CN103034257B - 滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置和方法。适用于解决机床领域抑制滑枕内部水冷电机外表面产生冷凝水的现象和问题。本发明所说的装置，是在滑枕内水冷电机机壳表面安装温度传感器和露点传感器，温度传感器与露点传感器与数控系统连接；数控系统的水温控制信号输出端与温控箱的信号输入端相连接；由数控系统将露点传感器和温度传感器的信号经运算处理后发送指令到温控箱，温控箱按数控系统指定的温度对电机冷却水水温进行控制和修正，并对水冷电机进行冷却水循环冷却。使水冷电机温度机壳表面高于露点温度，从而避免了冷凝水对机床零部件的锈蚀破环作用，及对机床电气元件的损害。

Description

滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置和方法

所属领域

本发明涉及的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置和方法，特别适用于解决机床领域抑制滑枕内部水冷电机外表面产生冷凝水的现象和问题。

背景技术

数控机床滑枕主轴高速化趋势下，现有技术中传统的长传动轴主轴结构(图1)因传动机构复杂、共振频率低，已经无法满足主轴转速日益增高的需求。现在提高主轴转速行之有效的方法是将电主轴或电机与齿轮箱内置到滑枕中与主轴直连(图2)来代替传统的长传动轴结构。由于滑枕内置主轴电机后，电机工作区域空间狭小密闭，相对散热环境差，在选择电机时要使用散热效率更高的水冷电机来解决电机自身的散热问题。但由于电机采用水循环冷却方式使得电机壳的外表面温度较低，当温度达到滑枕内部空气水汽压的露点温度时，电机外壳会产生冷凝水现象。而冷凝水的产生会对位于电机下方的轴承、零件产生锈蚀，影响机床的寿命、精度和可靠性。因此，在现实的机床生产和使用过程中，成为一项亟待解决的重要课题和任务。

发明内容

本发明的目的是针对滑枕主轴内置水冷电机产生冷凝水问题，提出滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置和控制方法，采用对电机冷却水温度控制的方法，控制电机机壳的表面温度，避免电机机壳的表面温度到达环境露点，从冷凝水形成的机理上抑制冷凝水的产生。

本发明所说的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置，主要由露点传感器、温度传感器、温控箱、数控系统等构成。其构成关系为：在滑枕内置水冷电机机壳表面安装温度传感器，在滑枕内安装露点传感器，温度传感器与露点传感器的输出端与数控系统相连接，通过数据系传输线将温度传感器和露点传感器的信号输入到数控系统(控制系统)中；数控系统的水温控制信号输出端与温控箱中的水温控制信号输入端相连接，数控系统将露点传感器的输入信号经运算处理后发送指令到温控箱，温控箱按数控系统指定的温度对电机冷却水水温进行控制，并温控箱上的出水口和进水口与水冷电机上的进/出水口相连接，对水冷电机进行冷却水循环冷却。同时安装在水冷电机机壳表面的温度传感器对机壳实际温度进行实时监控，数控系统将温度传感器反馈的水冷电机机壳表面温度信号，与露点传感器采集的露点温度进行对比，对温控箱的冷却水温度进行修正。

滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置的控制实施过程和方法如下，

1)在滑枕内部设置两个传感器温度监控点：

(1)一个露点传感器设置在水冷电机的工作环境中，对工作环境空饱和水汽压温度进行检测；

(2)一个温度传感器设置在水冷电机机壳外表面，对电机外表面温度进行检测；

2)当水冷电机开启工作时，露点传感器采集露点温度信号；温度传感器采集水冷电机机壳表面实际温度；

3)数据传输与处理：

(1)将露点传感器采集到的露点温度信号传输给数控系统；

(2)将温度传感器采集到的水冷电机机壳表面实际温度信号传输到数控系统；

(3)数控系统根据水冷电机冷却水的水温要求和露点传感器采集的露点温度对冷却水控制温度进行计算；

(4)数控系统根据水冷电机机壳表面实际温度，结合对比露点传感器采集的露点温度运算后对温控箱发送温度控制修正指令；

4)数控系统将所要控制的冷却水温度信号指令发送给温控箱，温控箱根据指定的温度对冷却水进行温度控制；

5)温控箱把冷却水送入水冷电机循环冷却；

6)使水冷电机温度机壳表面高于露点温度。

在机床滑枕内安装本发明所说的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置，使得水冷电机表面温度总是高于露点温度，其效果主要表现在以下两方面：

⑴水冷电机表面温度总是高于露点温度，避免了冷凝水对机床零部件的锈蚀破环作用。

⑵水冷电机表面温度总是高于露点温度，避免了冷凝水对机床电气元件的损害。

附图说明

图1为传统的长传动轴滑枕结构；

图2为本发明的主轴内置水冷电机滑枕结构；

图3为本发明的立式车床滑枕布置图整体结构示意图；

图4为本发明滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置原理图；

图5为滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制流程图。

具体实施方式

下面将本发明应用于立式车床滑枕上为例，对本发明所说的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制的原理作进一步的说明。

图1～4中：1、露点传感器；2、温度传感器；3、水冷电机；4、滑枕；5、数控系统；6、温控箱；7、温控箱的出水口；8、温控箱的进水口；9、水冷电机的进/出水口；10、温控箱的水温控制信号输入端；11、露点传感器信号输入端；12、温度传感器信号输入端；13、水温控制信号输出端；14、铣主轴；15、传动轴；16、变速箱。

图1为传统的长传动轴滑枕结构。图中的主轴14设置在滑枕4的端部，细长的传动轴15设置在滑枕4的中间，电机和变速箱16设置在滑枕的另一端。

图2为本发明所说的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置在立式车床滑枕布置图实施方式的传动结构部分。主轴14设置在滑枕4的端部，主轴14直接与变速箱16连接，变速箱16与水冷电机3内置在滑枕4中，滑枕为竖直或水平安装。图3为立式车床滑枕布置图整体传动结构示意图。

图4为本发明所说的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置结构原理图。所说的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置，主要由露点传感器1、温度传感器2、温控箱6、数控系统5等构成。其构成关系为：内置在滑枕4中的水冷电机3机壳表面安置温度传感器2，在滑枕4内安置露点传感器1；温度传感器2的输出端与数控系统5中的温度传感器信号输入端12相连接，露点传感器1的输出端与数控系统5中的露点传感器信号输入端11相连接；数控系统5的水温控制信号输出端13与温控箱6中的水温控制信号输入端10相连接；温控箱的出水口8和进水口7与水冷电机上的进/出水口9相连接。数控系统5将温度传感器2反馈的水冷电机3机壳表面温度信号，与露点传感器1采集的露点温度进行对比，对温控箱6的冷却水温度进行修正。

图5滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制流程图，下面对滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制系统装置的控制实施过程和方法进行详细说明：

在滑枕4内部布置两个传感器温度监控点，其中一个采用露点传感器1布置在水冷电机3的工作环境中，对工作环境空饱和水汽压温度(露点温度)进行检测。另一个温度传感器2布置在水冷电机3机壳外表面，对水冷电机外表面温度进行检测。当水冷电机3开启工作时，露点传感器1将采集到的露点温度信号传输给数控系统5(控制系统)，数控系统通过内部程序根据水冷电机的冷却水的水温要求和露点传感器1采集的露点温度对冷却水控制温度进行计算，并将所要控制的冷却水温度信号指令发送给温控箱6，温控箱6根据数控系统5指定的温度对冷却水进行温度控制，并把冷却水送入水冷电机3循环冷却。于此同时温度传感器2将水冷电机3机壳表面实际温度的检测值传输到数控系统5，数控系统5再次结合露点传感器1采集的露点温度运算后对温控箱6发送温度控制修正指令，直到得到一个较为合适的水温，使得水冷电机温度机壳表面在高于露点温度避免产生冷凝水现象的同时，也能获得较高的散热效率。

Claims (3)

1.一种滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置，由露点传感器、温度传感器、温控箱、数控系统构成，其特征在于，内置在滑枕中的水冷电机机壳表面安置温度传感器，在滑枕内安置露点传感器，温度传感器与露点传感器的输出端与数控系统相连接；数控系统的水温控制信号输出端与温控箱中的水温控制信号输入端相连接；温控箱上的出水口和进水口与水冷电机上的进/出水口相连接。

2.按照权利要求1所说的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置，其特征在于，温度传感器的输出端与数控系统中的温度传感器信号输入端相连接，露点传感器的输出端与数控系统中的露点传感器信号输入端相连接。

3.按照权利要求1所说的滑枕主轴内置水冷电机冷凝水控制装置，其控制过程和方法如下，

1)在滑枕内部设置两个传感器温度监控点：

(1)一个露点传感器设置在水冷电机的工作环境中，对工作环境空饱和水汽压温度进行检测；

(2)一个温度传感器设置在水冷电机机壳外表面，对电机外表面温度进行检测；

2)当水冷电机开启工作时，露点传感器采集露点温度信号；温度传感器采集水冷电机机壳表面实际温度；

3)数据传输与处理：

(1)将露点传感器采集到的露点温度信号传输给数控系统；

(2)将温度传感器采集到的水冷电机机壳表面实际温度信号传输到数控系统；

(3)数控系统根据水冷电机冷却水的水温要求和露点传感器采集的露点温度对冷却水控制温度进行计算；

(4)数控系统根据水冷电机机壳表面实际温度，结合对比露点传感器采集的露点温度运算后对温控箱发送温度控制修正指令；

4)数控系统将所要控制的冷却水温度信号指令发送给温控箱，温控箱根据指定的温度对冷却水进行温度控制；

5)温控箱把冷却水送入水冷电机循环冷却；

6)使水冷电机温度机壳表面高于露点温度。