一种用于精密车削加工的内冷系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于曲面构件车削加工冷却润滑技术领域，公开一种用于精密车削加工的内冷系统及控制方法。内冷系统包括液压回路、内冷车刀和电磁控制系统；在车刀内部加工内冷通道，利用内冷套管实现各液压支流回路与车刀内冷通道的连通；建立刀具切触区域计算模型，掌握曲面构件全域车削过程中的切触状态变化规律；根据曲面构件的材料属性与切削条件，设置风冷式冷水机出液口的冷却介质温度与流量；利用电磁控制回路控制电磁换向阀的通断，以调整各液压支流回路的导通顺序与作用时间，进而实现曲面构件切削刀具的定域定向精准冷却。本发明专利技术的内冷系统具备不同切触区域差异化冷却的能力，提升冷却介质的使用效率，有效降低曲面构件车削过程中的刀具磨损。过程中的刀具磨损。过程中的刀具磨损。

【技术实现步骤摘要】
一种用于精密车削加工的内冷系统及控制方法


[0001]本专利技术属于曲面构件车削加工冷却润滑
，具体涉及一种精密内冷系统及控制方法。

技术介绍

[0002]应用于能源动力、航空航天等领域的一系列高性能曲面构件，由于其壁厚小且轮廓尺寸大，数控加工时材料去除率极高，刀具磨损问题突出。此外，上述曲面构件多采用纯铁、钛合金以及高强钢等难加工材料制成，切削过程中刀具
‑
切屑与刀具
‑
工件接触区域摩擦剧烈，这进一步缩短了切削刀具的使用寿命，严重制约了零件的成形精度与加工效率。
[0003]当前，刀具设计、参数优化、工件改性以及冷却润滑是减小刀具磨损的常用方法。其中，冷却润滑利用流动的冷却介质直接带走切削产生的大部分热量，减小切触区域摩擦的同时改善断屑效果，方法简单易行但减磨效果最为显著。在一众相关研究中，内冷却方法可以将冷却介质通过刀具内冷孔直接送入到刀具切触区域内，具有更好的冷却润滑作用与切屑排放效果。相较于传统的浇注式冷却方法，有利于进一步延长切削刀具的使用寿命。株洲钻石切削刀具股份有限公司在技术专利CN201520044250.5中，公开了通过喷液销钉喷射冷却液的内冷车刀，解决了切削过程中刀具前刀面的内冷润滑问题。大连理工大学在专利技术专利CN202011316683.3中，公开了“一种高冷却效能的超低温介质中空传输式车刀”，通过设计车刀内部冷却通道，实现了超低温介质对刀具前、后刀面的同步冷却，同时解决了使用过程中的冷却介质泄漏问题。
[0004]依据现有技术方案，可以解决车削过程中冷却介质对刀具不同切触区域的同步冷却问题。但是在曲面构件的全域车削过程中，刀具
‑
工件与刀具
‑
切屑的接触状态随切削位置实时变化。现有的车削内冷系统冷却介质作用区域固定，导致不同切触状态下刀具的冷却效能存在优劣差异，甚至部分刀具切触区域在整个切削过程中都未能得到冷却润滑。此外，当前技术方案中冷却介质在刀具前刀面的作用方向恒定，因此其在曲面构件部分车削状态下不仅属于无效冷却，还会产生附加冲击力，恶化切屑流向，造成断屑困难。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于曲面构件车削加工的精密内冷系统及控制方法，以解决现有内冷系统难以满足曲面构件车削加工中最优刀具冷却需求的问题。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种用于精密车削加工的内冷系统，该用于精密车削加工的内冷系统包括液压回路、内冷车刀和电磁控制回路；
[0008]所述液压回路包括液压主回路和液压支流回路，主回路包含带溢流阀的液压源1、过滤器2、压力表3、可调节流阀4以及风冷式冷水机5，带溢流阀的液压源1、过滤器2、可调节流阀4以及风冷式冷水机5通过液压软管顺次连接，过滤器2和可调节流阀4之间设有压力表
3；从风冷式冷水机5出来的管路分为第一、第二和第三液压支流回路，第一、第二和第三液压支流回路分别由第一电磁换向阀6、第二电磁换向阀7和第三电磁换向阀8控制，通过卡套接头与液压主回路相连接；
[0009]所述内冷车刀9内部设有第一内冷通道91、第二内冷通道93和第三内冷通道95，三个通道尾部分别设有第一管螺纹92、第二管螺纹94和第三管螺纹96；管螺纹与内冷套管10尾部的外螺纹配合，实现液压支流回路与刀具内冷通道的连通；压板螺钉穿过螺钉安装孔112将压板11固定在内冷车刀9上，调整压板11与车刀刀片12间的压紧力，确保车刀刀片12压紧在内冷车刀9上；内冷车刀9的刀尖处设有第一内冷孔97、第二内冷孔98和第三内冷孔99，冷却介质经此喷出，用于车刀刀片12后刀面的冷却润滑；压板11内部设有与内冷通道连通的第一喷嘴111、第二喷嘴113和第三喷嘴114，冷却介质经此喷出，用于车刀刀片12前刀面的冷却润滑。
[0010]进一步的，所述的电磁换向阀均为常闭式两位两通阀。
[0011]进一步的，所述卡套接头为4通，材料为不锈钢。
[0012]进一步的，经第一内冷孔97、第二内冷孔98和第三内冷孔99喷出的冷却介质分别可以满足刀具主后刀面、刀尖圆弧处后刀面以及副后刀面的冷却需求。
[0013]一种用于精密车削加工的内冷系统的控制方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一、刀具切削刃的参数化表征；获取车刀刀片12主、副切削刃以及刀尖圆弧轮廓上部分型值点坐标，利用三次非均匀有理B样条构造通过上述部分型值点的刀具切削刃轮廓曲线；
[0015]步骤二、刀具位姿相关的时变切触状态分析；首先根据曲面实际切削过程调整刀具在工件坐标系中的初始位姿；建立刀具坐标系，其中坐标系的XOY平面位于切削平面内，坐标系原点位于菱形刀片的对称中心，Y轴与主、副切削刃的对称轴共线；在刀具坐标系下，将刀具切削刃轮廓曲线离散为点集P
o
；建立工件坐标系，工件坐标系的X
’
OY
’
平面同样位于切削平面内，坐标系原点位于工件回转轴线与工件装夹面的交点处，Y
’
轴与工件回转轴线共线；利用矩阵平移操作使车刀刀位点即刀尖圆弧中心与工件坐标系原点重合，利用矩阵旋转操作使刀具主切削刃与Y
’
轴的初始夹角为的取值范围为60
°
～120
°
；经旋转平移操作后，工件坐标系下切削刃轮廓曲线的离散点集P
t
由下式确定：
[0016][0017]其中，k
θ
为刀具主切削刃与副切削刃的夹角，T
x
为刀具坐标系下刀尖圆弧中心的x向坐标，T
y
为刀具坐标系下刀尖圆弧中心的y向坐标；
[0018]其次，计算切削刃与已加工、未加工表面的交点，两点间的轮廓距离即为当前刀具位姿下的切削刃接触长度，在曲面构件切削过程中随刀具位姿变化而变化；切削刃轮廓与曲面轮廓存在两个交点，其中主切削刃以及毗邻的刀尖圆弧与曲面轮廓的交点为P
N
，副切削刃以及毗邻的刀尖圆弧与曲面轮廓的交点为P
G
，点P
N
即为刀具与待加工表面的交点；根据曲面几何与切削参数定义辅助直线，其与刀具切削刃的交点即为刀具与已加工表面的交点P
M
；辅助直线的斜率由下式求出：
[0019][0020]其中，θ
i
为当前刀具位姿下曲面法向量与X
’
轴夹角，ap为刀具切深，f为刀具每转进给，R为曲面待加工表面在当前切削位置处的曲率半径；
[0021]最后，将刀具运动轨迹离散，遍历并计算各离散刀位点处刀具的切触状态，掌握曲面构件车削过程中刀具接触区域的移动规律以及移动范围；
[0022]步骤三、基于冷却介质覆盖区域分析的切触状态分解；根据曲面构件的材料属性选择冷却介质种类，利用风冷式冷水机5与可调节流阀4调整冷却介质的温度与流量；依据各通道管路冷却介质的喷出位置与喷出范围，将整个切触区域的移动范围顺序划分为三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于精密车削加工的内冷系统，其特征在于，该用于精密车削加工的内冷系统包括液压回路、内冷车刀和电磁控制回路；所述液压回路包括液压主回路和液压支流回路，主回路包含带溢流阀的液压源(1)、过滤器(2)、压力表(3)、可调节流阀(4)以及风冷式冷水机(5)，带溢流阀的液压源(1)、过滤器(2)、可调节流阀(4)以及风冷式冷水机(5)通过液压软管顺次连接，过滤器(2)和可调节流阀(4)之间设有压力表(3)；从风冷式冷水机(5)出来的管路分为第一、第二和第三液压支流回路，第一、第二和第三液压支流回路分别由第一电磁换向阀(6)、第二电磁换向阀(7)和第三电磁换向阀(8)控制，通过卡套接头与液压主回路相连接；所述内冷车刀(9)内部设有第一内冷通道(91)、第二内冷通道(93)和第三内冷通道(95)，三个通道尾部分别设有第一管螺纹(92)、第二管螺纹(94)和第三管螺纹(96)；管螺纹与内冷套管(10)尾部的外螺纹配合，实现液压支流回路与刀具内冷通道的连通；压板螺钉穿过螺钉安装孔(112)将压板(11)固定在内冷车刀(9)上，调整压板(11)与车刀刀片(12)间的压紧力，确保车刀刀片(12)压紧在内冷车刀(9)上；内冷车刀(9)的刀尖处设有第一内冷孔(97)、第二内冷孔(98)和第三内冷孔(99)，冷却介质经此喷出，用于车刀刀片(12)后刀面的冷却润滑；压板(11)内部设有与内冷通道连通的第一喷嘴(111)、第二喷嘴(113)和第三喷嘴(114)，冷却介质经此喷出，用于车刀刀片(12)前刀面的冷却润滑。2.根据权利要求1所述用于精密车削加工的内冷系统，其特征在于，所述的电磁换向阀均为常闭式两位两通阀。3.根据权利要求1所述用于精密车削加工的内冷系统，其特征在于，所述卡套接头为4通，材料为不锈钢。4.根据权利要求1所述用于精密车削加工的内冷系统，其特征在于，经第一内冷孔(97)、第二内冷孔(98)和第三内冷孔(99)喷出的冷却介质分别可以满足刀具主后刀面、刀尖圆弧处后刀面以及副后刀面的冷却需求。5.一种用于精密车削加工的内冷系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、刀具切削刃的参数化表征；获取车刀刀片(12)主、副切削刃以及刀尖圆弧轮廓上部分型值点坐标，利用三次非均匀有理B样条构造通过上述部分型值点的刀具切削刃轮廓曲线；步骤二、刀具位姿相关的时变切触状态分析；首先根据曲面实际切削过程调整刀具在工件坐标系中的初始位姿；建立刀具坐标系，其中坐标系的XOY平面位于切削平面内，坐标系原点位于菱形刀片的对称中心，Y轴与主、副切削刃的对称轴共线；在刀具坐标系下，将刀具切削刃轮廓曲线离散为点集P
o
；建立工件坐标系，工件坐标系的X
’
OY
’
平面同样位于切削平面内，坐标系原点位于工件回转轴线与工件装夹面的交点处，Y
’
轴与工件回转轴线共线；利用矩阵平移操作使车刀刀位点即刀尖圆弧中心与工件坐标系原点重合，利用矩阵旋转操作使刀具主切削刃与Y
’
轴的初始夹角为的取值范围为60
°
～120
°
；经旋转平移操作后，工件坐标系下切削刃轮廓曲线的离散点集P
t
由下式确定：
其中，k
θ
为刀具主切削刃与副切削刃的夹角，T
x
为刀具坐标系下刀尖圆弧中心的x向坐标，T
y
为刀具坐标系下刀尖圆弧中心的y向坐标；其次，计算切削刃与已加工、未加工表面的交点，两点间的轮廓距离即为当前刀具位姿下的切削刃接触长度，在曲面构件切削过程中随刀具位姿变化而变化；切削刃轮廓与曲面轮廓存在两个交点，其中主切削刃以及毗邻的刀尖圆弧与曲面轮廓的交点为P
N
，副切削刃以及毗邻的刀尖圆弧与曲面轮廓的交点为P
G
，点P
N
即为...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉文，闫舒洋，齐书韬，徐金亭，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：