數控車床智能車刀冷卻系統的研發與改造

董炳洪，練冬蘭，吳偉迎

（云浮市中等專業學校，廣東 云浮 527300）

1 背景技術

隨著機械制造技術的飛速發展，在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。其中，數控機床在各個機械制造企業現已得到了廣泛的應用。

多年來，本校與本地企業進行來料加工的校企合作教學實訓過程中，發現本校數控車床在加工中冷卻系統因過于簡單，造成車刀刀頭冷卻不充分，工件加工質量難以控制而生產效率降低和易產生安全事故等問題，為了解決上述問題，通過師生反復研究，研發出第一代機械式車刀冷卻裝置，并獲得國家專利授權證書。第一代車刀冷卻裝置的使用雖然使生產效率提高了一些，但未能發威到至極，隨著自動檢測、智能控制技術的不斷發展和應用，在第一代冷卻裝置如何加入智能控制成了師生在課余時間討論的話題，經過一年多的實踐研究和反復實驗，攻克了很多難題，終于在第一代的基礎上加入了智能控制技術，研發出第二代數控車床車刀智能控制裝置，并獲得國家專利授權證書。該裝置的成功研發，即解決實際存在問題，又以專利申請為推手，鼓勵學生創作創新作品，申請國家專利，獲得成就感；以創意活動為著力點，組織學生開展豐富多彩的創新教育活動，給每個學生創新的權利和展示的機會。

2 設計目的與科學創新

2.1 設計目的

本裝置設計目的通過在第一代的基礎上加入了自動檢測和智能控制技術，達到自動檢測，自動控制冷卻液的排出，從而簡單、有效、安全地解決存在問題。

2.2 科學創新

（1）本裝置的創新點在于自主研發，國內首創，第一代機械式車刀冷卻裝置已獲得國家專利授權。在第一代冷卻裝置基礎上加入了智能控制技術，研發出第二代數控車床車刀智能控制裝置，亦獲得國家專利授權。

（2）設計巧妙。本裝置關鍵技術在于安裝在進水座內的中間旋轉軸能將冷卻液巧妙地引流到出水座，出水座隨著刀架旋轉而進水座不旋轉。出水座上安裝有四個對稱的常閉電磁閥水開關，在數控車床刀架換刀時，冷卻系統能在感應系統控制下，通過電磁閥水開關自動打開現工作刀位的冷卻液出水口，非工作刀位的電磁閥水開關因無感應信號而自動關閉，自動打開后的出水口會高速噴出冷卻液，及時冷卻工作刀具，從而提高刀具工作壽命，減少工人工作勞動強度，增加工人操作安全系數。

（3）能有效地解決現在數控車床在加工過程中冷卻液與刀具移動不一致的問題，使刀具在加工過程中得到充分的冷卻，解決因冷卻問題而產生的事故。

（4）解決我國目前大多數前置刀架數控車床單管冷卻系統的弊端，提高企業的生產效率與產品質量，促進社會經濟效益。

3 基本設計思路

在第一代冷卻裝置的基礎上增加安裝智能感應自動探測啟動系統，讓數控車床在加工的過程中或換刀后，需要加工的刀位能自動感應出水，并準確噴射冷卻液冷卻刀具。在對原機床不作太大改動,把在前置刀架的刀架頂部,通過輸人組件把原機床冷卻管與研究的冷卻裝置的進水座連接,使冷卻液從進水口經中間旋轉軸引流到出水座，安裝在出水座上的電磁閥的輸出用銅管(或可調冷卻管)把冷卻液引出到各把車刀的刀頭上,直接對準刀具進行冷卻。在數控機床換刀操作過程中，冷卻裝置能在信號感應系統控制下，通過電磁閥水開關自動打開現工作刀位的冷卻液出水口，非工作刀位的電磁閥水開關因無信號感應而自動關閉，自動打開后的出水口會高速噴出冷卻液，及時準確冷卻工作刀具，從而提高刀具的工作壽命，減少工人工作的勞動強度，增加工人操作的安全系數。

4 具體實施方式

參照圖1，數控車床車刀智能冷卻裝置，包括有輸入連接組件1，進水座（進水座內有中間旋轉軸，該軸巧妙設計成外圓與中心半通孔，中間旋轉軸的兩邊用軸承及油封固定在進水座內，并且另一端與出水座相連，進水座內還安裝有電源轉換器，電源線通過進水座側面一小孔引出連接到機床電柜內，進水座的兩頭用端蓋密封）2，出水座3，信號感應塊4，感應器5，電磁閥6，輸出管7 等組件組成。

圖1 數控車床車刀智能控制裝置結構圖

原冷卻管通過輸入連接組件1 與進水座相連，機床冷卻液通過冷卻管及輸入連接組件進入中空的進水座，再通過設計巧妙的中間旋轉軸使冷卻液只能來往于中間軸另一端相連的密封出水座3 內，出水座圓周上均勻分布有4 個常閉電磁閥6 及位置感應器，當機床換刀時，出水座隨刀架轉動，但進水座不轉動，工作用刀對應的位置感應器5 轉到感應塊4下方并觸發到信號，從而觸發常閉電磁閥打開，冷卻液即從出水座內通過電磁閥及連接管噴到工作刀頭上。而其他電磁閥因無信號感應就沒有打開。本裝置通過用兩條固定鐵片安裝在原刀架上即可使用。

5 技術優勢

本冷卻裝置技術優勢如下。

（1）結構簡單。本裝置制造成本低廉,由進水座、中間旋轉軸、軸承、油封、出水座、軸承、電磁閥開關、電源轉換器、噴水管、感應器、感應控制塊、下固定鋼板及電線等組成。

（2）性價比高。國內外目前對數控車床智能外冷系統的優化研究還比較少，研究方向主要為內冷式刀具，如蘇聯多尼雅金斯克工學院成功研制了一種自備冷卻系統的車刀，但是此類刀具價格昂貴，如果使用這些刀具，將會大大提高制造成本。

（3）安全性高。由于傳統車床在加工時，需要工人不斷擺動冷卻管對刀具噴射冷卻液，不能保護工人的人身安全，容易造成危險。應用本裝置后，出水座隨刀架旋轉，刀頭在任何時候、任何位置都能得到充分的冷卻液，全過程無須人工操控，能保障工人的生產安全。

（4）安裝簡單。對原車床改動不大。安裝后，能有效地解決傳統冷卻的存在問題，延長車刀的使用壽命。

（5）操作簡單。一個工人能輕松地操作幾臺數控車床同時加工，大大提高加工產品的效率。

6 推廣前景及市場優勢

（1）推廣容易。由于本裝置結構簡單、性價比高、安裝操作簡單等優勢，已在多間數控加工廠成功試用，根據后期的問卷回訪情況，滿意度高達95%，經實際測算，刀具壽命延長了約50%。

（2）國內專利，可移植性高。本裝置已成功申報了國家專利并獲得授權。由于本裝置按照數控車床實際車刀冷卻裝置標準設計，可適用于當前絕大部分的前置刀架的數控車床。

（3）具有市場優勢。本實用新型裝置的研發完全從延長刀具使用壽命和降低工人勞動強度的角度考慮，制作簡單，成本低廉，安全有效，可以大規模生產、推廣。