一种冷却液喷嘴联动调节控制方法及系统与流程

本发明属于数控机床冷却液喷射控制，具体涉及一种冷却液喷嘴联动调节控制方法及系统。

背景技术：

1、数控加工中，冷却液喷射是控制切削区温度、降低刀具磨损、保障工件加工质量的重要手段。冷却液喷嘴相对于刀具切削点的空间位置，直接决定冷却液能否能否有效作用于切削区域，从而影响切削热的排出、刀具的润滑以及工件的尺寸精度和表面质量。

2、对于3轴、4轴数控机床，现有冷却液喷射系统普遍采用固定式管路设计，喷嘴的喷射落点相对于主轴的位置恒定不变。然而，实际生产中刀具参数具有多变性：不同刀具的悬伸长度差异大，刀具直径规格繁多，刀库装刀数量多且更换频繁。固定式冷却系统无法随刀具参数的变化而调整喷嘴位置，导致喷嘴与刀具切削点之间产生空间失配。一方面，喷嘴在轴向上无法始终覆盖实际切削位置，当使用悬伸长度较大的刀具进行深腔、深孔加工时，冷却液难以到达刀尖切削区，切削热积聚排散不畅，易引发刀具异常磨损以及工件尺寸精度、表面质量下降；另一方面，喷嘴在径向上与刀具表面的距离失配，当刀具直径变化时，喷嘴与刀具表面之间的径向间距不再处于预设范围，冷却液或冲击已加工表面，或因距离过近导致液流压力过大，造成工件表面损伤。

3、为缓解上述问题，现有技术通常依靠操作人员在更换刀具后手动调整喷嘴的位置和角度，以综合适配不同规格的刀具。然而，人工调整高度依赖操作人员的经验，每次调整的一致性和准确性难以保证，且频繁的人工干预降低了加工效率，难以实现喷嘴位置随刀具参数变化的自动、精确调节。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有数控机床冷却液喷嘴位置无法随刀具参数变化而自动、精确调节，导致喷嘴与刀具切削点之间的轴向间距和径向间距失配、进而影响冷却润滑效果的问题，提供一种冷却液喷嘴联动调节控制方法及系统。

2、为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：

3、一种冷却液喷嘴联动调节控制方法，用于数控机床，包括以下步骤：

4、获取刀具参数，所述刀具参数包括刀具长度参数和刀具直径参数；

5、基于所述刀具长度参数确定所述喷嘴的轴向位移量，并根据所述轴向位移量驱动所述喷嘴沿刀具轴向位移，以使所述喷嘴与刀具切削点保持预设轴向间距；

6、基于所述刀具直径参数确定所述喷嘴的径向位移量，并根据所述径向位移量驱动所述喷嘴沿刀具径向位移，以使所述喷嘴与刀具切削点保持预设径向间距。

7、进一步地，所述喷嘴的数量为至少两个，至少两个所述喷嘴布置于主轴的外周侧，各所述喷嘴分别由独立的驱动单元驱动；

8、在所述基于刀具长度参数确定所述喷嘴的轴向位移量，并根据所述轴向位移量驱动所述喷嘴沿刀具轴向位移的步骤中，具体包括：根据所述刀具长度参数确定各所述喷嘴的轴向位移量，并根据各所述轴向位移量驱动各所述喷嘴沿所述刀具轴向位移；

9、在所述基于刀具直径参数确定所述喷嘴的径向位移量，并根据所述径向位移量驱动所述喷嘴沿刀具径向位移的步骤中，具体包括：根据所述刀具直径参数确定各所述喷嘴的径向位移量，并根据各所述径向位移量驱动各所述喷嘴沿所述刀具径向位移。

10、进一步地，所述喷嘴包括分居所述数控机床的主轴相对两侧的第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴和第二喷嘴分别由独立的驱动单元驱动；

11、所述轴向位移量包括对应于第一喷嘴的第一轴向位移量及对应于第二喷嘴的第二轴向位移量；所述径向位移量包括对应于第一喷嘴的第一径向位移量及对应于第二喷嘴的第二径向位移量；

12、在所述基于刀具长度参数确定所述喷嘴的轴向位移量，并根据所述轴向位移量驱动所述喷嘴沿刀具轴向位移的步骤中，具体包括：根据所述刀具长度参数确定所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量，并分别驱动所述第一喷嘴和所述第二喷嘴沿所述刀具轴向位移；

13、在所述基于刀具直径参数确定所述喷嘴的径向位移量，并根据所述径向位移量驱动所述喷嘴沿刀具径向位移的步骤中，具体包括：根据所述刀具直径参数确定所述第一径向位移量和所述第二径向位移量，并根据所述第一径向位移量和所述第二径向位移量分别驱动所述第一喷嘴和所述第二喷嘴沿所述刀具径向位移。

14、进一步地，所述轴向位移量根据换刀前后的刀具长度参数确定，所述轴向位移量通过以下公式计算得到：

15、式（一）：

16、式（一）中，表示轴向位移量，表示换刀后的新刀具长度参数，表示换刀前的原刀具长度参数；

17、当所述刀具长度参数增大时，驱动所述喷嘴沿轴向向下位移；

18、当所述刀具长度参数减小时，驱动所述喷嘴沿轴向向上位移；

19、和/或，所述径向位移量根据换刀前后的刀具直径参数确定，所述径向位移量通过以下公式计算得到：

20、式（二）：

21、式（二）中，表示所述径向位移量，表示换刀后的新刀具直径参数，表示换刀前的原刀具直径参数；

22、当所述刀具直径参数增大时，驱动所述喷嘴沿径向背离刀具轴线方向位移；

23、当所述刀具直径参数减小时，驱动所述喷嘴沿径向朝向刀具轴线方向位移。

24、进一步地，所述基于刀具长度参数确定所述喷嘴的轴向位移量，并根据所述轴向位移量驱动所述喷嘴沿刀具轴向位移的步骤，在接收到所述数控系统发送的换刀完成触发信号时执行；

25、所述基于刀具直径参数确定所述喷嘴的径向位移量，并根据所述径向位移量驱动所述喷嘴沿刀具径向位移的步骤，仅在所述刀具直径参数发生变更时执行；

26、所述方法还包括：当所述喷嘴到达目标位置后，生成到位确认信号，所述到位确认信号用于供所述数控机床接收后启动主轴或执行切削进给。

27、本发明还提供了一种冷却液喷嘴联动调节控制系统，包括：

28、喷嘴；

29、驱动单元，与所述喷嘴连接，用于驱动所述喷嘴位移；

30、控制单元，与所述驱动单元通信连接，被配置为执行上述任一项所述的方法。

31、进一步地，所述数控机床的主轴外周侧设有至少两个所述喷嘴；

32、各所述喷嘴分别对应设置有独立的所述驱动单元；

33、所述控制单元控制各所述喷嘴沿刀具轴向同步位移，并分别控制各所述喷嘴沿各自径向位移。

34、进一步地，所述喷嘴包括分居所述主轴相对两侧的第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴和第二喷嘴分别由独立的驱动单元驱动；

35、所述驱动单元包括径向驱动子单元及轴向驱动子单元；

36、位于所述主轴其中一侧的径向驱动子单元用于驱动所述第一喷嘴沿第一径向方向位移；

37、位于所述主轴另一侧的径向驱动子单元用于驱动所述第二喷嘴沿第二径向方向位移；

38、所述第一径向方向与所述第二径向方向不同。

39、进一步地，所述控制单元独立部署于所述数控机床的数控系统控制逻辑之外；

40、所述控制单元与所述数控系统通信连接，用于接收所述数控系统发送的换刀完成触发信号和/或刀具参数，并向所述数控系统发送到位确认信号。

41、进一步地，所述控制单元还被配置为：预设安全限位范围，当所述喷嘴的位移超出所述安全限位范围时，停止驱动所述喷嘴运动并发出报警信号；

42、所述控制单元还被配置为：预设直径区间；

43、当所述刀具直径参数落入预设直径区间时，所述喷嘴的径向位移量为零；

44、当所述刀具直径参数超出所述预设直径区间时，所述控制单元基于换刀前后刀具直径差值计算所述喷嘴的径向位移量。

45、本发明相比现有技术具有以下有益效果：

46、控制单元基于换刀前后的刀具长度参数确定轴向位移量，并驱动喷嘴沿刀具轴向同步位移，使喷嘴与刀具切削点始终保持预设轴向间距；在使用长钻头、长柄铣刀进行深腔、深孔加工时，冷却液仍能够到达刀尖切削区，避免冷却液仅作用于刀柄或非切削刃部位，有利于切削热及时排散，缓解粘刀以及因润滑不足、热变形引起的孔径偏大、表面粗糙度超标等问题。

47、控制单元基于换刀前后的刀具直径参数确定径向位移量，刀具直径增大时驱动喷嘴沿径向背离刀具轴线退让、刀具直径减小时朝向刀具轴线贴近，使喷嘴与刀具表面保持预设径向间距；在使用面铣刀、盘刀等大直径刀具精加工时，能够避免冷却液以偏差过大的间距冲击加工区域，或因距离过近、液流压力过大而带动金属碎屑刮花工件表面，有利于保障工件外观质量。

48、主轴相对两侧的喷嘴分别由独立的驱动单元驱动，两侧喷嘴沿刀具轴向同步位移以保证喷射高度一致、沿不同径向方向分别位移以避免运动干涉，使刀具切削区的相对两侧均获得冷却，冷却覆盖更为充分。

49、喷嘴位置以换刀完成触发信号自动启动调节，位移量随刀具参数自动计算、自动到位，无需操作人员在每次更换刀具后手动弯折冷却管或调整冷却管的支撑位置，对人员经验依赖较弱，有利于保证多次调节的一致性和准确性。

50、控制单元独立部署于数控系统核心控制逻辑之外，经通信接口获取刀具参数并回传到位确认信号，无需改动数控机床原有控制程序即可实现联动调节，适用于各类品牌机床的智能化升级，存量机床改造门槛低。

51、喷嘴到达目标位置后生成到位确认信号，供数控机床接收后再启动主轴或执行切削进给，能够避免喷嘴未到位即开始切削；径向位移仅在刀具直径变更且超出预设直径区间时执行，落入区间时位移量为零，减少了无效动作和执行机构磨损；软限位与机械限位构成双重限位保护，异常时停止驱动并报警，有利于防止喷嘴超程撞机、提升运行可靠性。