[发明专利]一种用于超低温冷却加工的液氮喷射量在线控制方法

权利要求书

1.一种用于超低温冷却加工的液氮喷射量在线控制方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，建立切削工艺参数与液氮喷射量的关系模型

刀具(3)在切削工件时，切削区单位时间内产生的热量q_c按如下公式计算：

式中，a_p是切削深度，f是进给量，v是切削速度，C、x、y、z是常系数；

当液氮经输气管(5)喷射到加工区的刀具和工件表面时，液氮在单位时间内通过表面换热带走的热量q_d按如下公式计算：

q_d＝h(T₀-T_LN2)＝KD^αQ^βH^γ(T₀-T_LN2) (2)

式中，h是表面换热系数，T₀是最佳切削温度，T_LN2是液氮温度，取-196℃，D是喷嘴直径，Q是液氮流量，H是喷嘴距刀尖距离，K、、α、βγ是常系数；

单位时间内，根据切削产热q_c与液氮喷射散热q_d相平衡的原理，得到切削工艺参数与液氮喷射量的关系模型如下：

其中，R1为一比例系数，因为切削过程中，切屑、车刀和工件都会带走一定比例的切削热；

第二步，搭建超低温加工液氮喷射在线控制系统

将建立的切削工艺参数与液氮喷射量的关系模型和相匹配的数据库置入控制器(8)中；控制器(8)内嵌于可调控液氮供给装置(6)内部，分别与机床的数控系统(1)、可调控液氮供给装置的中控计算机(9)、温度检测模块(7)相连；可调控液氮供给装置(6)的出口连接真空绝热输气管道(5)一端，真空绝热输气管道(5)的另一端与内喷式刀具(3)连接，内喷式刀具(3)内临近切削区刀刃表面安装有热电偶(4)，热电偶(4)进一步与温度检测模块(7)连接；

第三步，启动可调控液氮供给装置(6)，对设备进行初始化，并输入工件和工具材料参数、内喷式刀具(3)的喷嘴直径D、喷嘴离刀尖的距离H、最佳切削温度T₀和比例系数初值R₀；

第四步，启动数控机床(2)，设定切削深度a_p、进给量f、切削速度v，对工件进行加工；与此同时，控制器(8)在线采集切削工艺参数，控制器(8)基于收到的工艺参数和可调控液氮供给装置的中控计算机(9)输入的信息，通过调用关系模型和数据库，计算输出液氮喷射量，并控制液氮喷射输出；

第五步，加工启动后，热电偶(4)在线监测内喷式刀具(3)临近切削区刀刃表面的温度T，并将温度T与设定的最佳切削温度T₀进行比较：当监测温度T₀-10≤T≤T₀+10时，则表明比例系数初值R₀设置合理，当监测温度T与T₀的差值大于10℃时，则需调整比例系数R，按如下公式计算：

重新计算液氮喷射量，并按新的喷射量控制液氮在线喷射，直到温度T与T₀的差值控制在10℃以内。