双螺旋主轴温控系统及其控制方法与流程

本发明涉及设备制造技术领域，尤其是涉及一种双螺旋主轴温控系统及其控制方法。

背景技术：

在设备制造技术领域，主轴运行的温度严重影响着主轴的精度以及可靠性等指标。在工作过程中，由于主轴电机会与空气相互摩擦升温，容易导致主轴“抱死”等极端现象，除了主轴电机内的电气件的合理发热情况，这些冗余热量对主轴正常工作有极其不利的影响，需要杜绝此类现象发生，抑制不利影响。

在现有技术中，切削加工设备的主轴对温度要求高，但是现有温度控制系统开环、装置复杂，水温不稳定，主轴的温度难以有效的控制在合理的范围内，影响着主轴的精度、可靠性以及使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双螺旋主轴温控系统及其控制方法，以解决现有技术中主轴的温度难以有效的控制，影响着主轴的精度、可靠性以及使用寿命的技术问题。

经过对现有技术中的制造设备进行研究发现，主轴电机结构紧凑、空隙较小，自发散热效果较弱，所以热量得不到及时散发，会容易造成主轴内部零件之间产生不同程度的热膨胀，从而影响主轴刚度、加工精度等性能指标，更会影响主轴寿命。

而为了解决上述技术问题，本申请提供了如下的技术方案，旨在解决切削加工设备的主轴对温度要求高，现有温度控制系统开环、装置复杂，水温不稳定的问题。

本发明提供的一种双螺旋主轴温控系统，包括：

双螺旋轴套机构，所述双螺旋轴套机构包括双螺旋轴套、主轴和安装座；

所述双螺旋轴套的内壁或所述主轴的外壁沿轴向开设有两个螺旋状的螺旋凹槽，所述主轴通过所述安装座密封安装在所述双螺旋轴套内，两个所述螺旋凹槽在所述主轴和所述双螺旋轴套之间构成循环连通的进水通路和出水通路；

所述双螺旋轴套上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别与所述进水通路和所述出水通路连通；

供水机构，所述供水机构的出口与所述进水口连通，用于向所述进水通路输送冷却水；所述供水机构的进口与所述出水口连通，用于回收所述出水通路的冷却水；

温控机构，所述温控机构用于监测所述进水口位置和所述出水口位置的水温值；

控制机构，所述控制机构与所述供水机构和所述温控机构控制连接，用于根据所述温控机构的监测结果控制所述供水机构的供水量。

进一步的，在本发明的实施例中，所述温控机构包括：

第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器分别安装在所述进水口和所述出水口的位置，用于监测所述进水口位置和所述出水口位置的水温值。

进一步的，在本发明的实施例中，所述控制机构包括：

控制器，所述控制器与所述第一传感器、所述第二传感器和所述供水机构控制连接，用于获取所述进水口位置和所述出水口位置的水温值并计算两者的温差值，并根据所述温差值控制所述供水机构的供水量。

进一步的，在本发明的实施例中，所述供水机构包括：

水冷机、进水管道和出水管道；所述进水管道连通在所述水冷机的出口和所述进水口之间，所述出水管道连接在所述出水口和所述水冷机的进口之间，用于在所述进水通路、所述出水通路和所述水冷机之间形成循环的流道。

进一步的，在本发明的实施例中，所述双螺旋轴套的端部设置有双密封圈，并通过所述双密封圈端面密封。

进一步的，在本发明的实施例中，两个所述螺旋凹槽的螺旋螺距均为15mm，槽宽均为4mm。

进一步的，在本发明的实施例中，所述控制器上设置有io接口，所述第一传感器、所述第二传感器和所述水冷机通过所述io接口与所述控制器控制连接。

本发明还提供了一种双螺旋主轴温控系统的控制方法，包括如权利要求所述的双螺旋主轴温控系统，方法如下：

供水机构提供冷却水，并在所述进水通路、所述出水通路和所述供水机构之间循环流动；

所述温控机构监测所述进水口位置和所述出水口位置的水温值；

所述控制机构与所述供水机构和所述温控机构控制连接，根据所述温控机构的监测结果控制所述供水机构的供水量。

进一步的，在本发明的实施例中，所述控制机构获取所述进水口位置和所述出水口位置的水温值并计算两者的温差值；

当所述温差值大于预设温差值时，所述控制机构控制所述供水机构增加供水量。

进一步的，在本发明的实施例中，所述预设温差值为1℃。

在上述技术方案中，通过机械结构设计和控制系统相结合，有效解决了切削加工设备的主轴对温度要求高，现有温度控制系统开环、装置复杂，水温不稳定的现象。适用于空气静压主轴电机的温度控制，具有稳定可靠、控制简单、电机稳定运行的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双螺旋轴套的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的双螺旋主轴温控系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的主轴的俯视图；

图4为图3所示的主轴的截面示意图。

附图标记：

11-双螺旋轴套；12-主轴；

13-螺旋凹槽；

21-第一传感器；22-第二传感器；

31-控制器；

41-水冷机；

42-进水管道；43-出水管道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的双螺旋轴套的结构示意图；图2为本发明实施例提供的双螺旋主轴温控系统的结构示意图；图3为本发明实施例提供的主轴的俯视图；图4为图3所示的主轴的截面示意图。如图1-4所示，本实施例提供的一种双螺旋主轴12温控系统，包括：

双螺旋轴套11机构，所述双螺旋轴套11机构包括双螺旋轴套11、主轴12和安装座；

所述双螺旋轴套11的内壁或所述主轴12的外壁沿轴向开设有两个螺旋状的螺旋凹槽13，所述主轴12通过所述安装座密封安装在所述双螺旋轴套11内，两个所述螺旋凹槽13在所述主轴12和所述双螺旋轴套11之间构成循环连通的进水通路和出水通路；

所述双螺旋轴套11上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别与所述进水通路和所述出水通路连通；

供水机构，所述供水机构的出口与所述进水口连通，用于向所述进水通路输送冷却水；所述供水机构的进口与所述出水口连通，用于回收所述出水通路的冷却水；

温控机构，所述温控机构用于监测所述进水口位置和所述出水口位置的水温值；

控制机构，所述控制机构与所述供水机构和所述温控机构控制连接，用于根据所述温控机构的监测结果控制所述供水机构的供水量。

由上可知，所述双螺旋轴套11机构通过双螺旋轴套11、主轴12和安装座组合构成，并且通过在所述双螺旋轴套11的内壁或所述主轴12的外壁沿轴向开设有两个螺旋状的螺旋凹槽13，使两个所述螺旋凹槽13在所述主轴12和所述双螺旋轴套11之间构成进水通路和出水通路，这个进水通路和出水通路是循环连通的，可以使冷却水进入从所述进水通路进入，然后流至进水通路的尽头后会进入出水通路，再经过出水通路流出。

所述双螺旋轴套11上开设的进水口和出水口分别与所述进水通路和所述出水通路连通，以用来向所述进水通路输送冷却水，以及使冷却水从出水口循环流出。进水口和出水口的直径可以为6mm的圆孔。切削物体以碲锌镉晶体为例，所述主轴12电机可选用直流驱动电机，力矩5.3nm，转速≤3000rpm，电机直径200mm，高度150mm。

所述螺旋凹槽13的设置位置可以在所述双螺旋轴套11的内壁或所述主轴12的外壁，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，在此便不再赘述。

基于上述结构，使用时可以利用所述控制机构控制所述供水系统向所述双螺旋轴套11的进水口输送冷却水，使冷却水在进水通路、出水通路和供水机构之间循环流动，吸收主轴12的热量。

与此同时，所述温控机构会实时或间隔一定时间监测所述进水口位置和所述出水口位置的水温值，当温控机构获取了所述进水口位置和所述出水口位置的水温值以后，所述控制机构便会获取这些水温值的信息，并计算出所述进水口位置和所述出水口位置的温差值。

在正常的使用状态下，该温差值应当保持动态平衡，稳定在预设的温度范围内，例如两处位置的温差值应当低于1℃。一旦两处位置的温差值大于了预设的温度范围，所述控制机构便会控制所述供水机构提高供水量，使更多的冷却水更快的在进水通路、出水通路和供水机构之间循环，以将两处位置的温差值降下来，保证主轴12工作环境温度的稳定性，保障主轴12正常工作。

综上所述，通过机械结构设计和控制系统相结合，有效解决了切削加工设备的主轴12对温度要求高，现有温度控制系统开环、装置复杂，水温不稳定的现象。适用于空气静压主轴12电机的温度控制，具有稳定可靠、控制简单、电机稳定运行的特点。

进一步的，在本发明的实施例中，所述温控机构包括：

第一传感器21和第二传感器22，所述第一传感器21和所述第二传感器22分别安装在所述进水口和所述出水口的位置，用于监测所述进水口位置和所述出水口位置的水温值。

为了方便所述第一传感器21和所述第二传感器22的安装，可以在所述进水口和所述出水口处设置安装孔，将所述第一传感器21和所述第二传感器22安装在所述安装孔内，从而牢固的安装在所述进水口和所述出水口的位置。安装孔的直径可以为4mm。

而利用所述第一传感器21和所述第二传感器22，便可以方便有效的对所述进水口位置和所述出水口位置的水温值进行监测，方便了数据信息的获取。所述第一传感器21和所述第二传感器22可以采用pt100铂热电阻精密温度传感器，尺寸4mm×30mm，不锈钢316钢管封装，具有防水、防油、防腐和耐酸的特点，安装在双螺旋轴套11的进水口和出水口的安装孔上，采用m8螺母固定。

进一步的，在本发明的实施例中，所述控制机构包括：

控制器31，所述控制器31与所述第一传感器21、所述第二传感器22和所述供水机构控制连接，用于获取所述进水口位置和所述出水口位置的水温值并计算两者的温差值，并根据所述温差值控制所述供水机构的供水量。

由于所述控制器31与所述第一传感器21、所述第二传感器22和所述供水机构控制连接，构成了闭合的控制回路，所以当所述控制器31获取了由所述第一传感器21和所述第二传感器22监测到的水温值，便能够及时的计算出所述进水口位置和所述出水口位置的温差值，并对温差值进行监测，当温差值超出了预设温度便可以及时的控制所述供水机构的供水量，对温差值进行稳定，使温差值保持在预设温度的范围之内。

控制器31可以选用欧姆龙plc控制器31，内部plc程序控制。第一传感器21和第二传感器22的信号反馈到控制器31上，通过一定电流下读取电压值，测算电阻值，从而得到对应的水温值，进而计算温差值。

优选的，在本发明的实施例中，所述供水机构包括：

水冷机41、进水管道42和出水管道43；所述进水管道42连通在所述水冷机41的出口和所述进水口之间，所述出水管道43连接在所述出水口和所述水冷机41的进口之间，用于在所述进水通路、所述出水通路和所述水冷机41之间形成循环的流道。

水冷机41可以选配带有控制接口的循环水冷机41，冷媒r410a，冷却水流量25l/min，控温范围在5℃～35℃，控温精度±0.1℃，水箱容积10l，制冷量5000w，控制信号线为rs485协议，与控制器31相连，用于远程设置水冷机41的水温和流量。

冷水机的出口通过φ8mm的进水管道42固定连接到双螺旋轴套11的进水口上；冷水机的进口通过φ8mm的进水管道42固定连接到双螺旋轴套11的出水口上。

利用进水管道42和出水管道43可以使所述进水通路、所述出水通路和所述水冷机41之间形成循环的流道，利用水冷机41也方便控制器31对供水量的控制。

优选的，在本发明的实施例中，所述双螺旋轴套11的端部设置有双密封圈，并通过所述双密封圈端面密封。双密封圈采用特氟龙。

本领域技术人员也可以采用其他密封结构或密封方式对双螺旋轴套11进行密封，在此便不再限定。

优选的，在本发明的实施例中，两个所述螺旋凹槽13的螺旋螺距均为15mm，槽宽均为4mm。这种槽宽和螺距既能够保证水流顺畅的流动，又能够保证进水通路和出水通路之间不互相影响。

优选的，在本发明的实施例中，所述控制器31上设置有io接口，所述第一传感器21、所述第二传感器22和所述水冷机41通过所述io接口与所述控制器31控制连接。

本发明还提供了一种双螺旋主轴12温控系统的控制方法，包括如权利要求所述的双螺旋主轴12温控系统，方法如下：

供水机构提供冷却水，并在所述进水通路、所述出水通路和所述供水机构之间循环流动；

所述温控机构监测所述进水口位置和所述出水口位置的水温值；

所述控制机构与所述供水机构和所述温控机构控制连接，根据所述温控机构的监测结果控制所述供水机构的供水量。

具体使用方法可以参考前文记载，在此便不再赘述。

进一步的，在本发明的实施例中，所述控制机构获取所述进水口位置和所述出水口位置的水温值并计算两者的温差值；

当所述温差值大于预设温差值时，所述控制机构控制所述供水机构增加供水量。

进一步的，在本发明的实施例中，所述预设温差值为1℃。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。