CN104440378B - 一种智能切削液喷射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能切削液喷射装置及方法，包括喷嘴、机械手臂、热传感器、光学传感器、切削液供给系统、流量控制阀、温度数据处理器、光学数据处理器、用于驱动机械手臂的机械手臂驱动电机以及固定于刀架上的机械手臂基座；所述机械手臂固定于机械手臂基座上，热传感器、光学传感器及喷嘴固定于机械手臂的执行端，光学传感器的输出端与光学数据处理器的输入端相连接，光学数据处理器的输出端与机械手臂驱动电机的控制端相连接，热传感器的输出端与温度数据处理器的输入端相连接，温度数据处理器的输出端与流量控制阀的控制端及机械手臂驱动电机的控制端相连接。本发明可以实现刀具的冷却，并且冷却效果好，成本低，污染少。

Description

一种智能切削液喷射方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种智能切削液喷射装置及方法。
背景技术
众所周知，选用适当的切削液及供液方法，以达到对金属切削加工过程的冷却润滑，对于降低刀具温度及磨损、延长刀具寿命、提高加工质量和加工效率具有非常重要的实际意义，是机械制造过程的重要环节。
通常，切削液供给方法分内冷却和外冷却两种方式。内冷却方式中，切削液通过刀具内部直接喷向切削区域，能够取得较好的冷却润滑效果。但是，由于其刀具结构复杂、刚度低、加工难度大以及机床改造困难等缺陷，内冷却方式还没有得到普及。相反，外冷却方式以其结构简单、易于实现等优点广泛应用于各种机加工场合。
外冷却方式使用与机床可分离的冷却液供给与喷射系统。这种系统结构简单、使用方便，且价格低廉，是目前国内大多数机加工企业所使用的冷却润滑方式。然而，外冷却方式亦有很严重的内在缺陷。无论是传统浇注形式、射流形式或是MQL(小量润滑MinimumQuantity Lubricant)供液形式，由于切削液均是从外部供给，大量的切削液并不能准确喷射在理想冷却位置。图1所示为传统切削液喷射过程中所常见的情况，当喷嘴处在所述喷射角度时，大量的切削液被浪费掉，这些流失的切削液有的喷射在刀具或工件的非高温区域上，有的被切屑挡住并反弹流失。除此之外，各类刀具材料在切削各种工件材料时，都有一个 最佳切削温度范围，在该切削温度范围内，刀具的寿命最高，工件材料的加工性能也符合要求。然而，传统粗放式喷射的切削液流量不可调，并不能根据刀具的当前温度状态做出冷却强度调整，便有大量的切削液即使喷射到理想位置，也达不到应有冷却效果，造成资源浪费，同时带来严重的环境污染。上述缺陷不仅导致冷却液不能达到理想的冷却效果，还增加了制造过程的经济成本和环境成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种智能切削液喷射装置及方法，该装置及方法可以快速的刀具的冷却，并且冷却效果好，成本低。
为达到上述目的，本发明所述的智能切削液喷射装置包括喷嘴、机械手臂、热传感器、光学传感器、切削液供给系统、流量控制阀、温度数据处理器、光学数据处理器、用于驱动机械手臂的机械手臂驱动电机以及固定于刀架上的机械手臂基座；
所述机械手臂固定于机械手臂基座上，热传感器、光学传感器及喷嘴固定于机械手臂的执行端，光学传感器的输出端与光学数据处理器的输入端相连接，光学数据处理器的输出端与机械手臂驱动电机的控制端相连接，热传感器的输出端与温度数据处理器的输入端相连接，温度数据处理器的输出端与流量控制阀的控制端、机械手臂驱动电机的控制端及切削液供给系统的控制端相连接；
所述切削液供给系统的切削液出口通过流量控制阀与喷嘴的切削液入口相连通。
所述光学传感器为CCD光学传感器；
所述热传感器为红外热像仪。
所述流量控制阀为电磁阀。
所述机械手臂基座通过磁力座吸附在刀架上。
所述光学传感器及热传感器的工作频率为1Hz。
本发明所述的智能切削液喷射方法包括以下步骤：
1)热传感器检测刀具各位置的温度信息，然后将所述温度信息转发至温度数据处理器中，温度数据处理器接收刀具各位置的温度信息，然后根据刀具各位置的温度信息得到刀具理想冷却区域，并将刀具理想冷却区域的位置信息转发至机械手臂驱动电机中，机械手臂驱动电机接收所述刀具理想冷却区域的位置信息，并根据所述刀具理想冷却区域的位置信息通过调节机械手臂使喷嘴对准所述刀具理想冷却区域，同时温度数据处理器判断所述刀具理想冷却区域的温度是否处于最佳切削温度范围内，当刀具理想冷却区域的温度处于最佳切削温度范围之外时，则产生第一驱动信号，再将所述第一驱动信号转发至切削液供给系统中，并根据刀具理想冷却区域的温度大小生成第二驱动信号，并将所述第二驱动信号转发至流量控制阀，同时光学传感器获取喷嘴喷射路径上的图像信息，并将喷嘴喷射路径上的图像信息转发至光学数据处理器中，光学数据处理器根据所述喷嘴喷射路径上的图像信息判断喷嘴喷射路径上是否有障碍物，当喷嘴喷射路径上有障碍物时，则产生第三驱动信号，并将所述第三驱动信号转发至机械手臂驱动电机中，机械手臂驱动电机接收所述第三驱动信号，并根据所述第三驱动信号通过机械手臂调节机械 手臂上喷嘴的位置，从而使喷嘴到刀具理想冷却区域之间的路径中没有障碍物；
2)切削液供给系统接收所述第一驱动信号，并根据所述第一驱动信号向喷嘴提供切削液，同时流量控制阀接收所述第二驱动信号，并根据所述第二驱动信号通过控制流量控制阀调节切削液供给系统供给喷嘴的切削液的流量，切削液经喷嘴后喷射到刀具理想冷却区域。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的智能切削液喷射装置及方法在对刀具进行冷却的过程中，先通过热传感器检测刀具各位置的温度信息，温度数据处理器根据刀具各位置的温度信息得到刀具理想冷却区域，机械手臂驱动电机根据刀具理想冷却区域的位置信息使喷嘴对准所述刀具理想冷却区域，当刀具理想冷却区域的温度处于最佳切削温度范围之外时，则产生第一驱动信号，切削液供给系统根据所述第一驱动信号输出切削液，同时根据刀具冷却区域的温度大小生成第二驱动信号，流量控制阀根据所述第二驱动信号调节切削液的流量，同时光学传感器获取喷嘴喷射路径上的图像信息，光学数据处理器根据所述图像信息判断喷嘴喷射路径上是否有障碍物，当有障碍物时，则控制机械手臂驱动电机调节机械手臂使喷嘴喷射路径上没有障碍物，从而使喷嘴喷射的切削液喷射到刀具的理想冷却区域上，从而实现快速冷却，并且冷却效果好，成本低，有效地避免了切削液被切屑阻挡以及粗放式喷射造成的资源浪费和环境污染。
附图说明
图1为现有切削液喷射装置的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图。
其中，1为喷嘴、2为光学传感器、3为热传感器、4为温度数据处理器、5为光学数据处理器、6为流量控制阀、7为切削液供给系统、8为机械手臂基座、9为机械手臂驱动电机、10为机械手臂、11为刀架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图2，本发明所述的智能切削液喷射装置包括喷嘴1、机械手臂10、热传感器3、光学传感器2、切削液供给系统7、流量控制阀6、温度数据处理器4、光学数据处理器5、用于驱动机械手臂10的机械手臂驱动电机9以及固定于刀架11上的机械手臂基座8；所述机械手臂10的一端固定于机械手臂基座8上，热传感器3、光学传感器2及喷嘴1固定于机械手臂10的另一端，光学传感器2的输出端与光学数据处理器5的输入端相连接，光学数据处理器5的输出端与机械手臂驱动电机9的控制端相连接，热传感器3的输出端与温度数据处理器4的输入端相连接，温度数据处理器4的输出端与流量控制阀6的控制端、机械手臂驱动电机9的控制端及切削液供给系统7的控制端相连接；切削液供给系统7的切削液出口通过流量控制阀6与喷嘴1的切削液入口相连通。
需要说明的是，所述光学传感器2为CCD光学传感器，热传感器3为红外热像仪，流量控制阀6为电磁阀，机械手臂基座8通过磁力座吸附在刀架11上，光学传感器2及热传感器3的工作频率为1Hz。
本发明所述的智能切削液喷射方法包括以下步骤：
1)热传感器3检测刀具各位置的温度信息，然后将所述温度信息转 发至温度数据处理器4中，温度数据处理器4接收刀具各位置的温度信息，然后根据刀具各位置的温度信息得到刀具理想冷却区域，并将刀具理想冷却区域的位置信息转发至机械手臂驱动电机9中，机械手臂驱动电机9接收所述刀具理想冷却区域的位置信息，并根据所述刀具理想冷却区域的位置信息通过调节机械手臂10使喷嘴1对准所述刀具理想冷却区域，同时温度数据处理器4判断所述刀具理想冷却区域的温度是否大于或等于预设阀值，当刀具理想冷却区域的温度处于最佳切削温度范围之外时，则产生第一驱动信号，再将所述第一驱动信号转发至切削液供给系统7中，并根据刀具理想冷却区域的温度大小生成第二驱动信号，并将所述第二驱动信号转发至流量控制阀6，同时光学传感器2获取喷嘴1喷射路径上的图像信息，并将喷嘴1喷射路径上的图像信息转发至光学数据处理器5中，光学数据处理器5根据所述喷嘴1喷射路径上的图像信息判断喷嘴1喷射路径上是否有障碍物，当喷嘴1喷射路径上有障碍物时，则产生第三驱动信号，并将所述第三驱动信号转发至机械手臂驱动电机9中，机械手臂驱动电机9接收所述第三驱动信号，并根据所述第三驱动信号通过机械手臂10调节机械手臂10上喷嘴1的位置，从而使喷嘴1到刀具理想冷却区域之间的路径中没有障碍物；
搜寻切削液可喷射路径时，可采用障碍物的边缘灰度梯度最大方向离散搜寻，也可采用以当前喷嘴1位置为圆心，在喷嘴1的操作空间上做等半径离散搜寻，当温度数据处理器4接收刀具各位置的温度信息，选取温度最高的位置为刀具理想冷却区域，当刀具理想冷却区域的温度越大，则第二驱动信号控制流量控制阀6使通过流量控制阀的切削液的 流速越大。
2)切削液供给系统7接收所述第一驱动信号，并根据所述第一驱动信号向喷嘴1提供切削液，同时流量控制阀6接收所述第二驱动信号，并根据所述第二驱动信号通过控制流量控制阀6调节切削液供给系统7供给喷嘴1的切削液的流量，切削液经喷嘴1后喷射到刀具理想冷却区域。

Claims (5)

1.一种智能切削液喷射方法，其特征在于，基于智能切削液喷射装置，所述智能切削液喷射装置包括喷嘴(1)、机械手臂(10)、热传感器(3)、光学传感器(2)、切削液供给系统(7)、流量控制阀(6)、温度数据处理器(4)、光学数据处理器(5)、用于驱动机械手臂(10)的机械手臂驱动电机(9)以及固定于刀架(11)上的机械手臂基座(8)；
所述机械手臂(10)固定于机械手臂基座(8)上，热传感器(3)、光学传感器(2)及喷嘴(1)安装在机械手臂(10)的执行端，光学传感器(2)的输出端与光学数据处理器(5)的输入端相连接，光学数据处理器(5)的输出端与机械手臂驱动电机(9)的控制端相连接，热传感器(3)的输出端与温度数据处理器(4)的输入端相连接，温度数据处理器(4)的输出端与流量控制阀(6)的控制端、机械手臂驱动电机(9)的控制端及切削液供给系统(7)的控制端相连接；
所述切削液供给系统(7)的切削液出口通过流量控制阀(6)与喷嘴(1)的切削液入口相连通；
包括以下步骤：
1)热传感器(3)检测刀具各位置的温度信息，然后将所述温度信息转发至温度数据处理器(4)中，温度数据处理器(4)接收刀具各位置的温度信息，然后根据刀具各位置的温度信息得到刀具理想冷却区域，并将刀具理想冷却区域的位置信息转发至机械手臂驱动电机(9)中，机械手臂驱动电机(9)接收所述刀具理想冷却区域的位置信息，并根据所述刀具理想冷却区域的位置信息通过调节机械手臂(10)使喷嘴(1)对准所述刀具理想冷却区域，同时温度数据处理器(4)判断所述刀具理想冷却区域的温度是否处于最佳切削温度范围内，当刀具理想冷却区域的温度处于最佳切削温度范围之外时，则产生第一驱动信号，再将所述第一驱动信号转发至切削液供给系统(7)中，并根据刀具理想冷却区域的温度大小生成第二驱动信号，并将所述第二驱动信号转发至流量控制阀(6)，同时光学传感器(2)获取喷嘴(1)喷射路径上的图像信息，并将喷嘴(1)喷射路径上的图像信息转发至光学数据处理器(5)中，光学数据处理器(5)根据所述喷嘴(1)喷射路径上的图像信息判断喷嘴(1)喷射路径上是否有障碍物，当喷嘴(1)喷射路径上有障碍物时，则产生第三驱动信号，并将所述第三驱动信号转发至机械手臂驱动电机(9)中，机械手臂驱动电机(9)接收所述第三驱动信号，并根据所述第三驱动信号通过机械手臂(10)调节机械手臂(10)上喷嘴(1)的位置，从而使喷嘴(1)到刀具理想冷却区域之间的路径中没有障碍物；
2)切削液供给系统(7)接收所述第一驱动信号，并根据所述第一驱动信号向喷嘴(1)提供切削液，同时流量控制阀(6)接收所述第二驱动信号，并根据所述第二驱动信号通过控制流量控制阀(6)调节切削液供给系统(7)供给喷嘴(1)的切削液的流量，切削液经喷嘴(1)后喷射到刀具理想冷却区域。
2.根据权利要求1所述的智能切削液喷射方法，其特征在于，
所述光学传感器(2)为CCD光学传感器；
所述热传感器(3)为红外热像仪。
3.根据权利要求1所述的智能切削液喷射方法，其特征在于，所述流量控制阀(6)为电磁阀。
4.根据权利要求1所述的智能切削液喷射方法，其特征在于，所述机械手臂基座(8)通过磁力座吸附在刀架(11)上。
5.根据权利要求1所述的智能切削液喷射方法，其特征在于，所述光学传感器(2)及热传感器(3)的工作频率均为1Hz。
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