仪器信息网APP
选仪器、听讲座、看资讯
立即体验
APP内打开
回版面
评论
收藏
点赞
拍砖
举报
取消
发布
当前位置:
仪器社区
>
物性测试仪器
>
物性测试综合讨论
>
帖子详情
高速电主轴冷却系统中的电控针阀流量闭环控制解决方案
上海依阳
2023/08/01
私聊
物性测试综合讨论
摘要:为解决电主轴热误差影响大以及预热和冷却响应速度慢的问题,本文基于改变冷却介质热容可调节散热量的原理,提出了高速和高精度冷却液流量调节的闭环控制解决方案。解决方案中的反馈式闭环控制系统主要包括非接触式位移传感器、高速电控针阀和高精度
PID
控制器,通过高速和高精度电控针阀对冷却介质流量进行实施调节,可快速改变作用在主轴上的散热量,使主轴轴向热变形快速达到最小值并始终保持稳定状态。
1. 问题的提出
对于高速数控机床而言,热误差是机床最主要误差,而电主轴则是热误差的主要误差源之一。为有效降低电主轴发热的影响,研究工作主要集中在电主轴冷却结构和冷却控制方面,但仍存在以下两方面的技术难点需要攻克:
(1)冷却效果差:还需根据电主轴内部温度场的分布进行冷却结构设计以及差异化冷却。
(2)响应速度慢:缺乏主动热误差控制技术手段,需实现电主轴温度的自动闭环控制。
目前国际上电主轴热误差控制的最高水平是瑞士FISCHER公司的电主轴及其主动式冷却技术,其关键是将冷却回路集成在主轴中而大幅降低了热误差,使轴向膨胀减少了70%。特别是响应速度极快,预热和冷却时间大幅减少,等待时间缩短五倍。其热误差控制效果如图1所示。
图1 瑞士FISCHER公司电主轴冷却效果示意图
为解决国内电主轴热误差影响大以及预热和冷却响应速度慢的问题,本文基于改变冷却介质热容以调节散热的原理,提出了高速和高精度冷却液流量调节的闭环控制解决方案。
2. 解决方案
在电主轴冷却过程中,除了需要电主轴具有合理的冷却结构之外,还要求能将主轴所产生的热量及时带走,并使主轴受热引起的膨胀量快速达到最小值且保持恒定。
针对国内电主轴冷却响应速度慢的问题,本文的解决方案是基于改变冷却介质热容的原理,即改变冷却介质流量来改变冷却介质热容,这意味着快速改变了作用在主轴上冷却量,由此来主动调节主轴温度并快速达到稳定。解决方案的实施采用闭环控制系统,闭环控制系统包括检测电主轴热膨胀位移量的非接触位移探测器、接收主轴热膨胀变形信号的高精度PID控制、受PID控制器驱动并对恒温冷却介质流量进行高速精密调节的电子针阀,此闭环控制系统结构如图2所示。
图2 电主轴主动冷却闭环控制系统结构示意图
在此解决方案中,闭环控制系统中每一个部件的精度和响应速度等技术指标都会影响到电主轴最终热误差的控制精度。
对于非接触位移探测器而言,需要具有几个微米的测量精度和一秒量级的响应速度,对于高速高精度机场的电主轴则可能需要更高位移测量精度和响应速度。位移探测器一般选择激光式或电容式位移传感器。
对于冷却介质流量的调节,需根据电主轴规格、发热量和冷却介质最大输出流量选择相应流量调节范围的电控针阀,但无论流量调节是什么范围,都要求电控针阀具有小于一秒的响应速度,并具有很好的线性度,为此在本解决方案中选择采用了NCNV系列电动针阀,可直接采用模拟信号0~10V进行控制,响应速度800ms,线性度0.1~11%,孔径范围为0.95~6.7mm,液体水的最大流量范围是0.94~62.4L/min,流量调节分辨率为0.1~2L/min,完全可以满足各种规格电主轴的快速冷却调节。
对于PID控制器,解决方案选择了VPC2021系列超高精度PID控制器,此PID控制器具有24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比,可充分发挥位移探测器和电控针阀的高精度优势。同时此系列PID控制器还具有独立双通道控制、PID自整定、RS485通讯接口、串行控制和计算机软件等高级功能,可对两个冷却回路进行同时控制,便于进行调试以及后续的上位机通讯。
3. 总结
综上所述,通过此解决方案所使用的直接冷却流量调节的闭环控制系统,结合合理的冷却结构设计,可大幅度减少电主轴的轴向膨胀,使预热和冷却速度更快,可大幅缩短等待时间。更重要的是采用了闭环控制方式,使电主轴始终处于稳定的热条件下,保证了加工精度的重复性,使得废品率更低。另外这种主动式冷却方案可有效散发主轴中产生的热量,提高了电机过载能力。
~~~~~~~~~~~~~~~~~
附件:
快速降低电主轴热误差的电动针阀冷却流量调节解决方案.pdf
相关话题
1
石英灯和石墨加热器高温热环境考核试验中的低气压控制解决方案
2
超高精度低温程序控制中的电增压液氮泵稳压恒流解决方案
3
压汞法测试孔径参数分析报告
4
材料的温度平衡
5
通过位移传感器和TEC制冷直接补偿电主轴Z向热变形的解决方案
近期热榜
【官方邀请】高效液相色谱使用情况有奖调研
反向液相色谱柱使用过程中的常见问题及排查经验分享
学习|测量不确定度干货知识讲解
丹纳赫四十周年寄语征集领大礼包
热门活动
【售后专场--招聘会】
第三届微课大赛投票进行中ing
猜你喜欢
最新推荐
热门推荐
更多推荐
蓝色荧光蛋白1双光子吸收截面
求助
2022/07/23
平板硫化仪的保养维护,怎么做才对?
分享
2023/04/19
使用安全气囊点爆试验舱 让安全为生命保驾护航
分享
2022/03/21
腐蚀慢拉伸试验机技术
原创
2024/01/17
工具零件密度计说明书
分享
2019/10/10
【分享】《材料物理基础》书籍
2006/03/10
【讨论】支化聚合物的分子量可用什么仪器测?
2009/09/23
【求助】谁有msit,帮我查一下关于Ti-Al-C体系的热力学数据
2009/04/27
图层耐磨测试中橡皮伸出铜套的长度多长,有规定吗?
已应助
2024/09/24
不燃性测试炉操作规程
分享
2024/09/23
计算器显示屏显示是什么问题
讨论
2024/09/22
浊度仪按技术分类属于哪一类
已应助
2024/09/20
磁性测试求助
求助
2024/09/19
DMA-80直接测汞仪,吹扫阶段有没有明显的气流声
原创
2024/09/18
【金秋计划】博勒飞DV-S粘度计使用注意事项
分享
2024/09/16
【金秋计划】图层耐磨测试注意事项
分享
2024/09/14
能力验证结果的整改
第十七届原创
2024/09/18
内审员在实验室中的作用
第十七届原创
2024/09/18
人比人真的该死!”-同是去参观实验室的两个人给带来的收获却是不同的!!
第十七届原创
2024/09/18
有经验的新进人员为什么就不能“拿来即用”哪?
第十七届原创
2024/09/18
刚买的设备采用了几天怎么就坏了?
第十七届原创
2024/09/18
实验室评审结果的遐思
第十七届原创
2024/09/18
检测报告出问题真正的法律责任应该由谁来负?
第十七届原创
2024/09/18
植物油中其他油的色谱检测初探
第十七届原创
2024/09/18
迷迷糊糊睡着了
分享
2023/07/06
有关Ag??XPS的问题
原创
2023/07/06
人生如花
分享
2023/07/06
举报资料“电子显微镜中国市场调查报告”
2023/07/06
大佬们好,本
原创
2023/07/05
【1035】问:所有采购方式都可以组织资格预审吗?
讨论
2023/07/05
【1034】问:询价项目,投标保证金递交截止时间已过还能质疑吗?
讨论
2023/07/05
【1033】问:招标文件(含评审标准)能否在网上公示?
讨论
2023/07/05
品牌合作伙伴
岛津
日立科学仪器
珀金埃尔默仪器(上海)有限公司(PerkinElmer)
日本电子株式会社
丹纳赫
安捷伦
赛默飞世尔科技
普析通用
欧波同
天美
天瑞仪器
德国耶拿
海能技术
马尔文帕纳科
磐诺科技
上海仪电科仪
梅特勒托利多
聚光科技
莱伯泰科
盛瀚
多宁生物
丹东百特
科哲
卓立汉光
屹尧科技
华谱科仪
宝德仪器
优莱博
HORIBA
布鲁克核磁
举报帖子
执行举报
点赞用户
好友列表
加载中...
正在为您切换请稍后...