CN111055162A - 一种基于自动控制的微量润滑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于自动控制的微量润滑装置，装置包括：检测模块、控制模块、执行模块和控制算法；检测模块用于对流量和压力进行实时检测，控制模块结合控制算法输出的最优冷却参数调节流量及压力的大小。执行模块作用是接收来自控制模块的执行命令，调节流量及压力的大小以达到控制算法给出的参数值；控制算法能通过运行和计算后，最终输出切削液流量、空气压力冷却参数作为实现加工质量目标的最优冷却方案。本发明的优点在于：实现了微小切削液流量及气压的实时自动控制，体积小、便携。

Description

一种基于自动控制的微量润滑装置
技术领域
本发明涉及润滑技术领域，特别涉及一种基于自动控制的微量润滑装置。
背景技术
在机械加工过程中，刀具在切削金属材料时需要切削液进行润滑和冷却。传统浇注式冷却存在切削液用量大、利用率低、润滑效果差等问题，易造成大量切削液的浪费，同时会污染环境、危害人体健康，从而引发种种负面效应。微量润滑(Minimum QuantityLubrication,MQL)是一种新型环保冷却方法，与传统浇注式冷却相比，切削液利用率高、用量少、润滑性能更好，可以实现以极微小量润滑剂取代大量切削液，避免了金属切削中切削液造成的环境污染，降低了切削液处理成本及环境污染等弊端。
就绿色制造的理念而言，干式切削(Dry Cutting,DC)是最理想的切削技术，即在切削过程中不使用切削液进行加工。但是干式切削会出现切削温度升高、切削力增大、切屑难以排出、工件软化效应等问题。
对于浇注式切削加工，切削液主要作用在第Ⅱ变形区，通过切削液液体的不断流动带走了第Ⅱ变形区大部分的热量，实现切削温度的降低，但是由于切削时的高温导致切削液汽化，会阻碍切削液进一步渗透进入切削区域，从而造成了刀具与工件接触区域的温度分布出现不同，会对刀具磨损和工件质量产生影响。
传统MQL系统中，为了降低切削区域的温度，一直研究方向是切削液的渗透能力、切削液的润滑性能及单一工况下的精准微量冷却与润滑等等，没有实现反馈、调节的过程，尤其是在不同加工材料、工艺参数下，适应工况变化的能力更差。与传统MQL系统不同，本技术采用基于控制算法的微量润滑装置，能够实现对流量、气体压力的实时智能控制，针对不同的加工材料、工艺参数不断自动调整，从而确保工件加工质量、刀具寿命以及切削液成本的降低。
现有技术一：中国发明专利，专利号：CN201810159390.5；专利名称为：一种微量润滑装置。
现有技术一的缺陷：关于控制及调节多数采用的还是调节旋钮及手动开关，如输油管采用油量调节旋钮来控制进油量，自动化程度低，无法实现真正自动化，并且气动脉冲阀相比由电信号控制的压力阀精确度不是很高，在实现微量控制时由电动压力阀控制得到的压力更为准确，并且经过电动流量控制阀后的流量更能满足微量润滑时的流量要求。
现在的装置还没有利用专门的控制算法来实现对流量、气体压力的实时控制，针对不同的加工材料、工艺参数不能自动调整，导致工件加工质量、刀具寿命降低以及切削液成本的升高。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种基于自动控制的微量润滑装置，解决了现有技术中存在的缺陷。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于自动控制的微量润滑装置，其特征在于：包括检测模块、控制模块、执行模块和控制算法；
检测模块由流量传感器、压力传感器构成；
控制模块由MCU构成；执行模块由蠕动泵、压力控制阀构成；
检测模块作用是对切削液流量、气体压力进行实时检测；
控制模块作用是接收检测信号，结合控制算法计算获得的最优冷却参数推荐值，将相应的信号传递给执行模块；
执行模块作用是接收来自控制模块的控制信号并执行，即调节流量及压力的大小以达到所需工艺要求；
控制模块通过控制算法，最终输出工况所需的切削液流量、空气压力冷却参数作为实现加工质量目标的最优冷却方案。
气体经气管通过压力传感器、压力控制阀，MCU与压力传感器、压力控制阀以导线连接，压力传感器检测到实时压力大小后经过ADC(模数转换)转换为数字信号后传递给MCU，结合控制算法推荐的最优冷却参数，MCU输出控制信号经DAC(数模转换)转换为模拟信号给压力控制阀；切削液从蠕动泵经液管流过流量传感器，流量传感器检测到的实时流量大小后经过ADC(模数转换)转换为数字信号传递给MCU，通过控制算法计算后，MCU将控制信号通过RS485通讯协议传递给蠕动泵，进而控制蠕动泵输出相应的流量大小；MCU、流量传感器与蠕动泵之间以导线连接。
进一步地，该装置长宽高为420×300×150mm。
进一步地，本装置能够通过控制算法，自动控制输出大小为0.0023～0.006L/min的切削液流量
进一步地，所述切削液由大豆油与95°乙醇以1:1的体积比例配制。
进一步地，所述控制算法的流程如下：
1.首先设定工艺参数空气压力P*及误差δP，液体流量q*及误差δq的大小
2.检测实时空气压力P与切削液流量q
3.若P*-P<δP则进入下一步，否则，启动空气阀调节空气压力
4.若q*-q<δq则进入下一步，否则，启动调速蠕动泵调节切削液流量
5.使得空气压力和切削液流量在所指定的范围内。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
能实现自动精确检测及控制切削液的微小流量及气体压力大小。
基于自动控制的微量润滑装置通过控制算法的运行计算后，最终输出切削液流量、空气压力等冷却参数作为实现加工质量目标的最优冷却方案。进而在保证冷却效果的同时，减少切削液的用量。由于引入了控制算法对润滑冷却参数的计算，会使得切削过程的冷却润滑条件大大改善，刀具、工件和切屑之间的磨损显著降低，有助于降低切削力、切削温度和刀具的磨损，这样不仅能保证加工表面质量，还能有效的降低切削液的使用成本。
体积小、便携，该装置长宽高为420×300×150mm，占地面积仅有一张A3纸大小；并且市面上出现的自动控制的微量润滑装置一般是以控制柜的形式，体积大且通用性差，无法适用于其他机床，该装置就解决了上述出现的问题。
本装置中采用的切削液由大豆油和乙醇构成，不仅是可降解的，还是更能够达到冷却润滑的效果，达到降低对环境的污染的重要作用。
附图说明
图1是本发明实施例微量润滑装置的结构示意图；
图2是本发明实施例微量润滑装置的立体图；
图3是本发明实施例微量润滑装置的电路图；
图4是本发明实施例控制算法的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1和2所示，一种基于自动控制的微量润滑装置，包括：MCU1、蠕动泵2、压力传感器3、直通转换头4、三角接头6、压力控制阀5、流量传感器7、液管8、箱体9和气管10；
箱体9内装入MCU1、蠕动泵2、压力传感器3、直通转换头4、三角接头6、压力控制阀5、流量传感器7、液管8和气管10；
液管8和气管10穿出箱体9。
所述气管10连接压力控制阀5，压力传感器3通过直通转换头4和三角接头6连接气管10。
从空压机中出来的气体，首先经气管10通过压力传感器3与压力控制阀5，MCU1与压力传感器3、压力控制阀5以导线连接，压力传感器3检测到实时压力大小并经过ADC(模数转换)转换为数字信号后传递给MCU1，结合控制算法推荐的最优冷却参数,如在某一工况下为获得所指定的工件表面质量、刀具寿命所需最优冷却参数为压力0.4MPa，切削液流量240ml/h,MCU1输出控制信号经DAC(数模转换)转换为模拟信号给压力控制阀5，三者实现压力的实时自动控制；切削液从蠕动泵2经液管8流过流量传感器7，将流量传感器7检测到实时流量大小经过ADC(模数转换)转换为数字信号传递给MCU1，通过控制算法计算后，MCU1将控制信号通过RS485通讯协议传递给蠕动泵2，进而控制蠕动泵2输出相应的流量大小，实现实时自动化流量控制。MCU1、流量传感器7与蠕动泵2以导线连接。
首先根据各种加工材料、工艺参数，通过控制算法的运行计算得到最优的冷却方案，然后将最优冷却方案的冷却参数传送给控制模块，接着该装置根据检测模块的输入信息，结合最优的冷却参数通过控制模块传递给相应的执行模块执行命令，最终得到切削区域最优的冷却效果，降低表面粗糙度。
如图3所示，其中由于涉及到电路的转换，采用运放模块及A/D、D/A转换，以实现MCU的信号的转换及接收，首先由30V的电源电压输出，接线到12V直流调压模块、24V直流调压模块及5V直流调压模块，由24V的直流调压模块供电给流量传感器和气压传感器，其中流量传感器输出脉冲信号可由MCU直接接收，气压传感器接输出电压信号，经过A/D转换后将数字信号输入到MCU当中，MCU进行判断，接着MCU输出数字信号，经过D/A转换器、运放模块将信号输送给蠕动泵及气压控制阀，控制元件接收到信号后执行命令，达到实际所需的技术要求。
如图4所示，控制算法的工作流程如下：
1.首先设定工艺参数空气压力P*及误差δP，液体流量q*及误差δq的大小
2.检测实时空气压力P与切削液流量q
3.若P*-P<δP则进入下一步，否则，启动空气阀调节空气压力
4.若q*-q<δq则进入下一步，否则，启动调速蠕动泵调节切削液流量
5.使得空气压力和切削液流量在所指定的范围内。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于自动控制的微量润滑装置，其特征在于：包括检测模块、控制模块、执行模块和控制算法；
检测模块由流量传感器、压力传感器构成；
控制模块由MCU构成；执行模块由蠕动泵、压力控制阀构成；
检测模块作用是对切削液流量、气体压力进行实时检测；
控制模块作用是接收检测信号，结合控制算法计算获得的最优冷却参数推荐值，将相应的信号传递给执行模块；
执行模块作用是接收来自控制模块的控制信号并执行，即调节流量及压力的大小以达到所需工艺要求；
控制模块通过控制算法，最终输出工况所需的切削液流量、空气压力冷却参数作为实现加工质量目标的最优冷却方案。
气体经气管通过压力传感器、压力控制阀，MCU与压力传感器、压力控制阀以导线连接，压力传感器检测到实时压力大小后经过ADC转换为数字信号后传递给MCU，结合控制算法推荐的最优冷却参数，MCU输出控制信号经DAC转换为模拟信号给压力控制阀；切削液从蠕动泵经液管流过流量传感器，流量传感器检测到的实时流量大小经过ADC转换为数字信号传递给MCU，通过控制算法计算后，MCU将控制信号通过RS485通讯协议传递给蠕动泵，进而控制蠕动泵输出相应的流量大小；MCU、流量传感器与蠕动泵之间以导线连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动控制的微量润滑装置，其特征在于：长宽高为420×300×150。
3.根据权利要求1所述的一种基于自动控制的微量润滑装置，其特征在于：本装置能够通过控制算法，自动控制输出大小为0.0023～0.006L/min的切削液流量。
4.根据权利要求1所述的一种基于自动控制的微量润滑装置，其特征在于：所述切削液由大豆油与95°乙醇以1:1的体积比例配制。
5.根据权利要求1所述的一种基于自动控制的微量润滑装置，其特征在于：所述控制算法流程如下：
1.首先设定工艺参数空气压力P*及误差δP，液体流量q*及误差δq的大小
2.检测实时空气压力P与切削液流量q
3.若P*-P<δP则进入下一步，否则，启动空气阀调节空气压力
4.若q*-q<δq则进入下一步，否则，启动调速蠕动泵调节切削液流量
5.使得空气压力和切削液流量在所指定的范围内。
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