[发明专利]一种用于机床系统冷却的水冷机装置及控制方法

权利要求书

1.一种用于机床整机冷却的水冷机装置的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、机床上电，水冷机上电，控制机构复位自检，传感器置位；

步骤2、机床开始加工零件，机床各发热位点温度开始上升，温度传感器开始采集发热点温度数据，并传送至控制机构；在控制机构的控制下水冷机进入低功耗运行，压缩机功率以最低功率运行，第一出水端口、第一进水端口、第二出水端口、第二进水端口及电磁节流阀流量调节至最低；

步骤3、机床持续加工，机床发热位点温度持续上升，温度传感器持续采集温度数据，并通信传输至控制系统；控制系统根据传热模型收集关键数据，并比对机床最佳工况温度数据库；

流动传热模型

当机床发热位点温度高于环境温度时，辐射散热和润滑油的挥发散热成为机床散热方式；

R＝hr(T-Tmrt)A

C＝hc(T-Ta)A

R是机床发热位点辐射换热量，C为对流换热量，T_mrt为平局辐射温度，h_r，h_c分别为辐射和对流换热系数，A是机床发热位点表面积；

通过比照采集的温度数据R,C得出温度变化数据T，比照机床最佳工况温度数据库，调节水冷机、出水端口、进水端口及电磁节流阀流量；

步骤4、

①当机床发热位点辐射换热量，对流换热量在机床最佳工况温度范围内时，控制机构向水冷机发出指令，保持水冷机当下低功率，低流量运行状态；

②当机床发热位点辐射换热量，对流换热量在机床最佳工况温度范围内持续上升温度数据濒临临界范围，控制机构判断发热位点温度机床温度即将超出最佳工况温度范围内时，控制机构开始发出指令调节水冷机功率，增加第一出水端口、第一进水端口、第二出水端口、第二进水端口及电磁节流阀流量，并根据温度变化数据评估水冷效果；

水冷机冷却液热交换模型

q_w＝c_wρQ(T_out-T_in)/A_cl

q_w为冷却液吸收热量；Q为管道内体积流量，单位m³/S；c_w为冷却液比热容，KJ/(kg·K),A_cl为机床发热位点冷却面积；

通过调节水冷机冷却液出水温度，管道流量使冷却液吸收热量达到目标范围；

步骤5、伴随水冷机对机床发热位点的持续冷却，温度传感器检测机床发热位点温度到达机床最佳工况温度控制范围内；控制系统向水冷机发出指令，调低水冷机功率，降低第一出水端口、第一进水端口、第二出水端口、第二进水端口及电磁节流阀流量；水冷机构进入低功率，低流量运行状态；至此，整个机构完成一个工作循环。

2.一种用于机床系统冷却的水冷机装置，采用权利要求1所述的方法，其特征在于，包括水冷机箱体，制冷机构，分流机构，控制机构；制冷机构和控制机构布置在水冷机箱体上，分流机构布置在机床上，与冷却管道相连接,控制机构通过数据线与水冷机交互面板建立通信，并进一步通过水冷机交互面板调节水冷机的制冷功率和出水速度；另一方面控制机构通过封装的变频器与分流机构中的节流阀建立控制关系，以进一步控制分流装置的分流速度；同时，机床上预设的温度传感器通过数据线与控制机构建立通信，实时获取温度传感器采集的数据信息。

3.根据权利要求2所述的一种用于机床系统冷却的水冷机装置，其特征在于，制冷机构包括压缩机，冷凝器，电动阀门，数字流量计，干燥过滤器，膨胀阀，蒸发器；其中，压缩机出口与冷凝器进口通过管道相连接，冷却剂通过管道从压缩机进入冷凝器，冷凝器通过电动阀门和流量计与外界水塔相连接，电动阀门和流量计对进入冷凝器的水流量进行检测和控制，冷凝器出口干燥过滤器进口通过管道相连接，干燥过滤器的出口与膨胀阀的入口通过管道相连接，膨胀阀的出口与蒸发器的入口通过管道相连接，蒸发器的出口与压缩机的进口通过管道相连接，冷却剂完成循环；此时，从机床流出的热水经过管道进入蒸发器，经过蒸发器冷却过后的水通过水泵回到机床对发热部件再次冷却，以此循环。