CN110977604A - 一种机床用智能切削液随动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机床用智能切削液随动系统，包括程序读取单元、信息处理单元和切削液随动装置，所述的程序读取单元读取机床的数控程序代码，发送至信息处理单元，所述的信息处理单元根据预设的切削液喷射区域和要求，控制切削液随动装置，调节切削液喷嘴的位置和喷射角度，调节切削液的喷射压力和流量。本发明能够提高切削液的实际使用效率，改善切削液对切削区域的降温及润滑效果，延长切削刀具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种机床配套装置。
背景技术
现有切削液喷射方向的控制方法都是操作人员手动操作，凭个人的工作经验确定切削液的喷射位置、喷射方向和喷射压力，管理方式比较粗放，经开机前的一次调整后，在整个加工过程中不能实时控制，无法满足对切削液的使用进行精细化控制要求。
主要表现在以下方面：
1)在加工前，切削液喷射方向和喷射位置由操作人员凭经验手动控制；
2)加工过程中无法及时调整切削液喷射的目标位置、入射角度和喷射压力；
3)现有的切削液供给方式存在问题，即存在局部供液不足和局部供液过量，为了满足这种工作模式，必须加大切削液贮箱的容积，这直接导致昂贵的机床切削液产生较为严重的浪费；
4)青岛理工大学申请的实用新型专利“一种切削液喷嘴可智能随动的铣床加工系统”(201820589098.2)，采用红外温度探测、采集加工区的温度，机械联动方式驱动，结构过于复杂，灵活度不够理想，且因冷却、润滑需要，存在大流量的切削液覆盖切削区域时，切削区域的红外特征被弱化，对目标进行探测追踪时就会产生误判。
根据互联网上检索结果，未查到与本发明类似的机床用智能切削液随动系统专利。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种机床用智能切削液随动系统，能够提高切削液的实际使用效率，改善切削液对切削区域的降温及润滑效果，延长切削刀具的使用寿命，同时节约切削液资源，达到优化零件加工质量、降低生产成本、实现环保运作的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机床用智能切削液随动系统，包括程序读取单元、信息处理单元和切削液随动装置，所述的程序读取单元读取机床的数控程序代码，发送至信息处理单元，所述的信息处理单元根据预设的切削液喷射区域和要求，控制切削液随动装置，调节切削液喷嘴的位置和喷射角度，调节切削液的喷射压力和流量。
所述的数控程序代码中包括刀具的前端零点坐标，刀具的直径、长度，刀具的旋转方向，以及走刀量、切削深度、主轴转速、材料热处理状态。
所述的切削液随动装置包括切削液喷嘴的俯仰角控制组件，负责对切削液喷射距离和实际切削深度进行调整；切削液喷嘴的摆动角控制组件，负责随刀具直径变化对喷嘴角度进行调整；切削液喷嘴的铅锤高度控制组件，负责对切削液喷嘴的高度进行调整；切削液喷嘴的绕机床主轴旋转角控制组件，负责对切削液喷嘴与机床主轴的相对方位进行调整。
所述的切削液随动装置包括控制器、直线滑轨模组、圆弧形滑轨模组、两个舵机和两个光电编码器；所述的两个舵机输出轴相互垂直，其中一个通过直线滑轨模组安装在圆弧形滑轨模组的滑枕上，所述的圆弧形滑轨模组以机床主轴为圆心固定在机床上，所述的直线滑轨模组能够在控制器的控制下由驱动电机驱动沿圆弧形滑轨模组绕机床主轴旋转，所述的舵机能够在控制器的控制下由驱动电机驱动沿直线滑轨移动，舵机输出轴与另一个舵机固连，另一个舵机的输出轴固连切削液喷管；每个舵机上同轴固连一个光电编码器，光电编码器采集舵机转动的角度并反馈至控制器，直线滑轨模组和圆弧形滑轨模5组在驱动电机上同轴固联光电编码器，由控制器按照设定角度控制舵机工作，使得切削液喷管始终对准刀具切削区域。
本发明的有益效果是：
1)可以在加工过程中实时自动调整切削液的喷射角度和目标位置，实现所有参数的连续可调，方便且及时；
2)对降低切削区域的温度及改善润滑状态效果明显；
3)改善了切削刀具的工作环境，为延长刀具使用寿命提供了有利条件；
4)为提高零件加工表面质量，稳定尺寸精度改善了外部环境条件；
5)保证对切削区域冷却、润滑条件的前提下，切削液在单位时间内的流量减少，切削液的使用量亦缩少至原来的70％左右即可满足要求；
6)明显降低了机床的舱内温度，改善了操作者的工作环境。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的结构示意图；
图中，1-切削液转接头，2-俯仰角控制组件，3-摆动角控制组件，4-铅锤高度控制组件，5-绕机床主轴旋转角控制组件，6-圆弧形滑轨安装座，7-切削液喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明能够通过人工预设或自动寻找需要切削液喷射的目标区域，自动选择和控制切削液随动装置喷嘴的喷射目标和喷射角度，并在机床加工过程中自动识别喷射位置、自主调节切削液喷射压力和流量、实时反馈切削液喷射目标区域。本发明利用智能控制技术对机床用切削液喷嘴进行自主寻的，智能控制，自主调整，属于三位一体、精细化管理的机床附属子系统。
本发明规避了传统的先探测再跟踪目标的思路，通过直接读取数控程序代码的方式，获取机床刀具的运行轨迹与加工状态，可以免去专用的、复杂的刀具运行轨迹探测系统，避开切削液对目标探测形成的各种不稳定干扰因素，确保及时准确地掌握机床的实时加工信息，为精准控制切削液的使用创造条件。如图1所示，为机床用智能切削液随动系统原理框图，表示随动系统在运行时，相关信息流的运行路线图，整个随动系统采用开环运行方式，在保证使用要求的条件下，最大限度简化控制系统。
数控机床在加工前，必须对刀库中的所有刀具进行零点位置校准，即刀库中的每一把刀具都必须进行对刀后，才可以参与加工，也就是刀具的前端零点坐标必须成为已知参数。那么通过数控程序软件来实现对刀具前端零点的跟踪，通过数控程序获取刀具前端零点的坐标就应该是可行的，在加工过程中，无论刀具运动轨迹如何，刀具前端的零点坐标都可以通过数控程序的相关信息中获取，这样就可以避开通过传感器识别的环节，省去复杂的目标探测系统。
在机床运行的数控程序中，刀具的直径、长度等其它参数也均为已知参数，同样可以通过数控程序来获取。
在数控铣床的切削加工过程中，因刀具的旋转方向与工件之间相对运动关系的不同，存在逆铣和顺铣的区别，这些加工状态都可以从数控程序中获取的相关信息中判断得出，亦可以根据准予运行的数控程序，准确判断出刀具的实际加工侧，从而为切削液喷嘴提供正确的偏转角修正值，使喷嘴喷射出来的切削液能够准确到达喷射目标区域。
在数控铣床的切削加工过程中，切削深度亦为已知的参数，同样可以通过数控程序来获取，从而为切削液喷嘴提供正确的俯仰角修正值，使喷嘴喷射出来的切削液能够准确到达喷射目标区域。
在数控加工工艺文件和数控程序中，随走刀量、切削深度、主轴转速、材料热处理状态等参数的不同，加工过程中产生的热量亦不相同，降温和润滑需要的切削液用量亦不相同，根据这些信息可以实时控制和调节切削液的供给量和喷射压力。
依靠精确控制的切削液系统，在保证满足冷却、润滑要求的前提下，可以提高切削液的使用效率，减少切削液的使用量，节约生产费用，降低零件的生产成本，减少有毒有害废料产出量，有利于环境保护。
通过机床数控系统中的数控程序软件进行机构之间的相互联动，是本发明的一个特点。
本发明重要的执行机构——机床用四参数可调切削液随动装置的原理如图2所示，图中件1为切削液转接头，负责切削液的导入；件2为切削液喷嘴(件7)俯仰角的控制组件，负责实现对切削液喷射距离和实际切削深度变化的调整；件3为切削液喷嘴(件7)摆动角控制组件，负责实现对刀具直径变化的调整；件4为铅锤高度控制组件，负责实现对切削液喷嘴(件7)高度位置的调整；件5为绕机床主轴旋转角控制组件，负责实现对切削液喷嘴(件7)与机床主轴相对方位的调整。
切削液的喷嘴由传统的四个以上，减少到现在的一个，使得切削液的使用量明显减少，不仅节约昂贵的切削液资源，降低机加工行业的运行成本，还可以整体缩减机床配置的切削液系统的规模和体积，凸显以技术置换资源的联动效应。
本发明所述的机床用四参数可调切削液随动装置包括控制器、直线滑轨模组、圆弧形滑轨模组、两个舵机和两个光电编码器；所述的两个舵机输出轴相互垂直，其中一个通过直线滑轨模组安装在圆弧形滑轨模组的滑枕上，所述的圆弧形滑轨模组以机床主轴为圆心固定在机床上，所述的直线滑轨模组能够在控制器的控制下由驱动电机驱动沿圆弧形滑轨模组绕机床主轴旋转，所述的舵机能够在控制器的控制下由驱动电机驱动沿直线滑轨移动，舵机输出轴与另一个舵机固连，另一个舵机的输出轴固连切削液喷管；每个舵机上同轴固连一个光电编码器，光电编码器采集舵机转动的角度并反馈至控制器，直线滑轨模组和圆弧形滑轨模5组在驱动电机上同轴固联光电编码器，由控制器按照设定角度控制舵机工作，使得切削液喷管始终对准刀具切削区域。
本发明所述的四参数为：切削液喷嘴的俯仰角、摆动角、铅锤高度位置、绕机床主轴旋转角。
本发明所述的目标识别通过软件环节识别，不需要附加装置，结构简单，技术含量较高。
本发明所述的控制装置对数控程序信息的处理，并及时向执行组件发出动作指令。
本发明可以用于各种数控立式铣床、数控龙门铣床的智能切削液随动系统控制的目标区域获取。
Claims (4)
1.一种机床用智能切削液随动系统，包括程序读取单元、信息处理单元和切削液随动装置，其特征在于：所述的程序读取单元读取机床的数控程序代码，发送至信息处理单元，所述的信息处理单元根据预设的切削液喷射区域和要求，控制切削液随动装置，调节切削液喷嘴的位置和喷射角度，调节切削液的喷射压力和流量。
2.根据权利要求1所述的机床用智能切削液随动系统，其特征在于：所述的数控程序代码中包括刀具的前端零点坐标，刀具的直径、长度，刀具的旋转方向，以及走刀量、切削深度、主轴转速、材料热处理状态。
3.根据权利要求1所述的机床用智能切削液随动系统，其特征在于：所述的切削液随动装置包括切削液喷嘴的俯仰角控制组件，负责对切削液喷射距离和实际切削深度进行调整；切削液喷嘴的摆动角控制组件，负责随刀具直径变化对喷嘴角度进行调整；切削液喷嘴的铅锤高度控制组件，负责对切削液喷嘴的高度进行调整；切削液喷嘴的绕机床主轴旋转角控制组件，负责对切削液喷嘴与机床主轴的相对方位进行调整。
4.根据权利要求1所述的机床用智能切削液随动系统，其特征在于：所述的切削液随动装置包括控制器、直线滑轨模组、圆弧形滑轨模组、两个舵机和两个光电编码器；所述的两个舵机输出轴相互垂直，其中一个通过直线滑轨模组安装在圆弧形滑轨模组的滑枕上，所述的圆弧形滑轨模组以机床主轴为圆心固定在机床上，所述的直线滑轨模组能够在控制器的控制下由驱动电机驱动沿圆弧形滑轨模组绕机床主轴旋转，所述的舵机能够在控制器的控制下由驱动电机驱动沿直线滑轨移动，舵机输出轴与另一个舵机固连，另一个舵机的输出轴固连切削液喷管；每个舵机上同轴固连一个光电编码器，光电编码器采集舵机转动的角度并反馈至控制器，直线滑轨模组和圆弧形滑轨模5组在驱动电机上同轴固联光电编码器，由控制器按照设定角度控制舵机工作，使得切削液喷管始终对准刀具切削区域。
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