[发明专利]用于金属切削加工冷却气体射流的参数化调控系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于金属切削加工冷却气体射流的参数化调控系统及方法，该系统由喷嘴本体、稳压定值阀、质量流量控制器、红外温度传感器、电动滑台和PID控制器组成。将电动滑台固定在机床的适当位置，红外温度传感器用于实时监测工件上某点位的温度以反映换热效果；在环境因素、供气因素、工艺因素、机床因素等变化时，结合所建立的参数化模型，由PID控制器进行温度测量值与期望值的比较，实现温度的反馈控制。本发明通过引入稳压定值阀对进入喷嘴前的冷却气体进行稳压调节，引入质量流量控制器来根据在不同的切削环境和条件下调节喷嘴入口处冷却气体的瞬时质量流量。

技术领域

本发明涉及金属在切削加工过程中对切削区冷却实现最优化的自动调控的领域；具体的说是一种用于金属切削加工冷却气体射流的参数化调控系统以及对喷嘴内部冷却气体的参数化建模和调控系统及方法，以此保证工件在进行切削加工时某点位的温度可控，使温度达到工艺要求所预期的温度，并间接的评价冷却效果，实现温度的闭环反馈控制与自动化调节。

背景技术

在进行金属切削加工时，需要对刀具和切削区进行冷却润滑以达到延长刀具寿命、保证加工质量、提高加工效率等目的。

根据冷却方式的不同，可将金属切削分为：干式切削、浇注式切削、冷风切削、微量润滑切削、二氧化碳低温冷却切削、氮气冷却切削等。

除干式切削和浇注式切削外，以压缩气体为载体的冷却方式中，由于缺少对冷却气体的冷却量的评价及自动调控，因此在工艺参数变化、气体压强波动、环境温度变化等因素的影响下易出现冷却量不足或者过冷却的问题，进而导致工件热变形量大、工件表面加工质量差、刀具寿命差等。

在使用压缩气体进行冷却时，喷嘴位置对冷却效果具有显著的影响。在进行金属切削加工时，由于受到外环境因素、供气因素、工艺因素、机床因素等影响，理想情况下需频繁调节气体热物性参数及喷嘴与切削区的距离，以保证气体的换热效果达到最佳。截至目前在使用外冷式气体冷却设备时，操作人员通常通过试加工或凭借经验手动调节喷嘴距切削区的距离，此方法效率低且难以进行参数化定量调整，无法使切削冷却效果得到最佳，也很难得到高质量的零件表面。为减小或消除扰动因素对整个切削加工过程的影响，喷嘴要能根据外界因素的改变而实现在线自动调节，来保证切削区的冷区效果达到最佳。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，针对气体冷却技术提出一种用于金属切削加工的冷却气体射流参数化调控系统及方法，以期能实现喷嘴和切削区之间的距离在线可调，保证工件上某点位的温度达到预期值并趋于稳定，达到更好地冷却效果，从而能提高零件表面质量。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种用于金属切削加工冷却气体射流的参数化调控系统的特点包括：计算机PID控制系统、电动滑台、稳压定值阀、质量流量控制器、喷嘴、红外温度传感器、可调节式喷嘴支架和可调节式红外温度传感器支架；

在所述电动滑台的上台面上通过螺栓分别固定所述稳压定值阀、所述质量流量控制器；所述可调节式喷嘴支架是在喷嘴支架固定端上设置有U型喷嘴支架，在所述U型喷嘴支架的中间转动连接有喷嘴卡套，在所述喷嘴卡套上固定安装有所述喷嘴；所述可调节式红外温度传感器支架是在支架固定端上设置有U型红外温度传感器支架，在所述U型红外温度传感器支架的中间转动连接有红外温度传感器卡套，在所述红外温度传感器卡套上固定安装有所述红外温度传感器；

冷却气体通过管路与所述稳压定值阀的入口端相连接；

所述稳压定值阀的出口通过管路与所述质量流量控制器的进气端相连接；

所述质量流量控制器的出口通过管路直接与所述喷嘴的入口相连接；

所述计算机PID控制系统分别与所述电动滑台和红外温度传感器连接。

本发明一种所述的用于金属切削加工冷却气体射流的参数化调控系统的调控方法的特点是按如下步骤进行：