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2017年5月19日

機床冷卻技術(shù)設(shè)計 - 加工中心

先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)是提高機床精度的一個重要手段。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計主要包括高效的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計、高效冷卻介質(zhì)的選擇和自適應(yīng)的冷卻控制系統(tǒng)。一般由于機床的發(fā)熱源處在不同的部位，是一個不均衡體，因此，都是根據(jù)不同的工作狀態(tài)，對主要發(fā)熱的關(guān)鍵零部件進(jìn)行冷卻。1 、主軸冷卻技術(shù)高速、精密精工機床主軸系統(tǒng)多采用電主軸，但高速電主軸的本身結(jié)構(gòu)存在散熱缺陷。這是因為高速電主軸的電機內(nèi)置、外殼封閉，使得電機和軸承產(chǎn)生的大量熱量難以快速排走，且軸承的發(fā)熱量隨主軸轉(zhuǎn)速的升高而增加，導(dǎo)致主軸和軸承均產(chǎn)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(nèi)外學(xué)者對電主軸熱特性進(jìn)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(jìn)冷卻設(shè)計。高速主軸傳統(tǒng)的冷卻方式是在主軸殼體螺旋孔道內(nèi)加冷卻油進(jìn)行強制對流冷卻，并不斷循環(huán)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(zhuǎn)子的熱量。為了進(jìn)一步降低電主軸軸芯的熱膨脹，研究人員設(shè)計了采用軸芯冷卻設(shè)計的電主軸。由于熱管具有高效的導(dǎo)熱性、溫度的均勻性及結(jié)構(gòu)的多樣性等特性，近年來被廣泛應(yīng)用于對高速電主軸殼體和軸芯進(jìn)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(tǒng)的主要熱源，也是機床的主要失效部件。軸承發(fā)熱主要是由于接觸摩擦生熱，包括滾動體與內(nèi)外滾道的滾動和滑動摩擦、保持架與套圈引導(dǎo)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(nèi)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(huán)下潤滑和油霧潤滑。其中環(huán)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(nèi)外圈和滾珠進(jìn)行強迫對流冷卻。現(xiàn)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(shè)計低溫軸承結(jié)構(gòu)。軸承保持架的導(dǎo)向區(qū)被精確地定位在離心力對潤滑劑作用******的地方，保證重要摩擦接觸區(qū)域有可靠地潤滑劑供應(yīng)。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(dá)轉(zhuǎn)子，形成均勻的油膜，從而降低軸承溫度，提高軸承壽命。