CN109176140A - 一种用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法，通过在冷却设备的出液口与数控机床电主轴之间设置加热器，然后在加热器的入口和出口处分别设置温度传感器，从而可以根据冷却液温度与设定值的差值变化，通过对加热器的加热进行控制，实现对冷却液的更高精度的温度控制，从而可以对电主轴进行高精度的温度控制，避免电主轴温差变化过大，大大降低电主轴的热伸长值，有利于提高机床的加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床电主轴冷却技术，尤其涉及一种用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法。
背景技术
由于电主轴将电机集成于主轴单元内且转速很高，随电主轴运转时间加长内部会产生大量热量，使电主轴的热态特性和动态特性变差，从而影响电主轴的正常工作，电主轴的热伸长值的不稳定，使加工精度无法有效保证，因此必须采取一定措施控制电主轴的温度，使其恒定在一定温度值内以确保工件的加工精度。目前，机床一般采用强制循环冷却液(通常是油或水)冷却的方式对电主轴的定子及主轴轴承进行冷却，即通过冷却设备的冷却液强制性地对主轴定子外和主轴轴承外循环，带走主轴因高速旋转所产生的热量。现时普遍使用的冷却设备由于控温精度只在0.5℃附近，已经无法满足日益提升的加工高精度控温要求。而目前冷却设备工作过程原理为：压缩冷媒(氟利昂)在蒸发器内吸收冷却液的热量并汽化成蒸汽，压缩机不断地将产生的蒸汽从蒸发器中抽出，并进行压缩，经压缩后的高温、高压蒸汽被送到冷凝器后向冷却介质(如水、空气等)放热冷凝成高压液体，再经节流阀节流降压后进入蒸发器，再次汽化，吸收冷却液的热量，如此周而复始地循环。由于利用高、低压差原因，很难准确控制温度，而且由于制冷惯性，压缩机停止工作时，冷却液的温度在制冷惯性作用下，还会继续下降，令冷却液温度偏离设置温度，控温精度差。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法，通过在冷却设备的出液口与数控机床电主轴之间设置加热器，加热器两端分别设置有用于冷却液进出的入口和出口，入口和出口分别连接有入口温度传感器和出口温度传感器，所述入口温度传感器和出口温度传感器均与加热器连接的控制器连接，入口温度传感器检测的温度值为T1，出口温度传感器检测的温度值为T2，控制器设定的温度值为T3，X＝(T1-T3)-(T2-T3)，冷却设备工作时，当控制器检测到X≥0，则加热器不加热，当控制器检测到X≤0时，则控制器控制加热器启动进行加热，使得从加热器出口处输出的冷却液温度与设定的温度值T3更接近，从而提高冷却设备的控温精度。
作为上述方案的进一步改进，所述加热器设置有多档位加热功率，当X≤0时，控制器根据X的绝对值控制加热器加热所用的加热功率档位，X的绝对值越小，则加热器加热所用的加热功率档位越小， X的绝对值越大，则加热器加热所用的加热功率档位越大。
本发明的有益效果：
本发明的一种用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法，通过在冷却设备的出液口与数控机床电主轴之间设置加热器，然后在加热器的入口和出口处分别设置温度传感器，从而可以根据冷却液温度与设定值的差值变化，通过对加热器的加热进行控制，实现对冷却液的更高精度的温度控制，从而可以对电主轴进行高精度的温度控制，避免电主轴温差变化过大，大大降低电主轴的热伸长值，有利于提高机床的加工精度。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的一种用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法，通过在冷却设备的出液口与数控机床电主轴之间设置加热器，冷却设备可以是油冷设备或是水冷设备或是采用其他冷却液的冷却设备，加热器优选为电加热器，当然也可以是其他类型的加热器，加热器两端分别设置有用于冷却液进出的入口和出口，入口和出口分别连接有入口温度传感器和出口温度传感器，所述入口温度传感器和出口温度传感器均与加热器连接的控制器连接，入口温度传感器检测的温度值为T1，出口温度传感器检测的温度值为T2，控制器设定的温度值为T3，X＝(T1-T3)-(T2-T3)，冷却设备工作时，当控制器检测到 X≥0，则加热器不加热，当控制器检测到X≤0时，则控制器控制加热器启动进行加热，使得从加热器出口处输出的冷却液温度与设定的温度值T3更接近，从而提高冷却设备的控温精度。
优选地，加热器设置有多档位加热功率，当X≤0时，控制器根据X的绝对值控制加热器加热所用的加热功率档位，X的绝对值越小，则加热器加热所用的加热功率档位越小，X的绝对值越大，则加热器加热所用的加热功率档位越大。加热功率档位设置的越多，则温度控制的精度越高。例如，冷却设备出液口处的冷却液温度为23.5℃±0.5℃，当X＝-0.01℃，此时控制器控制控制的加热功率档位比较小，该加热功率档位的输出功率为额定功率的2％；当X＝-0.02℃，此时控制器控制控制的加热功率档位比较小，该加热功率档位的输出功率为额定功率的4％，以此类推，当X＝-0.50℃时，对应的加热功率档位的输出功率为额定功率的100％，即为冷却液的温度与设定值差距越大时，加热器的加热功率越大，冷却液的温度与设定值差距越小时，加热器的加热功率越小，这样就可以使得冷却液在经过加热器的这段时间内均可以加热至设定值，使得冷却液可以保持比较稳定的流量，同时也可以实现恒温控制，避免冷却液与设定值温差较大时流量降低，保证冷却设备有稳定充足流量的冷却液输送至电主轴进行冷却，从而可以实现更为精准的恒温控制。
以下为申请人采用本发明的方法进行试验的一个实施例：
试验用的数控机床的电主轴功率为4kw，转速6000-30000r/min，冷却设备的制冷功率为2930W，加热器采用PTC100w，冷却液流量为7-9L/min。试验结果得出，在冷却设备的出液口处增加加热器，通过对加热器的加热进行控制后，能很好地将输出的冷却液保持在24℃±0.02℃之内，达到高精度控温的目的。
以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (2)
1.一种用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法，其特征在于：在冷却设备的出液口与数控机床电主轴之间设置加热器，加热器两端分别设置有用于冷却液进出的入口和出口，入口和出口分别连接有入口温度传感器和出口温度传感器，所述入口温度传感器和出口温度传感器均与加热器连接的控制器连接，入口温度传感器检测的温度值为T1，出口温度传感器检测的温度值为T2，控制器设定的温度值为T3，X＝(T1-T3)-(T2-T3)，冷却设备工作时，当控制器检测到X≥0，则加热器不加热，当控制器检测到X≤0时，则控制器控制加热器启动进行加热，使得从加热器出口处输出的冷却液温度与设定的温度值T3更接近，从而提高冷却设备的控温精度。
2.根据权利要求1所述的用于提高数控机床电主轴冷却设备控温精度的方法，其特征在于：所述加热器设置有多档位加热功率，当X≤0时，控制器根据X的绝对值控制加热器加热所用的加热功率档位，X的绝对值越小，则加热器加热所用的加热功率档位越小，X的绝对值越大，则加热器加热所用的加热功率档位越大。
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