CN104848573A - 数控机床金切机床集中式温度管理系统 - Google Patents

数控机床金切机床集中式温度管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，系统控制器分别与能量调节阀、流量分配器、回水控制器连接，制冷压缩机分别与冷凝器、能量调节阀、蒸发器连接，蒸发器分别与能量调节阀、节流阀、回水控制器、载冷剂箱连接，载冷剂箱与载冷剂泵连接，载冷剂泵与流量分配器连接，流量分配器分别与冷却组件连接，回水控制器分别与电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件连接。本发明实现一台制冷设备冷却载冷剂，简化了机床设计、降低了能耗、减小了占地面积、降低了故障率、降低了成本、提高了可靠性、提高了机床温度控制精度。

Description

数控机床金切机床集中式温度管理系统
技术领域
本发明涉及一种冷却装置，特别涉及一种数控机床金切机床集中式温度管理系统。
背景技术
随着数控机床行业的发展，机床的加工精度越来越精、机床的稳定性越来越严、机床的使用效率越来越高，因此对数控机床的整体稳定性、可靠性的要求越来越苛刻。为了适应这种高强度、高效率、高精度的工作要求，现代化的数控机床在各个部件的冷却方面，都提出了明确要求机床的主轴、直线电机、中空丝杠、转台、液压站、切削液、电器柜等各个部件都需要冷却。所以往往会出现一台数控机床需要配套多台冷却设备的现象，这就造成了机床的整体性非常差、性能不稳定、控制精度不高、故障率高、占地面积大、能耗高等缺点，而且由于有多台制冷设备造成整机设备的故障率相对要高。
发明内容
本发明的目的为了克服上述存在的问题，提供一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，采用集成式的制冷系统，实现一台制冷设备冷却载冷剂，通过末端专用模块冷却和预热各个功能部件，简化了机床设计、降低了能耗、减小了占地面积、降低了故障率、降低了成本、提高了可靠性、提高了机床温度控制精度。
为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：
本发明的一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，包括制冷压缩机、冷凝器、能量调节阀、节流阀、蒸发器、载冷剂泵、载冷剂箱、流量分配器、回水控制器、电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件、系统控制器，所述系统控制器分别与能量调节阀、流量分配器、回水控制器连接，系统控制器通过能量调节阀控制制冷量，保持载冷剂的温度恒定，所述制冷压缩机分别与冷凝器、能量调节阀、蒸发器连接，所述蒸发器分别与能量调节阀、节流阀、回水控制器、载冷剂箱连接，载冷剂箱与载冷剂泵连接，载冷剂泵与流量分配器连接，流量分配器分别与电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件连接，所述回水控制器分别与电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件连接。
其中，所述电气箱冷却组件包括进水口一、出水口一、调节执行器一、调节阀一、温度传感器一、水风换热器、风机，所述进水口一与调节阀一连接，调节阀一分别与调节执行器一、水风换热器连接，水风换热器与出水口一连接，所述风机位于水风换热器的一侧，所述温度传感器一和调节执行器一分别与所述系统控制器连接，温度传感器一位于电气箱内。
其中，所述主轴冷却组件包括进水口二、出水口二、调节执行器二、调节阀二、温度传感器二，所述进水口二与调节阀二连接，调节阀二分别与调节执行器二、主轴连接，所述温度传感器二和调节执行器二分别与所述系统控制器连接，温度传感器二位于主轴上。
其中，所述转台冷却组件包括进水口三、出水口三、调节执行器三、调节阀三、温度传感器三，所述进水口三与调节阀三连接，调节阀三分别与调节执行器三、转台连接，所述温度传感器三和调节执行器三分别与所述系统控制器连接，温度传感器三位于转台上。
其中，所述直线电机冷却组件包括进水口四、出水口四、调节执行器四、调节阀四、温度传感器四，所述进水口四与调节阀四连接，调节阀四分别与调节执行器四、主轴连接，所述温度传感器四和调节执行器四分别与所述系统控制器连接，温度传感器四位于直线电机上。
其中，所述液压站冷却组件包括进水口五、出水口五、调节执行器五、调节阀五、温度传感器五、水-油换热器、液压油进口、液压油出口，所述水-油换热器分别与出水口五、调节阀五、液压油进口、液压油出口连接，调节阀五分别与进水口五、调节执行器五连接，所述温度传感器五和调节执行器五分别与所述系统控制器连接，温度传感器五位于液压油进口附近。
其中，所述切削液冷却组件包括进水口六、出水口六、调节执行器六、调节阀六、温度传感器六、水-油换热器、切削液进口、切削液出口，所述水-油换热器分别与出水口六、调节阀六、切削液进口、切削液出口连接，调节阀六分别与进水口六、调节执行器六连接，所述温度传感器六和调节执行器六分别与所述系统控制器连接，温度传感器六位于切削液进口附近。
由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于：
1、制冷系统内设有能量调节阀，可以连续调节制冷量，可精确控制载冷剂温度；
2、集中冷却设计，制冷量可以相互弥补，比一对一制冷系统，制冷量减小40％；
3、设有流量分配器可以根据各组件流量需求自动分配流量；
4、采用主机+冷却组件的模块化设计，便于自由组合，批量化生产。
附图说明
图1是本发明总体结构的示意图；
图2是本发明电气箱冷却组件的示意图；
图3是本发明主轴冷却组件的示意图；
图4是本发明转台冷却组件的示意图；
图5是本发明直线电机冷却组件的示意图；
图6是本发明液压站冷却组件的示意图；
图7是本发明切削液冷却组件的示意图。
图中：1、制冷压缩机；2、冷凝器；3、能量调节阀；4、节流阀；5、蒸发器；6、载冷剂泵；7、载冷剂箱；8、流量分配器；9、回水控制器；10、电气箱冷却组件；11、主轴冷却组件；12、转台冷却组件；13、直线电机冷却组件；14、液压站冷却组件；15、切削液冷却组件；16、系统控制器；
1-1、进水口一；1-2出水口一、1-3、调节执行器一；1-4、调节阀一；1-5、温度传感器一；1-6、水风换热器；1-7、风机；
2-1、水口二；2-2、出水口二；2-3、调节执行器二；2-4、调节阀二；2-5、温度传感器二；2-6、主轴；
3-1、进水口三；3-2、出水口三；3-3、调节执行器三；3-4、调节阀三；3-5、温度传感器三；3-6、转台；
4-1、进水口四；4-2、出水口四；4-3、调节执行器四；4-4、调节阀四；4-5、温度传感器四；4-6、直线电机；
5-1、进水口五；5-2、出水口五；5-3、调节执行器五；5-4、调节阀五；5-5、温度传感器五；5-6、水-油换热器；5-7、液压油进口；5-8、液压油出口；
6-1、进水口六；6-2、出水口六；6-3、调节执行器六；6-4、调节阀六；6-5、温度传感器六；6-6、水-油换热器；6-7、切削液进口；6-8、切削液出口。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明及其用途，但不用来限制本发明的保护范围。
参见图1-7，本发明的一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，由制冷压缩机、冷凝器、能量调节阀、节流阀、蒸发器、载冷剂泵、载冷剂箱、流量分配器、回水控制器、电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件、系统控制器组成，所述系统控制器分别与能量调节阀、流量分配器、回水控制器连接，系统控制器通过能量调节阀控制制冷量，保持载冷剂的温度恒定，所述制冷压缩机分别与冷凝器、能量调节阀、蒸发器连接，所述蒸发器分别与能量调节阀、节流阀、回水控制器、载冷剂箱连接，载冷剂箱与载冷剂泵连接，载冷剂泵与流量分配器连接，流量分配器分别与电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件连接，所述回水控制器分别与电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件连接。
所述电气箱冷却组件包括进水口一、出水口一、调节执行器一、调节阀一、温度传感器一、水风换热器、风机，所述进水口一与调节阀一连接，调节阀一分别与调节执行器一、水风换热器连接，水风换热器与出水口一连接，所述风机位于水风换热器的一侧，所述温度传感器一和调节执行器一分别与所述系统控制器连接，温度传感器一位于电气箱内。
所述主轴冷却组件包括进水口二、出水口二、调节执行器二、调节阀二、温度传感器二，所述进水口二与调节阀二连接，调节阀二分别与调节执行器二、主轴连接，所述温度传感器二和调节执行器二分别与所述系统控制器连接，温度传感器二位于主轴上。
其中，所述转台冷却组件包括进水口三、出水口三、调节执行器三、调节阀三、温度传感器三，所述进水口三与调节阀三连接，调节阀三分别与调节执行器三、转台连接，所述温度传感器三和调节执行器三分别与所述系统控制器连接，温度传感器三位于转台上。
所述直线电机冷却组件包括进水口四、出水口四、调节执行器四、调节阀四、温度传感器四，所述进水口四与调节阀四连接，调节阀四分别与调节执行器四、主轴连接，所述温度传感器四和调节执行器四分别与所述系统控制器连接，温度传感器四位于直线电机上。
所述液压站冷却组件包括进水口五、出水口五、调节执行器五、调节阀五、温度传感器五、水-油换热器、液压油进口、液压油出口，所述水-油换热器分别与出水口五、调节阀五、液压油进口、液压油出口连接，调节阀五分别与进水口五、调节执行器五连接，所述温度传感器五和调节执行器五分别与所述系统控制器连接，温度传感器五位于液压油进口附近。
所述切削液冷却组件包括进水口六、出水口六、调节执行器六、调节阀六、温度传感器六、水-油换热器、切削液进口、切削液出口，所述水-油换热器分别与出水口六、调节阀六、切削液进口、切削液出口连接，调节阀六分别与进水口六、调节执行器六连接，所述温度传感器六和调节执行器六分别与所述系统控制器连接，温度传感器六位于切削液进口附近。
本发明的工作原理说明：
制冷压缩机1排出高温高压制冷剂蒸汽通过冷凝器2冷凝成液态制冷剂，液态制冷剂通过节流阀4节流降压，饱和温度下降，进入蒸发器5蒸发制冷，为载冷剂箱7降温，蒸发后的气态制冷剂再次回到压缩机1。
系统控制器16通过能量调节阀3精确控制制冷量，保持载冷剂的温度恒定。
载冷剂泵6将载冷剂由载冷剂箱7中泵到流量分配器8中，流量分配器8在系统控制器16的控制下按各冷却组件(电气箱冷却组件10、主轴冷却组件11、转台冷却组件12、直线电机冷却组件13、液压站冷却组件14、切削液冷却组件15)需求流量分配载冷剂流量。由冷却组件回来的载冷剂通过回水控制器9，回到载冷剂箱7，回水控制器9内部设有止回阀，能够防止各支路流量相互干扰。
本发明电气箱冷却组件原理说明：
从流量分配器8来的低温载冷剂通过进水口一1-1进入电气箱冷却组件，经过调节阀一1-4，进入水风换热器1-6，在风机1-7的作用下，为电气箱降温，当温度传感器一1-5检测到电气箱温度升高时，通过系统控制器16控制调节执行器一1-3，加大水流量，反之减少水流量，从而起到精确控制电气箱温度的目的。
本发明主轴冷却组件工作原理说明：
从流量分配器8来的低温载冷剂通过进水口二2-1通过调节阀一2-4，进入主轴2-6为其提供冷却；当温度传感器二2-5检测到主轴温度升高时，通过系统控制器16控制调节执行器二2-3，加大水流量，反之减少水流量，从而起到精确控制主轴温度的目的。
所述转台冷却组件、直线电机冷却组件原理与上述主轴冷却组件原理相同。
本发明液压站冷却组件工作原理说明：
从流量分配器8来的低温载冷剂通过进水口五，通过调节阀五5-4，进入水-油换热器5-6，与从液压进油口5-7来的液压油进行热交换，为其提供冷却；当温度传感器五5-5检测到液压油温度升高时，通过系统控制器16控制调节执行器五5-3，加大水流量，反之减少水流量，从而起到精确控制液压油温度的目的。
所述切削液冷却组件工作原理与上述液压站冷却组件工作原理相同。
本发明的系统控制器采用单片机控制单元。
本发明的调节执行器即电动阀门执行器，是一个带有反馈功能的电动执行机构，通过它可以调节三通阀的位置，从而改变通过三通阀的水流量。电动阀门执行器，包括电动机，特点是过载能力强、起动转矩大、转动惯量小，短时、断续工作；减速机构，用以减低电动机的输出转速；行程控制机构，用以调节和准确控制阀门的启闭位置；转矩限制机构，用以调节转矩(或推力)并使之不超过预定值；手动、电动切换机构，进行手动或电动操作的联锁机构；开度指示器，用以显示阀门在启闭过程中所处的位置。
本发明采用集成式的制冷系统，实现一台制冷设备冷却载冷剂，通过末端专用模块冷却和预热各个功能部件，简化了机床设计、降低了能耗、减小了占地面积、降低了故障率、降低了成本、提高了可靠性、提高了机床温度控制精度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，其特征在于：包括制冷压缩机、冷凝器、能量调节阀、节流阀、蒸发器、载冷剂泵、载冷剂箱、流量分配器、回水控制器、电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件、系统控制器，所述系统控制器分别与能量调节阀、流量分配器、回水控制器连接，系统控制器通过能量调节阀控制制冷量，保持载冷剂的温度恒定，所述制冷压缩机分别与冷凝器、能量调节阀、蒸发器连接，所述蒸发器分别与能量调节阀、节流阀、回水控制器、载冷剂箱连接，载冷剂箱与载冷剂泵连接，载冷剂泵与流量分配器连接，流量分配器分别与电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件连接，所述回水控制器分别与电气箱冷却组件、主轴冷却组件、转台冷却组件、直线电机冷却组件、液压站冷却组件、切削液冷却组件连接。
2.按照权利要求1所述的一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，其特征在于：所述电气箱冷却组件包括进水口一、出水口一、调节执行器一、调节阀一、温度传感器一、水风换热器、风机，所述进水口一与调节阀一连接，调节阀一分别与调节执行器一、水风换热器连接，水风换热器与出水口一连接，所述风机位于水风换热器的一侧，所述温度传感器一和调节执行器一分别与所述系统控制器连接，温度传感器一位于电气箱内。
3.按照权利要求1所述的一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，其特征在于：所述主轴冷却组件包括进水口二、出水口二、调节执行器二、调节阀二、温度传感器二，所述进水口二与调节阀二连接，调节阀二分别与调节执行器二、主轴连接，所述温度传感器二和调节执行器二分别与所述系统控制器连接，温度传感器二位于主轴上。
4.按照权利要求1所述的一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，其特征在于：所述转台冷却组件包括进水口三、出水口三、调节执行器三、调节阀三、温度传感器三，所述进水口三与调节阀三连接，调节阀三分别与调节执行器三、转台连接，所述温度传感器三和调节执行器三分别与所述系统控制器连接，温度传感器三位于转台上。
5.按照权利要求1所述的一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，其特征在于：所述直线电机冷却组件包括进水口四、出水口四、调节执行器四、调节阀四、温度传感器四，所述进水口四与调节阀四连接，调节阀四分别与调节执行器四、主轴连接，所述温度传感器四和调节执行器四分别与所述系统控制器连接，温度传感器四位于直线电机上。
6.按照权利要求1所述的一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，其特征在于：所述液压站冷却组件包括进水口五、出水口五、调节执行器五、调节阀五、温度传感器五、水-油换热器、液压油进口、液压油出口，所述水-油换热器分别与出水口五、调节阀五、液压油进口、液压油出口连接，调节阀五分别与进水口五、调节执行器五连接，所述温度传感器五和调节执行器五分别与所述系统控制器连接，温度传感器五位于液压油进口附近。
7.按照权利要求1所述的一种数控机床金切机床集中式温度管理系统，其特征在于：所述切削液冷却组件包括进水口六、出水口六、调节执行器六、调节阀六、温度传感器六、水-油换热器、切削液进口、切削液出口，所述水-油换热器分别与出水口六、调节阀六、切削液进口、切削液出口连接，调节阀六分别与进水口六、调节执行器六连接，所述温度传感器六和调节执行器六分别与所述系统控制器连接，温度传感器六位于切削液进口附近。
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