CN104551850A - 一种数控机床主轴智能冷却***及其工作流程 - Google Patents

一种数控机床主轴智能冷却***及其工作流程 Download PDF

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潘卫国
邱自学
任东
袁江
刘传进
吕晶
邵建新
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    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
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Abstract

本发明公开了一种数控机床主轴智能冷却***及其工作流程，包括下列步骤：（1）根据主轴实际结构尺寸，对主轴进行温度场仿真分析，确定热敏区域；（2）在热敏区域外表面加工螺旋切槽，环形槽与主轴油冷套形成油路循环腔体，配以密封圈密封；（3）在主轴内部安装无线采集发送模块，并将温度信息传输给主轴外部的无线接收模块；（4）无线接收模块根据接收的信息进行判断，若温度超出设定阈值则启动报警器和油泵，冷却油经过滤器进入主轴油冷通道，最终由出油孔返回油箱，形成闭环控制的循环冷却***。发明可根据主轴热敏区域内的实测温度，智能控制油泵开闭，实现主轴快速有效降温，具有能耗低、效率高等特点。

Description

一种数控机床主轴智能冷却***及其工作流程
技术领域
本发明涉及一种冷却***，具体涉及一种数控机床主轴智能冷却***及其工作流程。
背景技术
随着制造技术的快速发展，数控机床的定位重复精度和刀具性能得到了不断提高，机床中常见的几何误差和切削力误差也在一定程度上得到了较好的解决，而由于主轴高速旋转发热引起的热误差正逐渐成为影响机床加工精度的主要因素之一。
目前，数控机床主轴冷却方式主要有三种：（1）在整个主轴外部或内部加工螺旋槽以形成冷却腔体，采用循环水冷或油冷来降低主轴温升。例如专利《数控机床主轴轴心冷却装置》（CN 101941162 A）在主轴轴心内层套外表面加工螺旋槽来保证主轴内外圈同时得到冷却，这种方法一定程度上解决了主轴热变形问题，但存在整体式切槽加工量大、无针对性、成本高等问题。（2）采用风冷方式进行冷却，即在主轴上加装风扇，由风扇旋转使空气产生对流而降低主轴的温升。例如专利《一种机床主轴轴承用冷却结构》（CN 104141698 A）在机床主轴轴承后端增加一个散热风扇，该风扇的叶片向一侧倾斜，在旋转时能够形成垂直于端面的气流将轴承旋转产生的热量散发出去。这种方法结构简单，散热快，但风扇在随主轴旋转的过程中自身也会产生热量，且当主轴处于中低速时，风扇转速减慢，散热效果变差。（3）采用成熟产品主轴油冷机进行冷却，例如专利《一种主轴冷却***》（CN 202701905 U）公开了一种油冷机，采用该设备可使主轴温度始终控制在小于20℃的环境中工作，延长了主轴的使用寿命。该方法虽然散热快、稳定性高，但此类设备价格较昂贵，且一旦开机便对主轴进行周期性油冷，不能根据主轴温度实时调整冷却时间，增加了能耗。
针对现有技术的不足，本发明提出一种数控机床主轴智能冷却方法及***，该***可以对主轴热敏区域进行无线监测与传输，并根据设定的阈值进行判断从而控制油泵的开闭，实现主轴的智能循环冷却。***具有能耗低、效率高、结构简单等特点，可以适用数控机床主轴的冷却。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种能耗低、油冷效率高的数控机床主轴智能冷却方法及***。
技术方案：一种数控机床主轴智能冷却***：包括主轴、螺旋切槽、油冷套、密封圈、进油孔、出油孔、无线温度采集发送模块、无线接收模块、油泵控制器、油泵、过滤器以及油箱；
所述螺旋切槽在主轴热敏区域外表面加工得到，并在主轴上安装主轴油冷套，所述螺旋切槽与油冷套配合形成环形油路，油冷套上分别开有进油孔和出油孔，且两端装有密封圈进行密封；
所述主轴内部靠近热敏区域位置安装无线温度采集发送模块，外部放置无线接收模块；所述无线接收模块依次连接有油泵控制器和油泵，油泵将冷却油经过滤器输送到主轴油冷通道的进油孔，经循环冷却后返回油箱。
作为优化：所述无线温度采集发送模块置于主轴热敏区域内部，主要由温度传感单元、无线发送单元、信号处理单元、存储单元以及供电单元组成，其中，存储单元主要用于存储模块运行时的参数及测量数据。
作为优化：所述无线接收模块置于主轴外部，主要由无线接收单元、存储单元、继电器控制单元、供电单元以及报警单元组成，其中，继电器控制单元连接油泵控制器，继电器控制单元负责开闭油泵。
冷却前，对无线收发模块进行参数配置，主要包括传感器的采样率、采样间隔、温度阈值以及无线通信单元的收发速率、收发频率和发送功率等。
所述的数控机床主轴智能冷却***的工作流程，包括如下步骤：
（1）根据主轴实际结构，进行温度场仿真分析，得出热敏区域；
（2）在热敏区域外表面加工螺旋切槽，环形槽与主轴油冷套形成油路循环腔体，配以密封圈密封；
（3）同时，将无线温度采集发送模块安装在主轴热敏区域内部，无线接收模块放置在主轴外部，并配置运行参数，同时，将继电器控制输出口与油泵控制器连接；工作时，无线温度采集发送模块中的温度传感器对主轴热敏区域进行实时测温，并将温度信息通过无线发送单元传输给无线接收模块；
（4）然后，无线接收模块根据设定的阈值进行判断，若超出设定的阈值，则启动报警器并通过继电器开启油泵，油泵将冷却油经过滤器输送给环形油路的进油孔进入主轴油冷通道，经循环冷却后最终由出油孔返回油箱，形成闭环控制的循环冷却***。
作为优化：所述步骤（1）中，具体为：油冷前，先对主轴进行三维建模，根据主轴实际结构和尺寸计算主轴热边界参数，将其导入有限元仿真软件中进行温度场分析，利用Probe指针功能结合主轴实际结构尺寸确定主轴热敏区域。
作为优化：所述步骤（2）中，具体为：将热敏区域外表面加工成带有螺旋状的环形切槽，并在主轴该区域上安装主轴油冷套，主轴油冷套上分别开有进油孔和出油孔，两端配以密封圈进行密封。
有益效果：本发明的具体优势如下：
1．解决了市场上现有的油冷机不能根据主轴温度实时调整冷却时间的问题，降低了能耗。
2．避免了对整个主轴开螺旋槽进行油冷，提高了冷却效率，减少了油冷成本。
3．解决了有线监测***存在的布线复杂、维修线路困难等问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是本发明的***工作流程图；
图3是无线温度采集发送模块示意图；
图4是无线接收模块示意图。
图中的标号名称：1.密封圈，2.进油孔，3.螺旋切槽，4.主轴油冷套，5.主轴，6.无线采集发送模块，7.出油孔，8.无线接收模块，9.油泵控制器，10.过滤器，11.油泵，12.油箱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1所示，一种数控机床主轴智能冷却***：包括主轴5、螺旋切槽3、油冷套4、密封圈1、进油孔2、出油孔7、无线温度采集发送模块6、无线接收模块8、油泵控制器9、油泵11、过滤器10以及油箱12。所述螺旋切槽3在主轴5热敏区域外表面加工得到，并在主轴5上安装主轴油冷套4，所述螺旋切槽3与油冷套4配合形成环形油路，油冷套4上分别开有进油孔2和出油孔7，且两端装有密封圈1进行密封。所述主轴5内部靠近热敏区域位置安装无线温度采集发送模块6，外部放置无线接收模块8；所述无线接收模块8依次连接有油泵控制器9和油泵11，油泵11将冷却油经过滤器10输送到主轴油冷通道的进油孔2，经循环冷却后返回油箱12。所述无线温度采集发送模块6置于主轴5热敏区域内部，主要由温度传感单元、无线发送单元、信号处理单元、存储单元以及供电单元组成，其中，存储单元主要用于存储模块运行时的参数及测量数据。所述无线接收模块8置于主轴外部，主要由无线接收单元、存储单元、继电器控制单元、供电单元以及报警单元组成，其中，继电器控制单元连接油泵控制器9，继电器控制单元负责开闭油泵。冷却前，对无线收发模块进行参数配置，主要包括传感器的采样率、采样间隔、温度阈值以及无线通信单元的收发速率、收发频率和发送功率等。
所述的数控机床主轴智能冷却***的工作流程，包括如下步骤：
（1）根据主轴5实际结构，进行温度场仿真分析，得出热敏区域；具体为：油冷前，先对主轴(5)进行三维建模，根据主轴5实际结构和尺寸计算主轴热边界参数，将其导入有限元仿真软件中进行温度场分析，利用Probe指针功能结合主轴实际结构尺寸确定主轴热敏区域。
（2）在热敏区域外表面加工螺旋切槽3，环形槽与主轴油冷套4形成油路循环腔体，配以密封圈1密封；具体为：将热敏区域外表面加工成带有螺旋状的环形切槽3，并在主轴该区域上安装主轴油冷套4，主轴油冷套4上分别开有进油孔2和出油孔7，两端配以密封圈1进行密封。
（3）同时，将无线温度采集发送模块6安装在主轴热敏区域内部，无线接收模块8放置在主轴外部，并配置运行参数，同时，将继电器控制输出口与油泵控制器(9)连接；工作时，无线温度采集发送模块6中的温度传感器对主轴热敏区域进行实时测温，并将温度信息通过无线发送单元传输给无线接收模块8。
（4）然后，无线接收模块8根据设定的阈值进行判断，若超出设定的阈值，则启动报警器并通过继电器开启油泵11，油泵11将冷却油经过滤器10输送给环形油路的进油孔2进入主轴油冷通道，经循环冷却后最终由出油孔7返回油箱12，形成闭环控制的循环冷却***。
本发明提供一种数控机床主轴智能冷却方法及***。以上内容是结合一种立式加工中心的主轴结构对本发明所作的进一步详细说明，本发明的具体实施不仅仅只局限于这些说明。在不脱离本发明构思和方法的前提下，做出的任何简单修改或替代，都应在本发明的保护范畴。

Claims (6)

1.一种数控机床主轴智能冷却***，其特征在于：
包括主轴(5)、螺旋切槽(3)、油冷套(4)、密封圈(1)、进油孔(2)、出油孔(7)、无线温度采集发送模块(6)、无线接收模块(8)、油泵控制器(9)、油泵(11)、过滤器(10)以及油箱(12)；
所述螺旋切槽（3）在主轴（5）热敏区域外表面加工得到，并在主轴（5）上安装主轴油冷套(4)，所述螺旋切槽（3）与油冷套（4）配合形成环形油路，油冷套（4）上分别开有进油孔（2）和出油孔（7），且两端装有密封圈（1）进行密封；
所述主轴（5）内部靠近热敏区域位置安装无线温度采集发送模块（6），外部放置无线接收模块（8）；所述无线接收模块（8）依次连接有油泵控制器（9）和油泵（11），油泵（11）将冷却油经过滤器（10）输送到主轴油冷通道的进油孔（2），经循环冷却后返回油箱（12）。
2.根据权利要求1所述的数控机床主轴智能冷却***，其特征在于：所述无线温度采集发送模块（6）置于主轴（5）热敏区域内部，主要由温度传感单元、无线发送单元、信号处理单元、存储单元以及供电单元组成，其中，存储单元主要用于存储模块运行时的参数及测量数据。
3.根据权利要求1所述的数控机床主轴智能冷却***，其特征在于：所述无线接收模块（8）置于主轴外部，主要由无线接收单元、存储单元、继电器控制单元、供电单元以及报警单元组成，其中，继电器控制单元连接油泵控制器（9），继电器控制单元负责开闭油泵。
4.根据权利要求1所述的数控机床主轴智能冷却***的工作流程，其特征在于：
包括如下步骤：
（1）根据主轴(5)实际结构，进行温度场仿真分析，得出热敏区域；
（2）在热敏区域外表面加工螺旋切槽（3），环形槽与主轴油冷套（4）形成油路循环腔体，配以密封圈（1）密封；
（3）同时，将无线温度采集发送模块（6）安装在主轴热敏区域内部，无线接收模块（8）放置在主轴外部，并配置运行参数，同时，将继电器控制输出口与油泵控制器(9)连接；工作时，无线温度采集发送模块（6）中的温度传感器对主轴热敏区域进行实时测温，并将温度信息通过无线发送单元传输给无线接收模块（8）；
（4）然后，无线接收模块（8）根据设定的阈值进行判断，若超出设定的阈值，则启动报警器并通过继电器开启油泵（11），油泵(11)将冷却油经过滤器（10）输送给环形油路的进油孔(2)进入主轴油冷通道，经循环冷却后最终由出油孔（7）返回油箱（12），形成闭环控制的循环冷却***。
5.根据权利要求4所述的数控机床主轴智能冷却***的工作流程，其特征在于：所述步骤（1）中，具体为：油冷前，先对主轴(5)进行三维建模，根据主轴（5）实际结构和尺寸计算主轴热边界参数，将其导入有限元仿真软件中进行温度场分析，利用Probe指针功能结合主轴实际结构尺寸确定主轴热敏区域。
6.根据权利要求4所述的数控机床主轴智能冷却***的工作流程，其特征在于：所述步骤（2）中，具体为：将热敏区域外表面加工成带有螺旋状的环形切槽(3)，并在主轴该区域上安装主轴油冷套(4)，主轴油冷套（4）上分别开有进油孔(2)和出油孔(7)，两端配以密封圈(1)进行密封。
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