一種智能切削液噴射裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能切削液噴射裝置及方法，包括噴嘴、機(jī)械手臂、熱傳感器、光學(xué)傳感器、切削液供給系統(tǒng)、流量控制閥、溫度數(shù)據(jù)處理器、光學(xué)數(shù)據(jù)處理器、用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及固定于刀架上的機(jī)械手臂基座；所述機(jī)械手臂固定于機(jī)械手臂基座上，熱傳感器、光學(xué)傳感器及噴嘴固定于機(jī)械手臂的執(zhí)行端，光學(xué)傳感器的輸出端與光學(xué)數(shù)據(jù)處理器的輸入端相連接，光學(xué)數(shù)據(jù)處理器的輸出端與機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端相連接，熱傳感器的輸出端與溫度數(shù)據(jù)處理器的輸入端相連接，溫度數(shù)據(jù)處理器的輸出端與流量控制閥的控制端及機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端相連接。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)刀具的冷卻，并且冷卻效果好，成本低，污染少。
【專利說明】一種智能切削液噴射裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械加工領(lǐng)域，涉及一種智能切削液噴射裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，選用適當(dāng)?shù)那邢饕杭肮┮悍椒ǎ赃_(dá)到對(duì)金屬切削加工過程的冷卻潤(rùn)滑，對(duì)于降低刀具溫度及磨損、延長(zhǎng)刀具壽命、提高加工質(zhì)量和加工效率具有非常重要的實(shí)際意義，是機(jī)械制造過程的重要環(huán)節(jié)。
[0003]通常，切削液供給方法分內(nèi)冷卻和外冷卻兩種方式。內(nèi)冷卻方式中，切削液通過刀具內(nèi)部直接噴向切削區(qū)域，能夠取得較好的冷卻潤(rùn)滑效果。但是，由于其刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛度低、加工難度大以及機(jī)床改造困難等缺陷，內(nèi)冷卻方式還沒有得到普及。相反，外冷卻方式以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)加工場(chǎng)合。
[0004]外冷卻方式使用與機(jī)床可分離的冷卻液供給與噴射系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，且價(jià)格低廉，是目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)機(jī)加工企業(yè)所使用的冷卻潤(rùn)滑方式。然而，外冷卻方式亦有很嚴(yán)重的內(nèi)在缺陷。無論是傳統(tǒng)澆注形式、射流形式或是MQL(小量潤(rùn)滑MinimumQuantity Lubricant)供液形式，由于切削液均是從外部供給，大量的切削液并不能準(zhǔn)確噴射在理想冷卻位置。圖1所示為傳統(tǒng)切削液噴射過程中所常見的情況，當(dāng)噴嘴處在所述噴射角度時(shí)，大量的切削液被浪費(fèi)掉，這些流失的切削液有的噴射在刀具或工件的非高溫區(qū)域上，有的被切屑擋住并反彈流失。除此之外，各類刀具材料在切削各種工件材料時(shí)，都有一個(gè)最佳切削溫度范圍，在該切削溫度范圍內(nèi)，刀具的壽命最高，工件材料的加工性能也符合要求。然而，傳統(tǒng)粗放式噴射的切削液流量不可調(diào)，并不能根據(jù)刀具的當(dāng)前溫度狀態(tài)做出冷卻強(qiáng)度調(diào)整，便有大量的切削液即使噴射到理想位置，也達(dá)不到應(yīng)有冷卻效果，造成資源浪費(fèi)，同時(shí)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。上述缺陷不僅導(dǎo)致冷卻液不能達(dá)到理想的冷卻效果，還增加了制造過程的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種智能切削液噴射裝置及方法，該裝置及方法可以快速的刀具的冷卻，并且冷卻效果好，成本低。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的智能切削液噴射裝置包括噴嘴、機(jī)械手臂、熱傳感器、光學(xué)傳感器、切削液供給系統(tǒng)、流量控制閥、溫度數(shù)據(jù)處理器、光學(xué)數(shù)據(jù)處理器、用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及固定于刀架上的機(jī)械手臂基座；
[0007]所述機(jī)械手臂固定于機(jī)械手臂基座上，熱傳感器、光學(xué)傳感器及噴嘴固定于機(jī)械手臂的執(zhí)行端，光學(xué)傳感器的輸出端與光學(xué)數(shù)據(jù)處理器的輸入端相連接，光學(xué)數(shù)據(jù)處理器的輸出端與機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端相連接，熱傳感器的輸出端與溫度數(shù)據(jù)處理器的輸入端相連接，溫度數(shù)據(jù)處理器的輸出端與流量控制閥的控制端、機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端及切削液供給系統(tǒng)的控制端相連接；
[0008]所述切削液供給系統(tǒng)的切削液出口通過流量控制閥與噴嘴的切削液入口相連通。
[0009]所述光學(xué)傳感器為CCD光學(xué)傳感器；
[0010]所述熱傳感器為紅外熱像儀。
[0011 ] 所述流量控制閥為電磁閥。
[0012]所述機(jī)械手臂基座通過磁力座吸附在刀架上。
[0013]所述光學(xué)傳感器及熱傳感器的工作頻率為IHz。
[0014]本發(fā)明所述的智能切削液噴射方法包括以下步驟:
[0015]I)熱傳感器檢測(cè)刀具各位置的溫度信息，然后將所述溫度信息轉(zhuǎn)發(fā)至溫度數(shù)據(jù)處理器中，溫度數(shù)據(jù)處理器接收刀具各位置的溫度信息，然后根據(jù)刀具各位置的溫度信息得到刀具理想冷卻區(qū)域，并將刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)接收所述刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息，并根據(jù)所述刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息通過調(diào)節(jié)機(jī)械手臂使噴嘴對(duì)準(zhǔn)所述刀具理想冷卻區(qū)域，同時(shí)溫度數(shù)據(jù)處理器判斷所述刀具理想冷卻區(qū)域的溫度是否處于最佳切削溫度范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)毒呃硐肜鋮s區(qū)域的溫度處于最佳切削溫度范圍之外時(shí)，則產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再將所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至切削液供給系統(tǒng)中，并根據(jù)刀具理想冷卻區(qū)域的溫度大小生成第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至流量控制閥，同時(shí)光學(xué)傳感器獲取噴嘴噴射路徑上的圖像信息，并將噴嘴噴射路徑上的圖像信息轉(zhuǎn)發(fā)至光學(xué)數(shù)據(jù)處理器中，光學(xué)數(shù)據(jù)處理器根據(jù)所述噴嘴噴射路徑上的圖像信息判斷噴嘴噴射路徑上是否有障礙物，當(dāng)噴嘴噴射路徑上有障礙物時(shí)，則產(chǎn)生第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)接收所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過機(jī)械手臂調(diào)節(jié)機(jī)械手臂上噴嘴的位置，從而使噴嘴到刀具理想冷卻區(qū)域之間的路徑中沒有障礙物；
[0016]2)切削液供給系統(tǒng)接收所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)向噴嘴提供切削液，同時(shí)流量控制閥接收所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過控制流量控制閥調(diào)節(jié)切削液供給系統(tǒng)供給噴嘴的切削液的流量，切削液經(jīng)噴嘴后噴射到刀具理想冷卻區(qū)域。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]本發(fā)明所述的智能切削液噴射裝置及方法在對(duì)刀具進(jìn)行冷卻的過程中，先通過熱傳感器檢測(cè)刀具各位置的溫度信息，溫度數(shù)據(jù)處理器根據(jù)刀具各位置的溫度信息得到刀具理想冷卻區(qū)域，機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息使噴嘴對(duì)準(zhǔn)所述刀具理想冷卻區(qū)域，當(dāng)?shù)毒呃硐肜鋮s區(qū)域的溫度處于最佳切削溫度范圍之外時(shí)，則產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，切削液供給系統(tǒng)根據(jù)所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出切削液，同時(shí)根據(jù)刀具冷卻區(qū)域的溫度大小生成第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，流量控制閥根據(jù)所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)切削液的流量，同時(shí)光學(xué)傳感器獲取噴嘴噴射路徑上的圖像信息，光學(xué)數(shù)據(jù)處理器根據(jù)所述圖像信息判斷噴嘴噴射路徑上是否有障礙物，當(dāng)有障礙物時(shí)，則控制機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)械手臂使噴嘴噴射路徑上沒有障礙物，從而使噴嘴噴射的切削液噴射到刀具的理想冷卻區(qū)域上，從而實(shí)現(xiàn)快速冷卻，并且冷卻效果好，成本低，有效地避免了切削液被切屑阻擋以及粗放式噴射造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有切削液噴射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中，I為噴嘴、2為光學(xué)傳感器、3為熱傳感器、4為溫度數(shù)據(jù)處理器、5為光學(xué)數(shù)據(jù)處理器、6為流量控制閥、7為切削液供給系統(tǒng)、8為機(jī)械手臂基座、9為機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)、10為機(jī)械手臂、11為刀架。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0023]參考圖2，本發(fā)明所述的智能切削液噴射裝置包括噴嘴1、機(jī)械手臂10、熱傳感器3、光學(xué)傳感器2、切削液供給系統(tǒng)7、流量控制閥6、溫度數(shù)據(jù)處理器4、光學(xué)數(shù)據(jù)處理器5、用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂10的機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)9以及固定于刀架11上的機(jī)械手臂基座8 ;所述機(jī)械手臂10的一端固定于機(jī)械手臂基座8上,熱傳感器3、光學(xué)傳感器2及噴嘴I固定于機(jī)械手臂10的另一端，光學(xué)傳感器2的輸出端與光學(xué)數(shù)據(jù)處理器5的輸入端相連接，光學(xué)數(shù)據(jù)處理器5的輸出端與機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)9的控制端相連接，熱傳感器3的輸出端與溫度數(shù)據(jù)處理器4的輸入端相連接，溫度數(shù)據(jù)處理器4的輸出端與流量控制閥6的控制端、機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)9的控制端及切削液供給系統(tǒng)7的控制端相連接；切削液供給系統(tǒng)7的切削液出口通過流量控制閥6與噴嘴I的切削液入口相連通。
[0024]需要說明的是，所述光學(xué)傳感器2為CXD光學(xué)傳感器，熱傳感器3為紅外熱像儀，流量控制閥6為電磁閥，機(jī)械手臂基座8通過磁力座吸附在刀架11上，光學(xué)傳感器2及熱傳感器3的工作頻率為IHz。
[0025]本發(fā)明所述的智能切削液噴射方法包括以下步驟:
[0026]I)熱傳感器3檢測(cè)刀具各位置的溫度信息，然后將所述溫度信息轉(zhuǎn)發(fā)至溫度數(shù)據(jù)處理器4中，溫度數(shù)據(jù)處理器4接收刀具各位置的溫度信息，然后根據(jù)刀具各位置的溫度信息得到刀具理想冷卻區(qū)域，并將刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)9中，機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)9接收所述刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息，并根據(jù)所述刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息通過調(diào)節(jié)機(jī)械手臂10使噴嘴I對(duì)準(zhǔn)所述刀具理想冷卻區(qū)域，同時(shí)溫度數(shù)據(jù)處理器4判斷所述刀具理想冷卻區(qū)域的溫度是否大于或等于預(yù)設(shè)閥值，當(dāng)?shù)毒呃硐肜鋮s區(qū)域的溫度處于最佳切削溫度范圍之外時(shí)，則產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再將所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至切削液供給系統(tǒng)7中，并根據(jù)刀具理想冷卻區(qū)域的溫度大小生成第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至流量控制閥6，同時(shí)光學(xué)傳感器2獲取噴嘴I噴射路徑上的圖像信息，并將噴嘴I噴射路徑上的圖像信息轉(zhuǎn)發(fā)至光學(xué)數(shù)據(jù)處理器5中，光學(xué)數(shù)據(jù)處理器5根據(jù)所述噴嘴I噴射路徑上的圖像信息判斷噴嘴I噴射路徑上是否有障礙物，當(dāng)噴嘴I噴射路徑上有障礙物時(shí)，則產(chǎn)生第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)9中，機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)9接收所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過機(jī)械手臂10調(diào)節(jié)機(jī)械手臂10上噴嘴I的位置，從而使噴嘴I到刀具理想冷卻區(qū)域之間的路徑中沒有障礙物；
[0027]搜尋切削液可噴射路徑時(shí)，可采用障礙物的邊緣灰度梯度最大方向離散搜尋，也可采用以當(dāng)前噴嘴I位置為圓心，在噴嘴I的操作空間上做等半徑離散搜尋，當(dāng)溫度數(shù)據(jù)處理器4接收刀具各位置的溫度信息，選取溫度最高的位置為刀具理想冷卻區(qū)域，當(dāng)?shù)毒呃硐肜鋮s區(qū)域的溫度越大，則第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制流量控制閥6使通過流量控制閥的切削液的流速越大。
[0028]2)切削液供給系統(tǒng)7接收所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)向噴嘴I提供切削液，同時(shí)流量控制閥6接收所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過控制流量控制閥6調(diào)節(jié)切削液供給系統(tǒng)7供給噴嘴I的切削液的流量，切削液經(jīng)噴嘴I后噴射到刀具理想冷卻區(qū)域。
【權(quán)利要求】
1.一種智能切削液噴射裝置，其特征在于，包括噴嘴(1)、機(jī)械手臂(10)、熱傳感器(3)、光學(xué)傳感器(2)、切削液供給系統(tǒng)(7)、流量控制閥(6)、溫度數(shù)據(jù)處理器(4)、光學(xué)數(shù)據(jù)處理器(5)、用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂(10)的機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)以及固定于刀架(11)上的機(jī)械手臂基座(8)； 所述機(jī)械手臂(10)固定于機(jī)械手臂基座(8)上，熱傳感器(3)、光學(xué)傳感器(2)及噴嘴(1)安裝在機(jī)械手臂(10)的執(zhí)行端，光學(xué)傳感器(2)的輸出端與光學(xué)數(shù)據(jù)處理器(5)的輸入端相連接，光學(xué)數(shù)據(jù)處理器(5)的輸出端與機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)的控制端相連接，熱傳感器(3)的輸出端與溫度數(shù)據(jù)處理器(4)的輸入端相連接，溫度數(shù)據(jù)處理器(4)的輸出端與流量控制閥(6)的控制端、機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)的控制端及切削液供給系統(tǒng)(7)的控制端相連接； 所述切削液供給系統(tǒng)(7)的切削液出口通過流量控制閥(6)與噴嘴⑴的切削液入口相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能切削液噴射裝置，其特征在于， 所述光學(xué)傳感器(2)為CCD光學(xué)傳感器； 所述熱傳感器(3)為紅外熱像儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能切削液噴射裝置，其特征在于，所述流量控制閥(6)為電磁閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能切削液噴射裝置，其特征在于，所述機(jī)械手臂基座(8)通過磁力座吸附在刀架(11)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能切削液噴射裝置，其特征在于，所述光學(xué)傳感器(2)及熱傳感器(3)的工作頻率均為1Hz。
6.一種智能切削液噴射方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1所述的智能切削液噴射裝置，包括以下步驟: 1)熱傳感器(3)檢測(cè)刀具各位置的溫度信息，然后將所述溫度信息轉(zhuǎn)發(fā)至溫度數(shù)據(jù)處理器(4)中，溫度數(shù)據(jù)處理器(4)接收刀具各位置的溫度信息，然后根據(jù)刀具各位置的溫度信息得到刀具理想冷卻區(qū)域，并將刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)中，機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)接收所述刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息，并根據(jù)所述刀具理想冷卻區(qū)域的位置信息通過調(diào)節(jié)機(jī)械手臂(10)使噴嘴(1)對(duì)準(zhǔn)所述刀具理想冷卻區(qū)域，同時(shí)溫度數(shù)據(jù)處理器(4)判斷所述刀具理想冷卻區(qū)域的溫度是否處于最佳切削溫度范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)毒呃硐肜鋮s區(qū)域的溫度處于最佳切削溫度范圍之外時(shí)，則產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再將所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至切削液供給系統(tǒng)(7)中，并根據(jù)刀具理想冷卻區(qū)域的溫度大小生成第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至流量控制閥￠)，同時(shí)光學(xué)傳感器(2)獲取噴嘴(1)噴射路徑上的圖像信息，并將噴嘴(1)噴射路徑上的圖像信息轉(zhuǎn)發(fā)至光學(xué)數(shù)據(jù)處理器(5)中，光學(xué)數(shù)據(jù)處理器(5)根據(jù)所述噴嘴(1)噴射路徑上的圖像信息判斷噴嘴(1)噴射路徑上是否有障礙物，當(dāng)噴嘴(1)噴射路徑上有障礙物時(shí)，則產(chǎn)生第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)中，機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)接收所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過機(jī)械手臂(10)調(diào)節(jié)機(jī)械手臂(10)上噴嘴(1)的位置，從而使噴嘴(1)到刀具理想冷卻區(qū)域之間的路徑中沒有障礙物； 2)切削液供給系統(tǒng)(7)接收所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)向噴嘴(1)提供切削液，同時(shí)流量控制閥(6)接收所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過控制流量控制閥(6)調(diào)節(jié)切削液供給系統(tǒng)(7)供給噴嘴(1)的切削液的流量，切削液經(jīng)噴嘴(1)后噴射到刀具理想冷卻區(qū)域。
【文檔編號(hào)】B23Q17/09GK104440378SQ201410605869
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】張英杰, 劉香浪, 高瑞 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)