專利名稱：機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是涉及一種冷卻系統(tǒng)，特別是指一種具有恒溫控制，并可提升加工精度的機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置。
實(shí)務(wù)上，該機(jī)體4處的溫度并不會(huì)保持一定，其會(huì)隨著一齒輪箱5的溫度變化而改變，所以溫度控制的最終目的是要使該齒輪箱5、該主軸1、該機(jī)體4、及一油管路6(該油管路6是經(jīng)由一油冷卻機(jī)7控制油路的輸送，而該油冷卻機(jī)7控制的油是由一油箱8供應(yīng))的溫度皆相等，讓該主軸1與該機(jī)體4不會(huì)產(chǎn)生過高或過低溫差熱變形，以確保該主軸中心9不偏移，而能保持原設(shè)定的精度。
參閱圖2，以以往一種機(jī)械用油冷卻機(jī)為例，該油冷卻機(jī)10是由一油箱11提供油12，將油12送入一工具機(jī)13的主軸14，整個(gè)系統(tǒng)借一管路15呈串聯(lián)供油狀態(tài)，而送經(jīng)該主軸14供冷卻的油12，再由該主軸14一側(cè)回收至油箱11。
工具機(jī)13在使用時(shí)，因該主軸14馬達(dá)會(huì)依加工件的轉(zhuǎn)速不同，而產(chǎn)生不同的主軸14發(fā)熱量，此時(shí)，油冷卻機(jī)10必須適時(shí)輸出足以抵消主軸14發(fā)熱量的冷卻容量(即冷卻能力)，才不致使主軸頭熱變形。
因此，當(dāng)該主軸14發(fā)熱，這時(shí)該油冷卻機(jī)10依據(jù)一液溫傳感器16所感測的油溫，并與一基礎(chǔ)溫傳感器17設(shè)定的溫度經(jīng)由一微計(jì)算機(jī)控制器18的運(yùn)算比較，使由溫度控制器(圖未示)命令冷凍系統(tǒng)的一壓縮機(jī)19的ON/OFF，達(dá)到適時(shí)冷卻的功效。當(dāng)該壓縮機(jī)19在ON/OFF激活運(yùn)作的過程中，會(huì)因冷凍系統(tǒng)存在的余冷及余熱，致使油溫精度無法滿足高精密化、高速化工具機(jī)主軸熱變形補(bǔ)償修正需求，所以值待改善。
參閱圖2、3，另外，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，以往油冷卻機(jī)10的油溫變化為±3℃，這是因?yàn)橛屠鋮s機(jī)10所要帶走的機(jī)械主軸14熱源單位時(shí)間內(nèi)溫升很快，所以，當(dāng)油溫上升至設(shè)定目標(biāo)值時(shí)(即高于圖3的橫向虛線基準(zhǔn)位)，該微電腦控制器18命令壓縮機(jī)19運(yùn)轉(zhuǎn)，而使壓縮機(jī)19發(fā)揮全效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，該油冷卻機(jī)10是由零冷卻能力到全效率的冷卻能力運(yùn)轉(zhuǎn)，而這段時(shí)間必需考慮冷凍系統(tǒng)的高低壓平衡，須有其ON/OFF的基本延遲時(shí)間，卻導(dǎo)致所要控制的油溫度，高出設(shè)定目標(biāo)值+3℃，這種變化便稱為油冷卻機(jī)10對(duì)機(jī)械主軸14的余熱現(xiàn)象。相反地，當(dāng)油溫被降至設(shè)定目標(biāo)值(即低于圖3的橫向虛線基準(zhǔn)位)，該微電腦控制器18命令該壓縮機(jī)19停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使壓縮機(jī)19冷卻能力降為零，而該油冷卻機(jī)10由全效率運(yùn)轉(zhuǎn)到冷卻能力降為零，這段時(shí)間的延遲，卻導(dǎo)致所要控制的油溫度，低于設(shè)定目標(biāo)值-3℃，這種變化則稱為油冷卻機(jī)10對(duì)機(jī)械主軸14的余冷現(xiàn)象。
綜上，以往的油冷卻機(jī)10為滿足加工精度的要求，利用控制壓縮機(jī)19的ON/OFF做為控制油溫平衡的作法，卻因壓縮機(jī)19存在有余冷、余熱的缺點(diǎn)，使油溫仍無法達(dá)到工作機(jī)械加工的要求，然而，因無法達(dá)到恒溫的條件，致使主軸14加工中，不論是由高轉(zhuǎn)速到低轉(zhuǎn)速，或由低轉(zhuǎn)速至高轉(zhuǎn)速，甚或因長時(shí)間的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，該工具機(jī)13的Z軸至少產(chǎn)生幅度0.04mm～0.06mm以上的伸長量(熱變形)，所以以往油冷卻機(jī)10也存在有加工精度較差的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置包含一需要冷卻的工具機(jī)、一供應(yīng)油給該工具機(jī)作潤滑冷卻的油箱，及一連接在該工具機(jī)與該油箱間的油冷卻機(jī)。
該工具機(jī)具有一加工用的主軸。
該油箱具有一抽送油的泵，及一輸送油至該主軸的管路。
一液溫傳感器是安置在該油箱的管路上，并供感測油溫。
該油冷卻機(jī)具有一冷凝器、一壓縮機(jī)、一蒸發(fā)器、一毛細(xì)管、一安置在該蒸發(fā)器與壓縮機(jī)間的電子控制閥，及一與該電子控制閥、該壓縮機(jī)及液溫傳感器電性連接的微電腦控制器。及一基礎(chǔ)溫傳感器為與該微電腦控制器電性連接，并提供感測室溫。
當(dāng)油溫到達(dá)溫度設(shè)定值時(shí)，借該微電腦控制器開啟該電子控制閥，使高壓高溫的氣態(tài)冷煤旁通到蒸發(fā)器入口低溫低壓的氣態(tài)冷煤混合，以抑制該主軸的油溫變化量，直到溫度降低至容許溫度設(shè)定值后，再切斷旁通回路，該微電腦控制器則自動(dòng)控制該電子控制閥的閥開度，并使油冷卻機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)作模式。
該工具機(jī)20具有一加工用的主軸21。
該油箱30內(nèi)部裝填有適量的油31，并具有一抽送油31的泵32，及一輸送油31至該主軸21的管路33。
該液溫傳感器50安置在該油箱30的管路33上，并供感測油溫。
該油冷卻機(jī)40具有一提供放熱作用的冷凝器41，一將低壓低溫的氣態(tài)冷媒壓縮成高溫高壓的氣態(tài)冷媒的壓縮機(jī)42，一將低壓中溫液態(tài)冷媒蒸發(fā)吸熱成為低壓低溫的氣態(tài)冷媒的蒸發(fā)器43，一供降壓以配合該蒸發(fā)器43蒸發(fā)溫度的毛細(xì)管44，一安置在該蒸發(fā)器43與壓縮機(jī)42間的電子控制閥45(該電子控制閥45為一電子膨脹閥)，以及一與該電子控制閥45、該壓縮機(jī)42及液溫傳感器50呈電性連接的微計(jì)算機(jī)控制器46。
該基礎(chǔ)溫傳感器60是與該微電腦控制器46呈電性連接，并提供感測室溫或是感測該工具機(jī)20的機(jī)體溫度。
正常運(yùn)作模式下，油路的輸送與回流動(dòng)作狀態(tài)，是經(jīng)由該泵32抽送該油箱30內(nèi)部的油31，并輸送至該工具機(jī)20的主軸21，最后由該主軸21另一側(cè)將油31循環(huán)流回該油箱30內(nèi)部，借由適量的油31輸送到工具機(jī)20的主軸21，不但具有潤滑作用，更兼具有降溫的功效。該工具機(jī)20運(yùn)作的過程中，其主軸21的加工溫度是不斷地變化，且該主軸21加工發(fā)熱時(shí)，該油冷卻機(jī)40是依正常冷凍系統(tǒng)模式運(yùn)作。當(dāng)油溫到達(dá)預(yù)定的溫度設(shè)定值時(shí)，則借該微電腦控制器46開啟該電子控制閥45，借由該微電腦控制器46命令該電子控制閥45自動(dòng)調(diào)整，使其閥開度加大，并使高壓高溫的氣態(tài)冷煤旁通到該蒸發(fā)器43入口，與低溫低壓的氣態(tài)冷煤混合，使該蒸發(fā)器43的熱交換能力降低，此時(shí)該主軸21的發(fā)熱量是大于冷凍系統(tǒng)的蒸發(fā)器43熱交換量，所以油溫自然上升，這時(shí)，該微電腦控制器46便再命令該電子控制閥45使其閥開度變小，而該油冷卻機(jī)40的冷凍系統(tǒng)、蒸發(fā)器43的熱交換能力提高，隨著油31溫度的變化，如此不斷地循環(huán)修正，即可使該主軸21的油溫達(dá)到恒溫控制，且可有效提高CNC工作機(jī)械至高精密化，高速化的目的及功效。所以就降低了該主軸21油溫的變化量，且大幅降低以往油冷卻系統(tǒng)余冷、余熱現(xiàn)象，在本實(shí)施例中，參閱圖5，經(jīng)由實(shí)作測試的結(jié)果，油溫與設(shè)定目標(biāo)值溫度差可大幅縮小，油溫變化量只為攝氏±0.2℃，同時(shí)則提高該工具機(jī)20的主軸21的溫控精度。
參閱圖4、6，針對(duì)油溫控制的方式，主要是在該微電腦控制器46中具有一控制油溫變化的溫控器，該溫控器為一PID溫控器461(Proportional-Integral and Derivatice control，比例積分微分)，該P(yáng)ID溫控器461是以比例積分微分控制方式來控制液溫的溫度，利用該P(yáng)ID溫控器461來控制液溫具有裝置簡單、調(diào)整容易以及高強(qiáng)健性...等優(yōu)點(diǎn)，而其控制方式的流程細(xì)部控制情形，是先執(zhí)行一流程462、463，即該基礎(chǔ)溫傳感器及液溫傳感器兩傳感器所感測的溫度送至該P(yáng)ID溫控器461時(shí)，經(jīng)由該P(yáng)ID溫控器461的控制，再執(zhí)行一流程464，由該P(yáng)ID溫控器461輸出溫度數(shù)據(jù)分別送至一溫度顯示器予以顯示，以及執(zhí)行一流程465，送至一CNC控制計(jì)算機(jī)主機(jī)，接著，再執(zhí)行一流程466經(jīng)一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，繼續(xù)執(zhí)行一流程467，控制該電子控制閥動(dòng)作，最后執(zhí)行一流程468，如前述使由該冷凝器產(chǎn)生的高壓高溫的氣態(tài)冷煤旁通到該蒸發(fā)器入口低溫低壓的氣態(tài)冷煤混合，使蒸發(fā)器產(chǎn)生熱交換制冷量，直到溫度降低容許溫度設(shè)定值后，再切斷旁通回路，使電子控制閥變成OFF狀態(tài)，此時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)作模式，而流程463的該液溫傳感器若持續(xù)測溫，直到油溫再次達(dá)到高溫狀態(tài)，便重新激活上述流程進(jìn)行降溫的運(yùn)作。
值得一提的是，該電子控制閥45是利用步進(jìn)馬達(dá)來控制閥開度，而其控制方式是借由傳感器偵得的模擬信號(hào)，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)成DC12V或24V并予以輸出，來驅(qū)動(dòng)電子控制閥45的步進(jìn)馬達(dá)，達(dá)到比例控制的目的。其中，當(dāng)控制電子控制閥45的模擬信號(hào)增加時(shí)，會(huì)使該電子控制閥45的閥開度增大，以允許較多流量的冷媒經(jīng)過。相反地，當(dāng)PID溫控器輸出較小的模擬信號(hào)時(shí)，將使電子控制閥的閥開度變小，冷媒的流量也跟隨的減少，借此電子式的調(diào)節(jié)方式，便可滿足系統(tǒng)負(fù)荷的要求，并且可達(dá)到精確的控制的結(jié)果。
歸納上述，本實(shí)用新型機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置具有以下諸多功效及優(yōu)點(diǎn)，整理如下一、由于本實(shí)用新型搭配該電子控制閥45控制油溫，其油溫精度差值極小，約為±0.1℃～±0.2℃間而已，所以該油冷卻機(jī)40恒溫的功用，可有效克服該工具機(jī)20主軸21的溫升變形，且轉(zhuǎn)速在10000rpm內(nèi)皆可維持恒溫狀態(tài)，因此，主軸21的熱延長便得以控制在0.02mm范圍之內(nèi)，所以工具機(jī)則確實(shí)可達(dá)到高精密化、高速化的功效。
二、本實(shí)用新型該電子控制閥45主要利用步進(jìn)馬達(dá)作比例調(diào)整，不但加工精確度高，而且，相較于以往機(jī)械式的控制方式，該步進(jìn)馬達(dá)的使用壽命也長，所以確實(shí)能達(dá)到創(chuàng)作的目的。
權(quán)利要求1.一種機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置，包含一需要冷卻的工具機(jī)、一供應(yīng)油給該工具機(jī)作潤滑冷卻的油箱，及一連接在該工具機(jī)與該油箱間的油冷卻機(jī)，其特征在于該工具機(jī)，具有一加工用的主軸；該油箱，具有一抽送油的泵，及一輸送油至該主軸的管路；一液溫傳感器，安置在該油箱的管路上，并供感測油溫；該油冷卻機(jī)，具有一冷凝器、一壓縮機(jī)、一蒸發(fā)器、一毛細(xì)管、一安置在該蒸發(fā)器與壓縮機(jī)間的電子控制閥，及一與該電子控制閥、該壓縮機(jī)及液溫傳感器電性連接的微電腦控制器；及一基礎(chǔ)溫傳感器，與該微電腦控制器電性連接，并提供感測室溫。
2.如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于該電子控制閥為一電子膨脹閥。
3.如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于該基礎(chǔ)溫傳感器為可感測室溫、以及可感測工具機(jī)機(jī)體的溫度的傳感器。
4.如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于該微電腦控制器中具有一控制油溫變化的溫控器，該溫控器為一PID溫控器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械用冷卻系統(tǒng)的控制裝置，包含一工具機(jī)、一油箱及一油冷卻機(jī)，油冷卻機(jī)利用一安置在一蒸發(fā)器與一壓縮機(jī)間的電子控制閥，達(dá)恒溫控制并提升加工精確度，當(dāng)油溫達(dá)設(shè)定值，借微電腦控制器開啟電子控制閥，使高壓高溫的氣態(tài)冷煤旁通到蒸發(fā)器入口低溫低壓的氣態(tài)冷煤混合，以抑制主軸的油溫變化量，直到溫度降至容許設(shè)定值后，再切斷旁通回路，微電腦控制器則自動(dòng)控制電子控制閥的閥開度，使油冷卻機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)作。
文檔編號(hào)B23Q11/10GK2587583SQ0229410
公開日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者陳邦富 申請(qǐng)人:哈伯精密工業(yè)有限公司