CN115283864A - 一种基于热量回收的智能数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热量回收的智能数控机床，涉及数控机床技术领域，包括机座，在所述机座上沿X轴方向滑动设置有机架，在所述机架上沿Y轴方向滑动设置有移动块，在所述移动块上沿Z轴方向滑动设置有安装块，所述安装块上固定设置有垂直向下设置的激光头，所述激光头外套设有外壳，在所述外壳和激光头之间形成用于冷却液流通的夹层，所述外壳底端设置有多个与夹层相连通的喷头，所述外壳底端固定设置有回流罩，且所述外壳外套设有储液箱，所述储液箱底面为传热板。本发明通过设置回流罩，使蒸汽在回流罩表面再次液化并放出热量，对储水箱内的水进行升温，使泵入夹层内的水具有一定温度，实现对加工过程中的废热回收利用。

Description

一种基于热量回收的智能数控机床

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种基于热量回收的智能数控机床。

背景技术

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。激光切割机床便是数控机床的一种，激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的金属切割工艺设备。

由于激光切割是通过将光源聚焦成高功率密度的激光束，利用激光束照射到钢板表面，使钢板达到熔点或沸点的方式实现对钢板的切割，切割时激光头和钢板表面都会产生极高的温度，为了保证加工质量，需要在切割的过程中对钢板进行降温，现有的降温方式有风冷和水冷多种方式，但是无论哪种方式，原理上都是通过低温物体和高温物体换热的方式进行降温，这些热量一般都是通过低温介质带走进入冷凝器直接进行冷凝，或者直接流失在环境中，流入环境中的热量会使厂房温度升高，生产工人处于高温环境中，会对人体产生不良影响，甚至引发中暑，引起病变的危险。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中激光切割机床难以对加工产生的废热进行回收利用，导致废热流入生产环境中，不利于工作人员的生产加工的问题，而提出的一种基于热量回收的智能数控机床。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于热量回收的智能数控机床，包括机座，在所述机座上沿X轴方向滑动设置有机架，在所述机架上沿Y轴方向滑动设置有移动块，在所述移动块上沿Z轴方向滑动设置有安装块，所述安装块上固定设置有垂直向下设置的激光头，所述激光头外套设有外壳，在所述外壳和激光头之间形成用于冷却液流通的夹层，所述外壳底端设置有多个与夹层相连通的喷头，所述外壳底端固定设置有回流罩，且所述外壳外套设有储液箱，所述储液箱底面为传热板，所述传热板与回流罩顶面贴合，所述储液箱内设有水泵一，所述水泵一通过导管一与夹层相连通。

优选地，所述回流罩包括液化罩和收集槽，所述液化罩固定设置于外壳底端，所述收集槽固定设置于液化罩底端。

优选地，所述收集槽内设置有水泵二，所述水泵二通过导管二与储液箱相连通。

优选地，所述液化罩呈上小下大的喇叭状设置，且所述液化罩为铜罩，所述传热板为铜板。

优选地，所述外壳外周面固定设置有多个安装杆，所述安装杆延伸入储液箱内并与储液箱滑动连接，多个所述安装杆位于储液箱内的一端固定连接有同一个安装环，所述安装环底面与储液箱内底部之间设置有记忆弹簧。

优选地，还包括转动设置于收集槽外壁的转动环，所述转动环上固定设置有多个均匀分布的扇叶，所述收集槽外壁固定设置有用于驱动转动环转动的马达。

优选地，所述马达的输出端固定设置有驱动齿轮，所述转动环外壁固定设置有齿环，所述驱动齿轮与齿环啮合连接。

优选地，所述液化罩顶面固定设置有松发式开关，所述松发式开关与马达电性连接。

优选地，所述扇叶呈与液化罩表面平行的倾斜设置，且所述扇叶截面呈弧形设置。

优选地，还包括固定设置于安装块上的补液箱，所述补液箱通过导管三与储液箱相连通，且所述导管三上设有控制阀。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过设置水泵一，将储液箱内的水泵入夹层内对激光头进行降温后，通过喷头将水喷洒在钢板表面对钢板进行降温，有利于使激光头和钢板保持合适的温度，对激光头降温有利于降低温度过高造成的激光头损坏，对钢板表面降温，有利于提高钢板的加工质量，在水喷洒在高温钢板上后会迅速气化形成蒸汽，水气化会带走大量热量，有利于提高降温效果，用于对激光头降温的水温度过低，会因为较大的温差导致激光头损坏，通过设置回流罩，使蒸汽在回流罩表面再次液化并放出热量，对储水箱内的水进行升温，使泵入夹层内的水具有一定温度，实现对加工过程中的废热回收利用，解决了现有技术中激光切割机床难以对加工产生的废热进行回收利用，导致废热流入生产环境中，不利于工作人员的生产加工的问题。

2、本发明通过设置记忆弹簧，在储水箱内温度较低时，储水箱通过重力拉伸记忆弹簧，使储水箱底部传热板和液化罩贴合传热，有利于对加工时产生的废热进行回收利用，在储水箱内温度升高后，高温使记忆弹簧复原，带动传热板和液化罩分离，并配合松发式开关启动马达，使扇叶转动对储水箱进行降温，实现对储水箱内的水进行自动控温，使泵入夹层的水保持在合适的温度对激光头降温，尽量避免温度过低导致的激光头损坏，以及冷却水温度过高影响降温效果。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于热量回收的智能数控机床的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于热量回收的智能数控机床的局部结构示意图；

图3为本发明提出的一种基于热量回收的智能数控机床中储液箱的内部结构示意图；

图4为本发明提出的一种基于热量回收的智能数控机床中激光头的结构示意图；

图5为本发明提出的一种基于热量回收的智能数控机床中储液箱的结构示意图；

图6为本发明提出的一种基于热量回收的智能数控机床中储液箱与液化罩贴合传热状态的结构示意图；

图7为本发明提出的一种基于热量回收的智能数控机床中储液箱与液化罩脱离状态的结构示意图；

图8为本发明提出的一种基于热量回收的智能数控机床中转动环和扇叶的结构示意图。

图中：1、机座；2、机架；3、移动块；4、安装块；5、激光头；6、外壳；7、夹层；8、喷头；9、回流罩；10、储液箱；11、水泵一；12、液化罩；13、收集槽；14、水泵二；15、安装杆；16、安装环；17、记忆弹簧；18、传热板；19、扇叶；20、马达；21、转动环；22、松发式开关；23、补液箱；24、导管三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-图3，一种基于热量回收的智能数控机床，包括机座1，在机座1上沿X轴方向滑动设置有机架2，在机架2上沿Y轴方向滑动设置有移动块3，在移动块3上沿Z轴方向滑动设置有安装块4，安装块4上固定设置有垂直向下设置的激光头5，通过机架2和移动块3配合，可控制激光头5在X轴和Y轴方向任意移动，实现激光头5在水平面内灵活移动，通过安装块4在移动块3上沿Z轴运动，可带动激光头5实现高度的调节，在机座1旁设置有控制面板，通过对控制面板设定程序，控制机架2、移动块3和安装块4按照指定的路径运动，实现激光头5的精准切割。

参照图2-图4，激光头5外套设有外壳6，在外壳6和激光头5之间形成用于冷却液流通的夹层7，激光头5在使用过程中会产生热量，在夹层7内通过冷却水，冷却水会与激光头5进行热交换，带走激光头5上的热量，及时地对激光头5进行降温，降低高温使激光头5的损伤，提高激光头5的使用寿命。

外壳6底端设置有多个与夹层7相连通的喷头8，在激光切割钢板时，激光产生的能量会使钢板产生大量的热量，钢板薄而宽大，遇不均匀受高温时，临高温面急速膨胀而伸长，迫使临低温面被压缩，导致钢板的加工质量较差，通过喷头8可以将夹层7内的冷却水喷洒到激光切割的钢板表面，对钢板进行降温，有利于提高钢板的切割加工质量。

外壳6外套设有储液箱10，冷却水储存在储液箱10内，储液箱10内设有水泵一11，水泵一11通过导管一与夹层7相连通，通过水泵一11可将储液箱10内的冷却水抽至夹层7内，对激光头5进行降温，持续地将储液箱10内冷却水泵入夹层7还可以对夹层7进行加压，使夹层7内的冷却水通过喷头8喷出，继续对钢板进行降温。

激光头5的运行离不开水循环，过低的水温会直接影响到激光头5的出光和内部零部件的使用寿命，首先，水温过低容易导致氤灯或晶体棒的爆裂，其次，激光头5的光路是经过镜片放射的，水温过低会在镜片表面形成一层水雾，影响镜片的正常反射，使光斑模糊，功率降低，再次，温度过低出光会产生水露，影响激光头5的稳定，最后，过低的水温通过聚焦镜，此时出光的状态下，容易导致聚焦镜炸裂。

基于以上原因，参照图4-图5，外壳6底端固定设置有回流罩9，储液箱10底面为传热板18，传热板18和储液箱10箱体组合形成完成的储液箱10，传热板18与回流罩9顶面贴合，使回流罩9可与传热板18进行热传导，实现与储液箱10内的冷却水进行换热，冷却水喷洒在高温钢板表面后会迅速气化带走大量热量，实现降温的效果，但是气化后的冷却水蒸汽的热量一般直接流失在环境中，不利于能源的再利用，造成资源浪费，同时能够有效降低废热对生产环境的影响，避免生产工人所处环境温度过高引起身体不适，通过设置回流罩9，使冷却水蒸汽与回流罩9接触液化放出热量，首先液化的冷却水蒸汽再次形成液体水通过回流罩9进行收集，有利于减少资源的浪费，并且冷却水蒸汽液化放出的热量对回流罩9进行加热，并传递给传热板18，再由传热板18对储液箱10内的冷却水进行加热升温，有利于使储液箱10内的冷却水保持一定的稳定，降低冷却水与激光头5之间的温差，防止冷却水水温过低造成激光头5的损坏，提高激光的使用寿命。

参照图4，回流罩9包括液化罩12和收集槽13，冷却水气化形成的蒸汽通过液化罩12实现液化放热，液化罩12固定设置于外壳6底端，收集槽13固定设置于液化罩12底端，液化后形成的水顺着液化罩12表面流入收集槽13内进行收集，有利于资源的循环使用，提高资源的利用率。

液化罩12为铜罩，传热板18为铜板，铜在自身具有一定强度的同时，导热性也十分优异，有利于提高液化罩12与传热板18之间传热效率，液化罩12呈上小下大的喇叭状设置。

参照图4，收集槽13内设置有水泵二14，水泵二14通过导管二与储液箱10相连通，冷却水蒸汽液化后流入收集槽13后，通过水泵二14将收集槽13内的液化水再次泵入储液箱10内，实现对冷却水的循环利用，提高资源的利用率。

通入夹层7中对激光头5进行冷却的水，水温也不宜过高，首先，水温过高冷却效果就差，激光头5产生的高温会损坏晶体棒或氩灯，其次，水温过高影响功率的稳定性，最后，过高的水温长时间运行会损害激光器内各个镜片的寿命，容易产生安全隐患。

基于以上原因，参照图3、图6和图7，外壳6外周面固定设置有多个安装杆15，安装杆15延伸入储液箱10内并与储液箱10滑动连接，储液箱10可沿着安装杆15上下滑动，多个安装杆15位于储液箱10内的一端固定连接有同一个安装环16，安装环16底面与储液箱10内底部之间设置有记忆弹簧17，记忆弹簧17是用TiNi记忆合金丝绕制成的，利用了形状记忆合金的单程记忆效应，记忆弹簧17的马氏体相（即低温时的相组织，此处所说的低温指室温）为软相，母相（即高温时的相组织，此处所说的高温即指35℃-40℃）为硬相，在记忆弹簧17处于低温环境中时，受储液箱10以及储液箱10内部冷却水的重力作用下，向下拉长，使储液箱10底面的传热板18与液化罩12贴合传热，在储液箱10内部冷却水温度升高后，记忆弹簧17受热触发记忆机制，记忆弹簧17复原，带动储液箱10向上运动，此时传热板18与液化罩12脱离，避免液化罩12继续对储液箱10加热，实现对储液箱10内部冷却水的控温目的，有利于储液箱10内的冷却水保持在30-35℃，进而保证冷却水保持在合理的温度对激光头5进行降温。

具体实施时，冷却水储存在储液箱10内，通过水泵一11将储液箱10内的冷却水抽至夹层7内，对激光头5进行降温，保证激光头5正常运行，提高激光头5的使用寿命，同时持续地对夹层7泵水加压，使夹层7内的冷却水通过喷头8喷出，继续对钢板进行降温，有利于使提高钢板的加工质量，降温钢板因高温发生形变；冷却水喷洒在高温钢板表面后会迅速气化带走大量热量，实现降温的效果，气化后的冷却水蒸气与回流罩9接触发生液化，放出热量对储液箱10内的冷却水进行升温，实现对加工过程中产生的废热进行二次利用，并且冷却水蒸汽液化后顺着液化罩12流入收集槽13内，再通过水泵二14泵入储液箱10内，实现对冷却水的循环利用，提高资源的利用率。

在储液箱10内温度过高时，记忆弹簧17受高温影响触发记忆机制复原成初始长度，使储液箱10与回流罩9脱离，防止储液箱10内的冷却水温度上升过高。

参照图2、图3和图8，还包括转动设置于收集槽13外壁的转动环21，转动环21上固定设置有多个均匀分布的扇叶19，转动环21转动带动扇叶19，产生气流，在储液箱10与回流罩9分开后形成间隙，气流吹入间隙中，一方面可以对储液箱10进行降温，另一方面可以保证液化罩12保持低温，有利于保持液化罩12对蒸汽的液化效果，收集槽13外壁固定设置有用于驱动转动环21转动的马达20，马达20的输出端固定设置有驱动齿轮，转动环21外壁固定设置有齿环，驱动齿轮与齿环啮合连接，马达20启动后，马达20转动带动驱动齿轮转动，驱动齿轮转动带动齿环转动，使扇叶19转动产生气流。

参照图6-图7，液化罩12顶面固定设置有松发式开关22，松发式开关22与马达20电性连接，在储液箱10与液化罩12相贴合时，储液箱10对松发式开关22进行抵压，此时松发式开关22处于断路状态，马达20处于停止状态，此时液化罩12对储液箱10进行升温，不需要进行扇叶19进行降温，马达20停转有利于节省资源，在储液箱10脱离液化罩12后，松发式开关22失去抵压弹出，此时松发式开关22处于通路状态，启动马达20驱动扇叶19进行散热。

参照图8，扇叶19呈与液化罩12表面平行的倾斜设置，且扇叶19截面呈弧形设置，在扇叶19转动时，较易产生贴合液化罩12表面的气流，有利于对液化罩12和储液箱10底面的传热板18进行降温。

参照图2-图3，还包括固定设置于安装块4上的补液箱23，补液箱23通过导管三24与储液箱10相连通，且导管三24上设有控制阀，补液箱23内装有备用的冷却水，可在储液箱10内冷却水消耗后，对储液箱10内进行补充，有利于保证储液箱10的正常工作。

本发明具体工作原理如下：

冷却水储存在储液箱10内，通过水泵一11将储液箱10内的冷却水抽至夹层7内，对激光头5进行降温，保证激光头5正常运行，提高激光头5的使用寿命，同时持续地对夹层7泵水加压，使夹层7内的冷却水通过喷头8喷出，继续对钢板进行降温，有利于使提高钢板的加工质量，降温钢板因高温发生形变；冷却水喷洒在高温钢板表面后会迅速气化带走大量热量，实现降温的效果，气化后的冷却水蒸气与回流罩9接触发生液化，放出热量对储液箱10内的冷却水进行升温，实现对加工过程中产生的废热进行二次利用，并且冷却水蒸汽液化后顺着液化罩12流入收集槽13内，再通过水泵二14泵入储液箱10内，实现对冷却水的循环利用，提高资源的利用率。

在储液箱10内温度过高时，记忆弹簧17受高温影响触发记忆机制复原成初始长度，使储液箱10与回流罩9脱离，防止储液箱10内的冷却水温度上升过高，在储液箱10脱离液化罩12后，松发式开关22失去抵压弹出，此时松发式开关22处于通路状态，启动马达20，马达20转动带动驱动齿轮转动，驱动齿轮转动带动齿环转动，使扇叶19转动产生气流，气流吹入储液箱10与回流罩9分开后形成的间隙中，一方面可以对储液箱10进行降温，另一方面可以保证液化罩12保持低温，有利于保持液化罩12对蒸汽的液化效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于热量回收的智能数控机床，包括机座（1），在所述机座（1）上沿X轴方向滑动设置有机架（2），在所述机架（2）上沿Y轴方向滑动设置有移动块（3），在所述移动块（3）上沿Z轴方向滑动设置有安装块（4），其特征在于，所述安装块（4）上固定设置有垂直向下设置的激光头（5），所述激光头（5）外套设有外壳（6），在所述外壳（6）和激光头（5）之间形成用于冷却液流通的夹层（7），所述外壳（6）底端设置有多个与夹层（7）相连通的喷头（8），所述外壳（6）底端固定设置有回流罩（9），且所述外壳（6）外套设有储液箱（10），所述储液箱（10）底面为传热板（18），所述传热板（18）与回流罩（9）顶面贴合，所述储液箱（10）内设有水泵一（11），所述水泵一（11）通过导管一与夹层（7）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，所述回流罩（9）包括液化罩（12）和收集槽（13），所述液化罩（12）固定设置于外壳（6）底端，所述收集槽（13）固定设置于液化罩（12）底端。

3.根据权利要求2所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，所述收集槽（13）内设置有水泵二（14），所述水泵二（14）通过导管二与储液箱（10）相连通。

4.根据权利要求2所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，所述液化罩（12）呈上小下大的喇叭状设置，且所述液化罩（12）为铜罩，所述传热板（18）为铜板。

5.根据权利要求1所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，所述外壳（6）外周面固定设置有多个安装杆（15），所述安装杆（15）延伸入储液箱（10）内并与储液箱（10）滑动连接，多个所述安装杆（15）位于储液箱（10）内的一端固定连接有同一个安装环（16），所述安装环（16）底面与储液箱（10）内底部之间设置有记忆弹簧（17）。

6.根据权利要求2所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，还包括转动设置于收集槽（13）外壁的转动环（21），所述转动环（21）上固定设置有多个均匀分布的扇叶（19），所述收集槽（13）外壁固定设置有用于驱动转动环（21）转动的马达（20）。

7.根据权利要求6所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，所述马达（20）的输出端固定设置有驱动齿轮，所述转动环（21）外壁固定设置有齿环，所述驱动齿轮与齿环啮合连接。

8.根据权利要求6所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，所述液化罩（12）顶面固定设置有松发式开关（22），所述松发式开关（22）与马达（20）电性连接。

9.根据权利要求6所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，所述扇叶（19）呈与液化罩（12）表面平行的倾斜设置，且所述扇叶（19）截面呈弧形设置。

10.根据权利要求1所述的一种基于热量回收的智能数控机床，其特征在于，还包括固定设置于安装块（4）上的补液箱（23），所述补液箱（23）通过导管三（24）与储液箱（10）相连通，且所述导管三（24）上设有控制阀。

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