CN107052378B - 双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置，包括车刀、温度检测单元、温度与流量处理单元、加热与冷却处理单元、衡温控制单元；车刀内设有多条相互隔离的循环回路，两条循环回路相互对称设置，并构成双循环回路；循环回路包括依次连通的介质输入口、若干个贮液腔、介质输出口，以及贯通相邻贮液腔的介质通道，介质输入口、介质输出口连接至加热与冷却处理单元，贮液腔并列设置在车刀的前侧壁或后侧壁内。本发明可以保证车刀在切削开始时就处于其所需控制的温度，并及时地对车刀各位置的温度进行调节，保证车刀各位置处于一个平衡的温度下，避免由于各位置点上温度的不同产生形变，采用双循环系统可以确保温度控制的准确性。

Description

双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置及工作方法

技术领域

本发明属于纳米精密车削领域，尤其涉及一种双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置及工作方法。

背景技术

现有的纳米精密车削加工时切削加工过程中所产生的热量在外冷式强制式冷却中以及切削带走一大部分热量后，还有一部分集积在刀具部分，刀具部分冷却不足，导致刀具温度升高，由于热胀冷缩导致刀具产生尺寸、位置刀体结构变化，导致以下几点问题：

1、由于在开始切削时刀具处于常温或温控20℃状态下进行切削参数调整，刀体尺寸、位置变化直接影响到精密切削的切削精度，后果是零件的加工后纳米精度无法达到要求，导致后期处理麻烦。可以采用间歇性切削方式，但会导致生产效率低下，增加成本。

2、由于热胀冷缩车刀发生反复式变化，导致车刀结构产生蠕动变形，现有的车刀结构难以准确测量到具体的蠕动变形量，导致温度变化的不可控制性。车刀的蠕动变形无法准确的测量和控制，这对后续的切削加工产生了不可估量的结果，只得对车刀进行重复修正，费时费力。

申请号03201225X的实用新型专利公开了一种内冷却车刀，如图1所示，刀体2内部钻成冷却液通道孔7，刀头内部为长方体大容积储液空间4，前刀面的刀体上或背面刀体上钻制一排满溢式排液孔8，从而在刀体内形成内冷却通道，供冷却液流通，达到冷却刀体的效果。

申请号2016109417762的发明专利公开了一种内循环冷却与切削温度实时检测的集成车刀系统，如图2所示，包括刀杆1、刀头2、刀片3、刀垫4和设置在刀头2内部的冷却组件，冷却组件包括进液口6、进液管7、出液口8、出液管9和冷水机10，进液口6和出液口8均平行设置在刀杆1的一侧，进液管7穿过刀头2后连接垂直设置在刀垫4上的进液管7，出液管9穿过刀头2后连接垂直设置在刀垫4上的出液管9，冷却组件还外接监控组件，包括温度传感器15和、CPU16。在刀头部分，特别是刀片下形成局部冷却循环回路，达到冷却车刀的效果。

申请号2016111537141的发明专利公开了一种高压冷却车刀，如图3所示，刀头部分设有多个冷却液通道包括第一通道15、第二通道16、第三通道17、第一斜孔18、第二斜孔19和第三斜孔20，第一通道15、第二通道16、第三通道17的一端与螺纹盲孔7的孔底相贯通，第一通道15与第一斜孔18贯通，第二通道16与第二斜孔19贯通，第三通道17与第三斜孔20贯通，第一斜孔18、第二斜孔19和第三斜孔20均匀分布于刀头上，第一斜孔18、第二斜孔19和第三斜孔20的端口即为高压射流喷口。在切削过程中提高刀具的断屑性能，保证切削液注入切削区域提高切削区域的冷却润滑效果。

综合分析上述现有技术可知，仅考虑在车刀刀头部位的发热冷却，将刀头部位的冷却作为设计重点，并通过长方体大容积储液空间、内冷却刀垫槽、高压喷口等方法对刀头部分进行冷却，而忽略了车刀刀体、刀柄部分的温度控制。在普通加工环境中，对精度要求较低，可以忽略刀体、刀柄部位热胀冷缩、蠕动变形对加工精度的影响，但在精密车削加工中，车刀刀体、刀柄部位热胀冷缩、蠕动变形是不容忽略的，需要考虑通过特殊方法同时控制刀头、刀体、刀柄部分的温度，减少变形量，提高加工精度。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明公开了一种用于精密车削加工的双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置，包括车刀、温度检测单元、温度与流量处理单元、加热与冷却处理单元、衡温控制单元；所述温度检测单元设置在车刀表面，温度检测单元连接温度与流量处理单元，温度与流量处理单元连接加热与冷却处理单元、衡温控制单元，衡温控制单元设置车刀内；

所述车刀内设有多条相互隔离的循环回路，循环回路分别设置在车刀前侧壁、后侧壁内，其中，车刀同一位置对应前侧壁、后侧壁内的两条循环回路相互对称设置，并构成双循环回路；

所述循环回路包括依次连通的介质输入口、若干个贮液腔、介质输出口，以及贯通相邻贮液腔的介质通道，介质输入口、介质输出口分布在车刀侧壁上，并通过介质导管连接至加热与冷却处理单元，所述贮液腔并列设置在车刀的前侧壁或后侧壁内。

作为本发明的一种优选，所述贮液腔为六棱柱形空腔，多个贮液腔在车刀内部呈蜂窝式设置。

作为本发明的另一种优选，所述车刀包括依次连接的刀头、刀身、刀柄，所述刀头、刀身、刀柄内分别设有刀头双循环回路、刀身双循环回路、刀柄双循环回路，所述刀头双循环回路包括第一循环回路、第二循环回路，刀身双循环回路包括第三循环回路、第四循环回路，刀柄双循环回路包括第五循环回路、第六循环回路；

所述第一循环回路包括五个贮液腔，其对应的第一介质输入口设于刀头前侧壁，第一介质输出口设于刀头底部；所述第二循环回路、第五循环回路、第六循环回路分别包括四个贮液腔，第三循环回路、第四循环回路分别包括三个贮液腔；所述第二循环回路对应的第二介质输入口、第二介质输出口设于刀头后侧壁；所述第三循环回路、第五循环回路对应的第三介质输入口、第三介质输出口、第五介质输入口、第五介质输出口分别设于刀身、刀柄前侧壁，所述第四循环回路、第六循环回路对应的第四介质输入口、第四介质输出口、第六介质输入口、第六介质输出口分别设于刀身、刀柄后侧壁。

作为本发明的另一种优选，所述第一介质输入口、第三介质输入口、第五介质输入口设于前侧壁上部，所述第三介质输出口、第五介质输出口设于前侧壁下部；所述第二介质输入口、第四介质输入口、第六介质输入口设于后侧壁上部，所述第二介质输出口、第四介质输出口、第六介质输出口设于后侧壁下部。

本发明双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置的工作方法，具体工作方法如下：

步骤一，车削加工前，设定车削加工要求的加工温度T₀；

步骤二，温度检测单元实时测量出车刀不同位置的实测温度T_n、各点介质输出口的温度T_n1、介质输入口的温度T_n2，并反馈至温度与流量处理单元，温度与流量处理单元进行处理，输出车刀不同位置循环回路所需的介质流量Q_n和介质温度补偿量；

步骤三，加热与冷却处理单元接受温度与流量处理单元信号，向车刀不同位置的循环回路输送不同流量和温度补偿后的介质；

步骤四，车刀不同位置的衡温控制单元接受温度与流量处理单元信号，对车刀不同位置进行不同的温度补偿；

步骤五，车削加工开始后，重复步骤二、三、四，直至车削完成。

所述介质流量Q_n通过下式确定：

式中G_n为各检测部分车刀的质量，T₀为根据车削加工要求加工温度，C为介质的比热，T_n为车刀不同位置实测温度、T_n1为车刀不同位置循环回路介质输出口的温度、T_n2为车刀不同位置循环回路介质输入口的温度。

本发明的有益效果是：

1.保证车刀在切削开始时就处于其所需控制的温度；

2.及时地对车刀各位置的温度进行调节，保证车刀各位置处于一个平衡的温度下，避免由于各位置点上温度的不同产生形变；

3.采用双循环系统可以确保温度控制的准确性；

4.采用蜂窝式六棱柱的贮液腔结构形式可以保证车刀的整体强度、刚度，避免车刀由于内部开设循环回路而造其强度、刚度的下降。

附图说明

图1为现有技术实用新型专利03201225X的结构示意图；

图2为现有技术发明专利2016109417762的结构示意图；

图3为现有技术发明专利2016111537141的结构示意图；

图4为本发明的结构主视图；

图5为本发明的结构俯视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图4、5所示，一种双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置，包括车刀1、温度检测单元2、温度与流量处理单元3、加热与冷却处理单元4、衡温控制单元5；所述温度检测单元2设置在车刀1表面，温度检测单元2连接温度与流量处理单元3，温度与流量处理单元3连接加热与冷却处理单元4、衡温控制单元5，衡温控制单元5设置车刀1内；

所述车刀1内设有多条相互隔离的循环回路6，循环回路6分别设置在车刀前侧壁104、后侧壁105内，其中，车刀1同一位置对应前侧壁104、后侧壁105内的两条循环回路6相互对称设置，并构成双循环回路。双循环回路较普通循环回路相比，其所处的位置对称，对车刀的温度控制更加准确。

所述循环回路6包括依次连通的介质输入口601、若干个贮液腔602、介质输出口603，以及贯通相邻贮液腔的介质通道604，介质输入口601、介质输出口603分布在车刀前侧壁104或者后侧壁105上，并通过介质导管7连接至加热与冷却处理单元4，所述贮液腔602并列设置在车刀的前侧壁104或者后侧壁105内。

在本实施例中，所述车刀1包括依次连接的刀头101、刀身102、刀柄103，所述刀头101、刀身102、刀柄103内分别设有刀头双循环回路、刀身双循环回路、刀柄双循环回路，所述刀头双循环回路包括第一循环回路8、第二循环回路9，刀身双循环回路包括第三循环回路10、第四循环回路11，刀柄双循环回路包括第五循环回路12、第六循环回路13。

所述第一循环回路8包括五个贮液腔603，其对应的第一介质输入口801设于刀头101前侧壁104，第一介质输出口802设于刀头101底部；所述第二循环回路9、第五循环回路12、第六循环回路13分别包括四个贮液腔603，第三循环回路10、第四循环回路11分别包括三个贮液腔693；所述第二循环回路9对应的第二介质输入口901、第二介质输出口902设于刀头101后侧壁105；所述第三循环回路10、第五循环回路13对应的第三介质输入口1001、第三介质输出口1002、第五介质输入口1201、第五介质输出口1202分别设于刀身102、刀柄103的前侧壁104，所述第四循环回路11、第六循环回路13对应的第四介质输入口1101、第四介质输出口1102、第六介质输入口1301、第六介质输出口1302分别设于刀身102、刀柄103后侧壁105。

所述第一介质输入口801、第三介质输入口1001、第五介质输入口1201设于前侧壁104上部，所述第三介质输出口1002、第五介质输出口1202设于前侧壁104下部；所述第二介质输入口901、第四介质输入口1101、第六介质输入口1301设于后侧壁105上部，所述第二介质输出口902、第四介质输出口1102、第六介质输出口1302设于后侧壁105下部。

本发明双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置的工作方法，具体工作方法如下：

步骤一，车削加工前，设定车削加工要求的加工温度T₀；

步骤二，温度检测单元2实时测量出车刀1不同位置的实测温度T_n、各点介质输出口603的温度T_n1、介质输入口601的温度T_n2，并反馈至温度与流量处理单元3，温度与流量处理单元3进行处理，输出车刀1不同位置循环回路6所需的介质流量Q_n和介质温度补偿量；

步骤三，加热与冷却处理单元4接受温度与流量处理单元3信号，向车刀1不同位置的循环回路6输送不同流量和温度补偿后的介质；

步骤四，车刀1不同位置的衡温控制单元5接受温度与流量处理单元3信号，对车刀1不同位置进行不同的温度补偿；

步骤五，车削加工开始后，重复步骤二、三、四，直至车削完成。

所述介质流量Q_n通过下式确定：

式中G_n为各检测部分车刀的质量，T₀为根据车削加工要求加工温度，C为介质的比热，T_n为车刀不同位置实测温度、T_n1为车刀不同位置循环回路介质输出口的温度、T_n2为车刀不同位置循环回路介质输入口的温度。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置的工作方法，所述双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置，包括车刀、温度检测单元、温度与流量处理单元、加热与冷却处理单元、衡温控制单元；所述温度检测单元设置在车刀表面，温度检测单元连接温度与流量处理单元，温度与流量处理单元连接加热与冷却处理单元、衡温控制单元，衡温控制单元设置车刀内；

所述车刀内设有多条相互隔离的循环回路，循环回路分别设置在车刀前侧壁、后侧壁内，其中，车刀同一位置对应前侧壁、后侧壁内的两条循环回路相互对称设置，并构成双循环回路；

所述循环回路包括依次连通的介质输入口、若干个贮液腔、介质输出口，以及贯通相邻贮液腔的介质通道，介质输入口、介质输出口分布在车刀侧壁上，并通过介质导管连接至加热与冷却处理单元，所述贮液腔并列设置在车刀的前侧壁或后侧壁内；

其特征在于，具体工作方法如下：

步骤一，车削加工前，设定车削加工要求的加工温度T₀；

步骤二，温度检测单元实时测量出车刀不同位置的实测温度T_n、各点介质输出口的温度T_n1、介质输入口的温度T_n2，并反馈至温度与流量处理单元，温度与流量处理单元进行处理，输出车刀不同位置循环回路所需的介质流量Q_n和介质温度补偿量；

步骤三，加热与冷却处理单元接受温度与流量处理单元信号，向车刀不同位置的循环回路输送不同流量和温度补偿后的介质；

步骤四，车刀不同位置的衡温控制单元接受温度与流量处理单元信号，对车刀不同位置进行不同的温度补偿；

步骤五，车削加工开始后，重复步骤二、三、四，直至车削完成。

2.根据权利要求1所述的双循环蜂窝式自适应车刀温度调节装置的工作方法，其特征在于，所述介质流量Q_n通过下式确定：

式中G_n为各检测部分车刀的质量，T₀为根据车削加工要求加工温度，C为介质的比热，T_n为车刀不同位置实测温度、T_n1为车刀不同位置循环回路介质输出口的温度、T_n2为车刀不同位置循环回路介质输入口的温度。