CN207908175U - 加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，克服了没有针对冷却系统的实验室可靠性台架试验的问题，其包括工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构、状态监测报警机构与自动控制机构；过滤机构包括电控流量阀与过滤网；切削液输送机构包括切削液水箱与切削液输送管；工况模拟机构通过箱体位于顶端，过滤机构位于工况模拟机构下面，切削液输送机构位于过滤机构下面，过滤网安装在箱体的箱底上，连接电控流量阀的管道插入切削液水箱中，切削液水箱与切削液输送管连接；状态监测报警机构安装在工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构中，自动控制机构和工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构与状态监测报警机构之间采用信号线连接。

Description

加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用于加工中心切削液冷却系统可靠性领域的试验装置,更确切地说，本实用新型涉及一种加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置。

背景技术

加工中心是提高国家制造水平和装备水平的基础制造装备，是一个国家工业发达水平和综合国力的重要标志。切削液冷却系统作为加工中心的普遍配备装置，在实际生产中起到了重要的作用。在切削加工过程中，切削液可以冷却刀具和工件，减少切削时产生的摩擦，从而降低刀具的磨损程度，改善工件的表面质量，起到冷却、清洗及润滑等作用。在实际加工中，为了降低加工成本，通常循环使用切削液。加工中心配置过滤系统、循环系统及输送系统，以便使切削液在使用后经过沉积、过滤及油液分离等过程后输送到水箱中继续循环使用。但是加工过程中往往由于切削时产生的金属粉末、杂质及工件表面存在润滑油等原因，循环系统经常发生堵塞，致使切削液无法正常输送，影响加工中心的正常使用。

由于切削时会产生不规则形状和大小的切屑，微小的金属切屑随着切削液很容易进入循环系统，如果不对其进行的清理，会降低水泵等设备的稳定性，因此过滤系统一般有较强的过滤性能。如果析出的颗粒直径非常的小，微小的金属粉末会不断地堆积在过滤系统中，并且由于所加工工件毛坯表面所涂防锈油在切削液的冲洗下，混合在切削液内，造成切削液粘度增大。当切削液经过过滤系统时，油污等杂质与微小的金属切屑粘结，堆积在过滤系统内，久而久之将导致堵塞管道，造成循环系统的中断，导致整个加工中心无法正常工作。

由于长时间的使用，许多杂质无法完全去除，同时由于高温、通风性不好的原因，致使霉菌等菌类得到了良好的繁殖条件，切削液产生了粘稠物，增大了其粘稠度，致使喷嘴、管路、水泵等关键部分形成堆积，轻则疏通后可继续使用，重则导致管路泄漏，损坏电子器件，造成整机的严重故障。

目前为止，对加工中心切削液冷却系统的可靠性研究还停留在故障统计分析的阶段，没有对其进行相应的台架试验。因此，设计一台可以模拟冷却系统工作过程的装置，对其进行科学合理的可靠性试验显得尤为重要。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有阶段没有针对冷却系统的实验室可靠性台架试验的问题，提供了一种加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置包括工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构、状态监测报警机构与自动控制机构；

所述的工况模拟机构包括箱体；

所述的过滤机构包括电控流量阀与过滤网；

所述的切削液输送机构包括切削液水箱与切削液输送管；

所述的工况模拟机构通过箱体安装在顶端，过滤机构安装在工况模拟机构的下面，切削液输送机构安装在过滤机构的下面，过滤网安装在箱体的箱底上，连接电控流量阀的管道插入切削液水箱中，切削液水箱与切削液输送管下端连接；

所述的状态监测报警机构安装在工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构中，自动控制机构和工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构与状态监测报警机构之间采用信号线连接。

技术方案中所述的状态监测报警机构安装在工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构中是指：所述的状态监测报警机构包括水泵温度传感器、6个结构相同的切削液污染传感器、4个结构相同的过滤装置液位传感器、流量压力计、铁芯温度传感器、截流水箱液位传感器、水箱液位传感器、液体质量传感器与报警器；所述的水泵温度传感器安装在切削液输送机构中水泵的外壳一侧；6个切削液污染传感器分别安装在过滤机构中的一号过滤装置与二号过滤装置的中，4个结构相同的过滤装置液位传感器分别垂直地安装在的一号过滤装置与二号过滤装置中，流量压力计的一端与切削液输送管的顶端连接，流量压力计的另一端的连接管道插入箱体中，铁芯温度传感器安装在铁芯内部，截流水箱液位传感器安装在过滤机构中的截流水箱的一侧壁上，水箱液位传感器安装在切削液输送机构中的切削液水箱中，液体质量传感器安装在切削液水箱的底部，报警器安装在上位工控机的机箱上。

技术方案中所述的自动控制机构和工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构与状态监测报警机构之间采用信号线连接是指：所述的自动控制机构包括上位工控机、数据采集卡、下位可编程控制器及电磁铁控制器；所述的上位工控机与数据采集卡连接，上位工控机与下位可编程控制器连接，上位工控机与电磁铁控制器连接；所述的数据采集卡和状态监测报警机构中的水泵温度传感器、6个结构相同的切削液污染传感器、4个结构相同的过滤装置液位传感器、流量压力计、铁芯温度传感器、截流水箱液位传感器、水箱液位传感器与液体质量传感器采用信号线连接；所述的下位可编程控制器和工况模拟机构中的电控喷油嘴、过滤机构中的电控流量阀与状态监测报警机构中的报警器连接；所述的电磁铁控制器与工况模拟机构中的线圈的两端连接。

技术方案中所述的工况模拟机构包括切削热模拟装置、油污模拟装置及杂质模拟装置；所述的切削热模拟装置包括4根结构相同的铁芯支撑角钢、4根结构相同的线圈支撑角钢与线圈壳体组件；所述的油污模拟装置包括油箱、输油管与电控喷油嘴；所述的杂质模拟装置包括干式切削产生的铁屑；

所述的线圈壳体组件通过4根结构相同的铁芯支撑角钢与4根结构相同的线圈支撑角钢安装在箱体内，油箱安装在箱体左侧箱壁的最上端，油箱的出油口方向朝下，油箱的出油口与输油管的一端连接，输油管的另一端穿过箱体左侧箱壁上的通孔，并与电控喷油嘴连接，电控喷油嘴的喷头对准线圈壳体组件中的铁芯，铁屑放置在箱体的底部，在箱体中的堆积高度为大于等于10cm。

技术方案中所述的箱体为横截面为正方环形的壳体件，顶部无盖，箱底上对称地设置有两个长方形的用于安装过滤网的通孔，在箱体内壁的四周焊接有两层结构相同的支撑结构，每层支撑结构包括4根横截面为L型的支撑角钢，每根支撑角钢的中部设置有两个圆形的用于固定线圈支撑角钢与铁芯支撑角钢的通孔，4根支撑角钢首尾相接地固定在同一层的水平面内，两层由支撑角钢组成的支撑结构的间距为90mm。

技术方案中所述的线圈壳体组件包括线圈、线圈壳体、外圈防水垫圈、内圈防水垫圈、线圈壳体盖与铁芯；所述的线圈壳体为圆环柱状的底端为敞开的中空结构件，线圈壳体的顶端周边均匀地设置有用于固定线圈支撑角钢的螺纹孔，在线圈壳体内腔涂有绝缘漆，线圈放置在线圈壳体的内腔中，线圈导线的两端通过线圈壳体一侧的两个通孔中伸出，并使用密封胶密封线圈壳体的两个通孔，线圈壳体底端的内圈与外圈分别安装内圈防水垫圈与外圈防水垫圈，线圈壳体盖通过外圈的螺栓及内圈的螺栓固定在线圈壳体的底端；铁芯为圆环柱状的中空结构件，内部放置温度传感器，铁芯底端周边均匀地设置有用于铁芯与铁芯支撑角钢里端连接的螺纹孔，铁芯的轴线与线圈壳体的轴线重合。

技术方案中所述的线圈支撑角钢与铁芯支撑角钢为U型钢，两端分别设置有1对圆形通孔与1对长条通孔，线圈支撑角钢的里端通过圆形通孔与线圈壳体顶部位置的螺纹孔采用螺栓连接，线圈支撑角钢的外端通过长条通孔与焊接在箱体内壁上的L型支撑角钢中间的两个通孔采用螺栓固定，线圈壳体的回转轴线与箱体的对称轴线共线；铁芯支撑角钢的里端通过圆形通孔与铁芯底部位置的螺纹孔采用螺栓连接，铁芯支撑角钢的外端的长条通孔与焊接在箱体内壁下层的L型支撑角钢中间的两个通孔采用螺栓连接，铁芯的回转轴线与线圈壳体的回转轴线共线。

技术方案中所述的过滤机构还包括截流水箱、一号过滤装置、2个结构相同的切削液引流装置、二号过滤装置与电控流量阀；所述的2个结构相同的过滤网为长方形网状结构件，2个结构相同的过滤网安装在箱体箱底上的2个结构相同的长方形通孔中，2个结构相同的过滤网下面安装2个结构相同的切削液引流装置，2个结构相同的切削液引流装置的正下方由右至左安装有一号过滤装置与二号过滤装置，截流水箱安装在一号过滤装置与二号过滤装置的正下方，一号过滤装置与二号过滤装置分别采用管道插入截流水箱内，电控流量阀安装在截流水箱的底板上。

技术方案中所述的切削液输送机构还包括3个低液位报警器、3个高液位报警器与水泵；所述的切削液水箱为长方体形的箱体件，切削液水箱的顶端分别安装切削液输入管与切削液输送管，在切削液水箱顶端的切削液输送管的左侧安装有水泵，在切削液水箱的内壁上分别安装3个低液位报警器与3个高液位报警器，3个低液位报警器平行于同一水平面地安装于切削液水箱的内壁底端， 3个高液位报警器平行于同一水平面地安装于切削液水箱的内壁顶端，切削液水箱中装有经过过滤机构过滤后的在电控流量阀控制下的切削液。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置基于加工中心的切削液冷却系统的特点，设计实验室台架试验系统，可以在实验室内对其进行单独的可靠性试验，并且调节相应的试验参数，模拟实际加工的现场环境，可有效的找出切削液冷却系统的薄弱环节，并且还可以优化加工中心的系统参数，充分发挥加工中心冷却系统的使用性能。

2.本实用新型所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置根据实际加工现场环境，设计工况模拟机构，包括：切削热模拟装置、油污模拟装置及杂质模拟装置，模拟加工时产生的切削热、油污及切屑等对冷却系统的影响，保证了试验的准确性和真实性。

3.本实用新型所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置可以同时对两种过滤系统进行可靠性试验，体现了本装置的灵活性和通用性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置结构组成的主视图；

图2是本实用新型所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置中的模拟机构结构组成的轴侧投影视图；

图3是本实用新型所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置中的模拟机构的局部零件结构组成的轴侧投影视图；

图4是本实用新型所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置中的半个线圈壳体装配体结构组成的轴侧投影视图；

图5是本实用新型所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置中的铁芯结构组成的轴侧投影视图；

图6是本实用新型所述的加工中心切削液冷旭系统可靠性试验装置中的控制机构结构组成的示意图。

图中：1.切削液水箱，2.低液位报警器，3.高液位报警器，4.水泵，5.水泵温度传感器，6.切削液输送管，7.截流水箱，8.切削液污染传感器，9.一号过滤装置，10.过滤装置液位传感器，11.切削液引流装置，12.箱体，13.铁芯支撑角钢，14.线圈支撑角钢，15.流量压力计，16.油箱，17.输油管，18.电控喷油嘴，19.线圈，20.线圈壳体，21.外圈防水垫圈，22.内圈防水垫圈，23.线圈壳体盖，24.铁芯，25.温度传感器，26.铁屑，27.二号过滤装置，28.截流水箱液位传感器，29.电控流量阀，30.水箱液位传感器，31.液体质量传感器，32. 切削液，33.支撑角钢，34.过滤网，35.上位工控机，36.数据采集卡，37.报警器，38.下位可编程控制器，39.电磁铁控制器，40.信号线，41.嵌入式CompactRIO 控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置包括工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构、状态监测报警机构与自动控制机构。

一.工况模拟机构

在实际加工过程中，金属切屑常常含有大量粒径较小的金属粉末，由于金属粉末的粒径较小，加工中心的初级过滤装置无法将其完全过滤掉。因此，金属粉末随着切削液的流动穿过初级过滤装置后进入加工中心的二级过滤系统，经二级过滤系统过滤，金属粉末被过滤装置的滤网阻隔在过滤系统的水箱中，经长时间的堆积，过滤系统的滤网逐渐被微小的金属粉末覆盖，从而导致滤网失效，最终引起循环系统中断。另外，由于部分工件毛坯的表面涂抹了防锈油、润滑油等防腐蚀物质，在切削液的冲洗下这些物质混入到切削液中，从而引起切削液粘度增大。混入在切削液中的灰尘、微小金属颗粒及其他杂质逐渐相互粘结，最后形成粘稠物堆积在下水口、水泵管道及喷头处，造成管道堵塞，致使切削液无法实现冷却循环，引起加工中心切削液冷却系统故障，此时必须停机进行故障排查并进行疏通。

综上所述，本实用新型的工况模拟机构考虑多种因素的影响，工况模拟机构包括切削热模拟装置、油污模拟装置及杂质模拟装置。

所述的切削热模拟装置包括箱体12、8根支撑角钢33、4根结构相同的铁芯支撑角钢13、4根结构相同的线圈支撑角钢14与线圈壳体组件。

所述的线圈壳体组件包括线圈19、线圈壳体20、外圈防水垫圈21、内圈防水垫圈22、线圈壳体盖23与铁芯24。

所述的箱体12为横截面为正方形的壳体件，顶部无盖，固定在自制脚架上，放置在整体装置的最高处，箱底对称地设置有两个长方形的通孔，通孔边缘为阶梯型，用于固定过滤网34，在箱体12内壁的四周焊接有两层结构相同的支撑结构，每层支撑结构包括4根横截面为L型的支撑角钢33，每根支撑角钢33的中部设置有两个圆形通孔，用于固定线圈支撑角钢14和铁芯支撑角钢13，4根支撑角钢33首尾相接地固定在同一层的平面内，两层由支撑角钢33组成的支撑结构的间距为90mm；

所述的线圈支撑角钢14和铁芯支撑角钢13为U型钢，两端分别设置有1 对圆形通孔与1对长条通孔，线圈支撑角钢14的里端通过圆形通孔与线圈壳体 20顶部位置的8个螺纹孔采用螺栓连接，线圈支撑角钢14的外端通过长条通孔与焊接在箱体12内壁上的L型支撑角钢33中间的两个通孔采用螺栓固定，通过线圈支撑角钢14的长条通孔调整4个线圈支撑角钢14的相对位置，从而调节线圈壳体20的安装位置，使线圈壳体20的回转轴线与箱体12的对称轴线共线；铁芯支撑角钢13的里端通过圆形通孔与铁芯24底部位置的8个螺纹孔采用螺栓连接，铁芯支撑角钢13的外端的长条通孔与焊接在箱体12内壁下层的L 型支撑角钢33中间的两个通孔采用螺栓连接，通过铁芯支撑角钢13外端的长条通孔调节铁芯支撑角钢13的相对位置，从而调节铁芯24相对于线圈壳体20 的相对位置，使铁芯24的回转轴线与线圈壳体20的回转轴线重合；

所述的线圈壳体20为圆环柱状的中空结构件，顶端周边设置有8个螺纹孔，用于固定线圈支撑角钢14，在线圈壳体20内腔涂有绝缘漆，线圈19放置在线圈壳体20的内腔，线圈19为环形，由铜芯包漆线缠绕而成，外径等于线圈壳体20的内壁外径，内径为线圈壳体20内壁内径，高度为线圈壳体20中空的内壁高度，线圈19导线的两端通过线圈壳体20一侧的两个通孔中伸出，再与外部的电磁铁控制器39连接，电磁铁控制器39与上位工控机35连接，线圈19 与电磁铁控制器39连接后使用密封胶密封线圈壳体20的两个通孔，线圈壳体 20底端的内圈与外圈分别安装内圈防水垫圈22与外圈防水垫圈21，线圈壳体盖23通过外圈的8个螺栓及内圈的4个螺栓固定在线圈壳体20的底端；铁芯24为圆环柱状的中空结构件，铁芯24底端周边设置有8个螺纹孔，用于铁芯 24与铁芯支撑角钢13里端的连接，铁芯24的轴线与线圈壳体20的轴线重合。

为了保证装置的稳定性，切削热模拟装置的零件材料应为不导磁材料，其中线圈壳体20及线圈壳体盖23材料为铝，螺栓及螺母材料为白钢，线圈支撑角钢14和铁芯支撑角钢13为304不锈钢，铁芯24的材料为纯铁，表面进行防锈电镀。

所述的切削热模拟装置的工作过程为：电磁铁控制器39在上位工控机35 的控制下，输出高频交流电，线圈19在高频交流电的作用下，在线圈19内部产生交变磁场，使安装在线圈19中间的铁芯24在交变磁场的条件下产生涡流效应，从而使铁芯24产生热量，模拟在实际加工中产生的切削热。通过调节电流频率与电流大小，实现铁芯24发热量高低的调节，从而模拟不同工况下的切削热。

所述的油污模拟装置包括油箱16、输油管17与电控喷油嘴18。

所述的油箱16为长方形箱体，在其一侧有安装法兰，通过4个螺栓安装在箱体12左侧壁的最上端，油箱16下端有出油口，方向朝下，出油口与输油管17的一端连接，输油管17为空间圆弯管，输油管17的另一端穿过箱体12左侧箱壁上的通孔，并与电控喷油嘴18连接，电控喷油嘴18为ISDE电控喷油嘴，电控喷油嘴18喷头对准铁芯24，电控喷油嘴18控制信号线连接到下位可编程控制器38的DQa输出端，下位可编程控制器38通过RS484信号线与上位工控机35的USB端口连接，由于油箱16处于倒置状态，油液可充满输油管17，并在喷油嘴一侧形成一定的压力，通过上位工控机35控制电控喷油嘴18在一定间隔时间向铁芯24喷射一定量的油液，模拟在实际加工中工件表面及刀具表面存在的少量润滑油、防锈油等。

所述的杂质模拟装置包括铁屑26和切削液32；

所述的杂质模拟装置是在箱体12底部放置的铁屑26，在箱体12中堆积的高度至少为10cm以上，铁屑26要求为干式切削产生的切屑，在铁屑26中残留的杂质会随着切削液32通过切削液引流装置11流入到过滤装置中，实现在实际加工过程中产生的微小金属颗粒及灰尘等杂质混入切削液32的模拟。

二.过滤机构

所述的过滤机构是包括过滤网34、2个结构相同的切削液引流装置11、一号过滤装置9、二号过滤装置27、截流水箱7与电控流量阀29。

所述的2个结构相同的过滤网34为长方形网状结构件，其过滤网34的过滤网眼目数为60目，安装在箱体12底部的长方形通孔中，箱体12底部的长方形通孔边缘为梯形槽，过滤网34由梯形槽定位，固定在箱体12的底部，过滤网34用于过滤加工产生的切屑等杂质，箱体12的长方形通孔下部焊接切削液引流装置11，切削液引流装置11为梯形漏斗，底部通孔焊接有长方形钢管，用于输送切削液32到一号过滤装置9与二号过滤装置27中。

所述的一号过滤装置9和二号过滤装置27放置在自制的脚架上，高度低于箱体12的放置高度，高于节流水箱7的高度。

所述的截留水箱7放置在自制的脚架上，高度低于一号过滤装置9和二号过滤装置27。

所述的过滤机构中的过滤装置为一号过滤装置9和二号过滤装置27，一号过滤装置9和二号过滤装置27的过滤系统为二级过滤系统，其装置为长方形箱体，箱体内安装两个过滤筛网，分别为一级过滤筛网和二级过滤筛网，将箱体分为3个隔间，一级过滤筛网的网眼目数为80目，二级过滤筛网网眼目数为100 目，过滤切削液32由箱体12经切削液引流装置11流入二级过滤系统中的第一个隔间，经过一级过滤筛网的过滤流入第二个隔间，再经二级过滤筛网的过滤流入第三个隔间，在第三个隔间下端开有圆孔，切削液32由圆孔进入管道流入截流水箱7中，截流水箱为长方形无盖箱体，其容积应大于等于切削液水箱1，在截流水箱7的下端出水口处安装有电控流量阀29，电控流量阀29型号为常闭式2P025-06-08电磁阀，电控流量阀29的控制线连接到下位可编程控制器38 的DQa输出端口，下位可编程控制器38在上位工控机35的控制下，控制电控流量阀29的输出流量；

本实用新型可以对两个过滤器同时进行可靠性试验，并且过滤器可以为其他类型的过滤设备，只需对其进行简单的安装和调试就可以进行相应的可靠性试验。

三.切削液输送机构

所述的切削液输送机构是包括切削液水箱1、低液位报警器2、高液位报警器3、水泵4、切削液输送管6。

所述的切削液水箱1为长方体形无盖的箱体件，放置在整体装置的最底层，切削液水箱1的顶端分别安装切削液输入管与切削液输送管6，切削液输送管6 为圆管，由切削液水箱1中穿过，将切削液送至水箱12内部，在切削液水箱1 顶端的输出管道一侧安装水泵4，水泵4采用4个螺栓通过水泵4的安装法兰与切削液水箱1固定，水泵4的侧边采用胶粘方式安装水泵温度传感器5，在切削液水箱1内壁上分别安装3个低液位报警器2、高液位报警器3，3个低液位报警器2平行于水平面安装于切削液水箱1的底端，3个高液位报警器3平行于水平面安装于切削液水箱1的内壁顶端；工作时，切削液32经过过滤机构的过滤后，流入截流水箱7中，在电控流量阀29的控制下，输送到切削液水箱1中，然后由水泵4抽出，经由切削液输送管6输送到铁芯24上方。

所述的水泵4的控制线接入下位可编程控制器38的DQa输出端口处，通过上位工控机35的控制，下位可编程控制38控制水泵4的工作状态。

由于存在泄漏、蒸发等现象，切削液32在使用时损耗较快，为了防止切削液32过少，导致循环系统无法正常工作，在切削液水箱1中安装低液位报警器 2、高液位报警器3，为了测试低液位报警器2与高液位报警器3的可靠性，在切削液水箱1中平行安装3个低液位报警器2与高液位报警器3，用于同一液位 3个低液位报警器2或3个高液位报警器3同时参与测试。

四、状态监测报警机构

所述的状态监测报警机构包括水泵温度传感器5、6个结构相同的切削液污染传感器8、4个结构相同的过滤装置液位传感器10、流量压力计15、铁芯温度传感器25、截流水箱液位传感器28、水箱液位传感器30、液体质量传感器 31、报警器37、数据采集卡36、信号线40与嵌入式CompactRIO控制器41。

所述的水泵温度传感器5为贴片式铂电阻PT100温度传感器，通过胶粘方式安装在水泵4的外壳一侧，水泵温度传感器5的采集口由信号线40连接数据采集卡36的数据采集RTD接口，数据采集卡36的型号为NI CompactRIO模块，温度采集卡型号为NI9216，数据采集卡36为卡槽式采集卡，由数据采集卡36 上的弹簧端子固定在嵌入式CompactRIO控制器的卡槽内，由嵌入式CompactRIO 控制器通过USB与上位工控机连接，输出各数据采集卡36所采集的数据。

所述的切削液污染传感器8数量为6个，型号为OpcomII，分别安装在一号过滤装置9与二号过滤装置27的中，每个过滤装置被两个过滤筛网划分成3个隔间，在每个隔间中距离底部3cm的箱体壁上安装1个切削液污染传感器8，切削液污染传感器8的信号线穿过过滤装置与数据采集卡的RTD接口连接，切削液污染传感器8分别测试各隔间中的切削液32杂质颗粒浓度、油液浓度等，数据采集卡36嵌入嵌入式CompactRIO控制器的卡槽中，由嵌入式CompactRIO控制器通过USB与上位工控机连接将信号进行相应的处理后传送到上位工控机35 中，通过对比每个过滤装置中的3个切削液污染传感器8的数据，得知过滤装置过滤性能及过滤后的切削液32洁净程度，通过对比一号过滤装置9与二号过滤装置27的出水口切削液污染传感器8的数据，能够对比两种过滤装置的过滤性能。

所述的过滤装置液位传感器10数量为4个，型号为星仪CYW11投入式液位变送器，过滤装置液位传感器10为圆柱形，测量方式为投入式，将液位液位传感器10投入液体中即可，其可测量范围应高于过滤装置的容器高度，分别垂直地安装在的一号过滤装置9和二号过滤装置27的三个有过滤筛网划分成的隔间中，过滤装置液位传感器10与数据采集卡36的RTD接口通过信号线40连接，当其中的一个过滤装置液位传感器10显示液位过高时，说明此位置的过滤筛网发生堵塞或者过滤筛网过滤性能降低，上位工控机35控制下位可编程控制器38 使报警器37响起，下位可编程控制器38为西门子S200可编程控制器，下位可编程控制器38通过RS484数据接口与上位工控机连接，报警器37的电源线正负极分别接入下位可编程控制的DQa0与DQA1L端口，通过下位可编程控制38 控制DQa0端口的通断电，实现控制报警器37的报警开启与关闭。

所述的流量压力计15为ND300涡流流量计，通过自带的锁紧螺栓安装在切削液输送管6的顶端，监测工作时切削液32的输出流量及压力，流量压力计15 所采集的数据通过信号线40连接到数据采集卡36的RTD输入端口，由嵌入式CompactRIO控制器通过USB与上位工控机连接将信号进行相应的处理后传送到上位工控机35中，当流量压力计15所测切削液32的流量变小、压力变大时，说明切削液输送管6的喷嘴处发生堵塞，上位工控机35发出信号，报警器37 响起；

所述的铁芯温度传感器25为10K的NTC热敏电阻，通过自带螺纹安装在铁芯24内部的螺纹孔中，铁芯温度传感器25应该具有较强的抗磁功能，铁芯温度传感器25的数据线接入数据采集卡36的RTD输入端口，数据采集卡36嵌入嵌入式CompactRIO控制器的卡槽中，将所采集的数据由嵌入式CompactRIO控制器通过USB与上位工控机连接，当铁芯24温度过高时，说明切削液32冷却能力下降，应适当调整切削液32的输出流量。

所述的截流水箱液位传感器28是型号为星仪CYW11投入式液位变送器，测量方式为投入式，将截流水箱液位传感器28投入液体中即可，投入在截流水箱 7的一侧，用于监测截流水箱7的液位高度。截流水箱液位传感器28所测量范围应大于截流水箱7的容器高度。

所述的水箱液位传感器30是型号为星仪CYW11投入式液位变送器，测量方式为投入式，将水箱液位传感器30投入液体中即可，投入在切削液水箱1中的一侧，用于监测切削液水箱1中的液位高度。水箱液位传感器30所测量液位高度范围应大于切削液水箱1的容器高度。

所述的型号为OpcomII的液体质量传感器31安装在切削液水箱1的底部，用于监测切削液水箱1中的切削液32溶液质量，检测其是否变质、污染程度等。

所述的报警器37是型号为LTE-1101J旋转爆闪报警灯，其电源电源线正负极分别接入下位可编程控制器38的DQa0与DQA1L端口，通过下位可编程控制器38控制DQa0端口的通断电，实现控制报警器37的报警开启与关闭。

各传感器通过信号线40与数据采集卡36的RTD输入端口连接，数据采集卡36嵌入嵌入式CompactRIO控制器的卡槽中，将所采集的数据由嵌入式 CompactRIO控制器通过USB与上位工控机连接，上位工控机35与下位可编程控制器38使用RS484数据线连接，当发生故障时，上位工控机控制下位可编程控制控制报警器37的启动与停止。

五.自动控制机构

所述的自动控制机构包括上位工控机35、下位可编程控制器38、电磁铁控制器(39)。

所述的下位可编程控制器38型号为西门子S200，通过RS484信号线与上位工控机35连接。

所述的电磁铁控制器(39)与上位工控机35通过RS232数据线连接，电磁铁控制器39的输出端与线圈19的两个接线端连接。上位工控机35控制电磁铁控制器39输出电流，从而控制线圈19产生的磁场大小，控制铁芯24的发热量。

所述的一种加工中心切削液冷却系统的可靠性试验装置分为3种工作状态，分别为正常状态、水箱低液位状态与水箱高液位状态。

所述的正常状态为平稳测试状态，水泵4在额定功率下正常工作，电控喷油嘴18在下位可编程控制器38的控制下，定时定量进行喷油，工况模拟机构正常工作，通过上位工控机35控制电控流量阀29的流量与流量压力计15所测流量相等，保证切削液32处于稳定循环状态。

在正常状态下，切削液水箱1中的水位应处于正常状态，各传感器读数平稳，当流量压力计15显示流量减小或者压力增大时，说明切削液输送管6喷头发生堵塞；当温度传感器25显示温度升高时，说明切削液32流量较小，应增大流量；当温度传感器25显示温度过低时，说明切削液32流量过大，可以通过上位工控机35控制水泵4适当调整切削液32的流量；当过滤装置液位传感器10显示液位过高时，说明过滤装置发生堵塞，下位可编程控制器38控制报警器37工作，装置停机，排查故障；在正常状态下由于电控流量阀29输出流量与流量压力计15输出流量相等，因此整体装置应处于平衡状态，当截流水箱 7液位降低时，切削液水箱1液位升高时，说明过滤装置或切削液32喷嘴发生堵塞，切削液32无法正常循环；当截流水箱7液位升高时，切削液水箱1液位降低时，说明水泵4无法正常抽水，过滤装置或切削液输送管6喷嘴发生堵塞故障或机械故障。

所述的水箱低液位状态为加速水泵4加速抽水状态，在此状态下，可以测试水泵4的输出能力、过滤装置的最大过滤性能及切削液水箱1中的低液位报警器2的报警性能，为了提高试验质量，在水箱中安装多个低液位报警器2，每个低液位报警器2相互独立，可以同时测试多个低液位报警2的报警性能。在此状态下水泵4超出额定功率进行抽水，电控流量阀29输出流量保持不变，输出流量小于流量压力计15所测的输出流量；在此状态下，截流水箱7水位增高，切削液水箱1水位降低，当水箱液位传感器30显示液位过低时，低液位报警器2没有报警，说明低液位报警器2出现故障。

所述的水位高液位状态为测试高液位报警器3的报警性能，在此状态下，水泵4处于正常工作状态，电控流量阀29控制输出流量最大，截流水箱7水位降低，切削液水箱1水位升高，当水箱液位传感器30显示水位到达报警液位时，此时高液位报警器3应开始报警，电控流量阀29关闭，当水位处于平稳状态后，电控流量阀29输出，通过上位工控机35控制电控流量阀29流量与流量压力计 15输出流量相等。

Claims (9)

1.一种加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置包括工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构、状态监测报警机构与自动控制机构；

所述的工况模拟机构包括箱体(12)；

所述的过滤机构包括电控流量阀(29)与过滤网(34)；

所述的切削液输送机构包括切削液水箱(1)与切削液输送管(6)；

所述的工况模拟机构通过箱体(12)安装在顶端，过滤机构安装在工况模拟机构的下面，切削液输送机构安装在过滤机构的下面，过滤网(34)安装在箱体(12)的箱底上，连接电控流量阀(29)的管道插入切削液水箱(1)中，切削液水箱(1)与切削液输送管(6)下端连接；

所述的状态监测报警机构安装在工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构中，自动控制机构和工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构与状态监测报警机构之间采用信号线(40)连接。

2.按照权利要求1所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的状态监测报警机构安装在工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构中是指：所述的状态监测报警机构包括水泵温度传感器(5)、6个结构相同的切削液污染传感器(8)、4个结构相同的过滤装置液位传感器(10)、流量压力计(15)、铁芯温度传感器(25)、截流水箱液位传感器(28)、水箱液位传感器(30)、液体质量传感器(31)与报警器(37)；

所述的水泵温度传感器(5)安装在切削液输送机构中水泵(4)的外壳一侧；6个切削液污染传感器(8)分别安装在过滤机构中的一号过滤装置(9)与二号过滤装置(27)的中，4个结构相同的过滤装置液位传感器(10)分别垂直地安装在的一号过滤装置(9)与二号过滤装置(27)中，流量压力计(15)的一端与切削液输送管(6)的顶端连接，流量压力计(15)的另一端的连接管道插入箱体(12)中，铁芯温度传感器(25)安装在铁芯(24)内部，截流水箱液位传感器(28)安装在过滤机构中的截流水箱(7)的一侧壁上，水箱液位传感器(30)安装在切削液输送机构中的切削液水箱(1)中，液体质量传感器(31)安装在切削液水箱(1)的底部，报警器(37)安装在上位工控机(35)的机箱上。

3.按照权利要求1所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的自动控制机构和工况模拟机构、过滤机构、切削液输送机构与状态监测报警机构之间采用信号线(40)连接是指：

所述的自动控制机构包括上位工控机(35)、数据采集卡(36)、下位可编程控制器(38)及电磁铁控制器(39)；

所述的上位工控机(35)与数据采集卡(36)连接，上位工控机(35)与下位可编程控制器(38)连接，上位工控机(35)与电磁铁控制器(39)连接；

所述的数据采集卡(36)和状态监测报警机构中的水泵温度传感器(5)、6个结构相同的切削液污染传感器(8)、4个结构相同的过滤装置液位传感器(10)、流量压力计(15)、铁芯温度传感器(25)、截流水箱液位传感器(28)、水箱液位传感器(30)与液体质量传感器(31)采用信号线(40)连接；

所述的下位可编程控制器(38)和工况模拟机构中的电控喷油嘴(18)、过滤机构中的电控流量阀(29)与状态监测报警机构中的报警器(37)连接；

所述的电磁铁控制器(39)与工况模拟机构中的线圈(19)的两端连接。

4.按照权利要求1所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的工况模拟机构包括切削热模拟装置、油污模拟装置及杂质模拟装置；

所述的切削热模拟装置包括4根结构相同的铁芯支撑角钢(13)、4根结构相同的线圈支撑角钢(14)与线圈壳体组件；

所述的油污模拟装置包括油箱(16)、输油管(17)与电控喷油嘴(18)；

所述的杂质模拟装置包括干式切削产生的铁屑(26)；

所述的线圈壳体组件通过4根结构相同的铁芯支撑角钢(13)与4根结构相同的线圈支撑角钢(14)安装在箱体(12)内，油箱(16)安装在箱体(12)左侧箱壁的最上端，油箱(16)的出油口方向朝下，油箱(16)的出油口与输油管(17)的一端连接，输油管(17)的另一端穿过箱体(12)左侧箱壁上的通孔，并与电控喷油嘴(18)连接，电控喷油嘴(18)的喷头对准线圈壳体组件中的铁芯(24)，铁屑(26)放置在箱体(12)的底部，在箱体(12)中的堆积高度为大于等于10cm。

5.按照权利要求1或4所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的箱体(12)为横截面为正方环形的壳体件，顶部无盖，箱底上对称地设置有两个长方形的用于安装过滤网(34)的通孔，在箱体(12)内壁的四周焊接有两层结构相同的支撑结构，每层支撑结构包括4根横截面为L型的支撑角钢(33)，每根支撑角钢(33)的中部设置有两个圆形的用于固定线圈支撑角钢(14)与铁芯支撑角钢(13)的通孔，4根支撑角钢(33)首尾相接地固定在同一层的水平面内，两层由支撑角钢(33)组成的支撑结构的间距为90mm。

6.按照权利要求4所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的线圈壳体组件包括线圈(19)、线圈壳体(20)、外圈防水垫圈(21)、内圈防水垫圈(22)、线圈壳体盖(23)与铁芯(24)；

所述的线圈壳体(20)为圆环柱状的底端为敞开的中空结构件，线圈壳体(20)的顶端周边均匀地设置有用于固定线圈支撑角钢(14)的螺纹孔，在线圈壳体(20)内腔涂有绝缘漆，线圈(19)放置在线圈壳体(20)的内腔中，线圈(19)导线的两端通过线圈壳体(20)一侧的两个通孔中伸出，并使用密封胶密封线圈壳体(20)的两个通孔，线圈壳体(20)底端的内圈与外圈分别安装内圈防水垫圈(22)与外圈防水垫圈(21)，线圈壳体盖(23)通过外圈的螺栓及内圈的螺栓固定在线圈壳体(20)的底端；铁芯(24)为圆环柱状的中空结构件，内部放置温度传感器(25)，铁芯(24)底端周边均匀地设置有用于铁芯(24)与铁芯支撑角钢(13)里端连接的螺纹孔，铁芯(24)的轴线与线圈壳体(20)的轴线重合。

7.按照权利要求4所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的线圈支撑角钢(14)与铁芯支撑角钢(13)为U型钢，两端分别设置有1对圆形通孔与1对长条通孔，线圈支撑角钢(14)的里端通过圆形通孔与线圈壳体(20)顶部位置的螺纹孔采用螺栓连接，线圈支撑角钢(14)的外端通过长条通孔与焊接在箱体(12)内壁上的L型支撑角钢(33)中间的两个通孔采用螺栓固定，线圈壳体(20)的回转轴线与箱体(12)的对称轴线共线；铁芯支撑角钢(13)的里端通过圆形通孔与铁芯(24)底部位置的螺纹孔采用螺栓连接，铁芯支撑角钢(13)的外端的长条通孔与焊接在箱体(12)内壁下层的L型支撑角钢(33)中间的两个通孔采用螺栓连接，铁芯(24)的回转轴线与线圈壳体(20)的回转轴线共线。

8.按照权利要求1所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的过滤机构还包括截流水箱(7)、一号过滤装置(9)、2个结构相同的切削液引流装置(11)、二号过滤装置(27)与电控流量阀(29)；

所述的2个结构相同的过滤网(34)为长方形网状结构件，2个结构相同的过滤网(34)安装在箱体(12)箱底上的2个结构相同的长方形通孔中，2个结构相同的过滤网(34)下面安装2个结构相同的切削液引流装置(11)，2个结构相同的切削液引流装置(11)的正下方由右至左安装有一号过滤装置(9)与二号过滤装置(27)，截流水箱(7)安装在一号过滤装置(9)与二号过滤装置(27)的正下方，一号过滤装置(9)与二号过滤装置(27)分别采用管道插入截流水箱(7)内，电控流量阀(29)安装在截流水箱(7)的底板上。

9.按照权利要求1所述的加工中心切削液冷却系统可靠性试验装置，其特征在于，所述的切削液输送机构还包括3个低液位报警器(2)、3个高液位报警器(3)与水泵(4)；

所述的切削液水箱(1)为长方体形的箱体件，切削液水箱(1)的顶端分别安装切削液输入管与切削液输送管(6)，在切削液水箱(1)顶端的切削液输送管(6)的左侧安装有水泵(4)，在切削液水箱(1)的内壁上分别安装3个低液位报警器(2)与3个高液位报警器(3)，3个低液位报警器(2)平行于同一水平面地安装于切削液水箱(1)的内壁底端，3个高液位报警器(3)平行于同一水平面地安装于切削液水箱(1)的内壁顶端，切削液水箱(1)中装有经过过滤机构过滤后的在电控流量阀(29)控制下的切削液(32)。