一种数控机床封闭储水保压温控水冷系统的制作方法

1.本发明涉及机械加工技术领域，尤其是涉及一种用于航空结构件加工的数控机床封闭储水保压温控水冷系统。


背景技术：

2.航空结构件具有尺寸大，结构复杂，精度高、轻量化等特点，高精度高速五轴数控机床用于大型复杂航空结构件加工，为适应其零件制造要求，精密数控机床需具备轴运动速度高、动态响应高、精度高、主轴转速高、机床热稳定性好等要求。
3.水冷设备广泛应用于数控机床行业，用于高速电主轴、机械主轴、丝杠、减速机、床身等精密机械部件的温度控制，尤其对精密数控机床温度的控制要求更高。现有水冷设备储水箱多采用箱式结构，在航空结构件加工过程中主要存在两个问题：一是冷却水易变质，变质的冷却水会使水冷设备管路堵塞以及水冷设备机械部件和被冷却部件损坏，影响制冷效果以及冷却设备的稳定性。二是环境温度变化大易产生冷凝水，易导致精密部件锈蚀，使精密部件的寿命降低。
4.储水箱上端采用开放式结构，上端盖可拆卸，冷却介质多采用蒸馏水和20％的乙二醇混合液，水冷液通过不断循环带走需要冷却部件的热量，由于水冷液与空气长时间接触，冷却液易变质、寿命短，变质后的冷却水流动速度变慢，制冷效果变差，严重的情况会导致制冷管路堵塞、水冷设备机械部件损坏。现有水冷机温度控制通过温控器设置一个固定范围的温度实现在固定温度范围内的调节，当环境温度变化较大与水冷系统设定温度相差较大时，会在冷却管路外壁上产生冷凝水，冷凝水累积在精密部件腔体或外表面，会造成机械部件生锈，影响数控机床的稳定性。为了解决上述水冷系统技术的不足之处，需要提出更为合理的技术解决方案。


技术实现要素：

5.为了解决上述内容提到的技术缺陷，本发明提供了一种数控机床封闭储水保压温控水冷系统，系统中的冷却水与空气隔绝，避免出现冷却水变质的情况，同时能根据数控机床床身温度变化控制水冷机冷却温度，能精确控制水冷机温度及流量，自动运行，保证被冷却部件的温度与数控机床温度保持一致，达到整个数控机床稳定的热平衡效果。
6.为了实现上述目的，本发明采用的具体技术方案是：一种数控机床封闭储水保压温控水冷系统，包括制冷剂循环回路、冷却水自循环回路、冷却精密数控机床部件回路、冷却水封闭保压回路、电气控制人机交互控制装置；其中制冷剂循环回路包括风机、冷凝器、高压控制器、干燥过滤器、蒸发器、膨胀阀、低压控制器、压缩机；冷却水自循环回路包括封闭储水罐、开关阀门a、第一循环泵、温度检测传感器、压力表a、蒸发器、第一流量检测传感器、开关阀门f；冷却精密数控机床部件回路包括封闭储水罐、开关阀门b、第二循环泵、压力表b、开关阀门c、精密冷却部件、开关阀门d、第二流量检测传感器；冷却水封闭保压回路包括封闭储水罐、开关阀门e、排气阀、压力表c、蓄能器、溢流阀、开关阀门g；电气控制人机交
互控制装置包括控制单元、第一温度探头、第二温度探头、高压控制器、低压控制器、第二流量检测传感器、第一流量检测传感器、温度检测传感器。
7.进一步的，所述制冷剂循环回路具体连接关系为：风机连接冷凝器，冷凝器连接干燥过滤器，干燥过滤器连接膨胀阀，膨胀阀连接蒸发器，蒸发器连接压缩机，压缩机连接冷凝器，其中冷凝器和干燥过滤器之间设有高压控制器，蒸发器和压缩机之间设有低压控制器。在制冷剂循环回路中，制冷剂的压力低于低压控制器中设定的压力或者高于高压控制器中设定的压力，水冷系统都将触发故障报警，冷却系统会自动停止工作。
8.进一步的，所述冷却水自循环回路具体连接关系为：封闭储水罐连接第一循环泵，第一循环泵连接蒸发器，蒸发器连接第一流量检测传感器，第一流量检测传感器连接封闭储水罐，其中封闭储水罐和第一循环泵之间设置开关阀门a，在第一流量检测传感器和封闭储水罐之间设置开关阀门b，在第一循环泵和蒸发器之间设有温度检测传感器和压力表a。冷却水自循环回路通过第一循环泵将冷却水泵入蒸发器中，蒸发器通过热交换，将冷却水冷却后流回封闭储水罐，第一循环泵泵出的冷却水经过温度检测传感器以及压力表a，蒸发器流出的水经过流量检测传感器，温度传感器用于监控冷却水实时温度变化，流量检测传感器用于检测冷却水自回路工作正常，当流量和温度超出系统设备的范围，将触发报警，报警后中的循环泵停止工作。
9.进一步的，所述冷却精密数控机床部件回路具体连接关系为：封闭储水罐连接第二循环泵，第二循环泵连接精密冷却部件，精密冷却部件连接第二流量检测传感器，第二流量检测传感器连接封闭储水罐，其中封闭储水罐和第二循环泵之间设有开关阀门b，精密冷却部件的二端分别设有开关阀门c和开关阀门d，在第二循环泵和开关阀门c之间设有压力表b。冷却精密数控机床部件回路通过循环泵将冷却水送往数控机床需要冷却的部件，将热量带走后，冷却水流回封闭储水罐。冷却精密数控机床部件回路中设置有流量阀，一旦出现管路破裂以及漏水情况，冷却流量下降，流量检测传感器将信号送往电气控制人机交互控制装置中，控制单元会触发报警并停止循环泵工作。冷却精密数控机床部件回路出水和进水端设置有开关阀门，以方便更换精密冷却部件。
10.进一步的，所述冷却水封闭保压回路具体连接关系为：封闭储水罐整体为圆柱形，上端和下端均为半球形，圆柱形与两个半球形通过焊接形式连接在一起，上半球球顶端通过管路与排气阀连接，排气阀外接开关阀门e，上半球球顶靠下位置通过管路与蓄能器、溢流阀和压力表c相连，连接处均密封良好，下半球球底端通过管路与开关阀门g连接，用于加注冷却水。在本发明中储水罐通过溢流阀、排气阀、蓄能器实现封闭保压作用，当系统中有空气时，排气阀会将多余气体排出，蓄能器中有皮囊，皮囊中充有固定压力的氮气，利用氮气的可压缩性，实现冷却水与氮气隔离，以及冷却水实现保压作用，当系统压力超过安全压力，溢流阀实现溢流，起安全保护作用。
11.进一步的，所述封闭储水罐没有开放式窗口，下半球球底靠上的位置通过两根管路与第一循环泵和第二循环泵相连，连接处均密封良好，圆柱形罐体两侧各有一根管路，用于冷却水循环的回水至储水罐体中。
12.进一步的，所述电气控制人机交互控制装置具体连接关系为：控制单元分别连接第一温度探头、第二温度探头、高压控制器、低压控制器、第二流量检测传感器、第一流量检测传感器、温度检测传感器，(第一温度探头、第二温度探头、温度检测传感器采用pt100型
温度传感器，第一流量传感器、第二流量传感器均采用易福门公司sm6000型流量检测开关，低压控制器与高压控制器采用丹弗斯公司rt系列压力开关)；其中第一温度探头、第二温度探头安装在精密数控机床床身的不同位置。用了检测机床床身的温度，检测后的温度值送往控制单元中，用户通过在电气控制人机交互控制装置中设定温度参数，当温度检测传感器检测到水温比床身温度高设定的温度值，系统会自动启动制冷，压缩机工作，风机工作，冷凝器散热，蒸发器吸收冷却水自循环回路中的冷却水的热量，实现冷却水的降温，冷却水的温度通过精密数控机床床身的温度作为参数实现水温的控制，不论环境温度如何变化都不会产生冷凝水。
13.进一步的，当水冷系统自动启动后，冷却精密数控机床部件回路以及冷却水自循环回路中的循环泵处于连续工作状态，直至水冷系统触发故障报警后，循环泵才停止工作。
14.进一步的，在本发明中，本发明的有益效果：(1)水冷设备工作和停止状态下，冷却水可保压，冷却水长期使用不会变质。(2)水冷设备控制上依据现场设备使用环境稳定自动调节，可避免水冷设备产生冷凝水，可保证被冷却部件与环境温度保持热平衡。
附图说明
15.图1为精密数控机床封闭储水保压式水冷系统的组成示意图。
16.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍。
17.上述附图中，1、风机，2、冷凝器，3、高压控制器，4、第一温度探头，5、第二温度探头，6、干燥过滤器，7、蒸发器，8、膨胀阀，9、控制单元，10、开关阀门f，11、溢流阀，12、蓄能器，13、压力表c，14、封闭储水罐，15、排气阀，16、开关阀门e，17、第二流量检测传感器，18、开关阀门d，19、精密冷却部件，20、开关阀门c，21、第二循环泵，22、压力表b，23、开关阀门b，24、开关阀门g，25、开关阀门a，26、温度检测传感器，27、第一循环泵，28、压力表a，29、第一流量检测传感器，30、低压控制器，31、压缩机。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明专利做进一步详细阐释。本发明采用的具体技术方案是：一种数控机床封闭储水保压温控水冷系统，包括制冷剂循环回路、冷却水自循环回路、冷却精密数控机床部件回路、冷却水封闭保压回路、电气控制人机交互控制装置；其中制冷剂循环回路包括风机1、冷凝器2、高压控制器3、干燥过滤器6、蒸发器7、膨胀阀8、低压控制器30、压缩,31；冷却水自循环回路包括封闭储水罐14、开关阀门a(25)、第一循环泵27、温度检测传感器26、压力表a(28)、蒸发器7、第一流量检测传感器29、开关阀门f(10)；冷却精密数控机床部件回路包括封闭储水罐14、开关阀门b(23)、第二循环泵21、压力表b(22)、开关阀门c(20)、精密冷却部件19、开关阀门d(18)、第二流量检测传感器17；冷却水封闭保压回路包括封闭储水罐14、开关阀门e(16)、排气阀15、压力表c(13)、蓄能器12、溢流阀(11)、开关阀门g(24)；电气控制人机交互控制装置包括控制单元9、第一温度探头4、第二温度探头5、高压控制器3、低压控制器30、第二流量检测传感器17、第一流量检测传感器29、温度检测传感器26。
19.在本发明中，将开关阀门c 20的出口端与机床精密冷却部件19的入口端相连，机
床精密冷却部件19的出口端与开关阀门d18的入口端相连，连接处采用可靠密封，确保水冷水在冷却精密数控机床部件回路循环没有泄露。
20.在本发明专利中，为实现冷却水封闭保压功能，需要设置溢流阀11溢流阀值以及在冷却水循环系统中加注冷却液，首先设置溢流阀11阀值为3bar并检查冷却水自循环回路中的开关阀门a 25、第一循环泵27、温度检测传感器26、压力表a 28、蒸发器7、第一流量检测传感器29与管路连接密封良好。检查冷却精密数控机床部件回路中的开关阀门b 23、第二循环泵21、压力表b 22、开关阀门c 20、精密冷却部件19、开关阀门d 18、第二流量检测传感器17与管路连接密封良好。打开开关阀门e16、开关阀门b 23、开关阀门g 24、开关阀门a 25，利用外置的齿轮泵将混合好的冷却液通过开关阀门g 24的接口处泵入罐体，外置泵的压力不低于3bar，冷却液接近充满封闭罐体以及冷却回路时，关闭开关阀门e16，继续补充冷却液，直至压力表c 13压力显示压力为1bar，关闭开关阀门g 24，停止运行外置齿轮泵，收起齿轮泵，启动冷却系统，冷却系统启动后，第二循环泵21和第一循环泵27将开始工作，回路中的空气将被排至封闭储水罐14当中，由于气体会累计在封闭储水罐14的最高处，排气阀15通过安装在封闭储水罐14的最顶端，这样空气将通过排气阀15排出至封闭储水罐14外侧，实现冷却液与空气的隔离。由于冷却水温度在不断变化，水温的变化将导致封闭储水罐14中的压力不断变化，蓄能器12将对压力的变化起到缓冲作用，实现封闭罐体的保压作用。
21.在本发明专利中，需要明确的是，只要水冷系统处于自动启动模式下，第二循环泵21和第一循环泵27必须不间断工作，第二流量检测传感器17和第一流量检测传感器29实时检测流量变化，当第二流量检测传感器17和第一流量检测传感器29设定的阀值时，水冷系统触发故障报警，第二循环泵21和第一循环泵27停止工作。
22.在本发明专利中，第一温度探头4和第二温度探头5分别安装在精密数控机床床身的不同部位，用来检测床身实际温度值a1和a2，在控制单元9中设置温度控制参数，当温度检测传感器26检测的水冷液的温度a3高于1/2(a1 a2) 5℃时，压缩机31和风机1开始工作，蒸发器7带走冷却水自循环回路中冷却水的热量，达到使冷却水降温的目的，当温度传感器26检测到冷却液的温度a4＝1/2(a1 a2)-5℃时，压缩机31和风机1停止工作，以此往复工作。
23.在本发明专利中，控制单元9使用触摸屏控制，可切换手动模式和自动模式，手动模式下循环泵22不启动。