數(shù)控車床智能車刀冷卻系統(tǒng)的研發(fā)與改造

董炳洪，練冬蘭，吳偉迎

（云浮市中等專業(yè)學(xué)校，廣東 云浮 527300）

1 背景技術(shù)

隨著機(jī)械制造技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。其中，數(shù)控機(jī)床在各個(gè)機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用。

多年來，本校與本地企業(yè)進(jìn)行來料加工的校企合作教學(xué)實(shí)訓(xùn)過程中，發(fā)現(xiàn)本校數(shù)控車床在加工中冷卻系統(tǒng)因過于簡(jiǎn)單，造成車刀刀頭冷卻不充分，工件加工質(zhì)量難以控制而生產(chǎn)效率降低和易產(chǎn)生安全事故等問題，為了解決上述問題，通過師生反復(fù)研究，研發(fā)出第一代機(jī)械式車刀冷卻裝置，并獲得國(guó)家專利授權(quán)證書。第一代車刀冷卻裝置的使用雖然使生產(chǎn)效率提高了一些，但未能發(fā)威到至極，隨著自動(dòng)檢測(cè)、智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，在第一代冷卻裝置如何加入智能控制成了師生在課余時(shí)間討論的話題，經(jīng)過一年多的實(shí)踐研究和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，攻克了很多難題，終于在第一代的基礎(chǔ)上加入了智能控制技術(shù)，研發(fā)出第二代數(shù)控車床車刀智能控制裝置，并獲得國(guó)家專利授權(quán)證書。該裝置的成功研發(fā)，即解決實(shí)際存在問題，又以專利申請(qǐng)為推手，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)作創(chuàng)新作品，申請(qǐng)國(guó)家專利，獲得成就感；以創(chuàng)意活動(dòng)為著力點(diǎn)，組織學(xué)生開展豐富多彩的創(chuàng)新教育活動(dòng)，給每個(gè)學(xué)生創(chuàng)新的權(quán)利和展示的機(jī)會(huì)。

2 設(shè)計(jì)目的與科學(xué)創(chuàng)新

2.1 設(shè)計(jì)目的

本裝置設(shè)計(jì)目的通過在第一代的基礎(chǔ)上加入了自動(dòng)檢測(cè)和智能控制技術(shù)，達(dá)到自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)控制冷卻液的排出，從而簡(jiǎn)單、有效、安全地解決存在問題。

2.2 科學(xué)創(chuàng)新

（1）本裝置的創(chuàng)新點(diǎn)在于自主研發(fā)，國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，第一代機(jī)械式車刀冷卻裝置已獲得國(guó)家專利授權(quán)。在第一代冷卻裝置基礎(chǔ)上加入了智能控制技術(shù)，研發(fā)出第二代數(shù)控車床車刀智能控制裝置，亦獲得國(guó)家專利授權(quán)。

（2）設(shè)計(jì)巧妙。本裝置關(guān)鍵技術(shù)在于安裝在進(jìn)水座內(nèi)的中間旋轉(zhuǎn)軸能將冷卻液巧妙地引流到出水座，出水座隨著刀架旋轉(zhuǎn)而進(jìn)水座不旋轉(zhuǎn)。出水座上安裝有四個(gè)對(duì)稱的常閉電磁閥水開關(guān)，在數(shù)控車床刀架換刀時(shí)，冷卻系統(tǒng)能在感應(yīng)系統(tǒng)控制下，通過電磁閥水開關(guān)自動(dòng)打開現(xiàn)工作刀位的冷卻液出水口，非工作刀位的電磁閥水開關(guān)因無感應(yīng)信號(hào)而自動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)打開后的出水口會(huì)高速噴出冷卻液，及時(shí)冷卻工作刀具，從而提高刀具工作壽命，減少工人工作勞動(dòng)強(qiáng)度，增加工人操作安全系數(shù)。

（3）能有效地解決現(xiàn)在數(shù)控車床在加工過程中冷卻液與刀具移動(dòng)不一致的問題，使刀具在加工過程中得到充分的冷卻，解決因冷卻問題而產(chǎn)生的事故。

（4）解決我國(guó)目前大多數(shù)前置刀架數(shù)控車床單管冷卻系統(tǒng)的弊端，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

3 基本設(shè)計(jì)思路

在第一代冷卻裝置的基礎(chǔ)上增加安裝智能感應(yīng)自動(dòng)探測(cè)啟動(dòng)系統(tǒng)，讓數(shù)控車床在加工的過程中或換刀后，需要加工的刀位能自動(dòng)感應(yīng)出水，并準(zhǔn)確噴射冷卻液冷卻刀具。在對(duì)原機(jī)床不作太大改動(dòng),把在前置刀架的刀架頂部,通過輸人組件把原機(jī)床冷卻管與研究的冷卻裝置的進(jìn)水座連接,使冷卻液從進(jìn)水口經(jīng)中間旋轉(zhuǎn)軸引流到出水座，安裝在出水座上的電磁閥的輸出用銅管(或可調(diào)冷卻管)把冷卻液引出到各把車刀的刀頭上,直接對(duì)準(zhǔn)刀具進(jìn)行冷卻。在數(shù)控機(jī)床換刀操作過程中，冷卻裝置能在信號(hào)感應(yīng)系統(tǒng)控制下，通過電磁閥水開關(guān)自動(dòng)打開現(xiàn)工作刀位的冷卻液出水口，非工作刀位的電磁閥水開關(guān)因無信號(hào)感應(yīng)而自動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)打開后的出水口會(huì)高速噴出冷卻液，及時(shí)準(zhǔn)確冷卻工作刀具，從而提高刀具的工作壽命，減少工人工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加工人操作的安全系數(shù)。

4 具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，數(shù)控車床車刀智能冷卻裝置，包括有輸入連接組件1，進(jìn)水座（進(jìn)水座內(nèi)有中間旋轉(zhuǎn)軸，該軸巧妙設(shè)計(jì)成外圓與中心半通孔，中間旋轉(zhuǎn)軸的兩邊用軸承及油封固定在進(jìn)水座內(nèi)，并且另一端與出水座相連，進(jìn)水座內(nèi)還安裝有電源轉(zhuǎn)換器，電源線通過進(jìn)水座側(cè)面一小孔引出連接到機(jī)床電柜內(nèi)，進(jìn)水座的兩頭用端蓋密封）2，出水座3，信號(hào)感應(yīng)塊4，感應(yīng)器5，電磁閥6，輸出管7 等組件組成。

圖1 數(shù)控車床車刀智能控制裝置結(jié)構(gòu)圖

原冷卻管通過輸入連接組件1 與進(jìn)水座相連，機(jī)床冷卻液通過冷卻管及輸入連接組件進(jìn)入中空的進(jìn)水座，再通過設(shè)計(jì)巧妙的中間旋轉(zhuǎn)軸使冷卻液只能來往于中間軸另一端相連的密封出水座3 內(nèi)，出水座圓周上均勻分布有4 個(gè)常閉電磁閥6 及位置感應(yīng)器，當(dāng)機(jī)床換刀時(shí)，出水座隨刀架轉(zhuǎn)動(dòng)，但進(jìn)水座不轉(zhuǎn)動(dòng)，工作用刀對(duì)應(yīng)的位置感應(yīng)器5 轉(zhuǎn)到感應(yīng)塊4下方并觸發(fā)到信號(hào)，從而觸發(fā)常閉電磁閥打開，冷卻液即從出水座內(nèi)通過電磁閥及連接管噴到工作刀頭上。而其他電磁閥因無信號(hào)感應(yīng)就沒有打開。本裝置通過用兩條固定鐵片安裝在原刀架上即可使用。

5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本冷卻裝置技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下。

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本裝置制造成本低廉,由進(jìn)水座、中間旋轉(zhuǎn)軸、軸承、油封、出水座、軸承、電磁閥開關(guān)、電源轉(zhuǎn)換器、噴水管、感應(yīng)器、感應(yīng)控制塊、下固定鋼板及電線等組成。

（2）性價(jià)比高。國(guó)內(nèi)外目前對(duì)數(shù)控車床智能外冷系統(tǒng)的優(yōu)化研究還比較少，研究方向主要為內(nèi)冷式刀具，如蘇聯(lián)多尼雅金斯克工學(xué)院成功研制了一種自備冷卻系統(tǒng)的車刀，但是此類刀具價(jià)格昂貴，如果使用這些刀具，將會(huì)大大提高制造成本。

（3）安全性高。由于傳統(tǒng)車床在加工時(shí)，需要工人不斷擺動(dòng)冷卻管對(duì)刀具噴射冷卻液，不能保護(hù)工人的人身安全，容易造成危險(xiǎn)。應(yīng)用本裝置后，出水座隨刀架旋轉(zhuǎn)，刀頭在任何時(shí)候、任何位置都能得到充分的冷卻液，全過程無須人工操控，能保障工人的生產(chǎn)安全。

（4）安裝簡(jiǎn)單。對(duì)原車床改動(dòng)不大。安裝后，能有效地解決傳統(tǒng)冷卻的存在問題，延長(zhǎng)車刀的使用壽命。

（5）操作簡(jiǎn)單。一個(gè)工人能輕松地操作幾臺(tái)數(shù)控車床同時(shí)加工，大大提高加工產(chǎn)品的效率。

6 推廣前景及市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)

（1）推廣容易。由于本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、安裝操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，已在多間數(shù)控加工廠成功試用，根據(jù)后期的問卷回訪情況，滿意度高達(dá)95%，經(jīng)實(shí)際測(cè)算，刀具壽命延長(zhǎng)了約50%。

（2）國(guó)內(nèi)專利，可移植性高。本裝置已成功申報(bào)了國(guó)家專利并獲得授權(quán)。由于本裝置按照數(shù)控車床實(shí)際車刀冷卻裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可適用于當(dāng)前絕大部分的前置刀架的數(shù)控車床。

（3）具有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型裝置的研發(fā)完全從延長(zhǎng)刀具使用壽命和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的角度考慮，制作簡(jiǎn)單，成本低廉，安全有效，可以大規(guī)模生產(chǎn)、推廣。