CN107179766A - 一种适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法，通过具体实验，得出温控板在不同冷却液进口流量和不同进口温度下换热面热流密度大小和冷却液沿程压力损失大小，然后拟合出冷却液进口流量、进口温度和温控板换热面热流密度的非线性回归方程以及进口流量、进口温度和冷却液进出口压力损失的非线性回归方程，从而精确标定出温控板在不同工况下的换热能力和压力损失，为后续实现温控板智能控制提供依据，进而进行机床温度场的差异化控制。弥补了以往相关研究成果的缺陷，可靠性高，且应用方便。

Description

一种适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试 方法

技术领域

本发明涉及数控机床加工技术领域，特别是一种适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法。

背景技术

当前，我国现代机械制造业正朝着高精度、高速度、高效率的方向飞速发展，机械产品对于换代速度，缩短设计、加工周期等要求越来越高，所以高速、高精度数控机床应运而生。精密机床在工作时，受到车间环境温度变化、电动机发热和机构运动摩擦发热、切削过程中产生的热以及冷却介质的影响，造成机床各部件因发热和温升不均匀而产生不同程度的热变形，使得刀具中心点与工件之间产生相对位移产生变化。对于精密机床而言，热变形/热误差对其精度/精度保持性具有严重的影响，因此针对精密机床(大件/功能部件)热态特性的主动控制研究显得尤为重要。循环冷却液换热作为一种常见的动态热平衡/热误差控制方法，已被广泛采用于机床的温度控制。其基本思想是通过对精密卧式加工中心整机/关键功能部件内部冷却循环液供液工况的调控，减少生热部件和环境及结构的热交换，以保持精密卧式加工中心结构温度场的均恒性，从而降低其结构热变形。目前，对于大件热变形补偿可采用温控板，温控板内设置冷却液流道以及冷却液进、出口，通过将温控板安装在机床的不同位置，并向温控板内通入循环冷却液，从而实现对机床部件的变形补偿。

然而现有技术中，只是直接将温控板直接安装在机床上，简单的进行热变形补偿，而忽略了不同的温控板在不同工况下的换热能力和压力损失是不同的，所以本发明提出一种适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法,可以测定出指定的温控板在不同工况下的换热能力和压力损失，从而为后续实现温控板智能控制提供依据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法，包括如下步骤：

步骤一，温控板的冷却液进口和冷却液出口连接循环冷却液系统，并对温控板换热面施加一恒温热载荷；

步骤二，检测温控板在不同冷却液进口流量和不同冷却液进口温度下，温控板的冷却液出口的温度大小以及冷却液进口的压力大小和冷却液出口的压力大小；

步骤三，计算温控板换热面的热流密度大小和温控板的冷却液沿程压力损失；

步骤四，拟合出温控板的冷却液进口流量Q、冷却液进口温度T_inlet和温控板换热面热流密度q的非线性回归方程，q＝f₂(Q,T_inlet)，以及拟合出温控板的冷却液进口流量Q、冷却液进口温度T_inlet和冷却液进出口压差ΔP的非线性回归方程，ΔP＝f₁(Q,T_inlet)；

步骤五，改变温控板换热面的热载荷大小，并重复步骤二、步骤三、步骤四，从而得到温控板在不同热载荷情况下的冷却液进口流量、冷却液进口温度和温控板换热面热流密度的非线性回归方程以及冷却液进口流量、冷却液进口温度和冷却液进出口压差的非线性回归方程。

进一步的，步骤三中，温控板的冷却液沿程压力损失采用如下公式进行计算：

ΔP＝P_inlet-P_outlet

其中p_inlet为冷却液进口压力，p_outlet为冷却液出口压力；

所述温控板换热面的热流密度采用如下公式进行计算：

q＝H/S，

其中，H为单位时间的换热量，所述S为换热板的面积，

H＝cρQΔT

c为冷却液的比热容，所述ρ为冷却液的密度，所述Q为冷却液的流量，ΔT为温控板冷却液进出口温度差。

本发明具有的优点和积极效果是：通过具体实验，检测温控板在不同冷却液进口流量和不同进口温度下换热面热流密度大小和冷却液进出口压力损失大小，然后拟合出冷却液进口流量、进口温度和温控板换热面热流密度的非线性回归方程以及进口流量、进口温度和冷却液进出口压力损失非线性回归方程，从而精确标定出温控板在不同工况下的换热能力和压力损失，为后续实现温控板智能控制提供依据，进而进行机床温度场的差异化控制。弥补了以往相关研究成果的缺陷，可靠性高，且应用方便。

附图说明

图1为本发明的温控板温控能力测试系统结构图；

图2为本发明的温控板温控能力测试方法流程图；

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种温控板温控能力测试系统，包括一可输出不同温度和流量冷却液的循环冷却液系统1、待测的温控板2、电加热装置3、数据采集系统4、用于处理数据的PC机5，以及温度传感器6和压力传感器7；

温控板的冷却液进口和冷却液出口与循环冷却液系统连接，通过循环冷却液系统为温控板的冷却液进口输入不同温度和不同流量的冷却液；所述循环冷却液系统可输出不同温度和流量的冷却液，循环冷却液系统由循环系统干路及多通道循环支路组成，循环系统干路包括一台冷却循环机和一个循环泵，冷却循环机设有冷却液输出温度检测装置和液位检测装置，每组冷却循环支路包括一个独立调温箱采用PID控制模式，冷却循环支路与温控板的冷却液进口和冷却液出口连接，从而控制温控板的冷却液进口温度和进口流量；

所述电加热装置3为一电加热炉，所述温控板2布置在电加热装置3上，通过调节电加热装置的输出温度即可得到所要施加的目标温度大小；

在温控板的冷却液进口和冷却液出口分别安装温度传感器6，以及在温控板的冷却液进口和冷却液出口分别安装压力传感器7；温度传感器6和压力传感器7都与数据采集系统4相连，数据采集系统与PC机5相连。

请参阅图2，一种能适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法，包括如下步骤：

步骤一，设定电加热装置温度大小，使电加热装置向温控板换热面输出某一恒定温度，初始时，设定为需要标定的温度下限值；

步骤二，设定循环冷却液系统的输出冷却液流量大小和温度大小(循环冷却液系统的输出冷却液的流量即为温控板冷却液入口的冷却液流量，循环冷却液系统的输出冷却液的温度即为温控板冷却液入口的冷却液温度)，初始时，将循环冷却液系统的输出冷却液的流量和输出冷却液的温度设定为需要标定的下限值；

步骤三，保持温控板冷却液入口的温度大小不变，改变温控板冷却液入口的流量大小(即改变循环冷却液系统的输出冷却液的流量)，每次增加1L/min，通过数据采集系统采集每次流量变化时，温控板的冷却液进出口温度大小以及冷却液进出口压力大小，直至流量增加到需要标定的流量上限为止；

步骤四，改变温控板冷却液入口的温度(即改变循环冷却液系统的输出冷却液的温度)，每次增加2℃，并在每次增加完温度后，重复步骤三，直至温度增加到需要标定的温度上限为止；

步骤五，计算上述不同工况下，温控板换热面热流密度和冷却液沿程压力损失；所述流体沿程压力损失ΔP＝P_inlet-P_outlet，其中p_inlet为温控板的冷却液进口压力，p_outlet为温控板的冷却液出口压力；所述温控板换热面的热流密度q＝H/S，其中，H为单位时间的换热量，所述S为换热板的面积，H＝cρQΔT，c为冷却液的比热容，ρ为冷却液的密度，Q为温控板冷却液进口的流量(即循环冷却液系统的输出冷却液流量)，ΔT为温控板冷却液进出口温度差；

步骤六，通过PC机(PC机的LABVIEW软件)，根据所述温控板换热面热流密度和冷却液沿程压力损失，拟合出温控板的冷却液进口流量Q、冷却液进口温度T_inlet和温控板换热面热流密度q的非线性回归方程，q＝f₂(Q,T_inlet)，以及拟合出温控板的冷却液进口流量Q、冷却液进口温度T_inlet和冷却液进出口的压差ΔP的非线性回归方程，ΔP＝f₁(Q,T_inlet)；

步骤七，改变电加热装置温度大小(即改变温控板换热面受热载荷大小)，每次增加2℃，并在每次增加完温度后，重复步骤二、三、四、五、六，直至温度增加到需要标定的温度上限为止。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，温控板的冷却液进口和冷却液出口连接循环冷却液系统，并对温控板换热面施加一恒温热载荷；

步骤二，检测温控板在不同冷却液进口流量和不同冷却液进口温度下，温控板的冷却液出口的温度大小以及冷却液进口的压力大小和冷却液出口的压力大小；

步骤三，计算温控板换热面的热流密度大小和温控板的冷却液沿程压力损失；

步骤四，拟合出温控板的冷却液进口流量Q、冷却液进口温度T_inlet和温控板换热面热流密度q的非线性回归方程，q＝f₂(Q,T_inlet)，以及拟合出温控板的冷却液进口流量Q、冷却液进口温度T_inlet和冷却液进出口压差ΔP的非线性回归方程，ΔP＝f₁(Q,T_inlet)；

步骤五，改变温控板换热面的热载荷大小，并重复步骤二、步骤三、步骤四，从而得到温控板在不同热载荷情况下的冷却液进口流量、冷却液进口温度和温控板换热面热流密度的非线性回归方程以及冷却液进口流量、冷却液进口温度和冷却液进出口压差的非线性回归方程。

2.根据权利要求1所述的适用于机床温度场差异化控制的温控板温控能力测试方法，其特征在于：在步骤三中，温控板的冷却液沿程压力损失采用如下公式进行计算：

ΔP＝P_inlet-P_outlet

其中p_inlet为冷却液进口压力，p_outlet为冷却液出口压力；

所述温控板换热面的热流密度采用如下公式进行计算：

q＝H/S，

其中，H为单位时间的换热量，所述S为换热板的面积，

H＝cρQΔT

其中，c为冷却液的比热容，所述ρ为冷却液的密度，所述Q为冷却液的流量，ΔT为温控板冷却液进出口温度差。