CN114904409B - 一种数控机床冷却液中气泡的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，包括以下步骤：A、对冷却液进行持续搅拌；向冷却液中持续通入惰性气体，惰性气体随冷却液高速旋转受到搅拌切割而产生微纳米气泡，得到微纳米气泡－冷却液；B、在上述微纳米气泡－冷却液的持续产生过程中，通过预测系统对刀具的震动进行预测模拟，根据模拟结果，调节向冷却液中通入的惰性气体的量；本发明通过在冷却液中加入惰性气体，并在冷却液中形成微气泡，冷却液携带微气泡在对刀具进行降温的时候，会对刀具和工件表面产生冲击，从而得以清理刀具和工件表面残留的碎屑，同时，通过预测系统对刀具的震动进行模拟，并针对模拟结果提前作出应对，从而避免因刀具震动影响加工件表面加工精度。

Description

一种数控机床冷却液中气泡的制备方法
技术领域
本发明涉及一种冷却液，尤其涉及一种数控机床冷却液中气泡的制备方法。
背景技术
我国的乐器工业正处于一个新的发展阶段，人民生活水平的提高，“乐器热”的持续升温，使乐器市场进一步扩大，各大乐器制造企业加快了技术改造和新产品的开发步伐。近几年来我国乐器生产有了飞速的发展，规模逐步扩大，同时制造厂商充分吸收和运用国外先进的科学技术来改善生产条件和加工工艺，提高产品质量，如采用计算机控制的具有国际水平的钢琴生产线和生产吉他乐器的仿形铣设备，这些技术设备的引进和应用极大地提高了我国乐器制造水平。然而由于工业基础薄弱，自主创新能力不强，标准化水平低、体系不完善等原因，我国的乐器工业与欧美、日本等发达国家相比仍然有较大的差距。
随着计算机的出现，机械加工技术也进入了数字化时代，利用数控技术可以实现对木质、塑料和金属材料进行加工，可大大地提高加工精度和生产率。针对国内市场对乐器需求的增长，数控加工已经成为乐器工业制造中最为重要的加工手段之一。控制系统是数控机床的核心组成部分，其控制性能直接影响到数控机床产品加工品质的好坏和加工效率的高低。
但是数控机床控制系统受多因素影响，呈现强耦合、时变性、非线性等特点，采用常规控制方法，控制器参数不便于依照实际工况做出实时整定，且较难适应零件加工中负载的非线性变化过程，机床在加工过程中需要用到冷却液来对刀具进行降温，但是现有的冷却液功能较为单一，仅起到对刀具进行降温的作用，不能满足人们的使用需求。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种数控机床冷却液的气泡及其制备装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，包括：
A、对冷却液进行持续搅拌；向冷却液中持续通入惰性气体，惰性气体随冷却液高速旋转受到搅拌切割而产生微纳米气泡，得到微纳米气泡－冷却液；
B、在上述微纳米气泡－冷却液的持续产生过程中，通过预测系统对刀具的震动进行预测模拟，根据模拟结果，调节向冷却液中通入的惰性气体的量；
所述预测系统的模型结构式为
Figure SMS_3
， 其中
Figure SMS_6
为刀具震动幅度的输入信号，
Figure SMS_8
为通入惰性气体的量的输出信号，
Figure SMS_2
为白 噪声序列，
Figure SMS_5
为系统延迟时间，
Figure SMS_7
为差分算子，
Figure SMS_9
，
Figure SMS_1
，
Figure SMS_4
为多 项式。
本发明一个较佳实施例中，在步骤B中，当刀具震动的幅度变大/变小时，增加/减少通入的惰性气体的量，提高/降低单位冷却液中微纳米气泡的含量。
本发明一个较佳实施例中，能够根据加工过程中刀具温度的变化，调节向冷却液中通入的惰性气体的量。
本发明一个较佳实施例中，当刀具的温度升高/降低时，减少/增加通入的惰性气体的量，降低/提高单位冷却液中微纳米气泡的含量。
本发明一个较佳实施例中，所述惰性气体为氦、氖和氩中的任一种。
本发明一个较佳实施例中，在步骤A中，所述微纳米气泡的直径为20nm-50nm，高速旋转的速度为1500rpm—2000rpm。
本发明一个较佳实施例中，所述冷却液中能够添加煤油或氯化石蜡任一种。
本发明一个较佳实施例中，微纳米气泡－冷却液采用即时制备和即时输出使用的方式。
一种数控机床冷却液中气泡的制备装置，包括工作筒、搅拌杆和通气管，所述搅拌杆表面固定有若干个切割刀片；
所述工作筒，包括搅拌腔以及固定在搅拌腔内壁的水位计；
所述搅拌杆和所述通气管均设置在搅拌腔内。
本发明一个较佳实施例中，所述搅拌杆上端连接有驱动设备。
本发明一个较佳实施例中，所述通气管表面固定有止回阀。
本发明一个较佳实施例中，所述工作筒表面穿设有气体回流管。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
（1）本发明采用建立的数控机床位置伺服系统神经网络模型预测系统进行预测模拟数控机床未来的运行状态，作为预测控制器的预测模型，同时引入神经网络的瞬时线性化思想，在每个控制采样周期内根据神经网络状态预测模型获取的数控机床未来时刻的系统输入、输出预测轨迹，并实时辨识系统在预测时域内的CARIMA模型，继而通过二次规划优化求解代价函数，求得当前时刻最优控制律，从而得到一种数据驱动的自适应控制方法，避免了建模困难的问题，并且引入深度神经网络建立系统数据驱动模型，实现位置伺服数据驱动预测控制。
（2）本发明通过在冷却液中加入惰性气体，并在冷却液中形成微气泡，冷却液携带微气泡在对刀具进行降温的时候，会对刀具和工件表面产生冲击，从而得以清理刀具和工件表面残留的碎屑，同时，通过预测系统对刀具的震动进行模拟，并针对模拟结果提前做出应对，从而避免因刀具震动影响加工件表面加工精度，提高加工质量。
（3）本发明中微纳米气泡－冷却液采用即时制备和即时输出使用的方式，不仅能够持续保持对刀具和工件表面残留碎屑的清理，还能够根据刀具的温度进行实时调整输出量，避免温度过高导致刀具快速磨损或变形，从而延长刀具的使用寿命。
（4）本发明通过微纳米气泡，气泡在破碎的同时不仅能够进一步对刀具和工件的碎屑进行清理，还可以起到对工件表面因刀具震动产生的微纹路进行精细化打磨，进一步提高了加工质量。
（5）本发明通过搅拌杆和通气管，搅拌杆能够带动冷却液和惰性气体快速旋转，快速产生微纳米气泡，从而得到微纳米气泡－冷却液，其中搅拌杆的转速能够在1500rpm—2000rpm内进行灵活调整，使得装置能够应对多种突发情况，当刀具震动幅度变大时，能够快速提高单位冷却液中微纳米气泡的含量，提高了装置的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的优选实施例的智能控制装置结构示意图；
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明的描述中，“实施例”、“一个实施例”或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必需被包括的。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，包括以下步骤：
A、对冷却液进行持续搅拌；向冷却液中持续通入惰性气体，惰性气体随冷却液高速旋转受到搅拌切割而产生微纳米气泡，得到微纳米气泡－冷却液；
B、在上述微纳米气泡－冷却液的持续产生过程中，通过预测系统对刀具的震动进 行预测模拟，根据模拟结果，调节向冷却液中通入的惰性气体的量；所述预测系统的模型结 构式为
Figure SMS_11
，其中
Figure SMS_15
为刀具震动幅 度的输入信号，
Figure SMS_17
为通入惰性气体的量的输出信号，
Figure SMS_12
为白噪声序列，
Figure SMS_14
为系统延迟 时间，
Figure SMS_16
为差分算子，
Figure SMS_18
，
Figure SMS_10
，
Figure SMS_13
为多项式；本发明通过在冷 却液中加入惰性气体，并在冷却液中形成微气泡，冷却液携带微气泡在对刀具进行降温的 时候，会对刀具和工件表面产生冲击，从而得以清理刀具和工件表面残留的碎屑，同时，通 过预测系统对刀具的震动进行模拟，并针对模拟结果提前做出应对，从而避免因刀具震动 影响加工件表面加工精度，提高加工质量。
在步骤B中，当刀具震动的幅度变大/变小时，增加/减少通入的惰性气体的量，提高/降低单位冷却液中微纳米气泡的含量；其中刀具震动幅度变大时，刀具的加工精度降低，此时增加通入的惰性气体的量，从而提高单位冷却液中微纳米气泡的含量，通过气泡破裂时产生的冲击，对工件表面因刀具震动产生的微纹路进行精细化打磨。
能够根据加工过程中刀具温度的变化，调节向冷却液中通入的惰性气体的量；当刀具的温度升高/降低时，减少/增加通入的惰性气体的量，降低/提高单位冷却液中微纳米气泡的含量。
惰性气体为氦、氖和氩中的任一种；惰性气体具有极不活动的化学性质，能够避免对工作状态下的刀具和工件造成影响，并且不会对工作人员的身体造成损伤。
在步骤A中，微纳米气泡的直径为20nm-50nm，高速旋转的速度为1500rpm—2000rpm；对冷却液和惰性气体进行1500rpm—2000rpm转速的搅拌切割，能够使得产生的微纳米气泡的直径稳定保持在20nm-50nm。
一种数控机床冷却液中气泡的制备装置，包括工作筒、搅拌杆和通气管，搅拌杆表面固定有若干个切割刀片；工作筒，包括搅拌腔以及固定在搅拌腔内壁的水位计；搅拌杆和通气管均设置在搅拌腔内；搅拌杆上端连接有驱动设备；本发明通过搅拌杆和通气管，搅拌杆能够带动冷却液和惰性气体快速旋转，快速产生微纳米气泡，从而得到微纳米气泡－冷却液，其中搅拌杆的转速能够在1500rpm—2000rpm内进行灵活调整，使得装置能够应对多种突发情况，当刀具震动幅度变大时，能够快速提高单位冷却液中微纳米气泡的含量，提高了装置的实用性。
通气管表面固定有止回阀；通过调整止回阀，进而调整通入惰性气体的量，方便应对多种突发情况，同时止回阀能够在设备停止运作时，彻底关闭通气管，避免工作腔内的液体回流。
工作筒表面穿设有气体回流管；方便回收工作过程中未能形成微纳米气泡的惰性气体，避免造成浪费，提高了装置的实用性。
冷却液其主要作用是降低刀具和工件的加工时的温度，减少热变形和提高刀具使用寿命，同时为了提高加工件表面的加工质量，可在冷却液中添加煤油；为了提高刀具的切削性能，可在冷却液中添加抗胶合的氯化石蜡，从而提高断解能力，避免粘刀的情况发生。
实施例二
为实现数控机床位置伺服系统的预测控制，本发明采用建立的数控机床位置伺服系统神经网络模型预测系统未来的运行状态，作为预测控制器的预测模型。本发明引入神经网络的瞬时线性化思想，在每个控制采样周期内根据神经网络状态预测模型获取未来时刻的系统输入、输出预测轨迹，并实时辨识系统在预测时域内的CARIMA模型，继而通过二次规划优化求解代价函数，求得当前时刻最优控制律，数控机床位置伺服系统预测控制结构框图如下所示。
Figure SMS_19
其中
Figure SMS_22
为过去输入输出增量序列，
Figure SMS_24
为预测模型参数，
Figure SMS_27
为刀具震动幅度的 输入信号，
Figure SMS_21
为通入惰性气体的量的输出信号，
Figure SMS_25
为白噪声序列，
Figure SMS_28
为系统延迟时间，
Figure SMS_29
为差分算子，
Figure SMS_20
，
Figure SMS_23
，
Figure SMS_26
为多项式。
本发明以上述理论创新与技术研究成果为基础，完成基于DSP的数控机床智能控制器的集成与研发。智能控制装置采用DSP作为主控芯片，并自主设计主板电源电路、PLL时钟电路、模拟量输入调理电路、频率测量调理电路、开关量输入调理电路、频率输出电路和USB通信接口电路，完成对外部信号的实时采集、仿真模型解算和控制响应输出，通过终端软件实时显示结果并实现用户在线交互。
本发明使用时，首先将该装置放置在合适的位置，并向工作箱中持续加入冷却液，然后工作人员控制搅拌杆转动，同时工作人员通过通气管向冷却液中持续通入适量的惰性气体，在搅拌杆和切割刀片的配合下，得以将惰性气体与冷却液充分混合，并将惰性气体搅拌切割形成微纳米气泡，从而得到微纳米气泡－冷却液。
其中，未能形成微纳米气泡的惰性气体通过气体回流管回收并进行循环，搅拌得到的微纳米气泡－冷却液通过外置输出设备，对刀具进行降温。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (6)

1.一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，包括以下步骤：
A、对冷却液进行持续搅拌；向冷却液中持续通入惰性气体，惰性气体随冷却液高速旋转受到搅拌切割而产生微纳米气泡，得到微纳米气泡－冷却液；
B、在上述微纳米气泡－冷却液的持续产生过程中，通过预测系统对刀具的震动进行预测模拟，根据模拟结果，调节向冷却液中通入的惰性气体的量；
所述预测系统的模型结构式为为
Figure QLYQS_1
，其中
Figure QLYQS_2
为刀具震动幅度的输入信号，/>
Figure QLYQS_3
为通入惰性气体的量的输出信号，/>
Figure QLYQS_4
为白噪声序列，/>
Figure QLYQS_5
为系统延迟时间，/>
Figure QLYQS_6
为差分算子。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，其特征在于：在步骤B中，当刀具震动的幅度变大/变小时，增加/减少通入的惰性气体的量，能够提高/降低单位冷却液中微纳米气泡的含量。
3.根据权利要求1所述的一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，其特征在于：预测系统能够根据加工过程中刀具温度的变化，调节向冷却液中通入的惰性气体的量。
4.根据权利要求3所述的一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，其特征在于：当刀具的温度升高/降低时，减少/增加通入的惰性气体的量，能够降低/提高单位冷却液中微纳米气泡的含量。
5.根据权利要求1所述的一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氦、氖和氩中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种数控机床冷却液中气泡的制备方法，其特征在于：在步骤A中，所述微纳米气泡的直径为20nm-50nm，高速旋转的速度为1500rpm—2000rpm。
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