一种冷却套组件、电主轴及数控机床的制作方法

本技术涉及电主轴，尤其涉及一种冷却套组件、电主轴及数控机床。

背景技术：

1、电主轴技术是数控机床领域的前沿技术之一，将机床主轴与主轴电机融合为一体，相比于传统的机械主轴，电主轴采用轴芯转子一体化，代替机械主轴传统的皮带、齿轮传动方法，大大提高了主轴在高速运转下的性能，也更加集成化、精密化。近几年机械加工领域发展迅速，电主轴技术作为其核心技术，也取得巨大的进步。

2、随着电主轴技术的不断进步与完善，面临的问题也愈加明显，电主轴作为高速运动主轴零件，随着其技术的突破，转速不断提高，因其结构的紧凑，内置电机损耗和轴承摩擦产生大量的热量，导致电主轴出现“外冷内热”的现象，内部发热问题严重，据相关实验数据统计，电主轴发热主要集中在定子、转子、轴承三个位置，而其中，主轴转子的发热量约占主轴总体发热量的1/3～1/2，转子产生的热量通过接触面传递到轴芯上，受自然界热胀冷缩规律的影响，轴芯受热发生热变形，从而导致轴芯热伸长，主轴精度丢失。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本实用新型实施例中提出了一种冷却套组件、电主轴及数控机床。

2、本实用新型实施例第一方面提出了一种冷却套组件，用于安装在电主轴上，包括：

3、冷却套本体，冷却套本体内部沿其轴向设有螺旋冷却通道；

4、螺旋冷却通道包括第一螺旋冷却通道段和第二螺旋冷却通道段，第一螺旋冷却通道段的螺旋方向与第二螺旋冷却通道段的螺旋方向相反；

5、第一螺旋冷却通道段具有第一螺旋冷却通道起始端和第一螺旋冷却通道终止端，第二螺旋冷却通道段具有第二螺旋冷却通道起始端和第二螺旋冷却通道终止端；

6、其中第一螺旋冷却通道起始端与第二螺旋冷却通道终止端互通、第一螺旋冷却通道终止端与第二螺旋冷却通道起始端互通，以使螺旋冷却通道形成一闭环循环冷却回路且第一螺旋冷却通道段内的冷却介质和第二螺旋冷却通道段内的冷却介质在冷却套本体的轴向方向上流动方向相反。

7、在上述的技术方案中，第一螺旋冷却通道段和第二螺旋冷却通道段在冷却套本体的径向上分层分布，且第一螺旋冷却通道段在冷却套本体中轴面上的投影和第二螺旋冷却通道段在冷却套本体中轴面上的投影在冷却套本体的中轴面上形成交叉分布。

8、在上述的技术方案中，冷却套本体包括由内至外叠加套设的冷却套内层板、冷却套中间层板和冷却套外层板；

9、其中叠加套设的冷却套内层板和冷却套中间层板之间形成第一螺旋冷却通道段，叠加套设的冷却套中间层板和冷却套外层板之间形成第二螺旋冷却通道段。

10、在上述的技术方案中，第一螺旋冷却通道段包括形成于冷却套内层板外表面的第一螺旋槽段以及形成于冷却套中间层板内表面的第二螺旋槽段，冷却套中间层板套设于冷却套内层板外部时第一螺旋槽段和第二螺旋槽段配合形成第一螺旋冷却通道段；

11、第二螺旋冷却通道段包括形成于冷却套中间层板外表面的第三螺旋槽段以及形成于冷却套外层板内表面的第四螺旋槽段，冷却套外层板套设于冷却套中间层板外表面时第三螺旋槽段和第四螺旋槽段配合形成第二螺旋冷却通道段。

12、在上述的技术方案中，第一螺旋冷却通道起始端与第二螺旋冷却通道终止端通过第一连接通道互通、第一螺旋冷却通道终止端与第二螺旋冷却通道起始端通过第二连接通道互通。

13、在上述的技术方案中，第一连接通道包括贯穿冷却套中间层板的第一连接槽段，第一连接槽段的一端与第一螺旋冷却通道起始端相通、另一端与第二螺旋冷却通道终止端相通；

14、第二连接通道包括贯穿冷却套中间层板的第二连接槽段，第二连接槽段的一端与第一螺旋冷却通道终止端相通、另一端与第二螺旋冷却通道起始端相通。

15、在上述的技术方案中，冷却套中间层板为隔热板，冷却套内层板与冷却套中间层板过盈配合，冷却套中间层板与冷却套外层板过盈配合。

16、在上述的技术方案中，螺旋冷却通道内充斥有纯净气体与冷却液所构成的气液混合冷却介质，气液混合冷却介质的气液混合比为s，其中1：2≤s≤1：2.5。

17、在上述的技术方案中，冷却套组件被设计为：在冷却套组件旋转时，螺旋冷却通道内的冷却介质由螺旋冷却通道的一端向另一端运动且冷却套组件在以不同旋转方向旋转时，螺旋冷却通道内的冷却介质流动方向相反。

18、在上述的技术方案中，冷却套组件在旋转时，第二螺旋冷却通道段内的冷却介质会产生离心力f，则有；

19、

20、其中，r表征为第二螺旋冷却通道段的螺旋线半径，n表征为主轴轴芯的转速，v表征为主轴轴芯的线速度，m表征为冷却介质单元质量；

21、冷却套组件旋转时第二螺旋冷却通道段内的冷却介质会产生沿螺旋线切线方向的螺旋摩擦力f，该螺旋摩擦力f的大小及方向由螺旋角θ决定；

22、其中，螺旋摩擦力f满足f≥mgcotθ时，第二螺旋冷却通道段内的冷却介质可自发的由第二螺旋冷却通道段的一端向另一端运动。

23、在上述的技术方案中，冷却套内层板的板壁厚度小于冷却套中间层板的板壁厚度，冷却套中间层板的板壁厚度小于冷却套外层板的板壁厚度。

24、本实用新型实施例第二方面提出了一种电主轴，其特征在于，包括主轴轴芯、转子组件、主轴外壳以及上述所提到的冷却套组件，冷却套组件套设于主轴轴芯外部，转子组件套设于冷却套组件的外部。

25、在上述的技术方案中，主轴外壳套设于主轴轴芯和冷却套组件的外部并与主轴轴芯和冷却套组件之间形成有相互独立的第一腔室和第二腔室，第一腔室用于安装前轴承组件、后轴承组件和转子组件，第二腔室用于储存冷却气体以对螺旋冷却通道内的冷却介质直接进行冷却，经过冷却降温后的冷却介质在螺旋冷却通道的径向力作用下循环流动重新进入冷却位置以实现周而复始的循环冷却；

26、其中前轴承组件套设于主轴轴芯的外部，后轴承组件和转子组件套设于冷却套组件的外部。

27、在上述的技术方案中，主轴外壳包括有中间壳体、前端盖和后端盖；

28、中间壳体、前端盖、主轴轴芯和冷却套组件之间围合形成第一腔室，中间壳体、后端盖和冷却套组件之间围合形成第二腔室。

29、在上述的技术方案中，第二腔室中设有冷却气体喷头，用于向第二腔室中冲入冷却气体。

30、本实用新型实施例第三方面提出了一种数控机床，包括上述所提到的电主轴。

31、采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

32、一、本实用新型中的冷却套组件通过其内部的螺旋冷却通道在自转时所产生的角向力的作用下，推动其内部的冷却介质在螺旋冷却回路内自发循环，冷却介质对电主轴的热源位置进行冷却，解决了电主轴轴芯受热发生热变形的问题。

技术特征：

1.一种冷却套组件，用于安装在电主轴上，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的冷却套组件，其特征在于，所述第一螺旋冷却通道段(111)和所述第二螺旋冷却通道段(112)在所述冷却套本体(1)的径向上分层分布，且所述第一螺旋冷却通道段(111)在所述冷却套本体(1)中轴面上的投影和所述第二螺旋冷却通道段(112)在所述冷却套本体(1)中轴面上的投影在所述冷却套本体(1)的中轴面上形成交叉分布。

3.根据权利要求2所述的冷却套组件，其特征在于，所述冷却套本体(1)包括由内至外叠加套设的冷却套内层板(12)、冷却套中间层板(13)和冷却套外层板(14)；

4.根据权利要求3所述的冷却套组件，其特征在于，所述第一螺旋冷却通道段(111)包括形成于所述冷却套内层板(12)外表面的第一螺旋槽段(1111)以及形成于所述冷却套中间层板(13)内表面的第二螺旋槽段(1112)，所述冷却套中间层板(13)套设于所述冷却套内层板(12)外部时所述第一螺旋槽段(1111)和所述第二螺旋槽段(1112)配合形成所述第一螺旋冷却通道段(111)；

5.根据权利要求3或4所述的冷却套组件，其特征在于，所述第一螺旋冷却通道起始端与第二螺旋冷却通道终止端通过第一连接通道(15)互通、所述第一螺旋冷却通道终止端与第二螺旋冷却通道起始端通过第二连接通道(16)互通。

6.根据权利要求5所述的冷却套组件，其特征在于，所述第一连接通道(15)包括贯穿所述冷却套中间层板(13)的第一连接槽段，所述第一连接槽段的一端与所述第一螺旋冷却通道起始端相通、另一端与所述第二螺旋冷却通道终止端相通；

7.根据权利要求6所述的冷却套组件，其特征在于，所述冷却套中间层板(13)为隔热板，所述冷却套内层板(12)与所述冷却套中间层板(13)过盈配合，所述冷却套中间层板(13)与所述冷却套外层板(14)过盈配合。

8.根据权利要求1或7所述的冷却套组件，其特征在于，所述螺旋冷却通道(11)内充斥有纯净气体与冷却液所构成的气液混合冷却介质，所述气液混合冷却介质的气液混合比为s，其中1：2≤s≤1：2.5。

9.根据权利要求1或7所述的冷却套组件，其特征在于，所述冷却套组件被设计为：在所述冷却套组件旋转时，所述螺旋冷却通道(11)内的冷却介质由螺旋冷却通道(11)的一端向另一端运动且所述冷却套组件在以不同旋转方向旋转时，所述螺旋冷却通道(11)内的冷却介质流动方向相反。

10.根据权利要求9所述的冷却套组件，其特征在于，所述冷却套组件在旋转时，所述第二螺旋冷却通道段(112)内的冷却介质会产生离心力f，则有；

11.根据权利要求3所述的冷却套组件，其特征在于，所述冷却套内层板(12)的板壁厚度小于所述冷却套中间层板(13)的板壁厚度，所述冷却套中间层板(13)的板壁厚度小于冷却套外层板(14)的板壁厚度。

12.一种电主轴，其特征在于，包括主轴轴芯(2)、转子组件(8)、主轴外壳(3)以及权利要求1-11中任一项所述的冷却套组件，所述冷却套组件套设于所述主轴轴芯(2)外部，所述转子组件(8)套设于所述冷却套组件的外部。

13.根据权利要求12所述的电主轴，其特征在于，所述主轴外壳(3)套设于所述主轴轴芯(2)和所述冷却套组件的外部并与所述主轴轴芯(2)和所述冷却套组件之间形成有相互独立的第一腔室(4)和第二腔室(5)，所述第一腔室(4)用于安装前轴承组件(6)、后轴承组件(7)和转子组件(8)，所述第二腔室(5)用于储存冷却气体以对螺旋冷却通道内的冷却介质直接进行冷却，经过冷却降温后的冷却介质在螺旋冷却通道的径向力作用下循环流动重新进入冷却位置以实现周而复始的循环冷却；

14.根据权利要求13所述的电主轴，其特征在于，所述主轴外壳(3)包括有中间壳体(31)、前端盖(32)和后端盖(33)；

15.根据权利要求14所述的电主轴，其特征在于，所述第二腔室(5)中设有冷却气体喷头(9)，用于向所述第二腔室(5)中冲入冷却气体。

16.一种数控机床，其特征在于，包括权利要求12-15中任一项所述的电主轴。

技术总结
本技术提供一种冷却套组件、电主轴及数控机床，属于电主轴领域。包括，冷却套本体，冷却套本体内部沿其轴向设有螺旋冷却通道；螺旋冷却通道包括第一螺旋冷却通道段和第二螺旋冷却通道段，第一螺旋冷却通道段的螺旋方向与第二螺旋冷却通道段的螺旋方向相反；第一螺旋冷却通道段具有第一螺旋冷却通道起始端和第一螺旋冷却通道终止端，第二螺旋冷却通道段具有第二螺旋冷却通道起始端和第二螺旋冷却通道终止端；第一螺旋冷却通道起始端与第二螺旋冷却通道终止端互通、第一螺旋冷却通道终止端与第二螺旋冷却通道起始端互通。本技术中冷却套组件随主轴轴芯自转时其内部冷却介质在螺旋冷却回路内自发循环，解决主轴轴芯受热发生热变形的问题。

技术研发人员：马文哲,杨緑野,李婉,王旭,陈立键,彭石华
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：20230118
技术公布日：2024/1/12