[發(fā)明專利]一種金屬材料切削區(qū)溫度控制裝置及控制方法

在審

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• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111152066A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張程焱;王立新;孟五洲;俎曉莉
• 申請（專利權(quán)）人: 安陽工學(xué)院
• 主分類號: B23Q11/10
• 分類號: B23Q11/10;B23Q17/00
• 代理公司: 北京八月瓜知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本申請公開一種金屬材料切削區(qū)溫度控制裝置，包括切削模塊、溫度監(jiān)測模塊和溫度調(diào)節(jié)模塊；切削模塊包括刀具，溫度監(jiān)測模塊包括測溫儀鏡頭，測溫儀鏡頭連接測溫儀主機(jī)，溫度調(diào)節(jié)模塊包括中控機(jī)、溫度控制系統(tǒng)，中控機(jī)與測溫儀主機(jī)相連，中控機(jī)與溫度控制系統(tǒng)相連接，溫度控制系統(tǒng)分別與空氣壓縮機(jī)、液壓泵、切削液供給系統(tǒng)連接，液壓泵通過液壓油路與直線液壓缸相連；帶霧化噴嘴冷風(fēng)槍分別通過切削液油路、低溫氣路與切削液供給系統(tǒng)和空氣壓縮機(jī)相連；測溫儀鏡頭實(shí)時(shí)采集切削區(qū)的溫度，溫度控制系統(tǒng)控制刀具刀尖與工件的切削間距、帶霧化噴嘴冷風(fēng)槍的氣流和溫度、切削液的噴射量來實(shí)現(xiàn)對切削區(qū)溫度的調(diào)節(jié)，延長刀具的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于切削加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料切削區(qū)溫度控制裝置及控制方法。

背景技術(shù)

隨著航空航天、汽車零件高強(qiáng)度化和輕量化的要求越來越高，比強(qiáng)度大、高強(qiáng)度的難加工材料被廣泛地使用。由于這些材料通常強(qiáng)度硬度高，彈性模量小，摩擦系數(shù)較大，同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)偏低，致使切削過程中產(chǎn)生的切削溫度劇增，會(huì)加劇粘刀現(xiàn)象，增加刀具粘結(jié)磨損，嚴(yán)重影響加工精度和加工表面質(zhì)量。目前，采用低溫冷卻加工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)難切削材料加工的主要方法。低溫微量潤滑技術(shù)是將低溫壓縮氣體(空氣、氮?dú)狻⒍趸嫉?與極微量的潤滑油(10mL/h～200mL/h)混合汽化后，形成微米級的液滴，噴射到加工區(qū)，能夠適應(yīng)高速切削環(huán)境，對刀具和工件之間的加工部位進(jìn)行有效的冷卻和潤滑。它既融合了低溫冷風(fēng)切削技術(shù)與微量潤滑切削技術(shù)的優(yōu)勢，同時(shí)又彌補(bǔ)了兩種切削技術(shù)單獨(dú)應(yīng)用時(shí)的缺陷，能夠有效地改善切削局部環(huán)境，延緩刀具磨損，提高工件加工表面質(zhì)量，在難加工材料的切削加工上體現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性。同時(shí)，低溫微量潤滑技術(shù)也是為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的綠色制造技術(shù)。但是，過低的切削溫度也會(huì)致使刀具后刀面磨粒磨損加劇，甚至直接導(dǎo)致崩刃。因此，需要采取一定的控制裝置實(shí)現(xiàn)切削溫度的可控可調(diào)，確保切削區(qū)溫度處于最佳區(qū)間，保障刀具壽命和加工表面質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用局限性，提供了一種金屬材料切削區(qū)溫度控制裝置。該裝置通過改變噴嘴與切削區(qū)的距離和降低噴霧溫度的方式進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，綜合了距離調(diào)節(jié)的高效性和降低噴霧溫度的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)切削區(qū)溫度的穩(wěn)定快速調(diào)節(jié)。自適應(yīng)調(diào)節(jié)切削液流量實(shí)現(xiàn)切削區(qū)域的自適應(yīng)適量潤滑。

本發(fā)明采用的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種金屬材料切削區(qū)溫度控制裝置，包括切削模塊、溫度監(jiān)測模塊和溫度調(diào)節(jié)模塊；所述切削模塊包括刀架1、刀具2、機(jī)床卡盤4，所述刀具2安裝在刀架1上，工件3安裝在機(jī)床卡盤4上；所述溫度監(jiān)測模塊包括測溫儀鏡頭10、光纖17、測溫儀主機(jī)11，所述的測溫儀鏡頭10通過光纖17連接測溫儀主機(jī)11，所述鏡頭固定于支架底座5上，并正對切削區(qū)域刀具刀尖位置；所述溫度調(diào)節(jié)模塊包括中控機(jī)12、溫度控制系統(tǒng)13、空氣壓縮機(jī)14、液壓泵15、切削液供給系統(tǒng)16、切削液油路18、低溫氣路19、液壓油路20、直線液壓缸8、帶霧化噴嘴冷風(fēng)槍9；所述中控機(jī)12與測溫儀主機(jī)11相連并接收信號，中控機(jī)12與溫度控制系統(tǒng)13相連接并傳遞控制信號；所述溫度控制系統(tǒng)13分別與空氣壓縮機(jī)14、液壓泵15、切削液供給系統(tǒng)16連接，用以空氣壓縮機(jī)14、控制液壓泵15、切削液供給系統(tǒng)16的啟動(dòng)和停止；所述液壓泵15通過液壓油路20與直線液壓缸8相連；所述帶霧化噴嘴冷風(fēng)槍9分別通過切削液油路18、低溫氣路19與切削液供給系統(tǒng)16和空氣壓縮機(jī)14相連；所述帶霧化噴嘴冷風(fēng)槍9通過連接件7固連在直線液壓缸8的活塞桿上；所述的直線液壓缸8的殼體通過支架6固定在支架底座5上，支架底座5固定在刀架1上，刀架1固定在溜板箱上。

所述的空氣壓縮機(jī)14內(nèi)設(shè)風(fēng)速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)輸出氣流溫度范圍[t_min，t_max]，且線性可調(diào)；空氣壓縮機(jī)14內(nèi)設(shè)風(fēng)速調(diào)節(jié)器的氣流流速下限為v₀ m/s，流速調(diào)節(jié)倍率1~R線性可調(diào)，R為大于1的自然數(shù)。

所述的金屬材料切削區(qū)溫度控制裝置的控制方法，包括如下步驟：

準(zhǔn)備階段：