CN106610678A - 工具机恒温控制系统以及流路切换阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工具机恒温控制系统以及流路切换阀。该工具机恒温控制系统，用以调整一工具机运作时的温度，工具机恒温控制系统包括一储存槽、一泵、一冷却装置、以及一流路切换阀。储存槽用以容纳一工作流体。泵用以从储存槽输送工作流体至工具机。冷却装置用以冷却流过工具机的工作流体。流路切换阀由工具机接收工作流体，并用以依据工作流体的温度将工作流体经由一第一管路输送至储存槽，或是经由一第二管路输送至冷却装置。

Description

工具机恒温控制系统 以及流路切换阀

技术领域

本发明涉及一种工具机恒温控制系统，尤其是涉及一种具有流路切换阀的工具机恒温控制系统。

背景技术

机械加工业使用的工具机，其于加工运转过程中，因为各机件的转动、移位等，均会产生热值不等的热流，诸如主轴(可分为一般主轴与内藏式主轴)、主轴驱动马达组、轴向进给装置等部件，均是工具机运转时的主要热集中单元，又凡此热集中单元的运转温度若是不予以控制于一预定温度范围内，将会严重影响工具机的加工精度与品质。

在现有技术中，通过在热集中单元加装如冷却液循环系统等冷却设备，以期维持工具机的温度。虽然现有的冷却设备达到了一般性的目的，然而并未满足所有的方面。因此需要提供改良冷却设备的技术方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种工具机恒温控制系统，用以调整一工具机运作时的温度，该工具机恒温控制系统包括一储存槽、一泵、一冷却装置、以及一流路切换阀。储存槽用以容纳一工作流体。泵用以从该储存槽输送该工作流体至该工具机。冷却装置用以冷却流过该工具机的该工作流体，并将冷却后的该工作流体输送至该储存槽。

流路切换阀经由一排出管路从该工具机接收该工作流体，并用以依据该工作流体的温度将该工作流体经由一第一管路输送至该储存槽，或是经由一第二管路输送至该冷却装置。

本发明提供了一种工具机恒温控制系统的一流路切换阀，包括一壳体、以及一切换组件。壳体包括一注入口、一第一排出口、以及一第二排出口。切换组件包括一容置筒，可移动地设置于该壳体内，且用以容纳一合金。该合金低于一控制温度时开始固化并体积缩小，且高于该控制温度时开始液化并体积膨胀。工作流体经由该注入口流进该壳体内并接触该容置筒，且与该合金进行热平衡。

当该合金因该工作流体的温度固化时，该切换组件允许该工作流体仅可经由该第一排出口排出于该壳体，并止挡该工作流体经由该第二排出口排出于该壳体，且当该合金因该工作流体的温度液化时，该切换组件允许该工作流体仅可经由该第二排出口排出于该壳体，并止挡该工作流体经由该第一排出口排出于该壳体。

附图说明

图1为本发明的工具机恒温控制系统的系统图；

图2为本发明的流路切换阀的立体图；

图3为本发明的流路切换阀的分解图；

图4为本发明的流路切换阀的剖视图；

图5为本发明的流路切换阀于一切换状态的剖视图；

图6为本发明的工具机恒温控制系统的控制方法的流程图；

图7A与图7B为本发明的工具机恒温控制系统于一控制阶段的示意图。

符号说明

工具机恒温控制系统 1

储存槽 10

泵 20

冷却装置 30

压缩机 31

流路切换阀 40

壳体 41

上壳体 41a

下壳体 41b

主腔室 411

次腔室 412

阀口 414

注入口 415

第一排出口 416

第二排出口 417

固定杆 42

止挡元件 43

固定槽 431

阀口 432

弹性元件 44

切换组件 45

容置筒 451

弹性套 452

活塞 453

固定槽 4531

限位杆 454

合金 455

流路检知器 50

温度感测器 60

加热装置 70

工具机 A1

移动方向 D1

输送管路 T1

排出管路 T2

第一管路 T3

第二管路 T4

回收管路 T5

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。

在此使用的空间上相关的词汇，例如上方或下方等，仅用以简易描述附图上的一元件或一特征相对于另一元件或特征的关系。除了附图上描述的方位外，包括于不同的方位使用或是操作的装置。

可理解的是，在下列各实施例的方法中的各步骤中，可于各步骤之前、之后以及其间增加额外的步骤，且于前述的一些步骤可被置换、删除或是移动。

图1为本发明的工具机恒温控制系统1的系统图。工具机恒温控制系统1用以调整一工具机A1运作时的温度。在本实施例中，工具机恒温控制系统1用以将工具机A1的部分部件维持于一预定温度范围内，例如21.5℃至22.5℃之间。上述工具机A1可为金属切削工具机A1或金属成型工具机A1。金属切削工具机A1可为车床、钻床、铣床、磨床、刨床、或放电加工机。金属成型工具机A1可为冲床、剪床、或锻造床。

工具机恒温控制系统1，包括一储存槽10、一泵20、一冷却装置30、以及一流路切换阀40。储存槽10用以容纳一工作流体。储存槽10可为一油箱。上述的工作流体可为一冷却油。

储存槽10与工具机A1之间以一输送管路T1连接，储存槽10的工作流体可经由输送管路T1输送至工具机A1。流经工具机A1的工作流体与工具机A1进行热平衡后可调整工具机A1的温度，以使工具机A1运作时的温度保持于预定温度范围内。

泵20设置于输送管路T1，用以从储存槽10输送工作流体至工具机A1。在一些实施例中，经由输送管路T1输送至工具机A1的工作流体的温度可为一注入温度。在一些实施例中，注入温度为20℃。注入温度可依据室温、工具机A1使用的零件、以及工具机A1所进行的制作工艺等不同而作调整。

一般而言，由于工具机A1运作时会产生热量，因此控制温度低于预定温度范围，用于使得工作流体冷却工具机A1后使得工具机A1的温度位于预定温度范围内。

冷却装置30用以冷却流过工具机A1的工作流体，并将冷却后的工作流体经由一回收管路T5输送至储存槽10。由于流经工作机的工作流体可能被加温超过预定温度范围，例如25℃。因此，需要将流经工作机的工作流体经由冷却装置30进行降温后才进行回收利用。

流路切换阀40经由一排出管路T2由工具机A1连接。流经工具机A1的工作流体，经由排出管路T2流进流路切换阀40内。于一些实施例中，输送管路T1与排出管路T2相互连通。

流路切换阀40经由排出管路T2接收工作流体后，流路切换阀40依据工作流体的温度将工作流体经由一第一管路T3输送至储存槽10，或是经由一第二管路T4输送至冷却装置30。

在本实施例中，当流经流路切换阀40的工作流体的温度大于一控制温度时，流路切换阀40将工作流体经由第二管路T4输送至冷却装置30，用于将工作流体冷却后注入储存槽10回收。在一些实施例中，控制温度等于或大致等于注入温度，例如20℃。在一些实施例中，控制温度等于或大致等于预定温度范围的中间值，例如22℃。

由于工具机A1所执行的制作工艺等因素，可能会导致工具机A1所产生的热不足以让流经工具机A1的工作流体的温度超过控制温度。或是，气候等因素导致室温与工具机本身的温度降低，也可能会造成工作流体的温度低于或等于控制温度。此时若工作流体经由第二管路T4流经冷却装置30时，工作流体的温度会进一步降低，可能会造成工作流体注入工具机A1的温度低于注入温度，进而造成工具机A1的温度不稳定，或是需要浪费能源让加热装置70加热储油槽。

因此当流经流路切换阀40的工作流体的温度小于等于控制温度时，流路切换阀40将工作流体经由第一管路T3输送至储存槽10。因此，工作流体可不需经过冷却装置30进行冷却用于节省电力，并可辅助稳定工作流体供应至工具机A1的温度。

在一些实施例中，工具机恒温控制系统1还包括一流路检知器50，冷却装置30可包括一压缩机31。流路检知器50连接于流路切换阀40，用以检测流路切换阀40供应工作流体至冷却装置30或是储存槽10。

当流路切换阀40供应工作流体至冷却装置30时，流路检知器50产生一启动信号，用于启动冷却装置30的压缩机31。当流路切换阀40供应工作流体至冷却装置30时，流路检知器50产生一启动信号，用于启动冷却装置30的压缩机31。当流路切换阀40供应工作流体至储存槽10时，流路检知器50产生一关闭信号，用于关闭或停止运作冷却装置30的压缩机31，用于节省能源。

由于气候等因素，使得室温可能会远低于注入温度或是控制温度，进而使得储存槽10之内的工作流体的温度远低于注入温度，例如18℃。当储存槽10内的工作流体注入工具机A1时，可能会造成工具机A1的温度低于预定温度范围。此外，若室温进一步下降，可能会造成增加工作流体的粘滞性或是凝固，造成工作流体难以于管路中流动。

因此，在本实施例中，工具机恒温控制系统1还包括一温度感测器60以及一加热装置70。温度感测器60可耦接于泵20与工具机A1之间的输送管路T1，用以测量流入工具机A1的工作流体的温度。加热装置70可设置于储存槽10内，用以依据温度感测器60所测量的温度，提高储存槽10内的工作流体的温度，进而能维持工作流体注入工具机A1时的温度接近或是等于注入温度。

图2为本发明的流路切换阀40的立体图。图3为本发明的流路切换阀40的分解图。图4为本发明的流路切换阀40的剖视图。流路切换阀40包括一壳体41、一固定杆42、一止挡元件43、一弹性元件44以及一切换组件45。

在本实施例中，壳体41包括一上壳体41a以及一下壳体41b。上壳体41a与下壳体41b可以螺接的方式结合。壳体41的内部形成一主腔室411、连通于主腔室411的一次腔室412、以及与主腔室411和次腔室412相互连通的阀口414。此外，阀口414可位于主腔室411与次腔室412之间。

壳体41具有一注入口415、一第一排出口416、以及一第二排出口417。注入口415连通于排出管路T2与主腔室411，换句话说，注入口415连通于工具机A1。第一排出口416连通于第一管路T3与主腔室411，换句话说第一排出口416连通于储存槽10。第二排出口417连通于第二管路T4与次腔室412，换句话说，第二排出口417连通于冷却装置30。

固定杆42固定于壳体41内。在本实施例中，固定杆42的一端固定于次腔室412顶部的中央。且沿一移动方向D1延伸。

止挡元件43固定于壳体41内，止挡元件43可由弹性材质所制成。在本实施例中，止挡元件43位于主腔室411并邻近于第一排出口416。止挡元件43的中央形成一阀口432。阀口432与主腔室411和第一排出口416相互连通，且阀口432可位于主腔室411与第一排出口416之间。于一些实施例中，止挡元件43可与壳体41一体成形。

弹性元件44抵接于止挡元件43以及切换组件45的活塞453，用以提供一弹性力于切换组件45。在本实施例中，弹性元件44可为一弹簧。

切换组件45包括一容置筒451、一弹性套452、一活塞453、以及一限位杆454。容置筒451可移动地设置于壳体41内的固定杆42，因此通过固定杆42可限制容置筒451于移动方向D1上移动。在本实施例中，固定杆42穿过容置筒451的顶部进入容置筒451的内部。

弹性套452套设于固定杆42的一端，并位于容置筒451内。弹性套452的材质可为橡胶等弹性材质。活塞453装设于容置筒451与壳体41之间。此外，弹性套452位于固定杆42与合金455之间。活塞453的材质可为弹性材质，在本实施例中，活塞453环绕并接触容置筒451的外侧壁，且接触主腔室411的内侧壁。

在本实施例中，活塞453可包括一固定槽4531，止挡元件43具有朝向固定槽4531的一固定槽431。固定槽4531与固定槽431可为环形。弹性元件44的两端分别固定于固定槽4531与固定槽431内。

限位杆454设置于壳体41内。限位杆可穿过止挡元件43的阀口432。限位杆454的一端固定于主腔室411的底部。限位杆454的另一端可移动地设置于容置筒451的底部并延伸至容置筒451内且接触合金455。在本实施例中，限位杆454沿移动方向D1延伸，因此可限制切换组件45于移动方向D1上移动。

容置筒451用以容纳一合金455。合金455的熔点对应于控制温度。也就是说，合金455低于一控制温度时开始固化并体积缩小，且高于控制温度时开始液化并体积膨胀。

举例而言，合金455的材质可为镓锡合金，其中锡占合金455约8％重量百分比，以使合金455的熔点调整为20℃。需说明的是，为了使合金455的熔点配合不同的控制温度，因此合金455的成份与比例并不以此实施例所揭露的材质为限。

在一些实施例中，合金455的材质可为镓锡合金，锡占合金455约10％重量百分比，以使合金455的熔点调整为17℃。在一些实施例中，合金455的材质可为镓铟合金，铟占合金455约18％重量百分比，以使合金455的熔点调整为22℃。在一些实施例中，合金455的材质可为镓铟合金，铟占合金455约25％重量百分比，以使合金455的熔点调整为16℃。

当工作流体经由注入口415流进壳体41内时，工作流体接触容置筒451，且与合金455进行热平衡。当合金455由一固化状态变为一液态状态，或是由一液化状态变为一固化状态时，通过合金455的体积的变化能使容置筒451相对于固定杆42移动。因此切换组件45能通过合金455的固化移动至第一位置(如图4所示)，且通过合金455的液化移动至第二位置(如图5所示)。

如图4所示，合金455为一固化状态。工作流体的温度低于控制温度，合金455进行热平衡后固化，体积缩小，因此可通过弹性元件44的弹力，将切换组件45朝向壳体41的顶部移动至第一位置。此时活塞453抵接于主腔室411的顶部并且切换组件45的活塞453与容置筒451覆盖阀口414，因此切换组件45的活塞453与容置筒451止挡工作流体经由第二排出口417排出于壳体41。

此外，由于切换组件45移动至第一位置，因此切换组件45的容置筒451脱离阀口432。因此，此时切换组件45仅可允许工作流体经由第一排出口416排出于壳体41。

如图5所示，合金455为一液化状态。工作流体的温度高于控制温度，合金455进行热平衡后液化，体积膨胀。此时合金455因为体积膨胀而挤压并推挤弹性套452，弹性套452应合金455的挤压变形并推挤固定杆42。切换组件45相对于固定杆42的底端产生一推力，且此推力大于弹性元件44的弹性力，因此推动切换组件45朝向主腔室411的底部的第一排出口416与阀口432移动至第二位置。换句话说，由于限位杆454固定于壳体41，因此容置筒451可沿限位杆454以移动方向D1移动至第二位置。

当切换组件45位于第二位置时，容置筒451的底端可覆盖阀口432，且由于活塞453于移动方向D1上相较于注入口415接近第一排出口416，因此切换组件45的活塞453与容置筒451止挡工作流体经由第一排出口416排出于壳体41。

此外，由于切换组件45移动至第二位置，切换组件45的容置筒451脱离阀口432，因此，此时切换组件45仅可允许工作流体经由第二排出口417排出于壳体41。

由于流路切换阀40通过机械式的控制依据工作流体的温度切换流道，能提高流路切换阀40的难用度，不易损坏。

图6为本发明的工具机恒温控制系统1的控制方法的流程图。图7A与图7B为本发明的工具机恒温控制系统1于一控制阶段的示意图。在步骤S101中，泵20开始抽取储存槽10中的工作流体并经由输送管路T1传送至工具机A1。此时，工具机A1与冷却装置30可开始运转。

温度感测器60测量流入工具机A1的工作流体的温度，并传送一温度测量信号于加热装置70。当温度低于注入温度时，加热装置70依据温度测量信号加热储存槽10。

在步骤S103中，流路切换阀40依据工作流体的温度，将工作流体传送至冷却装置30或是直接传送回储存槽10进行回收。

步骤S105中，当工作流体经由注入口415进入流路切换阀40后，合金455与工作流体进行热平衡，当流经流路切换阀40的工作流体的温度大于控制温度时，合金455进行液化并膨胀，进而使得切换组件45位于第二位置。因此，流路切换阀40将工作流体经由第二管路T4输送至冷却装置30进行冷却。冷却后的工作流体经由回收管路T5进入储存槽10。

在步骤S107中，当流经流路切换阀40的工作流体的温度小于控制温度时，合金455进行固化并膨胀，进而使得切换组件45位于第一位置(如图4所示)。因此，流路切换阀40将工作流体经由第一管路T3输送回储存槽10。

本实施例的流路检知器50，用以检测切换组件45的位置，其中当切换组件45位于第二位置时，流路检知器50传送一启动信号至冷却装置30，且冷却装置30依据启动信号启动。当切换组件45位于第一位置时，流路检知器50传送一关闭信号至冷却装置30，且冷却装置30依据关闭信号停止运作。由此适时的关闭冷却装置30，进而节省能源。

综上所述，本发明的工具机恒温控制系统，能依据工作流体的温度判断是否输送至冷却装置进行冷却或是直接输送的储存槽进行回收，能减省冷却的能源。此外，通过流路切换阀的合金等进行机械式的流路切换，能提高流路切换阀的使用寿命。

虽然结合以上实施例公开了本发明那个，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种工具机恒温控制系统，用以调整一工具机运作时的温度，该工具机恒温控制系统包括：

储存槽，用以容纳一工作流体；

泵，用以从该储存槽输送该工作流体至该工具机；

冷却装置，用以冷却流过该工具机的该工作流体，并将冷却后的该工作流体输送至该储存槽；以及

流路切换阀，经由一排出管路从该工具机接收该工作流体，并用以依据该工作流体的温度将该工作流体经由一第一管路输送至该储存槽，或是经由一第二管路输送至该冷却装置。

2.如权利要求1所述的工具机恒温控制系统，还包括：

温度感测器，用以测量流入该工具机的该工作流体的温度；以及

加热装置，用以依据该温度感测器所测量的温度，提高该储存槽内的该工作流体的温度。

3.如权利要求1所述的工具机恒温控制系统，其中该流路切换阀包括：

壳体，包括连通于该工具机的一注入口、连通于该第一管路的一第一排出口、以及连通于该第二管路的一第二排出口；以及

切换组件，可移动地设置于该壳体内，

其中当该切换组件位于一第一位置时，该流路切换阀允许该工作流体仅可经由该第一排出口排出于该壳体，

其中当该切换组件位于一第二位置时，该流路切换阀允许该工作流体仅可经由该第二排出口排出于该壳体。

4.如权利要求3所述的工具机恒温控制系统，其中该切换组件还包括一容置筒，可移动地设置于该壳体内，且用以容纳一合金，其中该合金低于一控制温度时开始固化并体积缩小，且高于该控制温度时开始液化并体积膨胀，

其中该切换组件通过该合金的固化移动至该第一位置，且通过该合金的液化移动至该第二位置。

5.如权利要求3所述的工具机恒温控制系统，还包括一流路检知器，用以检测该切换组件的位置，其中当该切换组件位于该第二位置时，该流路检知器传送一启动信号至该冷却装置，且该冷却装置依据该启动信号启动，

其中当该切换组件位于该第一位置时，该流路检知器传送一关闭信号至该冷却装置，且该冷却装置依据该关闭信号停止运作。

6.一种流路切换阀，包括：

壳体，包括一注入口、一第一排出口、以及一第二排出口；以及

切换组件，包括一容置筒，可移动地设置于该壳体内，且用以容纳一合金，其中该合金低于一控制温度时开始固化并体积缩小，且高于该控制温度时开始液化并体积膨胀，以及一工作流体经由该注入口流进该壳体内并接触该容置筒，且与该合金进行热平衡，

其中当该合金因该工作流体的温度固化时，该切换组件允许该工作流体仅可经由该第一排出口排出于该壳体，且当该合金因该工作流体的温度液化时，该切换组件允许该工作流体仅可经由该第二排出口排出于该壳体。

7.如权利要求6所述的流路切换阀，还包括一固定杆，固定于该壳体，其中该容置筒可移动地设置于该固定杆，当该合金由一固化状态变为一液态状态，或是由一液化状态变为一固化状态时，该合金使该容置筒相对于该固定杆移动。

8.如权利要求7所述的流路切换阀，其中该切换组件还包括一弹性套，套设于该固定杆的一端，并位于该容置筒内，且位于该固定杆与该合金之间。

9.如权利要求6所述的流路切换阀，其中该切换组件还包括一活塞，装设于该容置筒与该壳体之间，其中当该合金因该工作流体的温度固化时，该活塞止挡该工作流体经由该第二排出口排出于该壳体，且当该合金因该工作流体的温度液化时，该活塞止挡该工作流体经由该第一排出口排出于该壳体。

10.如权利要求9所述的流路切换阀，还包括：

止挡元件，固定于该壳体内；以及

弹性元件，抵接于该止挡元件以及该活塞，用以提供一弹性力于该切换组件。