一種適用于機(jī)床溫度場差異化控制的溫控板設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種適用于機(jī)床溫度場差異化控制的溫控板設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)床加工的工件精度一般是機(jī)床精度值的1.5-2倍左右(考慮工序能力系數(shù)一般在1.33左右)，例如普通型機(jī)床位置精度為0.025mm，加工出工件孔距精度在0.04-0.05mm左右，這是考慮到工藝系統(tǒng)的變形、加工溫度場影響、工件材質(zhì)不均勻、刀具精度影響等，其中機(jī)床溫度變化是影響加工精度的重要因素之一。任何機(jī)床進(jìn)行加工就要消耗動(dòng)力，產(chǎn)生熱量，熱量傳導(dǎo)到機(jī)床各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件和機(jī)床構(gòu)件，必然引起機(jī)床工藝系統(tǒng)的熱變形，造成工件加工精度的變化。例如，一臺(tái)常用的數(shù)控立銑床，當(dāng)機(jī)床由冷態(tài)轉(zhuǎn)入熱態(tài)時(shí)，主軸經(jīng)過長時(shí)間高速運(yùn)動(dòng)后，溫度有可能上升十幾度，一起機(jī)床構(gòu)件溫升，立柱局部后仰熱變形、主軸中心線延伸、主軸端面抬頭等綜合變形，對(duì)中小規(guī)格的立銑床，在主軸端面上可能達(dá)到0.02-0.02mm的長度變化。數(shù)控機(jī)床上主要熱源來源于各伺服電機(jī)和主軸電機(jī)、高速運(yùn)動(dòng)部件及液壓系統(tǒng)等。循環(huán)液冷卻方式作為一種控制機(jī)床熱變形的有效方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類精密及超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)制造中。目前，循環(huán)液冷卻方式一般采用循環(huán)栗使經(jīng)過冷卻裝置冷卻的冷卻液進(jìn)入機(jī)床床體的發(fā)熱機(jī)構(gòu)，并帶走熱量，回流至冷卻裝置內(nèi)，完成冷卻循環(huán)，從而降低機(jī)床發(fā)熱部件的溫度，實(shí)現(xiàn)循環(huán)液溫度控制，但其循環(huán)液溫度單一、冷卻路徑固定，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)床溫度場的多點(diǎn)位差異化控制。本發(fā)明分別計(jì)算流道橫截面積、流道流量、入口溫度以及流道布局對(duì)溫控效率的影響，從而精確設(shè)計(jì)出各溫控裝置的冷卻效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能適用于機(jī)床溫度溫控的溫控板設(shè)計(jì)方法。
[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:包括可分為冷卻循環(huán)部分、自由安裝部分、保溫部分三個(gè)系統(tǒng)。分別計(jì)算流道橫截面積、流道流量、入口溫度以及流道布局對(duì)溫控效率的影響。
[0005]—種適用于機(jī)床溫度場差異化控制的溫控板設(shè)計(jì)方法，分別計(jì)算流道橫截面積、流道流量、入口溫度以及流道布局對(duì)溫控效率的影響，從而精確設(shè)計(jì)出各溫控裝置的冷卻效率，以實(shí)現(xiàn)機(jī)床溫度場的差異化控制；
[0006]所述溫控板冷卻循環(huán)系統(tǒng)可輸出不同溫度冷卻液，每組所述循環(huán)系統(tǒng)包括一臺(tái)冷卻循環(huán)機(jī)和一個(gè)循環(huán)栗，所述冷卻循環(huán)機(jī)設(shè)有冷卻液輸出溫度檢測裝置和液位檢測裝置，其中一條冷卻循環(huán)干路為高溫冷卻循環(huán)干路，包括一臺(tái)輸出冷卻液溫度范圍為5?35攝氏度的第一冷卻循環(huán)機(jī)以及第一循環(huán)栗；另外一組冷卻液循環(huán)干路為低溫冷卻循環(huán)干路，包括一臺(tái)輸出冷卻液溫度范圍為5?35攝氏度的第二冷卻循環(huán)機(jī)以及第二循環(huán)栗;每組冷卻循環(huán)支路包括一個(gè)獨(dú)立調(diào)溫箱采用PID控制模式，可分別控制每個(gè)溫控裝置的冷卻液入口溫度;所述溫度檢測裝置分別在冷卻液入口設(shè)置入口溫度傳感器和冷卻液出口設(shè)置出口溫度傳感器，所述入口溫度傳感器與出口溫度傳感器都與PC機(jī)相連，采用LABVIEW采集溫度信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測出入口冷卻液溫度。
[0007]所述保溫措施包括控溫裝置除去與機(jī)床接觸面的一層銅板外其余均用導(dǎo)熱系數(shù)較低的鋁板，所述保溫措施還包括隔熱棉，以確保外界溫度傳遞到溫控裝置或溫控裝置的熱量散失的外界，所述高導(dǎo)熱系數(shù)銅板使盡量多的熱量在溫控裝置和機(jī)床之間傳遞。
[0008]溫控板結(jié)構(gòu)用Creo Parametric作出三維實(shí)體模型，再對(duì)3D實(shí)體模型進(jìn)行簡化，根據(jù)實(shí)際工況的熱擴(kuò)張系數(shù)、比熱、熱導(dǎo)率、彈性模量、泊松比以及材料屬性等參數(shù)建立Computer Aided Engineering仿真模型，然后加載邊界條件，包括冷卻液入口溫度、冷卻液入口速度、主動(dòng)溫控板與機(jī)床接觸面的溫度以及主動(dòng)主動(dòng)溫控板外壁面的傳熱系數(shù)等。再用ANSYS WORKBENCH中ANSYS Fluent模塊對(duì)其進(jìn)行流固熱耦合的仿真計(jì)算，提取流體區(qū)域溫度場，分析主動(dòng)溫控板的溫控能力。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:分別計(jì)算流道橫截面積、流道流量、入口溫度以及流道布局對(duì)溫控效率的影響，從而精確設(shè)計(jì)出各溫控裝置的冷卻效率，以實(shí)現(xiàn)機(jī)床溫度場的差異化控制。彌補(bǔ)了以往相關(guān)研究成果的缺陷，可靠性高，且應(yīng)用方便。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的流道示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明兩種流道布局對(duì)比不意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0012]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0013]請(qǐng)參見圖1，一種適用于機(jī)床溫度場差異化控制的自由安裝式溫控板設(shè)計(jì)方法，分別包括流道橫截面積、流道流量、入口溫度以及流道布局的設(shè)計(jì)方法。所述溫控板包括一條冷卻循環(huán)系統(tǒng)、一組可以在機(jī)床上自由安裝和拆卸的裝置、一套保溫措施和一個(gè)高導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱板。所述冷卻循環(huán)系統(tǒng)可輸出不同溫度冷卻液，每組所述循環(huán)系統(tǒng)包括一臺(tái)冷卻循環(huán)機(jī)和一個(gè)循環(huán)栗，所述冷卻循環(huán)機(jī)設(shè)有冷卻液輸出溫度檢測裝置和液位檢測裝置，其中一條冷卻循環(huán)干路為高溫冷卻循環(huán)干路，包括一臺(tái)輸出冷卻液溫度范圍為5?35攝氏度的第一冷卻循環(huán)機(jī)以及第一循環(huán)栗；另外一組冷卻液循環(huán)干路為低溫冷卻循環(huán)干路，包括一臺(tái)輸出冷卻液溫度范圍為5?35攝氏度的第二冷卻循環(huán)機(jī)以及第二循環(huán)栗;每組冷卻循環(huán)支路包括一個(gè)獨(dú)立調(diào)溫箱采用PID控制模式，可分別控制每個(gè)溫控板的冷卻液入口溫度；[OOM] 所述主動(dòng)溫控板設(shè)計(jì)方法，溫控板結(jié)構(gòu)用Creo Parametric作出三維實(shí)體模型，再對(duì)3D實(shí)體模型進(jìn)行簡化，根據(jù)實(shí)際工況的熱擴(kuò)張系數(shù)、比熱、熱導(dǎo)率、彈性模量、泊松比以及材料屬性等參數(shù)建立Computer Aided Engineer ing仿真模型，然后加載邊界條件，包括冷卻液入口溫度、冷卻液入口速度、主動(dòng)溫控板與機(jī)床接觸面的溫度以及主動(dòng)主動(dòng)溫控板外壁面的傳熱系數(shù)等。再用ANSYS WORKBENCH中ANSYS Fluent模塊對(duì)其進(jìn)行流固熱耦合的仿真計(jì)算，提取流體區(qū)域溫度場，分析主動(dòng)溫控板的溫控能力；
[0015]所述溫控版流道橫截面積設(shè)計(jì)方法，根據(jù)加工工藝要求總寬度dl必須保持不變，改變隔板厚度d2的大小。用ANSYS計(jì)算d2在不同大小的情況下主動(dòng)溫控板的換熱功率，確定最優(yōu)流道橫截面面積；
[0016]所述溫控版流道流量設(shè)計(jì)方法，以流道最優(yōu)橫截面面積，當(dāng)冷卻液入口溫度一定時(shí)，改變主動(dòng)溫控板流道流量，用ANSYS計(jì)算在不同流道流量的情況下主動(dòng)溫控板的溫度場，確定流道流量與主動(dòng)溫控板溫控能力的關(guān)系；
[0017]所述溫控版入口溫度設(shè)計(jì)方法，以流道最優(yōu)橫截面面積，流道流量不變，用ANSYS仿真不同冷卻液入口溫度情況下主動(dòng)溫控板的溫度場，計(jì)算其換熱功率；
[0018]所述溫控版流道布局設(shè)計(jì)方法，以流道最優(yōu)橫截面面積，流道流量不變，入口溫度不變，用ANSYS計(jì)算圖2中兩種流道布局的主動(dòng)溫控板置于空氣中空載時(shí)銅板面的溫度場分布。
[0019]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)機(jī)床溫度場差異化控制可包括以下步驟:
[0020]1.用Creo Parametric設(shè)計(jì)溫控板結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型；
[0021]2.根據(jù)實(shí)際工況的熱擴(kuò)張系數(shù)、比熱、熱導(dǎo)率、彈性模量、泊松比以及材料屬性等參數(shù)建立Computer Aided Engineering仿真模型，；
[0022]3.加載邊界條件，用ANSYS WORKBENCH中ANSYS Fluent模塊對(duì)溫控板進(jìn)行流固熱耦合的仿真計(jì)算，提取流體區(qū)域溫度場，分析主動(dòng)溫控板的溫控能力。
[0023]4.根據(jù)實(shí)際工況，改變流道橫截面積、流道流量、入口溫度以及流道布局，分析溫控板的溫控能力，設(shè)計(jì)其最優(yōu)值。
[0024]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于機(jī)床溫度場差異化控制的溫控板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，分別計(jì)算流道橫截面積、流道流量、入口溫度以及流道布局對(duì)溫控效率的影響，從而精確設(shè)計(jì)出各溫控裝置的冷卻效率，以實(shí)現(xiàn)機(jī)床溫度場的差異化控制； 所述溫控板冷卻循環(huán)系統(tǒng)可輸出不同溫度冷卻液，每組所述循環(huán)系統(tǒng)包括一臺(tái)冷卻循環(huán)機(jī)和一個(gè)循環(huán)栗，所述冷卻循環(huán)機(jī)設(shè)有冷卻液輸出溫度檢測裝置和液位檢測裝置，其中一條冷卻循環(huán)干路為高溫冷卻循環(huán)干路，包括一臺(tái)輸出冷卻液溫度范圍為5?35攝氏度的第一冷卻循環(huán)機(jī)以及第一循環(huán)栗；另外一組冷卻液循環(huán)干路為低溫冷卻循環(huán)干路，包括一臺(tái)輸出冷卻液溫度范圍為5?35攝氏度的第二冷卻循環(huán)機(jī)以及第二循環(huán)栗;每組冷卻循環(huán)支路包括一個(gè)獨(dú)立調(diào)溫箱采用PID控制模式，可分別控制每個(gè)溫控裝置的冷卻液入口溫度；所述溫度檢測裝置分別在冷卻液入口設(shè)置入口溫度傳感器和冷卻液出口設(shè)置出口溫度傳感器，所述入口溫度傳感器與出口溫度傳感器都與PC機(jī)相連，采用LABVIEW采集溫度信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測出入口冷卻液溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于機(jī)床溫度場差異化控制的溫控板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述保溫措施包括控溫裝置除去與機(jī)床接觸面的一層銅板外其余均用導(dǎo)熱系數(shù)較低的鋁板，所述保溫措施還包括隔熱棉，以確保外界溫度傳遞到溫控裝置或溫控裝置的熱量散失的外界，所述高導(dǎo)熱系數(shù)銅板使盡量多的熱量在溫控裝置和機(jī)床之間傳遞。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于機(jī)床溫度場差異化控制的溫控板設(shè)計(jì)方法，溫控板結(jié)構(gòu)用Creo Parametrie作出三維實(shí)體模型，再對(duì)3D實(shí)體模型進(jìn)行簡化，根據(jù)實(shí)際工況的熱擴(kuò)張系數(shù)、比熱、熱導(dǎo)率、彈性模量、泊松比以及材料屬性等參數(shù)建立Computer AidedEngineering仿真模型，然后加載邊界條件，包括冷卻液入口溫度、冷卻液入口速度、主動(dòng)溫控板與機(jī)床接觸面的溫度以及主動(dòng)主動(dòng)溫控板外壁面的傳熱系數(shù)等。再用ANSYSWORKBENCH中ANSYS Fluent模塊對(duì)其進(jìn)行流固熱耦合的仿真計(jì)算，提取流體區(qū)域溫度場，分析主動(dòng)溫控板的溫控能力。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)床溫度場差異化控制的溫控板設(shè)計(jì)方法，分別包括流道橫截面積、流道流量、入口溫度以及流道布局的設(shè)計(jì)方法。所述主動(dòng)溫控板設(shè)計(jì)方法，溫控板結(jié)構(gòu)用Creo？Parametric作出三維實(shí)體模型，再對(duì)3D實(shí)體模型進(jìn)行簡化，根據(jù)實(shí)際工況的熱擴(kuò)張系數(shù)、比熱、熱導(dǎo)率、彈性模量、泊松比以及材料屬性等參數(shù)建立Computer？Aided？Engineering仿真模型，然后加載邊界條件，包括冷卻液入口溫度、冷卻液入口速度、主動(dòng)溫控板與機(jī)床接觸面的溫度以及主動(dòng)溫控板外壁面的傳熱系數(shù)等。彌補(bǔ)了以往相關(guān)研究成果的缺陷，可靠性高，且應(yīng)用方便。
【IPC分類】G05D23/19
【公開號(hào)】CN105589487
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510993890
【發(fā)明人】呂術(shù)亮
【申請(qǐng)人】鼎奇(天津)主軸科技有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日