一种适用于机床温度场差异化控制的温控板设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数控机床加工技术领域，特别是一种适用于机床温度场差异化控制的温控板设计方法。
【背景技术】
[0002]机床加工的工件精度一般是机床精度值的1.5-2倍左右(考虑工序能力系数一般在1.33左右)，例如普通型机床位置精度为0.025mm，加工出工件孔距精度在0.04-0.05mm左右，这是考虑到工艺系统的变形、加工温度场影响、工件材质不均匀、刀具精度影响等，其中机床温度变化是影响加工精度的重要因素之一。任何机床进行加工就要消耗动力，产生热量，热量传导到机床各个运动部件和机床构件，必然引起机床工艺系统的热变形，造成工件加工精度的变化。例如，一台常用的数控立铣床，当机床由冷态转入热态时，主轴经过长时间高速运动后，温度有可能上升十几度，一起机床构件温升，立柱局部后仰热变形、主轴中心线延伸、主轴端面抬头等综合变形，对中小规格的立铣床，在主轴端面上可能达到0.02-0.02mm的长度变化。数控机床上主要热源来源于各伺服电机和主轴电机、高速运动部件及液压系统等。循环液冷却方式作为一种控制机床热变形的有效方法，已经被广泛应用于各类精密及超精密机床的设计制造中。目前，循环液冷却方式一般采用循环栗使经过冷却装置冷却的冷却液进入机床床体的发热机构，并带走热量，回流至冷却装置内，完成冷却循环，从而降低机床发热部件的温度，实现循环液温度控制，但其循环液温度单一、冷却路径固定，无法实现机床温度场的多点位差异化控制。本发明分别计算流道横截面积、流道流量、入口温度以及流道布局对温控效率的影响，从而精确设计出各温控装置的冷却效率。
【发明内容】
[0003]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能适用于机床温度温控的温控板设计方法。
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:包括可分为冷却循环部分、自由安装部分、保温部分三个系统。分别计算流道横截面积、流道流量、入口温度以及流道布局对温控效率的影响。
[0005]—种适用于机床温度场差异化控制的温控板设计方法，分别计算流道横截面积、流道流量、入口温度以及流道布局对温控效率的影响，从而精确设计出各温控装置的冷却效率，以实现机床温度场的差异化控制；
[0006]所述温控板冷却循环系统可输出不同温度冷却液，每组所述循环系统包括一台冷却循环机和一个循环栗，所述冷却循环机设有冷却液输出温度检测装置和液位检测装置，其中一条冷却循环干路为高温冷却循环干路，包括一台输出冷却液温度范围为5?35摄氏度的第一冷却循环机以及第一循环栗；另外一组冷却液循环干路为低温冷却循环干路，包括一台输出冷却液温度范围为5?35摄氏度的第二冷却循环机以及第二循环栗;每组冷却循环支路包括一个独立调温箱采用PID控制模式，可分别控制每个温控装置的冷却液入口温度;所述温度检测装置分别在冷却液入口设置入口温度传感器和冷却液出口设置出口温度传感器，所述入口温度传感器与出口温度传感器都与PC机相连，采用LABVIEW采集温度信号，实时监测出入口冷却液温度。
[0007]所述保温措施包括控温装置除去与机床接触面的一层铜板外其余均用导热系数较低的铝板，所述保温措施还包括隔热棉，以确保外界温度传递到温控装置或温控装置的热量散失的外界，所述高导热系数铜板使尽量多的热量在温控装置和机床之间传递。
[0008]温控板结构用Creo Parametric作出三维实体模型，再对3D实体模型进行简化，根据实际工况的热扩张系数、比热、热导率、弹性模量、泊松比以及材料属性等参数建立Computer Aided Engineering仿真模型，然后加载边界条件，包括冷却液入口温度、冷却液入口速度、主动温控板与机床接触面的温度以及主动主动温控板外壁面的传热系数等。再用ANSYS WORKBENCH中ANSYS Fluent模块对其进行流固热耦合的仿真计算，提取流体区域温度场，分析主动温控板的温控能力。
[0009]本发明具有的优点和积极效果是:分别计算流道横截面积、流道流量、入口温度以及流道布局对温控效率的影响，从而精确设计出各温控装置的冷却效率，以实现机床温度场的差异化控制。弥补了以往相关研究成果的缺陷，可靠性高，且应用方便。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的流道示意图；
[0011]图2是本发明两种流道布局对比不意图；
【具体实施方式】
[0012]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0013]请参见图1，一种适用于机床温度场差异化控制的自由安装式温控板设计方法，分别包括流道横截面积、流道流量、入口温度以及流道布局的设计方法。所述温控板包括一条冷却循环系统、一组可以在机床上自由安装和拆卸的装置、一套保温措施和一个高导热系数的导热板。所述冷却循环系统可输出不同温度冷却液，每组所述循环系统包括一台冷却循环机和一个循环栗，所述冷却循环机设有冷却液输出温度检测装置和液位检测装置，其中一条冷却循环干路为高温冷却循环干路，包括一台输出冷却液温度范围为5?35摄氏度的第一冷却循环机以及第一循环栗；另外一组冷却液循环干路为低温冷却循环干路，包括一台输出冷却液温度范围为5?35摄氏度的第二冷却循环机以及第二循环栗;每组冷却循环支路包括一个独立调温箱采用PID控制模式，可分别控制每个温控板的冷却液入口温度；[OOM] 所述主动温控板设计方法，温控板结构用Creo Parametric作出三维实体模型，再对3D实体模型进行简化，根据实际工况的热扩张系数、比热、热导率、弹性模量、泊松比以及材料属性等参数建立Computer Aided Engineer ing仿真模型，然后加载边界条件，包括冷却液入口温度、冷却液入口速度、主动温控板与机床接触面的温度以及主动主动温控板外壁面的传热系数等。再用ANSYS WORKBENCH中ANSYS Fluent模块对其进行流固热耦合的仿真计算，提取流体区域温度场，分析主动温控板的温控能力；
[0015]所述温控版流道横截面积设计方法，根据加工工艺要求总宽度dl必须保持不变，改变隔板厚度d2的大小。用ANSYS计算d2在不同大小的情况下主动温控板的换热功率，确定最优流道横截面面积；
[0016]所述温控版流道流量设计方法，以流道最优横截面面积，当冷却液入口温度一定时，改变主动温控板流道流量，用ANSYS计算在不同流道流量的情况下主动温控板的温度场，确定流道流量与主动温控板温控能力的关系；
[0017]所述温控版入口温度设计方法，以流道最优横截面面积，流道流量不变，用ANSYS仿真不同冷却液入口温度情况下主动温控板的温度场，计算其换热功率；
[0018]所述温控版流道布局设计方法，以流道最优横截面面积，流道流量不变，入口温度不变，用ANSYS计算图2中两种流道布局的主动温控板置于空气中空载时铜板面的温度场分布。
[0019]本发明为实现机床温度场差异化控制可包括以下步骤:
[0020]1.用Creo Parametric设计温控板结构三维实体模型；
[0021]2.根据实际工况的热扩张系数、比热、热导率、弹性模量、泊松比以及材料属性等参数建立Computer Aided Engineering仿真模型，；
[0022]3.加载边界条件，用ANSYS WORKBENCH中ANSYS Fluent模块对温控板进行流固热耦合的仿真计算，提取流体区域温度场，分析主动温控板的温控能力。
[0023]4.根据实际工况，改变流道横截面积、流道流量、入口温度以及流道布局，分析温控板的温控能力，设计其最优值。
[0024]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种适用于机床温度场差异化控制的温控板设计方法，其特征在于，分别计算流道横截面积、流道流量、入口温度以及流道布局对温控效率的影响，从而精确设计出各温控装置的冷却效率，以实现机床温度场的差异化控制； 所述温控板冷却循环系统可输出不同温度冷却液，每组所述循环系统包括一台冷却循环机和一个循环栗，所述冷却循环机设有冷却液输出温度检测装置和液位检测装置，其中一条冷却循环干路为高温冷却循环干路，包括一台输出冷却液温度范围为5?35摄氏度的第一冷却循环机以及第一循环栗；另外一组冷却液循环干路为低温冷却循环干路，包括一台输出冷却液温度范围为5?35摄氏度的第二冷却循环机以及第二循环栗;每组冷却循环支路包括一个独立调温箱采用PID控制模式，可分别控制每个温控装置的冷却液入口温度；所述温度检测装置分别在冷却液入口设置入口温度传感器和冷却液出口设置出口温度传感器，所述入口温度传感器与出口温度传感器都与PC机相连，采用LABVIEW采集温度信号，实时监测出入口冷却液温度。2.根据权利要求1所述的一种适用于机床温度场差异化控制的温控板设计方法，其特征在于，所述保温措施包括控温装置除去与机床接触面的一层铜板外其余均用导热系数较低的铝板，所述保温措施还包括隔热棉，以确保外界温度传递到温控装置或温控装置的热量散失的外界，所述高导热系数铜板使尽量多的热量在温控装置和机床之间传递。3.根据权利要求1所述的一种适用于机床温度场差异化控制的温控板设计方法，温控板结构用Creo Parametrie作出三维实体模型，再对3D实体模型进行简化，根据实际工况的热扩张系数、比热、热导率、弹性模量、泊松比以及材料属性等参数建立Computer AidedEngineering仿真模型，然后加载边界条件，包括冷却液入口温度、冷却液入口速度、主动温控板与机床接触面的温度以及主动主动温控板外壁面的传热系数等。再用ANSYSWORKBENCH中ANSYS Fluent模块对其进行流固热耦合的仿真计算，提取流体区域温度场，分析主动温控板的温控能力。
【专利摘要】本发明公开了一种机床温度场差异化控制的温控板设计方法，分别包括流道横截面积、流道流量、入口温度以及流道布局的设计方法。所述主动温控板设计方法，温控板结构用Creo？Parametric作出三维实体模型，再对3D实体模型进行简化，根据实际工况的热扩张系数、比热、热导率、弹性模量、泊松比以及材料属性等参数建立Computer？Aided？Engineering仿真模型，然后加载边界条件，包括冷却液入口温度、冷却液入口速度、主动温控板与机床接触面的温度以及主动温控板外壁面的传热系数等。弥补了以往相关研究成果的缺陷，可靠性高，且应用方便。
【IPC分类】G05D23/19
【公开号】CN105589487
【申请号】CN201510993890
【发明人】吕术亮
【申请人】鼎奇(天津)主轴科技有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月25日