CN111420612B - 一种基于信息反馈的切削液精确配比方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信息反馈的切削液精确配比方法及其系统，所述方法通过对液体浓度以及液位的检测实现对电磁阀开启时间的控制，有效的实现了全自动无人工干预的切削液精确配比。所述系统包括切削液箱、废液箱、切削原液单元、自来水单元、电磁阀、浓度检测计、液位检测计，所述切削液箱的顶部分别通过流量阀连通切削原液单元、自来水单元；所述切削液箱的内部分别设置有浓度检测计、液位检测计，所述浓度检测计设置在切削液箱的底部，所述切削液箱的底部通过流量阀与废液箱连通。本发明可以实现更加全面的掌握切削液的实时动态变化情况，有效的实现了全自动无人工干预的切削液精确配比，提高了设备综合利用率。

Description

一种基于信息反馈的切削液精确配比方法及其系统

技术领域

本发明属于切削液精确配比的技术领域，具体涉及一种基于信息反馈的切削液精确配比方法及其系统。

背景技术

数控机床是装备制造业最重要的一种加工设备，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车模具等领域，被誉为“工业母机”。机床切削液是数控机床的重要辅助部分，在加工过程中有降低切削热、清洗零件表面、润滑防锈等作用，从而保证加工零件的质量。由于数控机床进行切削加工时产生的切屑会带走大量的切削液，且存在漏液、挥发等情况，在长时间的生产过程中会使得切削液容量和浓度均呈直线下降趋势。

长期以来，数控机床切削液的配比及添加工作完全依赖于人工，操作人员先利用浓度检测仪进行浓度检测，随后根据切削液箱的剩余容量进行经验式的添加母液和自来水，若数控机床数量较多，添加切削液的过程不仅耗时还耗费大量人力物力。对此，刘志坚提出了一种真空负压式切削液配比装置(专利号ZL201721274413.4)，但仍需要人工干预进行打开控制阀等操作，且使用一段时间后便出现无法保证切削液箱中的浓度为合适范围。朴炳熹提出了一种水溶性切削液自动供给控制系统(专利号ZL201580002743.5)，只能在使用前提供精确的切削液配比，无法有效反映实际液箱中的浓度变化，长时间使用后切削液浓度降低，再添加之前的浓度并不合理。而且对于逻辑控制而言，数控系统本身就具备极为强大的运算功能，因此该方法选择的中央处理器也大幅增加了使用成本。

目前，对于切削液箱中液位的高低，数控系统可以进行报警，但缺乏对浓度的检测以及自动进行切削液配比工作。为解决上述问题，亟待开发一套利用切削液浓度信息反馈的数控系统自动配比切削液装置，此处的数控系统包括但不限于西门子系统、fanuc系统、fidia系统、广数系统、蓝天系统等。

发明内容

本发明公开了一种基于信息反馈的切削液精确配比方法，有效的实现了全自动无人工干预的切削液精确配比。

本发明还公开了一种基于信息反馈的切削液精确配比系统，本发明可以实现更加全面的掌握切削液的实时动态变化情况，有效的实现了全自动无人工干预的切削液精确配比，提高了设备综合利用率。本系统可移植于任意的数控系统中。

本发明主要通过以下技术方案实现：一种基于信息反馈的切削液精确配比方法，当切削液箱的液位Yi小于低液位警戒高度Yl或者切削液箱内液体浓度Ci小于低浓度警戒线Cl时，则：

T10＝S[(Yh-Yi)Cn+Yi(Cn-Ci)]/φv

T11＝S[(Yh-Yi)(1-Cn)+Yi(Cn-Ci)]/φv

其中，T10为切削原液通道电磁阀的开启时间，T11为自来水通道电磁阀的开启时间，Yi为液箱中当前液位高度，Ci为液箱中当前的切削液浓度，S为液箱的底面积，φ为进液导管的截面积，v为导管中液体流动速度；Yh为高液位警戒高度、Yl为低液位警戒高度、Yn为液位高度的中位线；Cl为液体低浓度警戒浓度、Ch为液体高浓度警戒浓度、Cn为切削液浓度的推荐浓度。

为了更好地实现本发明，进一步的，当切削液箱的液位Yi大于高液位警戒高度Yh且切削液箱内液体浓度Ci小于高浓度警戒线Ch时，则：

T12＝S(Yi-Yh*0.8)/φv；

其中，T12为切削液箱流出通道电磁阀的开启时间。

为了更好地实现本发明，进一步的，当切削液箱的液位Yi小于高液位警戒高度Yh且切削液箱内液体浓度Ci大于高浓度警戒线Ch时，则：

T11＝[S(Yh-Yi)(1-Cn)+Yi(Ci-Cn)]/φv；

其中，T11为自来水通道电磁阀的开启时间。

为了更好地实现本发明，进一步的，当切削液箱的液位Yi大于等于高液位警戒高度Yh且切削液箱内液体浓度Ci大于等于高浓度警戒线Ch时，则直接停止机床切削液供应。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述低液位警戒高度Yl为液位高度的中位线Yn的50％；所述高液位警戒高度Yh为液位高度的中位线Yn的150％；所述液体低浓度警戒浓度Cl为切削液浓度的推荐浓度Cn的80％，所述液体高浓度警戒浓度Ch为切削液浓度的推荐浓度Cn的120％。

本发明主要通过以下技术方案实现：一种基于信息反馈的切削液精确配比系统，包括切削液箱、废液箱、切削原液单元、自来水单元、电磁阀、浓度检测计、液位检测计，所述切削液箱的顶部分别通过流量阀连通切削原液单元、自来水单元；所述切削液箱的内部分别设置有浓度检测计、液位检测计，所述浓度检测计设置在切削液箱的底部，所述切削液箱的底部通过流量阀与废液箱连通。

本发明还包括数控单元，所述数控单元分别与电磁阀、浓度检测计、液位检测计连接。所述液位检测计安装于切削液箱的侧壁，浓度检测计安装于切削液箱底部，能够实时监测切削液箱中的液位变化，为数控系统的运算提供数据来源。所述切削液相分别通过导水管与切削原液单元、自来水单元、废液箱连接，且导水管上设置有电磁阀。所述数控单元(4)包括但不限于西门子系统、fanuc系统、fidia系统、广数系统、蓝天系统。

本发明在使用过程中，所述电磁阀接收来自数控单元的PLC执行信号，负责切削液原液及自来水的进液工作；浓度检测计用于切削液箱中切削液浓度检测工作，并发出动作信号给数控单元作判断使用；液位检测计用于切削液箱的液位高低，并将液位信号发送给数控单元作判断、计算使用；数控单元内进行冷却液浓度监测及报警、流量阀开关控制、计时控制、冷却液箱液位监测及报警等功能，线缆则负责连接各部分硬件，使其成为一个完整的闭环控制回路。

电磁阀的开关控制、计时控制均由数控系统PLC程序负责，其中设置有T10-T12计时器，M10-M12点位控制电磁式流量阀。冷却液浓度监测及报警、冷却液箱液位监测及报警功能均由数控系统的PCU负责。

本发明的有益效果：

(1)本发明可以实现更加全面的掌握切削液的实时动态变化情况，有效的实现了全自动无人工干预的切削液精确配比，提高了设备综合利用率。本系统可移植于任意的数控系统中。

(2)本发明可以实现全自动无人工干预的切削液精确配比，本发明逻辑清晰、操作方法简便，可进一步释放操作工人更多生产时间，实现数控机床效率与单位生产效益的双赢。

(3)本发明浓度配比精确且稳定，通过对切削液浓度的监控，充分利用浓度变化信息，及时补充损失的切削液，保持液箱中切削液容量和浓度稳定。

(4)本发明配比系统功能全面，在利用数控系统已有液位信息的基础上，加入切削液浓度信息，可更加全面的掌握切削液的实时动态变化情况，绘制切削液变化图谱，为数控机床的维护保养提供了数据支持，保障了数控机床的正常运行。

(5)本发明综合利用效率高，由于减少了人工的切削液检验和添加工作，节省了人力物力的同时，还避免了设备停机时的损失，提高了设备综合利用率，达到了高效率、低成本的目的。本发明不受数控系统的限制，PLC逻辑及程序可移植性强，可应用在多种数控系统中。

附图说明

图1为数控单元的PLC程序梯形图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为切削液箱的结构示意图；

图4为本发明的操作面板示意图。

其中：2-浓度检测计、3-液位检测计、4-数控单元、5-切削液箱、80-切削原液单元、81-自来水单元、82-废液箱、10-电磁阀。

具体实施方式

实施例1：

一种基于信息反馈的切削液精确配比系统，如图2-3所示，包括切削液箱5、废液箱82、切削原液单元80、自来水单元81、电磁阀10、浓度检测计2、液位检测计3、数控单元4，所述切削液箱5的顶部分别通过导水管连通切削原液单元80、自来水单元81，且底部通过导水管连通废液箱82；所述导水管上设置有电磁阀10，所述切削液箱5的内部分别设置有浓度检测计2、液位检测计3，所述液位检测计3沿切削液箱5的侧壁设置，且浓度检测计2设置在切削液箱5的底部。所述数控单元4分别连接电磁阀10、浓度检测计2、液位检测计3。

一种基于信息反馈的切削液精确配比方法，所述数控单元4PLC程序负责对电磁阀10开关控制、计时控制，其程序梯形图如图1所示。其中，T10、T11、T12表示计时器，M10点位控制电磁式流量阀10，M11点位控制电磁式流量阀11，M12点位控制电磁式流量阀12。

数控单元4的PCU负责对切削液浓度监测及报警、切削液箱5液位监测及报警功能的实现，根据切削液箱5中的液位高度和浓度进行分类，分类情况如下：

表1 切削液状态情况

液位高度	Y<sub>l</sub>	Y<sub>n</sub>	Y<sub>h</sub>
				切削液浓度	C<sub>l</sub>	C<sub>n</sub>	C<sub>h</sub>

表中Yn表示液位高度的中位线，取实际液箱高度的一半；Yl表示低液位警戒线，按液箱实际情况取值Yl＝50％×Yn，Yh表示高液位警戒线，按液箱实际情况取值Yh＝150％×Yn，Cn表示切削液浓度的推荐值，Cl表示低浓度警戒线，按具体情况取Cl＝80％×Cn，Ch表示高浓度警戒线，按具体情况取Ch＝120％×Cn。

根据表1状态情况，液位高度与切削液浓度之间进行排列组合，共可获得9种情况，再对组合进行统一分类，分类结果如表2所示：

表2 分类情况

分类	情况组合
		1	(Y<sub>l</sub>，C<sub>l</sub>)、(Y<sub>l</sub>，C<sub>n</sub>)、(Y<sub>n</sub>，C<sub>l</sub>)
2	(Y<sub>h</sub>，C<sub>l</sub>)、(Y<sub>h</sub>，C<sub>n</sub>)
		3	(Y<sub>l</sub>，C<sub>h</sub>)、(Y<sub>n</sub>，C<sub>h</sub>)
4	(Y<sub>h</sub>，C<sub>h</sub>)
		5	(Y<sub>n</sub>，C<sub>n</sub>)

对此在进行逻辑判断及控制之前，需准确获得不同的分类信息，实现不同分类状态下的切削原液和自来水添加计算，其具体实施方案如下：

1)液箱的液位较低或浓度较低，当Yi<Yl or Ci<Cl时，则：

T10＝S[(Yh-Yi)Cn+Yi(Cn-Ci)]/φv；

T11＝S[(Yh-Yi)(1-Cn)+Yi(Cn-Ci)]/φv；

式中T10表示切削原液通道电磁阀10的开启时间，T11表示自来水通道电磁阀10的开启时间，Yi表示液箱中当前液位高度，Ci液箱中当前的切削液浓度，S表示液箱的底面积，Cn表示机床加工时切削液推荐浓度值，φ表示进液导管的截面积，v表示导管中液体流动速度。

2)液箱的液位高且浓度低于最高限值，当Yi>Yh and Ci<Ch时，则：

Warning(‘液位过高’)；

T12＝S(Yi-Yh*0.8)/φv；

式中T12表示切削液箱5流出通道电磁阀10的开启时间。

3)液箱的浓度高且液位低于液箱最高限值，当Ci>Ch and Yi<Yh时，则：

Warning(‘浓度过高’)；

T11＝[S(Yh-Yi)(1-Cn)+Yi(Ci-Cn)]/φv；

式中T11表示自来水通道电磁阀10的开启时间。

4)液箱的液位及浓度均超过最高限值，当Ci≧Ch and Yi≧Yh时，则：

print(‘停止’)；

break；％跳出循环，再次启动需人工确认

此情况基本不会出现，一旦发生意外，将直接停止机床切削液供应，需人为确定硬件是否出现问题，检查切削液箱5情况，确认无误后，重新开启切削液供应，相应操作如图4所示，为切削液配比系统的操作面板图。用户操作面板包括有切削液浓度信息查询、报警信息查询、手动启动和自动启动功能，以及浓度的输入功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于信息反馈的切削液精确配比方法，其特征在于，

当切削液箱的液位Yi大于高液位警戒高度Yh且切削液箱内液体浓度Ci小于高浓度警戒线Ch时，则：

T12=S(Yi-Yh*0.8)/ϕv;

其中，T12为切削液箱流出通道电磁阀的开启时间；

当切削液箱的液位Yi小于高液位警戒高度Yh且切削液箱内液体浓度Ci大于高浓度警戒线Ch时，则：

T11=S[(Yh-Yi)(1-Cn)+Yi(Ci-Cn)]/ϕv;

其中，T11为自来水通道电磁阀的开启时间；

当切削液箱的液位Yi小于低液位警戒高度Yl，且Ci小于Ch，或者切削液箱内液体浓度Ci小于低浓度警戒线Cl，且Yi<Yh时，则：

T10=S[(Yh-Yi)Cn+Yi(Cn-Ci)]/ϕv

T11=S[(Yh-Yi)(1-Cn)+Yi(Cn-Ci)]/ϕv

其中，T10为切削原液通道电磁阀的开启时间，T11为自来水通道电磁阀的开启时间，Yi为液箱中当前液位高度，Ci为液箱中当前的切削液浓度，S为液箱的底面积，ϕ为进液导管的截面积，v为导管中液体流动速度；Yh为高液位警戒高度、Yl为低液位警戒高度、Yn为液位高度的中位线；Cl为液体低浓度警戒浓度、Ch为液体高浓度警戒浓度、Cn为切削液浓度的推荐浓度；

当切削液箱的液位Yi大于等于高液位警戒高度Yh且切削液箱内液体浓度Ci大于等于高浓度警戒线Ch时，则直接停止机床切削液供应。

2.根据权利要求1所述的一种基于信息反馈的切削液精确配比方法，其特征在于，所述低液位警戒高度Yl为液位高度的中位线Yn的50%；所述高液位警戒高度Yh为液位高度的中位线Yn的150%；所述液体低浓度警戒浓度Cl为切削液浓度的推荐浓度Cn的80%，所述液体高浓度警戒浓度Ch为切削液浓度的推荐浓度Cn的120%。

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