机床冷却技术设计

先进的冷却系统是提高机床精度的一个重要手段。冷却系统的设计主要包括高效的冷却结构设计、高效冷却介质的选择和自适应的冷却控制系统。一般由于机床的发热源处在不同的部位，是一个不均衡体，因此，都是根据不同的工作状态，对主要发热的关键零部件进行冷却。

1 、主轴冷却技术

高速、精密数控机床主轴系统多采用电主轴，但高速电主轴的本身结构存在散热缺陷。这是因为高速电主轴的电机内置、外壳封闭，使得电机和轴承产生的大量热量难以快速排走，且轴承的发热量随主轴转速的升高而增加，导致主轴和轴承均产生变形。因此，控制温升、减小电主轴热膨胀是电主轴的主要问题。国内外学者对电主轴热特性进行了大量研究，改善主轴热变形的冷却措施主要有如下几个方面。

1） 改进冷却设计。高速主轴传统的冷却方式是在主轴壳体螺旋孔道内加冷却油进行强制对流冷却，并不断循环将热量带走。但这种方式冷却效率低，无法直接带走主轴轴芯和转子的热量。为了进一步降低电主轴轴芯的热膨胀，研究人员设计了采用轴芯冷却设计的电主轴。由于热管具有高效的导热性、温度的均匀性及结构的多样性等特性，近年来被广泛应用于对高速电主轴壳体和轴芯进行冷却。

2） 均衡温度。对主轴热源不易控制的场合，提高热源附近温度，使主轴较高位置的热量尽快传递到温度较低的位置，快速均衡主轴各部位温度来减少热误差。

轴承是主轴系统的主要热源，也是机床的主要失效部件。轴承发热主要是由于接触摩擦生热，包括滚动体与内外滚道的滚动和滑动摩擦、保持架与套圈引导面之间的滑动摩擦、滚动体与保持架之间的滑动摩擦、滚子端面与挡边之间的滑动摩擦以及润滑剂粘性摩擦。如果轴承得不到有效润滑冷却，随着热量的积聚，就会因内部工作温度过高而造成轴承失效。低速轴承主要靠润滑液冷却，高速轴承主要有3种冷却方式，即喷射润滑、环下润滑和油雾润滑。其中环下润滑用油量少，且减少了轴承的搅油功率损耗，冷却效果较好。随着对润滑、冷却要求的不断提高，油气润滑成为更加理想的润滑方式，可对轴承内外圈和滚珠进行强迫对流冷却。现阶段轴承冷却方法有3种方式。

①带有冷却室、冷却水道的轴承座。

②设计低温轴承结构。轴承保持架的导向区被精确地定位在离心力对润滑剂作用最大的地方，保证重要摩擦接触区域有可靠地润滑剂供应。

③改善冷却油注入方式。将油从均匀分布的管道和喷油口喷出，通过提高流速和油的利用率让冷却油充分到达转子，形成均匀的油膜，从而降低轴承温度，提高轴承寿命。