[發明專利]一種數控機床主軸智能冷卻系統及其工作流程

有效

• 申請號: 201510034385.8
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104551850A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 潘衛國;邱自學;任東;袁江;劉傳進;呂晶;邵建新
• 申請（專利權）人: 南通國盛機電集團有限公司;南通大學
• 主分類號: B23Q11/12
• 分類號: B23Q11/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種冷卻系統，具體涉及一種數控機床主軸智能冷卻系統及其工作流程。

背景技術

隨著制造技術的快速發展，數控機床的定位重復精度和刀具性能得到了不斷提高，機床中常見的幾何誤差和切削力誤差也在一定程度上得到了較好的解決，而由于主軸高速旋轉發熱引起的熱誤差正逐漸成為影響機床加工精度的主要因素之一。

目前，數控機床主軸冷卻方式主要有三種：（1）在整個主軸外部或內部加工螺旋槽以形成冷卻腔體，采用循環水冷或油冷來降低主軸溫升。例如專利《數控機床主軸軸心冷卻裝置》（CN 101941162 A）在主軸軸心內層套外表面加工螺旋槽來保證主軸內外圈同時得到冷卻，這種方法一定程度上解決了主軸熱變形問題，但存在整體式切槽加工量大、無針對性、成本高等問題。（2）采用風冷方式進行冷卻，即在主軸上加裝風扇，由風扇旋轉使空氣產生對流而降低主軸的溫升。例如專利《一種機床主軸軸承用冷卻結構》（CN 104141698 A）在機床主軸軸承后端增加一個散熱風扇，該風扇的葉片向一側傾斜，在旋轉時能夠形成垂直于端面的氣流將軸承旋轉產生的熱量散發出去。這種方法結構簡單，散熱快，但風扇在隨主軸旋轉的過程中自身也會產生熱量，且當主軸處于中低速時，風扇轉速減慢，散熱效果變差。（3）采用成熟產品主軸油冷機進行冷卻，例如專利《一種主軸冷卻系統》（CN 202701905 U）公開了一種油冷機，采用該設備可使主軸溫度始終控制在小于20℃的環境中工作，延長了主軸的使用壽命。該方法雖然散熱快、穩定性高，但此類設備價格較昂貴，且一旦開機便對主軸進行周期性油冷，不能根據主軸溫度實時調整冷卻時間，增加了能耗。

針對現有技術的不足，本發明提出一種數控機床主軸智能冷卻方法及系統，該系統可以對主軸熱敏區域進行無線監測與傳輸，并根據設定的閾值進行判斷從而控制油泵的開閉，實現主軸的智能循環冷卻。系統具有能耗低、效率高、結構簡單等特點，可以適用數控機床主軸的冷卻。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種能耗低、油冷效率高的數控機床主軸智能冷卻方法及系統。

技術方案：一種數控機床主軸智能冷卻系統：包括主軸、螺旋切槽、油冷套、密封圈、進油孔、出油孔、無線溫度采集發送模塊、無線接收模塊、油泵控制器、油泵、過濾器以及油箱；

所述螺旋切槽在主軸熱敏區域外表面加工得到，并在主軸上安裝主軸油冷套，所述螺旋切槽與油冷套配合形成環形油路，油冷套上分別開有進油孔和出油孔，且兩端裝有密封圈進行密封；

所述主軸內部靠近熱敏區域位置安裝無線溫度采集發送模塊，外部放置無線接收模塊；所述無線接收模塊依次連接有油泵控制器和油泵，油泵將冷卻油經過濾器輸送到主軸油冷通道的進油孔，經循環冷卻后返回油箱。

作為優化：所述無線溫度采集發送模塊置于主軸熱敏區域內部，主要由溫度傳感單元、無線發送單元、信號處理單元、存儲單元以及供電單元組成，其中，存儲單元主要用于存儲模塊運行時的參數及測量數據。

作為優化：所述無線接收模塊置于主軸外部，主要由無線接收單元、存儲單元、繼電器控制單元、供電單元以及報警單元組成，其中，繼電器控制單元連接油泵控制器，繼電器控制單元負責開閉油泵。

冷卻前，對無線收發模塊進行參數配置，主要包括傳感器的采樣率、采樣間隔、溫度閾值以及無線通信單元的收發速率、收發頻率和發送功率等。

所述的數控機床主軸智能冷卻系統的工作流程，包括如下步驟：

（1）根據主軸實際結構，進行溫度場仿真分析，得出熱敏區域；

（2）在熱敏區域外表面加工螺旋切槽，環形槽與主軸油冷套形成油路循環腔體，配以密封圈密封；

（3）同時，將無線溫度采集發送模塊安裝在主軸熱敏區域內部，無線接收模塊放置在主軸外部，并配置運行參數，同時，將繼電器控制輸出口與油泵控制器連接；工作時，無線溫度采集發送模塊中的溫度傳感器對主軸熱敏區域進行實時測溫，并將溫度信息通過無線發送單元傳輸給無線接收模塊；

（4）然后，無線接收模塊根據設定的閾值進行判斷，若超出設定的閾值，則啟動報警器并通過繼電器開啟油泵，油泵將冷卻油經過濾器輸送給環形油路的進油孔進入主軸油冷通道，經循環冷卻后最終由出油孔返回油箱，形成閉環控制的循環冷卻系統。

作為優化：所述步驟（1）中，具體為：油冷前，先對主軸進行三維建模，根據主軸實際結構和尺寸計算主軸熱邊界參數，將其導入有限元仿真軟件中進行溫度場分析，利用Probe指針功能結合主軸實際結構尺寸確定主軸熱敏區域。