主軸冷卻專利技術(shù)綜述

李定遠(yuǎn)

摘 要：在機(jī)械加工領(lǐng)域中，將機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的電主軸單元被廣泛運(yùn)用。隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，主軸的發(fā)熱問(wèn)題逐漸凸顯，成為了影響加工精度和效率的關(guān)鍵性因素。鑒于此，文章對(duì)主軸冷卻相關(guān)的專利技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電主軸；冷卻；溫度監(jiān)測(cè)；專利

中圖分類號(hào)：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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

隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高和電主軸的廣泛運(yùn)用，主軸的發(fā)熱問(wèn)題逐漸凸顯，成為了影響加工精度和效率的關(guān)鍵性因素。在高速加工中，主軸的工作負(fù)荷不大，而且主軸因切削力引起的加工誤差相對(duì)較小。然而，主軸中高速電機(jī)的發(fā)熱和軸承的摩擦發(fā)熱卻是不可避免的，由此引起的熱變形如果處理不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重的影響機(jī)床的加工精度，相對(duì)于各類誤差來(lái)說(shuō)，熱變形引起的誤差比其他誤差更為明顯[1][2]。因此，本文對(duì)國(guó)內(nèi)外主軸冷卻相關(guān)的專利技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 國(guó)內(nèi)外主軸冷卻專利現(xiàn)狀分析

1.1 主軸冷卻專利技術(shù)分支

以主軸冷卻技術(shù)作為關(guān)鍵詞在中文專利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)以及外文專利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索，根據(jù)收集的專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，使用科學(xué)的方法進(jìn)行了標(biāo)引和分析，進(jìn)而對(duì)主軸冷卻所涉及的技術(shù)進(jìn)行分解，參見(jiàn)表1。

1.2 國(guó)內(nèi)外主軸冷卻專利申請(qǐng)數(shù)量分析

本文對(duì)2016 年之前主軸冷卻技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析形成圖1。

圖1中反映出，在全球范圍內(nèi)，主軸冷卻技術(shù)專利申請(qǐng)量有起伏、但總體上呈上升趨勢(shì)。專利申請(qǐng)起始于上世紀(jì)70年代，一直到1990年前都處于相對(duì)低的水平，申請(qǐng)量較少，可以理解為技術(shù)起步階段；在1990年后，專利申請(qǐng)量有了小幅度上升，這種上升趨勢(shì)一直到2002年后才有所減緩，這期間是主軸冷卻技術(shù)的一個(gè)發(fā)展小高峰，期間，中國(guó)申請(qǐng)人也提交了少量專利；在2005-2008年期間，申請(qǐng)量平穩(wěn)上升，但仍然處于探索階段；在2008年之后，專利申請(qǐng)總量再次大幅上升，一直持續(xù)到2016年都處于一個(gè)較高的水平。在這期間，中國(guó)申請(qǐng)人專利申請(qǐng)也在迅速上升，這說(shuō)明國(guó)內(nèi)企業(yè)的研究起步較晚，而國(guó)外企業(yè)在中國(guó)市場(chǎng)的專利布局也基本上是在2002年之后才開始逐漸展開。值得注意的是，在2005年到2017年這十二年間，國(guó)外申請(qǐng)人在中國(guó)的申請(qǐng)數(shù)量一直較快地增長(zhǎng)，速度也超過(guò)全球范圍內(nèi)的增長(zhǎng)速度，這說(shuō)明隨著中國(guó)市場(chǎng)越來(lái)越被眾多企業(yè)所重視，各國(guó)企業(yè)也開始大量地在中國(guó)進(jìn)行專利布局，同時(shí)隨著本土企業(yè)的逐漸壯大，例如大隈株式會(huì)社（OKUMA）、德克爾·馬霍普夫龍滕有限責(zé)任公司（DECKEL MAHO）、三菱重工株式會(huì)社（MITSUBISHI HEAVY IND）、森精機(jī)株式會(huì)社（MORI SEIKI）、東芝機(jī)械株式會(huì)社（TOSHIBA），山崎馬扎克公司（YAMAZAKI MAZAK CORP）等著名機(jī)床企業(yè)也開始進(jìn)入中國(guó)，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)也進(jìn)一步加劇。此外，主軸冷卻技術(shù)的專利申請(qǐng)中，國(guó)外申請(qǐng)人的申請(qǐng)基本都是發(fā)明專利，在2009年后中國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量有大幅度的增長(zhǎng)，但是主要以實(shí)用新型專利申請(qǐng)為主，發(fā)明專利的數(shù)量相對(duì)實(shí)用新型專利的數(shù)量還是偏少，這也說(shuō)明中國(guó)在這一領(lǐng)域的原創(chuàng)申請(qǐng)較少，還處于跟隨其他國(guó)家研發(fā)的進(jìn)度的階段。

1.3 重要申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)申請(qǐng)量分析將如圖2所示的申請(qǐng)人確定為主軸冷卻領(lǐng)域較為重要的申請(qǐng)人。可以發(fā)現(xiàn)其中包括多個(gè)全球著名機(jī)床主軸生產(chǎn)廠商，主要為日本和德國(guó)的公司，而中國(guó)企業(yè)在機(jī)床主軸領(lǐng)域的起步晚，且涉及的企業(yè)較為分散，只有少數(shù)公司致力于相關(guān)技術(shù)的持續(xù)研發(fā)。

現(xiàn)對(duì)機(jī)床主軸冷卻領(lǐng)域重要的申請(qǐng)人進(jìn)行相關(guān)介紹：

（1）大隈株式會(huì)社（OKUMA）是日本第一大機(jī)床生產(chǎn)商，世界第一大龍門加工中心生產(chǎn)商，其在主軸冷卻領(lǐng)域先后申請(qǐng)了23件專利，多件專利都有較高的引用次數(shù)。

（2）德國(guó)德克爾·馬霍普夫龍滕有限責(zé)任公司（DECKEL MAHO）是著名機(jī)床生產(chǎn)廠商德瑪吉旗下的全資子公司，其在主軸冷卻領(lǐng)域先后申請(qǐng)了21件專利，其中專利EP0288660A2是1987年申請(qǐng)的主軸冷卻技術(shù)專利，其先后進(jìn)入多個(gè)國(guó)家進(jìn)行布局，該專利先后被引證46次。

（3）日本森精機(jī)株式會(huì)社（MORI SEIKI）是日本最大的機(jī)床制造商之一。其在主軸冷卻領(lǐng)域先后申請(qǐng)了12件專利，其中專利EP0437322A2是1990年申請(qǐng)的主軸冷卻技術(shù)專利，其先后進(jìn)入多個(gè)國(guó)家進(jìn)行布局，該專利先后被引證64次，是主軸冷卻領(lǐng)域較為基礎(chǔ)性的專利。

（4）山崎馬扎克公司（YAMAZAKI MAZAK CORP）是一家全球知名的機(jī)床生產(chǎn)制造商。公司成立于1919年，主要生產(chǎn)CNC車床、復(fù)合車銑加工中心、立式加工中心、臥式加工中心、CNC激光系統(tǒng)、FMS柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)、CNC裝置和生產(chǎn)支持軟件等。產(chǎn)品素以高速度、高精度而在行業(yè)內(nèi)著稱，產(chǎn)品遍及機(jī)械工業(yè)的各個(gè)行業(yè)。

（5）廣州市昊志機(jī)電股份有限公司成立于2006年，是一家專業(yè)從事研發(fā)、制造、銷售、維修高速電主軸及零部件的環(huán)保、高科技型企業(yè)，上市公司。目前已成為中國(guó)電主軸產(chǎn)銷龍頭企業(yè)之一。

2 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)對(duì)于主軸冷卻技術(shù)的研究起步相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家較晚，但隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)裝備升級(jí)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)的企業(yè)和科研院所在應(yīng)用和理論上己經(jīng)取得了一定的成就。為取得更好的主軸溫度控制效果，未來(lái)中國(guó)的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)該努力提升冷卻流道和密封裝置的設(shè)計(jì)水平，提高主軸溫度的檢測(cè)精度和實(shí)時(shí)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻樹田，許慶鵬，張樹錕.高速電主軸冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械與電子，2012（03）：44-46.

[2]孔祥志，李長(zhǎng)英，王家興，等.內(nèi)裝式電主軸冷卻方式的探討[J].機(jī)械工程師，2011（01）：30-31.endprint