CN105415088B - 机床 - Google Patents
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Abstract
本发明的机床，具备热声装置(7)和流体供给用装置，利用机床的构成装置的废热，利用热声效应对构成热声装置的热交换器进行冷却，并对用于冷却轴承、加工位置的冷却液进行冷却。
Description
技术领域
本发明涉及具有利用了热声效应的冷却装置的机床。
背景技术
机床的旋转轴因旋转而使轴承部发热。为了防止因发热导致的轴承部的热膨胀而引起旋转轴烧熔的现象，以往有通过冷却装置对轴承部进行冷却的机床。例如参照日本特开2003-117770号公报。
另外，在日本特开2000-205677号公报中公开有利用了热声效应的冷却技术。
在日本特开2003-117770号公报所记载的技术中，为了对冷却轴承部的冷却油进行冷却而具备冷却装置，并且为了使冷却装置运转而需要能量。
在日本特开2000-205677号公报所记载的技术中，虽然记载有将利用了热声效应进行的冷却应用于住宅、仓库、农业用温室、车载制冷设备的技术，但在机床中有效的应用方法并未公开。
发明内容
本发明目的之一在于，提供一种应用热声效应来削减能耗的机床。
作为本发明的一个方式的机床，具有：
环形管，其封入有工作气体；
第一层叠部(stack)，其设置于所述环形管且被第一高温侧热交换器以及第一低温侧热交换器夹着，并且沿热的输送方向具有多个导通路；
第二层叠部，其设置于所述环形管且被第二高温侧热交换器以及第二低温侧热交换器夹着，并且沿热的输送方向具有多个导通路；
热声装置，其对所述第一高温侧热交换器进行加热，通过在所述第一层叠部的两端产生温度梯度，而产生利用自激导致的驻波以及行波，并利用该驻波以及行波对所述第二低温侧热交换器进行冷却；以及
至少一个流体供给装置，其向所述机床供给流体，
其中，
利用从所述流体供给装置送出的第一流体，对所述第一低温侧热交换器进行冷却，
利用通过冷却所述机床的构成装置来吸收所述构成装置的废热，从而自身的温度上升后的第二流体，对所述第一高温侧热交换器进行加热，
利用由在所述第一低温侧热交换器与所述第一高温侧热交换器之间产生的温度梯度所产生的热声效应，来冷却所述第二低温侧热交换器，
由所述第二低温侧热交换器来冷却第三流体。
根据上述方式的机床，通过利用机床的构成装置的废热而成为高温的第二流体，对热声装置的第一高温侧热交换器进行加热，从而产生利用自激导致的驻波以及行波，并能够通过该驻波以及行波对第二低温侧热交换器进行冷却。由被冷却而成为低温的第二低温侧热交换器，对第三流体进行冷却，并将该第三流体用于构成部位的冷却，从而能够实现用于冷却的能耗较小的机床。
在上述方式的机床中，也可以构成为利用从所述流体供给装置送出的第一流体，对所述第二高温侧热交换器进行冷却。
根据上述方式，由于对第二高温侧热交换器进行冷却，因此热声效应的作用增大，能够实现使第二低温侧热交换器更低温的机床。
附图说明
以下，通过参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述，本发明的其它特征及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素，其中，
图1是表示第一实施方式的机床的整体结构的简略图。
图2是表示第一实施方式的冷却机构的详细情况的图。
图3是表示第二实施方式的冷却机构的详细情况的图。
图4是表示第三实施方式的冷却机构的详细情况的图。
图5是表示第四实施方式的冷却机构的详细情况的图。
图6是表示第五实施方式的冷却机构的详细情况的图。
图7是表示第六实施方式的冷却机构的详细情况的图。
具体实施方式
以下，基于应用于使用旋转工具进行切削加工的机床的例子，对本发明的第一实施方式进行说明。
如图1所示，机床1具有：在床身2上的工件W、和由主轴3支承为能够旋转的工具4。工件W和主轴3借助未图示的进给装置而能够相对移动。为了防止随工具4旋转导致主轴3发热带来的热膨胀，机床1具有向轴承供给轴承冷却流体的轴承冷却流体供给装置5。机床1具有：用于对加工中的工件W和工具4进行冷却而供给加工液的加工液供给装置6、和向加工位置供给加工液的喷嘴9。此外，为了对轴承冷却流体进行冷却而具有热声装置7。还具有用于对机床主体、轴承冷却流体供给装置5以及加工液供给装置6的动作进行控制的控制装置8。
图2表示第一实施方式的热声装置7和主轴冷却回路的详细情况。
热声装置7具备：环形管71，其封入有氦或氖等工作气体；第一层叠部73，其设置于所述环形管71的一侧且被第一高温侧热交换器74以及第一低温侧热交换器72夹着；第二层叠部76，其设置于所述环形管71的另一侧且被第二高温侧热交换器75以及第二低温侧热交换器77夹着。第一高温侧热交换器74、第一低温侧热交换器72、第一层叠部73、和第二高温侧热交换器75、第二低温侧热交换器77、第二层叠部76，具有沿环形管71的轴向连通的多个导通路。此外，第一高温侧热交换器74、第一低温侧热交换器72、第二高温侧热交换器75、第二低温侧热交换器77具备与轴向正交的流路，通过使流体在流路内通过，从而能够有效地进行热交换。
若对第一高温侧热交换器74进行加热，对第一低温侧热交换器72进行冷却，在第一层叠部73的两端产生温度梯度，则因自激而在工作气体中产生驻波以及行波。若该波沿着环形管到达被第二高温侧热交换器75以及第二低温侧热交换器77夹着的第二层叠部76，则向与波的行进方向相反的方向输送热量。即，第二低温侧热交换器77的温度变为比第二高温侧热交换器75的温度低。
主轴3经由设置于壳体32的轴承33，将心轴34支承为旋转自如，其中壳体32被主体31保持。心轴34在前端保持工具4，并且借助未图示的马达进行旋转。若心轴34旋转，则利用因轴承33的摩擦而产生的发热，使壳体32的温度上升。
轴承冷却流体供给装置5经由管路51、第二低温侧热交换器77以及管路36，向主轴3供给轴承冷却流体。在壳体32的外周设置有槽，经由管路36供给的轴承冷却流体，在壳体32的外周循环并排出至管路35。此时，轴承冷却流体夺取壳体32的热量而温度上升，并成为高温轴承冷却流体。之后，经由管路35对第一高温侧热交换器74进行加热，并经由管路52回流至轴承冷却流体供给装置5。
从加工液供给装置6经由管路61向第一低温侧热交换器72供给加工液，并且从加工液供给装置6经由管路62向第二高温侧热交换器75供给加工液。通常，加工液供给装置6被风冷，并且加工液的温度大致为室温。
根据上述的管路构成，第一低温侧热交换器72和第二高温侧热交换器75被加工液冷却为接近室温的温度。第一高温侧热交换器74被温度上升后的轴承冷却流体亦即高温轴承冷却流体加热为高温。其结果，在第一低温侧热交换器72与第一高温侧热交换器74之间产生温度梯度，从而在工作气体中产生因自激导致的波。
若该波沿着环形管到达被第二高温侧热交换器75以及第二低温侧热交换器77夹着的第二层叠部76，则第二低温侧热交换器77的温度变为比第二高温侧热交换器75的温度低。即，第二低温侧热交换器77的温度变为比室温低，从而能够对经由第二低温侧热交换器77内向主轴3供给的轴承冷却流体进行冷却。
根据以上结构，能够利用在主轴3产生的废热，对向主轴3供给的轴承冷却流体进行冷却，从而能够实现主轴3冷却所需的能耗少的机床。
在此，示出了作为轴承33使用了滚动轴承的主轴3的例子，但在使用静压油轴承作为轴承的情况下，也可以使用来自轴承兜孔的排出油作为高温流体。
接下来，基于图3对第二实施方式进行说明。
这是利用主轴3的废热进行加工液的冷却的实施方式。主轴3、轴承冷却流体供给装置5、加工液供给装置6以及热声装置7的结构与第一实施方式相同。从轴承冷却流体供给装置5经由管路53向主轴3供给轴承冷却流体。轴承冷却流体夺取壳体32的热量而温度上升，并成为高温轴承冷却流体。之后，经由管路35对第一高温侧热交换器74进行加热，并经由管路52回流至轴承冷却流体供给装置5。在轴承冷却流体供给装置5中，通过风冷将轴承冷却流体冷却为接近室温。
从加工液供给装置6供给的加工液，经由管路61向第一低温侧热交换器72供给，并且经由管路62向第二高温侧热交换器75供给，并且经由管路65向第二低温侧热交换器77供给。经由第二低温侧热交换器77之后的加工液，通过管路91向喷嘴9供给，并在加工部对工具4和工件W进行冷却。
根据上述的管路构成，第一低温侧热交换器72和第二高温侧热交换器75被加工液冷却为接近室温的温度。第一高温侧热交换器74被温度上升后的轴承冷却流体亦即高温轴承冷却流体加热为高温。其结果，在第一低温侧热交换器72与第一高温侧热交换器74之间产生温度梯度，并产生因自激导致的波。
若该波沿着环形管到达被第二高温侧热交换器75以及第二低温侧热交换器77夹着的第二层叠部76，则第二低温侧热交换器77的温度变为比第二高温侧热交换器75的温度低。即，第二低温侧热交换器77的温度变为比室温低，从而能够对经由第二低温侧热交换器77内而向加工部供给的加工液进行冷却。
根据以上结构，能够利用在主轴3产生的废热，对向加工部供给的加工液进行冷却，从而能够实现加工液的冷却所需的能耗少的机床。
接下来，基于图4对第三实施方式进行说明。
这是代替第一实施方式中的加工液供给装置6而具备空气供给装置11，并利用主轴3的废热进行向主轴3供给的轴承冷却流体的冷却的实施方式。主轴3、轴承冷却流体供给装置5以及热声装置7的结构与第一实施方式相同。从轴承冷却流体供给装置5经由管路51、第二低温侧热交换器77以及管路36，向主轴3供给轴承冷却流体。轴承冷却流体夺取壳体32的热量而温度上升，并成为高温轴承冷却流体。之后，经由管路35对第一高温侧热交换器74进行加热，并经由管路52回流至轴承冷却流体供给装置5。
从空气供给装置11供给的大致室温的空气，经由管路111通过第一低温侧热交换器72，并经由管路112通过第二高温侧热交换器75被排放到大气中。
根据上述的管路构成，第一低温侧热交换器72和第二高温侧热交换器75被空气冷却为接近室温的温度。第一高温侧热交换器74被温度上升后的轴承冷却流体亦即高温轴承冷却流体加热为高温。其结果，在第一低温侧热交换器72与第一高温侧热交换器74之间产生温度梯度，并产生因自激导致的波。
若该波沿着环形管到达被第二高温侧热交换器75以及第二低温侧热交换器77夹着的第二层叠部76，则第二低温侧热交换器77的温度变为比第二高温侧热交换器75的温度低。即，第二低温侧热交换器77的温度变为比室温低，从而能够对经由第二低温侧热交换器77内而向主轴供给的轴承冷却流体进行冷却。
根据以上结构，能够利用在主轴3产生的废热，对向主轴3供给的轴承冷却流体进行冷却，从而能够实现主轴3冷却所需的能耗少的机床。
接下来，基于图5对第四实施方式进行说明。
这是代替第一实施方式中的主轴3的轴承冷却流体，而将冷却加工部之后温度上升的加工液作为高温加工液利用的实施方式。加工液供给装置6和热声装置7的结构与第一实施方式相同。从喷嘴9供给至加工部，对工具4和工件W进行冷却而成为高温的高温加工液，被回收至加工液接受部10，并经由管路101对第一高温侧热交换器74进行加热，再经由管路64回流至加工液供给装置6。从加工液供给装置6经由管路61而在第一低温侧热交换器72循环的加工液、和经由管路62而在第二高温侧热交换器75循环的加工液，也经由管路64回流至加工液供给装置6。
经过了第二低温侧热交换器77之后的加工液，通过管路91供给至喷嘴9，并在加工部对工具4和工件W进行冷却。
根据上述的管路构成，第一低温侧热交换器72和第二高温侧热交换器75被加工液冷却为接近室温的温度。第一高温侧热交换器74被温度上升后的高温加工液加热为高温。其结果，在第一低温侧热交换器72与第一高温侧热交换器74之间产生温度梯度，并产生因自激导致的波。
若该波沿着环形管到达被第二高温侧热交换器75以及第二低温侧热交换器77夹着的第二层叠部76，则第二低温侧热交换器77的温度变为比第二高温侧热交换器75的温度低。即，第二低温侧热交换器77的温度变为比室温低，从而能够对经由第二低温侧热交换器77内而向加工部供给的加工液进行冷却。
根据以上结构，能够利用在加工部产生的废热，对向加工部供给的加工液进行冷却，从而能够实现加工液的冷却所需的能耗少的机床。
接下来，基于图6对第五实施方式进行说明。
这是将第四实施方式中的由加工液对第一低温侧热交换器72和第二高温侧热交换器75进行的冷却，替换为由空气进行冷却的实施方式。加工液供给装置6和热声装置7的结构与第一实施方式相同。从喷嘴9供给至加工部，并对工具4和工件W进行冷却而成为高温的高温加工液，被回收至加工液接受部10，并经由管路101对第一高温侧热交换器74进行加热，再经由管路64回流至加工液供给装置6。从加工液供给装置6经由管路65和第二低温侧热交换器77的加工液，通过管路91而向喷嘴9供给，并在加工部对工具4和工件W进行冷却。
从空气供给装置11供给的大致室温的空气，经由管路111通过第一低温侧热交换器72，并经由管路112通过第二高温侧热交换器75，被排放到大气中。
根据上述的管路构成，第一低温侧热交换器72和第二高温侧热交换器75被空气冷却为接近室温的温度。第一高温侧热交换器74被温度上升后的高温加工液加热为高温。其结果，在第一低温侧热交换器72与第一高温侧热交换器74之间产生温度梯度，并产生因自激导致的波。
若该波沿着环形管到达被第二高温侧热交换器75以及第二低温侧热交换器77夹着的第二层叠部76，则第二低温侧热交换器77的温度变为比第二高温侧热交换器75的温度低。即，第二低温侧热交换器77的温度变为比室温低，从而能够对经由第二低温侧热交换器77、管路91、喷嘴9而向加工部供给的加工液进行冷却。
根据以上结构，能够利用在加工部产生的废热，对向加工部供给的加工液进行冷却，从而能够实现加工液冷却所需的能耗少的机床。
接下来，基于图7对第六实施方式进行说明。
这是将第五实施方式中的由高温加工液对第一高温侧热交换器74进行的加热，替换为由高温空气进行加热的实施方式。加工液供给装置6和热声装置7的结构与第一实施方式相同。对控制装置8的构成部件亦即控制板81内进行冷却而成为高温的高温空气，经由管路82对第一高温侧热交换器74进行加热，并被排放到大气中。
从加工液供给装置6经由管路65和第二低温侧热交换器77而被冷却的加工液，通过管路91供给至喷嘴9，并在加工部对工具4和工件W进行冷却。
从空气供给装置11供给的大致室温的空气，经由管路111通过第一低温侧热交换器72，并经由管路112通过第二高温侧热交换器75，被排放到大气中。
根据上述的管路构成，第一低温侧热交换器72和第二高温侧热交换器75被空气冷却为接近室温的温度。第一高温侧热交换器74被温度上升后的高温空气加热为高温。其结果，在第一低温侧热交换器72与第一高温侧热交换器74之间产生温度梯度，并产生因自激导致的波。
若该波沿着环形管到达被第二高温侧热交换器75以及第二低温侧热交换器77夹着的第二层叠部76，则第二低温侧热交换器77的温度变为比第二高温侧热交换器75的温度低。即，第二低温侧热交换器77的温度变为比室温低，从而能够对经由第二低温侧热交换器77、管路91以及喷嘴9而向加工部供给的加工液进行冷却。
根据以上结构，能够利用在加工部产生的废热，对向加工部供给的加工液进行冷却，从而能够实现加工液冷却所需的能耗少的机床。
除了以上的实施方式以外，也可以利用通过以下组合而成的管路构成，对所希望的部位进行冷却。利用A组、B组、C组、D组中组内任意一组的全部组合而形成管路构成，其中A组利用高温轴承冷却流体、高温加工液以及高温空气中的任一个，使第一高温侧热交换器74过热，B组利用轴承冷却流体、加工液以及空气中的任一个，对第一低温侧热交换器72进行冷却，C组利用轴承冷却流体、加工液以及空气中的任一个，对第二高温侧热交换器75进行冷却，D组利用第二低温侧热交换器77对轴承冷却流体、加工液以及空气中的任一个进行冷却。此外，也可以不利用流体对第二高温侧热交换器75进行冷却，而是通过热声装置7在所配置的环境中的自然散热进行冷却。
虽然对主轴的冷却和加工液的冷却进行了说明，但冷却部位可以是进给丝杠、工件尺寸测量装置等机床的其他任何部位。
另外，也可以使用对作为电气设备的马达、电热器等进行冷却而成为高温的高温空气。
本申请主张于2014年9月11日提出的日本专利申请2014-185305号的优先权，并在此引用包括说明书、附图以及摘要的全部内容。
Claims (8)
1.一种机床，包括：至少一个流体供给装置，其向所述机床供给流体；以及热声装置，其中，
所述热声装置包括:
环形管，其封入有工作气体；
第一层叠部，其设置于所述环形管且被第一高温侧热交换器以及第一低温侧热交换器夹着，并且沿热的输送方向具有多个导通路；以及
第二层叠部，其设置于所述环形管且被第二高温侧热交换器以及第二低温侧热交换器夹着，并且沿热的输送方向具有多个导通路，
所述热声装置对所述第一高温侧热交换器进行加热，通过在所述第一层叠部的两端产生温度梯度，而产生利用自激导致的驻波以及行波，并利用该驻波以及行波对所述第二低温侧热交换器进行冷却，
利用从所述流体供给装置送出的第一流体，对所述第一低温侧热交换器进行冷却，
利用通过冷却所述机床的构成装置来吸收所述构成装置的废热，从而自身的温度上升后的第二流体，对所述第一高温侧热交换器进行加热，
利用由在所述第一低温侧热交换器与所述第一高温侧热交换器之间产生的温度梯度所产生的热声效应，来冷却所述第二低温侧热交换器，
由所述第二低温侧热交换器来冷却第三流体。
2.根据权利要求1所述的机床，其中，
作为所述流体供给装置，具有加工液供给装置和轴承冷却液供给装置，
所述加工液供给装置送出的加工液作为第一流体，对所述第一低温侧热交换器进行冷却，
在所述轴承冷却液供给装置送出的轴承冷却液对轴承部进行冷却而自身的温度上升之后，作为第二流体对所述第一高温侧热交换器进行加热，
利用由在所述第一低温侧热交换器与所述第一高温侧热交换器之间产生的温度梯度所产生的热声效应，来冷却所述第二低温侧热交换器，
所述轴承冷却液供给装置送出的轴承冷却液作为第三流体，被所述第二低温侧热交换器冷却。
3.根据权利要求1所述的机床，其中，
作为所述流体供给装置，具有加工液供给装置和轴承冷却液供给装置，
所述加工液供给装置送出的加工液作为第一流体，对所述第一低温侧热交换器进行冷却，
在所述轴承冷却液供给装置送出的轴承冷却液对轴承部进行冷却而自身的温度上升之后，作为第二流体对所述第一高温侧热交换器进行加热，
利用由在所述第一低温侧热交换器与所述第一高温侧热交换器之间产生温度梯度所产生的热声效应，来冷却所述第二低温侧热交换器，
所述加工液供给装置送出的加工液作为第三流体，被所述第二低温侧热交换器冷却。
4.根据权利要求1所述的机床，其中，
作为所述流体供给装置，具有空气供给装置和轴承冷却液供给装置，
所述空气供给装置送出的空气作为第一流体，对所述第一低温侧热交换器进行冷却，
在所述轴承冷却液供给装置送出的轴承冷却液对轴承部进行冷却而自身的温度上升之后，作为第二流体对所述第一高温侧热交换器进行加热，
利用由在所述第一低温侧热交换器与所述第一高温侧热交换器之间产生的温度梯度所产生的热声效应，来冷却所述第二低温侧热交换器，
所述轴承冷却液供给装置送出的轴承冷却液作为第三流体，被所述第二低温侧热交换器冷却。
5.根据权利要求1所述的机床，其中，
作为所述流体供给装置，具有加工液供给装置，
所述加工液供给装置送出的加工液作为第一流体，对所述第一低温侧热交换器进行冷却，
在所述加工液供给装置送出的加工液对加工部进行冷却而自身的温度上升之后，作为第二流体对所述第一高温侧热交换器进行加热，
利用由在所述第一低温侧热交换器与所述第一高温侧热交换器之间产生的温度梯度所产生的热声效应，来冷却所述第二低温侧热交换器，
所述加工液供给装置送出的加工液作为第三流体，被所述第二低温侧热交换器冷却。
6.根据权利要求1所述的机床，其中，
作为所述流体供给装置，具有空气供给装置和加工液供给装置，
所述空气供给装置送出的空气作为第一流体，对所述第一低温侧热交换器进行冷却，
在所述加工液供给装置送出的加工液对加工部进行冷却而自身的温度上升之后，作为第二流体对所述第一高温侧热交换器进行加热，
利用由在所述第一低温侧热交换器与所述第一高温侧热交换器之间产生的温度梯度所产生的热声效应，来冷却所述第二低温侧热交换器，
所述加工液供给装置送出的加工液作为第三流体，被所述第二低温侧热交换器冷却。
7.根据权利要求1所述的机床，其中，
作为所述流体供给装置，具有空气供给装置和加工液供给装置，
所述空气供给装置送出的空气作为第一流体，对所述第一低温侧热交换器进行冷却，
在所述空气供给装置送出的空气对控制装置进行冷却而自身的温度上升之后，作为第二流体对所述第一高温侧热交换器进行加热，
利用由在所述第一低温侧热交换器与所述第一高温侧热交换器之间产生的温度梯度所产生的热声效应，来冷却所述第二低温侧热交换器，
所述加工液供给装置送出的加工液作为第三流体，被所述第二低温侧热交换器冷却。
8.根据权利要求1所述的机床，其中，
利用从所述流体供给装置送出的第一流体，对所述第二高温侧热交换器进行冷却。
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