一种轴芯冷却结构、电主轴和机床的制作方法

本发明用于电主轴领域，特别是涉及一种轴芯冷却结构、电主轴和机床。

背景技术：

1、电主轴具有安装方便、结构紧凑、重量轻、振动小、转速高及加工精度高、加工效果稳定而被广泛用于各类机床。主轴作为机床的核心功能部件，其性能直接决定的机床设备各项关键技术指标的技术水平，如功率、扭矩、热伸长等等。随着国内机床从中低端到中高端升级，主轴的各项指标都提出了更严格的技术要求。

2、在主轴的各项指标中有两个指标会严重影响客户加工效果和设备使用效率——主轴热伸长大小（包含稳定性）与主轴热稳定时间。主轴热伸长越大，加工过程中零件尺寸精度越低，形位公差也无法保证；加工时长越长，表现越明显。热伸长越大，各转速段的热伸长差异就越大，加工过程中更换转速带来的加工异常就越多，特别是与主轴热伸长方向重合的z轴方向的尺寸。主轴热稳定性越差，对温度变化、转速变化、换刀过程出现的停机越敏感，机床的精度就越难控制，使用过程中异常点也越多。主轴热稳定时间在各类高端机台加工工时制约更加致命，常规电主轴热伸长一般需要15-20min，一般要求机台加工前热机20min以上，同时加工过程中因为加工零件更换等出现停机需要重新热机，严重制约机台的使用效率。

3、目前解决主轴热伸长大小和主轴热稳定时间问题的方式主要有以下几种：①增加轴芯位移传感器进行补偿；②热膨胀系数较小的轴芯材料；③轴芯设计冷却循环结构。对于这几类常用的改善方式，有其优势的地方，但弊端明显。热膨胀传感器价格昂贵，防护要求高，维修成本高，且只能测出轴芯热伸长绝对数据，但无法解决因主轴冷却变化而带来的机台头架热伸长变化的问题，因此需要额外提供大量的应用数据进行补充调整。低膨胀材质轴芯有价格昂贵，无法将轴芯硬度做高，导致轴系强度低、耐磨性差而无法大批量应用。

4、而对于轴芯设计冷却循环结构的方案，其需要把中心出水的位置进行占用，只能单一实现轴芯冷却功能，无法满足中心出水的需求，因此无法实现中心出水功能。

5、综上，相关技术中存在的问题亟需得到解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种轴芯冷却结构、电主轴和机床。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、第一方面，一种轴芯冷却结构，包括：

4、机体，设有沿轴向延伸的机体内腔；

5、转动芯，安装于所述机体内腔，并设置为能够绕自身轴线转动，所述转动芯沿轴向由头部延伸到尾部，所述转动芯的尾部设有用于连接轴芯的轴芯连接结构；

6、其中，所述转动芯设有用于与轴芯的内部水孔连通的转动芯水孔，所述转动芯水孔包括转动芯中心水孔和转动芯冷水水孔，所述转动芯中心水孔在所述转动芯的头部顶端设有动接头，所述机体设有第一液体通道，所述第一液体通道设有与所述动接头对接的静接头；所述转动芯冷水水孔位于所述转动芯中心水孔的外侧，所述转动芯冷水水孔在所述转动芯的头部外周面形成第一接口，所述机体设有与所述第一接口连通的第二液体通道。

7、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一液体通道的端部设有沿轴向延伸的静接头导向孔，所述静接头可浮动地设置于所述静接头导向孔，所述静接头设有外凸缘，所述外凸缘与所述机体之间设有弹性部件，所述弹性部件用于将所述静接头沿轴向抵接于所述动接头，所述静接头与所述静接头导向孔之间设有密封圈。

8、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述转动芯冷水水孔包括进液转动芯冷水水孔和回液转动芯冷水水孔，所述进液转动芯冷水水孔和回液转动芯冷水水孔的第一接口沿轴向错开，所述第二液体通道包括与所述进液转动芯冷水水孔连通的进液第二液体通道和与所述回液转动芯冷水水孔连通的回液第二液体通道。

9、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述转动芯的头部与所述机体之间设有转换套，所述转换套与所述进液转动芯冷水水孔的第一接口之间设有第一环槽，所述转换套与所述进液第二液体通道之间设有第二环槽，所述转换套设有连通所述第一环槽和第二环槽的第一过水孔；所述转换套与所述回液转动芯冷水水孔的第一接口之间设有第三环槽，所述转换套与所述回液第二液体通道之间设有第四环槽，所述转换套设有连通所述第三环槽和第四环槽的第二过水孔。

10、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述转动芯通过轴承支承于所述机体，所述机体设有与所述转动芯的外周面配合的骨架油封，沿轴向所述骨架油封位于所述轴承和所述转换套之间，所述骨架油封在朝向所述转换套的一侧形成储液槽，所述机体设有与所述储液槽连通的第一排液通道。

11、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体于所述轴承和骨架油封之间设有溢流环，所述转动芯于所述溢流环的径向内侧设有旋转飞盘，所述溢流环设有溢流槽，所述旋转飞盘设有向所述溢流槽倾斜的甩液斜面，所述机体设有与所述溢流槽连通的第二排液通道。

12、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述溢流环设有用于在所述溢流环和旋转飞盘的顶部空间形成正压的气封出气孔，所述机体设有与所述气封出气孔连通的进气通道。

13、结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述轴芯连接结构包括沿所述转动芯的轴向延伸的轴芯插孔，所述转动芯冷水水孔在所述轴芯插孔的内周面形成第二接口，所述轴芯连接结构还包括设置于所述转动芯尾部的传动盘。

14、第二方面，一种电主轴，包括：

15、主轴机体；

16、轴芯，所述轴芯设有轴芯中心水孔和轴芯冷水水孔；

17、第一方面中任一实现方式所述的轴芯冷却结构，所述机体安装于所述主轴机体，所述轴芯与所述转动芯通过轴芯连接结构连接，所述转动芯中心水孔与所述轴芯中心水孔连通，所述转动芯冷水水孔与所述轴芯冷水水孔连通。

18、第三方面，一种机床，包括第二方面中任一实现方式所述的电主轴。

19、上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本发明的技术方案中，机体与转动芯组成用于对电主轴的轴芯进行冷却的功能组件，使用时能够作为整体安装于电主轴。其中，对轴芯冷却时，轴芯冷却液从第二液体通道流入转动芯的转动芯冷水水孔，进一步通过转动芯冷水水孔流向电主轴的轴芯，从而完成轴芯冷却液的冷却工作，实现了轴芯冷却结构工作的基本原理。中心出水时，中心出水冷却液从第一液体通道流入，静接头与动接头端面接触式密封，将冷却液从转动芯的转动芯中心水孔流出，经过主轴轴芯的拉杆内孔实现主轴中心出水功能。

20、本发明是一种可拆卸并能够兼顾主轴轴芯冷却循环与中心出水功能的冷却模块。轴芯冷却循环可有效带走轴芯的热量，降低主轴热伸长，大幅缩短主轴热机时间，提升机台加工效率与精度。中心出水功能广泛应用于深孔、型腔加工，不仅能够提升加工过程排削效率，进而提升加工效率，而且能够提升加工过程的冷却效率，降低刀具发热，增加刀具使用寿命。

21、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。