冷卻液質(zhì)量穩(wěn)定設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用研究

黃垣鋒，禤詠?zhàn)樱瑮罱悾愋∩S偉朝

（肇慶市技師學(xué)院，廣東 肇慶 526060）

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

在機(jī)械實(shí)際加工中，影響產(chǎn)品加工質(zhì)量的因素有很多，如刀具、機(jī)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(lái)的影響。切削液質(zhì)量的不穩(wěn)定不僅會(huì)影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量和工件精度，還會(huì)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(duì)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(duì)于大型加工企業(yè)通常采用集中供液的方法來(lái)解決質(zhì)量問題。但對(duì)于中小加工企業(yè)來(lái)說，集中供液的改造成本高，常用人工方式來(lái)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(qiáng)、成本低、可移動(dòng)、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(diǎn)

機(jī)械加工水溶乳化液冷卻液的主要作用分為潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹四個(gè)方面；潤(rùn)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(duì)金屬產(chǎn)生侵蝕。在機(jī)械加工中，乳化液質(zhì)量的不穩(wěn)定不僅會(huì)影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量和工件精度，還會(huì)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(duì)于大型加工企業(yè)通常采用集中供液的方法來(lái)解決質(zhì)量問題。但對(duì)于中小加工企業(yè)來(lái)說，集中供液的改造成本高，只能按照以往的比例來(lái)調(diào)配水溶乳化液的方式來(lái)保證質(zhì)量。加工不同類型的產(chǎn)品時(shí)，乳化液的濃度不同，采用人工按照比例來(lái)添加，混合后造成機(jī)床乳化液濃度出現(xiàn)較大變化，對(duì)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(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

利用當(dāng)前先進(jìn)的光學(xué)檢測(cè)儀器，對(duì)切削液濃度進(jìn)行不間斷的檢測(cè)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的濃度值以及檢測(cè)到的實(shí)際濃度值計(jì)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(jìn)油量，使乳化油的加注量和清水加注量之比達(dá)到某一范圍，即可保證切削液濃度值達(dá)到設(shè)定要求。

3 PLC的實(shí)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(lái)越廣泛，PLC應(yīng)用以其適應(yīng)性廣、可靠性高、靈活性強(qiáng)等的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(lái)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(jì)算機(jī)相同，分為電源、中央處理單元CPU、存儲(chǔ)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(gè)階段，稱作一個(gè)掃描周期，在運(yùn)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(gè)階段。

4 穩(wěn)定設(shè)備工作原理

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

同時(shí)，乳化液儲(chǔ)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(jī)床出水口；乳化液儲(chǔ)存區(qū)設(shè)有出水連接口，連接機(jī)床入水口。

工作時(shí)，在線檢測(cè)裝置包括在線檢測(cè)量杯，在線檢測(cè)量杯中設(shè)有波美比重計(jì)，在線檢測(cè)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(cè)傳感器，在線檢測(cè)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(cè)傳感器和位置傳感器。

在線檢測(cè)裝置抽取乳化液樣品，由波美比重計(jì)檢測(cè)濃度數(shù)據(jù)，濃度數(shù)據(jù)由光電檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)濃度數(shù)據(jù)低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(shí)間，達(dá)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(biāo)準(zhǔn)，PLC控制區(qū)自動(dòng)通過計(jì)算，控制清水泵和原液泵的工作時(shí)間，達(dá)到濃度數(shù)據(jù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。

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

設(shè)置高硼磁棒，當(dāng)乳化液流經(jīng)高磞磁棒時(shí)，磁棒的磁力將細(xì)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(duì)乳化液儲(chǔ)存區(qū)的水位狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；當(dāng)遇到加工生產(chǎn)消耗乳化液過多，乳化液儲(chǔ)存區(qū)水位下降時(shí)，水位控制器發(fā)出報(bào)警并通知PLC控制區(qū)，PLC控制區(qū)自動(dòng)打開原液泵和清水泵，補(bǔ)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(chǔ)存區(qū)的容量過多，水位控制器報(bào)警，則PLC控制區(qū)會(huì)關(guān)閉原液泵和清水泵，使乳化液儲(chǔ)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(cè)裝置抽取乳化液樣品，檢測(cè)濃度數(shù)據(jù)并傳送給PLC控制區(qū)；PLC控制區(qū)對(duì)乳化液濃度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(zhǎng)久不變化。（2）需要不同的乳化液濃度時(shí)，只需要在觸摸屏進(jìn)行修改數(shù)據(jù)，PLC控制區(qū)會(huì)根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，并自動(dòng)通過控制清水泵和原液泵的開關(guān)操作，達(dá)到冷卻液濃度數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)須人工進(jìn)行調(diào)配和測(cè)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(dá)標(biāo)。（4）設(shè)置高硼磁棒，將細(xì)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(jiǎn)單，實(shí)時(shí)控制乳化液，質(zhì)量有保障，生產(chǎn)效率提高，具備應(yīng)用價(jià)值。

6 設(shè)備在機(jī)械加工中實(shí)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(lái)每臺(tái)機(jī)臺(tái)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(shí)間提高到每粒28h。以每月22天計(jì)算，每月節(jié)約約100元左右。