TWI618597B - 工具機之加工液冷卻系統及其使用方式 - Google Patents

Abstract

本發明的工具機之加工液冷卻系統包括一冷卻主機及可設於工具機內之一溫度感測及控制裝置。溫度感測及控制裝置係控制冷卻主機的運作模式。冷卻主機是市售之空調冷卻主機。藉此，工具機內的加工液可經加工液循環管路流至熱交換器處，並由冷卻主機輸送冷媒經冷媒循環管路至熱交換器，而產生熱交換之加工液冷卻效果，且冷卻主機可視磨損狀況而任意替換為市售之冷卻主機。如此，本發明的加工液冷卻系統係適用於各種工具機，且可利用各式市售之冷卻主機來運作。

Description

工具機之加工液冷卻系統及其使用方式

本發明係為一種應用商品級空調之冷卻主機，經由液體作為媒介，透過熱交換原理於工具機台上之冷卻與流體感測裝置，尤指一種加工過程中需使用到大量加工液之工具機台，該加工液可應用於加工及冷卻上使用，有效提昇工具機加工之穩定度。

工具機於加工過程中會產生無可避免之高熱高溫，導致工具機本身或者是加工件上之微量變形，此微量變形在高精密加工設備上，即容易造成加工精度的損失，因此如何降低溫度對於工具機加工之影響是現代高精密工具機之重要課題；除了透過導熱結構及散熱機構設計外，絕大多數工具機種都會應用導熱性及流動性佳的加工液做為排除熱源之媒介。

因加工液做為主要排除熱源之媒介，所以加工液之散熱與降溫便為取決加工穩定度的重要指標之一；可參考第1圖，在習用的技術中，加工液降溫皆是透過將工具機加工液儲存槽501與專用之冷卻機700以管路做連結，透過工具機600控制器監控加工液儲存槽501中之加工液溫度，當加 工液溫度達設定值上限，則會啟動工具機600或冷卻機700內裝的抽水裝置，將加工液經由管路送至冷卻機700進行降溫後在輸送回加工液儲存槽501。

然而，在上述習用結構中，該冷卻機700都是採專用訂製模式，也就是說該種冷卻機700只能供給工具機600使用，使得工具機600在冷卻時只能透過冷卻機700進行液體降溫程序，若是冷卻機700發生故障或損壞，則必須請冷卻機700的生產原廠來維修或替換整台冷卻機700，簡而言之，若生產原廠不再生產該冷卻機700，或者是工具機600位在難以獲取生產原廠進行維修、替換冷卻機700服務的地理位置時，一旦冷卻機700停擺，則整個工具機600等同不能運作而嚴重停滯工作進度，必須向生產原廠申報、叫修、檢查、替換…等繁雜之程序後，才能重新啟動冷卻機700、工具機600進行作業，造成諸多產能的嚴重影響實難想像，故有必要加以改良。

本發明之目的，其一在於提出一種可與各式工具機結合之加工液冷卻系統，加工液冷卻系統應用冷卻主機與熱交換器，其特徵在於該冷卻主機為商品級之冷卻主機，且為獨立可置換之單元，可達成易於組裝及維修之功效。能夠使用於具有加工液之工具機上，藉由與控制器結合，藉 此提高對溫度之掌握度；此一冷卻系統可與習知外接市購冷卻機之方式做一區別。

本發明之目的，其二在於具備對加工液循環管路的監控功能，藉以保護機台之運作之安全性，並避免非預期之損壞；有別於習知技術，本發明透過在加工液循環管路中設計一流體感測裝置，藉以監控正常持續運作的流體狀況；當偵測到加工液循環管路中流體運作發生異常時，如流速過低、停止或水位不足以維持正常循環，能夠將訊號回傳以停止工具機或冷卻主機，避免工具機或冷卻主機在非正常之狀況下持續運作。

本發明之目的，其三在於提出一種商品級空調之冷卻主機之新應用方式，此方式透過與熱交換器連結，藉由高溫加工液與低溫冷媒之溫度差異，應用熱交換原理，以進行液體之冷卻降溫，有別於傳統上與蒸發器做系統連結，僅使用於進行氣體之冷卻降溫作用不同。

為達到本發明上述之目的，本案提出一種工具機之加工液冷卻系統，其包括一冷卻主機及可設於工具機內之一溫度感測及控制裝置。溫度感測及控制裝置係用以偵測工具機之一溫度參數。冷卻主機包括一熱交換器及一冷媒循環管路。熱交換器係連接冷媒循環管路及工具機之一加工液循環管路。溫度感測及控制裝置係依據溫度參數而啟閉 或調節冷卻主機的運作模式。冷卻主機是市售之冷卻主機。藉此，工具機內的加工液可經加工液循環管路流至熱交換器處，並由冷卻主機輸送冷媒經冷媒循環管路至熱交換器，而產生熱交換之加工液冷卻效果，且冷卻主機可視磨損狀況而任意替換為市售之冷卻主機。如此，本發明的加工液冷卻系統係適用於各種工具機，且可利用各式市售之冷卻主機來運作。

上述之溫度感測及控制裝置可設有一個或二個溫度感測器。當溫度感測及控制裝置設有一個溫度感測器時，用以量測加工液溫度，可進行定溫控制，當加工液溫度高於設定值達一定範圍之差異時，即啟動冷卻主機，使加工液與冷媒在熱交換器中產生熱交換的動作，達到加工液的降溫動作。當液體溫度低於設定值達一定範圍之差異時，即關閉冷卻主機。當溫度感測及控制裝置設有二個溫度感測器時，一溫度感測器設於加工液儲存槽用以量測液體溫度，另一溫度感測器設於工具機中用以量測機體溫度或室內溫度以做為參考溫度；溫度感測及控制裝置比較液體溫度與參考溫度的差異，透過比對可做差溫控制，當兩者所測得之溫差數值達設定之差異時，即啟動冷卻主機，使加工液與冷媒在熱交換器中產生熱交換的動作，達到加工液的降溫動作；反之，則關閉冷卻主機。

上述之啟動或關閉冷卻主機，為定頻式室外主機之應用場合，若使用在變頻式的室外主機時，可根據溫度的差異，來做為變頻式室外主機的動作控制。當液體溫度太高時，變頻式室外主機提升運轉頻率，當溫度接近設定溫度或參考溫度時，變頻式室外主機則降低運轉頻率。

本發明加工液冷卻系統更包括一流體感測裝置，其連接該控制器，用以偵測加工液循環管路中加工液的循環狀況，目前習知技術之工具機上皆無裝設此一流體感測裝置。當流體感測裝置偵測到加工液循環管路無正常運作時，會回傳訊息至控制器，下達指令使冷卻主機停止運作，或是中止工具機加工；透過該流體感測裝置之作用，可以避免冷卻主機或工具機因意外發生時，仍持續運轉而造成之非正常損壞。

透過加工液循環管路，該加工液循環管路設有管路連接至熱交換器，可將高溫液體送至熱交換器與冷媒進行溫度交換以冷卻加工液，後可供加工或降溫使用；經由熱交換器吸收加工液熱量之後之高溫冷媒，則經由設有管路的冷媒循環管路至冷卻主機進行冷卻降溫，以達到反覆循環降低加工液溫度之功用。

上述工具機之加工液冷卻系統的使用方法包括以下步驟：a、啟動工具機，使加工液流加工液循環管路中；b、 溫度感測及控制裝置偵測工具機之溫度參數，而啟動冷卻主機，使該冷卻主機的冷媒循環管路運作；c、加工液循環管路中的加工液在該熱交換器內與該冷媒循環管路進行熱交換；及d、溫度感測及控制裝置係依據c步驟之加工液溫度，而控制該冷卻主機運作，或者繼續循環c步驟。

100‧‧‧冷卻主機

101‧‧‧壓縮機

102‧‧‧冷凝器

103‧‧‧毛細管(膨脹閥)

104‧‧‧降溫裝置

200‧‧‧溫度感測及控制裝置

201‧‧‧第一溫度感測器

202‧‧‧第二溫度感測器

203‧‧‧控制器

300‧‧‧熱交換器

400‧‧‧冷媒循環管路

500‧‧‧加工液循環管路

501‧‧‧加工液儲存槽

502‧‧‧抽水裝置

503‧‧‧加工區(加工槽)

504‧‧‧流體感測裝置

600‧‧‧工具機

700‧‧‧冷卻機

第1圖 習知工具機外接冷卻機方式的示意圖。

第2圖 本發明工具機之加工液冷卻系統的示意圖。

第3圖 第2圖中加工液冷卻系統的局部放大圖。

第4圖 第2圖中加工液冷卻系統的局部放大圖。

第5圖 熱交換器浸泡式的示意圖。

本發明為一種應用商品級空調之冷卻主機結合熱交換器以液體媒介在工具機上之開放式冷卻系統，可參考第2圖的示意圖為實施例；本發明的加工液冷卻系統是應用於具有加工液之工具機600，工具機600基本上擁有加工區(加工槽)503、加工液儲存槽501或同等具備類似功能之結構；加工液儲存槽501係儲存加工液。

本發明的加工液冷卻系統包括一冷卻主機100及一溫度感測及控制裝置200。溫度感測及控制裝置200係可設於工具機600內。溫度感測及控制裝置200係用以偵測工具機 600之一溫度參數。冷卻主機100係包括一熱交換器300及一冷媒循環管路400。熱交換器300係與可連接於工具機600之一加工液循環管路500連接，以及冷卻主機100係根據溫度感測及控制裝置200偵測之溫度參數而啟閉或調節運作模式，而冷卻主機100係為市售之冷卻主機。藉此，工具機600內的加工液可經加工液循環管路500流至熱交換器300處，並由冷卻主機100輸送冷媒經冷媒循環管路400至熱交換器300，而產熱交換之加工液冷卻效果，且冷卻主機100可視磨損狀況而任意替換為市售之冷卻主機。其中，冷卻主機100係一空調之室外主機，空調之室外主機是定頻式或變頻式的室外主機的其中一者，也就是說冷卻主機100可以是各種市售冷卻主機，且不侷限於變頻或定頻式空調主機。

請參照第2圖，溫度感測及控制裝置200包括一第一溫度感測器201、一第二溫度感測器202及一控制器203。當工具機600開始運作後，會啟動溫度感測及控制裝置200對加工液進行偵測，溫度感測及控制裝置200的第一溫度感測器201偵測加工液儲存槽501中的加工液溫度，以進行定溫控制；第二溫度感測器202偵測工具機600之機體溫度及/或所在環境之氣溫作為參考溫度，透過控制器203比較液體溫度(即第一溫度感測器201偵測到的溫度)與參考溫度(即第二溫度感測器202偵測到的溫度)之間的溫度差異所產生之溫 度參數，控制器203依據該溫度參數對冷卻主機100進行差溫控制；當控制器依據差異，對加工液進行溫度控制時，在設定的目標溫度誤差範圍之內做變化，可為開關控制或比例控制。由於加工液儲存槽501係連接加工液循環管路500，表示，加工液在加工液儲存槽501及加工液循環管路500中是相通的，因此，第一溫度感測器201除了偵測加工液儲存槽501中的加工液溫度外，也可以偵測加工液循環管路500中加工液溫度，所以，第一溫度感測器201係不限偵測加工液儲存槽501中的加工液溫度。

其中，若不需要溫差控制時，第二溫度感測器202是可以被省略，如此，溫度感測及控制裝置200的控制器203係依據第一溫度感測器201偵測的加工液溫度所產生的溫度參數來控制冷卻主機100的運作。此外，若工具機600有被設定一預定溫度參數，例如攝氏25度，溫度感測及控制裝置200係會比較溫度參數及預定溫度參數來控制冷卻主機的冷卻比例，例如，加工中溫度參數超出預定溫度參數(即25度)時，溫度感測及控制裝置200的控制器203係控制冷卻主機運轉，以使溫度參數與預定溫度參數相近。

參考第2-5圖的示意圖，當上述之溫度控制達到溫度感測及控制裝置200之設定時，便會透過控制器203啟動冷卻主機100運作；前述之啟動或關閉冷卻主機100，為定頻式 室外主機之應用場合。若使用在變頻式的室外主機100時，可根據溫度的差異，來做為變頻式室外主機的動作控制，當液體溫度太高時，變頻式室外主機提升運轉頻率，當溫度接近設定溫度或參考溫度時，變頻式室外主機則降低運轉頻率；該加工液循環管路500是由多個管路組成，連接加工液儲存槽501與熱交換器300，其中抽水裝置502會將相對高溫的加工液從加工液儲存槽501中抽出，並將該高溫液體透過加工液循環管路500輸送至熱交換器300，該熱交換器300可獨立固裝或是與工具機600結合，與工具機600的結合方式於後方敘述。高溫液體在熱交換器300中與相對低溫之冷媒進行熱量交換，因加工液較冷媒溫度更高，因此加工液之熱量會被冷媒帶走，兩者完成熱交換後，經由熱交換器300輸出為相對低溫的加工液，該低溫加工液再透過加工液循環管路500回到加工液儲存槽501，或者是輸送至加工區(加工槽)503進行加工應用。

前述中熱交換器300係獨立安裝，也就是沒有被安裝在工具機上。但熱交換器300也可選擇與工具機600的結合，或設於加工液儲存槽501內。

如第2及3圖所示，本發明的加工液冷卻系統更包括一流體感測裝置504，係連接該控制器203，且用以偵測加工液循環管路500中加工液的循環狀態。其中流體感測裝置 504，係可裝設於加工液循環管路500中任一可接觸流體之位置；當流體感測裝置504感測到加工液循環管路500中加工液停止循環運作時，流體感測裝置504會回傳訊息至控制器203，下達指令控制冷卻主機100停止運作，或是中止工具機600加工，又或者同步停止冷卻主機100及工具機600的運作； 上述加工液停止循環之狀況可能為抽水裝置502故障、加工液不足等情況發生時，透過該流體感測裝置504之作用，可以避免冷卻主機100或工具機600因意外發生時，仍持續運轉而造成之非正常損壞，同時也可以避免熱交換器300之熱交換功能無法正常發揮作用；該流體感測裝置504可以為壓差式、重力式、浮磁活塞式、脈衝轉子式以及紅外線式等，任何可依據流體運作狀況發出訊號之形式。

如第4圖所示，熱交換器300與加工液循環管路500與冷媒循環管路400結合，其中，經由結構設計，使兩個循環管路中之媒介做熱量交換；在本發明之實施例中，加工液循環管路500與冷媒循環管路400在熱交換器300中疊合，該熱交換器300可為以金屬管路為主要結構的卷板式熱交換器、板式熱交換器或管殼式熱交換器等不同形式，或是將冷媒循環管路400埋入在加工液儲存槽501內的浸泡式結構；透過結構設計將加工液循環管路500中的高溫加工液之 熱量，藉由低溫液態冷媒汽化為高溫低壓的氣態冷媒時所伴隨之吸熱反應，將加工液之熱量大量吸收與傳遞給冷媒循環管路400中的冷媒，達到將加工液迅速冷卻之效用。

請參照第2及4圖，冷媒循環管路400另一端與冷卻主機100以管路連結，冷卻主機100中至少包含一壓縮機101及一冷凝器102，可以是定頻式或變頻式，並依據功能可增設有一毛細管(膨脹閥)103及降溫裝置104，或具同等功能之構造；在熱交換器300中吸收加工液熱量後轉變為氣態之高溫冷媒，則經由冷媒循環管路400至冷卻主機100中的壓縮機101，透過壓縮機101將低壓氣態冷媒轉換為高壓氣態冷媒，透過加壓過程達到初階散熱之效能；之後高壓氣態冷媒經由冷凝器102在降溫裝置104的輔助下轉換為液態冷媒，此時大部分的熱量都會被釋放出來，同時透過該降溫裝置104將熱量移出冷卻主機100，上述降溫裝置104可為風扇機構或水流等具類似功用之媒介；經由壓縮機101與冷凝器102將高溫氣態冷媒完全還原為低溫液態冷媒，在經由毛細管(膨脹閥)103的作用，將高壓調整為合適之低壓以提昇液態冷媒汽化的吸溫效益，最後再經由管路回到熱交換器300，以此循環達到反覆降低加工液溫度之功能。

由上述冷卻主機100的組成可知，冷卻主機100係為一般市售的空調室外機，因此，在冷卻主機100發生故障、損 壞時，作業人員只需去市面上逕行採購該商品級冷卻主機100的整台機械或零件，直接作替換、維修工作即可，免除掉習用工具機必須採取專用型冷卻主機的缺點，使工具機600的運作不會因為冷卻主機100的維修、替換而停擺。

工具機之加工液冷卻系統的使用方法包括以下步驟：a、啟動工具機，使加工液流加工液循環管路中；b、溫度感測及控制裝置偵測工具機之溫度參數，而啟動冷卻主機，使該冷卻主機的冷媒循環管路運作；c、加工液循環管路中的加工液在該熱交換器內與該冷媒循環管路進行熱交換；及d、溫度感測及控制裝置係依據c步驟之加工液溫度，而控制該冷卻主機運作，或者繼續循環c步驟。

本發明所述之冷卻與流體感測裝置，所具備之流體感測裝置504，具備對工具機600、冷卻主機100及熱交換器300之防護性設計，可避免機械結構發生非預期之損壞；而商品級之冷卻主機100及熱交換器300皆為獨立組裝與運作之單元，當發生預期或非預期之故障與毀損時，具有容易維修與再組裝之特色，可以使工具機加工液之冷卻系統在短時間內回復到正常運作之狀況，可使得工具機更具市場優勢。

雖然本發明已藉由實施例加以說明，但並不以實施例的內容來限定本發明的精神，各種的變更形式與修飾，應 依本發明申請專利範圍所定義者包涵。

100‧‧‧冷卻主機

101‧‧‧壓縮機

102‧‧‧冷凝器

103‧‧‧毛細管(膨脹閥)

104‧‧‧降溫裝置

200‧‧‧溫度感測及控制裝置

201‧‧‧第一溫度感測器

202‧‧‧第二溫度感測器

203‧‧‧控制器

300‧‧‧熱交換器

501‧‧‧加工液儲存槽

502‧‧‧抽水裝置

503‧‧‧加工區(加工槽)

504‧‧‧流體感測裝置

600‧‧‧工具機

Claims (7)

1. 一種工具機之加工液冷卻系統，包括一冷卻主機及一可設於工具機內之溫度感測及控制裝置，其中：該溫度感測及控制裝置係用以偵測工具機之溫度參數；該冷卻主機連結一熱交換器及連接一冷媒循環管路，且該熱交換器係與一可連接於工具機之加工液循環管路連接，以及該冷卻主機係根據溫度感測及控制裝置之該溫度參數而啟閉或調節運作模式，而該冷卻主機係為市售之空調之室外主機；藉此，工具機內的加工液可經加工液循環管路流至熱交換器處，並由冷卻主機輸送冷媒經冷媒循環管路至熱交換器，而使該加工液循環管路的加工液的溫度藉由該熱交換器及該冷媒循環管路進行熱交換，且該冷卻主機可視磨損狀況而任意替換為市售之空調之室外主機；該溫度感測及控制裝置有一第一溫度感測器、一第二溫度感測器及一控制器，該第一溫度感測器係偵測該加工液循環管路的加工液溫度，該第二溫度感測器係偵測工具機的機體溫度及/或環境溫度，該控制器係比較該第一及該第二溫度感測器感測到的溫度，並依據該第一及第二溫度感測器感測的溫度差控制該冷卻主機。
2. 如申請專利範圍第1項所述之工具機之加工液冷卻系 統，該空調之室外主機係定頻及變頻式之室外主機的其中一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之工具機之加工液冷卻系統，更包括一流體感測裝置，係連接該控制器，且感測該加工液循環管路的加工液循環狀態，其中，在該流體感測裝置感測到該加工液循環管路的加工液停止循環時，該控制器係控制該冷卻主機或工具機或前述兩者同時停止運作。
4. 如申請專利範圍第1項所述之工具機之加工液冷卻系統，該工具機有一預定溫度參數，該控制器係比較該溫度感測及控制裝置感測的工具機溫度及該預定溫度參數來控制冷卻主機的冷卻比例。
5. 如申請專利範圍第1項所述之工具機之加工液冷卻系統，位在該熱交換器內的該冷媒循環管路與該加工液循環管路係相互疊合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之工具機之加工液冷卻系統，更包括一儲存槽，係連接該加工液循環管路，且儲存該加工液，其中，該熱交換器係設於該儲存槽內。
7. 一種依申請專利範圍第1項所述之工具機之加工液冷卻系統的使用方式，其包括以下步驟：a、啟動工具機，使加工液流入加工液循環管路中；b、由溫度感測及控 制裝置偵測工具機之溫度參數而啟動冷卻主機，使該冷卻主機的冷媒循環管路運作；c、該加工液循環管路中的加工液在該熱交換器內與該冷媒循環管路進行熱交換；及d、溫度感測及控制裝置係依據c步驟之加工液溫度，而控制該冷卻主機之運作，或者繼續循環c步驟。