CN2587583Y

CN2587583Y - 机械用冷却系统的控制装置

Info

Publication number: CN2587583Y
Application number: CN 02294103
Authority: CN
Inventors: 陈邦富
Original assignee: Habo Precision Industry Co ltd
Current assignee: Habo Precision Industry Co ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2012-12-19

Abstract

本实用新型涉及一种机械用冷却系统的控制装置，包含一工具机、一油箱及一油冷却机，油冷却机利用一安置在一蒸发器与一压缩机间的电子控制阀，达恒温控制并提升加工精确度，当油温达设定值，借微电脑控制器开启电子控制阀，使高压高温的气态冷煤旁通到蒸发器入口低温低压的气态冷煤混合，以抑制主轴的油温变化量，直到温度降至容许设定值后，再切断旁通回路，微电脑控制器则自动控制电子控制阀的阀开度，使油冷却机恢复正常运作。

Description

机械用冷却系统的控制装置

技术领域

本实用新型是涉及一种冷却系统，特别是指一种具有恒温控制，并可提升加工精度的机械用冷却系统的控制装置。

背景技术

参阅图1，一般工具机进行加工当时，刀具与工件间会因切削而产生热量，其热量有一部份除会被切削液带走外，其余的热量将导传至工具机的一主轴1与一床台2上，而该主轴1本体因高速旋转磨擦也会产生热量传至一主轴头3，所以在温度控制观点上，最好的情形就是该主轴1处的温度等于一机体4处的温度，但实际上，该主轴1处的温度会大于机体4处的温度，所以，最佳的状态，是油温控制机送出的油温，要能使得该主轴1处与该机体4处的温度一致。

实务上，该机体4处的温度并不会保持一定，其会随着一齿轮箱5的温度变化而改变，所以温度控制的最终目的是要使该齿轮箱5、该主轴1、该机体4、及一油管路6(该油管路6是经由一油冷却机7控制油路的输送，而该油冷却机7控制的油是由一油箱8供应)的温度皆相等，让该主轴1与该机体4不会产生过高或过低温差热变形，以确保该主轴中心9不偏移，而能保持原设定的精度。

参阅图2，以以往一种机械用油冷却机为例，该油冷却机10是由一油箱11提供油12，将油12送入一工具机13的主轴14，整个系统借一管路15呈串联供油状态，而送经该主轴14供冷却的油12，再由该主轴14一侧回收至油箱11。

工具机13在使用时，因该主轴14马达会依加工件的转速不同，而产生不同的主轴14发热量，此时，油冷却机10必须适时输出足以抵消主轴14发热量的冷却容量(即冷却能力)，才不致使主轴头热变形。

因此，当该主轴14发热，这时该油冷却机10依据一液温传感器16所感测的油温，并与一基础温传感器17设定的温度经由一微计算机控制器18的运算比较，使由温度控制器(图未示)命令冷冻系统的一压缩机19的ON/OFF，达到适时冷却的功效。当该压缩机19在ON/OFF激活运作的过程中，会因冷冻系统存在的余冷及余热，致使油温精度无法满足高精密化、高速化工具机主轴热变形补偿修正需求，所以值待改善。

参阅图2、3，另外，经由实验数据可知，以往油冷却机10的油温变化为±3℃，这是因为油冷却机10所要带走的机械主轴14热源单位时间内温升很快，所以，当油温上升至设定目标值时(即高于图3的横向虚线基准位)，该微电脑控制器18命令压缩机19运转，而使压缩机19发挥全效率的运转，该油冷却机10是由零冷却能力到全效率的冷却能力运转，而这段时间必需考虑冷冻系统的高低压平衡，须有其ON/OFF的基本延迟时间，却导致所要控制的油温度，高出设定目标值+3℃，这种变化便称为油冷却机10对机械主轴14的余热现象。相反地，当油温被降至设定目标值(即低于图3的横向虚线基准位)，该微电脑控制器18命令该压缩机19停止运转，使压缩机19冷却能力降为零，而该油冷却机10由全效率运转到冷却能力降为零，这段时间的延迟，却导致所要控制的油温度，低于设定目标值-3℃，这种变化则称为油冷却机10对机械主轴14的余冷现象。

综上，以往的油冷却机10为满足加工精度的要求，利用控制压缩机19的ON/OFF做为控制油温平衡的作法，却因压缩机19存在有余冷、余热的缺点，使油温仍无法达到工作机械加工的要求，然而，因无法达到恒温的条件，致使主轴14加工中，不论是由高转速到低转速，或由低转速至高转速，甚或因长时间的持续运转，该工具机13的Z轴至少产生幅度0.04mm～0.06mm以上的伸长量(热变形)，所以以往油冷却机10也存在有加工精度较差的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有恒温控制，并可提升加工精度的机械用冷却系统的控制装置。

本实用新型机械用冷却系统的控制装置包含一需要冷却的工具机、一供应油给该工具机作润滑冷却的油箱，及一连接在该工具机与该油箱间的油冷却机。

该工具机具有一加工用的主轴。

该油箱具有一抽送油的泵，及一输送油至该主轴的管路。

一液温传感器是安置在该油箱的管路上，并供感测油温。

该油冷却机具有一冷凝器、一压缩机、一蒸发器、一毛细管、一安置在该蒸发器与压缩机间的电子控制阀，及一与该电子控制阀、该压缩机及液温传感器电性连接的微电脑控制器。及一基础温传感器为与该微电脑控制器电性连接，并提供感测室温。

当油温到达温度设定值时，借该微电脑控制器开启该电子控制阀，使高压高温的气态冷煤旁通到蒸发器入口低温低压的气态冷煤混合，以抑制该主轴的油温变化量，直到温度降低至容许温度设定值后，再切断旁通回路，该微电脑控制器则自动控制该电子控制阀的阀开度，并使油冷却机恢复正常运作模式。

附图说明

下面通过最佳实施例及附图对本实用新型的机械用冷却系统的控制装置进行详细说明，附图中：

图1是一组合图，说明一般的一油冷却机与一工具机的组合状态；

图2是一组合图，说明一以往该油冷却机与该工具机及一油箱间的管线连接状态；

图3是一曲线图，说明以往该油冷却机的油温变化状态；

图4是一组合图，说明本实用新型机械用冷却系统的控制装置的较佳实施例；

图5是一曲线图，说明该较佳实施例的油温变化状态；

图6是一方块流程图，说明该较佳实施例作精密油温控制的控制流程。

具体实施方式

参阅图4，本实用新型机械用冷却系统的控制装置的较佳实施例包含一需要冷却的工具机20、一供应适量的油31给该工具机20作润滑冷却的油箱30、一连接在该工具机20与该油箱30间的油冷却机40、一液温传感器50，及一基础温传感器60。

该工具机20具有一加工用的主轴21。

该油箱30内部装填有适量的油31，并具有一抽送油31的泵32，及一输送油31至该主轴21的管路33。

该液温传感器50安置在该油箱30的管路33上，并供感测油温。

该油冷却机40具有一提供放热作用的冷凝器41，一将低压低温的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒的压缩机42，一将低压中温液态冷媒蒸发吸热成为低压低温的气态冷媒的蒸发器43，一供降压以配合该蒸发器43蒸发温度的毛细管44，一安置在该蒸发器43与压缩机42间的电子控制阀45(该电子控制阀45为一电子膨胀阀)，以及一与该电子控制阀45、该压缩机42及液温传感器50呈电性连接的微计算机控制器46。

该基础温传感器60是与该微电脑控制器46呈电性连接，并提供感测室温或是感测该工具机20的机体温度。

正常运作模式下，油路的输送与回流动作状态，是经由该泵32抽送该油箱30内部的油31，并输送至该工具机20的主轴21，最后由该主轴21另一侧将油31循环流回该油箱30内部，借由适量的油31输送到工具机20的主轴21，不但具有润滑作用，更兼具有降温的功效。该工具机20运作的过程中，其主轴21的加工温度是不断地变化，且该主轴21加工发热时，该油冷却机40是依正常冷冻系统模式运作。当油温到达预定的温度设定值时，则借该微电脑控制器46开启该电子控制阀45，借由该微电脑控制器46命令该电子控制阀45自动调整，使其阀开度加大，并使高压高温的气态冷煤旁通到该蒸发器43入口，与低温低压的气态冷煤混合，使该蒸发器43的热交换能力降低，此时该主轴21的发热量是大于冷冻系统的蒸发器43热交换量，所以油温自然上升，这时，该微电脑控制器46便再命令该电子控制阀45使其阀开度变小，而该油冷却机40的冷冻系统、蒸发器43的热交换能力提高，随着油31温度的变化，如此不断地循环修正，即可使该主轴21的油温达到恒温控制，且可有效提高CNC工作机械至高精密化，高速化的目的及功效。所以就降低了该主轴21油温的变化量，且大幅降低以往油冷却系统余冷、余热现象，在本实施例中，参阅图5，经由实作测试的结果，油温与设定目标值温度差可大幅缩小，油温变化量只为摄氏±0.2℃，同时则提高该工具机20的主轴21的温控精度。

参阅图4、6，针对油温控制的方式，主要是在该微电脑控制器46中具有一控制油温变化的温控器，该温控器为一PID温控器461(Proportional-Integral and Derivatice control，比例积分微分)，该PID温控器461是以比例积分微分控制方式来控制液温的温度，利用该PID温控器461来控制液温具有装置简单、调整容易以及高强健性...等优点，而其控制方式的流程细部控制情形，是先执行一流程462、463，即该基础温传感器及液温传感器两传感器所感测的温度送至该PID温控器461时，经由该PID温控器461的控制，再执行一流程464，由该PID温控器461输出温度数据分别送至一温度显示器予以显示，以及执行一流程465，送至一CNC控制计算机主机，接着，再执行一流程466经一数/模转换器转换为模拟信号，继续执行一流程467，控制该电子控制阀动作，最后执行一流程468，如前述使由该冷凝器产生的高压高温的气态冷煤旁通到该蒸发器入口低温低压的气态冷煤混合，使蒸发器产生热交换制冷量，直到温度降低容许温度设定值后，再切断旁通回路，使电子控制阀变成OFF状态，此时恢复正常运作模式，而流程463的该液温传感器若持续测温，直到油温再次达到高温状态，便重新激活上述流程进行降温的运作。

值得一提的是，该电子控制阀45是利用步进马达来控制阀开度，而其控制方式是借由传感器侦得的模拟信号，经数/模转换器转换，转成DC12V或24V并予以输出，来驱动电子控制阀45的步进马达，达到比例控制的目的。其中，当控制电子控制阀45的模拟信号增加时，会使该电子控制阀45的阀开度增大，以允许较多流量的冷媒经过。相反地，当PID温控器输出较小的模拟信号时，将使电子控制阀的阀开度变小，冷媒的流量也跟随的减少，借此电子式的调节方式，便可满足系统负荷的要求，并且可达到精确的控制的结果。

归纳上述，本实用新型机械用冷却系统的控制装置具有以下诸多功效及优点，整理如下：

一、由于本实用新型搭配该电子控制阀45控制油温，其油温精度差值极小，约为±0.1℃～±0.2℃间而已，所以该油冷却机40恒温的功用，可有效克服该工具机20主轴21的温升变形，且转速在10000rpm内皆可维持恒温状态，因此，主轴21的热延长便得以控制在0.02mm范围之内，所以工具机则确实可达到高精密化、高速化的功效。

二、本实用新型该电子控制阀45主要利用步进马达作比例调整，不但加工精确度高，而且，相较于以往机械式的控制方式，该步进马达的使用寿命也长，所以确实能达到创作的目的。

Claims

1.一种机械用冷却系统的控制装置，包含一需要冷却的工具机、一供应油给该工具机作润滑冷却的油箱，及一连接在该工具机与该油箱间的油冷却机，其特征在于：

该工具机，具有一加工用的主轴；

该油箱，具有一抽送油的泵，及一输送油至该主轴的管路；

一液温传感器，安置在该油箱的管路上，并供感测油温；

该油冷却机，具有一冷凝器、一压缩机、一蒸发器、一毛细管、一安置在该蒸发器与压缩机间的电子控制阀，及一与该电子控制阀、该压缩机及液温传感器电性连接的微电脑控制

器；及

一基础温传感器，与该微电脑控制器电性连接，并提供感测室温。

2.如权利要求1项所述的机械用冷却系统的控制装置，其特征在于：该电子控制阀为一电子膨胀阀。

3.如权利要求1项所述的机械用冷却系统的控制装置，其特征在于：该基础温传感器为可感测室温、以及可感测工具机机体的温度的传感器。

4.如权利要求1项所述的机械用冷却系统的控制装置，其特征在于：该微电脑控制器中具有一控制油温变化的温控器，该温控器为一PID温控器。