基于微量润滑的内冷外冷智能切换系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微量润滑的内冷外冷智能切换系统及方法，包括视觉系统、冷却系统和控制系统；视觉系统，被配置为对机床刀具铣削状态进行实时监测，采集刀具铣削加工工件的实时铣削深度图像，并通过无线传输装置将采集到刀具铣削加工工件的实时铣削深度图像传输给控制系统；控制系统，包括润滑方式控制中心、第二无线传输装置、电机控制中心和第三无线传输装置，所述的润滑方式控制中心通过第二无线传输装置接收图像采集控制中心发送的实时图像，润滑方式控制中心通过分析处理刀具铣削加工工件的实时图像，得到刀具的实时铣削深度数据；所述的电机控制中心通过第三无线传输装置接受到润滑方式控制中心发出的信号，电机控制中心对信号进行分析处理后，通过第三无线传输装置将控制指令发送给冷却系统。冷却系统，被配置为用于执行控制系统所发出的内冷和外冷转换命令。外冷转换命令。外冷转换命令。

【技术实现步骤摘要】
基于微量润滑的内冷外冷智能切换系统及方法


[0001]本专利技术涉及金属切削加工领域，特别是涉及内冷外冷智能切换系统及方法。

技术介绍

[0002]在机械加工中，为了从刀具和工件中带走热量，必须采用切削液对加工区域进行冷却处理。不正确的冷却方式可能会降低加工质量和刀具寿命。切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具、切屑和工件间的对流和汽化作用，把切削热从刀具和工件处带走，从而有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。切削液的润滑作用是通过减小前刀面与切屑、后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工性能。此外，切削液对加工区还起到清洗的作用，可以去除生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，使刀具的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。
[0003]目前加工中心机床所采用的冷却润滑方式有内冷的冷却润滑方式、外冷的冷却润滑方式。内冷的冷却润滑方式一般是切削液由切削液供给系统供给，经过切削液管道流入机床主轴的旋转接头，由旋转接头流入机床主轴的内冷管道，将切削液传输至刀具上的内冷管道，实现刀具在切削加工过程中的冷却润滑。内冷的冷却润滑方式能够满足铣削深度较大的孔、凹槽等加工工况的冷却润滑。但他的缺点在于只适用于特定加工工况下的切削加工，并且因为内冷系统为机床自带的系统，价格较为昂贵，在加工不需要内冷的工况时，会造成经济上的浪费。外冷的冷却润滑方式包括浇筑式、微量润滑技术。浇筑式一般由切削液供给系统供给切血液，经过外冷管道流入外冷喷嘴，从外部对刀具—工件的加工区域进行冷却润滑。这种方式的冷却润滑能够很好的起到对加工区域进行冷却润滑作用，还能够起到排屑、清洗刀具的作用。浇筑式的冷却润滑方式相比于内冷的冷却润滑方式，他不能够满足铣削深度较大的孔、凹槽等加工工况的冷却润滑。此外这种方式的切削液有效冷却润滑率很低，浪费大量的切削液，这样不单单会造成经济损失，因为切削液中含有危害人体健康的物质，所以还会影响操作人员的生命健康。
[0004]微量润滑技术在机械加工领域中相比于传统的浇筑式外冷冷却润滑方式，更加适应了绿色制造和可持续发展的理念。它是指将微量的润滑液、水和具有一定压力的气体混合雾化后，喷射到切削区起到冷却润滑作用的一种技术。水和高压气体起到冷却作用，油起到润滑切削区、延长刀具寿命的作用。微量润滑供给系统大体上可分为单通道式和双通道式两大类。两者的区别是空气和润滑油混合形成气溶胶的位置不同，即根据对微量切削液的传输、雾化的差别而被分成两种形式。其中单通道式的特点为:空气和润滑油在发生设备内已经混合成气溶胶，随后气溶胶通过喷头内部的轨道被输送到加工区域。而双通道式的特点为：空气和润滑油在不同的轨道内被输送到加工轴头附近的混合腔内，形成气溶胶，随后被输送到加工区域。与双通道系统相比，单通道系统虽然更便于制造，但在输送冷却润滑油雾时，特别是在具有强烈离心作用下的旋转主轴中时油雾易被分散，这常常导致加工区
油雾分布不均匀，从而影响加工质量。而双通道式的微量润滑系统，因为在气溶胶形成后，被输送到加工区域的距离比较近，其润滑液滴相比单通道式更加细小，润滑效果将更好，所以应用范围更加广泛。微量润滑技术具有较高的切削液利用率，对环境污染较小。但它和浇筑式一样，在加工铣削深度较大的孔、凹槽等工况下，仍存在对加工区域冷却润滑不充分的问题。对于内冷和外冷的冷却润滑方式的改进，目前研究者已经取得了很大的进展，但在应用是仍然存在着很多不足之处。
[0005]中捷机床有限公司金辉等专利技术了一种五轴机床的刀具内冷与主轴冷却循环切换系统(专利号：201710434607.4)其特征在于水箱采用一个共用泵组连通主工作通路和溢流阀，设置经溢流阀溢流对泵保护，主工作通路和溢流阀管路上，对称设置压差检测组件；在主工作通路出口设置一组电磁阀来换向，控制联通刀具内冷或主轴冷却循环之一管路出水，刀具内冷与主轴冷却循环各路再次由各自管路上的电磁阀组控制本管路通断，通过程序控制电磁阀组作业，实现刀具内冷与主轴冷却循环自动切换；该系统通过编辑水冷控制的PLC程序，实现当内冷泵与一组电磁切换阀同时启动时实现刀具内冷、当只启动内冷泵电机时实现主轴头的内部冷却循环。实现了双泵改为一个泵组，减少了控制管路、阀组，运行更稳定，减少故障点，减少了制作、维修成本。
[0006]北京航空航天大学袁松梅等专利技术了一种微量润滑系统(专利号：201720525491.0)，包括供液子系统、供气子系统和喷嘴，供液子系统包括通过进液管连通的储液腔和球形微泵，球形微泵用于控制储液腔中润滑剂输出，喷嘴设有第一输入端、第二输入端和喷口，球形微泵通过出液管与所述喷嘴的第一输入端连通，供气子系统与所述喷嘴的第二输入端连通。该微量润滑系统通过采用球形微泵，能够精确控制微量润滑系统传输管路中的润滑剂流量，使润滑剂精确定量地从储液腔达到喷嘴喷口处，进而在压缩空气的作用下实现雾化，从而克服现有微量润滑系统在精确控制润滑剂用量上的不足。
[0007]上海工程技术大学林靖朋等专利技术了一种微量润滑装置(专利号：201810159390.5)。该装置包括箱体、设置在箱体内的多点混合机构以及分别设置在箱体上的供油机构、供气机构，多点混合机构分别与供油机构、供气机构相连通。该专利可以将润滑油分散成多股，并从各个方向与空气混合，解决了润滑油与空气的充分均匀混合得问题，提高油气混合物的润滑性能，进而提高加工性能，降低生产成本，并且设备灵活性好，易于安装维护。
[0008]上述装置虽然在资源的节约、润滑的性能等方面做出了突出贡献，但在机床上同时加工具有深度较大的孔和深度较小的凹槽的工件时，外冷仍然存在冷却润滑不充分的问题。采用内冷机床仍然存在不经济的问题。研究者想到通过改变刀具的刀柄结构，可以在保持原有的外冷润滑方式机构不变的同时将外冷转化为内冷。当实际加工工况需要内冷润滑方式时，可以通过转换刀柄将外冷转化为内冷，在机床保持具有外冷的条件下，使具有内冷的冷却润滑方式。以满足实际加工工况的需求。现在研究者已经进行了这方面的研究，并取得了显著的成果。
[0009]汇专绿色工具有限公司颜炳姜等专利技术了一种外冷转内冷刀柄及外冷转内冷刀柄组件(专利号：201910853806.8)。该装置包括刀柄本体、定位环、轴承座、轴承、定位柱、弹性件及换刀块，当需要将装配或取下刀柄本体，机械手抓取刀柄本体，使刀柄本体伸入或脱出主轴，向下或向下作用定位柱，第一卡位部与第二卡位部松开或卡合，实现刀柄本体自由转
动或被限位。通过内冷刀具的方式实现内冷润滑。该装置通过定位环上的第一卡位部与定位柱上的第二卡位部实现定位，达到快速更换刀柄的目的，避免人工调节喷嘴的位置或喷射角度，提高效率以降低人工成本，且保证产品质量稳定性。
[0010]森泰英格(成都)数控刀具有限公司陈永强等专利技术了一种外冷转内冷刀柄结构(专利号：201521020079.0)。该装置包括刀柄、进水套、接头、定位块、定位螺钉和两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微量润滑的内冷外冷智能切换系统，其特征在于，包括视觉系统、冷却系统和控制系统；所述视觉系统，被配置为对机床刀具铣削状态进行实时监测，采集刀具铣削加工工件的实时铣削深度图像，并通过第一无线传输装置将采集到刀具铣削加工工件的实时铣削深度图像传输给控制系统；所述的控制系统，包括润滑方式控制中心、第二无线传输装置、电机控制中心和第三无线传输装置；所述的润滑方式控制中心与第二无线传输装置相连，第二无线传输装置用于接收图像采集控制中心发送的实时图像，润滑方式控制中心用于分析处理刀具铣削加工工件的实时图像，得到刀具的实时铣削深度数据，且将该数据与预先设定的铣削深度域值进行比较，根据比较结果得到该加工工况下的润滑方式；所述的电机控制中心与第三无线传输装置，第三无线传输装置用于接收润滑方式控制中心发出的信号，电机控制中心对信号进行分析处理得到控制指令，第三无线传输装置将控制指令发送给冷却系统；所述冷却系统，被配置为用于执行电机控制中心所发出的内冷和外冷转换命令，实现对机床的内外冷。2.如权利要求1所述的基于微量润滑的内冷外冷智能切换系统，其特征在于，所述的视觉系统包括自稳定云台和安装在自稳定云台上的相机、照明装置、图像采集控制中心和第一无线传输装置，所述的相机用来拍摄刀具铣削加工工件的实时图像，相机与图像采集控制中心通讯，所述的图像采集控制中心与第一无线传输装置相连；所述的照明装置安装在相机的上方。3.如权利要求1所述的基于微量润滑的内冷外冷智能切换系统，其特征在于，所述的冷却系统包括内冷外冷切削夜储存装置、换向装置、内冷装置、外冷装置和外冷压缩空气储存装置；所述的内冷外冷切削夜储存装置通过换向装置分别与内冷装置、外冷装置相连，且外冷装置还与外冷压缩空气储存装置相连，外冷压缩空气储存装置用于把压缩气体通过管路传输至外冷装置。4.如权利要求3所述的基于微量润滑的内冷外冷智能切换系统，其特征在于，所述的换向装置包括本体，所述的本体内设有冷却液总管道、内冷装置管道A、外冷装置管道B和溢流管道；所述的内冷装置管道A、外冷装置管道B、溢流管道均与冷却液总管道相连通，冷却液总管道与内冷外冷切削夜储存装置相连通，且内冷装置管道A、外冷装置管道B与换向块配合，所述的换向块通过电机驱动，实现对内冷装置管道A和/或外冷装置管道B的关闭或开启。5.如权利要求4所述的基于微量润滑的内冷外冷智能切换系统，其特征在于，所述的冷却液总管道和溢流管道内均安装有一个切削液压力调节装置，所述的切削液压力调节装置包括阀芯、弹簧、调压螺母、调节套筒；所述的调节套筒上具有螺纹，通过螺纹连接安装在换向装置本体上；调压螺母安装在调节套筒上；调节螺丝、弹簧座、调压弹簧依次安装在调节套筒内，并将调压弹簧末端安装在弹簧底座上，并与阀芯连接。6.如权利要求4所述的基于微量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长河，吴喜峰，韩一学，张乃庆，吴启东，曹华军，高腾，张彦彬，杨敏，卢秉恒，杨玉莹，崔歆，赵绪峰，刘明政，贾东洲，张效伟，马浩，
申请(专利权)人：青岛理工大学陕西金兆航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：