專利名稱：用于控制立式加工機(jī)床主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制立式加工機(jī)床(包括立式加工中心、立式車床、鉆床和 銑床等)主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，屬于機(jī)床熱設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，主軸向著高速化大功率方向發(fā)展，主軸軸承與驅(qū)動電機(jī) 產(chǎn)生較大熱量，導(dǎo)致機(jī)床部件產(chǎn)生不均勻的溫度場從而產(chǎn)生熱變形，熱效應(yīng)嚴(yán)重影響機(jī)加 工的精度。軸承產(chǎn)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 遞到機(jī)床主軸箱的熱量；而電機(jī)產(chǎn)生的熱量除了自帶冷卻風(fēng)扇吹散一部分，剩下的大部分 則通過電機(jī)端面轉(zhuǎn)移到主軸箱，使得主軸箱產(chǎn)生不均勻的溫度場，結(jié)構(gòu)發(fā)生熱變形，導(dǎo)致主 軸端面漂移。為了消除熱效應(yīng)對機(jī)床加工精度的影響，目前最有效的途徑是通過建立具體 機(jī)床的熱誤差模型，預(yù)測熱誤差并在數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時補(bǔ)償，但是需要許多溫度傳感器 及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)且所建立的熱誤差模型不具有通用性，實(shí)施成本很高，未得到廣泛 應(yīng)用。相對于熱誤差補(bǔ)償，采用冷卻空氣強(qiáng)迫對流換熱，具有技術(shù)方案簡單，適應(yīng)性好， 維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用于立式加工機(jī)床，提高其熱穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對立式加工機(jī)床主軸箱熱態(tài)特性存在的問題，提供一種用于控制立式加 工機(jī)床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(jī)外圍、主軸箱以及立柱 三者之間形成循環(huán)通風(fēng)道，并采用冷卻風(fēng)扇對驅(qū)動主軸的主軸電機(jī)和機(jī)床主軸箱部件進(jìn)行 強(qiáng)迫空氣冷卻，降低主軸箱系統(tǒng)的溫度，達(dá)到提高機(jī)床熱穩(wěn)定性的目的。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案一種用于控制立式加工機(jī)床主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，包括主軸電機(jī)、 主軸箱以及立柱，所述主軸箱上封接有罩體，所述主軸電機(jī)置于罩體內(nèi)，且主軸電機(jī)通過固 定塊支撐于主軸箱上，所述立柱、主軸箱以及罩體三者之間兩兩貫通設(shè)置，且罩體上開設(shè)有 罩體通風(fēng)孔，并于該罩體通風(fēng)孔處安裝冷卻風(fēng)扇，所述冷卻風(fēng)扇與風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的輸 出端連接，另外，所述主軸箱上開設(shè)有主軸箱通風(fēng)孔，而立柱上則開設(shè)有立柱通風(fēng)孔。進(jìn)一步地，所述風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)控制裝置包括風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)以及控制器，所述控制器根 據(jù)安裝于機(jī)床上的溫度傳感器所反饋的溫度信息控制風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。進(jìn)一步地，所述固定塊為隔熱塊或者散熱塊。進(jìn)一步地，所述冷卻風(fēng)扇為軸流風(fēng)扇。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果1、本發(fā)明通過在主軸箱上封接罩體，并將主軸電機(jī)通過固定塊安裝于罩體內(nèi)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(shè)置，另所述立柱、主軸箱以及 罩體上皆分別開設(shè)通風(fēng)孔，并在罩體上所設(shè)置的罩體通風(fēng)孔處安裝冷卻風(fēng)扇，因此，本發(fā)明
3所述的立柱、主軸箱以及罩體三者之間形成了一個強(qiáng)制空氣流動的回路，能夠有效地降低 主軸箱溫升，同時大幅度提高機(jī)床的熱穩(wěn)定性；2、本發(fā)明將主軸箱和主軸電機(jī)之間的固定塊設(shè)置具有隔熱(或散熱)作用，以減 少主軸電機(jī)發(fā)熱后向主軸箱熱量傳遞，保證主軸箱溫度分布均勻，進(jìn)一步提高機(jī)床的熱穩(wěn) 定性；3、本發(fā)明所述風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)控制裝置包括風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)以及控制器，所述控制器根據(jù) 安裝于機(jī)床上的溫度傳感器所反饋的溫度信息控制風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，可以通過 在機(jī)床的關(guān)鍵部位安裝溫度傳感器，則根據(jù)該機(jī)床關(guān)鍵部位的工作溫升自動調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇 的轉(zhuǎn)速，從而自動調(diào)節(jié)所述立柱、主軸箱以及罩體三者之間所形成通風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速，調(diào)節(jié)冷 卻速率；比如在主軸箱箱體的頂部和立柱的導(dǎo)軌處安裝傳感器，實(shí)時地檢測主軸箱體頂部 和立柱導(dǎo)軌處的工作溫度，當(dāng)溫度超過某一設(shè)定值時，在控制器的控制下，冷卻風(fēng)扇將會啟 動，同時，控制器可以根據(jù)溫升趨勢，調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇速度。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a是現(xiàn)有技術(shù)中主軸箱熱變形的狀態(tài)示意圖；圖2b是應(yīng)用本發(fā)明所述技術(shù)方案進(jìn)行冷卻的主軸箱熱變形的狀態(tài)示意圖；其中，罩體1、冷卻風(fēng)扇2、主軸電機(jī)3、固定塊4、主軸箱5、立柱6。圖中hi M為在立柱與主軸箱上分別開設(shè)的通風(fēng)孔，箭頭代表冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)后 空氣的流動方向。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開了本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，以下將結(jié)合附圖詳 細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，本發(fā)明所述用于控制立式加工機(jī)床主軸箱5熱變形的新型空氣冷卻 裝置，包括主軸電機(jī)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(jī)3 置于罩體1內(nèi)，且主軸電機(jī)3通過固定塊4支撐于主軸箱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(shè)置，且罩體1上開設(shè)有罩體通 風(fēng)孔，并于該罩體通風(fēng)孔處安裝冷卻風(fēng)扇2，所述冷卻風(fēng)扇2為軸流風(fēng)扇，且冷卻風(fēng)扇2與風(fēng) 扇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的輸出端連接，所述風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)控制裝置包括風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)以及控制器，所 述控制器根據(jù)安裝于機(jī)床上的溫度傳感器所反饋的溫度信息控制風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速；另 外，所述主軸箱5上開設(shè)有主軸箱通風(fēng)孔，而立柱6上則開設(shè)有立柱通風(fēng)孔。由此可知，本發(fā)明主軸箱5外圍布置罩體1，形成封閉空間，在罩體1上端開設(shè)罩體 通風(fēng)孔，并于該罩體通風(fēng)孔處安裝冷卻風(fēng)扇2，在主軸箱5適當(dāng)部位開通風(fēng)孔，用隔熱塊將 主軸電機(jī)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(fēng) 孔形成通風(fēng)道，同時立柱6與主軸箱5貫通連接，使空氣按本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的路線流動，強(qiáng)迫冷 卻主軸電機(jī)3、主軸箱5和立柱6導(dǎo)軌。冷卻風(fēng)扇2選用軸流式風(fēng)扇，其轉(zhuǎn)速可根據(jù)機(jī)床關(guān) 鍵部位的工作溫升自動調(diào)節(jié)。如實(shí)時地檢測主軸箱5體頂部和立柱6導(dǎo)軌處的工作溫度， 當(dāng)溫度超過某一設(shè)定值，風(fēng)扇將會啟動，并根據(jù)溫升趨勢，調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度。
通過本發(fā)明所述的強(qiáng)迫空氣冷卻裝置，能夠有效地降低主軸箱5溫升，大幅度提 高機(jī)床的熱穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明所述的技術(shù)方案可用于立式加工中心、立式車床、鉆床和 銑床等立式機(jī)床。以某加工中心主軸箱5為例，圖2a公開了現(xiàn)有技術(shù)中主軸箱5熱變形的狀態(tài)示意 圖，而圖2b則公開了安裝本發(fā)明所述強(qiáng)迫空氣冷卻裝置后主軸箱5熱變形的狀態(tài)示意圖， 根據(jù)圖2a和圖2b的對比可知，主軸箱5系統(tǒng)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(quán)利要求
一種用于控制立式加工機(jī)床主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，包括主軸電機(jī)、主軸箱以及立柱，其特征在于，所述主軸箱上封接有罩體，所述主軸電機(jī)置于罩體內(nèi)，且主軸電機(jī)通過固定塊支撐于主軸箱上，所述立柱、主軸箱以及罩體三者之間兩兩貫通設(shè)置，且罩體上開設(shè)有罩體通風(fēng)孔，并于該罩體通風(fēng)孔處安裝冷卻風(fēng)扇，所述冷卻風(fēng)扇與風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的輸出端連接，另外，所述主軸箱上開設(shè)有主軸箱通風(fēng)孔，而立柱上則開設(shè)有立柱通風(fēng)孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于控制立式加工機(jī)床主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，其 特征在于，所述風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)控制裝置包括風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)以及控制器，所述控制器根據(jù)安裝于 機(jī)床上的溫度傳感器所反饋的溫度信息控制風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于控制立式加工機(jī)床主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，其 特征在于，所述固定塊為隔熱塊或者散熱塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于控制立式加工機(jī)床主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，其 特征在于，所述冷卻風(fēng)扇為軸流風(fēng)扇。 全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制立式加工機(jī)床主軸箱熱變形的新型空氣冷卻裝置，包括主軸電機(jī)、主軸箱以及立柱，所述主軸箱上封接有罩體，所述主軸電機(jī)置于罩體內(nèi)，且主軸電機(jī)通過固定塊支撐于主軸箱上，所述立柱、主軸箱以及罩體三者之間兩兩貫通設(shè)置，且罩體上開設(shè)有罩體通風(fēng)孔，并于該罩體通風(fēng)孔處安裝冷卻風(fēng)扇，所述冷卻風(fēng)扇與風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的輸出端連接，另外，所述主軸箱上開設(shè)有主軸箱通風(fēng)孔，而立柱上則開設(shè)有立柱通風(fēng)孔，因此，本發(fā)明所述的立柱、主軸箱以及罩體三者之間形成了一個強(qiáng)制空氣流動的回路，能夠有效地降低主軸箱溫升，同時大幅度提高機(jī)床的熱穩(wěn)定性。
文檔編號B23Q11/12GK101898315SQ20101021872
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者蔣書運(yùn), 閔祥 申請人:東南大學(xué)