CN108555685B

CN108555685B - Cnc铣床多自由度微量润滑智能喷头系统

Info

Publication number: CN108555685B
Application number: CN201810707515.3A
Authority: CN
Inventors: 隋孟华; 李长河; 武文涛; 李钧; 韩志光; 纪合聚; 张乃庆; 吴启东; 高腾; 张彦彬; 杨敏; 贾东洲; 殷庆安; 张晓阳; 侯亚丽
Original assignee: Qingdao University of Technology
Current assignee: Qingdao University of Technology
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2038-07-02
Also published as: US20200086441A1; CN108555685A

Abstract

本发明公开了一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，包括：环型旋转台、纵向伸缩部、旋转部、智能喷头安装台和信息采集系统；环型旋转台包括沿水平圆周方向旋转的旋转件，旋转件底部连至少一个纵向伸缩部，纵向伸缩部下端连接旋转部，旋转部以与纵向伸缩部的连接点为轴心，在设定的角度范围内转动；智能喷头安装台与旋转部连接，随旋转部一起运动；信息采集系统安装在智能喷头安装台上。本发明通过加工数据对喷头的角度进行合理的调整，对气液比进行合理配置，以保障喷头以合理的角度对加工工件进行喷射，代替了传统切削液喷头固定不动，喷射角度有限的缺陷，解决了被切削面存在死角的问题以及切削液浪费的问题。

Description

CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统

技术领域

本发明专利属于金属加工领域，具体涉及一种辅助CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统。

背景技术

传统机加工采用大量乳化液、切削油、冷却剂等对加工区进行冷却润滑，这种冷却润滑方式利用率低、增加了巨额加工生产成本，而且报废的冷却液如果处理不当将对环境造成极大的伤害。干式加工技术是最早出现的一种绿色环保加工技术，它起源于汽车工业。已成功应用于车削、铣削、钻削和镗削等机械加工中。它不是简单的完全摒弃切削液，而是在保证零件加工精度和刀具使用寿命的前提下，废除切削液的使用。然而干式加工并没有解决切削区冷却问题，造成了工件表面烧伤、表面完整性恶化等问题。

微量润滑技术代替浇注乳化液、干式加工技术已经成为必然趋势，适应了绿色制造和可持续发展的理念。它是指将微量的润滑液、水和具有一定压力的气体混合雾化后，喷射到切削区起到冷却润滑作用的一种技术。水和高压气体起到冷却作用，油起到润滑切削区、延长刀具寿命的作用。目前对微量润滑技术的研究已经取得了一定进展，对微量润滑设备的设计研发成为微量润滑技术实现的重要内容。虽然很多设计者设计了微量润滑系统，然而在实际应用中依然存在繁多问题。

现有技术对微量润滑设备进行了深入研究，设计了纳米粒子射流微量润滑磨削三相流供给系统，其特点是：将纳米流体经液路输送至喷嘴处，同时高压气体经气路进入喷嘴，高压气体与纳米流体在喷嘴混合室中充分混合雾化，经加速室加速后进入涡流室，同时压缩气体经涡流室通气孔进入，使三相流进一步旋转混合并加速，然后三相流以雾化液滴的形式经喷嘴出口喷射至磨削区。

现有技术设计的微量润滑系统精密润滑泵，其特点是：润滑剂从所述进油孔进入所述液体腔内；由压缩空气驱动，当压缩空气进入所述气体腔时，所述活塞杆尾部的压力增大，当压力大于所述活塞杆前端的所述活塞弹簧的弹力时，所述活塞杆向前移动，所述液体腔缩小，压力增大，当压力大于所述单向阀弹簧的弹力时，所述单向阀堵头打开，润滑剂泵出；所述液体腔体压力释放，当压力小于所述单向阀弹簧时，所述单向阀弹簧复位，出油口密闭；当所述气体腔压力释放，所述活塞杆尾部压力小于所述活塞弹簧的弹力，所述活塞杆复位。其优点在于提供能精准供油的微型精密气动泵，设计精密、适用于多种润滑剂使用于金属加工的润滑装置中。

现有技术设计的连续供液式微量润滑装置，其特点是：装置包括蠕动泵、气源处理器、气液接头、气源气管、输入气管、输液软管、出液软管、气液同轴管、喷嘴以及用于安装上述部件的箱体，所述的气源处理器固定安装在所述的箱体外侧，所述的蠕动泵的进口通过所述的输液软管与用于盛放切削液的容器连接，出口通过出液软管与所述的气液接头的第一进口连接；所述的气源处理器的进口与气源气管连接，出口通过输入气管与所述的气液接头的第二进口连接；所述的气液接头的出口通过所述的气液同轴管与所述的喷嘴连接，压缩空气和切削液在所述的喷嘴内混合，形成切削液气雾并喷出。具有结构紧凑、操作简便、油量控制精确、连续供给切削液、安装便捷等特点。

以上三种微量润滑装置在虽然以微量润滑方式代替了传统的浇注式，但它们连接喷头结构仍然是传统的万象管，在进行铣床加工加工之前人们通过对铣床加工的了解，将喷头近似地对准铣刀但当铣床在铣圆周和深沟槽等刁钻角度的加工时，会导致切削液无法喷射到铣刀的工作点周围，造成切削液的浪费和工件表面烧伤，也没有办法实现切削液对铣床加工进行连续跟踪喷射。

发明内容

针对以上问题，本发明专利的目的是提供一种支持CNC铣床不同加工工况进行切削液连续追踪喷射的智能喷头。该装置横向旋转以步进电机为驱动，纵向角度调整和喷头跟进调整以压缩空气为驱动，用以实现多种加工工况下铣刀工作点的刁钻角度的跟踪，以及不同温度下气液比的智能调节，提高了加工区冷却润滑效果、工件加工表面质量，为微量润滑的智能供给提供了设备支持。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一目的是公开一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，包括：环型旋转台、纵向伸缩部、旋转部、智能喷头安装台和信息采集系统；

所述环型旋转台包括沿水平圆周方向旋转的旋转体，所述旋转体底部连至少一个纵向伸缩部，所述纵向伸缩部下端连接旋转部，所述旋转部以与所述纵向伸缩部的连接点为轴心，在设定的角度范围内转动；所述智能喷头安装台与旋转部连接，随旋转部一起运动；所述信息采集系统安装在智能喷头安装台上。

进一步地，所述环型旋转台包括：旋转台外壳、旋转体、步进电机和动力传递装置；

所述步进电机设置在旋转台外壳内部，所述步进电机通过动力传递装置与旋转体连接，带动旋转体转动。

进一步地，所述纵向伸缩部包括：伸缩气缸和伸长件；所述伸长件包括固定端和伸出端；通过所述固定端将伸缩气缸与环型旋转台连接，所述伸缩气缸的伸缩杆与伸长端连接；所述伸长件的伸出端和固定端之间设有滑道，由伸缩气缸提供动力，实现伸出端的纵向伸缩。

进一步地，所述纵向伸缩部为两个，分别固定在环型旋转台的底部两端。

进一步地，所述旋转部包括旋转气缸和机械臂，所述旋转气缸与纵向伸缩部连接，所述机械臂固定在旋转气缸的旋转盘上；所述旋转气缸上设有磁性传感器，通过所述磁性传感器确定旋转盘旋转的角度。

进一步地，通过所述旋转气缸实现智能喷头喷射角度的微调。

进一步地，所述机械臂为L型塑钢架。

进一步地，所述L型塑钢架上下各有一个固定端，上端固定端为法兰盘，用于连接旋转气缸的旋转轴；L型塑钢架的下部是为横杆，所述横杆上设有用于固定旋转气缸的螺孔。

进一步地，所述智能喷头安装台旋转部连接，所述智能喷头安装台上设有连接伸缩气缸的平台。

进一步地，所述信息采集系统包括：红外线传感器、单片机和信息采集卡，所述红外传感器采集铣床加工工具的实时信号，信息采集卡将红外传感器采集到的信息发送至单片机，使设备的运动路径的到优化，实现更好跟踪喷射。

发明的有益效果

该装置采用步进电机和气压为联合驱动，步进电机为旋转盘提供旋转力，气压则是为伸缩气缸和旋转气缸提供动力。该装置有红外传感器，能够实时地采集加工数据，通过加工数据对喷头的角度进行合理的调整，对气液比进行合理配置，以保障喷头以合理的角度对加工工件进行喷射，代替了传统切削液喷头固定不动，喷射角度有限的缺陷，解决了被切削面存在死角的问题以及切削液浪费的问题。

附图说明

图1是CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统轴测图；

图2(a)-(c)分别是CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统三视图；

图3是环型旋转台爆炸图；

图4是旋转台外壳轴侧图；

图5是旋转体上端盖及其左剖视图；

图6是旋转体下端及其左剖视图；

图7是环型旋转台剖视图；

图8是同步带布置图；

图9是纵向伸缩系统的伸长部分爆炸图；

图10是伸缩气缸的结构原理图；

图11是纵向伸缩系统的伸长部分俯视图；

图12是纵向伸缩系统的伸长部分剖视图I；

图13是纵向伸缩系统的伸长部分剖视图II；

图14是旋转臂固定端爆炸图；

图15是旋转气缸正面结构图；

图16是旋转气缸侧面结构图；

图17(a)-(c)是旋转气缸三视图；

图18(a)-(c)是旋转臂三视图；

图19是旋转臂固定端组合体剖视图；

图20是旋转臂固定端轴侧图；

图21(a)-(c)是智能喷头安装台三视图；

图22是智能喷头安装台爆炸图；

图23是智能喷头安装台旋转部分组合体剖视图；

图24是智能喷头固定端爆炸图；

图25(a)-(c)是智能喷头固定端三视图；

图26是红外传感器信息采集模型；

图27是智能喷头的D—H参数。

其中，附图标记如下：

环型旋转台I、纵向伸缩臂II、旋转臂III、智能喷头安装台IV、信息采集系统V，旋转体上端盖I 1-1，旋转体下端I 1-2，同步轮I 1-3，同步轮固定螺栓I 1-4，推力球轴承I1-5，螺母I 1-6，垫片I 1-7，旋转体连接螺栓I 1-8，旋转体连接通孔I 1-9，同步轮安装螺孔I 1-10，沉孔I 1-11，同步带I 1-12，张紧轮I 1-13，伸缩气缸安装座I 1-14，通孔I 1-15；旋转台外壳I 2-1，螺栓I 2-2，螺孔I 2-3，通孔I 2-4，步进电机I 3-1，平键I 3-2，同步轮I 3-3；

伸缩气缸II 1，伸缩气缸缸体II 1-1，伸缩气缸活塞II 1-2，六角法兰螺母II 1-3，压缩空气接头II 1-4，螺柱II 1-5，垫片II 1-6，螺母II 1-7，90度角码II 1-8，螺栓II1-9，伸缩气缸前端盖II 1-10，伸缩气缸后端盖II 1-11，密封环II 1-12，磁环II 1-13，密封环II 1-14，伸缩气缸A气孔II 1-15，伸缩气缸B气孔II 1-16，通孔II 1-17，密封环II 1-18，密封环II 1-19；磁性传感器II 2-1，平头螺钉II 2-2；通孔II 2-3，伸缩滑块基座II 3-1，伸缩滑块II 3-2，垫片II 3-3，螺母II 3-4，螺栓II 3-5，滑道II 3-6，螺孔II 3-7，通孔II 3-8；

旋转气缸III 1，密封环III 1-1，缓冲器III 1-2，密封环III 1-3，磁环III 1-4，小型齿条III 1-5，齿轮III 1-6，沉孔III 1-7，旋转气缸A气孔III 1-8，旋转轴III 1-9，深沟球轴承III 1-10，密封环III 1-11，旋转气缸下端盖III 1-12，密封环III 1-13，深沟球轴承III 1-14，旋转气缸上端盖III 1-15，内六角螺栓III 1-16，内六角螺栓III 1-17，旋转盘III 1-18，内六角螺栓III 1-19，平键III 1-20，内六角螺栓III 1-21，旋转气缸后端盖III 1-22，旋转气缸前端盖III 1-23，，旋转气缸B气孔III 1-24，磁性传感器III 2，螺钉III 2-1，沉孔III 2-2，螺孔III 2-3，内六角螺栓III 2-4，L型塑钢架III 2-5，沉孔III 2-6，内六角螺栓III 2-7，磁性传感器IV 1，平头螺钉IV 1-1，沉孔IV 1-2，磁性传感器卡座IV1-3；

旋转气缸IV 2，外置卡槽IV 2-1，内六角螺栓IV 2-2，螺孔IV 2-3，内六角螺栓IV2-4，通孔IV 2-5，喷头固定台外壳IV 3，螺栓IV 3-1，通孔IV 3-2，螺孔IV 3-3，端盖IV 3-4，伸缩气缸安装台IV 3-5，通孔IV 3-6；

二通喷头V 1，螺孔V 1-1，第一接头V 1-2，第二接头V 1-3，固定环V 1-4，螺栓V1-5，垫片V 1-6，螺母V 1-7，螺孔V 1-8，螺孔V 1-9，通孔V 1-10，红外传感器V 2，传感器固定螺栓V 2-1。

具体实施方式

图1是CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统轴测图，图2是CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统三视图，图2(a)是主视图，图2(b)左视图，图2(c)是俯视图。

如图1和图2(a)-(c)所示，本发明包括环型旋转台I、纵向伸缩臂II、旋转臂III、喷头安装台IV、信息采集系统V五部分。

环型旋转台包括沿水平圆周方向旋转的旋转体，旋转体底部连至少一个纵向伸缩臂，纵向伸缩臂下端连接旋转臂，旋转臂以与纵向伸缩臂的连接点为轴心，在设定的角度范围内转动；智能喷头安装台与旋转臂连接，随旋转臂一起运动；信息采集系统安装在智能喷头安装台上。

图3是环型旋转台的爆炸视图，如图所示，环型旋转台包括，旋转体上端盖I 1-1，旋转体下端I 1-2，同步轮I 1-3，同步轮固定螺栓I 1-4，推力球轴承I 1-5，螺母I 1-6，垫片I 1-7，旋转体连接螺栓I 1-8，伸缩气缸安装座I 1-14，旋转台外壳I 2-1，螺栓I 2-2，步进电机I 3-1，平键I 3-2，张紧同步轮I 3-3。

旋转台外壳I 2-1通过螺栓将旋转台外壳固定在CNC铣床的进给箱底面上，旋转台外壳I 2-1内部有旋转体，旋转体由上端盖I 1-1和旋转体下端I 1-2构成，旋转台外壳I 2-1和旋转体之间有推力球轴承I 1-5，通过推力球轴承I 1-5来实现旋转体的旋转，同步轮I1-3通过螺栓固定在旋转体上，在环型旋转台内部安装有张紧轮，通过张紧轮将同步带布置在环型旋转台的空隙内部，并通过步进电机来给环型旋转台内部的旋转台提供动力，使其旋转。旋转体下部有两个缩气缸安装座I 1-14，分别用来固定纵向伸缩臂，以实现智能喷头对CNC铣床铣圆周的时候进行对铣刀工作点的对点跟踪。

旋转体上端盖I 1-1和旋转体下端I 1-2通过旋转体连接螺栓I 1-8，螺母I 1-6，垫片I 1-7，连接成为旋转体。旋转体上有安装同步轮的螺孔，同步轮通过同步带固定螺栓I1-4固定在旋转体上。旋转台外壳I 2-1有螺孔，步进电机I 3-1通过螺栓I 2-2固定在旋转台外壳I 2-1上。旋转台外壳I 2-1上有方形通孔，同步带I 1-12通过通孔穿过旋转台外壳，安装在同步轮I 1-13上。旋转体和旋转台外壳I 2-1之间有轴肩，推力球轴承I 1-5通过轴肩固定在旋转体和旋转外壳I 2-1之间，实现旋转体的旋转。旋转体旋转的动力由步进电机I 3-1提供，由同步带I 1-12将动力从张紧同步轮I 3-3传递给同步轮I 1-13。

图4是旋转体外壳的轴侧图，旋转体外壳是多孔部件，包括螺孔I 2-3，通孔I 2-4。其中螺孔I 2-3用于步进电机I 3-1的固定，通孔I 2-4用于旋转台外壳I 2-1的固定，将旋转体外壳I 2-1固定在CNC铣床的铣刀夹具固定平面上。

图5是旋转体上端盖及其左剖视图，如图所示旋转体上端盖是多孔部件，其上设置用于连接旋转体下端的旋转体连接通孔I1-9，形成旋转体。

图6是旋转体下端及其左剖视图，旋转体下端是多孔部件，包括同步轮安装螺孔I1-10、沉孔I 1-11。其中同步轮安装螺孔I 1-10用于同步带I 1-12的固定，沉孔I 1-11用于旋转体上端盖I 1-1和旋转体下端I 1-2的连接，构成旋转体，实现喷头在XY平面的旋转跟踪。

图7是环型旋转台组合体的剖视图，如图所示环型旋转台是由旋转体外壳I 2-1和旋转体两部分组成，两部分之间有推力球轴承I 1-5，旋转体外壳通过螺栓固定在机床上，以此实现旋转体外壳的固定不动和旋转体的旋转运动。其转动的动力由步进电机I 3-1提供，由同步带I 1-12来传递。

图8是同步带布置图，如图所示同步带安装在两个同步轮上，并通过两个张紧轮来张紧同步带，以保证同步带传递的准确性。旋转体下端还设有伸缩气缸安装座I 1-14，用于固定伸缩气缸。

纵向伸缩系统由伸缩气缸II 1，磁性传感器II 2-1，伸长臂，压缩空气接头II 1-4，螺栓等组成。

伸长臂由伸长端II 3-2和固定端II 3-6两部分组成，固定端上有通孔II 3-5和螺孔II 3-7，通孔II 3-5用于连接旋转体下端的固定端，螺孔II 3-7用于固定伸缩气缸。伸长端的前端有安装板，安装板上有螺孔II 3-9，用来固定旋转气缸III 1。伸长臂的伸长端II3-2和固定端II 3-6之间有滑道II 3-6，由伸缩气缸II 1提供动力，实现智能喷头的纵向升降。

图9是纵向伸缩系统的伸长部分爆炸图，如图所示纵向伸缩系统的伸长部分包括伸缩气缸缸体II 1，缩气缸缸体II 1-1，伸缩气缸活塞II 1-2，六角法兰螺母II 1-3，压缩空气接头II 1-4，螺柱II 1-5，垫片II 1-6，螺母II 1-7，90度角码II 1-8，螺栓II 1-9，通孔II 1-17伸缩气缸安装座I 1-14，通孔I 1-15，磁性传感器II 2-1，平头螺钉II 2-2，通孔II 2-3，伸缩滑块基座II 3-1，伸缩滑块II 3-2，垫片II 3-3，螺母II 3-4，螺栓II 3-5，滑道II 3-6，螺孔II 3-7，通孔II 3-8。伸缩滑块基座通过螺栓II 3-5固定在伸缩气缸安装座I 1-14，伸缩气缸则是通过90度角码II 1-8和螺栓II 1-9固定在伸缩滑块基座II 3-1上。伸缩滑块II 3-2上有卡口，伸缩气缸的活塞前端有圆柱结构，可以卡在卡口上，并用六角法兰螺母II 1-3将活塞的前端固定在卡口处，通过活塞的往返运动来实现滑块的伸缩运动。磁性传感器II 2-1通过平头螺钉II 2-2固定在伸缩气缸的一侧，用于采集伸缩气缸内活塞的位置，进行闭环控制。伸缩气缸前后两端各可以安装一个气管接头，为伸缩滑块运动提供动力。

图10是伸缩气缸的结构原理图图，如图所示其中包括伸缩气缸活塞II 1-2，伸缩气缸前端盖II 1-10，伸缩气缸后端盖II 1-11，密封环II 1-12，磁环II 1-13，密封环II 1-14，伸缩气缸A气孔II 1-15，伸缩气缸B气孔II 1-16，密封环II 1-18，密封环II 1-19。压缩空气从B口进入使气缸活塞向A气孔方向运动，实现移动滑块的伸长，压缩空气从A口进入使气缸活塞向B气孔方向运动，实现移动滑块的缩短。伸缩气缸的前端盖II 1-10和伸缩气缸后端盖II 1-11从两侧堵住缸体，两个端盖上都有四个通孔，通过四根螺柱紧紧的接合在一起。整个机构通过四个密封环实现伸缩气缸内部环境的密封，活塞上套有磁环，为磁性传感器提供自身的位置信号。

图11是纵向伸缩系统的伸长部分俯视图，图12纵向伸缩系统的伸长部分剖视图I，图13纵向伸缩系统的伸长部分剖视图II。如图所示是纵向伸缩系统的装配情况，伸缩滑块基座通过螺栓II 1-9固定在伸缩气缸安装座I 1-14，伸缩气缸则是通过90度角码II 1-8和螺栓II 3-5固定在伸缩滑块基座A II 3-1上。伸缩滑块II 3-2上有卡口，伸缩气缸的活塞前端有圆柱结构，可以卡在卡口上，并用六角法兰螺母II 1-3将活塞的前端固定在卡口处，通过活塞的往返运动来实现滑块的伸缩运动。

旋转臂是由旋转气缸，机械臂两部分组成，其中机械臂是一个镂空的L型塑钢架，旋转气缸的底面固定在纵向伸缩系统的伸出臂下部固定端上，旋转气缸的旋转转盘上有法兰结构，而机械臂则是通过螺栓固定在旋转气缸的旋转盘上。

L型塑钢架，上下各有一个固定端，上端的是一个法兰盘，用螺栓将旋转气缸的旋转轴连接。L型塑钢架的下部是一个“一字端”，“一字段”上有螺孔用于固定旋转气缸，通过螺栓连接。

图14是旋转臂固定端爆炸图，如图所示包括旋转气缸III 1，磁性传感器III 2，螺钉III 2-1，沉孔III 2-2，螺孔III 2-3，内六角螺栓III 2-4，L型塑钢架III 2-5，沉孔III2-6，内六角螺栓III 2-7，伸缩滑块II 3-1，螺孔II 3-9。旋转气缸III 1作为旋转臂系统的主要执行件，用于为智能喷头安装台提供旋转力；通过内六角螺栓III 2-4固定在伸缩滑块II 3-1上。L型塑钢架III 2-5通过内六角螺栓III 2-7固定在旋转气缸III 1的旋转卡盘上，通过旋转卡盘的旋转来带动L型塑钢架III 2-5的旋转。

图15是旋转气缸的正面结构图，如图所示包括密封环III 1-1，缓冲器III 1-2，密封环III 1-3，磁环III 1-4，小型齿条III 1-5，齿轮III 1-6，沉孔III 1-7，旋转气缸A气孔III 1-8，旋转气缸后端盖III 1-22，旋转气缸前端盖III 1-23，旋转气缸B气孔III 1-24。旋转气缸有两个气孔，从A气孔接入压缩空气，使齿条A向前移动，同时通过齿轮带动旋转轴逆时针旋转，使齿条B向后移动；当从B气孔接入压缩空气，使齿条B向前移动，同时通过齿轮带动旋转轴逆时针旋转，使齿条A向后移动。以此来带动旋转气缸的旋转盘实现顺时针和逆时针的旋转。在齿条A上有磁环，在齿条A运动的同时磁环也会进行运动，磁性传感器通过采集磁环的磁性信号，来确定齿条A的位置，从而确定旋转盘旋转的角度。

图16是旋转气侧面结构图，如图所示包括旋转轴III 1-9，深沟球轴承III 1-10，密封环III 1-11，旋转气缸下端盖III 1-12，密封环III 1-13，深沟球轴承III 1-14，旋转气缸上端盖III 1-15，内六角螺栓III 1-16，内六角螺栓III 1-17，齿轮III 1-6，旋转盘III 1-18，内六角螺栓III 1-19，平键III 1-20。齿轮III 1-6通过平键III 1-20连接在旋转轴III 1-9上，旋转轴III 1-9从旋转气缸III 1-9上端口装入旋转气缸III 1-9内部，旋转轴上有轴肩、旋转气缸下端盖III 1-12和旋转气缸上端盖III 1-15可以给深沟球轴承III 1-10和深沟球轴承III 1-14定位。旋转气缸下端盖III 1-12通过内六角螺栓III 1-19固定，旋转气缸上端盖III 1-15通过内六角螺栓III 1-17固定.。旋转气缸中心线上有一组沉孔III 1-7，用于将旋转气缸固定在伸缩滑块A上。

图17是旋转气缸是三视图，如图所示旋转气缸前端盖III 1-23和旋转气缸后端盖III 1-22各有4个沉孔，用过内六角螺栓III 1-21可以将旋转气缸前端盖III 1-23和旋转气缸后端盖III 1-22固定在旋转气缸的缸体上。

图18是旋转臂系统的三视图，图18(a)是旋转臂系统的主视图，图18(b)是旋转臂系统的左视图，图18(c)是旋转臂系统的俯视图。

图19是旋转臂固定端组合体剖视图，L型塑钢架III 2-5通过内六角螺丝III 2-7与旋转气缸连接，旋转气缸通过内六角螺丝III 2-4固定在伸长臂固定端II 3-6上。

图20是旋转臂固定端轴侧图，图21是喷嘴安装台的三视图，图21(a)是喷嘴安装台的主视图，图21(b)是喷嘴安装台的左视图，图21(c)是喷嘴安装台的俯视图。

图22是喷嘴安装台的爆炸视图，如图所示包括磁性传感器IV 1，平头螺钉IV 1-1，沉孔IV 1-2，磁性传感器卡座IV 1-3，旋转气缸IV 2，外置卡槽IV 2-1，内六角螺栓IV 2-2，螺孔IV 2-3，内六角螺栓IV 2-4，通孔IV 2-5，喷头固定台外壳IV 3，螺栓IV 3-1，通孔IV3-2，螺孔IV 3-3，端盖IV 3-4，伸缩气缸安装台IV 3-5，通孔IV 3-6，L型塑钢架III 2-5。喷嘴固定台外壳两端是两个法兰盘，旋转气缸通过螺栓将旋转盘和法兰盘连接在一起。旋转气缸轴线上均布这两个沉孔，通过螺栓将旋转气缸固定在L型塑钢架III 2-5的“一字段”上。喷嘴固定台外壳上有两个方形的安装口，通过安装孔可以将旋转盘和法兰盘连接起来

图23是智能喷头安装台旋转部分组合体剖视图，旋转气缸固定台外壳IV 3通过内六角螺栓IV 2-2与旋转气缸连接，旋转气缸通过内六角螺栓IV 2-4固定在L型塑钢架III2-5上。

图24是喷嘴固定端爆炸图，如图所示包括二通喷头V 1，螺孔V 1-1，第一接头V 1-2，第二接头V 1-3，固定环V 1-4，螺栓V 1-5，垫片V 1-6，螺母V 1-7，螺孔V 1-8，螺孔V 1-9，通孔V 1-10，红外传感器V 2，内六角螺栓V 2-1。

图25是喷嘴固定端三视图，图25(a)是喷嘴固定端的主视图，图25(b)是喷嘴固定端的左视图，图25(c)是喷嘴固定端的俯视图。

图26是红外传感器信息采集模型，如图所示将左右红外传感器的光轴安装在同一条直线上，两个红外传感器的摄像头成像平面共面。图中两个传感器的距离为B，称为基线距离。设铣刀与工件的加工点为M(X,Y,Z)，在左右摄像头C_l、C_r成像为点m_l(u_l,v_l)和点m_r(u_r,v_r)，假设点M在左摄像头的坐标系下(X_c,Y_c,Z_c)，且左右摄像头之间的焦距为f，参数σx、σy、u0、v0。根据相似三角形的原理可得：

所以点M在左摄像头坐标系下的坐标

从2式中可以看出点M的深度信息与摄像头的视差d＝μ₁-μ_r成反比。从这里可以看出当拍摄距离增加时,视差会减少,公共视野会增大。而当拍摄距离减少时,甚至是很小时,此时左右摄头几乎没有公共视野。

图27是智能喷头的D—H参数，从坐标系{Q_i-1}到坐标系{Q_i}之间的坐标变换，可以经过坐标系{Q_i-1}经过下述的变换顺序来实现：

(1)绕z_i-1轴旋转θ_i角，使x_i-1轴和x_i-轴同向；

(2)绕z_i-1轴平移距离为d_i，使x_i-1轴和x_i轴在同一条直线上；

(3)绕x_i轴平移距离阿a_i，使坐标系{Q_i-1}的坐标原点与坐标系{Q_i}的坐标原点重合；

(4)绕x_i轴旋转α_i角，使z_i-1轴与z_i轴在同一条直线上。

上述变换每次都是相对于动坐标系进行的，所以经过4次变换的齐次变换矩阵为

T_i＝Rot(z,θ_i)Trans(0,0,d_i)Trans(a_i,0,0)Rot(x,a_i)，

即：

连杆长度a_i，连杆扭角α_i，连杆距离d_i和连杆转角θ_i。其中，连杆长度a_i为两关节轴线之间的距离，即z_i-轴与z_i-1轴的公垂线长度，沿着x_i轴方向测量。a_i总为正值，当两关节轴线平行时，a_i＝l_i，l_i为连杆的长度；当两关节轴线垂直时，a_i＝0。连杆扭角α_i为两关节轴线之间的夹角，即z_i轴与z_i-1轴之间的夹角，绕着x_i轴从z_i-1轴旋转到z_i轴，符合右手规则时为正。当两关节轴线平行时，α_i＝0；当两关节轴线垂直时，α_i＝90°。连杆距离d_i为两连杆a_i与a_i-1之间的距离，即x_i轴与x_i-1轴之间的距离，在z_i-1轴上测量。对于转动关节，d_i为常数；对于移动关节，d_i为变量。连杆转角θ_i为两连杆a_i与a_i-1之间的夹角，绕z_i-1从x_i-1轴旋转到x_i轴，符合右手规则时为正。对于旋转关节，θ_i为变量，对于移动关节，θ_i为常数。

表1为D-H参数表格，表2为连杆转角θ_i的取值范围。

表1 D-H参数表格

表2 连杆转角θ_i的取值范围

θ<sub>i</sub>	θ<sub>0</sub>	θ<sub>1</sub>	θ<sub>2</sub>
				转角范围	[-360,360]	[120,240]	[120,210]

由上式和表1可得各相邻连杆的变换矩阵为：

将以上各个连杆变换矩阵相乘，得到智能喷嘴的变换矩阵⁰T₃为

式中：

n_x＝c₀c₁c₂-s₀s₁c₂-s₁s₂c₀-s₀s₂c₁ n_y＝s₀c₀c₁+s₁c₀c₂-s₀s₁s₂-s₂c₀c₁

n_z＝0

o_x＝s₂c₀c₁+s₀s₁s₂-s₁c₀c₂-s₀s₂c₁ o_y＝-s₀s₂c₁+s₂c₀c₁-s₀s₁s₂-c₀c₁s₂

o_z＝0

a_x＝0 a_y＝0

a_z＝0

p_y＝150s₀c₀c₁+150s₁c₀c₂-150s₀s₁s₂-150s₂c₀c₁+600s₀c₀+a₀s₀

p_z＝d₀+d₁

其中，式中s_i＝sinθ_i，c_i＝cosθ_i，如式中s₁＝sinθ₁，c₁＝cosθ₁。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，其特征在于，包括：环型旋转台、纵向伸缩部、旋转部、智能喷头安装台和信息采集系统；

所述环型旋转台包括沿水平圆周方向旋转的旋转体，所述旋转体底部连至少一个纵向伸缩部，所述纵向伸缩部下端连接旋转部，所述旋转部以与所述纵向伸缩部的连接点为轴心，在设定的角度范围内转动；所述智能喷头安装台与旋转部连接，随旋转部一起运动；所述信息采集系统安装在智能喷头安装台上；

所述环型旋转台包括：旋转台外壳、旋转体、步进电机和动力传递装置；所述步进电机设置在旋转台外壳内部，所述步进电机通过动力传递装置与旋转体连接，带动旋转体转动；

所述旋转部包括旋转气缸和机械臂，所述旋转气缸与纵向伸缩部连接，所述机械臂固定在旋转气缸的旋转盘上；所述旋转气缸上设有磁性传感器，通过所述磁性传感器确定旋转盘旋转的角度。

2.如权利要求1所述的一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，其特征在于，所述纵向伸缩部包括：伸缩气缸和伸长件；所述伸长件包括固定端和伸出端；通过所述固定端将伸缩气缸与环型旋转台连接，所述伸缩气缸的伸缩杆与伸长端连接；所述伸长件的伸出端和固定端之间设有滑道，由伸缩气缸提供动力，实现伸出端的纵向伸缩。

3.如权利要求1所述的一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，其特征在于，所述纵向伸缩部为两个，分别固定在环型旋转台的底部两端。

4.如权利要求1所述的一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，其特征在于，通过所述旋转气缸实现智能喷头喷射角度的微调。

5.如权利要求1所述的一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，其特征在于，所述机械臂为L型塑钢架。

6.如权利要求5所述的一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，其特征在于，所述L型塑钢架上下各有一个固定端，上端固定端为法兰盘，用于连接旋转气缸的旋转轴；L型塑钢架的下部是为横杆，所述横杆上设有用于固定旋转气缸的螺孔。

7.如权利要求1所述的一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，其特征在于，所述智能喷头安装台旋转部连接，所述智能喷头安装台上设有连接伸缩气缸的平台。

8.如权利要求1所述的一种CNC铣床多自由度微量润滑智能喷头系统，其特征在于，所述信息采集系统包括：红外线传感器、单片机和信息采集卡，所述红外传感器采集铣床加工工具的实时信号，信息采集卡将红外传感器采集到的信息发送至单片机，使设备的运动路径的到优化，实现更好跟踪喷射。