本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種適用于機(jī)床溫度場(chǎng)差異化控制的溫控板溫控能力測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)正朝著高精度、高速度、高效率的方向飛速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品對(duì)于換代速度，縮短設(shè)計(jì)、加工周期等要求越來(lái)越高，所以高速、高精度數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。精密機(jī)床在工作時(shí)，受到車(chē)間環(huán)境溫度變化、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)摩擦發(fā)熱、切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱以及冷卻介質(zhì)的影響，造成機(jī)床各部件因發(fā)熱和溫升不均勻而產(chǎn)生不同程度的熱變形，使得刀具中心點(diǎn)與工件之間產(chǎn)生相對(duì)位移產(chǎn)生變化。對(duì)于精密機(jī)床而言，熱變形/熱誤差對(duì)其精度/精度保持性具有嚴(yán)重的影響，因此針對(duì)精密機(jī)床(大件/功能部件)熱態(tài)特性的主動(dòng)控制研究顯得尤為重要。循環(huán)冷卻液換熱作為一種常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)熱平衡/熱誤差控制方法，已被廣泛采用于機(jī)床的溫度控制。其基本思想是通過(guò)對(duì)精密臥式加工中心整機(jī)/關(guān)鍵功能部件內(nèi)部冷卻循環(huán)液供液工況的調(diào)控，減少生熱部件和環(huán)境及結(jié)構(gòu)的熱交換，以保持精密臥式加工中心結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的均恒性，從而降低其結(jié)構(gòu)熱變形。目前，對(duì)于大件熱變形補(bǔ)償可采用溫控板，溫控板內(nèi)設(shè)置冷卻液流道以及冷卻液進(jìn)、出口，通過(guò)將溫控板安裝在機(jī)床的不同位置，并向溫控板內(nèi)通入循環(huán)冷卻液，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床部件的變形補(bǔ)償。

然而現(xiàn)有技術(shù)中，只是直接將溫控板直接安裝在機(jī)床上，簡(jiǎn)單的進(jìn)行熱變形補(bǔ)償，而忽略了不同的溫控板在不同工況下的換熱能力和壓力損失是不同的，所以本發(fā)明提出一種適用于機(jī)床溫度場(chǎng)差異化控制的溫控板溫控能力測(cè)試方法,可以測(cè)定出指定的溫控板在不同工況下的換熱能力和壓力損失，從而為后續(xù)實(shí)現(xiàn)溫控板智能控制提供依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于機(jī)床溫度場(chǎng)差異化控制的溫控板溫控能力測(cè)試方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種適用于機(jī)床溫度場(chǎng)差異化控制的溫控板溫控能力測(cè)試方法，包括如下步驟：

步驟一，溫控板的冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口連接循環(huán)冷卻液系統(tǒng)，并對(duì)溫控板換熱面施加一恒溫?zé)彷d荷；

步驟二，檢測(cè)溫控板在不同冷卻液進(jìn)口流量和不同冷卻液進(jìn)口溫度下，溫控板的冷卻液出口的溫度大小以及冷卻液進(jìn)口的壓力大小和冷卻液出口的壓力大??；

步驟三，計(jì)算溫控板換熱面的熱流密度大小和溫控板的冷卻液沿程壓力損失；

步驟四，擬合出溫控板的冷卻液進(jìn)口流量q、冷卻液進(jìn)口溫度tinlet和溫控板換熱面熱流密度q的非線性回歸方程，q＝f2(q,tinlet)，以及擬合出溫控板的冷卻液進(jìn)口流量q、冷卻液進(jìn)口溫度tinlet和冷卻液進(jìn)出口壓差δp的非線性回歸方程，δp＝f1(q,tinlet)；

步驟五，改變溫控板換熱面的熱載荷大小，并重復(fù)步驟二、步驟三、步驟四，從而得到溫控板在不同熱載荷情況下的冷卻液進(jìn)口流量、冷卻液進(jìn)口溫度和溫控板換熱面熱流密度的非線性回歸方程以及冷卻液進(jìn)口流量、冷卻液進(jìn)口溫度和冷卻液進(jìn)出口壓差的非線性回歸方程。

進(jìn)一步的，步驟三中，溫控板的冷卻液沿程壓力損失采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

δp＝pinlet-poutlet

其中pinlet為冷卻液進(jìn)口壓力，poutlet為冷卻液出口壓力；

所述溫控板換熱面的熱流密度采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

q＝h/s，

其中，h為單位時(shí)間的換熱量，所述s為換熱板的面積，

h＝cρqδt

c為冷卻液的比熱容，所述ρ為冷卻液的密度，所述q為冷卻液的流量，δt為溫控板冷卻液進(jìn)出口溫度差。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)溫控板在不同冷卻液進(jìn)口流量和不同進(jìn)口溫度下?lián)Q熱面熱流密度大小和冷卻液進(jìn)出口壓力損失大小，然后擬合出冷卻液進(jìn)口流量、進(jìn)口溫度和溫控板換熱面熱流密度的非線性回歸方程以及進(jìn)口流量、進(jìn)口溫度和冷卻液進(jìn)出口壓力損失非線性回歸方程，從而精確標(biāo)定出溫控板在不同工況下的換熱能力和壓力損失，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)溫控板智能控制提供依據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行機(jī)床溫度場(chǎng)的差異化控制。彌補(bǔ)了以往相關(guān)研究成果的缺陷，可靠性高，且應(yīng)用方便。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的溫控板溫控能力測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的溫控板溫控能力測(cè)試方法流程圖；

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

請(qǐng)參閱圖1，一種溫控板溫控能力測(cè)試系統(tǒng)，包括一可輸出不同溫度和流量冷卻液的循環(huán)冷卻液系統(tǒng)1、待測(cè)的溫控板2、電加熱裝置3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4、用于處理數(shù)據(jù)的pc機(jī)5，以及溫度傳感器6和壓力傳感器7；

溫控板的冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口與循環(huán)冷卻液系統(tǒng)連接，通過(guò)循環(huán)冷卻液系統(tǒng)為溫控板的冷卻液進(jìn)口輸入不同溫度和不同流量的冷卻液；所述循環(huán)冷卻液系統(tǒng)可輸出不同溫度和流量的冷卻液，循環(huán)冷卻液系統(tǒng)由循環(huán)系統(tǒng)干路及多通道循環(huán)支路組成，循環(huán)系統(tǒng)干路包括一臺(tái)冷卻循環(huán)機(jī)和一個(gè)循環(huán)泵，冷卻循環(huán)機(jī)設(shè)有冷卻液輸出溫度檢測(cè)裝置和液位檢測(cè)裝置，每組冷卻循環(huán)支路包括一個(gè)獨(dú)立調(diào)溫箱采用pid控制模式，冷卻循環(huán)支路與溫控板的冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口連接，從而控制溫控板的冷卻液進(jìn)口溫度和進(jìn)口流量；

所述電加熱裝置3為一電加熱爐，所述溫控板2布置在電加熱裝置3上，通過(guò)調(diào)節(jié)電加熱裝置的輸出溫度即可得到所要施加的目標(biāo)溫度大小；

在溫控板的冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口分別安裝溫度傳感器6，以及在溫控板的冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口分別安裝壓力傳感器7；溫度傳感器6和壓力傳感器7都與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與pc機(jī)5相連。

請(qǐng)參閱圖2，一種能適用于機(jī)床溫度場(chǎng)差異化控制的溫控板溫控能力測(cè)試方法，包括如下步驟：

步驟一，設(shè)定電加熱裝置溫度大小，使電加熱裝置向溫控板換熱面輸出某一恒定溫度，初始時(shí)，設(shè)定為需要標(biāo)定的溫度下限值；

步驟二，設(shè)定循環(huán)冷卻液系統(tǒng)的輸出冷卻液流量大小和溫度大小(循環(huán)冷卻液系統(tǒng)的輸出冷卻液的流量即為溫控板冷卻液入口的冷卻液流量，循環(huán)冷卻液系統(tǒng)的輸出冷卻液的溫度即為溫控板冷卻液入口的冷卻液溫度)，初始時(shí)，將循環(huán)冷卻液系統(tǒng)的輸出冷卻液的流量和輸出冷卻液的溫度設(shè)定為需要標(biāo)定的下限值；

步驟三，保持溫控板冷卻液入口的溫度大小不變，改變溫控板冷卻液入口的流量大小(即改變循環(huán)冷卻液系統(tǒng)的輸出冷卻液的流量)，每次增加1l/min，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集每次流量變化時(shí)，溫控板的冷卻液進(jìn)出口溫度大小以及冷卻液進(jìn)出口壓力大小，直至流量增加到需要標(biāo)定的流量上限為止；

步驟四，改變溫控板冷卻液入口的溫度(即改變循環(huán)冷卻液系統(tǒng)的輸出冷卻液的溫度)，每次增加2℃，并在每次增加完溫度后，重復(fù)步驟三，直至溫度增加到需要標(biāo)定的溫度上限為止；

步驟五，計(jì)算上述不同工況下，溫控板換熱面熱流密度和冷卻液沿程壓力損失；所述流體沿程壓力損失δp＝pinlet-poutlet，其中pinlet為溫控板的冷卻液進(jìn)口壓力，poutlet為溫控板的冷卻液出口壓力；所述溫控板換熱面的熱流密度q＝h/s，其中，h為單位時(shí)間的換熱量，所述s為換熱板的面積，h＝cρqδt，c為冷卻液的比熱容，ρ為冷卻液的密度，q為溫控板冷卻液進(jìn)口的流量(即循環(huán)冷卻液系統(tǒng)的輸出冷卻液流量)，δt為溫控板冷卻液進(jìn)出口溫度差；

步驟六，通過(guò)pc機(jī)(pc機(jī)的labview軟件)，根據(jù)所述溫控板換熱面熱流密度和冷卻液沿程壓力損失，擬合出溫控板的冷卻液進(jìn)口流量q、冷卻液進(jìn)口溫度tinlet和溫控板換熱面熱流密度q的非線性回歸方程，q＝f2(q,tinlet)，以及擬合出溫控板的冷卻液進(jìn)口流量q、冷卻液進(jìn)口溫度tinlet和冷卻液進(jìn)出口的壓差δp的非線性回歸方程，δp＝f1(q,tinlet)；

步驟七，改變電加熱裝置溫度大小(即改變溫控板換熱面受熱載荷大小)，每次增加2℃，并在每次增加完溫度后，重復(fù)步驟二、三、四、五、六，直至溫度增加到需要標(biāo)定的溫度上限為止。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。