體通風孔處安裝冷卻風扇，所述冷卻風扇與風扇旋 轉驅動裝置的輸出端連接，另外，所述主軸箱上開設有主軸箱通風孔，而立柱上則開設 有立柱通風孔。[0007]進一步地，所述風扇旋轉控制裝置包括風扇驅動電機以及控制器，所述控制器 根據安裝於工具機上的溫度傳感器所反饋的溫度信息控制風扇驅動電機的轉速。[0008]進一步地，所述固定塊為隔熱塊或者散熱塊。[0009]進一步地，所述冷卻風扇為軸流風扇。[0010]根據以上的技術方案，可以實現以下的有益效果[0011]1、本實用新型通過在主軸箱上封接罩體，並將主軸電機通過固定塊安裝於罩 體內的主軸箱體上，同時，將立柱、主軸箱以及罩體三者之間兩兩貫通設置，另所述立柱、主軸箱以及罩體上皆分別開設通風孔，並在罩體上所設置的罩體通風孔處安裝冷卻 風扇，因此，本實用新型所述的立柱、主軸箱以及罩體三者之間形成了一個強制空氣流 動的迴路，能夠有效地降低主軸箱溫升，同時大幅度提高工具機的熱穩定性；[0012]2、本實用新型將主軸箱和主軸電機之間的固定塊設置具有隔熱(或散熱)作 用，以減少主軸電機發熱後向主軸箱熱量傳遞，保證主軸箱溫度分布均勻，進一步提高 工具機的熱穩定性；[0013]3、本實用新型所述風扇旋轉控制裝置包括風扇驅動電機以及控制器，所述控制 器根據安裝於工具機上的溫度傳感器所反饋的溫度信息控制風扇驅動電機的轉速，因此， 可以通過在工具機的關鍵部位安裝溫度傳感器，則根據該工具機關鍵部位的工作溫升自動調 節冷卻風扇的轉速，從而自動調節所述立柱、主軸箱以及罩體三者之間所形成通風道內 的風速，調節冷卻速率；比如在主軸箱箱體的頂部和立柱的導軌處安裝傳感器，實時地 檢測主軸箱體頂部和立柱導軌處的工作溫度，當溫度超過某一設定值時，在控制器的控 制下，冷卻風扇將會啟動，同時，控制器可以根據溫升趨勢，調節冷卻風扇速度。
[0014]圖1是本實用新型的結構示意圖；[0015]圖&是現有技術中主軸箱熱變形的狀態示意圖；[0016]圖沈是應用本實用新型所述技術方案進行冷卻的主軸箱熱變形的狀態示意圖；[0017]其中，罩體1、冷卻風扇2、主軸電機3、固定塊4、主軸箱5、立柱6。[0018]圖中hi h9為在立柱與主軸箱上分別開設的通風孔，箭頭代表冷卻風扇運轉後 空氣的流動方向。
具體實施方式
[0019]附圖非限制性地公開了本實用新型一個優選實施例的結構示意圖，以下將結合 附圖詳細地說明本實用新型的技術方案。[0020]如圖1所示，本實用新型所述用於控制立式加工工具機主軸箱5熱變形的新型空氣 冷卻裝置，包括主軸電機3、主軸箱5以及立柱6，所述主軸箱5上封接有罩體1，所述 主軸電機3置於罩體1內，且主軸電機3通過固定塊4支撐於主軸箱5上，所述固定塊4 為隔熱塊或者散熱塊，所述立柱6、主軸箱5以及罩體1三者之間兩兩貫通設置，且罩體 1上開設有罩體通風孔，並於該罩體通風孔處安裝冷卻風扇2，所述冷卻風扇2為軸流風 扇，且冷卻風扇2與風扇旋轉驅動裝置的輸出端連接，所述風扇旋轉控制裝置包括風扇 驅動電機以及控制器，所述控制器根據安裝於工具機上的溫度傳感器所反饋的溫度信息控 制風扇驅動電機的轉速；另外，所述主軸箱5上開設有主軸箱通風孔，而立柱6上則開設 有立柱通風孔。[0021]由此可知，本實用新型主軸箱5外圍布置罩體1，形成封閉空間，在罩體1上端 開設罩體通風孔，並於該罩體通風孔處安裝冷卻風扇2，在主軸箱5適當部位開通風孔， 用隔熱塊將主軸電機3與主軸箱5隔開，使得主軸箱5與罩體1之間貫通，從而與罩體1 上的罩體通風孔形成通風道，同時立柱6與主軸箱5貫通連接，使空氣按本項目設計的路 線流動，強迫冷卻主軸電機3、主軸箱5和立柱6導軌。冷卻風扇2選用軸流式風扇，其轉速可根據工具機關鍵部位的工作溫升自動調節。如實時地檢測主軸箱5體頂部和立柱 6導軌處的工作溫度，當溫度超過某一設定值，風扇將會啟動，並根據溫升趨勢，調節風 扇速度。[0022]通過本實用新型所述的強迫空氣冷卻裝置，能夠有效地降低主軸箱5溫升，大 幅度提高工具機的熱穩定性。另外，本實用新型所述的技術方案可用於立式加工中心、立 式車床、鑽床和銑床等立式工具機。[0023]以某加工中心主軸箱5為例，圖&公開了現有技術中主軸箱5熱變形的狀態示意 圖，而圖2b則公開了安裝本實用新型所述強迫空氣冷卻裝置後主軸箱5熱變形的狀態示 意圖，根據圖&和圖2b的對比可知，主軸箱5系統整體溫升降低，主軸箱5體配合面溫 度下降，使得頂面到底面間的溫差明顯減小，最終主軸端面的位移量降低了 20%左右。
權利要求1.一種用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，包括主軸電機、 主軸箱以及立柱，其特徵在於，所述主軸箱上封接有罩體，所述主軸電機置於罩體內， 且主軸電機通過固定塊支撐於主軸箱上，所述立柱、主軸箱以及罩體三者之間兩兩貫通 設置，且罩體上開設有罩體通風孔，並於該罩體通風孔處安裝冷卻風扇，所述冷卻風扇 與風扇旋轉驅動裝置的輸出端連接，另外，所述主軸箱上開設有主軸箱通風孔，而立柱 上則開設有立柱通風孔。
2.根據權利要求1所述用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，其 特徵在於，所述風扇旋轉控制裝置包括風扇驅動電機以及控制器，所述控制器根據安裝 於工具機上的溫度傳感器所反饋的溫度信息控制風扇驅動電機的轉速。
3.根據權利要求1所述用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，其 特徵在於，所述固定塊為隔熱塊或者散熱塊。
4.根據權利要求1所述用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，其 特徵在於，所述冷卻風扇為軸流風扇。
專利摘要本實用新型公開了一種用於控制立式加工工具機主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，包括主軸電機、主軸箱以及立柱，所述主軸箱上封接有罩體，所述主軸電機置於罩體內，且主軸電機通過固定塊支撐於主軸箱上，所述立柱、主軸箱以及罩體三者之間兩兩貫通設置，且罩體上開設有罩體通風孔，並於該罩體通風孔處安裝冷卻風扇，所述冷卻風扇與風扇旋轉驅動裝置的輸出端連接，另外，所述主軸箱上開設有主軸箱通風孔，而立柱上則開設有立柱通風孔，因此，本實用新型所述的立柱、主軸箱以及罩體三者之間形成了一個強制空氣流動的迴路，能夠有效地降低主軸箱溫升，同時大幅度提高工具機的熱穩定性。
文檔編號B23B19/00GK201807743SQ20102024948
公開日2011年4月27日 申請日期2010年7月2日 優先權日2010年7月2日
發明者蔣書運, 閔祥 申請人:東南大學