專利名稱：一種空心滾珠絲杠氣液二元冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)控機床的冷卻系統(tǒng)。
背景技術：
目前，在高速機床發(fā)展過程中，雖然出現(xiàn)了直線電機驅動進給系統(tǒng)，但高速滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)仍然是高速機床進給驅動系統(tǒng)的主要形式。隨著數(shù)控機床向高速化發(fā)展，滾珠絲杠副出現(xiàn)了溫度上升，噪音增大，定位精度下降等現(xiàn)象。各種不同類型的機床，熱變形誤差約占總誤差的30% 50%。在機床進給系統(tǒng)中，滾珠絲杠副和螺母之間產(chǎn)生摩擦熱以及支撐軸承的摩擦熱，進而產(chǎn)生熱變形，由于絲杠高速旋轉，熱變形將更加嚴重，甚至有時在機床熱變形中占主導地位。在高速滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)中，接觸區(qū)域(絲杠螺母、軸承等)產(chǎn)生大量的熱， 導致絲杠產(chǎn)生熱變形誤差而影響機床加工精度和進給系統(tǒng)傳動剛度降低。解決高加速度引起的絲杠發(fā)熱等問題是提高機床傳動剛度和運動品質的關鍵，為了改善滾珠絲杠副的加 (減)速度特性，提高對運動指令的快速跟蹤能力，必須提高滾珠絲杠軸系的系統(tǒng)剛度和絲杠副的軸向剛度，減小起動和停止瞬間彈性變形。為了解決絲杠的發(fā)熱問題，目前普遍采用的辦法是將冷卻液通入空心絲杠內(nèi)部和軸承座端部進行強制循環(huán)冷卻。這種全絲杠冷卻的方法在一定程度降低了由于絲杠與螺母副之間摩擦而引起的熱量，但在實際工作過程中， 絲杠螺母副并不是在整個絲杠上進行摩擦運動，而往往是在某些局部區(qū)域運動相對頻繁， 產(chǎn)生的熱量也相對較多。對絲杠進行全絲杠冷卻，只能整體降低絲杠的平均溫升，并不能對運動摩擦相對頻繁局部產(chǎn)生的溫升進行控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種空心滾珠絲杠氣液二元冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明是一種空心滾珠絲杠氣液二元冷卻系統(tǒng)，床身1上安裝有左端瓦架5，伺服電機2固定在左端瓦架5的端面上，并通過聯(lián)軸器4與空心滾珠絲杠13的前端頭相連，空心滾珠絲杠13前端頭通過軸承組8支撐安裝在左端瓦架5上，圓螺母6與空心滾珠絲杠13 的前端頭的螺紋連接，緊靠在軸承組8左端的密封件7上，滾珠絲杠油孔11處于兩密封圈 12的中間，通過管接頭10與進油管9相連，管接頭25 —端與軸端密封件M上的錐螺紋相連，另一端與出油管沈相連，空氣發(fā)生器17由風機39、葉輪38、凸沿33、上唇壁35、下唇壁 36和噴氣嘴43組成，空氣發(fā)生器17的下端面呈橢圓形中空環(huán)形喇叭狀，進氣口斷面比出氣口斷面大，空氣發(fā)生器17內(nèi)部安裝有風機39，由風機39驅動的葉輪38，在接納導入空氣的氣腔40的腔壁上開設有進氣孔37，在環(huán)形氣腔42的腔壁上開設有進氣口 41，在環(huán)形氣腔 42上開設有排氣細縫44，科恩達表面45安裝在排氣細縫44 一側，在中央氣腔34的腔壁上開設有噴氣嘴43，噴氣嘴43的噴氣方向指向絲杠螺母副摩擦表面；變頻制冷系統(tǒng)由制冷機 46、冷凝器48、散熱器49、溫度計47、油箱50、節(jié)流閥51、壓力表52、調節(jié)閥53、油泵M和油管組成；變頻制冷系統(tǒng)出油口陽與空心滾珠絲杠13的進油管9相連，變頻制冷系統(tǒng)的進油口 56與空心滾珠絲杠13的出油管沈相連，冷卻油經(jīng)由中空滾珠絲杠13傳輸。本發(fā)明的有益效果為1、采用將冷卻介質通入空心絲杠內(nèi)部進行強制循環(huán)冷卻，從整體上降低了因絲杠螺母副摩擦產(chǎn)生的平均溫升，同時，采用冷卻氣流對絲杠重點發(fā)熱區(qū)域進行局部冷卻相結合的冷卻方式降低的絲杠螺母副局部頻繁運動產(chǎn)生的熱量，從而有效的解決了絲杠的發(fā)熱問題。2、利用流體有離開本來的流動方向，改為隨著凸出的物體表面流動的傾向的科恩達附壁效應，通過科恩達效應中產(chǎn)生較高空氣吸收比率時科恩達內(nèi)腔表面的合理設計和空氣制冷過程中流場的確定，在中央內(nèi)腔形成空氣負壓，形成較好空氣制冷效果。3、有助于減小高速運轉時的轉動慣量，增加絲杠的扭轉剛度和軸向剛度，保證機床進給的定位精度和穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的整體結構圖，圖2是圖1中的A-A向剖視圖，圖3是空氣發(fā)生器17 的結構圖，圖4是空氣發(fā)生器17的側視圖，圖5是空氣發(fā)生器17的局部放大圖，圖6是變頻制冷系統(tǒng)結構圖。附圖標記及對應名稱為床身1，伺服電機2，螺栓3，聯(lián)軸器4，左端瓦架5，圓螺母 6，密封件7，軸承組8，進油管9，管接頭10，油孔11，密封圈12，空心滾珠絲杠13，工作臺14， 滑塊15，螺栓16，空氣發(fā)生器17，絲杠螺母18，螺栓19，右端瓦架20，軸承組21，密封件22， 圓螺母23，軸端密封件24，管接頭25，出油管26，凸臺27，楔形導軌壓塊觀，螺栓29，導軌 30，螺栓31，螺母瓦架32，凸沿33，中央氣腔34，上唇壁35，下唇壁36，進氣孔37，葉輪38， 風機39，氣腔40，進氣口 41，環(huán)形氣腔42，噴氣嘴43，排氣細縫44，科恩達表面45，制冷機 46，溫度計47，冷凝器48，散熱器49，油箱50，節(jié)流閥51，壓力表52，調節(jié)閥53，油泵M，出油口 55，進油口 56。
具體實施例方式下面結合附圖本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1所示，床身1上安裝有左端瓦架5，伺服電機2通過螺栓3固定在左端瓦架 5的端面，并通過聯(lián)軸器4與空心滾珠絲杠13的前端頭相連?？招臐L珠絲杠13前端頭通過軸承組8支撐安裝在左端瓦架5上，圓螺母6與空心滾珠絲杠13前端頭的螺紋連接，緊靠在軸承組8左端的密封件7上，用來空心滾珠絲杠13的軸向定位。滾珠絲杠油孔11處于兩密封圈12中間，通過管接頭10與進油管9相連?？招臐L珠絲杠13后端頭通過軸承組 21支撐安裝在右端瓦架20上，軸承組21左右兩側安裝有密封件22。圓螺母23與空心滾珠絲杠13后端頭的螺紋連接，緊靠在軸承組8右端的密封件22上，用來防止空心滾珠絲杠 13的軸向躥動?？招臐L珠絲杠13后端頭安裝有軸端密封件M，，管接頭25 —端與軸端密封件M上的錐螺紋兩連，另一端與出油管沈相連。如圖2所示，床身1左右兩側面設有凸臺27，導軌30通過螺栓31連接在凸臺27 上，導軌30的凸臺27的一側沿軸向方向開有楔形長凹槽，楔形長凹槽內(nèi)安裝有楔形導軌壓塊觀，楔形導軌壓塊28通過螺栓四與床身1連接，楔形導軌壓塊28下沉安裝時，豎直面擠壓滾動導軌側面，保證滾動導軌30安裝的直線度。絲杠螺母18與空心滾珠絲杠13配合組成絲杠螺母副，絲杠螺母18通過螺母瓦架32與工作臺14相連，同時絲杠螺母18端面通過螺栓19與工作臺端面連接，保證工作臺連接可靠。工作臺14底部兩側面對稱安裝滑塊 15，滑塊15導軌30配合，沿導軌30運動?？諝獍l(fā)生器17通過螺栓16與工作臺14連接， 分別安裝在絲杠螺母副的兩側面，在伺服電機2驅動空心滾珠絲杠13運動時，空氣發(fā)生器 17開始工作，產(chǎn)生空氣流噴向絲杠螺母副摩擦表面，降低絲杠螺母副局部摩擦產(chǎn)生的熱量。如圖3、4、5所示，空氣發(fā)生器17包括風機39、葉輪38、凸沿33、上唇壁35、下唇壁 36和噴氣嘴43等?？諝獍l(fā)生器17下端面呈橢圓形中空環(huán)形喇叭狀，進氣口斷面比出氣口斷面大，便于利用科恩達效應提高空氣的吸收率，增強冷卻降溫效果?？諝獍l(fā)生器17內(nèi)部安裝有風機39，風機39驅動葉輪38旋轉，在接納導入空氣的氣腔40的腔壁上開設有進氣孔37，將周圍環(huán)境中的空氣通過進氣孔37導入氣腔40，在環(huán)形氣腔42的腔壁上開設有進氣口 41，通過進氣口 41進入空氣發(fā)生器的環(huán)形氣腔42，在環(huán)形氣腔42內(nèi)聚集，在環(huán)形氣腔 42上開設有排氣細縫44，科恩達表面45安裝在排氣細縫44 一側，在中央氣腔34的腔壁上開設有噴氣嘴43，噴氣嘴43的噴氣方向指向絲杠螺母副摩擦表面；空氣通過排氣細縫44 沿科恩達表面45通過噴氣嘴43，噴向絲杠螺母副摩擦表面。同時，由于進入空氣發(fā)生器17 氣腔40的空氣，經(jīng)過排氣細縫44時產(chǎn)生負壓，在負壓作用下將會引導周圍空氣大量通過中央氣腔34，通過噴氣嘴43噴向絲杠螺母副摩擦表面，達到對絲杠螺母副的局部冷卻。如圖1、圖6所示，變頻制冷系統(tǒng)主要包括制冷機46、冷凝器48、散熱器49、溫度計 47、油箱50、節(jié)流閥51、壓力表52、調節(jié)閥53、油泵M和油管等。變頻制冷系統(tǒng)出油口 55 與空心滾珠絲杠13進油管9相連，變頻制冷系統(tǒng)進油口 56與空心滾珠絲杠13出油管沈相連，通過中空滾珠絲杠13的冷卻油。變頻器變頻調速驅動油泵54，油泵定量向空心滾珠絲杠13供油，通過熱交換方式將滾珠絲杠副及軸承座端面的熱量隨回冷卻油帶走，回油溫度升高，回油通過散熱器49、冷凝器48及制冷46機降溫后回到油箱50，循環(huán)使用。進出口冷卻油溫度差增大，通過控制系統(tǒng)指令使變頻器驅動變頻電機轉速升高，油泵M輸出油液流量、流速增大，加快油液冷卻循環(huán)，快速將熱量帶走，從而降低了空心滾珠絲杠13的整體溫升。同時，空氣發(fā)生器產(chǎn)生的冷卻氣流對空心滾珠絲杠13重點發(fā)熱區(qū)域進行局部氣體冷卻，降低的絲杠螺母副局部頻繁運動產(chǎn)生的熱量。從而，通過氣體局部冷卻和冷卻油全絲杠冷卻相結合，實現(xiàn)了空氣滾珠絲杠13的氣液二元冷卻方式，使絲杠和軸承座端面溫升得到抑制，保證了絲杠不會熱膨脹導致剛度和精度發(fā)生變化。
權利要求
1. 一種空心滾珠絲杠氣液二元冷卻系統(tǒng)，床身(1)上安裝有左端瓦架(5)，伺服電機 (2)固定在左端瓦架(5)的端面上，并通過聯(lián)軸器(4)與空心滾珠絲杠(13)的前端頭相連， 空心滾珠絲杠(13)前端頭通過軸承組(8)支撐安裝在左端瓦架(5)上，圓螺母(6)與空心滾珠絲杠(1 的前端頭的螺紋連接，緊靠在軸承組(8)左端的密封件(7)上，其特征在于滾珠絲杠油孔(11)處于兩密封圈(12)的中間，通過管接頭(10)與進油管(9)相連，管接頭0 —端與軸端密封件04)上的錐螺紋兩連，另一端與出油管06)相連，空氣發(fā)生器 (17)由風機(39)、葉輪(38)、凸沿(33)、上唇壁(35)、下唇壁(36)和噴氣嘴(43)組成，空氣發(fā)生器(17)的下端面呈橢圓形中空環(huán)形喇叭狀，進氣口斷面比出氣口斷面大，空氣發(fā)生器 (17)內(nèi)部安裝有風機(39)，由風機(39)驅動的葉輪(38)，在接納導入空氣的氣腔00)的腔壁上開設有進氣孔(37)，在環(huán)形氣腔0 的腔壁上開設有進氣口(41)，在環(huán)形氣腔02) 上開設有排氣細縫(44)，科恩達表面05)安裝在排氣細縫G4) —側，在中央氣腔(34)的腔壁上開設有噴氣嘴(43)，噴氣嘴03)的噴氣方向指向絲杠螺母副摩擦表面；變頻制冷系統(tǒng)由制冷機(46)、冷凝器(48)、散熱器(49)、溫度計(47)、油箱(50)、節(jié)流閥(51)、壓力表 (52)、調節(jié)閥(53)、油泵(54)和油管組成；變頻制冷系統(tǒng)出油口 (55)與空心滾珠絲杠(13) 的進油管(9)相連，變頻制冷系統(tǒng)的進油口(56)與空心滾珠絲杠(13)的出油管06)相連， 冷卻油經(jīng)由中空滾珠絲杠(13)傳輸。
全文摘要
一種空心滾珠絲杠氣液二元冷卻系統(tǒng)，空氣發(fā)生器(17)的下端面呈橢圓形中空環(huán)形喇叭狀，進氣口斷面比出氣口斷面大，空氣發(fā)生器(17)內(nèi)部安裝有風機(39)，由風機(39)驅動的葉輪(38)，在接納導入空氣的氣腔(40)的腔壁上開設有進氣孔(37)，在環(huán)形氣腔(42)的腔壁上開設有進氣口(41)，在環(huán)形氣腔(42)上開設有排氣細縫(44)，科恩達表面(45)安裝在排氣細縫(44)一側，在中央氣腔(34)的腔壁上開設有噴氣嘴(43)，噴氣嘴(43)的噴氣方向指向絲杠螺母副摩擦表面；變頻制冷系統(tǒng)出油口(55)與空心滾珠絲杠(13)的進油管(9)相連，變頻制冷系統(tǒng)的進油口(56)與空心滾珠絲杠(13)的出油管(26)相連，冷卻油經(jīng)由中空滾珠絲杠(13)傳輸。
文檔編號B23Q11/12GK102398188SQ201110151168
公開日2012年4月4日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權日2011年6月1日
發(fā)明者劉永平, 孫付仲, 聶家鵬, 聶萌, 芮執(zhí)元, 茍衛(wèi)東, 郭俊峰, 陳禎 申請人:蘭州理工大學