[發明專利]一種用于精密車削加工的內冷系統及控制方法

有效

• 申請號: 202210694290.9
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115179102B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 孫玉文;閆舒洋;齊書韜;徐金亭
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23Q11/10
• 分類號: B23Q11/10;H01H47/18;H01H50/44
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

1.一種用于精密車削加工的內冷系統的控制方法，該用于精密車削加工的內冷系統包括液壓回路、內冷車刀和電磁控制回路；

所述液壓回路包括液壓主回路和液壓支流回路，主回路包含帶溢流閥的液壓源(1)、過濾器(2)、壓力表(3)、可調節流閥(4)以及風冷式冷水機(5)，帶溢流閥的液壓源(1)、過濾器(2)、可調節流閥(4)以及風冷式冷水機(5)通過液壓軟管順次連接，過濾器(2)和可調節流閥(4)之間設有壓力表(3)；從風冷式冷水機(5)出來的管路分為第一、第二和第三液壓支流回路，第一、第二和第三液壓支流回路分別由第一電磁換向閥(6)、第二電磁換向閥(7)和第三電磁換向閥(8)控制，通過卡套接頭與液壓主回路相連接；

所述內冷車刀(9)內部設有第一內冷通道(91)、第二內冷通道(93)和第三內冷通道(95)，三個通道尾部分別設有第一管螺紋(92)、第二管螺紋(94)和第三管螺紋(96)；管螺紋與內冷套管(10)尾部的外螺紋配合，實現液壓支流回路與刀具內冷通道的連通；壓板螺釘穿過螺釘安裝孔(112)將壓板(11)固定在內冷車刀(9)上，調整壓板(11)與車刀刀片(12)間的壓緊力，確保車刀刀片(12)壓緊在內冷車刀(9)上；內冷車刀(9)的刀尖處設有第一內冷孔(97)、第二內冷孔(98)和第三內冷孔(99)，冷卻介質經此噴出，用于車刀刀片(12)后刀面的冷卻潤滑；壓板(11)內部設有與內冷通道連通的第一噴嘴(111)、第二噴嘴(113)和第三噴嘴(114)，冷卻介質經此噴出，用于車刀刀片(12)前刀面的冷卻潤滑；

其特征在于，所述的控制方法包括以下步驟：

步驟一、刀具切削刃的參數化表征；獲取車刀刀片(12)主、副切削刃以及刀尖圓弧輪廓上部分型值點坐標，利用三次非均勻有理B樣條構造通過上述部分型值點的刀具切削刃輪廓曲線；

步驟二、刀具位姿相關的時變切觸狀態分析；首先根據曲面實際切削過程調整刀具在工件坐標系中的初始位姿；建立刀具坐標系，其中坐標系的XOY平面位于切削平面內，坐標系原點位于菱形刀片的對稱中心，Y軸與主、副切削刃的對稱軸共線；在刀具坐標系下，將刀具切削刃輪廓曲線離散為點集P^o；建立工件坐標系，工件坐標系的X’OY’平面同樣位于切削平面內，坐標系原點位于工件回轉軸線與工件裝夾面的交點處，Y’軸與工件回轉軸線共線；利用矩陣平移操作使車刀刀位點即刀尖圓弧中心與工件坐標系原點重合，利用矩陣旋轉操作使刀具主切削刃與Y’軸的初始夾角為的取值范圍為60°～120°；經旋轉平移操作后，工件坐標系下切削刃輪廓曲線的離散點集P^t由下式確定：

其中，k_θ為刀具主切削刃與副切削刃的夾角，T_x為刀具坐標系下刀尖圓弧中心的x向坐標，T_y為刀具坐標系下刀尖圓弧中心的y向坐標；

其次，計算切削刃與已加工、未加工表面的交點，兩點間的輪廓距離即為當前刀具位姿下的切削刃接觸長度，在曲面構件切削過程中隨刀具位姿變化而變化；切削刃輪廓與曲面輪廓存在兩個交點，其中主切削刃以及毗鄰的刀尖圓弧與曲面輪廓的交點為P_N，副切削刃以及毗鄰的刀尖圓弧與曲面輪廓的交點為P_G，點P_N即為刀具與待加工表面的交點；根據曲面幾何與切削參數定義輔助直線，其與刀具切削刃的交點即為刀具與已加工表面的交點P_M；輔助直線的斜率由下式求出：

其中，θ_i為當前刀具位姿下曲面法向量與X’軸夾角，ap為刀具切深，f為刀具每轉進給，R為曲面待加工表面在當前切削位置處的曲率半徑；

最后，將刀具運動軌跡離散，遍歷并計算各離散刀位點處刀具的切觸狀態，掌握曲面構件車削過程中刀具接觸區域的移動規律以及移動范圍；

步驟三、基于冷卻介質覆蓋區域分析的切觸狀態分解；根據曲面構件的材料屬性選擇冷卻介質種類，利用風冷式冷水機(5)與可調節流閥(4)調整冷卻介質的溫度與流量；依據各通道管路冷卻介質的噴出位置與噴出范圍，將整個切觸區域的移動范圍順序劃分為三部分，分別定義為切觸狀態1、切觸狀態2和切觸狀態3；根據刀具進給速度以及曲面幾何特征，計算上述三個切觸狀態的切削持續時間，分別記為t₁,t₂和t₃；因此，上述切觸狀態結束后的對應時刻分別為T1＝t₁,T3＝t₁+t₂和T5＝t₁+t₂+t₃；

步驟四、面向最優刀具冷卻效能的電磁控制系統設計；基于設計的電磁控制系統完成液壓回路的動作控制，按下常開按鍵開關S，電磁線圈Y1接通，指示燈L1點亮；此時第一電磁換向閥(6)由常閉狀態切換為工作狀態，液壓主回路與第一液壓支流回路連通；冷卻介質通過第一內冷通道(91)，一部分穿過壓板(11)內的冷卻通道經第一噴嘴(111)噴出，實現主前刀面冷卻及斷屑功能，另一部分經第一內冷孔(97)噴出，解決主后刀面的冷卻潤滑問題；持續時間T1后，延時閉合線圈C1接通，關聯的常開觸點C11閉合，電磁線圈Y2接通，指示燈L2點亮，延時閉合線圈C2開始計時；此時第二電磁換向閥(7)由常閉狀態切換為工作狀態，液壓主回路與第二液壓支流回路接通；冷卻介質通過第二內冷通道(93)，一部分穿過壓板(11)內的冷卻通道經第二噴嘴(113)噴出，實現刀尖圓弧處前刀面的冷卻及斷屑功能，另一部分經第二內冷孔(98)噴出，解決刀尖圓弧處后刀面的冷卻潤滑問題；在兩切觸狀態過渡過程中，第一和第二液壓支流回路同時接通，持續時間為T2；

隨后延時閉合線圈C2接通，關聯的常閉觸點C22斷開，指示燈L1熄滅，電磁線圈Y1斷電，第一電磁換向閥(6)在彈簧作用下復位，恢復常閉狀態，此時第二液壓支流回路唯一連通；液壓回路持續接通T3時間后，延時閉合線圈C3接通，關聯的常開觸點C33閉合，電磁線圈Y3接通，指示燈L3點亮，延時閉合線圈C4開始計時；此時第三電磁換向閥(8)由常閉狀態切換為工作狀態，液壓主回路與第三液壓支流回路接通；冷卻介質通過第三內冷通道(95)，一部分穿過壓板(11)內的冷卻通道經第三噴嘴(114)噴出，實現副前刀面的冷卻及斷屑功能，另一部分經第三內冷孔(99)噴出，解決副后刀面的冷卻潤滑問題；在兩切觸狀態過渡過程中，第二和第三液壓支流回路同時接通，持續時間為T4；

隨后延時閉合線圈C4接通，關聯的常閉觸點C44斷開，指示燈L2熄滅，電磁線圈Y2斷電，第二電磁換向閥(7)在彈簧作用下復位，恢復常閉狀態，此時第三液壓支流回路唯一連通；液壓回路持續接通T5時間后，延時閉合線圈C5接通，關聯的常閉觸點C55斷開，指示燈L3熄滅，電磁線圈Y3斷電，第三電磁換向閥(8)在彈簧作用下復位，恢復常閉狀態；此時完成當前切削參數條件下曲面構件的全域車削過程，電磁控制回路復位，所有液壓支流回路均不接通；刀具退回到起始位置，在下次切削開始前重新按動常開按鍵開關S，即可重復液壓回路上述動作過程，持續上述操作直至曲面構件切削完成。