精密机床整机热平衡系统及方法与流程

1.本发明涉及精密机床设备领域，特别地，涉及一种精密机床整机热平衡系统及方法。


背景技术：

2.现有精密机床在长时间工作中，经常发生运动部件发热、机床局部热变形的情况，这些热变形情况将导致的机床精度损失。为克服上述缺陷，通常采用丝杠中空冷却、主轴循环冷却的方式，但这种方式是存在局限性的，只是通过主动冷却中和部分运动元件的发热量，对于机床运动中的其它热源和环境温度变化导致的热变形(如马达或其它摩擦运动件发热)影响无能为力，导致机床各部分在工作中温升不一，实际对机床热变形抑制作用很小。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种精密机床整机热平衡系统及方法，通过内置流道和储液腔，通过恒温油(水)箱采用室温同调形式循环冷却，对整个机床的基础部件和运动部件主动降温且保持各部位温度均匀，减少机床各部位温差，有效降低热变形对机床精度的影响。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种精密机床整机热平衡系统，包括储液箱、设置在机床各发热部件的导热腔、以及设置在机床马达位置的冷却罩；所述储液箱、导热腔、冷却罩之间通过导流管连接并形成循环闭环系统；所述储液箱、导热腔、冷却罩及导流管设有导热流体，以及驱动导热流体流动的驱动装置。
5.进一步地，位于机床外部的导热管采用普通软管，位于机床内部的导流管采用耐热管。
6.进一步地，所述冷却罩呈中空的圆柱状结构，且分布有多个相通的通道，以增大与热量接触面积。
7.进一步地，所述储液箱外部设有散热器，所述散热器与储液箱内部腔体连，导热流体流经散热器并通过散热器将热量传导至外部空气中，加快热量散发。
8.进一步地，所述导热腔、冷却罩内部均设有温度传感器用于获取各部位导热流体的温度信息。
9.本发明还提供了一种精密机床整机热平衡方法，包括所述的精密机床整机热平衡系统；具体步骤包括：
10.启动驱动装置，驱动导热流体由储液箱的输出端流出，沿导流管流经位于机床上部的导热腔；
11.导热流体再经导流管依次从上往下流动，途中分流进入冷却罩中和马达的热量；
12.所有分流的导热流体经导流管汇入位于机床下部的导热腔，再经储液箱输入端进入储液箱，导热流体再整个系统内完成循环流程，将机床各个发热件的热量导流至储液箱。
13.进一步地，所述导热流体为去离子水和丙二醇的混合溶液。
14.进一步地，所述去离子水与丙二醇的体积比为3：1至7：1。
15.本发明具有以下有益效果：
16.本发明通过导热腔、冷却罩将机床的各个发热部件所产生的热量传导至导热流体，导热流体通过导流管在各导热腔、冷却罩以及储液箱之间流动，其所携带的热量也跟随流动传导，使得机床的各发热部件之间的温差减小，有效降低因温差过大、温度急剧变化导致各部件形变差异大，从而减小对机床精度的影响。本系统属于主动型平衡系统，升(降)温和缓可控，不会导致夏(冬)季机床温度的急剧变化，保持机床各部分精度的热稳定性。封闭式循环回路系统，无泄漏、无污染。针对单台机床使用，不需要恒温车间等改善环境温度的投入，能耗小。在低温环境下，机床温度过低影响正常运作时，可对储液箱中的导热流体加热，通过导热流体将热量传递至机床各部件，使机床处于正常工作温度。
17.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1是本发明优选实施例的系统示意图；
20.图中：1、导热腔；2、耐热管、3、普通软管；4、冷却罩；5、储液腔；
具体实施方式
21.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
22.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于本发明构造进行定义的。因此，有可能会根据其所应用的不同场所、不同位置、及不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
23.参见附图，一种精密机床整机热平衡系统，包括储液箱5、设置在机床各发热部件的导热腔1、以及设置在机床马达位置的冷却罩4；所述储液箱5、导热腔1、冷却罩4之间通过导流管连接并形成循环闭环系统；所述储液箱5、导热腔1、冷却罩4 及导流管设有导热流体，以及驱动导热流体流动的驱动装置。位于机床外部的导热管采用普通软管3，位于机床内部的导流管采用耐热管2。通过导热腔1、冷却罩将机床的各个发热部件所产生的热量传导至导热流体，导热流体通过导流管在各导热腔1、冷却罩4以及储液箱5之间流动，其所携带的热量也跟随流动传导，使得机床的各发热部件之间的温差减小，有效降低因温差过大、温度急剧变化导致各部件形变差异大，从而减小对机床精度的影响。本系统属于主动型平衡系统，升(降)温和缓可控，不会导致夏(冬)季机床温度的急剧变化，保持机床各部分精度的热稳定性。封闭式循环回路系统，无泄漏、无污染。针对单台机床使用，不需要恒温车间等改善环境温度的投入，能耗小。
24.所述冷却罩4呈中空的圆柱状结构，且分布有多个相通的通道，以增大与热量接触面积，马达是机床中最主要的热量来源，其发热量大，温升速度块，设置分布有多个通道，该
通道与导流管连通，使导热流体进入其中，加快对马达热量的吸收传导。
25.所述储液箱5外部设有散热器，所述散热器与储液箱5内部腔体连，导热流体流经散热器并通过散热器将热量传导至外部空气中，加快热量散发。
26.所述导热腔1、冷却罩4内部均设有温度传感器用于获取各部位导热流体的温度信息。
27.一种精密机床整机热平衡方法，利用上述精密机床整机热平衡系统；具体步骤包括：启动驱动装置，驱动导热流体由储液箱5的输出端流出，沿导流管流经位于机床上部的导热腔1；
28.导热流体再经导流管依次从上往下流动，途中分流进入冷却罩4中和马达的热量；
29.所有分流的导热流体经导流管汇入位于机床下部的导热腔，再经储液箱5输入端进入储液箱5，导热流体再整个系统内完成循环流程，将机床各个发热件的热量导流至储液箱5。
30.其中，导热腔1可以根据其所靠近的发热件形状设定，增大与发热件热量接触面积。可根据导热流体及机床各发热件的温度情况适时开启散热器，当整体温度过高，开启散热器，传导至外部空气中，加快热量散发，减小高温对机床的影响。反之，在机床温度过低影响正常运作时，可对储液箱5中的导热流体加热，通过导热流体将热量传递至机床各部件。通过导热腔1、冷却罩4内部均设置的温度传感器，掌握导热腔、冷却罩及发热件的温度情况，根据温度情况调整导热流体流速以及散热器开启，导热流体通过驱动装置(如液体泵)所提供的动力来源流动，调整驱动装置的输出功率可控制导热流体的流速。
31.所述导热流体为去离子水和丙二醇的混合溶液。所述去离子水与丙二醇的体积比为3：1至7：1。该溶液无毒、无腐蚀性，不会对设备造成不良影响。
32.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。