冷卻液質(zhì)量穩(wěn)定設(shè)備的實際應(yīng)用研究

黃垣鋒，禤詠子，楊健倫，陳小莎，黃偉朝

（肇慶市技師學(xué)院，廣東 肇慶 526060）

關(guān)健詞：在線檢測裝置；在線檢測系統(tǒng)；質(zhì)量穩(wěn)定

在機械實際加工中，影響產(chǎn)品加工質(zhì)量的因素有很多，如刀具、機械設(shè)備、切削用量、冷卻液的質(zhì)量等。在保證產(chǎn)品質(zhì)量控制過程中,往往工作人員只關(guān)心刀具磨損和切削參數(shù)，而忽略冷卻液質(zhì)量變化所帶來的影響。切削液質(zhì)量的不穩(wěn)定不僅會影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量和工件精度，還會加快刀具的磨損速度從而增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。冷卻液質(zhì)量的穩(wěn)定對出口的產(chǎn)品和特殊要求的產(chǎn)品尤其重要。

在企業(yè)加工過程中，解決冷卻液質(zhì)量穩(wěn)定的方法有很多。對于大型加工企業(yè)通常采用集中供液的方法來解決質(zhì)量問題。但對于中小加工企業(yè)來說，集中供液的改造成本高，常用人工方式來保證切削液的質(zhì)量，這種方法效率低、效果還是很不好。為此研發(fā)一種多用途、適應(yīng)性強、成本低、可移動、適合中小企業(yè)使用的冷卻液質(zhì)量穩(wěn)定設(shè)備是十分有必要的。

1 冷卻液的特點

機械加工水溶乳化液冷卻液的主要作用分為潤滑、冷卻、清洗、防銹四個方面；潤滑能減小加工切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具磨損速度，改善工件材料加工性能；冷卻能有效地降低切削溫度，減少工件和刀具的熱變形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度；清洗能除去生成切屑、磨屑以及鐵粉、油污和砂粒，使切削刃口保持鋒利，不影響切削效果；防銹是要求乳化液有防銹能力，防止環(huán)境介質(zhì)及殘存切削液中的油泥等腐蝕性物質(zhì)對金屬產(chǎn)生侵蝕。在機械加工中，乳化液質(zhì)量的不穩(wěn)定不僅會影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量和工件精度，還會加快刀具的磨損速度從而增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。對于大型加工企業(yè)通常采用集中供液的方法來解決質(zhì)量問題。但對于中小加工企業(yè)來說，集中供液的改造成本高，只能按照以往的比例來調(diào)配水溶乳化液的方式來保證質(zhì)量。加工不同類型的產(chǎn)品時，乳化液的濃度不同，采用人工按照比例來添加，混合后造成機床乳化液濃度出現(xiàn)較大變化，對產(chǎn)品的質(zhì)量控制不利，也造成刀具的加快磨損。

2 設(shè)備的構(gòu)成

2.1 穩(wěn)定設(shè)備示意圖（圖1）

圖1

2.2 在線檢測系統(tǒng)的優(yōu)點

利用當(dāng)前先進的光學(xué)檢測儀器，對切削液濃度進行不間斷的檢測，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的濃度值以及檢測到的實際濃度值計算出濃度偏差，通過一定的控制算法，得出控制閥門的開度大小，從而控制乳化油向切削液箱的供油、水加注量。通過控制乳化油的進油量，使乳化油的加注量和清水加注量之比達到某一范圍，即可保證切削液濃度值達到設(shè)定要求。

3 PLC的實際應(yīng)用

隨著電子應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模集成電路使用越來越廣泛，PLC應(yīng)用以其適應(yīng)性廣、可靠性高、靈活性強等的優(yōu)點，正逐漸取代傳統(tǒng)的人工操作。它不僅可以優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，同時提升工業(yè)生產(chǎn)的整體效率，從而降低生產(chǎn)效率，減少人員帶來的不穩(wěn)定，促使智能制造不斷發(fā)展。PLC控制區(qū)即PLC可編程邏輯控制器，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機相同，分為電源、中央處理單元CPU、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等。在工作過程分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，稱作一個掃描周期，在運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

4 穩(wěn)定設(shè)備工作原理

乳化液儲存區(qū)通過原液泵和清水泵，分別連通原液儲存區(qū)和清水儲存區(qū)，乳化液儲存區(qū)上設(shè)有支承板，支承板安裝乳化液泵，乳化液儲存區(qū)設(shè)置PLC控制區(qū)和在線檢測裝置。PLC控制區(qū)電連接在線檢測裝置、原液泵、清水泵和乳化液泵。

同時，乳化液儲存區(qū)設(shè)有高硼磁棒、水位控制器和過濾區(qū)；PLC控制區(qū)電連接高硼磁棒和水位控制器。過濾區(qū)設(shè)有入水連接口，連接機床出水口；乳化液儲存區(qū)設(shè)有出水連接口，連接機床入水口。

工作時，在線檢測裝置包括在線檢測量杯，在線檢測量杯中設(shè)有波美比重計，在線檢測量杯的左下角和右上角，分別設(shè)置溫度傳感器和光電檢測傳感器，在線檢測量杯的中部，設(shè)置位置傳感器和限位溢流口。PLC控制區(qū)電連接溫度傳感器、光電檢測傳感器和位置傳感器。

在線檢測裝置抽取乳化液樣品，由波美比重計檢測濃度數(shù)據(jù)，濃度數(shù)據(jù)由光電檢測傳感器讀取，并傳送給PLC控制區(qū)；PLC控制區(qū)接收到濃度數(shù)據(jù)后與設(shè)定標準進行對比，當(dāng)濃度數(shù)據(jù)低于設(shè)定標準時，打開原液泵，關(guān)閉清水泵；當(dāng)濃度數(shù)據(jù)高于設(shè)定標準時，關(guān)閉原液泵，打開清水泵；當(dāng)濃度數(shù)據(jù)等于設(shè)定標準時，關(guān)閉原液泵和清水泵；PLC控制區(qū)通過控制清水泵和原液泵的工作時間，達到水位和流量的平衡。

通過觸摸屏，可人工調(diào)整濃度數(shù)據(jù)設(shè)定標準，PLC控制區(qū)自動通過計算，控制清水泵和原液泵的工作時間，達到濃度數(shù)據(jù)設(shè)定標準。

在線檢測裝置檢測乳化液樣品合格后，由PLC控制區(qū)打開乳化液儲存區(qū)的出水連接口開關(guān)，將乳化液輸送給機床使用。機床使用過的乳化液，經(jīng)過入水連接口進入過濾區(qū)，過濾后進入乳化液儲存區(qū)，再次輸送給機床使用。

設(shè)置高硼磁棒，當(dāng)乳化液流經(jīng)高磞磁棒時，磁棒的磁力將細小金屬微粒吸起，防止乳化液由于滲入金屬微粒而產(chǎn)生變質(zhì)。

在生產(chǎn)過程中，PLC控制區(qū)利用水位控制器，對乳化液儲存區(qū)的水位狀態(tài)進行實時監(jiān)測；當(dāng)遇到加工生產(chǎn)消耗乳化液過多，乳化液儲存區(qū)水位下降時，水位控制器發(fā)出報警并通知PLC控制區(qū)，PLC控制區(qū)自動打開原液泵和清水泵，補充乳化液容量。如因加工的原因造成乳化液的流出量減少，乳化液儲存區(qū)的容量過多，水位控制器報警，則PLC控制區(qū)會關(guān)閉原液泵和清水泵，使乳化液儲存區(qū)的容量穩(wěn)定控制在設(shè)定的水平。

5 設(shè)備的有效效果

（1）在線檢測裝置抽取乳化液樣品，檢測濃度數(shù)據(jù)并傳送給PLC控制區(qū)；PLC控制區(qū)對乳化液濃度數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，通過控制清水泵和原液泵的開關(guān)操作，使乳化液濃度保持穩(wěn)定長久不變化。（2）需要不同的乳化液濃度時，只需要在觸摸屏進行修改數(shù)據(jù)，PLC控制區(qū)會根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)進行自動計算，并自動通過控制清水泵和原液泵的開關(guān)操作，達到冷卻液濃度數(shù)據(jù)標準，無須人工進行調(diào)配和測量。（3）設(shè)置過濾區(qū)，將一切固體雜質(zhì)過濾清除，保證乳化液質(zhì)量達標。（4）設(shè)置高硼磁棒，將細小金屬微粒吸起，防止乳化液由于滲入金屬微粒而產(chǎn)生變質(zhì)。（5）本設(shè)備簡單，實時控制乳化液，質(zhì)量有保障，生產(chǎn)效率提高，具備應(yīng)用價值。

6 設(shè)備在機械加工中實際應(yīng)用效益

提高了刀具的使用壽命，以數(shù)控車床加工45#鋼為例，原來每臺機臺24h消耗一粒外圓車刀刀粒，由于冷卻液的質(zhì)量穩(wěn)定改善了切削性能和冷卻質(zhì)量，刀粒的使用時間提高到每粒28h。以每月22天計算，每月節(jié)約約100元左右。