專利名稱：一種金屬切削的冷卻控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機(jī)械制造的金屬切削的冷卻技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種金屬 切削的冷卻控制裝置。
背景技術(shù)：
在金屬切削加工中，會產(chǎn)生大量的切削熱，從而使切削區(qū)的切削溫度升高、切削力增 加，刀具磨損加劇，整個切削過程變得困難，并最終影響被加工零件的表面質(zhì)量、尺寸精 度和零件加工的生產(chǎn)率等。因此在切削加工中往往需要增加冷卻液進(jìn)行冷卻切削，改善切 削環(huán)境達(dá)到提高零件加工表面質(zhì)量的目的。目前采用的冷卻金屬切削區(qū)的方法是在機(jī)床上 裝有一套液體冷卻裝置，在切削時開啟該裝置中的冷卻泵，使冷卻箱中的冷卻液經(jīng)調(diào)節(jié)閥 和噴嘴噴出冷卻工件，同時在機(jī)床上還裝有一套空氣冷卻裝置，切削時該裝置中的空氣壓 縮機(jī)將空氣壓縮、冷卻后依次經(jīng)安全閥、截止閥、調(diào)節(jié)閥和噴嘴后噴出冷卻工件。該方法 能有效地降低切削溫度、減少污染，但這種工藝方法的缺陷是l.由于被切削材料加工難 易程度不一樣，為滿足切削時冷卻的需要，操作者通過控制冷卻液流量的大小或者控制壓 縮空氣量來控制切削區(qū)溫度，這種操作只能憑經(jīng)驗來調(diào)整閥開關(guān)。2.切削性能不穩(wěn)定。在 切削時冷卻效果涉及到不同介質(zhì)、壓力、耙距、入射角等工藝參數(shù)，尤其是在精密切削中， 一個恒定的切削過程是非常重要的。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種金屬切削的冷卻 控制裝置。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的一種金屬切削的冷卻控制裝置采用 的技術(shù)方案是在機(jī)床上安裝一套包括供水箱3和液體比例電磁閥4組成的液體冷卻裝置、 一套包括空氣壓縮機(jī)1和氣體比例電磁閥2組成的空氣冷卻裝置，將兩套冷卻裝置分別接 在靠近工件9切削區(qū)的噴嘴8，其特征是在靠近切削區(qū)的工件9上還固定有熱電偶7，熱 電偶7的另一端與信號放大器6的輸入端串聯(lián);信號放大器6的輸出端連接數(shù)據(jù)顯示器10; 將氣體比例電磁閥2和液體比例電磁閥4分別連接控制器5的輸出端，控制器5的輸入端 與信號放大器6的輸出端相連，并與數(shù)據(jù)顯示器10的輸入端相連。器6是由連接熱電偶7的溫度補償電路I、連接控制器5的放大電路n和正負(fù)電源電路m構(gòu)成，其中溫度補償電路i的輸出線分別接放大電路n中反向輸 入端和同向輸入端，溫度補償電路i電源輸入端接入正負(fù)電源電路m的電源輸入端，正負(fù) 電源電路m的輸出線接放大電路n，作為其電源輸入。所述溫度補償電路I由溫度傳感器、穩(wěn)壓芯片和電阻A、及2、及3組成，將溫度傳感器的電源輸入端與正負(fù)電源電路ni相連、溫度傳感器的輸出端與放大電路n的輸入端相連 并通過串接的電阻A、及2接地；穩(wěn)壓芯片的輸入與外部的正負(fù)電源電路ni相連，穩(wěn)壓芯片的輸出通過電阻及3接入放大電路n 。所述控制器5包括由單片機(jī)和電壓運放器連接成的電壓跟隨器，在單片機(jī)上還連接有譯碼器、LED數(shù)碼管、和兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器及按鍵，將電壓運放器的兩個輸入端口與信號放 大器6的輸出端口相連，將接在兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器上的兩個輸出端口分別與氣體比例電磁閥 2、液體比例電磁閥4相連。有益效果本實用新型將兩路冷卻裝置通過控制器可實現(xiàn)在線自適應(yīng)閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)冷 卻溫度，智能化程度高，控制準(zhǔn)確實時，冷卻效果好，可對切削區(qū)的溫度冷卻到設(shè)定的恒 定溫度，提高了工件的加工精度，延長了切削刀具的使用壽命，達(dá)到了環(huán)保要求，實現(xiàn)了 綠色切削加工。特別是本實用新型裝置中的信號放大器具有溫度補償功能，能確保金屬切 削的冷卻正確可靠；本實用新型裝置中的控制器擁有智能模糊控制的先進(jìn)理論，使得控制 效果準(zhǔn)確實時。


以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖2是圖1所示裝置的控制原理圖；圖3是圖1中信號放大器6的電路原理連接圖；圖4是圖3中溫度補償電路I的電路原理連接圖；圖5是圖1中控制器5的電路原理連接圖。
具體實施方式
如圖1所示，在機(jī)床上安裝一套液體冷卻裝置，該液體冷卻裝置包括將供水箱3和液 體比例電磁閥4串接后再連接到靠近工件9切削區(qū)的噴嘴8上。在機(jī)床上還安裝一套空氣 冷卻裝置，該空氣冷卻裝置包括將空氣壓縮機(jī)1和氣體比例電磁閥2串接后再連接到噴嘴8上?？諝鈮嚎s機(jī)1與氣體比例電磁閥2之間用可通氣體的塑料管連接；供水箱3是一個 儲水箱，它與液體比例電磁閥4之間用可通液體的塑料管連接；噴嘴8為外混二流式噴嘴，它的氣體輸入口與氣體比例電磁閥2之間用可通氣體的塑料管連接，同時液體輸入口與液 體比例電磁閥4之間用可通液體的塑料管連接；噴嘴8被夾在靶距與入射角工藝參數(shù)調(diào)節(jié) 器上；熱電偶7為K型，其包括正、負(fù)兩根導(dǎo)線，將正、負(fù)兩根導(dǎo)線一端固定焊在一起并 固定點焊在靠近切削區(qū)的工件9上，位置靠近裸露表面的一側(cè)，熱電偶7正、負(fù)兩根導(dǎo)線 的另一端分別與信號放大板6的正、負(fù)輸入端相連；數(shù)據(jù)顯示器10由A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換卡和計 算機(jī)構(gòu)成，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換卡的輸入端口與信號放大器6的輸出端口相連，同時A/D模數(shù)轉(zhuǎn) 換卡插在計算機(jī)的pci插槽內(nèi)；自適應(yīng)控制器5的輸入端口與信號放大板6的輸出端口相連，并與數(shù)據(jù)顯示模塊10的輸入端口相連；控制器5的液體控制信號輸出端與液體比例電磁閥4的控制電纜相連，控制器5的氣體控制信號輸出端與氣體比例電磁閥2的控制電纜 相連。如圖2所示，裝置包括氣體、液體兩路供給和兩個反饋控制回路。兩路供給分別為空 氣壓縮機(jī)l，它輸出一定壓力尸的氣體，經(jīng)氣體比例電磁閥2輸出調(diào)整壓力后壓力為,的 氣體，該氣體送入噴嘴8的氣體端口。供水箱3輸出一定流量2的水，經(jīng)液體比例電磁閥 4輸出調(diào)整流量后流量為《的水，該水送入噴嘴8的液體端口；水和氣體混合后經(jīng)噴嘴霧 化輸出氣液混合物F噴向工件9，此時的噴嘴8具有一定的靶距Z和入射角"。工件9設(shè)定溫度為r ，氣液混合物f噴向工件9裸露的表面，工件9的溫度將降低，得到實時溫度r 。 兩個反饋控制回路分別為溫度r經(jīng)熱電偶7后送出毫伏級電壓信號"，^經(jīng)信號放大器6放大為0 5F電壓信號"2， ^/2除送入數(shù)據(jù)顯示器10顯示處理外，將傳入控制器5，控 制器5將^處理后與內(nèi)部設(shè)定的溫度r。進(jìn)行對比處理后輸出0 5F氣體電壓控制信號 C/ei， t^送入氣體比例電磁閥2的控制電纜，氣體比例電磁閥2調(diào)整開度后改變了氣體壓力戶'，p'改變了F， F改變了r， r改變了c/,， ^改變了c/2， [/2送入5再與r。進(jìn)行對 比輸出t/n完成一路反饋控制。另一路，溫度r經(jīng)熱電偶7后送出毫伏級電壓信號K,"經(jīng)信號放大器6放大為0 5F電壓信號^/2， "2送入控制器5后，與設(shè)定的期望切削區(qū)溫 度r。對比處理后輸出0 5r液體電壓控制信號C/^， C/^送入液體比例電磁閥4的控制電纜，液體比例電磁閥4調(diào)整開度后改變了液體流量Q'， Q'改變了F， F改變了r， r改 變了^， tA改變了K， ^送入自適應(yīng)控制器5再與r。進(jìn)行對比輸出t/a完成另一路反饋 控制。如圖3所示，信號放大器6由溫度補償電路i ， opo7放大電路n，正負(fù)電源電路m構(gòu) 成。其中，opo7放大電路n是最普通的放大電路，正負(fù)電源電路m是一般的正負(fù)12F電源。信號放大板6的兩個"+ "、"一"輸入端K是分別與熱電偶的正、負(fù)端相連的，"+ 12f" 和"GM)"輸入端是與外部+ 12f穩(wěn)壓電源相連的，信號放大器6的輸出端"[/2 "和"GM)" 分別接自適應(yīng)控制器5的信號反饋輸入端。溫度補償電路I的輸出線"K + △[/ "、 " GA①"分別接opo7放大電路n中反向輸入端和同向輸入端，溫度補償電路i和正負(fù)電源電路in的電源輸入端都與"+12F"和"GMV，相接，正負(fù)電源電路III的"+ 12F"和"-12F" 輸出線分別接OP07放大電路II中OP07的"+ 12F"和"-12F"的電源輸入引腳。如圖4所示，溫度補償電路I由溫度傳感器AD590、穩(wěn)壓芯片MC1403和& 、及2 、及3 電阻組成。AD590測量熱電偶冷端溫度并通過電路轉(zhuǎn)換為電壓信號加在冷端信號線上，它 的電源輸入端"+"與"+ 12F"相連，補償電信號輸出端"-"與OP07放大電路II的輸入 端"^+AC/"相連，同時也通過電阻i^、及2與地線"GAAZ)"相連。MC1403芯片向電路 提供2. 的偏置電壓，其輸入引腳"/iV "與外部+ 12F穩(wěn)壓電源的""端口線相連， 其引腳"GMT'與電路的地線相連，其引腳"OW與信號線"的"+"端相連，并與及3 一個引腳相連，及3的另一個引腳和OP07放大電路II的"C/1+At/"端口相連。如圖5所示，控制器5由單片機(jī)MC68HC908GR8、 LM358組成的電壓跟隨器、譯碼器 CD4511、 LED數(shù)碼管、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD5300及按鍵SW組成的按鍵電路組成。3個SW按 鍵引腳的一端連接并與地線相連，按鍵的另一端分別與單片機(jī)MC68HC908GR8的PTE0、PTE1、 /RST引腳相連，同時PTEO、 PTE1、 /RST引腳各自通過上拉電阻及4 、及5 、 / 6與+5「電源 線相連。/ 4、及5、及6的電阻都為1《Q。信號放大器6輸出的信號線"t/2"通過由LM358 構(gòu)成的電壓跟隨器隔離后與單片機(jī)MC68HC908GR8的PTB3引腳相連。3個數(shù)碼管LED的控 制引腳分別與單片機(jī)MC68HC908GR8的PTBO、 PTB1、 PTB2相連，其七個數(shù)據(jù)輸入引腳a 、 6 、 c、 d、 e、 /、 g分別與CD4511譯碼器的引腳"、&、 c、 rf、 e、 /、《相連。CD4511 譯碼器的輸入引腳A4、 Al、 A2、 A3分別與單片機(jī)MC68HC908GR8的PTAO、 PTA1、 PTA2、 PTA3 引腳相連。t/cl、 "c2兩個輸出信號是由D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD5300的Vout引腳給出。[^與 液體比例電磁閥2的控制電纜相連，t/C2與氣體比例電磁閥4的控制電纜相連。兩個AD5300 的SCLK引腳相連并與單片機(jī)MC68HC908GR8的SPSCK相連，同時兩個AD5300的DIN引腳也 相連并與單片機(jī)MC68HC908GR8的MOSI引腳相連。輸出C/C1的AD5300的/SYNC引腳與單片 機(jī)MC68HC908GR8的PTD5引腳相連，而輸出f/c2的AD5300的/SYNC引腳與單片機(jī) MC68HC908GR8的PTD6引腳相連。數(shù)據(jù)顯示器10的硬件部分包含最低配置為奔騰100CPU， 16MB內(nèi)存，4倍速光驅(qū)， 1GB硬盤空間，中文Windows 9X/NT/2000操作系統(tǒng)的計算機(jī)和一塊型號為PCL-711B數(shù)據(jù) 采集卡；軟件部分是在GeniDAQ軟件平臺上組建的一個數(shù)據(jù)采集程序界面。本實用新型控制方法如下首先通過控制器5將切削區(qū)溫度設(shè)定不大于IOO'C，當(dāng)切 削區(qū)溫度不設(shè)定時默認(rèn)是100°C。裝置按兩條控制路徑工作， 一路是空氣壓縮機(jī)1以一定 的壓力輸出，經(jīng)氣體比例電磁閥2送入噴嘴8;另一路是水由供水箱3以一定流量流出， 經(jīng)液體比例電磁閥4送入噴嘴8。根據(jù)要求調(diào)整噴嘴5端口到工件9上端面的距離i、調(diào)整 噴嘴8噴射線與工件9上端面之間的角度a并固定；氣體和水在噴嘴內(nèi)混合霧化后噴射在 工件9的試件上端面上。通過熱電偶7測量工件9上端面的溫度值并將其轉(zhuǎn)換為毫伏級的 電壓信號"，此電壓信號經(jīng)過信號放大器6變成0 5F的電壓信號[/2 。 0 57的電壓信號 又分為兩路， 一路輸送給數(shù)據(jù)顯示器10在計算機(jī)上處理顯示； 一路輸送給控制器5?？刂破?通過判斷送來的信號與設(shè)定的參考信號之間的偏差及偏差的變化率來實時控制氣體比 例電磁閥2和液體比例電磁闊4這兩個常開比例電磁閥的開度大小，并選擇適當(dāng)?shù)臍狻⒁?比例。適當(dāng)?shù)臍狻⒁罕壤趪娮?處匯合，從噴嘴8 口以霧滴的形式噴向工件9上端面； 由于氣、液不同比例以及各自流量大小對試件冷卻效果不一樣，從而實現(xiàn)對工件9端面溫 度穩(wěn)定在設(shè)定的溫度區(qū)自適應(yīng)閉環(huán)反饋控制的目的。調(diào)整靶距丄、入射角《、氣源壓力， 更換試件材料等任意一個因素后都得重復(fù)上述步驟，整個過程可以通過數(shù)據(jù)顯示器10中的 數(shù)據(jù)采集程序顯示出波形、數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^多次比較相同因素變化值就可以得到其優(yōu)化值， 達(dá)到完成自適應(yīng)冷卻切削的最佳效果。在整個裝置運行的過程中，信號放大器6以每0. 02秒時間記錄1個切削區(qū)溫度的變化 值，并把這些數(shù)據(jù)輸送給數(shù)據(jù)顯示器10顯示、處理；數(shù)據(jù)顯示器10中的計算機(jī)上有數(shù)據(jù) 采集軟件，可記錄數(shù)據(jù)值和采集切削區(qū)冷卻過程的曲線圖像。
權(quán)利要求1.一種金屬切削的冷卻控制裝置，在機(jī)床上安裝一套包括供水箱(3)和液體比例電磁閥(4)組成的液體冷卻裝置、一套包括空氣壓縮機(jī)(1)和氣體比例電磁閥(2)組成的的空氣冷卻裝置，將兩種冷卻裝置分別接在靠近工件(9)切削區(qū)的噴嘴(8)上，其特征是在靠近切削區(qū)的工件(9)上固定熱電偶(7)，熱電偶(7)的另一端與信號放大器(6)的輸入端串聯(lián)；信號放大器(6)的輸出端連接數(shù)據(jù)顯示器(10)；將氣體比例電磁閥(2)和液體比例電磁閥(4)分別連接控制器(5)的輸出端，控制器(5)的輸入端與信號放大器(6)的輸出端相連，并與數(shù)據(jù)顯示器(10)的輸入端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬切削的冷卻控制裝置，其特征是所述信號放大器 (6)是由連接熱電偶(7)的溫度補償電路(I )、連接控制器(5)的放大電路(II)和正負(fù)電源電路(in)構(gòu)成，其中溫度補償電路(i)的輸出線分別接放大電路(n)中反向輸入端和同向輸入端，溫度補償電路(I )電源輸入端接入正負(fù)電源電路(III)的電源 輸入端，正負(fù)電源電路(III)的輸出線接放大電路(II),作為其電源輸入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金屬切削的冷卻控制裝置，其特征是所述溫度補償電路(I)由溫度傳感器、穩(wěn)壓芯片和電阻A、及2、及3組成，將溫度傳感器的電源輸入端 與正負(fù)電源電路(III)相連、溫度傳感器的輸出端與放大電路(II)的輸入端相連并通過 串接的電阻A、及2接地；穩(wěn)壓芯片的輸入與外部的正負(fù)電源電路(III)相連，穩(wěn)壓芯片的輸出通過電阻及3接入放大電路(n)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種金屬切削的冷卻控制裝置，其特征是所述控制器(5) 包括由單片機(jī)和電壓運放器連接成的電壓跟隨器，在單片機(jī)上還連接有譯碼盔、LED數(shù)碼 管、和兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器及按鍵，將電壓運放器的兩個輸入端口與信號放大器(6)的輸出端 口相連，將接在兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器上的兩個輸出端口分別與氣體比例電磁閥(2)、液體比例 電磁閥(4)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種金屬切削的冷卻控制裝置，該裝置由在機(jī)床上安裝一套包括供水箱和液體比例電磁閥組成的液體冷卻裝置、一套包括空氣壓縮機(jī)和氣體比例電磁閥組成的空氣冷卻裝置構(gòu)成，將兩套冷卻裝置分別接在靠近工件切削區(qū)的噴嘴上，在靠近切削區(qū)的工件上還固定有熱電偶，熱電偶的另一端與信號放大器的輸入端串聯(lián)；信號放大器的輸出端連接數(shù)據(jù)顯示器；將氣體比例電磁閥和液體比例電磁閥分別連接控制器的輸出端，控制器的輸入端與信號放大器的輸出端相連，并與數(shù)據(jù)顯示器的輸入端相連。該裝置智能化程度高，控制準(zhǔn)確實時，冷卻效果好，可提高加工精度，延長切削刀具使用壽命，實現(xiàn)綠色金屬切削加工。
文檔編號G05D23/22GK201168892SQ200820033640
公開日2008年12月24日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者任家隆, 周云祥, 華 杭 申請人:江蘇科技大學(xué)