TWM541918U - 綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置 - Google Patents

Description

綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置

本創作係關於一種綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，特別指一種能擷取綜合加工機之主軸轉速與溫度訊號而得出主軸冷卻系統參數之控制裝置；根據溫度及轉速訊號回饋並做冷卻系統參數自動調整以完成冷卻控制動作，以達到綜合加工機加工精度準確度。

近幾年來，綜合加工機產業都朝向高轉速及高精密度的領域邁進，而高速化之後所衍生的發熱問題，成為影響綜合加工機精密度的因素之一。因為主軸在高速旋轉動作時，其內部係持續地產生的熱源，在聚集的熱負荷情形下，會對綜合加工機的主軸精度造成相當大的影響，尤其在長時間進行加工及環境溫度多重影響因素結合情況，更加劇因發熱而破壞加工精密性。因此，傳統針對綜合加工機發熱問題的因應對策有：

(1)隔離熱源技術：即採用低傳導或是熱膨脹係數的材料構成重要的零組件，或針對主軸施予隔離降溫手段。但此種熱源控制技術需求高成本與技術門檻，因而不易實施完成有效對抗熱變位的技術。

(2)移除熱源技術：移除熱源技術，係採用主軸單元與冷卻系統成重要的冷卻循環單元，透過冷卻系統輸送冷卻油進入主軸冷卻迴路施予移除熱源降溫手段。

然而上述的移除熱源技術，其冷卻系統皆是以固定冷卻溫度、流量、參數進行冷卻控制，雖然可達成主軸的熱源移除降溫，但未加考慮綜合加工機主軸單元在加工運轉中轉速變化所造成之發熱能量與冷卻系統冷卻能量的關係，致使造成主軸溫度不穩定而熱漲冷縮問題發生。

另外，亦有新技術是透過流量控制裝置，根據綜合加工機主軸單元在加工運轉中轉速變化進行流量調整，來達到主軸溫度穩定狀態，但流量的調整是皆是透過壓力的變化來進行增加或減少，卻無法考量到原先冷卻管路設計所能承受的熱交換率、壓力範圍與最大容許流量，致使無明顯改善熱變位、造成冷卻管路損壞與噪音問題發生。

這二種因素將導致冷卻系統無法以穩定且精確方式進行冷卻動作，造成綜合加工機在進行加工時，工作物表面粗糙度不良等情事。足見習知綜合加工機的冷卻控制技術，仍亟待改進。

本創作主要目的，係在提供一種綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，透過溫度感測器、溫度卡、控制器系統的巨集程式單元、通訊模組與主軸冷卻系統的通訊模組、冷卻單元之控制裝置；可依綜合加工機執行加工程序的主軸運轉及溫度感測訊號，將此訊號再透過控制器系統分析出主軸冷卻狀態而去判斷是否需調整冷卻參數並傳送給主軸冷卻系統；藉此冷卻控制裝置，以達到綜合加工機良好加工精度。

本創作綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置所達成的功效，在適應性冷卻控制功能方面，是根據訊號分析及最佳化控制理論基礎完成適應性冷卻控制動作，將每次擷取到的訊號透過控制器裝置的巨集程式單元作訊號分析及最佳化控制運算，本創作可改善習知冷卻控制技術中，未考慮綜合加工機主軸單元在加工運轉中轉速變化所造成之發熱能量與冷卻系統冷卻能量的關係，致使造成主軸溫度不穩定而熱漲冷縮問題發生。

茲依附圖實施例將本創作之結構特徵及其他之作用、目的詳細說明如下：

本創作綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，特別指一種能擷取綜合加工機之主軸轉速與溫度訊號，進而得出合適的主軸冷卻參數之控制裝置，並根據溫度及轉速訊號回饋作冷卻系統參數自動調整以完成冷卻控制動作，達到綜合加工機良好加工精度。參閱圖1及圖2所示，其較佳的具體實施例包含：設置在綜合加工機10的一控制器裝置20、至少一設置在該綜合加工機10的主軸單元11的溫度感測器30、一溫度擷取裝置40及一主軸冷卻系統50，用以作為執行本創作主軸冷卻系統參數控制技術的硬體裝置，其中：

該綜合加工機10具體的可為現今的立式綜合加工機、臥式綜合加工機、龍門型綜合加工機或五軸綜合加工機等，該綜合加工機10具有一用於帶動刀具的主軸單元11；

該控制器裝置20係為一種可程式邏輯控制器(PLC)，其係設置於該綜合加工機10中執行系統監控、運算/判斷資料及傳遞冷卻參數的控制裝置，其內建有一巨集程式單元21與一第一通訊模組22；該巨集程式單元21係預先編寫及儲存在該控制器裝置20中的程式，能夠對該綜合加工機10的主軸單元11運轉所造成熱，經由溫度感測器30及溫度擷取裝置40進行監測，並藉由該巨集程式單元21判斷並傳遞合適的冷卻控制參數；該第一通訊模組22係為一種I/O模組，用於連接於該一主軸冷卻系統50；

該溫度感測器30係對綜合加工機10的主軸單元11進行感測溫度的感應裝置，其裝設於該綜合加工機10的主軸單元11熱量發生的位置，用以量測該綜合加工機10之主軸單元11的溫度，並能將所測得的溫度信號回饋給下述的溫度擷取裝置40；

該溫度擷取裝置40係用於讀取溫度信號的裝置，其係與上述該溫度感測器30及該控制器裝置20構成連接，用以擷取該溫度感測器30所測得的溫度信號，其包含有單晶片的處理及運算，用來作數位轉換及過濾雜訊干擾，以獲得正確的溫度資料；

該主軸冷卻系統50係設置於該綜合加工機10的周邊設備，其包含一用於儲存冷卻液的冷卻液儲存單元51，一連通該冷卻液儲存單元51用於汲取的冷卻液汲取單元52(泵浦)，一或一個以上連通該冷卻液汲取單元52與上述該主軸單元11的管路53，及一連接該冷卻液汲取單元52的第二通訊模組54，該第二通訊模組54係為一種I/O模組，並連接上述該控制器裝置20的第一通訊模組22，藉此用以被該控制器裝置20控制，將冷卻液輸送到該主軸單元11，將該主軸單元11運轉所產生的熱量帶出，並控制在所設定的溫度範圍內，以達成有效降低主軸溫升及避免主軸熱量傳至頭部鑄件，而影響加工精度。

藉由上述該控制器裝置20、溫度感測器30、溫度擷取裝置40及主軸冷卻系統50等裝置與綜合加工機10的主軸單元11配置，並參閱圖2及圖3所示，其整體冷卻控制技術執行的步驟式為：

(a)啟動巨集程式單元21；

(b)擷取溫度與轉速信號：由該溫度感測器30擷取該綜合加工機10之主軸單元11轉動時所產生的溫度信號，並回饋至該溫度擷取裝置40；通過該溫度擷取裝置40將溫度信號作數位轉換及過濾雜訊干擾，以獲得該控制器裝置20可讀取的正確溫度資料，並傳送至控制器裝置20中；

(c)判斷轉速條件與主軸升溫：該控制器裝置20內建的巨集程式單元21會以當時該綜合加工機10的主軸單元11運作的轉速(rpm)，判斷出主軸轉速座落的範圍區段，配合溫度資料判斷主軸升溫的程度；

(d)判斷當時主軸冷卻參數：該巨集程式單元21判斷目前轉速區間所產生的主軸溫度是否落在限定的溫升範圍，若是的話，可維持使用原冷卻控制參數；

(e)挑選出新的冷卻參數：當主軸溫度超出溫升範圍時，該巨集程式單元21根據當時轉速條件與溫升範圍自動計算出合適的冷卻控制參數；

(f)將新的冷卻參數傳至主軸冷卻系統：即由該控制器裝置20把新的冷卻控制參數經由該第一通訊模組22傳遞給該主軸冷卻系統50的第二通訊模組54；

(g)變更冷卻控制參數並運作：該第二通訊模組54接收冷卻控制參數後，進一步控制該冷卻液汲取單元52進行更換冷卻控制參數，藉此輸送適合的冷卻液到主軸單元11進行冷卻(主軸熱交換)，使該綜合加工機10的主軸單元11能夠維持良好加工精度。

本創作綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，係利用該控制器裝置20內建的巨集程式單元21所撰寫的判斷程式，把綜合加工機10在加工程序運作中所擷取到主軸溫度與轉速信號，來判斷目前轉速區間所產生的主軸溫度是否落在限定的溫升範圍，若是的話，可維持使用此冷卻控制參數；若超出範圍的話，會自動計算出合適的冷卻參數並將此參數傳送到主軸冷卻系統作參數變更。

本創作在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

綜上所述，本創作綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，已確具實用性與創作性，其技術手段之運用亦出於新穎無疑，且功效與設計目的誠然符合，已稱合理進步至明。為此，依法提出新型專利申請，惟懇請   鈞局惠予詳審，並賜准專利為禱，至感德便。

10‧‧‧綜合加工機
11‧‧‧主軸單元
20‧‧‧控制器裝置
21‧‧‧巨集程式單元
22‧‧‧第一通訊模組
30‧‧‧溫度感測器
40‧‧‧溫度擷取裝置
50‧‧‧主軸冷卻系統
51‧‧‧冷卻液儲存單元
52‧‧‧冷卻液汲取單元
53‧‧‧管路
54‧‧‧第二通訊模組
(a)‧‧‧啟動巨集程式單元
(b)‧‧‧擷取溫度與轉速信號
(c)‧‧‧判斷轉速條件與主軸升溫
(d)‧‧‧判斷當時主軸冷卻參數
(e)‧‧‧挑選出新的冷卻參數
(f)‧‧‧將新的冷卻參數傳至主軸冷卻系統
(g)‧‧‧變更冷卻控制參數並運作

圖1為本創作綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置之總體方塊示意圖。 圖2為本創作綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制方法各項步驟之執行示意圖。 圖3為本創作綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制方法各步驟之執行程序示意圖。

10‧‧‧綜合加工機

11‧‧‧主軸單元

20‧‧‧控制器裝置

21‧‧‧巨集程式單元

22‧‧‧第一通訊模組

30‧‧‧溫度感測器

40‧‧‧溫度擷取裝置

50‧‧‧主軸冷卻系統

51‧‧‧冷卻液儲存單元

52‧‧‧冷卻液汲取單元

53‧‧‧管路

54‧‧‧第二通訊模組

Claims (6)

1. 一種綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，其包含：設置在一綜合加工機的一控制器裝置、至少一設置在該綜合加工機的主軸單元的溫度感測器、一溫度擷取裝置及一主軸冷卻系統；該控制器裝置內建一巨集程式單元，該巨集程式單元對該主軸單元運轉所造成熱，經由該溫度感測器及該溫度擷取裝置進行監測，並判斷、挑選及傳遞合適的冷卻控制參數至該主軸冷卻系統；該溫度感測器裝設於該主軸單元，量測該主軸單元的溫度，將所測得的溫度信號回饋給該溫度擷取裝置；該溫度擷取裝置與該溫度感測器及該控制器裝置連接，擷取該溫度感測器測得的溫度信號，將該溫度信號作數位轉換及過濾雜訊干擾，再傳送到該巨集程式單元；該主軸冷卻系統係設置於該綜合加工機的周邊設備，接收該巨集程式單元的冷卻控制參數，將一冷卻液輸送到該主軸單元進行冷卻。
2. 如請求項1所述之綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，其中該控制器裝置包含一第一通訊模組，該第一通訊模組連接於該主軸冷卻系統。
3. 如請求項2所述之綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，其中該主軸冷卻系統包含一儲存該冷卻液的冷卻液儲存單元，一連通該冷卻液儲存單元用於汲取該冷卻液的冷卻液汲取單元，一或一個以上連通該冷卻液汲取單元與該主軸單元的管路，及一連接該冷卻液汲取單元的第二通訊模組，該第二通訊模組並連接該控制器裝置的第一通訊模組接收該冷卻控制參數。
4. 如請求項3所述之綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，其中該第一通訊模組與該第二通訊模組為I/O通訊模組。
5. 如請求項1所述之綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，其中該控制器裝置為可程式邏輯控制裝置。
6. 如請求項1所述之綜合加工機主軸系統適應性冷卻控制裝置，其中該綜合加工機為立式綜合加工機、臥式綜合加工機、龍門型綜合加工機或五軸綜合加工機其中之一。