主轴冷却专利技术综述

李定远

摘 要：在机械加工领域中，将机床主轴电动机与机床主轴“合二为一”的电主轴单元被广泛运用。随着主轴转速的提高，主轴的发热问题逐渐凸显，成为了影响加工精度和效率的关键性因素。鉴于此，文章对主轴冷却相关的专利技术进行了分析。

关键词：电主轴；冷却；温度监测；专利

中图分类号：T-18 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）04-0021-02

Abstract： In the field of machining， the motorized spindle unit， which combines the spindle motor of machine tool and the spindle of machine tool， is widely used. With the increase of spindle speed， the heat problem of the spindle becomes more and more prominent， which becomes the key factor to affect the machining accuracy and efficiency. In view of this， the article analyzes the patent technology related to spindle cooling.

Keywords： electric spindle； cooling； temperature monitoring； patent

引言

隨着主轴转速的提高和电主轴的广泛运用，主轴的发热问题逐渐凸显，成为了影响加工精度和效率的关键性因素。在高速加工中，主轴的工作负荷不大，而且主轴因切削力引起的加工误差相对较小。然而，主轴中高速电机的发热和轴承的摩擦发热却是不可避免的，由此引起的热变形如果处理不当会严重的影响机床的加工精度，相对于各类误差来说，热变形引起的误差比其他误差更为明显[1][2]。因此，本文对国内外主轴冷却相关的专利技术进行了分析。

1 国内外主轴冷却专利现状分析

1.1 主轴冷却专利技术分支

以主轴冷却技术作为关键词在中文专利检索数据库以及外文专利检索数据库中进行检索，根据收集的专利文献数据，使用科学的方法进行了标引和分析，进而对主轴冷却所涉及的技术进行分解，参见表1。

1.2 国内外主轴冷却专利申请数量分析

本文对2016 年之前主轴冷却技术专利申请数量进行统计分析形成图1。

图1中反映出，在全球范围内，主轴冷却技术专利申请量有起伏、但总体上呈上升趋势。专利申请起始于上世纪70年代，一直到1990年前都处于相对低的水平，申请量较少，可以理解为技术起步阶段；在1990年后，专利申请量有了小幅度上升，这种上升趋势一直到2002年后才有所减缓，这期间是主轴冷却技术的一个发展小高峰，期间，中国申请人也提交了少量专利；在2005-2008年期间，申请量平稳上升，但仍然处于探索阶段；在2008年之后，专利申请总量再次大幅上升，一直持续到2016年都处于一个较高的水平。在这期间，中国申请人专利申请也在迅速上升，这说明国内企业的研究起步较晚，而国外企业在中国市场的专利布局也基本上是在2002年之后才开始逐渐展开。值得注意的是，在2005年到2017年这十二年间，国外申请人在中国的申请数量一直较快地增长，速度也超过全球范围内的增长速度，这说明随着中国市场越来越被众多企业所重视，各国企业也开始大量地在中国进行专利布局，同时随着本土企业的逐渐壮大，例如大隈株式会社（OKUMA）、德克尔·马霍普夫龙滕有限责任公司（DECKEL MAHO）、三菱重工株式会社（MITSUBISHI HEAVY IND）、森精机株式会社（MORI SEIKI）、东芝机械株式会社（TOSHIBA），山崎马扎克公司（YAMAZAKI MAZAK CORP）等著名机床企业也开始进入中国，企业之间的竞争也进一步加剧。此外，主轴冷却技术的专利申请中，国外申请人的申请基本都是发明专利，在2009年后中国申请人的申请量有大幅度的增长，但是主要以实用新型专利申请为主，发明专利的数量相对实用新型专利的数量还是偏少，这也说明中国在这一领域的原创申请较少，还处于跟随其他国家研发的进度的阶段。

1.3 重要申请人统计分析

根据申请量分析将如图2所示的申请人确定为主轴冷却领域较为重要的申请人。可以发现其中包括多个全球著名机床主轴生产厂商，主要为日本和德国的公司，而中国企业在机床主轴领域的起步晚，且涉及的企业较为分散，只有少数公司致力于相关技术的持续研发。

现对机床主轴冷却领域重要的申请人进行相关介绍：

（1）大隈株式会社（OKUMA）是日本第一大机床生产商，世界第一大龙门加工中心生产商，其在主轴冷却领域先后申请了23件专利，多件专利都有较高的引用次数。

（2）德国德克尔·马霍普夫龙滕有限责任公司（DECKEL MAHO）是著名机床生产厂商德玛吉旗下的全资子公司，其在主轴冷却领域先后申请了21件专利，其中专利EP0288660A2是1987年申请的主轴冷却技术专利，其先后进入多个国家进行布局，该专利先后被引证46次。

（3）日本森精机株式会社（MORI SEIKI）是日本最大的机床制造商之一。其在主轴冷却领域先后申请了12件专利，其中专利EP0437322A2是1990年申请的主轴冷却技术专利，其先后进入多个国家进行布局，该专利先后被引证64次，是主轴冷却领域较为基础性的专利。

（4）山崎马扎克公司（YAMAZAKI MAZAK CORP）是一家全球知名的机床生产制造商。公司成立于1919年，主要生产CNC车床、复合车铣加工中心、立式加工中心、卧式加工中心、CNC激光系统、FMS柔性生产系统、CAD/CAM系统、CNC装置和生产支持软件等。产品素以高速度、高精度而在行业内著称，产品遍及机械工业的各个行业。

（5）广州市昊志机电股份有限公司成立于2006年，是一家专业从事研发、制造、销售、维修高速电主轴及零部件的环保、高科技型企业，上市公司。目前已成为中国电主轴产销龙头企业之一。

2 结束语

我国对于主轴冷却技术的研究起步相对于发达国家较晚，但随着我国产业结构和技术装备升级，近年来国内的企业和科研院所在应用和理论上己经取得了一定的成就。为取得更好的主轴温度控制效果，未来中国的企业和科研机构应该努力提升冷却流道和密封装置的设计水平，提高主轴温度的检测精度和实时性。

参考文献：

[1]阎树田，许庆鹏，张树锟.高速电主轴冷却系统设计与研究[J].机械与电子，2012（03）：44-46.

[2]孔祥志，李长英，王家兴，等.内装式电主轴冷却方式的探讨[J].机械工程师，2011（01）：30-31.endprint