[发明专利]一种用于精密车削加工的内冷系统及控制方法

权利要求书

1.一种用于精密车削加工的内冷系统的控制方法，该用于精密车削加工的内冷系统包括液压回路、内冷车刀和电磁控制回路；

所述液压回路包括液压主回路和液压支流回路，主回路包含带溢流阀的液压源(1)、过滤器(2)、压力表(3)、可调节流阀(4)以及风冷式冷水机(5)，带溢流阀的液压源(1)、过滤器(2)、可调节流阀(4)以及风冷式冷水机(5)通过液压软管顺次连接，过滤器(2)和可调节流阀(4)之间设有压力表(3)；从风冷式冷水机(5)出来的管路分为第一、第二和第三液压支流回路，第一、第二和第三液压支流回路分别由第一电磁换向阀(6)、第二电磁换向阀(7)和第三电磁换向阀(8)控制，通过卡套接头与液压主回路相连接；

所述内冷车刀(9)内部设有第一内冷通道(91)、第二内冷通道(93)和第三内冷通道(95)，三个通道尾部分别设有第一管螺纹(92)、第二管螺纹(94)和第三管螺纹(96)；管螺纹与内冷套管(10)尾部的外螺纹配合，实现液压支流回路与刀具内冷通道的连通；压板螺钉穿过螺钉安装孔(112)将压板(11)固定在内冷车刀(9)上，调整压板(11)与车刀刀片(12)间的压紧力，确保车刀刀片(12)压紧在内冷车刀(9)上；内冷车刀(9)的刀尖处设有第一内冷孔(97)、第二内冷孔(98)和第三内冷孔(99)，冷却介质经此喷出，用于车刀刀片(12)后刀面的冷却润滑；压板(11)内部设有与内冷通道连通的第一喷嘴(111)、第二喷嘴(113)和第三喷嘴(114)，冷却介质经此喷出，用于车刀刀片(12)前刀面的冷却润滑；

其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：

步骤一、刀具切削刃的参数化表征；获取车刀刀片(12)主、副切削刃以及刀尖圆弧轮廓上部分型值点坐标，利用三次非均匀有理B样条构造通过上述部分型值点的刀具切削刃轮廓曲线；

步骤二、刀具位姿相关的时变切触状态分析；首先根据曲面实际切削过程调整刀具在工件坐标系中的初始位姿；建立刀具坐标系，其中坐标系的XOY平面位于切削平面内，坐标系原点位于菱形刀片的对称中心，Y轴与主、副切削刃的对称轴共线；在刀具坐标系下，将刀具切削刃轮廓曲线离散为点集P^o；建立工件坐标系，工件坐标系的X’OY’平面同样位于切削平面内，坐标系原点位于工件回转轴线与工件装夹面的交点处，Y’轴与工件回转轴线共线；利用矩阵平移操作使车刀刀位点即刀尖圆弧中心与工件坐标系原点重合，利用矩阵旋转操作使刀具主切削刃与Y’轴的初始夹角为的取值范围为60°～120°；经旋转平移操作后，工件坐标系下切削刃轮廓曲线的离散点集P^t由下式确定：

其中，k_θ为刀具主切削刃与副切削刃的夹角，T_x为刀具坐标系下刀尖圆弧中心的x向坐标，T_y为刀具坐标系下刀尖圆弧中心的y向坐标；

其次，计算切削刃与已加工、未加工表面的交点，两点间的轮廓距离即为当前刀具位姿下的切削刃接触长度，在曲面构件切削过程中随刀具位姿变化而变化；切削刃轮廓与曲面轮廓存在两个交点，其中主切削刃以及毗邻的刀尖圆弧与曲面轮廓的交点为P_N，副切削刃以及毗邻的刀尖圆弧与曲面轮廓的交点为P_G，点P_N即为刀具与待加工表面的交点；根据曲面几何与切削参数定义辅助直线，其与刀具切削刃的交点即为刀具与已加工表面的交点P_M；辅助直线的斜率由下式求出：

其中，θ_i为当前刀具位姿下曲面法向量与X’轴夹角，ap为刀具切深，f为刀具每转进给，R为曲面待加工表面在当前切削位置处的曲率半径；

最后，将刀具运动轨迹离散，遍历并计算各离散刀位点处刀具的切触状态，掌握曲面构件车削过程中刀具接触区域的移动规律以及移动范围；

步骤三、基于冷却介质覆盖区域分析的切触状态分解；根据曲面构件的材料属性选择冷却介质种类，利用风冷式冷水机(5)与可调节流阀(4)调整冷却介质的温度与流量；依据各通道管路冷却介质的喷出位置与喷出范围，将整个切触区域的移动范围顺序划分为三部分，分别定义为切触状态1、切触状态2和切触状态3；根据刀具进给速度以及曲面几何特征，计算上述三个切触状态的切削持续时间，分别记为t₁,t₂和t₃；因此，上述切触状态结束后的对应时刻分别为T1＝t₁,T3＝t₁+t₂和T5＝t₁+t₂+t₃；

步骤四、面向最优刀具冷却效能的电磁控制系统设计；基于设计的电磁控制系统完成液压回路的动作控制，按下常开按键开关S，电磁线圈Y1接通，指示灯L1点亮；此时第一电磁换向阀(6)由常闭状态切换为工作状态，液压主回路与第一液压支流回路连通；冷却介质通过第一内冷通道(91)，一部分穿过压板(11)内的冷却通道经第一喷嘴(111)喷出，实现主前刀面冷却及断屑功能，另一部分经第一内冷孔(97)喷出，解决主后刀面的冷却润滑问题；持续时间T1后，延时闭合线圈C1接通，关联的常开触点C11闭合，电磁线圈Y2接通，指示灯L2点亮，延时闭合线圈C2开始计时；此时第二电磁换向阀(7)由常闭状态切换为工作状态，液压主回路与第二液压支流回路接通；冷却介质通过第二内冷通道(93)，一部分穿过压板(11)内的冷却通道经第二喷嘴(113)喷出，实现刀尖圆弧处前刀面的冷却及断屑功能，另一部分经第二内冷孔(98)喷出，解决刀尖圆弧处后刀面的冷却润滑问题；在两切触状态过渡过程中，第一和第二液压支流回路同时接通，持续时间为T2；

随后延时闭合线圈C2接通，关联的常闭触点C22断开，指示灯L1熄灭，电磁线圈Y1断电，第一电磁换向阀(6)在弹簧作用下复位，恢复常闭状态，此时第二液压支流回路唯一连通；液压回路持续接通T3时间后，延时闭合线圈C3接通，关联的常开触点C33闭合，电磁线圈Y3接通，指示灯L3点亮，延时闭合线圈C4开始计时；此时第三电磁换向阀(8)由常闭状态切换为工作状态，液压主回路与第三液压支流回路接通；冷却介质通过第三内冷通道(95)，一部分穿过压板(11)内的冷却通道经第三喷嘴(114)喷出，实现副前刀面的冷却及断屑功能，另一部分经第三内冷孔(99)喷出，解决副后刀面的冷却润滑问题；在两切触状态过渡过程中，第二和第三液压支流回路同时接通，持续时间为T4；

随后延时闭合线圈C4接通，关联的常闭触点C44断开，指示灯L2熄灭，电磁线圈Y2断电，第二电磁换向阀(7)在弹簧作用下复位，恢复常闭状态，此时第三液压支流回路唯一连通；液压回路持续接通T5时间后，延时闭合线圈C5接通，关联的常闭触点C55断开，指示灯L3熄灭，电磁线圈Y3断电，第三电磁换向阀(8)在弹簧作用下复位，恢复常闭状态；此时完成当前切削参数条件下曲面构件的全域车削过程，电磁控制回路复位，所有液压支流回路均不接通；刀具退回到起始位置，在下次切削开始前重新按动常开按键开关S，即可重复液压回路上述动作过程，持续上述操作直至曲面构件切削完成。