CN109654359A - 数控机床高速轴承智能润滑装置及其智能调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数控机床高速轴承智能润滑装置及其智能调节方法，该装置包括：上部外壳、设置在上部外壳内的智能处理模块、与智能处理模块电连接，用于采集主轴温度数据的温度传感器、设置在上部外壳下方的油箱及设置在油箱内，与智能处理模块电连接的油泵；所述油泵的吸油口插入油箱内的润滑油中，油泵的出油口通过油管与外部油气混合器连接；所述智能处理模块根据温度传感器所采集的主轴温度数据控制所述油泵的供油量。本发明结构简单、使用方便，能够采集主轴温度信息，结合智能调节，确定油气润滑最佳供油量，改善数控机床主轴在工作过程中润滑及降温不佳的问题，实现油气控制系统智能化，达到智能化降低数控机床主轴温升、延长工作寿命的目标。

Description

数控机床高速轴承智能润滑装置及其智能调节方法

技术领域

本发明涉及数控机床主轴油气润滑技术领域，具体涉及数控机床高速轴承智能润滑装置及其智能调节方法。

背景技术

数控机床是用途广泛的现代加工设备，是衡量一个国家工业水平的标准之一，数控机床主轴轴承单元的润滑是数控机床发展的关键。油气润滑技术是一种新型润滑方式，克服了传统油雾润滑及油脂润滑的不足，可根据实际需要，选择润滑点个数，调节各润滑点所需油量，同时对多个轴承进行润滑，改善主轴的工作环境，使轴承极限转速提高、温升降低、寿命延长。油气润滑的基本原理是利用持续供应的压缩空气和适量的润滑油在一定长度的管道内混合，从而形成气液两相流体，该气液两相流体以环状流流型在管道中流动到达润滑点，实现对润滑点的润滑。在油气润滑系统中，每隔一定时间喷油装置就将润滑轴承所需的润滑油喷入油气管中，由压缩空气带动在油气管中前进。润滑油的喷射周期可以根据轴承实际的润滑油需求量进行调节。在此过程中，压缩空气作为润滑油的载体，同时完成对轴承内腔的吹扫，阻止杂质进入轴承，并带走热量起到冷却作用。

据了解目前市场上数控机床主轴的油气润滑装置还需要人工调节，属于非智能装置，其是将润滑油以不变的喷射周期沿着油气管道输送到轴承润滑区，不能根据主轴的工作状态及时的改变油气供应量，所以容易造成主轴润滑不足或过度，无法达到最佳润滑效果，主轴内部温升较高，降低主轴使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控机床高速轴承智能润滑装置及其智能调节方法，以能够采集主轴温度信息，结合智能调节算法，确定油气润滑的最佳供油量，改善数控机床主轴在工作过程中润滑及降温不佳的问题，实现油气控制系统的智能化，达到智能化降低数控机床主轴温升、延长工作寿命的目标。

为达到上述目的，本发明提供了一种数控机床高速轴承智能润滑装置，其包括：上部外壳、设置在上部外壳内的智能处理模块、与智能处理模块电连接，用于采集主轴温度数据的温度传感器、设置在上部外壳下方的油箱及设置在油箱内，与智能处理模块电连接的油泵；所述油泵的吸油口插入油箱内的润滑油中，油泵的出油口通过油管与外部油气混合器连接；所述智能处理模块根据温度传感器所采集的主轴温度数据控制所述油泵的供油量。

上述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其中，所述智能处理模块包括：数据处理模块、用于显示主轴温度数据的显示模块及与油泵电连接的交流控制模块；所述数据处理模块包括用于预设参数的通讯接口、用于连接所述温度传感器的温度传感器接口及单片机；所述单片机分别与通讯接口、温度传感器接口、显示模块及交流控制模块连接，用于将接收的主轴温度数据发送至显示模块，并根据主轴温度数据通过交流控制模块控制所述油泵的供油量。

上述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其中，所述交流控制模块和所述油泵之间设置有继电器，用于根据数据处理模块的信号控制油泵通路和断路动作。

上述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其中，所述显示模块包含一显示器；所述上部外壳上开有用于安装所述显示器的开孔。

上述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其中，所述交流控制模块连接交流电源线和所述油泵的电源线；所述交流电源线为智能处理模块和油泵供电。

上述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其中，所述油箱上设置有三通弯头；所述三通弯头分别与所述油泵的出油口、所述油管和压力表连接；所述压力表用于测量所述油泵的出口压力。

上述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其中，所述上部外壳上开有供所述温度传感器、所述压力表、所述交流电源线、所述油泵的电源线和所述通讯接口接入的开孔。

上述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其中，所述油箱上设置有油滤，用于向油箱内注入润滑油并进行过滤。

上述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其中，所述温度传感器的型号为DS18b20。

本发明还提供了一种基于上述的数控机床高速轴承智能润滑装置的智能调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过智能处理模块预设初始供油量Lo mL/h、主轴初始温度To℃、供油量增加幅度p mL/h和供油量减小幅度q mL/h；

步骤2：智能处理模块执行供油量增加调节步骤：第一次增加供油量p mL/h，此时主轴温度变化有三种情况：温度下降、温度不变和温度上升；

若温度下降，使用温度下降调节方式1：继续每次增加供油量p mL/h，直到温度不变或上升；

若温度不变，使用温度不变调节方式1：令计数值m＝0，继续每次增加供油量p mL/h，每次增加供油量p mL/h后更新计数值m＝m+1，直到温度上升或下降：若温度下降，则使用温度下降调节方式1；若温度上升，则供油量减少m×p mL/h，开始供油量减小调节步骤；

若温度上升，使用温度上升调节方式1：减小供油量p mL/h，开始供油量减小调节步骤；

步骤3：智能处理模块执行供油量减小调节步骤：第一次减小供油量q mL/h，此时主轴温度变化有三种情况：温度下降、温度不变和温度上升；

若温度下降，使用温度下降调节方式2：继续每次减小供油量q mL/h，直到温度不变或上升；

若温度上升，使用温度上升调节方式2：增加供油量q mL/h，智能调节结束；

若温度不变，使用温度不变调节方式2：继续每次减小供油量q mL/h，直到温度下降或上升：若温度下降，则使用温度下降调节方式2；若温度上升，则增加供油量q mL/h，智能调节结束。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单、使用方便，能够采集主轴温度信息，结合智能调节，确定油气润滑的最佳供油量，改善数控机床主轴在工作过程中润滑及降温不佳的问题，实现油气控制系统的智能化，达到智能化降低数控机床主轴温升、延长工作寿命的目标。

附图说明

图1为本发明数控机床高速轴承智能润滑装置的结构示意图；

图2为本发明数控机床高速轴承智能润滑装置的工作原理流程图；

图3为本发明油泵供油量与主轴温度变化关系示意图；

图4为本发明智能调节方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种数控机床高速轴承智能润滑装置，其包括：上部外壳10、设置在上部外壳10内的智能处理模块20、与智能处理模块20电连接，用于采集主轴温度数据的温度传感器30、设置在上部外壳10下方的油箱40及设置在油箱40内，与智能处理模块20电连接的油泵；所述油泵的吸油口插入油箱40内的润滑油中，油泵的出油口通过油管70与外部油气混合器连接；所述智能处理模块20根据温度传感器30所采集的主轴温度数据控制所述油泵的供油量。所述温度传感器30的型号可以选择为DS18b20，但不仅限于DS18b20。

所述智能处理模块20包括：数据处理模块、用于显示主轴温度数据的显示模块及与油泵电连接的交流控制模块；所述数据处理模块包括用于预设参数的通讯接口、用于连接所述温度传感器30的温度传感器接口及单片机；所述单片机分别与通讯接口、温度传感器接口、显示模块及交流控制模块连接，用于将接收的主轴温度数据发送至显示模块，并根据主轴温度数据通过交流控制模块控制所述油泵的供油量。单片机的型号可以选择为STC12C52，但不仅限于STC12C52。通讯接口可以选择为USB通讯接口，可以供用户在计算机上预设初始供油量(Lo mL/h)、主轴初始温度(To℃)、供油量增加幅度(p mL/h)和供油量减小幅度(q mL/h)等各项参数。所述交流控制模块和所述油泵之间设置有继电器，用于根据数据处理模块的信号控制油泵通路和断路动作。所述显示模块包含一显示器；所述上部外壳10上开有用于安装所述显示器的开孔。所述交流控制模块连接交流电源线90和所述油泵的电源线；所述交流电源线90为智能处理模块20和油泵供电。

所述油箱40上设置有三通弯头80；所述三通弯头80分别与所述油泵的出油口、所述油管70和压力表50连接；所述压力表50用于测量所述油泵的出口压力。所述油箱40上还设置有油滤60，用于向油箱40内注入润滑油并进行过滤。所述上部外壳10上还开有供所述温度传感器30、所述压力表50、所述交流电源线90、所述油泵的电源线和所述通讯接口接入的开孔。

如图2所示，经过油滤60向油箱40内注入润滑油，启动智能润滑装置，润滑油以初始供油量经油泵输送至油气混合器内。压缩空气经空压机输送至油气混合器内，压缩空气的供给方式是连续的。在油气混合器中，利用压缩空气把润滑油从颗粒状态逐渐吹散和变薄成细小的油滴附着在油管70管壁上流动，形成气动波浪油膜，油膜在空气压力的作用下沿管壁向前流动，在流动过程中油膜的厚度逐渐减薄，管壁中的油气混合体通过油气分配器输送至各个润滑点实现润滑

如图3所示，轴承在每次调整供油量之后，需要一段时间稳定其温度，稳定后的温度设为本次测量的温度值；温度传感器30DS18b20的每次温度测量所需的时间为0.75s，温度稳定是指存在3s内连续6次测量的温度值变化小于0.5℃；将本次测量的温度值减去上一次测量的温度值，若温度差绝对值小于0.5℃，认为温度不变，若温度差小于-0.5℃，认为温度下降，若温度差大于0.5℃，则认为温度上升；由于轴承内润滑油的量过多或过少都不利于轴承运行，因此存在一个最佳供油量；在最佳供油量点附近，存在一最佳供油区间，由于设备精度限制及智能调节总是定量的增加或减少固定的供油量，所以很难取到最佳供油量点，在该区间内增加或减少供油量，测量温度值的差的绝对值总小于0.5℃，考虑到成本问题，智能调节方式最终确定的供油量需取最佳供油区间的最小供油量。

如图4所示，本发明的智能调节方式如下：

步骤1：通过智能处理模块20预设初始供油量Lo mL/h、主轴初始温度To℃、供油量增加幅度p mL/h和供油量减小幅度q mL/h；

步骤2：智能处理模块20执行供油量增加调节步骤：第一次增加供油量p mL/h，此时主轴温度变化有三种情况：温度下降、温度不变和温度上升；

若温度下降，使用温度下降调节方式1：继续每次增加供油量p mL/h，直到温度不变或上升；

若温度不变，使用温度不变调节方式1：令计数值m＝0，继续每次增加供油量p mL/h，每次增加供油量p mL/h后更新计数值m＝m+1，直到温度上升或下降：若温度下降，则使用温度下降调节方式1；若温度上升，则供油量减少m×p mL/h，开始供油量减小调节步骤；

若温度上升，使用温度上升调节方式1：减小供油量p mL/h，开始供油量减小调节步骤；

步骤3：智能处理模块20执行供油量减小调节步骤：第一次减小供油量q mL/h，此时主轴温度变化有三种情况：温度下降、温度不变和温度上升；

若温度下降，使用温度下降调节方式2：继续每次减小供油量q mL/h，直到温度不变或上升；

若温度上升，使用温度上升调节方式2：增加供油量q mL/h，智能调节结束；

若温度不变，使用温度不变调节方式2：继续每次减小供油量q mL/h，直到温度下降或上升：若温度下降，则使用温度下降调节方式2；若温度上升，则增加供油量q mL/h，智能调节结束。

在供油量调整过程中，可能存在多次调整供油量后测量温度值的差的绝对值都小于0.5℃，此时需继续增加或减少供油量，直到温度变化；若温度变化为下降，则认为供油量未达到最佳供油区间，智能调节将继续如图4所示流程图寻找最佳供油区间；若温度变化为上升，则认为到达最佳供油量区间。

综上所述，本发明结构简单、使用方便，能够采集主轴温度信息，结合智能调节，确定油气润滑的最佳供油量，改善数控机床主轴在工作过程中润滑及降温不佳的问题，实现油气控制系统的智能化，达到智能化降低数控机床主轴温升、延长工作寿命的目标。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，包括：上部外壳、设置在上部外壳内的智能处理模块、与智能处理模块电连接，用于采集主轴温度数据的温度传感器、设置在上部外壳下方的油箱及设置在油箱内，与智能处理模块电连接的油泵；所述油泵的吸油口插入油箱内的润滑油中，油泵的出油口通过油管与外部油气混合器连接；所述智能处理模块根据温度传感器所采集的主轴温度数据控制所述油泵的供油量。

2.如权利要求1所述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，所述智能处理模块包括：数据处理模块、用于显示主轴温度数据的显示模块及与油泵电连接的交流控制模块；所述数据处理模块包括用于预设参数的通讯接口、用于连接所述温度传感器的温度传感器接口及单片机；所述单片机分别与通讯接口、温度传感器接口、显示模块及交流控制模块连接，用于将接收的主轴温度数据发送至显示模块，并根据主轴温度数据通过交流控制模块控制所述油泵的供油量。

3.如权利要求2所述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，所述交流控制模块和所述油泵之间设置有继电器，用于根据数据处理模块的信号控制油泵通路和断路动作。

4.如权利要求2所述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，所述显示模块包含一显示器；所述上部外壳上开有用于安装所述显示器的开孔。

5.如权利要求2所述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，所述交流控制模块连接交流电源线和所述油泵的电源线；所述交流电源线为智能处理模块和油泵供电。

6.如权利要求5所述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，所述油箱上设置有三通弯头；所述三通弯头分别与所述油泵的出油口、所述油管和压力表连接；所述压力表用于测量所述油泵的出口压力。

7.如权利要求6所述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，所述上部外壳上开有供所述温度传感器、所述压力表、所述交流电源线、所述油泵的电源线和所述通讯接口接入的开孔。

8.如权利要求1所述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，所述油箱上设置有油滤，用于向油箱内注入润滑油并进行过滤。

9.如权利要求1所述的数控机床高速轴承智能润滑装置，其特征在于，所述温度传感器的型号为DS18b20。

10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的数控机床高速轴承智能润滑装置的智能调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过智能处理模块预设初始供油量Lo mL/h、主轴初始温度To℃、供油量增加幅度p mL/h和供油量减小幅度q mL/h；

步骤2：智能处理模块执行供油量增加调节步骤：第一次增加供油量p mL/h，此时主轴温度变化有三种情况：温度下降、温度不变和温度上升；

若温度下降，使用温度下降调节方式1：继续每次增加供油量p mL/h，直到温度不变或上升；

若温度不变，使用温度不变调节方式1：令计数值m＝0，继续每次增加供油量p mL/h，每次增加供油量p mL/h后更新计数值m＝m+1，直到温度上升或下降：若温度下降，则使用温度下降调节方式1；若温度上升，则供油量减少m×p mL/h，开始供油量减小调节步骤；

若温度上升，使用温度上升调节方式1：减小供油量p mL/h，开始供油量减小调节步骤；

步骤3：智能处理模块执行供油量减小调节步骤：第一次减小供油量q mL/h，此时主轴温度变化有三种情况：温度下降、温度不变和温度上升；

若温度下降，使用温度下降调节方式2：继续每次减小供油量q mL/h，直到温度不变或上升；

若温度上升，使用温度上升调节方式2：增加供油量q mL/h，智能调节结束；

若温度不变，使用温度不变调节方式2：继续每次减小供油量q mL/h，直到温度下降或上升：若温度下降，则使用温度下降调节方式2；若温度上升，则增加供油量q mL/h，智能调节结束。