TWI477345B - 用於機床的冷卻劑系統 - Google Patents

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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Description

用於機床的冷卻劑系統
本發明係關於用於機床的冷卻劑系統，該冷卻劑系統包括：用於冷卻劑的泵；至少一台消耗設備；壓力感測器，該壓力感測器用於檢測冷卻劑系統的實際壓力；反饋控制裝置，該反饋控制裝置作用於泵上以將冷卻劑系統的壓力調節到目標壓力；以及限制閥，該限制閥用於限制供應到消耗設備的冷卻劑的壓力。
在機床(machine tool)中，通常在一個處理循環中使用多個不同的工具(tool)。每個工具都需要通過供應冷卻劑來冷卻，只要該工具正在使用。由於不同工具對冷卻劑的需求不同，因此，這些工具的製造商會針對每個工具指定冷卻劑系統所必須提供的特定目標壓力。
在上述類型的冷卻劑系統中，系統中的壓力由感測器進行檢測，並且泵經過調節以保持指定的目標壓力。限制閥僅用作安全閥並且具有固定的開啟壓力，該開啟壓力顯著大於最高的可能目標壓力。在這個系統中，泵僅能相對較慢地對壓力需求的變化做出反應，因此，在特定情況下，特別是在由於，例如，已關閉其中一台消耗設備而導致對冷卻劑的需求急劇減少的情況下，可能發生不需要的壓力衝擊(pressure surge)，但這些壓力衝擊保持低於安全閥的開啟壓力。
本發明的目標在於提供一種具有較少泵送損失並且仍然能夠快速適應需求變化的冷卻劑系統。
為了實現這一目標，根據本發明，限制閥的開啟壓力為可變的，並且反饋控制裝置適用於根據目標壓力調整開啟壓力，從而使開啟壓力總以一定值大於目標壓力。
因此，根據本發明限制閥不僅用作單純的安全閥，而且在對冷卻劑的需求減少時還具有抑制不需要的壓力衝擊的功能。在這種情況下，為了抑制壓力衝擊，可接受的是通過限制閥排出一定量的冷卻劑，以使泵送損失會略微增加。然而，由於限制閥開啟的階段僅非常短並且只是偶爾地發生，因此泵送損失的增加可以忽略不計。
為了儘可能地抑制壓力衝擊，所期望的是限制閥的開啟壓力僅略微高於目標壓力。然而，如果壓力差太小，則可能發生的是壓力閥將更頻繁地開啟，這樣泵送損失可能僅僅因為控制器的正常控制波動而增加。出於這個原因，開啟壓力和目標壓力之間的差距實際上應適應由泵、壓力感測器和控制器構成的控制迴路的控制波動。
附屬項中指明瞭本發明的可選有用特徵。
在一項實施例中，反饋控制裝置可經配置以保持開啟壓力和目標壓力之間的差距恆定。在另一項實施例中，該差距可與目標壓力成比例變化。
現在將結合附圖來更詳細地描述實施例的實例。
附圖中所示的冷卻劑系統包括三台消耗設備10，所述三台消耗設備10都由泵12供應液體冷卻劑。泵12的排出管路14分支到三台消耗設備10，因此這三台消耗設備都由相同的泵12供應冷卻劑。
每台消耗設備10都由針對機床的特定工具的冷卻佈置 構成。這些工具的尺寸和構造都不同，並且因此對冷卻劑的需求也不同。機床的控制單元16控制消耗設備10，以便用於給定工具的冷卻佈置在使用此工具時被激活(例如，通過開啟未在此處圖示的閥)。當機床配置成同時使用多個工具時，則可同時激活多台消耗設備。
泵12由馬達18驅動，該馬達的轉速由變頻器20控制。變頻器20的頻率由反饋控制裝置22確定，所述反饋控制裝置22從壓力感測器24接收指示排出管路中的實際壓力Pi 的信號，並且從控制單元16中接收指示目標壓力Ps 的信號，該目標壓力Ps 取決於消耗設備的當前活動。
此外，反饋控制裝置22控制壓力限制閥26，以將排出管路14中的壓力限制為取決於目標壓力的值。為此，限制閥26從反饋控制裝置22接收指示限制閥的開啟壓力Plim 的信號。
收集由活動的消耗設備輸送到工具的冷卻劑，並且如附圖中的再循環管路28所示，將這些冷卻劑再循環到貯槽30，冷卻劑可以經由吸入管路32從貯槽30再次被泵12吸入。
分支管路34從泵的排出管路14通向限制閥26的壓力室36。壓力室36由活塞38界定，並且因此具有可變值。根據活塞38的位置，限制閥26的排氣口40保持閉合或較小或較大程度地打開。制動器42，例如，電動啟動制動器，沿閉合方向(附圖中為向右)以反饋控制裝置22所確定的一定閉合力偏置活塞28。當壓力室36中的壓力超過開啟壓力Plim 時，冷卻劑施加於活塞38上的力克服制動器42的閉合力，以使活塞向左移動並打開排氣口40，並且因此，由 泵12輸送的冷卻劑的一部分經排氣口40和旁通管路44返回到貯槽30。這樣，就限制了壓力室36和排出管路14中的壓力。
反饋控制裝置22控制馬達18的轉速，並且因此控制泵12的位移(displacement)，從而保持排出管路14中的壓力接近目標壓力Ps ，所述目標壓力Ps 總是比限制閥的開啟壓力Plim 小一些。隨後，泵的位移剛好足夠向當前活動的消耗設備10提供指定的目標壓力。
在工具變換的情況下，控制單元16發佈命令以使之前活動的消耗設備10停止活動，並且改為激活屬於新工具的消耗設備。如有必要，控制裝置16將同時增大或減小目標壓力Ps 。在這種情況下，反饋控制裝置22命令制動器42來相應地調節開啟壓力Plim 。
當新的目標壓力小於先前的目標壓力時，反饋控制裝置22致使馬達18的轉速減小。由於泵12的位移因此而減小，壓力室36中的壓力也減小。然而，這並不會導致活塞38向右移動，因為開啟壓力會減小並且因此閉合力也會同時減小。這樣，實際壓力將會快速減小到新的目標壓力。根據具體情況，閉合力甚至可能減小到一定程度，使得活塞38向左移動並且預先開啟排氣口40以及加速減小壓力。
當工具變換意味著使用需要較高目標壓力的工具時，反饋控制裝置22命令制動器42來增大開啟壓力和閉合力。因此，活塞38向右移動，並且壓力室36的體積減小。這樣，如果壓力室36有足夠大的尺寸，那麼即使在泵的位移還未達到所需值的過渡階段，也會實現向消耗設備10供應足夠量的冷卻劑。
在經修改的實施例中，控制單元16可發佈命令來轉換消耗設備並且以一定延時來改變目標壓力，因此，例如，致使反饋控制裝置22“預先考慮”泵12的位移變化。
圖2是描繪冷卻劑系統的運行的時序圖。
圖2中的曲線46指示消耗設備10的冷卻劑需求Q的時間變化，這種變化由以下因素而導致：在時間t1、t2和t3處，存在從一台消耗設備到另一台消耗設備的轉換，或者消耗設備的開啟或關閉。圖2下面部分的較細實線指示了由控制單元16確定的目標壓力Ps 的時間依賴性。在時間t1處，目標壓力增大。在時間t2和t3處，目標壓力保持恆定，但冷卻劑需求Q分別因消耗設備的開啟和關閉而變化。繪製為虛線的曲線指示了開啟壓力Plim 的相應變化。在此處所示的實例中，目標壓力Ps 與開啟壓力Plim 之間的差距總是恆定的，與目標壓力的絕對高度無關。在經修改的實施例中，這種差距還可以與目標壓力Ps 的絕對高度成比例。可任選地，該差距也可以是目標壓力的更為複雜的函數。
在圖2中以粗線繪製的曲線指示了實際壓力Pi 的時間依賴性。可以看出，由於系統的控制特性，實際壓力Pi 總是在相應目標壓力Ps 周圍稍微振盪。然而，Plim 和Ps 之間的差距已被選定，因此，在這些波動過程中並未達到開啟壓力Plim 。
在時間t1處，實際壓力Pi 隨著目標壓力Ps 的增大而增大。在時間t2處，由於另一台消耗設備的開啟而使得實際壓力暫時下降。然而，這種下降可由泵的轉速的相應增加來立即抵消。
在時間t3處，由於在目標壓力Ps 保持恆定時消耗設備已被關閉，因此對冷卻劑的需求急劇下降。因為馬達18的轉速無法足夠快速的減小，因此，在這種情況下，開啟壓力Plim 在短時間間隔內被超過，以使壓力限制閥26開啟。這樣，壓力衝擊就會限制於開啟壓力Plim 。當泵的轉速進一步減小時，實際壓力減小，由此，限制閥再次閉合，並且壓力再次調整以在目標壓力Ps 周圍振盪。
10‧‧‧消耗設備
12‧‧‧泵
14‧‧‧排出管路
16‧‧‧控制單元
18‧‧‧馬達
20‧‧‧變頻器
22‧‧‧反饋控制裝置
24‧‧‧壓力感測器
26‧‧‧限制閥
28‧‧‧再循環管路
30‧‧‧貯槽
32‧‧‧吸入管路
34‧‧‧分支管路
36‧‧‧壓力室
38‧‧‧活塞
40‧‧‧排氣口
42‧‧‧制動器
44‧‧‧旁通管路
圖1所示為機床的冷卻劑系統的線路圖。
圖2為說明冷卻劑系統的運行的時序圖。
10‧‧‧消耗設備
12‧‧‧泵
14‧‧‧排出管路
16‧‧‧控制單元
18‧‧‧馬達
20‧‧‧變頻器
22‧‧‧反饋控制裝置
24‧‧‧壓力感測器
26‧‧‧限制閥
28‧‧‧再循環管路
30‧‧‧貯槽
32‧‧‧吸入管路
34‧‧‧分支管路
36‧‧‧壓力室
38‧‧‧活塞
40‧‧‧排氣口
42‧‧‧制動器
44‧‧‧旁通管路

Claims (3)

  1. 一種用於機床的冷卻劑系統，包括：用於冷卻劑的泵(12)；至少一台消耗設備(10)；壓力感測器(24)，該壓力感測器(24)用於檢測該冷卻劑系統中的實際壓力(Pi )；反饋控制裝置(22)，該反饋控制裝置(22)作用於該泵(12)上以將該冷卻劑系統中的該壓力調節到目標壓力(Ps )；以及限制閥(26)，該限制閥(26)用於限制供應到該消耗設備的該冷卻劑的壓力，該冷卻劑系統的特徵在於，該限制閥(26)的開啟壓力(Plim )為可變的，並且該反饋控制裝置(22)適用於根據該目標壓力(Ps )調整該開啟壓力，因此該開啟壓力總以一定值大於該目標壓力。
  2. 如申請專利範圍第1項之冷卻劑系統，其中該反饋控制裝置(22)適用於將該開啟壓力(Plim )調整到與該目標壓力(Ps )具有恆定差距的值。
  3. 如申請專利範圍第1項之冷卻劑系統，其中該反饋控制裝置(26)適用於將該開啟壓力(Plim )調整到與相應的目標壓力(Ps )成比例的值。
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