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申请/专利权人：安阳工学院

摘要：本申请公开一种金属材料切削区温度控制装置，包括切削模块、温度监测模块和温度调节模块；切削模块包括刀具，温度监测模块包括测温仪镜头，测温仪镜头连接测温仪主机，温度调节模块包括中控机、温度控制系统，中控机与测温仪主机相连，中控机与温度控制系统相连接，温度控制系统分别与空气压缩机、液压泵、切削液供给系统连接，液压泵通过液压油路与直线液压缸相连；带雾化喷嘴冷风枪分别通过切削液油路、低温气路与切削液供给系统和空气压缩机相连；测温仪镜头实时采集切削区的温度，温度控制系统控制刀具刀尖与工件的切削间距、带雾化喷嘴冷风枪的气流和温度、切削液的喷射量来实现对切削区温度的调节，延长刀具的使用寿命。

主权项：1.一种金属材料切削区温度控制装置的控制方法，其特征在于：金属材料切削区温度控制装置包括切削模块、温度监测模块和温度调节模块，所述切削模块包括刀架1、刀具2，所述刀具2安装在刀架1上，工件3安装在机床卡盘4上；所述温度监测模块包括测温仪镜头10、光纤17、测温仪主机11，所述的测温仪镜头10通过光纤17连接测温仪主机11，所述镜头固定于支架底座5上，并正对切削区域刀具刀尖位置；所述温度调节模块包括中控机12、温度控制系统13、空气压缩机14、液压泵15、切削液供给系统16、切削液油路18、低温气路19、液压油路20、直线液压缸8、带雾化喷嘴冷风枪9；所述中控机12与测温仪主机11相连并接收信号，中控机12与温度控制系统13相连接并传递控制信号；所述温度控制系统13分别与空气压缩机14、液压泵15、切削液供给系统16连接，用以空气压缩机14、控制液压泵15、切削液供给系统16的启动和停止；所述液压泵15通过液压油路20与直线液压缸8相连；所述带雾化喷嘴冷风枪9分别通过切削液油路18、低温气路19与切削液供给系统16和空气压缩机14相连；所述带雾化喷嘴冷风枪9通过连接件7固连在直线液压缸8上；所述的直线液压缸8的壳体通过支架6固定在支架底座5上，所述的支架底座5固定在刀架1上，刀架1固定在溜板箱上；所述的空气压缩机14内设风速调节器的调节输出气流温度范围[tmin，tmax]，且线性可调；空气压缩机14内设风速调节器的气流流速下限为v0ms，流速调节倍率1～R线性可调，R为大于1的自然数；金属材料切削区温度控制装置的控制方法，包括如下步骤：准备阶段：步骤1：确定适切温度T0，根据工件3的材料的设定适切温度为T0；所述适切温度T0是基于不同切削区域温度下的切削实验，面向被切削零件的使用环境，通过对比表面残余应力、刀具磨损率、表面粗糙度等参数优选的最适宜的切削区域温度值，并同时设定带雾化喷嘴冷风枪9的喷嘴与刀具刀尖切削区间距为[Lmin，Lmax]，即Lmin至Lmax，此距离受空间结构限制，即直线液压缸8的活塞杆的移动范围；步骤2：建立带雾化喷嘴冷风枪9的喷嘴和工件3切削间距与润滑流量之间的关系函数：根据工件的材料确定喷射距离L0条件下的喷射流量为Q0，其数值根据切削线速度vc、等效切屑宽度w和边界摩擦油膜厚度h＝0.05μm确定，其中k0是保证油膜有效形成系数，设定为2，L0介于Lmin和Lmax之间，且其数值根据实际结构尺寸和喷嘴的喷射夹角进行设定；距离小于L0时，切削液流量损失忽略不计，距离大于L0且随着距离增加，由于喷嘴喷射角度存在，使喷射覆盖面增加，超出局部切削区域的切削液，流量损失约呈指数增长，建立随距离变化的指数型流量函数，Lx为带雾化喷嘴冷风枪9的喷嘴和工件3的切削间距；加工切削阶段：步骤1：测温仪实时测量切削区温度T，并将实时温度信号传递给中控机12，中控机12对比切削区温度T和适切温度T0，若实时温度T与适切温度为T0之间的差值的绝对值小于10℃，则中控机控制温度控制系统13保持当前切削状态，即保持当前的带雾化喷嘴冷风枪9的喷嘴与刀具的刀尖切削区间距和切削液喷射流量Q，以及空气压缩机14输出气流的温度和气流流速，使切削区温度保持在适切温度上下10℃范围内，否则执行下一步；步骤2:若步骤1中的实时的切削区温度T与适切温度为T0之间的差值的绝对值大于10℃，首先控制直线液压缸使喷嘴移动：当为正值时，温度控制系统13控制液压泵15，使直线液压缸8的活塞杆带动带雾化喷嘴冷风枪9的喷嘴朝向切削区域方向移动，移动的极限距离不小于Lmin；当为负值时，直线液压缸8活塞杆带动带雾化喷嘴冷风枪9的喷嘴朝远离切削区域方向移动，移动的极限距离不超过Lmax；直线液压缸8的活塞杆移动过程中通过测温仪主机11反馈的温度参数，直线液压缸8实时变化移动方向，直至切削区温度处于适切温度上下10℃范围内；同时在直线液压缸8的活塞杆移动过程中，中控机12根据直线液压缸8活塞杆实时位置参数，通过温度控制系统13按照公式调节切削液供给系统16的切削液喷射流量Q；温度控制系统13控制直线液压缸8调节喷嘴位置使切削区温度达到适切温度上下10℃范围内后；然后通过温度控制系统13调节空气压缩机14输出气流温度和气流流速实现带雾化喷嘴冷风枪9的喷嘴位置移动到喷射距离L0，具体调节方法：当LxL0时，调节空气压缩机14内设风速调节器，降低输出气流的温度和增加气流流速，温度控制系统13根据测温仪主机11实时反馈的温度数据，由中控机12发出调节信号，温度控制系统13控制直线液压缸8带动带雾化喷嘴冷风枪9的喷嘴远离切削区域，直至位置处于喷射距离L0，同时切削液流量也回归喷射流量Q0；当LxL0时，温度控制系统13调节空气压缩机14内设风速调节器，提高输出气流的温度和降低气流流速，温度控制系统13根据测温仪主机11实时反馈的温度数据，由中控机12发出调节信号，温度控制系统13控制直线液压缸8的活塞杆带动喷嘴朝向切削区域运动，直至位置处于喷射距离L0，同时切削液流量回归喷射流量Q0。

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