论文部分内容阅读
金属切削加工过程中,切削液在提高加工效率、延长刀具寿命等方面发挥巨大作用,但过量使用切削液不仅会造成严重的环境污染、增加生产成本,而且还可通过直接接触或呼吸摄入的途径损害工人健康。具备低消耗、高效润滑使用特点的微量润滑技术,又称MQL技术,可在压缩空气作用下将润滑介质渗透至刀具切削区域,较传统湿切削的浇筑冷却法可更有效减少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之间的摩擦,提升工件加工质量。然而,MQL冷却介质难以精准喷淋至切削区域的技术特点极大阻碍了MQL技术的工程化应用。本文开展MQL冷却介质精准定点喷淋技术的研究,阐述了MQL技术及相关设备的研发背景、发展现状及科研成果,以实现切削区域主动精准冷却润滑为目标,针对外部MQL技术冷却介质喷射范围小的技术缺陷,设计、布局、开发了一套MQL冷却介质精准喷淋系统,包括可安装于数控机床主轴位置狭小空间内的MQL冷却介质精准喷淋系统机械结构,以及可对装置整体进行协同控制的MQL冷却介质精准喷淋系统控制系统两部分组成。在MQL冷却介质精准喷淋系统机械结构的研发中,根据系统安装环境、刀具检测属性以及冷却效果验证要求,提出了特定波段不可见激光指示和窄带滤光片过滤相结合的刀具末端坐标检测技术,设计高韧树脂3D打印结合弹性棒管身的轻量化随动关节加工方案,以及布局红外热成像机芯监测实时切温的预警策略,从而保证了系统的喷射精准性、反应灵敏性、安全可靠性。基于Matlab图像分析算法编译和GUI界面设计,开发MQL冷却介质精准喷淋系统的控制系统。在MATLAB软件平台上,编译可检测刀具几何参数的图像处理算法,实现刀具指示图像连通域外接矩形绘制,获取刀具伸出长度,其检测误差绝对值<0.08mm。基于VERICUT二次开发对NC程序进行预读修改,在加工过程中实时获取当前切削参数并串口通信至下位电路板及控制系统,结合预先检测的刀具伸长数据运算当前切削点位坐标,控制MQL随动关节运动并实现切削区域定点喷淋。基于钛合金MQL铣削试验,研究喷射角度、喷射距离、介质流量等MQL喷射参数对切削效果的影响规律,揭示各类喷射参数对工件加工质量的影响机制,基于Minitab软件针对试验结果进行仿真并获取MQL优化参数,为后续MQL冷却介质精准喷淋系统整体优化提供数据支持。