一种数控机床智能冷却控制装置及控制方法与流程

本发明涉及数控加工，具体涉及一种数控机床智能冷却控制装置及控制方法。

背景技术：

1、在数控加工过程中，切削区域产生大量热量，若不能及时有效冷却，将导致刀具快速磨损、工件表面质量下降，甚至影响加工精度。传统的机床冷却方式通常采用环形布置的多个冷却喷嘴向刀头区域喷射冷却液，以实现对切削区域的冷却。

2、现有数控机床冷却系统主要存在以下技术问题：

3、1.各喷嘴冷却液流量固定，无法按需分配：现有冷却系统的各喷嘴流量为固定分配，无法根据切削过程中不同方向受力大小的差异进行动态调节。当工件形状复杂导致某一方向受力较大时，该区域因冷却液供给不足而冷却效果不佳，而受力较小区域却有过多冷却液喷淋，造成冷却液的浪费，影响切削区域的温度控制和加工质量。

4、2.冷却喷嘴位置固定，无法跟随刀具轴向位移：现有冷却系统中，冷却喷嘴通常固定设置于主轴箱上，其喷射位置相对于主轴箱固定。当刀具因加工深度不同而沿轴向伸出长度发生变化时，喷嘴的喷射方向无法同步跟随，导致冷却液无法准确喷射到实际切削区域，定点冷却效果变差，尤其在深腔加工或刀具伸出较长时问题尤为突出。

5、3.冷却控制各环节相互独立，缺乏智能化协同：现有冷却系统中，流量控制、位置调节与受力检测等功能模块各自独立运行，缺乏统一的协调控制策略。流量分配不受切削受力状态的实时指导，位置调节不受刀具伸出长度的实时驱动，导致冷却系统无法根据实际切削工况进行动态调整，智能化程度低。。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种数控机床智能冷却控制装置及控制方法，能够解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种数控机床智能冷却控制装置，包括：

4、数控机床本体，输出端设置有电主轴；

5、测力单元，设置于电主轴的力传递路径上，用于实时检测电主轴在至少两个正交方向上的受力分量；

6、承载板，沿竖直方向滑动设置于数控机床本体输出端，所述数控机床本体的输出端通过紧固件设置有第二装配座，所述承载板通过导轨滑动安装于第二装配座靠近电主轴的一侧；

7、流量分配单元，设置于承载板上，具有一个入口和多个出口，自调节其各出口的流量比例，且入口连接连接有冷却介质源；

8、冷却单元，设置于承载板下方，与流量分配单元的各出口对应连接，用于向电主轴刀头喷射冷却介质；

9、位置调节机构，设置于数控机床本体输出端和承载板之间，用于调节承载板竖直方向的位置；

10、控制器，分别与所述测力单元、流量分配单元、冷却单元及位置调节机构电连接；

11、其中，所述控制器接收所述测力单元的受力信号，根据各方向受力分量的比例关系，控制流量分配单元各出口的流量调节至冷却单元流量配比，受力较大的方向所对应的冷却执行元件获得较大的流量比例；

12、所述控制器还根据电主轴当前的加工深度信号，确定冷却单元沿电主轴轴向的目标冷却点位，并控制位置调节机构驱动冷却单元移动至目标冷却点位相对应的轴向位置。

13、优选的，所述数控机床本体的输出端通过紧固件设置有第一装配座，所述第一装配座的一侧表面固定设置有承载座，所述电主轴安装于承载座上。

14、优选的，所述流量分配单元包括环架、设置于环架上的阀壳、阀芯和电动执行器，所述环架设置于承载板顶端，所述阀壳内部形成有容纳腔，所述阀壳上开设有与容纳腔连通的入口和多个出口，所述阀芯转动设置于阀壳容纳腔内，所述电动执行器设置于阀壳顶端，且输出轴与阀芯的阀杆同轴固定连接，用于驱动阀芯在阀壳内旋转。

15、优选的，所述阀芯的侧壁与底端之间设有l形通道，所述l形通道的一端贯穿所述阀芯的底端与所述入口连通，另一端延伸至所述阀芯的侧壁形成侧壁开口，所述阀芯的圆周侧壁设有变径环槽，所述变径环槽与所述l形通道的侧壁开口相连通，所述变径环槽包括主流槽段、节流槽段以及连接于所述主流槽段与所述节流槽段之间的两个渐变槽段，所述主流槽段与所述侧壁开口相对应，所述节流槽段的弧度大于°。

16、优选的，所述主流槽段的槽宽大于节流槽段的槽宽，所述渐变槽段的槽宽由主流槽段向节流槽段逐渐减小。

17、优选的，所述冷却单元包括多个围绕所述电主轴的轴线圆周等距间隔分布的立座以及设置于相邻两个所述立座之间的弯杆，各所述立座上分别设有万向冷却喷嘴，所述万向冷却喷嘴朝向所述电主轴的刀头设置，所述弯杆的圆周侧壁与所述承载板的底端之间固定设置有立杆，所述万向冷却喷嘴与相对应的流量分配单元出口之间设置有软管。

18、优选的，所述位置调节机构包括丝杆和伺服电机，所述丝杆通过安装座转动安装于第二装配座的一侧表面，所述伺服电机的输出轴与丝杆固定连接，所述承载板与丝杆螺纹连接。

19、本发明另提出了一种数控机床智能冷却控制方法，包括以下步骤：

20、s1、受力检测：通过测力单元实时检测电主轴在至少两个正交方向上的受力分量，并将受力信号传输至控制器；

21、s2、流量分配：控制器根据各方向受力分量的比例关系，向流量分配单元发送控制指令，调节流量分配单元各出口的流量比例，使受力较大的方向所对应的冷却单元获得较大的流量比例；

22、s3、位置调节：控制器根据电主轴当前的加工深度信号，确定冷却单元沿电主轴轴向的目标冷却点位，向位置调节机构发送控制指令，驱动承载板带动冷却单元移动至与目标冷却点位相对应的轴向位置；

23、s4、冷却执行：冷却介质经流量分配单元分配后，由冷却单元向电主轴刀头喷射冷却介质，对切削区域进行定点冷却。

24、优选的，步骤s2中所述流量分配单元各出口的流量比例与各方向受力分量的大小成正比，受力越大的方向对应出口的流量比例越大。

25、优选的，步骤s3中所述控制器根据电主轴当前的加工深度信号确定目标冷却点位，当加工深度增大时，控制位置调节机构驱动冷却单元沿电主轴轴向向下移动，使冷却单元跟随刀头位置变化。

26、本发明的有益效果为：

27、1、通过设置由测力单元、流量分配单元及控制器构成的闭环流量调节系统，测力单元实时检测电主轴在至少两个正交方向上的受力分量，控制器根据各方向受力分量的比例关系，通过电动执行器驱动阀芯旋转，调节阀芯上变径环槽中各槽段与各出口之间的相对位置，利用主流槽段、节流槽段和渐变槽段的槽宽差异使各出口获得连续可调的流量比例，受力较大的方向所对应的冷却执行元件获得较大的流量比例；

28、得到的技术效果是：实现了冷却介质流量的按需分配与平滑调节，使切削过程中受力较大的区域获得更多的冷却介质，受力较小的区域获得相应的冷却介质，避免了传统均匀冷却方式下受力大区域冷却不足、受力小区域过度冷却的问题；同时，在总供液量不变的情况下，通过将冷却介质集中导向受力大的切削区域，提高了该区域冷却介质的局部流量和喷射压力，增强了冲屑效果，减少了切屑在切削区域的二次堆积和划伤风险，提高了冷却效率和加工质量。

29、2、通过设置由丝杆、伺服电机、承载板及导轨构成的位置调节机构，伺服电机驱动丝杆旋转，通过丝杆与承载板的螺纹配合将旋转运动转换为承载板的竖直直线运动，承载板带动冷却单元整体沿导轨竖直方向移动，控制器根据电主轴当前的加工深度信号确定目标冷却点位并控制位置调节机构实时跟随；

30、得到的技术效果是：实现了冷却单元沿电主轴轴向位置的精确调节与实时跟随，使冷却执行元件始终对准刀头切削区域，保证了冷却介质喷射位置的准确性，提高了定点冷却效果。

31、3、通过闭环流量调节系统的控制器同步协调测力单元的受力信号与位置调节机构的位移信号，在切削加工过程中根据受力分量的实时变化动态调整流量分配比例的同时，结合加工深度信息优化冷却执行元件的流量响应曲线，使流量分配与位置跟随在时间上保持同步，避免因控制时序偏差导致的冷却滞后或过度冷却；

32、得到的技术效果是：实现了受力检测、流量分配与位置调节三者之间的协同联动，使冷却系统在切削状态变化时能够同步调整喷射位置和流量配比，形成“受力驱动-位置跟随-流量匹配”的一体化智能控制逻辑，进一步提升了冷却响应的及时性和加工过程的稳定性。