切削过程温度模糊控制系统技术方案

一种切削过程温度模糊控制系统，其特征是计算机分别连接数据采集卡和运动控制卡，数据采集卡连接信号调理放大电路，信号调理放大电路连接红外温度传感器，运动控制卡连接电液数字阀，电液数字阀分别连接喷嘴和溢流阀，溢流阀分别连接压力表和液压泵，液压泵连接电动机，油箱连接液压泵和溢流阀。本发明专利技术的优点是：控制电液数字阀输出的切削液流量，形成一个闭环系统，控制加工过程的温度在一定范围，从而达到控制加工过程，控制最终加工质量，并使切削液的用量最少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模糊控制系统，尤其涉及一种切削过程温度模糊控制系统。
技术介绍
在人类进入二十一世纪后，可持续发展已成为世界各国的共识，绿色制造、清洁生 产将成为本世纪机械制造业的重要特征和基本生产模式。机械制造业作为国民经济的装备 部，在整个制造业中占有重要的地位，而金属切削加工约占机械加工总量的30-40%。金属 切削加工中使用切削液对提高加工效率和加工质量均具有重要作用。但是切削液在制造、 使用、处理和排放的各个时期均会对环境造成严重污染。另外一方面，目前中、高端机床都配备了强大的冷却润滑系统，主要采用高压、大 流量喷射冷却系统，例如日本三井精机和J.E公司共同开发的HJH系列高压喷射中心，对加 工区提供7MPa流量达60升/分的高压冷却液。有的还采用大量冷却液以瀑布形式从机床 顶部淋向机床加工区。对一些精度要求高，难加工材料，一般都采用高质量的切削液，有的 还只能进口，价格较贵。再加上某些大型结构件漫长的机加工过程，使得切削液的成本占总 的加工成本的比例大大增加，达到15-20%。所以，从保护环境和节约成本的角度考虑，在机械加工领域实现绿色切削，即不用 或尽量少用切削液，是势在必行的。干切削因为不用切削液，加工温度急剧上升，要采用耐 高温的刀具，一般都使用高速机床进行高速切削，因为高速切削的切屑能带走大量切削热。 而且如果工件材料不允许温度过高，像航空上常用钛合金就不允许加工中零件过烧，所以 不能采用干切削。后来又专利技术了最少润滑技术(MQL，50-200毫升/小时)，因为这点润滑量 太少，这种方法还是对刀具、机床和工件材料有特殊要求。限制了它们的应用。一台典型的加工中心的切削液流量是20升/分钟，实际上这里存在很大的浪费和 对环境的污染，大部分时候不需要这么大的流量。对于不同材料、不同加工要求、不同工艺 参数等需要的切削液流量差异很大。为了解决这样的问题，本专利技术设计了一套以电液数字 阀为核心的切削液流量控制系统，流量在0. 02升/分钟-1升/分钟之间连续可调，采用模 糊控制算法，自适应地提供满足加工要求的最少的切削液流量，控制加工温度到一个设定 值，从而达到环保和节约成本的目的。金属切削由于过程的高度非线性以及诸多影响因素之间的强耦合，到目前为止人 们对其仍未研究透彻。切削过程中由于刀具、切屑、工件之间的剧烈摩擦和变形在刀屑接触 区产生很高的温度。过高的切削温度对切削过程有重要影响，它将加速刀具磨损，缩短刀具 寿命，影响工件表面的完整，使切屑形成机制发生变化，产生被认为机加工中最大误差源的 刀具热变形。同时切削温度又是切削过程质量的一个综合体现，设备工作状态的变化，如 刀具磨损、破损，机床振动变化，切削液供量的变化等，都可以通过温度有所反映。因此对切 削温度进行监控可以及时了解加工过程的变化。并进行必要的干预，使工艺系统处于良好 的工作状态有重要意义。目前对于切削温度的研究仍着重在温度与工艺条件之间关系以及温度对工艺过3程、加工零件质量的影响，研究方法包括机理研究、实验研究和仿真研究。随着计算机应用 的普及，机床状态监控研究产生了大量的研究成果，对制造业自动化及劳动生产率的提高 起到了极大的推动作用。然而，状态监控现阶段大多停留在监测上，没能在系统中根据监测 结果进行进一步的控制，实现在生产中将监测结果用于控制。而根据生产过程中实际的切 削温度对机加工过程进行干预研究则显得不足。国外有关方面的研究是建立了一个基于温度反馈的车削过程自适应控制系统。该 系统首先通过增加切削速度达到设定的温度，当切削温度超过阈值时则降低切削速度，当 刀具温度持续超过规定阈值时，切削速度降为零并停车。这种方法是通过改变机床运动部 件的速度达到了温度的控制，但切削过程中运动部件速度的频繁改变使加工过程处于动态 变化之中，对机床加工的稳定性要求是不利的，会产生较大的惯性力，进而产生工艺系统的 振动，降低加工表面质量、尺寸精度和设备的使用寿命。传统的温度测量采用的是热电偶方法，是目前较成熟和常用的切削温度测量方 法。但它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前量放大器温度漂移的 影响，且其热惯性大，响应慢，并不适合在线实时监测。因此，本专利技术选用红外温度传感器测 量切削加工时的温度，该传感器响应时间为150ms，测量范围为-40-900°C。从目前国内外的情况来看，采用纯粹的干切削特别是高速干切削还存在相当大的 困难。而传统的湿式切削又有诸多不足。采用少量润滑的准干切削是切实可行的方法，国 内外都在尝试。德国Daimler-Benz公司与Archen工业大学，共同承担了关于干式加工或 减少油料用量的研究，目的是尽可能少的使用切削液。本专利技术建立了一个以电液数字阀为 中心的，微量润滑模糊控制系统，它能够根据加工过程的温度，自适应地提供最少的满足加 工要求的切削液。该数字阀是日本原装进口，可控制流量在0. 02L/min-lL/min之间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种切削过程温度模糊控制系统，该控制系统通过改变切 削液的流量间接控制切削温度，实现了在控制切削温度的同时最大限度的降低切削液使用 量，从而大量节约成本，保护环境。本专利技术是这样来实现的，它包括计算机、数据采集卡、运运控制卡、信号调理放大 电路、红外温度传感器、电液数字阀、喷嘴、溢流阀、压力表、液压泵、电动机、油箱，其特征是 计算机分别连接数据采集卡和运动控制卡，数据采集卡连接信号调理放大电路，信号调理 放大电路连接红外温度传感器，运动控制卡连接电液数字阀，电液数字阀分别连接喷嘴和 溢流阀，溢流阀分别连接压力表和液压泵，液压泵连接电动机，油箱连接液压泵和溢流阀； 红外温度传感器测量刀尖附近的切削温度，将采集到的温度信号通过信号调理放大电路转 化为电压信号，将采集到的电压信号乘以100倍还原为温度值保存在计算机里，计算机对 采集的温度信号值与计算机内的模糊控制器中温度的预先设定值进行比较处理后，通过模 糊控制算法产生控制量，控制量为电液数字阀上的步进电机所需脉冲，该控制量通过运动 控制卡对电液数字阀的开度进行控制，进而控制通过电液数字阀的切削液的流量，达到通 过改变切削液的流量来控制切削区的温度的目的。本专利技术的优点是控制电液数字阀输出的切削液流量，形成一个闭环系统，控制加 工过程的温度在一定范围，从而达到控制加工过程，控制最终加工质量，并使切削液的用量最少。 附图说明图1是本专利技术的原理方框图；图2是本专利技术的脉冲-流量图；图3是本专利技术模糊控制系统模块图；图4是本专利技术模糊控制软件流程图；图5是本专利技术VC采集、运动控制系统界面图；图6是本专利技术切削液流量与切削温度之间关系图；图7是本专利技术模糊控制效果图；在图中，1、计算机2、数据采集卡3、运动控制卡4、信号调理放大电路5、红外 温度传感器6、电液数字阀7、喷嘴8、溢流阀9、压力表10、液压泵11、电动机12、油箱 13、模糊控制器具体实施例方式如图1所示，本专利技术是这样来实现的，计算机1分别连接数据采集卡2和运动控制 卡3，数据采集卡2连接信号调理放大电路4，信号调理放大电路4连接红外温度传感器5， 运动控制卡3连接电液数字阀6，电液数字阀6分别连接喷嘴7和溢流阀8，溢流阀8分别 连接压力表9和液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切削过程温度模糊控制系统，它包括计算机、数据采集卡、运动控制卡、信号调理放大电路、红外温度传感器、电液数字阀、喷嘴、溢流阀、压力表、液压泵、电动机、油箱，其特征是计算机分别连接数据采集卡和运动控制卡，数据采集卡连接信号调理放大电路，信号调理放大电路连接红外温度传感器，运动控制卡连接电液数字阀，电液数字阀分别连接喷嘴和溢流阀，溢流阀分别连接压力表和液压泵，液压泵连接电动机，油箱连接液压泵和溢流阀；红外温度传感器测量刀尖附近的切削温度，将采集到的温度信号通过信号调理放大电路转化为电压信号，将采集到的电压信号乘以１００倍还原为温度值保存在计算机里，计算机对采集的温度信号值与计算机内的模糊控制器中温度的预先设定值进行比较处理后，通过模糊控制算法产生控制量，控制量为电液数字阀上的步进电机所需脉冲，该控制量通过运动控制卡对电液数字阀的开度进行控制，进而控制通过电液数字阀的切削液的流量，达到通过改变切削液的流量来控制切削区的温度的目的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王希，仲为武，于晖，肖毅，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]