CN116690302A - 整体床身导轨的恒温控制系统、控制方法及数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体床身导轨的恒温控制系统、控制方法及数控机床。该控制系统包括：冷却腔体，设置于整体床身导轨的基座内，用于输送冷却介质，进而通过冷却介质降低导轨的温度；冷却设备，通过管道与冷却腔体紧密连接，用于冷却冷却介质，并将冷却后的冷却介质输送到冷却腔体中，回收冷却腔体排出的冷却介质；采集模块，用于采集导轨两端的温度，并将温度发送到控制模块；控制模块，用于根据导轨两端的温度控制冷却设备的运行，使导轨两端的温度均降到设定的温度值，并保持在设定的温度值。本发明实现对整体床身导轨温度的精准控制，避免导轨产生热变形进而影响刀具与工件的相对位置，从而影响机床的加工精度，影响工件的加工质量。

Description

整体床身导轨的恒温控制系统、控制方法及数控机床

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，更具体地，涉及一种整体床身导轨的恒温控制系统、控制方法及数控机床。

背景技术

在现代高速数控机床的加工过程中，热变形对数控机床加工精度的影响越来越受到重视。为了实现快速定位，需要机床移动部件在导轨上快速移动，机床移动部件与导轨之间的摩擦会产生大量的摩擦热，导致导轨热变形。床身导轨是机床主要部件相对运动位置的基准,其精度直接影响机床成形运动之间相对位置关系，导轨热变形会导致导轨面隆起，导轨边缘倾斜以及导轨的偏转及线性定位误差，机床移动部件在热变形后的导轨上运动，会影响刀具与工件的相对位置，从而影响机床的精度，影响工件的加工质量；目前导轨的温度可以通过以下方法进行控制：选用耐高温的直线导轨材料，如高温陶瓷材料，可以耐受高温，减少温度对导轨的影响；通过风扇或空调等冷却设备来降低导轨的温度，这种方法可以在一定程度上减少导轨因温度过高而产生的膨胀或变形；在导轨上添加导热材料，如铝制散热片等，将热量快速传导至散热片上，然后通过风扇或空调等设备将热量散发出去；在机床移动部件主轴上添加润滑油，减少导轨受的摩擦。但以上方法无法有效控制导轨的温度，仍会导致导轨出现热变形。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提出一种整体床身导轨的恒温控制系统、控制方法及数控机床，实现对整体床身导轨温度的精准控制，避免导轨热变形导致影响车削刀具与工件的相对位置，从而影响车床的精度，影响工件的加工质量。

为实现上述目的，本发明提出了一种整体床身导轨的恒温控制系统、控制方法及数控机床。

根据本发明的第一方面，提出了一种整体床身导轨的恒温控制系统，包括：

冷却腔体，安装于整体床身导轨的基座内，用于输送冷却介质，通过所述冷却介质将所述导轨受摩擦后产生的热量传离所述导轨，进而降低所述导轨的温度；

冷却设备，通过管道与所述冷却腔体紧密连接，用于冷却所述冷却介质，并将冷却后的所述冷却介质输送到所述冷却腔体中，回收所述冷却腔体排出的所述冷却介质；

采集模块，用于采集所述导轨两端的温度，并将所述温度发送到控制模块；

控制模块，用于根据所述温度控制所述冷却设备的运行，使所述导轨两端的温度均降到设定的温度值，并保持在设定的所述温度值。

可选地，所述冷却腔体包括：

多个C型冷却水道，多个所述C型冷却水道依次首尾相连在所述基座内部形成蛇形水道腔体，相邻的所述C型冷却水道的开口朝向相反的方向。

可选地，所述冷却腔体还包括：

输入端，所述输入端与所述冷却腔体首端相连接，设置于所述基座的外侧面；

输出端，所述输出端与所述冷却腔体末端相连接，设置于所述基座的外侧面。

可选地，所述系统还包括：

第一温度传感器，安装于所述基座的外侧面，相邻所述输入端，用于检测所述输入端处的导轨的温度；

第二温度传感器，安装于所述基座的外侧面，相邻所述输出端，用于检测所述输出端处的导轨的温度。

可选地，所述采集模块分别通过所述第一温度传感器和所述第二温度传感器采集所述输入端处的导轨的温度和所述输出端处的导轨的温度。

可选地，所述控制模块根据所述输入端处的导轨的温度和所述输出端处的导轨的温度控制所述冷却设备的运行，进而调节所述冷却介质的输出温度和输出流量，使所述输入端处的导轨的温度和所述输出端处的导轨的温度降到设定的所述温度值，并保持恒温。

可选地，所述管道包括：

第一管道和第二管道；

所述冷却设备的输出端与所述冷却腔体的输入端通过所述第一管道相连接；

所述冷却设备的输入端与所述冷却腔体的输出端通过所述第二管道相连接。

可选地，所述第一管道和所述第二管道的材质包括：

橡胶、塑料或金属。

根据本发明的第二方面，提出了一种整体床身导轨的恒温控制方法，应用于第一方面任一项所述的整体床身导轨的恒温控制系统，包括：

在整体床身导轨的基座内设置冷却腔体；

通过管道将所述冷却腔体与冷却设备紧密连接；

所述冷却设备将冷却介质冷却后输送到所述冷却腔体，对受摩擦的所述导轨进行降温，回收所述冷却腔体排出的所述冷却介质；

采集所述导轨两端的温度，并根据所述温度控制所述冷却设备的运行，使所述导轨两端的温度均降到设定的温度值，并保持在设定的所述温度值。

根据本发明的第三方面，提出了一种数控机床，所述数控机床包括第一方面任一项所述的整体床身导轨的恒温控制系统。

本发明的有益效果在于：本发明通过冷却设备将冷却介质冷却后输送到设置于整体床身导轨的基座内的冷却腔体，通过冷却后冷却介质带走导轨受摩擦产生的热量，通过冷却设备回收冷却腔体排出的升温后的冷却介质，并将其再次进行冷却，冷却后输送到冷却腔体，实现对导轨的循环不断的降温；通过控制模块根据采集模块采集的导轨两端的温度控制冷却设备的运行，使导轨两端的温度均降到设定的温度值，并保持在设定的温度值实现对整体床身导轨温度的精准控制，避免导轨发生热变形进而影响刀具与工件的相对位置，从而影响机床的加工精度，影响工件的加工质量。

本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一种整体床身导轨的恒温控制系统的示意图。

图2示出了根据本发明的实施例1的一种整体床身导轨的恒温控制系统的机床床身的平面示意图。

图3示出了根据本发明的实施例1的一种整体床身导轨的恒温控制系统的基座的内部结构示意图。

图4示出了根据本发明的实施例2的一种整体床身导轨的恒温控制方法的步骤的流程图。

附图说明：1、基座，2、冷却腔体，3、输入端，4、输出端，5、止水板，6、第一温度传感器，7、第二温度传感器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如图1所示，根据本发明的一种整体床身导轨的恒温控制系统，包括：

冷却腔体，设置于整体床身导轨的基座内，用于输送冷却介质，通过冷却介质将导轨受摩擦后产生的热量传离导轨，进而降低导轨的温度；

冷却设备，通过管道与冷却腔体紧密连接，用于冷却冷却介质，并将冷却后的冷却介质通过管道输送到冷却腔体中，回收冷却腔体排出的冷却介质；

采集模块，用于采集导轨两端的温度，并将温度发送到控制模块；

控制模块，用于根据温度控制冷却设备的运行，使导轨两端的温度均降到设定的温度值，并保持在设定的温度值。

具体地，本发明的恒温控制系统包括：冷却腔体、冷却设备、采集模块和控制模块；冷却腔体设置在整体床身导轨的基座内，通过冷却设备对冷却介质进行冷却并将冷却介质输送到冷却腔体中，通过冷却后的冷却介质将导轨受摩擦后产生的热量传离导轨，进而降低导轨的温度，通过冷却设备回收冷却腔体流出的冷却介质并进行冷却，实现对导轨的不间断循环冷却；通过采集模块采集导轨两端的温度，也就是冷却腔体输入端处和输出端处导轨的温度，发送到控制模块，控制模块根据导轨两端的温度控制冷却设备的运行，例如控制冷却设备调节输出冷却介质的流量、温度等，使导轨两端的温度快速达到设定的温度值，此时导轨两端的温度相同，然后控制冷却设备调节输出冷却介质的流量、温度等，使导轨两端的温度保持在设定的温度值。

在一个示例中，冷却腔体包括：

所述冷却腔体包括：

多个C型冷却水道，多个C型冷却水道依次首尾相连在基座内部形成蛇形水道腔体，相邻的C型冷却水道的开口朝向相反的方向。

具体地，冷却腔体包括多个C型冷却水道，多个C型冷却管依次首尾相连顺着导轨的方向在基座内部形成蛇形水道腔体，相邻的C型冷却水道的开口朝向相反的方向，当冷却介质在水道腔体内流动时，在转弯处能够产生湍流，利于进行热交换，从而提升冷却效果。

在一个示例中，冷却腔体还包括：

输入端，输入端与冷却腔体首端相连接，设置于基座的外侧面；

输出端，输出端与冷却腔体末端相连接，设置于基座的外侧面。

具体地，冷却腔体还包括输入端和输出端，冷却腔体的输入端与冷却腔体首端相连接，冷却腔体的输出端与冷却腔体末端相连接，即输入端设置在导轨两端的一端的基座内，输出段设置在导轨两端的另一端的基座内，在为方便将冷却腔体的输入端和输出端连接到冷却设备，且不影响机床移动部件在导轨上移动，将冷却腔体的输入端和输出端安装在基座的同一侧面，且此侧面面向冷却设备，然后将冷却腔体的输入端与冷却设备的输出端通过管道紧密的连接在一起，将冷却腔体的输出端与冷却设备的输入端通过管道紧密的连接在一起，以防冷却介质在输送过程中在此处发生泄漏，影响机床的正常运行。

在一个示例中，在本发明中，还包括：

第一温度传感器，安装于基座的外侧面，相邻输入端，用于检测输入端处的导轨的温度；

第二温度传感器，安装于基座的外侧面，相邻输出端，用于检测输出端处的导轨的温度。

具体地，在基座外侧面相邻输入端的位置设置第一温度传感器的安装口，通过此安装口将第一温度传感器安装于基座的外侧面，并将第一温度传感器的探头放入基座内，实时检测冷却腔体输入端处的基座的温度，此处基座的温度即此处导轨的温度，以同样的方法将第二温度传感器安装在基座的外侧面相邻输出端的位置，实时检测冷却腔体输出端处的基座的温度，也可以根据实际情况将第一温度传感器和第二温度传感器分别安装在相邻输入端位置和相邻输出端位置的导轨上，直接检测输入端和输出端附件导轨的温度；冷却介质从冷却腔体的输入端进入冷却腔体后，因不断与基座的热量产生热交换，冷却介质的温度在冷却腔体流动时不断上升，使冷却介质的冷却效果不断下降，使得冷却腔体输出端处的基座温度高于输入端处的基座的温度，即冷却腔体输出端处的导轨温度高于输入端处的导轨温度，导轨两端不均衡容易导致导轨变形，进而影响机床移动部件的移动，故需实时检测导轨两端的温度，使其尽快达到相同的温度值。

在一个示例中，采集模块分别通过第一温度传感器和第二温度传感器采集输入端处的导轨的温度和输出端处的导轨的温度。

具体地，采集模块与第一温度传感器和第二温度传感器电连接，通过第一温度传感器和第二温度传感器来采集导轨两端的温度。

在一个示例中，控制模块根据输入端处的导轨的温度和输出端处的导轨的温度控制冷却设备的运行，进而调节冷却介质的输出温度和输出流量，使输入端处的导轨的温度和输出端处的导轨的温度降到设定的温度值，并保持恒温。

具体地，控制模块根据采集模块发来的导轨两端的实时温度控制冷却设备的运行，例如，控制冷却设备调节输出冷却介质的流量、温度等参数，将导轨两端的温度快速降低到设定的温度值，然后控制冷却设备调节输出冷却介质的流量、温度等参数，使导轨两端的温度始终处于设定的温度值。

例如，冷却导轨前，控制冷却设备将冷却介质冷却至室温±1℃后，再将冷却介质输送到冷却腔体对导轨进行冷却，冷却过程中可以控制冷却设备改变冷却介质的流量、温度等加速冷却过程或者使导轨两端的温度趋向一致，当导轨两端的温度都降低到设定的温度值时，控制冷却设备改变冷却介质的流量、温度等使导轨两端的温度保持在设定的温度值。

在一个示例中，管道包括：

第一管道和第二管道；

冷却设备的输出端与冷却腔体的输入端通过第一管道相连接；

冷却设备的输入端与冷却腔体的输出端通过第二管道相连接。

具体地，连接冷却设备与冷却腔体的管道分别为第一管道和第二管道，冷却设备的输出端与冷却腔体的输入端通过第一管道相连接，冷却设备的输入端与冷却腔体的输出端通过第二管道相连接；第一管道与冷却设备的输出端和冷却腔体的输入端均以螺纹的方式连接，第二管道与冷却设备的输入端和冷却腔体的输出端均以螺纹的方式连接。

在一个示例中，所述第一管道和所述第二管道的材质包括：

橡胶、塑料或金属。

具体地，冷却设备的输出端与冷却腔体的输入端的通过第一管道连接，冷却设备的输入端与冷却腔体的输出端的通过第一管道连接，可根据实际需求选择管道的材质，例如选择易于移动和连接的橡胶管，或者选择易于固定、不易破环的金属管。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供了一种整体床身导轨的恒温控制系统，包括：

如图2所示，冷却腔体2，设置于整体床身导轨的基座1内，如图3所示，冷却腔体2包括多个C型冷却水道，多个C型冷却水道依次首尾相连在基座1内部形成蛇形水道腔体，即冷却腔体2，相邻的C型冷却水道的开口朝向相反的方向；通过电钻从基座1的侧面沿侧面中心线等距钻出多个贯通基座1的孔，在基座1的一侧将首个孔与第二个孔之间部分钻通，在基座1的另一侧将第二个孔与第三个孔之间的部分钻通，以此类推，将每个孔均连通，但孔与孔之间的连通位置因一侧与外界连通，故将止水板5固定在此连通位置，进而形成冷却腔体2；将冷却腔体2的输入端3设置在基座1的一端的侧面，与冷却腔体2的首端连接，冷却腔体2的输入端3与冷却设备的输出端通过胶管连接，冷却腔体2的输入端3为内螺纹结构，胶管采用外螺纹的接头与输入端3螺纹连接；冷却腔体2的输出端4安装在基座1的另一端，与冷却腔体2的尾端连接，冷却腔体2的输出端4通过胶管与冷却设备的输入端连接，冷却腔体2的输出端4为内螺纹结构，胶管采用外螺纹的接头与输出端4螺纹连接；冷却腔体2用于输送冷却介质，导轨受摩擦后产生的热量传递到基座1，通过冷却介质带走基座1的热量，进而降低导轨的温度；

冷却设备，用于冷却冷却介质，并将冷却后的冷却介质输送到冷却腔体2中，回收即冷却冷却腔体2排出的冷却介质；

采集模块，用于通过第一温度传感器6和第二温度传感器7分别采集冷却腔体2输入端3处的导轨的温度和冷却腔体2输出端4处的导轨的温度，将第一温度传感器6安装于冷却腔体2的输入端3处的基座1的外侧面，实时检测冷却腔体2输入端3处的基座1的温度，将第二温度传感器7安装于冷却腔体2的输出端4处的基座1的外侧面，实时检测冷却腔体2输出端4处的基座1的温度，测量基座1的温度即测量导轨的温度；

控制模块，用于根据采集模块发来的基座1两端的实时温度控制冷却设备的运行；对导轨进行冷却前，控制冷却设备将冷却介质冷却至室温±1℃后，再将冷却介质输送到冷却腔体2对导轨进行冷却，冷却过程中可以控制冷却设备改变冷却介质的流量、温度等加速冷却过程或者使导轨两端的温度趋向一致，当导轨两端的温度都降低到设定的温度值时，控制冷却设备改变冷却介质的流量、温度等使导轨两端的温度保持在设定的温度值。

实施例2

如图4所示，本实施例提供了一种整体床身导轨的恒温控制方法，应用于实施例1所述的整体床身导轨的恒温控制系统，包括：

在整体床身导轨的基座内设置冷却腔体；通过电钻从基座的侧面沿侧面中心线等距钻出多个贯通基座的孔，在基座的一侧将首个孔与第二个孔之间的部分钻通，在基座的另一侧将第二个孔与第三个孔之间的部分钻通，以此类推，将每个孔与相邻的孔均连通，用止水板将孔与孔之间的连通区域封堵，进而在基座内部形成蛇形冷却腔体；

通过胶管将冷却腔体与冷却设备紧密连接；将一根胶管的一端与冷却腔体的输入端通过管接头以螺纹方式连接，另一端与冷却设备的输出端通过管接头以螺纹方式连接；将另一根胶管的一端与冷却腔体的输出端通过管接头以螺纹方式连接，另一端与冷却设备的输入端通过管接头以螺纹方式连接；

冷却设备将冷却介质冷却后通过胶管输送到冷却腔体，对受摩擦的导轨进行降温，回收冷却腔体排出的完成热交换的冷却介质；

通过第一温度传感器和第二温度传感器采集导轨两端的温度，并根据采集的导轨两端的温度控制冷却设备的运行，使导轨两端的温度均降到设定的温度值，并保持在设定的温度值。

实施例3

本实施例提供了一种数控机床，所述数控机床包括实施例1所述的整体床身导轨的恒温控制系统。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，包括：

冷却腔体，设置于整体床身导轨的基座内，用于输送冷却介质，通过所述冷却介质将所述导轨受摩擦后产生的热量传离所述导轨，进而降低所述导轨的温度；

冷却设备，通过管道与所述冷却腔体紧密连接，用于冷却所述冷却介质，并将冷却后的所述冷却介质通过所述管道输送到所述冷却腔体中，回收所述冷却腔体排出的所述冷却介质；

采集模块，用于采集所述导轨两端的温度，并将所述温度发送到控制模块；

控制模块，用于根据所述温度控制所述冷却设备的运行，使所述导轨两端的温度均降到设定的温度值，并保持在设定的所述温度值。

2.根据权利要求1所述的整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，所述冷却腔体包括：

多个C型冷却水道，多个所述C型冷却水道依次首尾相连在所述基座内部形成蛇形水道腔体，相邻的所述C型冷却水道的开口朝向相反的方向。

3.根据权利要求1所述的整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，所述冷却腔体还包括：

输入端，所述输入端与所述冷却腔体首端相连接，设置于所述基座的外侧面；

输出端，所述输出端与所述冷却腔体末端相连接，设置于所述基座的外侧面。

4.根据权利要求3所述的整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，还包括：

第一温度传感器，安装于所述基座的外侧面，相邻所述输入端，用于检测所述输入端处的导轨的温度；

第二温度传感器，安装于所述基座的外侧面，相邻所述输出端，用于检测所述输出端处的导轨的温度。

5.根据权利要求4所述的整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，所述采集模块分别通过所述第一温度传感器和所述第二温度传感器采集所述输入端处的导轨的温度和所述输出端处的导轨的温度。

6.根据权利要求5所述的整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，所述控制模块根据所述输入端处的导轨的温度和所述输出端处的导轨的温度控制所述冷却设备的运行，进而调节所述冷却介质的输出温度和输出流量，使所述输入端处的导轨的温度和所述输出端处的导轨的温度降到设定的所述温度值，并保持恒温。

7.根据权利要求3所述的整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，所述管道包括：

第一管道和第二管道；

所述冷却设备的输出端与所述冷却腔体的输入端通过所述第一管道相连接；

所述冷却设备的输入端与所述冷却腔体的输出端通过所述第二管道相连接。

8.根据权利要求4所述的整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，所述第一管道和所述第二管道的材质包括：

橡胶、塑料或金属。

9.一种整体床身导轨的恒温控制方法，应用于权利要求1-8任一项所述的整体床身导轨的恒温控制系统，其特征在于，包括：

在整体床身导轨的基座内设置冷却腔体；

通过管道将所述冷却腔体与冷却设备紧密连接；

所述冷却设备将冷却介质冷却后输送到所述冷却腔体，对受摩擦的所述导轨进行降温，回收所述冷却腔体排出的所述冷却介质；

采集所述导轨两端的温度，并根据所述温度控制所述冷却设备的运行，使所述导轨两端的温度均降到设定的温度值，并保持在设定的所述温度值。

10.一种数控机床，其特征在于，所述数控机床包括权利要求1-8任一项所述的整体床身导轨的恒温控制系统。