冷却液质量稳定设备的实际应用研究

2021-09-28黄垣锋禤咏子杨健伦陈小莎黄伟朝

中国设备工程 2021年18期

黄垣锋，禤咏子，杨健伦，陈小莎，黄伟朝

（肇庆市技师学院，广东肇庆 526060）

关健词：在线检测装置；在线检测系统；质量稳定

在机械实际加工中，影响产品加工质量的因素有很多，如刀具、机械设备、切削用量、冷却液的质量等。在保证产品质量控制过程中,往往工作人员只关心刀具磨损和切削参数，而忽略冷却液质量变化所带来的影响。切削液质量的不稳定不仅会影响产品的表面质量和工件精度，还会加快刀具的磨损速度从而增加了生产成本，降低了生产效率。冷却液质量的稳定对出口的产品和特殊要求的产品尤其重要。

在企业加工过程中，解决冷却液质量稳定的方法有很多。对于大型加工企业通常采用集中供液的方法来解决质量问题。但对于中小加工企业来说，集中供液的改造成本高，常用人工方式来保证切削液的质量，这种方法效率低、效果还是很不好。为此研发一种多用途、适应性强、成本低、可移动、适合中小企业使用的冷却液质量稳定设备是十分有必要的。

1 冷却液的特点

机械加工水溶乳化液冷却液的主要作用分为润滑、冷却、清洗、防锈四个方面；润滑能减小加工切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具磨损速度，改善工件材料加工性能；冷却能有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度；清洗能除去生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，使切削刃口保持锋利，不影响切削效果；防锈是要求乳化液有防锈能力，防止环境介质及残存切削液中的油泥等腐蚀性物质对金属产生侵蚀。在机械加工中，乳化液质量的不稳定不仅会影响产品的表面质量和工件精度，还会加快刀具的磨损速度从而增加了生产成本，降低了生产效率。对于大型加工企业通常采用集中供液的方法来解决质量问题。但对于中小加工企业来说，集中供液的改造成本高，只能按照以往的比例来调配水溶乳化液的方式来保证质量。加工不同类型的产品时，乳化液的浓度不同，采用人工按照比例来添加，混合后造成机床乳化液浓度出现较大变化，对产品的质量控制不利，也造成刀具的加快磨损。

2 设备的构成

2.1 稳定设备示意图（图1）

图1

2.2 在线检测系统的优点

利用当前先进的光学检测仪器，对切削液浓度进行不间断的检测，系统根据设定的浓度值以及检测到的实际浓度值计算出浓度偏差，通过一定的控制算法，得出控制阀门的开度大小，从而控制乳化油向切削液箱的供油、水加注量。通过控制乳化油的进油量，使乳化油的加注量和清水加注量之比达到某一范围，即可保证切削液浓度值达到设定要求。

3 PLC的实际应用

随着电子应用技术的不断发展，大规模集成电路使用越来越广泛，PLC应用以其适应性广、可靠性高、灵活性强等的优点，正逐渐取代传统的人工操作。它不仅可以优化生产结构，同时提升工业生产的整体效率，从而降低生产效率，减少人员带来的不稳定，促使智能制造不断发展。PLC控制区即PLC可编程逻辑控制器，其硬件结构与微型计算机相同，分为电源、中央处理单元CPU、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块等。在工作过程分为输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，称作一个扫描周期，在运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

4 稳定设备工作原理

乳化液储存区通过原液泵和清水泵，分别连通原液储存区和清水储存区，乳化液储存区上设有支承板，支承板安装乳化液泵，乳化液储存区设置PLC控制区和在线检测装置。PLC控制区电连接在线检测装置、原液泵、清水泵和乳化液泵。

同时，乳化液储存区设有高硼磁棒、水位控制器和过滤区；PLC控制区电连接高硼磁棒和水位控制器。过滤区设有入水连接口，连接机床出水口；乳化液储存区设有出水连接口，连接机床入水口。

工作时，在线检测装置包括在线检测量杯，在线检测量杯中设有波美比重计，在线检测量杯的左下角和右上角，分别设置温度传感器和光电检测传感器，在线检测量杯的中部，设置位置传感器和限位溢流口。PLC控制区电连接温度传感器、光电检测传感器和位置传感器。

在线检测装置抽取乳化液样品，由波美比重计检测浓度数据，浓度数据由光电检测传感器读取，并传送给PLC控制区；PLC控制区接收到浓度数据后与设定标准进行对比，当浓度数据低于设定标准时，打开原液泵，关闭清水泵；当浓度数据高于设定标准时，关闭原液泵，打开清水泵；当浓度数据等于设定标准时，关闭原液泵和清水泵；PLC控制区通过控制清水泵和原液泵的工作时间，达到水位和流量的平衡。

通过触摸屏，可人工调整浓度数据设定标准，PLC控制区自动通过计算，控制清水泵和原液泵的工作时间，达到浓度数据设定标准。

在线检测装置检测乳化液样品合格后，由PLC控制区打开乳化液储存区的出水连接口开关，将乳化液输送给机床使用。机床使用过的乳化液，经过入水连接口进入过滤区，过滤后进入乳化液储存区，再次输送给机床使用。

设置高硼磁棒，当乳化液流经高磞磁棒时，磁棒的磁力将细小金属微粒吸起，防止乳化液由于渗入金属微粒而产生变质。

在生产过程中，PLC控制区利用水位控制器，对乳化液储存区的水位状态进行实时监测；当遇到加工生产消耗乳化液过多，乳化液储存区水位下降时，水位控制器发出报警并通知PLC控制区，PLC控制区自动打开原液泵和清水泵，补充乳化液容量。如因加工的原因造成乳化液的流出量减少，乳化液储存区的容量过多，水位控制器报警，则PLC控制区会关闭原液泵和清水泵，使乳化液储存区的容量稳定控制在设定的水平。

5 设备的有效效果

（1）在线检测装置抽取乳化液样品，检测浓度数据并传送给PLC控制区；PLC控制区对乳化液浓度数据实时监测，通过控制清水泵和原液泵的开关操作，使乳化液浓度保持稳定长久不变化。（2）需要不同的乳化液浓度时，只需要在触摸屏进行修改数据，PLC控制区会根据设定的数据进行自动计算，并自动通过控制清水泵和原液泵的开关操作，达到冷却液浓度数据标准，无须人工进行调配和测量。（3）设置过滤区，将一切固体杂质过滤清除，保证乳化液质量达标。（4）设置高硼磁棒，将细小金属微粒吸起，防止乳化液由于渗入金属微粒而产生变质。（5）本设备简单，实时控制乳化液，质量有保障，生产效率提高，具备应用价值。