一种数控机床供油系统的制作方法

1.本发明涉及数控机床加工润滑领域，具体是一种数控机床供油系统。


背景技术：

2.数控机床的油液润滑一般采用集中润滑系统。即从一个润滑油供给源把一定压力的润滑油，通过各主、次油路上的分配器，按所需油量分配到各润滑点。数控机床的润滑点多而复杂，在供油系统使用的过程中，难以避免存在一定程度的管道堵塞、油泵部件提供压力不足等问题，在影响程度较低的情况下，管理人员若每次都立即进行停机检修则消耗的人力成本较大，若不进行处理则供油量不准确的问题无法得到解决。
3.另一方面，数控机床有不同的工作模式，在不同的工作模式下各部件的运动速度和主轴转速等参数有所不同，从而导致机床润滑所需的供油量有所不同；在加工过程中，机床产生的金属颗粒以及冷却液等物质对油品造成影响；此外，如果机床的冷却系统不足或冷却液循环不畅，就会导致机床内部温度过高，加速油品老化。因此，计算供油系统所需为机床提供的供油量需要参考多方面的因素，若供油量计算不准确则会导致供油过多浪费，或供油过少导致影响机床的加工精度和使用寿命。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的问题，本发明采用以下技术方案：一种数控机床供油系统,包括机床本体、状态反馈模块、运算模块和供油模块；所述状态反馈模块与机床本体和运算模块分别电连接，用于收集所述机床本体的状态信息并传输至运算模块；所述状态反馈模块包括温度监测单元、工作参数监测单元和油质监测单元；所述状态信息包括温度信息、工作参数信息和污油状态信息；所述供油模块用于根据所述供油信号为机床本体供油；供油模块包括若干流量传感器；所述流量传感器用于获取供油量数据并传输至所述运算模块；所述运算模块包括状态信息处理单元和pid运算单元；所述状态信息处理单元根据所述状态信息计算供油量目标值；所述pid运算单元用于根据所述供油量数据得到供油量实际值，根据所述供油量实际值和供油量目标值得到供油量误差，根据所述供油量误差输出供油信号至所述供油单元；所述供油模块还包括电磁比例阀；所述状态信息处理单元还根据温度状态信息和工作状态信息控制电磁比例阀；所述供油量目标值表示为：
5.其中，，为温度权重，为工作参数权重，为油质权重，为温度供油量目标值，为工作参数供油量目标值，为油质供油量目标值；所述温度供油量目标值表示为：
，其中，为预设的标准供油量，为各温度传感器获取的温度平均值，为标准工作温度，c为预设的温度修正常数；所述工作参数供油量目标值表示为：，，其中，f为切削力，为平均进给速度，为切削力系数，r为进给量，n为每分钟行程次数，t为行程时间，p为主轴转速，n为刀具刃数，为每刃刀具的进给深度，为加工道宽；为每刃刀具的进给深度，为加工道宽；所述油质供油量目标值表示为：，其中，k表示污油状态信息的参数个数，表示污油状态信息中的第i个参数，表示第i个预设状态值。
6.作为优选实施例，所述运算模块还包括数据存储单元，用于存储权重参数和所述预设状态值；所述权重参数包括所述温度权重、工作参数权重和油质权重，分别表示为：，其中，大于1。
7.作为优选实施例，所述温度供油量目标值、工作参数供油量目标值和油质供油量目标值由所述状态信息处理单元根据所述状态信息和预设状态值计算得到。
8.作为优选实施例，所述供油模块包括油泵、储油箱、用于连接油泵和机床本体的供油管道以及递进片式分流器；所述递进片式分流器用于将润滑油分配至若干个出油口，还用于对若干个出油口进行流量调节和控制;所述流量传感器设于每个所述出油口的位置。
9.作为优选实施例，所述油质监测单元包括颗粒计数器、磨粒传感器、含水率传感器和粘度传感器，用于获取所述污油状态信息。
10.作为优选实施例，所述供油信号具体为电流信号模拟值，表示为：，其中，，表示供油量误差，为所述供油量目标值，为所述供油量实际值，为比例系数、为积分系数、为微分系数，为当前时刻。
11.作为优选实施例，所述状态反馈模块还包括储油余量监测单元，所述储油余量监测单元与供油模块电连接，用于监测供油模块中的剩余油量。
12.作为优选实施例，还包括预警处理单元；所述预警处理单元分别与所述温度监测
单元、储油余量监测单元和机床本体电连接，用于发出警告或停止运行指令。
13.作为优选实施例，所述温度监测单元包括若干温度传感器；所述温度传感器设于机床本体的主轴、电机和变频器的位置安装温度传感器，用于获取所述温度信息。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过状态反馈模块采集温度信息、工作参数信息和污油状态信息，使系统根据多因素计算供油量目标值，从而更准确地使供油量满足数控机床的润滑需求；本发明通过在出油口设置流量传感器计算流经各润滑点的流量从而计算供油量实际值，并通过pid运算调整供油量实际值与供油量目标值之间的误差，从而进一步提高了系统供油量的准确程度；本发明通过预警处理单元对高温、油路堵塞以及储油量过低的情况进行预警处理，为机床提供了稳定的运行环境，极大地提高了系统的可靠性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例的数控机床供油系统的系统架构图；图2为本发明实施例的pid运算单元修正供油量的原理示意图。
实施方式
17.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
18.请参阅图1，本发明公开了一种数控机床供油系统,包括机床本体、状态反馈模块、运算模块和供油模块；所述状态反馈模块用于收集所述机床本体的状态信息并传输至运算模块。
19.所述运算模块用于根据所述状态信息计算供油量目标值并将供油信号发送至供油模块。
20.所述供油单元用于根据所述供油信号为机床本体供油。
21.进一步地，本发明的供油系统还包括预警处理单元，预警处理单元与机床本体电连接，用于发出警告或停止运行指令。
22.进一步的，状态反馈模块包括储油余量监测单元、温度监测单元、工作参数监测单元和油质监测单元。其中，储油余量监测单元连接供油单元以实时监测供油单元中的剩余油量。温度监测单元、工作参数监测单元和油质监测单元均与机床本体电连接。
23.机床加工精度受到温度的影响非常大，而数控机床润滑油通过在机床设备中循环
流动，可以吸收机床中产生的热量，起到冷却作用，防止机床设备过热而导致设备性能下降甚至损坏，本发明通过温度监测单元监测所述机床本体的温度信息，依此通过适量增加润滑油以控制机床的工作温度；进一步的，温度监测单元包括多个温度传感器，通过在机床关键部位如主轴、电机、变频器等位置安装温度传感器，通过温度传感器将温度数据传输到运算模块，依此进行供油量计算。
24.数控机床具有多种工作参数，以满足对部件的不同加工需求。在不同的工作参数下，各部件的运动速度和主轴转速等参数自然也有所不同，从而导致机床润滑所需的供油量有所不同。工作参数监测单元用于在所述机床本体切换工作参数时将工作参数信息传输至运算模块。
25.数控机床在加工过程中，由于磨削、切削等操作，会产生大量的金属颗粒，这些颗粒会对机床的精度和寿命产生影响。而即使经过磨屑收集和过滤等处理，润滑油在使用过程中也难免被污染，因此需要根据污油状态信息调节数控机床当前所需供油量，以保证在数控机床使用过程中及时更新润滑油。为此，本发明通过油质监测单元监测所述机床本体产生的污油状态信息。
26.进一步的，在本技术一优选实施例中，油质监测单元包括颗粒计数器、磨粒传感器、含水率传感器和粘度传感器，从而实现检测污油的粘度、水分、污染物含量和金属磨粒含量等指标，从而整理得到污油状态信息。
27.在本技术一优选实施例中，供油模块包括油泵、储油箱和用于连接储油箱和机床本体的多条供油管道。其中，油泵用于通过供油管道为机床本体供油，储油箱用于存储润滑油。储油箱与所述储油余量监测单元电连接，储油余量监测单元通过监测储油箱的储油量。
28.进一步地，供油模块还包括递进片式分流器。递进片式分流器连接所述多条供油管道以及机床本体，用于将输入的流体分配到多个出油口，并实现对各个出口的流量调节和控制，递进片式分流器包括主分配器和子分配器。供油模块的运行过程如下：油泵启动，润滑油进入到主分配器，润滑油推动与之相通的某一活塞运动直至该活塞到达终点，与此活塞对应的出油口便排出定量的油，进入到相对应的子分配器。活塞位置变化导致另一阀块的活塞压力油接通，当此活塞开始运动到终点。定量的油液排到相对应子分配器的进油管路中，只要润滑油存在，主分配器各个阀块活塞依次循环运动。相对应的出油口依次排出定量油液，进入到对应的子分配器。各子分配器由主分配器排出的油驱动，各出油口循环定量排油。泵停止供油时，各分配器活塞停在当前的位置。下一次供油周期开始，泵开始打油，各活塞由上次停止的位置继续开始运动打油。
29.供油模块在使用的过程中，难以避免存在一定程度的管道堵塞、油泵部件提供压力不足等情况导致供油量不够准确。在影响程度较低的情况下，管理人员无需立刻进行停机检修。但为保持供油量准确，供油模块还包括若干流量传感器，所述流量传感器设于递进片式分流器对应的各出油口处。流量传感器用于监测各出油口的供油量，以当某一供油点监测到的流量过低时，将供油量异常信息传输至预警处理单元，从而通过预警处理单元发出警告或停止运行指令。另一方面流量传感器将监测到的供油量数据传输至运算模块，用于pid运算从而修正实际供油量。
30.基于上述实施例，运算模块用于根据状态信息计算供油量目标值，其中状态信息包括温度信息、工作参数信息和污油状态信息。此外，状态信息还包括当前油量信息。
31.进一步的，运算模块包括状态信息处理单元、pid运算单元和数据存储单元。
32.数据存储单元用于存储预设状态值和运算过程中所需的各项参数。预设状态值包括标准工作温度、粘度、水分、污染物含量和金属磨粒含量等指标的预设值，与当前状态信息中的各项参数一一对应。另外，运算过程中所需的各项参数包括权重参数。权重参数包括温度权重、工作参数权重和油质权重，且满足，用于计算供油量目标值。各项权重参数的取值由机床管理人员配置，可以理解，机床管理人员可根据实际使用情况实时调节配置。
33.状态信息处理单元用于根据所述状态信息计算供油量目标值。具体的，状态信息处理单元根据温度信息、工作参数信息和污油状态信息计算得到温度供油量目标值、工作参数供油量目标值和油质供油量目标值，并读取数据存储单元存储的权重参数，依此计算得到在的条件下供油量目标值的表达为：，进一步地，温度供油量目标值表示为：，
34.其中，为预设的标准供油量，为各温度传感器获取的温度平均值，为标准工作温度，c为预设的温度修正常数，根据实际使用情况调整。
35.工作参数供油量目标值表示为：，，，
36.其中，f为切削力，为平均进给速度，为切削力系数，r为进给量，n为每分钟行程次数，t为行程时间，p为主轴转速，n为刀具刃数，为每刃刀具的进给深度，为加工道宽。
37.油质供油量目标值表示为：，其中，k表示污油状态信息的参数个数，在本实施例中k=4，表示污油状态信息中的第i个参数，分别表示污油状态信息中的粘度、水分、污染物含量和金属磨粒含量，表示预设状态值，至分别表示预设状态值中的粘度、水分、污染物含量和金属磨粒含量。
38.在一优选实施例中，状态信息处理单元还用于调整权重参数并传输至数据存储单元。在机床实际工作过程中，依靠权重参数计算得到的供油量目标值能符合多数情况的需求。但当状态信息中的温度信息、工作参数信息或污油状态信息某个值远大于其它值时，权重参数削减了该值对最终计算结果供油量目标值v的影响，从而可能引发供油量目标值计算不准确的问题。虽然机床管理人员能够对权重参数进行实时调整，但本实施例的状态信息处理单元根据温度供油量目标值、工作参数供油量目标值和油质供油量目标值对权重参数进行调整，能进一步提高自动化程度，以节省人力成本。权重参数具体表示为：
[0039][0040]
，
[0041]
其中，大于1，用于控制权重参数的增长速度，在本实施例中。当越大时，权重参数随供油量目标值、工作参数供油量目标值和油质供油量目标值增长的速度就越快，依此放大状态信息对供油量目标值v的影响。需要说明的是，在具体计算过程中，状态信息处理单元可对油量目标值、工作参数供油量目标值和油质供油量目标值进行一定比例的缩放、还原和取近似值处理，以减少计算量，从而达到理想的计算结果。
[0042]
基于上述实施例，供油量目标值v表示为：，
[0043]
可以理解，上述用于控制权重参数的增长速度的可根据实际情况选择。
[0044]
请参阅图2，为控制供油系统的稳态误差、动态响应和稳定性等问题，本技术通过pid运算单元对供油量进行修正。进一步地，状态信息处理单元还用于通过若干流量传感器监测的供油量数据计算得到供油量实际值。状态信息处理单元根据供油量实际值和供油量目标值的误差e(t)输入到pid运算单元中，然后根据pid算法调整电流信号的模拟值改变油泵的输出功率，使供油单元的供油量实际值维持在供油量目标值附近。
[0045]
，
[0046]
上式中，为t时刻电流信号模拟值，e(t)为供油量误差，为比例系数、为积分系数、为微分系数。在本技术中也称为供油信号。
[0047]
需要说明的是，在具体实施过程中，数据存储单元存储有供油最小量阈值，仅当供油量目标值v大于供油最小量阈值时，状态信息处理单元才会向pid运算单元传输数据以进
行电流信号模拟值的计算。
[0048]
在一优选实施例中，供油模块还包括电磁比例阀，电磁比例阀设置在供油管道上，包括电磁铁部分和阀芯部分。电磁铁部分用于阀芯的开合，阀芯部分通过开合控制润滑油的流量。
[0049]
基于上述实施例，状态信息处理单元还根据温度状态信息和工作状态信息输出电压信号至电磁比例阀，电磁比例阀中的电磁铁接受到电压信号，使阀芯移动，从而控制润滑油的流速大小。在本实施例中，除了实现准确的油量供应，还需要在供油时控制润滑油的流速。根据温度状态信息，当机床的工作温度过低时，润滑油会变得黏稠，流动性下降，如果流速过快会导致设备发生故障或损坏，此时需要降低润滑油的流速；当机床的工作温度过高时，除了前述增加供油量之外，还需要提高润滑油的流速以提高冷却效果。根据工作状态信息包括切削力、平均进给速度、主轴转速等参数调整润滑油的流速，使设备在高速运转时能及时补充润滑油，以减小部件之间的磨损。
[0050]
为保证机床的运行状态稳定，预警处理单元存储有预设的温度第一阈值、温度第二阈值、油量第一阈值和油量第二阈值。预警处理单元分别与温度监测单元、余量监测单元和机床本体电连接，一方面用于根据温度监测单元提供的温度状态信息，在温度超过预设的温度第一阈值时发出温度警报信号，在温度超过预设的温度第二阈值时向机床本体发出停止运行指令，以避免机床在过高温度下持续运行。另一方面，预警处理单元用于根据储油余量监测单元提供的储油量，在储油量低于预设的油量第一阈值时发出油量警报信号，在温度超过预设的油量第二阈值时向机床本体发出停止运行指令，以避免机床在油量过低的条件下运行。其中，温度警报信号和油量警报信号可以通过声音、机床面板、app通知等方式实现。
[0051]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0052]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0053]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0054]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0055]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式
体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。