CN109676431A - 一种电主轴冷却设备及应用其的控温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电主轴冷却设备及应用其的控温方法,包括压缩机、冷凝器、蒸发器和储液容器,压缩机通过高压管与冷凝器连接,冷凝器通过制冷管路与蒸发器连接,制冷管路安装有节流阀,蒸发器放置于储液容器内并通过低压管与压缩机连接,高压管和低压管之间连接有泄压管,泄压管安装有泄压阀,泄压阀连接有电控器,出液温度传感器与电控器连接,本发明能够实现对冷却液的更高精度的温度控制,从而可以对电主轴进行高精度的温度控制,避免电主轴温差变化过大,大大降低电主轴的热伸长值,有利于提高机床的加工精度,而且避免压缩机的频繁启停,令设备根据负荷自动调节制冷量,既保证冷却液温度的稳定,也达到节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床电主轴冷却技术,尤其涉及一种电主轴冷却设备及应用其的控温方法。
背景技术
由于机床的电主轴将电机集成于主轴单元内且转速很高,随电主轴运转时间加长内部会产生大量热量,使电主轴的热态特性和动态特性变差,从而影响电主轴工作的稳定性,至使加工精度无法有效保证,因此必须采取一定措施把电主轴的内部热量带走,使其保持在一定温度范围内,以确保工件的加工精度。目前,机床一般采用强制循环冷却液(通常是油或水)冷却的方式对电主轴进行冷却,即通过冷却设备冷却水或油(统称冷却液),然后强制冷却液流经电主轴内部,带走主轴工作时所产生的热量,从而令电主轴工作在稳定状态。但现时普遍使用的定速冷却设备由于控温精度只在2℃附近,已经无法满足日益提升的加工高精度控温要求;而目前普遍冷却设备工作原理:压缩机把氟利昂压缩成高温高压的气态氟利昂,然后送到冷凝器散热后变成中温中压的液态氟利昂,液态氟利昂经过节流阀进入蒸发器吸收热量后变成低压汽态氟利昂,压缩机又再将蒸发器中的低压汽态氟利昂抽出,并再次进行压缩,如此周而复始地循环。由于这工作过程中,在制冷系统内节流阀出、入口压差决定着流过节流阀氟利昂的量,而节流阀出、入口的压差又受环境温度、湿度、被制冷物温度变化影响很大,所以普通制冷设备很难准确控制制冷量,也就很难准确控制被制冷物(电主轴)的温度。
目前比较普遍的定速氟利昂制冷设备的控温都以开、停压缩机形式控制,无法达到精确控温。其控温过程:检测冷却液的实际温度同设定温度比较,当冷却液等于设定温度时,压缩机停止工作,(但此时冷却液的温度在冷惯性作用下,还会继续下降,令冷却液温度偏离设定温度)当冷却液温度回升到设定温度加回差温度(回差温度是为了令压缩工作安全)时,而距上次停机时长大于压缩机重启保护时长时,压缩机再次工作(此时冷静却液的温度一定大于设定温度比大,通常高出2℃左右,而2℃对于电主轴的热伸长值来说,是不能接受的)。同时由于压缩机每次启动时是正常运行电流的5倍左右,而这种控制模式是以开、停压缩机达到控温目的,所以能耗大。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种电主轴冷却设备,其可以实现高精度控温。
为了实现上述目的,本发明的一个实施例采用的技术方案是:一种电主轴冷却设备,包括压缩机、冷凝器、蒸发器和储液容器,所述压缩机通过高压管与冷凝器连接,所述冷凝器通过制冷管路与蒸发器连接,所述制冷管路安装有节流阀,所述蒸发器放置于储液容器内并通过低压管与压缩机连接,所述储液容器设置有与电主轴连通的冷却液循环管路,所述冷却液循环管路流向电主轴的一侧设置有出液温度传感器,所述高压管和低压管之间连接有泄压管,所述泄压管安装有泄压阀,所述泄压阀连接有电控器,所述出液温度传感器与电控器连接。
作为上述方案的进一步改进,所述泄压阀为电控膨胀阀。
本发明还提供了一种应用上述电主轴冷却设备的控温方法,包括以下步骤,出液温度传感器检测冷却液循环管路流向电主轴的冷却液的温度T2,电控器设置有设定温度T0,电控器获取出液温度传感器检测到的T2值并将T2值与T0值进行比较,若T2-T0>0,则T2值趋近于T0值变化时电控器控制泄压阀增加开度;若T2-T0≤0,则电控器控制泄压阀(14)打开所有开度。
本发明的一个或多个实施例至少具有以下有益效果:
该电主轴冷却设备,通过在高压管与低压管之间设置有泄压管,泄压管上安装有泄压阀,泄压阀连接有电控器,当冷却液温度接近设定温度时,电控器控制泄压阀增大开度使得流经泄压管的氟利昂增加,从而减少流经节流阀的氟利昂,进而减少制冷量,使得冷却液温度下降减缓;当冷却液温度等于设定温度时,泄压阀全开,储液容器内的冷却液温度不再下降;当热负载加大(如电主轴加速),冷却液温上升(T2值上升)时,则电控器控制泄压阀减少开度,令流经泄压阀的氟利昂减少,自然流经节流阀的氟利昂就增加,制冷量加大,冷却液温下降加快,由于流经泄压阀的氟利昂没有流经冷凝器,内含的热量没有释放,所以泄压阀全开时冷却设备基本不制冷,这样当冷却液的温度降至设定温度时压缩机不需要停转,这时由于高、低压管的压力差很小,压缩机的负荷也很轻,能耗大大降低,本发明能够实现对冷却液的更高精度的温度控制,从而可以对电主轴进行高精度的温度控制,避免电主轴温差变化过大,大大降低电主轴的热伸长值,有利于提高机床的加工精度,而且避免压缩机的频繁启停,令设备根据负荷自动调节制冷量,既保证冷却液温度的稳定,也达到节能的目的。
附图说明
图1是本发明的电主轴冷却设备的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本发明保护的范围。
参照图1,本发明的一个实施例,一种电主轴冷却设备,包括压缩,1、冷凝器2、蒸发器3和储液容器4,所述压缩机1通过高压管11与冷凝器2连接,所述冷凝器2通过制冷管路21与蒸发器3连接,所述制冷管路21安装有节流阀22,所述蒸发器3放置于储液容器4内并通过低压管12与压缩机1连接,所述储液容器4设置有与电主轴5连通的冷却液循环管路41,所述冷却液循环管41路流向电主轴5的一侧设置有出液温度传感器42,所述高压管11和低压管12之间连接有泄压管13,所述泄压管13安装有泄压阀14,泄压阀14优选为电控膨胀阀,其动作迅速,控制精度高,所述泄压阀14连接有电控器,所述出液温度传感器42与电控器连接,电控器可以是空调系统中的电子控制器。上述电主轴冷却设备的控温方法如下:出液温度传感器42检测冷却液循环管路41流向电主轴5的冷却液的温度T2,电控器设置有设定温度T0,电控器获取出液温度传感器42检测到的T2值并将T2值与T0值进行比较,若T2-T0>0,则随着T2值越接近T0值,电控器控制泄压阀14增加越多开度减少制冷量,反之,则随着T2值越远离T0值,电控器控制泄压阀14减少开度增加制冷量;若T2-T0≤0,则电控器控制泄压阀14打开所有开度,使得制冷量减小至最小。
传统冷却设备的压缩机工作时把氟利昂压缩成高温高压的气态氟利昂并通过高压管输送至冷凝器散热,高温高压的气态氟利昂经冷凝器散热后变成中温中压的液态氟利昂,液态氟利昂经过节流阀从制冷管路进入蒸发器吸收储液容器的冷却液热量后变成低压汽态氟利昂,压缩机又再将蒸发器中的低压汽态氟利昂通过低压管抽出,并再次进行压缩,如此周而复始地循环。而本发明通过在高压管11与低压管12之间设置有泄压管13,泄压管13上安装有泄压阀14,泄压阀14连接有电控器,当冷却液温度T2接近设定温度T0时,电控器控制泄压阀14增大开度使得流经泄压管14的氟利昂增加,从而减少流经节流阀22的氟利昂,进而减少制冷量,使得冷却液温度T2下降减缓;当冷却液温度T2等于设定温度T0时,泄压阀14全开,储液容器4内的冷却液温度T2不再下降;当热负载加大(如电主轴5加速),冷却液温度上升(T2值上升)时,则电控器控制泄压阀14减少开度,令流经泄压阀14的氟利昂减少,自然流经节流阀22的氟利昂就增加,制冷量加大,冷却液温度T2下降加快。由于流经泄压阀14的氟利昂没有流经冷凝器2,内含的热量没有释放,所以泄压阀14全开时冷却设备基本不制冷,这样当冷却液的温度降至设定温度时压缩机1不需要停转,这时由于高、低压管11、12的压力差很小,压缩机1的负荷也很轻,能耗大大降低,本发明能够实现对冷却液更高精度的温度控制,从而可以对电主轴5进行高精度的温度控制,避免电主轴5温差变化过大,大大降低电主轴5的热伸长值,有利于提高机床的加工精度,而且避免压缩机1的频繁启停,令设备根据负荷自动调节制冷量,既保证冷却液温度的稳定,也达到节能的目的。
以下为申请人进行的一个实施例:压缩机1为松下三相2P11C385AUA(制冷能力1680W),热负荷为博华D100D03102主轴4KW,节流阀22为直径2mm,长980mm毛细管,泄压阀14为三花牌电控2.0膨胀阀(全开500步),电控器设定为每0.2℃对应三步,设定目标温度为25℃;结果实测冷却液温度:24.8℃±0.4℃,达到设计要求。
以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (3)
1.一种电主轴冷却设备,其特征在于:包括压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)和储液容器(4),所述压缩机(1)通过高压管(11)与冷凝器(2)连接,所述冷凝器(2)通过制冷管路(21)与蒸发器(3)连接,所述制冷管路(21)安装有节流阀(22),所述蒸发器(3)放置于储液容器(4)内并通过低压管(12)与压缩机(1)连接,所述储液容器(4)设置有与电主轴(5)连通的冷却液循环管路(41),所述冷却液循环管路(41)流向电主轴(5)的一侧设置有出液温度传感器(42),所述高压管(11)和低压管(12)之间连接有泄压管(13),所述泄压管(13)安装有泄压阀(14),所述泄压阀(14)连接有电控器,所述出液温度传感器(42)与电控器连接。
2.根据权利要求1所述的电主轴冷却设备,其特征在于:所述泄压阀(14)为电控膨胀阀。
3.一种应用权利要求1或2的电主轴冷却设备的控温方法,其特征在于,包括以下步骤,出液温度传感器(42)检测冷却液循环管路(41)流向电主轴(5)的冷却液的温度T2,电控器设置有设定温度T0,电控器获取出液温度传感器(42)检测到的T2值并将T2值与T0值进行比较,若T2-T0>0,则T2值趋近于T0值变化时电控器控制泄压阀(14)增加开度;若T2-T0≤0,则电控器控制泄压阀(14)打开所有开度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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