CN107580666A - 用于最小量润滑的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于最小量润滑的系统(10)，该系统用于具有旋转主轴(18)的加工机器，该系统包括：回转接头(32)，通过该回转接头能向加工机器的旋转主轴(18)输送压缩空气和润滑剂，以用于将它们汇集在靠近工具(24)的混合腔(58)中，和计量阀(46)，利用该计量阀能计量被输送的润滑剂的量。为了改进对系统的监控和控制，回转接头(32)和/或计量阀(46)被设计为智能部件。

Description

用于最小量润滑的系统
技术领域
本发明涉及一种用于最小量润滑/微量润滑的系统，该系统用于具有旋转主轴的加工机器/加工机床，特别是用于工件的切削加工，该系统包括：
a)回转接头，通过该回转接头能向加工机器的旋转主轴输送压缩空气和润滑剂，以用于将它们汇集在靠近工具/刀具的混合腔中，和
b)计量阀，利用该计量阀能计量被输送的润滑剂的量。
本发明还涉及一种用于运行用于最小量润滑的系统的方法，该系统用于加工机器。
背景技术
在手工业和工业制造领域中为了成型的目的切削加工工件有着日益增加的重要性。相应的方法、例如铣削、钻孔、磨削、车削及类似方法在此被用于不同的材料，例如金属材料、如钢。
通常在切削加工方法中需要的是，借助于润滑剂(大多时候是具有不同添加剂的油；下面将术语润滑剂和油用作同义词)润滑和/或冷却工件与工具之间的接触面。
为此越来越多地使用用于最小量润滑的系统，该系统借助于压缩空气将润滑剂大多时候经过工具引入加工机器的切削区域中。这相对于传统的利用润滑剂-水-乳化液进行的润滑具有优点，因为乳化液的润滑效果较小。因此在最小量润滑时需要的润滑剂的量明显更少并且甚至在通过量较高时实现更好的切削结果。此外，积累的切屑更少地被润滑剂污染。
这种系统例如由DE 197 25 345 A1和DE 103 49 642 A1公开。
然而，在迄今为止已知的用于最小量润滑的系统中的缺点在于该系统的为了控制和监控润滑剂与空气之间的恒定比例而投入的相对高的仪器方面的费用。因此必须例如将油压力和温度以高的仪器方面的费用保持恒定。此外必须通过校准来补偿不同润滑剂的粘度的变化。
发明内容
因此本发明的目的是，提出一种用于最小量润滑的系统，其在操控和监控方面得到改进。
根据本发明，所述目的通过开头所述的系统来实现，其中：
c)回转接头和/或计量阀被设计为智能部件。
发明人已经发现，通过在用于最小量润滑的系统中应用智能部件可以更好地控制润滑剂与空气之间的比例，用于控制和监控和尤其是用于维护不同部件的费用不会过于剧烈地上升。
术语智能部件可以理解为如下的构件，该构件配设有相关联的传感装置和电子装置。和在加工机器中常见的处理方法中不同的是，在此直接在构件上并且不通过上级的系统控制器的单独的传感器检测构件的正常的功能或其它参数。代替的是，在和它们的直接关系中引入用于控制和监控智能部件的逻辑装置和智能装置。特别是直接在相关联的电子装置中进行对真正的传感器信号的评估，该电子装置随后自身又仅将相应的通信数据和最终结果、例如当构件失效时的错误代码发送到上级的系统控制器。
上级的系统控制器由此简化，因为在那里不必存储关于构件的准确的设计方案和内部工作的信息。总体上通过将关于各个构件的专家知识集成到该构件本身中而使得整个系统的安装、操作和维护简化。
优选地，计量阀包括具有专用的微处理器的相关联的检测控制装置，该检测控制装置能够独立地检测和评估计量阀的运行状态。
检测控制装置可以在此具有电路、特别是分路或霍尔传感器，利用所述电路能够检测当计量阀打开时经过计量阀的电磁线圈的电流曲线。微处理器可以评估该电流曲线，以便确定施加在计量阀上的润滑剂压力和/或润滑剂粘度。以这种方式不需要用于确定润滑剂压力或粘度的外部的传感器或测量装置。此外可以在没有事先校准的情况下补偿馈电线路对电磁线圈的电影响。
检测控制装置可以被这样设定，即该检测控制装置根据润滑剂压力和/或润滑剂粘度进行计量校正，特别是调整计量阀的打开时间。以这种方式，上级的系统控制器仅能基于加工机器的其它参数、例如应用的工具、要加工的材料、切割速度等等将用于润滑剂的期望的计量传输到计量阀。属于智能部件的逻辑装置则用于，即使在润滑剂压力和/或粘度变化时也保持期望的计量。
回转接头也可以包括具有专用的微处理器的相关联的检测控制装置，该检测控制装置能够独立地检测和评估回转接头的运行状态。
回转接头的检测控制装置可以在此包括至少一个如下的传感器：用于进入的空气压力的空气压力传感器；用于空气泄漏压力的空气压力传感器；用于油压力的传感器；光学的油泄漏传感器；转速传感器；振动传感器；温度传感器。如下面进一步详细说明地，每个传感器在监控回转接头时覆盖其它部分方面。因此特别有利的是，设置所有所述的传感器。
智能部件可以具有优选非易失性的数据存储器，在该数据存储器中能够存储评估数据。由此可以特别在磨损方面监控所获取的值的按时间顺序的发展，例如在存储指明轴承损坏的振动频率的振幅时。
附图说明
下面根据一个实施例参考附图说明本发明。其中：
图1示出在具有旋转工具的加工机器上的用于最小量润滑的系统的示意图；
图2示出包括回转接头和计量阀的用于最小量润滑的系统的结构单元的主视图；
图3示出在图2中显示的结构单元的俯视图；
图4示出用于操控结构单元的控制卡；
图5示出在图2和图3中显示的结构单元的从左侧的侧视图；
图6示出沿在图5中显示的切线A-A的结构单元的部分剖视图；
图7示出结构单元的后视图；
图8示出沿在图7中显示的切线B-B的结构单元的部分剖视图；
图9示出沿在图7中显示的切线C-C的结构单元的部分剖视图；
图10示出沿在图7中显示的切线D-D的结构单元的部分剖视图；
图11示出在计量阀上的典型的电流曲线的图表。
具体实施方式
图1示出在加工机器(未详细描述)中的——例如在CNC铣削机器中的——最小量润滑装置(整体上用10标记)作为最小量润滑系统的例子。
如通过垂直虚线12显示，加工机器可以示意性地基本上分成静止部分/固定部分14和旋转部分16。
旋转部分16包括在加工机器运行时旋转的所有部件。
所述部件尤其是主轴18，与该主轴连接的接收单元20和工具架22，在该工具架中锁住真正的加工工具24、例如钻头或铣刀。
在加工机器的静止部分14中布置有未示出的、用于主轴16的驱动器。还设有(另外的)驱动器，其根据加工机器类型要么使得待加工的工件相对于主轴18或加工工具24运动或相反地使得主轴18或加工工具24相对于工件运动。就此来说，术语“静止/固定不动”也就仅理解成相对于旋转的主轴18而言，因为静止部分14同样例如通过XYZ-台相对于工件运动。
最小量润滑装置10在加工机器的静止部分14中首先具有气动单元26，该气动单元在输入侧被供应压缩空气。在输出侧，气动单元26以可变化的空气压力提供压缩空气。为此，气动单元26与检测控制装置28连接。
随后，气动单元26与空气阀30连接。
空气阀30在下游与回转接头32连接，该回转接头这样构造，即压缩空气被传送到旋转主轴18的空气引导通道34中。在主轴18的空气引导通道34上连接接收单元20和工具架22中的相应的空气引导通道36，38。
此外，最小量润滑装置10在加工机器的静止部分14中具有油输送器40，利用该油输送器从未示出的油供给源中产生可变化的油压力。在这里示出的例子中，油输送器40在输入侧通过参考压力管路42与气动单元26连接，以便确定用于油输送器40的参考压力点。
然而，参考压力点也可以仅通过电子装置被传输到油输送器40。为此，油输送器40同样与相关联的检测控制装置44连接。
在输出侧，油输送器40与可电气控制的计量阀46连接，该计量阀优选地被设计为不按比例的快速阀。连接在此包括返回引导到油输送器40的环形管路48，以避免在存在于计量阀46前方的油中产生气泡。
在输出侧，计量阀46同样与回转接头32连接，该回转接头这样构造，使得油被与压缩空气分离地传送到旋转主轴18的油引导通道50中。
相应的其它油引导通道52和54与空气引导通道34，36，38分开地延伸到接收单元20和延伸到工具架22。
仅在工具架22中布置有混合腔58，在该混合腔中汇聚了油和压缩空气。混合腔58具有混合腔输出端，该混合腔输出端与工具24本身的一个或多个通道连接，从而将油一直引导到工具24的切割区域并且在那里作为云雾状润滑剂/润滑剂喷雾60排出。
云雾状润滑剂60中的油的份额可以基本上借助于计量阀46控制。这通过计量阀46的打开脉冲持续时间与关闭脉冲持续时间之间的比例的变化来实现。
根据本发明，回转接头32以及计量阀46被设计为智能部件。这表明，这些部件具有专用的相关联的检测控制装置62和64。检测控制装置62和64在此分别具有专用的微处理器，该微处理器处理传感装置的输出信号和将相应的通信信号传输到上级的系统控制器66。
系统控制器66在当前的例子中包括控制计算机68、操作接口70以及互联网接入装置72。各个部件在此通过数据链路74(例如以太网或无线局域网)耦联。
作为最小量润滑装置10的主要部件，回转接头32和计量阀46在图2至图10中被再次更详细地示出作为结构单元80。
在图2中以侧视图示出该结构单元80，其中，朝向加工机器的旋转部分16的回转接头32在附图中布置在左侧。
在该视图中可以识别出回转接头32上的压缩空气连接装置82和计量阀46上的油连接装置84。
此外，直接在回转接头32上设有数据连接装置86，因为相关联的检测控制装置64是结构单元80的一部分。
与此相比，为计量阀46设有和结构单元80分开的控制卡88(见图4)，该控制卡与计量阀46的控制卡连接装置90连接。控制卡88本身包括供电连接装置92、与计量阀46的控制卡连接装置90连接的阀连接装置94，以及同样也包括用于集成到数据链路74中的数据连接装置96。
在图5和图7中标记出切开线，其相关的剖视图在图6、图8、图9和图10中显示。在该剖视图中显示出回转接头32和相关联的集成的检测控制装置64的细节。
检测控制装置64具有电路板98，该电路板围绕油引导通道100沿横向方向布置。
电路板98承载油压力传感器102，该油压力传感器通过分接件104与油通道100连接。
此外，电路板98在相对侧上承载直接与压缩空气连接装置82连接的第一空气压力传感器106。第二空气压力传感器108与泄漏腔110连接，在该泄漏腔中布置有开槽螺母112，该开槽螺母轴向地紧固住回转接头32的支承元件(未示出)。
此外，电路板98承载温度传感器114、振动传感器116以及光学的油泄漏传感器118。光学的油泄漏传感器118在此布置在泄漏腔110的边缘上并且测量由现有的油反射的光的变化，所述油基于开槽螺母112在泄漏腔110中的旋转运动以及与其伴随的空气旋转运动而被移向边缘。
最后，电路板98承载线圈120，该线圈与磁化的开槽螺母112共同工作，以确定回转接头32的转速和获得用于供应给有源电子部件的能量。这也包括微控制器122以及非易失性的数据存储器124、例如闪存(Flash-RAM)。
在加工机器的运行中，最小量润滑装置10如下所述地工作：
空气阀30被打开，由此压缩空气通过回转接头32、主轴18和接收单元20到达工具架22的混合腔58中。
为了掺入油，随后根据加工机器的加工参数在短脉冲中打开计量阀46，该计量阀是可电控制的螺线管阀，该螺线管阀的阀元件在关闭状态中被现有的油压力压向阀座。
图11示出当打开电压被施加时在螺线管阀的线圈上的电流曲线。首先，电流I升高，直到当I＝IF时达到足够的磁力为止，其中，阀元件从阀座上抬起。该力与阀元件上的油压力成比例。
当阀元件从阀座上抬起之后，在阀元件的相对侧上同样施加油压力，由此，又减小了使阀元件移动所需要的力。基于通过运动所产生的磁性反作用力，随后线圈上的电流I在阀元件移动到其抵靠位置时下降。一旦阀元件到达那里，则电流又升高到恒定的最大值。
阀元件从阀座上抬起直到抵靠在抵靠位置所需要的时间ts在此与润滑剂——阀元件在该润滑剂中运动——的粘度成比例。这是因为，基于在阀元件的两侧上的油压力，在运动的阀元件上起作用的基本上是由粘度引起的制动力和先前已知的阀弹力。
包含在控制卡88中的、用于计量阀46的检测控制装置62包括用于检测线圈上的电流曲线的电路、例如分路。检测控制装置62的微处理器随后通过查明两个转折点130和132来确定在计量阀46之前的油压力以及润滑剂粘度。
此外，可以在阀元件的静止状态时借助于检测控制装置62通过以馈送低恒定电流的方式查明线圈的电阻，该低恒定电流不会导致阀元件运动。在此，利用高阻电路查明线圈上的电压降，该电压降又与线圈电阻成比例。该电阻随后被评估以用于查明温度。
此外，检测控制装置62可以识别计量阀46的错误行为。例如，明显升高的电流可表明在计量阀46的线圈中的短路，或者没有电流则可以表明缆线断开。
所查明的信息被检测控制装置62应用，以便根据油压力、粘度和温度直接在计量阀46上进行计量校正。以这种方式可以将系统控制器66的控制逻辑保持简洁流畅(Schlank)。但该信息也可以通过数据连接装置96被传送到系统控制器66，该系统控制器同样根据所述信息在与其它参数、例如所应用的工具和加工速度和/或空气压力相互作用的情况下控制油的计量或改变油输送器40上的油压力。
如果识别出电流曲线与常见的电流曲线之间的偏差——该偏差指明构件的即将发生的故障，则通过互联网接入装置72，计量阀46的检测控制装置62甚至可以将故障信息发送给制造厂商。制造厂商随后可以主动开始供应备件。
对回转接头32的监控通过其相关联的检测控制装置64进行，该检测控制装置被以法兰连接在回转接头32的机械部分上。在此，对回转接头的监控首先涉及识别轴承损坏。
为此，振动传感器测量在回转接头32的壳体上的振动。通过在评估时的合适的过滤，可以在此查明来自振动的频率，该振动实质上通过球轴承引起。有关的频率的变化可以随后指明球轴承的受损情况。微控制器122因此将当前的评估结果与已经存储在数据存储器124中的结果或预先规定进行比较。在需要的情况下，检测控制装置64也在此通过互联网接入装置72将相应的信息发送到最小量润滑装置10的操作者或制造厂商，在那里随后在必要时启动维修服务。
温度传感器114也可以被用于识别轴承损坏，因为球轴承的温度在轴承损坏的情况下升高。通过壳体将产生的热量传递到布置在电路板98上的温度传感器114处，该温度传感器可以同时识别电子装置的过热。
在回转接头32处逸出的压缩空气和油的泄漏量同样提供了关于回转接头的状态的、特别是关于从静止部分到旋转部分的过渡部的密封性的说明。通过第一空气压力传感器106可以测量压缩空气连接装置82处的空气压力。第二空气压力传感器108可以确定空气泄漏量，其中，相对于压缩空气连接装置82处的空气压力和转速来评估该空气泄漏量，因为较高的空气压力和较小的转速导致较高的泄漏量。
回转接头32的检测控制装置64由所有上述信息中计算出其剩余的使用寿命，其被传送到系统控制器66或在必要时被直接传送到制造厂商。
通过内部的能量供给，检测控制装置64可以在没有缆线连接的情况下自给自足地运行并且仅暂时地例如在维修服务时被读出。通过这种方式能实现无缆线的通信连接。蓄能器121帮助跨越主轴18的短的停止工作时间。

Claims (8)

1.一种用于最小量润滑的系统(10)，该系统用于具有旋转主轴(18)的加工机器，该系统包括：
a)回转接头(32)，通过该回转接头能向加工机器的旋转主轴(18)输送压缩空气和润滑剂，以用于将它们汇集在靠近工具(24)的混合腔(58)中，和
b)计量阀(46)，利用该计量阀能计量被输送的润滑剂的量，
其特征在于，
c)回转接头(32)和/或计量阀(46)被设计为智能部件。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，计量阀(46)包括具有专用的微处理器的相关联的检测控制单元(62)，该检测控制装置能够独立地检测和评估计量阀(46)的运行状态。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，检测控制装置(62)具有电路、特别是分路或霍尔传感器，利用所述电路能够检测当计量阀(46)打开时经过计量阀(46)的电磁线圈的电流曲线，微处理器评估该电流曲线，以便确定存在于计量阀(46)上的润滑剂压力和/或润滑剂粘度。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，检测控制装置(62)被这样设定，即该检测控制装置根据润滑剂压力和/或润滑剂粘度进行计量校正，特别是调整计量阀(46)的打开时间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，回转接头(32)包括具有专用的微处理器的相关联的检测控制装置(64)，该检测控制装置能够独立地检测和评估回转接头(32)的运行状态。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，回转接头(32)的检测控制装置(64)包括至少一个如下的传感器：用于进入空气压力的空气压力传感器(106)；用于空气泄漏压力的空气压力传感器(108)；用于油压力(102)的传感器；光学的油泄漏传感器(118)；转速传感器(120)；振动传感器(108)；温度传感器(114)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，智能部件具有优选非易失性的数据存储器(124)，在该数据存储器中能够存储评估数据。
8.一种用于运行用于最小量润滑的系统(10)的方法，该系统用于加工机器，该方法包括以下步骤：
a)提供根据前述权利要求中任一项所述的用于最小量润滑的系统(10)；
b)启动用于最小量润滑的系统(10)；
c)借助智能部件监控用于最小量润滑的系统(10)的工作。
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