本發(fā)明涉及一種主軸冷卻系統(tǒng)，涉及一種雕刻機(jī)水冷主軸溫度控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

大量研究表明，在影響數(shù)控機(jī)床加工精度的諸多因素中，熱誤差占機(jī)床誤差的40%~70%。而主軸則是主要的發(fā)熱源之一。目前大多數(shù)的雕刻機(jī)機(jī)床的主軸都采用水冷主軸。雕刻機(jī)水冷主軸長期工作在高溫狀態(tài)下不僅會縮短水冷主軸的壽命，而且水冷主軸因溫度變化產(chǎn)生的收縮會嚴(yán)重影響雕刻機(jī)的加工精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雕刻機(jī)水冷主軸溫度控制系統(tǒng)及控制方法，本發(fā)明系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)合理、簡單，而且溫度控制精確、冷卻效果高效、維護(hù)管理便捷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種雕刻機(jī)水冷主軸溫度控制系統(tǒng)，包括水冷主軸、第一連接管、散熱水排、第二連接管、水箱、第三連接管、電子流量計、第四連接管、循環(huán)水泵、第五連接管、散熱模塊、半導(dǎo)體制冷片、控制系統(tǒng)、溫度傳感器和電源模塊；所述水冷主軸的出口通過第一連接管與所述散熱水排入口相連，所述散熱水排出口通過第二連接管與所述水箱入口相連，所述水箱出口通過第三連接管與所述電子流量計入口相連，所述電子流量計出口通過第四連接管與所述循環(huán)水泵入口相連，所述循環(huán)水泵出口通過第五連接管與水冷主軸入口相連，所述控制系統(tǒng)與所述半導(dǎo)體制冷片、溫度傳感器、電子流量計連接，所述電源模塊用于為散熱模塊、半導(dǎo)體制冷片、控制系統(tǒng)、電子流量計、循環(huán)水泵提供電能。

在本發(fā)明一實施例中，所述控制系統(tǒng)包括單片機(jī)及與該單片機(jī)連接的復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、半導(dǎo)體制冷片驅(qū)動電路、LCD顯示電路、報警電路；所述按鍵電路包括四個按鍵，分別為功能鍵、數(shù)字加鍵、數(shù)字減鍵和確定鍵

在本發(fā)明一實施例中，所述單片機(jī)采用STM32F103C8T6芯片。

在本發(fā)明一實施例中，所述半導(dǎo)體制冷片驅(qū)動電路包括第一至第四固態(tài)繼電器，第一固態(tài)繼電器的第一輸入端、第四固態(tài)繼電器的第一輸入端相連接至STM32F103C8T6芯片的PA9引腳，第二固態(tài)繼電器的第一輸入端、第三固態(tài)繼電器的第一輸入端相連接至STM32F103C8T6芯片的PA8引腳，第一固態(tài)繼電器的第一輸出端、第二固態(tài)繼電器的第一輸出端相連接至15V電源端，第一固態(tài)繼電器的第二輸出端、第三固態(tài)繼電器的第一輸出端相連接至所述半導(dǎo)體制冷片的第一端，第二固態(tài)繼電器的第二輸出端、第四固態(tài)繼電器的第一輸出端相連接至所述半導(dǎo)體制冷片的第二端，第一至第四固態(tài)繼電器的第二輸入端、第三固態(tài)繼電器的第二輸出端、第四固態(tài)繼電器的第二輸出端均連接至GND端。

在本發(fā)明一實施例中，所述散熱模塊包括散熱風(fēng)扇和鋁材散熱片。

在本發(fā)明一實施例中，所述半導(dǎo)體制冷片安裝于所述散熱模塊上方。

在本發(fā)明一實施例中，所述電子流量計用于檢測從水箱流出的冷卻液是否正常循環(huán)。

在本發(fā)明一實施例中，所述溫度傳感器安裝于水冷主軸上，用于檢測水冷主軸溫度；所述溫度傳感器采用DS18B20。

在本發(fā)明一實施例中，所述電源模塊包括3.3V穩(wěn)壓電路、5V穩(wěn)壓電路。

本發(fā)明還提供了一種基于上述所述的一種雕刻機(jī)水冷主軸溫度控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟，

S1：啟動控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)的按鍵電路設(shè)定包括水冷主軸溫度以及水冷主軸溫度報警上下限參數(shù)；

S2：溫度傳感器、電子流量計分別檢測水冷主軸溫度、冷卻液循環(huán)狀態(tài)并傳輸給控制系統(tǒng)；

S3：控制系統(tǒng)控制半導(dǎo)體制冷片工作，以保證水冷主軸處于正常溫度，若水冷主軸溫度超過設(shè)定報警上下限或冷卻液循環(huán)不正常，則通過控制系統(tǒng)的報警電路進(jìn)行報警。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、相較于傳統(tǒng)的雕刻機(jī)水冷主軸冷卻系統(tǒng)無溫度控制功能，此系統(tǒng)采用閉環(huán)式溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r顯示和控制雕刻機(jī)水冷主軸的溫度；保證雕刻機(jī)在加工零件時，水冷主軸溫度保持恒定；

2、相較于傳統(tǒng)的雕刻機(jī)水冷主軸冷卻系統(tǒng)冷卻液的冷卻靠自然散熱冷卻，此系統(tǒng)依靠半導(dǎo)體制冷片、水冷排和散熱風(fēng)扇對冷卻液進(jìn)行散熱，不僅散熱效率高，而且當(dāng)環(huán)境溫度過高時，控制系統(tǒng)能夠?qū)⒅鬏S溫度控制在環(huán)境溫度以下，從而保證了雕刻機(jī)的加工精度；

3、相較于傳統(tǒng)的雕刻機(jī)水冷主軸冷卻系統(tǒng)使用開放式循環(huán)水冷結(jié)構(gòu)，此系統(tǒng)使用封閉式循環(huán)水冷結(jié)構(gòu)，整個水冷循環(huán)系統(tǒng)完全密閉，不存在冷卻液揮發(fā)的問題，雜質(zhì)無法進(jìn)入循環(huán)水冷系統(tǒng)，因此管理維護(hù)更加方便；

4、雕刻機(jī)水冷主軸冷卻恒溫控制系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)可以實時顯示主軸溫度值，當(dāng)主軸溫度出現(xiàn)異常時，控制系統(tǒng)能夠發(fā)出報警信號，提醒用戶及時進(jìn)行處理；

5、雕刻機(jī)水冷主軸冷卻恒溫控制系統(tǒng)中裝有電子流量計可以實時觀察水路循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)狀況，當(dāng)水路循環(huán)情況異常時，控制系統(tǒng)能夠發(fā)出報警信號，提醒用戶及時進(jìn)行處理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是控制系統(tǒng)溫度測控結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明STM32F103C8T6單片機(jī)引腳圖。

圖4是本發(fā)明晶振電路、復(fù)位電路圖。

圖5是本發(fā)明電源模塊電路原理圖。

圖6是本發(fā)明報警電路原理圖。

圖7是本發(fā)明按鍵電路原理圖。

圖8是本發(fā)明半導(dǎo)體制冷片驅(qū)動電路原理圖。

圖9是本發(fā)明LCD顯示電路原理圖。

圖10是本發(fā)明溫度傳感器DS18B20電路原理圖。

圖11是本發(fā)明電子流量計原理圖。

圖中：1-水冷主軸；2-第一連接管；3-第五連接管；4-循環(huán)水泵；5-第四連接管；6-電子流量計；7-第三連接管；8-水箱；9-第二連接管；10-散熱水排；11-散熱模塊；12-半導(dǎo)體制冷片；13-溫度傳感器；14-控制系統(tǒng)；15-電源模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。

如圖1所示，一種雕刻機(jī)水冷主軸冷卻恒溫控制系統(tǒng)：包括水冷主軸1、第一連接管2、散熱水排10、第二連接管9、水箱8、第三連接管7、電子流量計6、第四連接管5、循環(huán)水泵4、第五連接管3、散熱模塊11、半導(dǎo)體制冷片12、控制系統(tǒng)14、溫度傳感器13和電源模塊15。所述水冷主軸1的出口通過第一連接管2與所述散熱水排10入口相連，所述散熱水排10出口通過第二連接管9與所述水箱8入口相連，所述水箱8出口通過第三連接管7與所述電子流量計6入口相連，所述電子流量計6出口通過第四連接管5與所述循環(huán)水泵4入口相連，所述循環(huán)水泵4出口通過第五連接管3與水冷主軸1入口相連；所述散熱模塊11包括散熱風(fēng)扇和鋁材扇熱片；所述半導(dǎo)體制冷片12安裝于所述散熱模塊11上方；所述電子流量計6用于檢測從水箱流出的冷卻液（冷卻液可采用海寶冷卻液028872）是否正常循環(huán)；所述溫度傳感器13安裝在主軸上方用于實時測量主軸溫度；所述溫度傳感器采用DS18B20。

如圖2-11所示，所述控制系統(tǒng)包括單片機(jī)及與該單片機(jī)連接的復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、半導(dǎo)體制冷片驅(qū)動電路、LCD顯示電路、報警電路，該單片機(jī)還與溫度傳感器、電子流量計連接。如圖3所示，所述單片機(jī)采用STM32F103C8T6芯片。如圖7所示，按鍵電路包括四個按鍵，分別為功能鍵、數(shù)字加鍵、數(shù)字減鍵和確定鍵。用于設(shè)定溫度值、報警上下限等參數(shù)；單片機(jī)通過固態(tài)繼電器控制半導(dǎo)體制冷片加熱或制冷；溫度傳感器用于測量主軸溫度；LCD顯示電路用于顯示設(shè)定溫度、實測溫度、報警參數(shù)等；報警電路用于主軸溫度異常情況的報警。

如圖6所示，所述報警電路由電阻、三極管、蜂鳴器組成。

電源模塊15輸出多種直流電壓（如圖5所示），分別為散熱模塊11中的扇熱風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷片12、控制系統(tǒng)14、電子流量計6、循環(huán)水泵4提供電源。

如圖7所示，所述半導(dǎo)體制冷片驅(qū)動電路包括第一至第四固態(tài)繼電器（SSR1、SSR2、SSR3、SSR4），第一固態(tài)繼電器的第一輸入端、第四固態(tài)繼電器的第一輸入端相連接至STM32F103C8T6芯片的PA9引腳，第二固態(tài)繼電器的第一輸入端、第三固態(tài)繼電器的第一輸入端相連接至STM32F103C8T6芯片的PA8引腳，第一固態(tài)繼電器的第一輸出端、第二固態(tài)繼電器的第一輸出端相連接至15V電源端，第一固態(tài)繼電器的第二輸出端、第三固態(tài)繼電器的第一輸出端相連接至所述半導(dǎo)體制冷片的第一端，第二固態(tài)繼電器的第二輸出端、第四固態(tài)繼電器的第一輸出端相連接至所述半導(dǎo)體制冷片的第二端，第一至第四固態(tài)繼電器的第二輸入端、第三固態(tài)繼電器的第二輸出端、第四固態(tài)繼電器的第二輸出端均連接至GND端。

制冷時固態(tài)繼電器SSR1和SSR4導(dǎo)通，半導(dǎo)體制冷片紅色引線接電源正黑色引線接電源地半導(dǎo)體制冷片制冷；加熱時固態(tài)繼電器SSR2和SSR3導(dǎo)通，半導(dǎo)體制冷片紅色引線接電源地黑色引線接電源正半導(dǎo)體制冷片加熱。

本發(fā)明系統(tǒng)具體工作過程如下：

雕刻機(jī)加工工件前，先通過控制系統(tǒng)設(shè)定主軸溫度，以及主軸溫度報警上下限等參數(shù)，確定參數(shù)后，雕刻機(jī)水冷主軸冷卻恒溫控制系統(tǒng)開始工作，循環(huán)水泵將冷卻液抽入水冷主軸的水道中，冷卻液流經(jīng)水冷主軸的水道中后，帶走水冷主軸的熱量進(jìn)入散熱水排，通過安裝在散熱水排的半導(dǎo)體制冷片，對冷卻液進(jìn)行散熱降溫，然后再次循環(huán)。加工過程中控制系統(tǒng)通過安裝在水冷主軸的溫度傳感器采集主軸溫度，然后根據(jù)設(shè)定溫度值和實測溫度值的差值驅(qū)動固態(tài)繼電器輸出控制信號控制半導(dǎo)體制冷片工作，從而精確控制雕刻機(jī)加工時，水冷主軸的溫度恒定。

本發(fā)明還提供了一種基于上述所述的一種雕刻機(jī)水冷主軸溫度控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟，

S1：啟動控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)的按鍵電路設(shè)定包括水冷主軸溫度以及水冷主軸溫度報警上下限參數(shù)；

S2：溫度傳感器、電子流量計分別檢測水冷主軸溫度、冷卻液循環(huán)狀態(tài)并傳輸給控制系統(tǒng)；

S3：控制系統(tǒng)控制半導(dǎo)體制冷片工作，以保證水冷主軸處于正常溫度，若水冷主軸溫度超過設(shè)定報警上下限或冷卻液循環(huán)不正常，則通過控制系統(tǒng)的報警電路進(jìn)行報警。

以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。