CN115144029A - 一种静电微量润滑有效性的评价方法及监测装置 - Google Patents

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CN115144029A CN202210766883.1A CN202210766883A CN115144029A CN 115144029 A CN115144029 A CN 115144029A CN 202210766883 A CN202210766883 A CN 202210766883A CN 115144029 A CN115144029 A CN 115144029A
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徐锦泱
李林峰
林铁宇
李超
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Abstract

本发明涉及一种静电微量润滑有效性的评价方法及监测装置，评价方法：采集切削液的pH值pH、流量q、温度T、浓度值
Figure DDA0003725978730000011
电阻率ρ、TDS值TDS、余氧量RO、浊度NTU，及静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω后，将参数分别代入公式计算冷却、润滑失效系数，当对应系数超过1时，判断冷却或润滑失效；反之，未失效；监测装置包括静电电压传感器、切削液气雾浓度值传感器及包含pH值传感器、流量传感器、温度传感器、浓度值传感器、电阻率传感器、TDS值传感器、余氧量传感器和浊度传感器的监测传感器箱；本发明的评价方法，能够评估静电微量润滑的有效性，确保加工效果；本发明的装置，能够保证静电微量润滑的可靠性。

Description

一种静电微量润滑有效性的评价方法及监测装置
技术领域
本发明属于切削领域技术领域，涉及一种静电微量润滑有效性的评价方法及监测装置。
背景技术
在金属切削加工过程中，常用各种切削液对切削区域进行冷却润滑。切削液对切削区域的冷却润滑是通过切削液渗入并浸润刀具-工件接触表面，降低摩擦、并带走热量实现的。
在传统切削液加工中，切削液的冷却润滑效果主要取决于切削液的成分与状态。业内针对切削液状态监测的指标常包括流量、pH值、浓度、温度、压力值、过滤性、杂质含量等。然而，在静电微量润滑条件下，由于气雾状切削液在刀具-工件接触表面的渗入量受气雾浓度影响，且切削液所带的静电电荷影响了切削液的浸润性，冷却润滑效果不能仅通过切削液状态进行判断，还需要综合考虑静电电压及微量润滑气雾浓度的影响。此外，常规切削液加工中切削液使用量大，往往能在机床内部形成积液，故常设置有切削液槽，对切削液进行回收利用。对切削液一些指标的监测，如pH值、电导度、杂质含量以及浓度等，常通过在切削液槽中安装传感器完成。而在微量润滑切削中，切削液的使用量非常少，难以形成积液，故切削液可看做一次性使用。因此对于微量润滑加工中切削液状态的监测，不适合通过在机床底部的切削液槽安装传感器来实现。
CN215239680U提供了一种外接式多功能切削液品况监控装置，虽然也对PH值、溶解氧、电导率、电阻率、浊度及温度等指标进行监测，不过该监测装置同样有仅对切削液的状态进行监测且监测位置为切削液槽，无法监测静电微量润滑中的气雾浓度与静电电压，只适用于传统浇筑式切削加工，对静电微量润滑的特殊工作形式和环境难以适配，从而不能有效对静电微量润滑进行评价。
综上，研究一种静电微量润滑有效性的评价方法及监测装置，以解决由于静电微量润滑的冷却润滑效果受多种因素影响而导致的其有效性难以评价、失效难以预测并判别原因的问题，具有十分重要意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种静电微量润滑有效性的评价方法及监测装置。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种静电微量润滑有效性的评价方法，采集切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q、切削液温度T后代入公式计算冷却失效系数，将冷却失效系数与1进行比较，当冷却失效系数超过1时，则冷却失效；反之，则冷却未失效；
冷却失效系数的计算公式如下：
εcool＝εads+aT·devi(T)+acoolcoef·εads·devi(T)；
式中，εcool为冷却失效系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时pH、V、ω、q的权重系数；
aT为T对应的权重系数；
acoolcoef为切削液温度和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间，可根据实际监测需要进行调整，根据实际情况进行调整指：在监测结果不能满足实际生产要求，在静电微量润滑系统处于某类状态下经常出现误报或漏报的情况时，可根据监控系统显示的静电微量润滑的各状态指标及偏差值对各系数进行调整，使该类状态下静电微量润滑是否失效能够通过监测结果准确判断，一般不进行调整，直接取1；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure BDA0003725978710000021
Figure BDA0003725978710000022
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限，由经验、切削液厂商所提供数据及切削试验结果得出，具体地，若切削液厂商、静电微量润滑设备厂商等厂商给出了状态指标的推荐值上限与下限，可直接采用该推荐值；若某状态指标无厂商无推荐值，可通过生产线上的实际生产数据，以该状态指标为自变量，统计切削加工工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；若通过实验方式确定，其方式为通过在保持其他指标完全正常的前提下，改变某一指标进行实验，统计实验中工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限，可通过生产经验及切削实验得到。
本发明还提供一种静电微量润滑有效性的评价方法，采集切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q、切削液浓度值
Figure BDA0003725978710000031
切削液电阻率ρ、切削液TDS值TDS、切削液余氧量RO、切削液浊度NTU后代入公式计算润滑失效系数，将润滑失效系数与1进行比较，当润滑失效系数超过1时，则润滑失效；反之，则润滑未失效；
润滑失效系数的计算公式如下：
εlub＝εwet+εads+aRO·devi(RO)+aNTU·devi(NTU)+alubcoef·εwet·εads；
式中，εlub为润滑失效系数；
εwet为切削液浸润状态系数，
Figure BDA0003725978710000032
Figure BDA0003725978710000033
其中，apHwet、aVwet、aωwet、
Figure BDA0003725978710000034
aρwet、aTDSwet分别对应为计算切削液浸润状态系数时pH、V、ω、
Figure BDA0003725978710000035
ρ、TDS的权重系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时pH、V、ω、q的权重系数；
aRO为RO对应的权重系数；
aNTU为NTU对应的权重系数；
alubcoef为切削液吸附状态和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间，可根据实际监测需要进行调整，根据实际情况进行调整指：在监测结果不能满足实际生产要求，在静电微量润滑系统处于某类状态下经常出现误报或漏报的情况时，可根据监控系统显示的静电微量润滑的各状态指标及偏差值对各系数进行调整，使该类状态下静电微量润滑是否失效能够通过监测结果准确判断，一般不进行调整，直接取1；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure BDA0003725978710000041
Figure BDA0003725978710000042
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限，由经验、切削液厂商所提供数据及切削试验结果得出，具体地，若切削液厂商、静电微量润滑设备厂商等厂商给出了状态指标的推荐值上限与下限，可直接采用该推荐值；若某状态指标无厂商无推荐值，可通过生产线上的实际生产数据，以该状态指标为自变量，统计切削加工工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；若通过实验方式确定，其方式为通过在保持其他指标完全正常的前提下，改变某一指标进行实验，统计实验中工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限，可通过生产经验及切削实验得到。
本发明还提供一种静电微量润滑有效性的监测装置，静电微量润滑设备包括用于储存切削液的储液箱、高压静电发生器和安装在切削液管路上的流量控制监测阀；静电微量润滑设备采用微量润滑技术以及静电喷雾技术，使荷电切削液在气动力和静电力的作用下，雾化成微米级的荷电液滴，并在压缩空气作用下以气雾的形式喷向切削加工区，实现微量润滑冷却；
监测装置包括监测传感器箱、切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器、切削液流量传感器和切削液温度传感器；
切削液气雾浓度值传感器安装在机床内部加工区域，具体通过监测机床中空气中的气雾浓度对静电微量润滑的切削液气雾浓度进行监测；
切削液流量传感器安装于流量控制监测阀中，用于监测切削液流量；
静电微量润滑电压传感器设置于高压静电发生器内，具体通过监测高压静电发生器产生的静电电压对静电微量润滑的电压进行监测；
切削液pH值传感器、切削液温度传感器均设置于监测传感器箱内，其中：
切削液pH值传感器具体通过测量储液箱内的切削液pH值对切削液的酸碱状态进行监测；
切削液温度传感器具体通过测量储液箱内切削液温度来对切削液温度状态进行监测；
监测传感器箱与储液箱连通，监测传感器箱内安装有用于控制切削液在监测传感器箱与储液箱之间不断流动的循环泵，循环泵的设置保证了监测数据的准确性；
具体地，监测传感器箱与储液箱之间通过两条管路，即出液管和进液管进行连接；连接方式为：出液管和进液管分别与监测传感器箱的出液口、进液口相连；进液管不与监测传感器箱连接的一端安装滤网，滤网与进液管之间用宝塔头连接，宝塔头与进液管之间用管箍固定；将进液管滤网端以及出液管不与监测传感器箱连接的一端分别放入储液箱内部，相隔一定距离。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，监测装置还包括切削液状态监测主屏幕，切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器、切削液流量传感器和切削液温度传感器同时与切削液状态监测主屏幕连接，切削液状态监测主屏幕用于将各传感器信号解析为各状态指标的具体数值。
如上所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，切削液状态监测主屏幕还用于根据各状态指标的具体数值计算冷却失效系数；
冷却失效系数的计算公式如下：
εcool＝εads+aT·devi(T)+acoolcoef·εads·devi(T)；
式中，εcool为冷却失效系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q的权重系数；
aT为切削液温度T对应的权重系数；
acoolcoef为切削液温度和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间，可根据实际监测需要进行调整，根据实际情况进行调整指：在监测结果不能满足实际生产要求，在静电微量润滑系统处于某类状态下经常出现误报或漏报的情况时，可根据监控系统显示的静电微量润滑的各状态指标及偏差值对各系数进行调整，使该类状态下静电微量润滑是否失效能够通过监测结果准确判断，一般不进行调整，直接取1；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure BDA0003725978710000061
Figure BDA0003725978710000062
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限，由经验、切削液厂商所提供数据及切削试验结果得出，具体地，若切削液厂商、静电微量润滑设备厂商等厂商给出了状态指标的推荐值上限与下限，可直接采用该推荐值；若某状态指标无厂商无推荐值，可通过生产线上的实际生产数据，以该状态指标为自变量，统计切削加工工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；若通过实验方式确定，其方式为通过在保持其他指标完全正常的前提下，改变某一指标进行实验，统计实验中工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限，可通过生产经验及切削实验得到。
如上所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，切削液状态监测主屏幕还用于将冷却失效系数与1进行比较，并在冷却失效系数超出1时发出警报。
如上任一项所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，切削液气雾浓度值传感器安装在机床内部2/3高度处。
如上任一项所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，切削液温度传感器安装在监测传感器箱内部1/3高度处。
如上任一项所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，静电微量润滑设备还包括储液箱搅拌区、气泵、气液汇流板、荷电电极、气雾荷电管道和气雾喷口；储液箱与储液箱搅拌区连接，储液箱搅拌区与气泵同时与气液汇流板连接，气液汇流板与流量控制监测阀连接，高压静电发生器与荷电电极连接，荷电电极与流量控制监测阀同时与气雾荷电管道连接，气雾荷电管道与气雾喷口连接，气雾喷口朝向机床内部加工区域。
本发明还提供另一种静电微量润滑有效性的监测装置，静电微量润滑设备包括用于储存切削液的储液箱、高压静电发生器和安装在切削液管路上的流量控制监测阀；
监测装置包括监测传感器箱、切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器、切削液流量传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器和切削液浊度传感器；
切削液气雾浓度值传感器安装在机床内部加工区域，具体通过监测机床中空气中的气雾浓度对静电微量润滑的切削液气雾浓度进行监测；
切削液流量传感器安装于流量控制监测阀中，用于监测切削液流量；
静电微量润滑电压传感器设置于高压静电发生器内，具体通过监测高压静电发生器产生的静电电压对静电微量润滑的电压进行监测；
切削液pH值传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器和切削液浊度传感器均设置于监测传感器箱内，其中：
切削液pH值传感器具体通过测量切削液箱体内的切削液pH值对切削液的酸碱状态进行监测；
切削液浓度值传感器具体通过监测切削液浓度值对切削液的浓度状态进行监测；
切削液电阻率传感器具体通过监测电阻率值对切削液的电阻状态进行监测；
切削液TDS值传感器具体通过监测切削液的TDS值对切削液中的可溶性杂质进行监测；
切削液余氧量传感器具体通过测量切削液箱体内的切削液余氧值对切削液的含氧状态进行监测；
切削液浊度传感器具体通过监测切削液的浊度值对切削液中的悬浮物浓度进行监测；
监测传感器箱与储液箱连通，监测传感器箱内安装有用于控制切削液在监测传感器箱与储液箱之间不断流动的循环泵，循环泵的设置保证了监测数据的准确性；
具体地，监测传感器箱与储液箱之间通过两条管路，即出液管和进液管进行连接；连接方式为：出液管和进液管分别与监测传感器箱的出液口、进液口相连；进液管不与监测传感器箱连接的一端安装滤网，滤网与进液管之间用宝塔头连接，宝塔头与进液管之间用管箍固定；将进液管滤网端以及出液管不与监测传感器箱连接的一端分别放入储液箱内部，相隔一定距离。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，监测装置还包括切削液状态监测主屏幕，切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器、切削液流量传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器和切削液浊度传感器同时与切削液状态监测主屏幕连接，切削液状态监测主屏幕用于将各传感器信号解析为各状态指标的具体数值。
如上所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，切削液状态监测主屏幕还用于根据各状态指标的具体数值计算润滑失效系数；
润滑失效系数的计算公式如下：
εlub＝εwet+εads+aRO·devi(RO)+aNTU·devi(NTU)+alubcoef·εwet·εads；
式中，εlub为润滑失效系数；
εwet为切削液浸润状态系数，
Figure BDA0003725978710000081
Figure BDA0003725978710000082
其中，apHwet、aVwet、aωwet、
Figure BDA0003725978710000083
aρwet、aTDSwet分别对应为计算切削液浸润状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液浓度值
Figure BDA0003725978710000084
切削液电阻率ρ、切削液TDS值TDS的权重系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q的权重系数；
aRO为切削液余氧量RO对应的权重系数；
aNTU为切削液浊度NTU对应的权重系数；
alubcoef为切削液吸附状态和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间，可根据实际监测需要进行调整，根据实际情况进行调整指：在监测结果不能满足实际生产要求，在静电微量润滑系统处于某类状态下经常出现误报或漏报的情况时，可根据监控系统显示的静电微量润滑的各状态指标及偏差值对各系数进行调整，使该类状态下静电微量润滑是否失效能够通过监测结果准确判断，一般不进行调整，直接取1；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure BDA0003725978710000091
Figure BDA0003725978710000092
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限，由经验、切削液厂商所提供数据及切削试验结果得出，具体地，若切削液厂商、静电微量润滑设备厂商等厂商给出了状态指标的推荐值上限与下限，可直接采用该推荐值；若某状态指标无厂商无推荐值，可通过生产线上的实际生产数据，以该状态指标为自变量，统计切削加工工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；若通过实验方式确定，其方式为通过在保持其他指标完全正常的前提下，改变某一指标进行实验，统计实验中工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限，可通过生产经验及切削实验得到。
如上所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，切削液状态监测主屏幕还用于将润滑失效系数与1进行比较，并在润滑失效系数超出1时发出警报。
如上任一项所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，切削液气雾浓度值传感器安装在机床内部2/3高度处。
如上任一项所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，静电微量润滑设备还包括储液箱搅拌区、气泵、气液汇流板、荷电电极、气雾荷电管道和气雾喷口；储液箱与储液箱搅拌区连接，储液箱搅拌区与气泵同时与气液汇流板连接，气液汇流板与流量控制监测阀连接，高压静电发生器与荷电电极连接，荷电电极与流量控制监测阀同时与气雾荷电管道连接，气雾荷电管道与气雾喷口连接，气雾喷口朝向机床内部加工区域。
有益效果
(1)本发明的一种静电微量润滑有效性的评价方法，通过测量pH值、溶氧值、电导率、温度、浓度等指标对切削液的多种状态进行监测，同时针对微量润滑切削液一次性是使用的特征，独创性地对机床内的切削液喷雾浓度进行检测。
(2)本发明的一种静电微量润滑有效性的评价方法，针对静电微量润滑的冷却润滑机理，提出了一套用于判断静电微量润滑是否失去作用的失效系数及其计算公式，从而对冷却和润滑的有效性进行评估，确保加工效果。
(3)本发明的一种静电微量润滑多传感器切削液状态监测装置，通过对切削加工过程中静电微量润滑的各项状态指标进行监测，并在失效时进行报警的方式，实现了切削加工过程中对静电微量润滑失效的及时预警与失效原因判别；有效保证了静电微量润滑的可靠性，保证切削加工质量与一致性，并减少了静电微量润滑系统监测、调控的人力成本与对操作人员技术的要求。
附图说明
图1为微量润滑设备、机床和静电微量润滑有效性的监测装置工作示意图；
图2为微量润滑设备切削液状态多指标监测流程图；
其中，1-刀具，2-工件，3-机床，4-气雾喷口，5-荷电电极，6-气雾荷电管道，7-流量控制监测阀，8-切削液状态监测主屏幕，9-气液汇流板，10-高压静电发生器，11-储液箱，12-监测传感器箱，13-储液箱搅拌区，14-气泵，15-静电微量润滑装置，16-切削液气雾浓度值传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种静电微量润滑有效性的评价方法，具体步骤如下：
(1)采集切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q、切削液温度T、切削液浓度值
Figure BDA0003725978710000101
切削液电阻率ρ、切削液TDS值TDS、切削液余氧量RO、切削液浊度NTU；
(2)将切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q、切削液温度T代入公式计算冷却失效系数，将冷却失效系数与1进行比较，当冷却失效系数超过1时，则冷却失效；反之，则冷却未失效；
冷却失效系数的计算公式如下：
εcool＝εads+aT.devi(T)+acoolcoef·εads·devi(T)；
式中，εcool为冷却失效系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时pH、V、ω、q的权重系数；
aT为T对应的权重系数；
acoolcoef为切削液温度和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure BDA0003725978710000111
Figure BDA0003725978710000112
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限，由经验、切削液厂商所提供数据及切削试验结果得出，具体地，若切削液厂商、静电微量润滑设备厂商等厂商给出了状态指标的推荐值上限与下限，可直接采用该推荐值；若某状态指标无厂商无推荐值，可通过生产线上的实际生产数据，以该状态指标为自变量，统计切削加工工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；若通过实验方式确定，其方式为通过在保持其他指标完全正常的前提下，改变某一指标进行实验，统计实验中工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限，可通过生产经验及切削实验得到；
(3)将切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q、切削液浓度值
Figure BDA0003725978710000113
切削液电阻率ρ、切削液TDS值TDS、切削液余氧量RO、切削液浊度NTU代入公式计算润滑失效系数，将润滑失效系数与1进行比较，当润滑失效系数超过1时，则润滑失效；反之，则润滑未失效；
润滑失效系数的计算公式如下：
εlub＝εwet+εads+aRO·devi(RO)+aNTU·devi(NTU)+alubcoef·εwet·εads；
式中，εlub为润滑失效系数；
εwet为切削液浸润状态系数，
Figure BDA0003725978710000121
Figure BDA0003725978710000122
其中，apHwet、aVwet、aωwet、
Figure BDA0003725978710000123
aρwet、aTDSwet分别对应为计算切削液浸润状态系数时pH、V、ω、
Figure BDA0003725978710000124
ρ、TDS的权重系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时pH、V、ω、q的权重系数；
aRO为RO对应的权重系数；
aNTU为NTU对应的权重系数；
alubcoef为切削液吸附状态和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure BDA0003725978710000125
Figure BDA0003725978710000126
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限，由经验、切削液厂商所提供数据及切削试验结果得出，具体地，若切削液厂商、静电微量润滑设备厂商等厂商给出了状态指标的推荐值上限与下限，可直接采用该推荐值；若某状态指标无厂商无推荐值，可通过生产线上的实际生产数据，以该状态指标为自变量，统计切削加工工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；若通过实验方式确定，其方式为通过在保持其他指标完全正常的前提下，改变某一指标进行实验，统计实验中工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限，可通过生产经验及切削实验得到。
上述评价方法中步骤(2)与步骤(3)的顺序不限，可对调，也可同时进行。
上述的一种静电微量润滑有效性的评价方法采用的装置为一种静电微量润滑有效性的监测装置，如图1～2所示，包括监测传感器箱12、切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器16、切削液流量传感器、切削液温度传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器、切削液浊度传感器和切削液状态监测主屏幕8；
监测装置检测的对象为静电微量润滑设备，静电微量润滑设备包括用于储存切削液的储液箱11、高压静电发生器10、安装在切削液管路上的流量控制监测阀7、储液箱搅拌区13、气泵14、气液汇流板9、荷电电极5、气雾荷电管道6和气雾喷口4；
储液箱11与储液箱搅拌区13连接，储液箱搅拌区13与气泵14同时与气液汇流板9连接，气液汇流板9与流量控制监测阀7连接，高压静电发生器10与荷电电极5连接，荷电电极5与流量控制监测阀7同时与气雾荷电管道6连接，气雾荷电管道6与气雾喷口4连接，气雾喷口4朝向机床3内部加工区域；
切削液气雾浓度值传感器16安装在机床3内部2/3高度处；切削液流量传感器安装于流量控制监测阀7中；静电微量润滑电压传感器设置于高压静电发生器10内；切削液pH值传感器、切削液温度传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器和切削液浊度传感器均设置于监测传感器箱12内；监测传感器箱12与储液箱11连通，监测传感器箱12内安装有用于控制切削液在监测传感器箱12与储液箱11之间不断流动的循环泵；
切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器16、切削液流量传感器、切削液温度传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器和切削液浊度传感器同时与切削液状态监测主屏幕8连接；
切削液状态监测主屏幕8用于将各传感器信号解析为各状态指标的具体数值，根据部分状态指标的具体数值计算冷却失效系数，将冷却失效系数与1进行比较，并在冷却失效系数超出1时发出警报，同时根据部分状态指标的具体数值计算润滑失效系数，将润滑失效系数与1进行比较，并在润滑失效系数超出1时发出警报；
冷却失效系数的计算公式如下：
εcool＝εads+aT·devi(T)+acoolcoef·εads·devi(T)；
式中，εcool为冷却失效系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q的权重系数；
aT为切削液温度T对应的权重系数；
acoolcoef为切削液温度和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间；
润滑失效系数的计算公式如下：
εlub＝εwet+εads+aRO·devi(RO)+aNTU·devi(NTU)+alubcoef·εwet·εads；
式中，εlub为润滑失效系数；
εwet为切削液浸润状态系数，
Figure BDA0003725978710000141
Figure BDA0003725978710000142
其中，apHwet、aVwet、aωwet、
Figure BDA0003725978710000143
aρwet、aTDSwet分别对应为计算切削液浸润状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液浓度值
Figure BDA0003725978710000144
切削液电阻率ρ、切削液TDS值TDS的权重系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q的权重系数；
aRO为切削液余氧量RO对应的权重系数；
aNTU为切削液浊度NTU对应的权重系数；
alubcoef为切削液吸附状态和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间；
冷却失效系数的计算公式和润滑失效系数的计算公式中的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure BDA0003725978710000145
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限，由经验、切削液厂商所提供数据及切削试验结果得出，具体地，若切削液厂商、静电微量润滑设备厂商等厂商给出了状态指标的推荐值上限与下限，可直接采用该推荐值；若某状态指标无厂商无推荐值，可通过生产线上的实际生产数据，以该状态指标为自变量，统计切削加工工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；若通过实验方式确定，其方式为通过在保持其他指标完全正常的前提下，改变某一指标进行实验，统计实验中工件的合格率，并拟合生产线产品的合格率曲线，据此确定正常值上限与下限，即能够使得合格率稳定保持在生产线合格率要求以上的状态指标最小值与最大值；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限，可通过生产经验及切削实验得到。
现结合具体案例进行说明：
如表1所示为某汽车发动机缸盖生产线工况条件下，各状态指标的完全失效下限、完全失效上限、正常值下限、正常值上限；
表1
Figure BDA0003725978710000151
当机床3加工时，静电微量润滑装置15上的切削液从储液箱11中流出，与气泵14中的气体在气液汇流板9汇流；随后气液流进入气雾荷电管道6使气雾荷电，并通过气雾喷口4将荷电气雾喷出；荷电气雾直接喷向刀具1和工件2的接触区域；其中，加工条件为：工件2为铝合金缸盖，环境温度为13℃，转速3000rpm，进给量0.08mm/rev，铣削深度0.4mm，静电微量润滑切削液流量为120mL/h，电压10kV，总加工时长为8min；
同时，使用本发明的一种静电微量润滑有效性的监测装置，采集切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q、切削液温度T、切削液浓度值
Figure BDA0003725978710000161
切削液电阻率ρ、切削液TDS值TDS、切削液余氧量RO、切削液浊度NTU；具体地，监测流程是基于微量润滑设备中切削液的流动顺序，在不同的位置安装传感器对切削液的不同状态指标进行监测；
静电微量润滑有效性的监测结果如表2所示：
表2
Figure BDA0003725978710000162
监测结果显示：静电微量润滑系统的冷却效果与润滑效果保持正常，监控系统未发生报警；获得的加工表面粗糙度Ra为0.19μm，铣削力与铣削温度均满足工艺要求，未发现由于冷却失效可造成的切削温度升高、工件2烧伤、刀具1剧烈磨损及润滑失效可造成的切削力升高、工件2表面划痕等现象，证明在加工过程中，静电微量润滑的冷却润滑效果正常，与使用监测装置所得结果一致。

Claims (10)

1.一种静电微量润滑有效性的评价方法，其特征在于，采集切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q、切削液温度T后代入公式计算冷却失效系数，将冷却失效系数与1进行比较，当冷却失效系数超过1时，则冷却失效；反之，则冷却未失效；
冷却失效系数的计算公式如下：
εcool＝εads+aT·devi(T)+acoolcoef·εads·devi(T)；
式中，εcool为冷却失效系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时pH、V、ω、q的权重系数；
aT为T对应的权重系数；
acoolcoef为切削液温度和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure FDA0003725978700000011
Figure FDA0003725978700000012
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限。
2.一种静电微量润滑有效性的评价方法，其特征在于，采集切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q、切削液浓度值
Figure FDA0003725978700000013
切削液电阻率ρ、切削液TDS值TDS、切削液余氧量RO、切削液浊度NTU后代入公式计算润滑失效系数，将润滑失效系数与1进行比较，当润滑失效系数超过1时，则润滑失效；反之，则润滑未失效；
润滑失效系数的计算公式如下：
εlub＝εwet+εads+aRO·devi(RO)+aNTU·devi(NTU)+alubcoef·εwet·εads；
式中，εlub为润滑失效系数；
εwet为切削液浸润状态系数，
Figure FDA0003725978700000021
Figure FDA0003725978700000022
其中，apHwet、aVwet、aωwet、
Figure FDA0003725978700000026
aρwet、aTDSwet分别对应为计算切削液浸润状态系数时pH、V、ω、
Figure FDA0003725978700000023
ρ、TDS的权重系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时pH、V、ω、q的权重系数；
aRO为RO对应的权重系数；
aNTU为NTU对应的权重系数；
alubcoef为切削液吸附状态和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure FDA0003725978700000024
Figure FDA0003725978700000025
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限。
3.一种静电微量润滑有效性的监测装置，其特征在于，静电微量润滑设备包括用于储存切削液的储液箱(11)、高压静电发生器(10)和安装在切削液管路上的流量控制监测阀(7)；
监测装置包括监测传感器箱(12)、切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器、切削液流量传感器和切削液温度传感器；
切削液气雾浓度值传感器安装在机床(3)内部加工区域；
切削液流量传感器安装于流量控制监测阀(7)中；
静电微量润滑电压传感器设置于高压静电发生器(10)内；
切削液pH值传感器、切削液温度传感器均设置于监测传感器箱(12)内；
监测传感器箱(12)与储液箱(11)连通，监测传感器箱(12)内安装有用于控制切削液在监测传感器箱(12)与储液箱(11)之间不断流动的循环泵。
4.根据权利要求3所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，其特征在于，监测装置还包括切削液状态监测主屏幕(8)，切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器、切削液流量传感器和切削液温度传感器同时与切削液状态监测主屏幕(8)连接，切削液状态监测主屏幕(8)用于将各传感器信号解析为各状态指标的具体数值。
5.根据权利要求4所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，其特征在于，切削液状态监测主屏幕(8)还用于根据各状态指标的具体数值计算冷却失效系数；
冷却失效系数的计算公式如下：
εcool＝εads+aT·devi(T)+acoolcoef·εads·devi(T)；
式中，εcool为冷却失效系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q的权重系数；
aT为切削液温度T对应的权重系数；
acoolcoef为切削液温度和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure FDA0003725978700000031
Figure FDA0003725978700000032
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限。
6.根据权利要求5所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，其特征在于，切削液状态监测主屏幕(8)还用于将冷却失效系数与1进行比较，并在冷却失效系数超出1时发出警报。
7.一种静电微量润滑有效性的监测装置，其特征在于，静电微量润滑设备包括用于储存切削液的储液箱(11)、高压静电发生器(10)和安装在切削液管路上的流量控制监测阀(7)；
监测装置包括监测传感器箱(12)、切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器、切削液流量传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器和切削液浊度传感器；
切削液气雾浓度值传感器安装在机床(3)内部加工区域；
切削液流量传感器安装于流量控制监测阀(7)中；
静电微量润滑电压传感器设置于高压静电发生器(10)内；
切削液pH值传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器和切削液浊度传感器均设置于监测传感器箱(12)内；
监测传感器箱(12)与储液箱(11)连通，监测传感器箱(12)内安装有用于控制切削液在监测传感器箱(12)与储液箱(11)之间不断流动的循环泵。
8.根据权利要求7所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，其特征在于，监测装置还包括切削液状态监测主屏幕(8)，切削液pH值传感器、静电微量润滑电压传感器、切削液气雾浓度值传感器、切削液流量传感器、切削液浓度值传感器、切削液电阻率传感器、切削液TDS值传感器、切削液余氧量传感器和切削液浊度传感器同时与切削液状态监测主屏幕(8)连接，切削液状态监测主屏幕(8)用于将各传感器信号解析为各状态指标的具体数值。
9.根据权利要求8所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，其特征在于，切削液状态监测主屏幕(8)还用于根据各状态指标的具体数值计算润滑失效系数；
润滑失效系数的计算公式如下：
εlub＝εwet+εads+aRO·devi(RO)+aNTU·devi(NTU)+alubcoef·εwet·εads；
式中，εlub为润滑失效系数；
εwet为切削液浸润状态系数，
Figure FDA0003725978700000041
Figure FDA0003725978700000042
其中，apHwet、aVwet、aωwet、
Figure FDA0003725978700000043
aρwet、aTDSwet分别对应为计算切削液浸润状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液浓度值
Figure FDA0003725978700000051
切削液电阻率ρ、切削液TDS值TDS的权重系数；
εads为吸附状态系数，εads＝apHads·devi(pH)+aVads·devi(V)+aωads·devi(ω)+aqads·devi(q)，其中，apHads、aVads、aωads、aqads分别对应为计算吸附状态系数时切削液pH值pH、静电微量润滑电压V、切削液气雾浓度值ω、切削液流量q的权重系数；
aRO为切削液余氧量RO对应的权重系数；
aNTU为切削液浊度NTU对应的权重系数；
alubcoef为切削液吸附状态和浸润状态协同效应的权重系数；
所有的权重系数取值在0-1之间；
所有的devi()为计算各状态指标相对正常值偏离程度的函数，
Figure FDA0003725978700000052
Figure FDA0003725978700000053
其中，Pi为某一项具体的状态指标数值，Pil与Pih分别为该状态指标的正常值下限与正常值上限，Pilc与Pihc分别为该状态指标的完全失效下限与完全失效上限；各状态指标的正常值下限与正常值上限分别为能够确保正常切削加工的状态指标的下限与上限；各状态指标的完全失效下限与完全失效上限则为在其他指标正常时，由于该单一指标发生变化而导致切削加工结果完全不能满足工艺要求的状态指标的下限与上限。
10.根据权利要求9所述的一种静电微量润滑有效性的监测装置，其特征在于，切削液状态监测主屏幕(8)还用于将润滑失效系数与1进行比较，并在润滑失效系数超出1时发出警报。
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