2017年5月19日

機床冷卻技術設計 - 加工中心

先進的冷卻系統是提高機床精度的一個重要手段。冷卻系統的設計主要包括高效的冷卻結構設計、高效冷卻介質的選擇和自適應的冷卻控制系統。一般由于機床的發熱源處在不同的部位，是一個不均衡體，因此，都是根據不同的工作狀態，對主要發熱的關鍵零部件進行冷卻。1 、主軸冷卻技術高速、精密精工機床主軸系統多采用電主軸，但高速電主軸的本身結構存在散熱缺陷。這是因為高速電主軸的電機內置、外殼封閉，使得電機和軸承產生的大量熱量難以快速排走，且軸承的發熱量隨主軸轉速的升高而增加，導致主軸和軸承均產生變形。因此，控制溫升、減小電主軸熱膨脹是電主軸的主要問題。國內外學者對電主軸熱特性進行了大量研究，改善主軸熱變形的冷卻措施主要有如下幾個方面。1）改進冷卻設計。高速主軸傳統的冷卻方式是在主軸殼體螺旋孔道內加冷卻油進行強制對流冷卻，并不斷循環將熱量帶走。但這種方式冷卻效率低，無法直接帶走主軸軸芯和轉子的熱量。為了進一步降低電主軸軸芯的熱膨脹，研究人員設計了采用軸芯冷卻設計的電主軸。由于熱管具有高效的導熱性、溫度的均勻性及結構的多樣性等特性，近年來被廣泛應用于對高速電主軸殼體和軸芯進行冷卻。2）均衡溫度。對主軸熱源不易控制的場合，提高熱源附近溫度，使主軸較高位置的熱量盡快傳遞到溫度較低的位置，快速均衡主軸各部位溫度來減少熱誤差。軸承是主軸系統的主要熱源，也是機床的主要失效部件。軸承發熱主要是由于接觸摩擦生熱，包括滾動體與內外滾道的滾動和滑動摩擦、保持架與套圈引導面之間的滑動摩擦、滾動體與保持架之間的滑動摩擦、滾子端面與擋邊之間的滑動摩擦以及潤滑劑粘性摩擦。如果軸承得不到有效潤滑冷卻，隨著熱量的積聚，就會因內部工作溫度過高而造成軸承失效。低速軸承主要靠潤滑液冷卻，高速軸承主要有3種冷卻方式，即噴射潤滑、環下潤滑和油霧潤滑。其中環下潤滑用油量少，且減少了軸承的攪油功率損耗，冷卻效果較好。隨著對潤滑、冷卻要求的不斷提高，油氣潤滑成為更加理想的潤滑方式，可對軸承內外圈和滾珠進行強迫對流冷卻。現階段軸承冷卻方法有3種方式。①帶有冷卻室、冷卻水道的軸承座。②設計低溫軸承結構。軸承保持架的導向區被精確地定位在離心力對潤滑劑作用最大的地方，保證重要摩擦接觸區域有可靠地潤滑劑供應。③改善冷卻油注入方式。將油從均勻分布的管道和噴油口噴出，通過提高流速和油的利用率讓冷卻油充分到達轉子，形成均勻的油膜，從而降低軸承溫度，提高軸承壽命。

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