加工过程智能监测与控制案例分析

摘要:查阅文献期刊《深孔加工中切削液温度在线监测及控制》，现就加工过程智能监测及控制在深孔加工方面的应用作出以下分析。切削液在深孔加工中具有排屑、冷却和润滑等作用，深孔加工能否良好运行很大程度取决于切削液的状态，因此深孔加工过程中切削液温度的在线监测技术研究就显得尤为重要。在深孔加工过程中切削区处于半封闭环境下，切削区会产生大量切削热且很难散失，但是操作人员不能准确、及时的获知深孔加工过程的实时状态，所以深孔加工的在线监控研究具有重要意义【1】。在尽量不改变转速和钻头进给量、不损失加工效率的基础上，采用控制切削液流量的方法达到控制切削区域温度的目的。设计了自动降低钻头温度的装置，运用PT100温度模块实现数据的实时采集，并根据温度信号的大小，经过PLC自动调整控制切削液流量，完成深孔钻削系统的温度自动控制，实现了手动和自动模式的切换。

1  检测与控制对象及状态描述

深孔钻削系统的在线监测方案建立在不同工况信号基础上，主要有钻杆扭矩信号、钻杆振动信号、切削液油温信号等。深孔加工过程中如果出现状况，则与之对应的信号特征参数就会发生变化【2】。这里主要以切削液温度为监测信号，最终达到控制切削液流量的目标。

钻头、工件和切屑中聚集的大量热能是在深孔加工切削过程中产生的。切削将导致温度的急剧升高进而加剧刀具的损坏，并影响钻头的切削性能，这样会使被加工工件表面粗糙度升高，质量大幅降低，同时也将大大降低刀具的使用寿命，造成经济损失，对生产产生严重影响。因为深孔加工有别于普通的机械加工，前者处于半封闭状态下，因此切削产生的热量更容易集聚，难以散发，必须由切削液将大量的切削热带出，以降低切削区的温度。若在切削过程中钻头出现较严重的损毁或磨损，则刀具、工件和切屑之间的摩擦将会大幅增大，切削区温度将急剧上升，切削液的温度也将随之升高【3】。

试验发现，被加工工件的质量、刀具磨损以及深孔切削效率都与切削液温度之间有着不可分割的联系。所以，对切削液温度的实时在线监控研究将有助于操作人员准确了解深孔钻削环境并及时做出调整，加速深孔加工自动化技术的全方面发展。

2  采用的传感器及检测原理和控制原理

深孔钻床切削液温度变化范围不大，PT100温度传感器的温度采集范围为-200～+200℃。本文采用PT100采集切削液温度，根据试验将PT100放置于钻杆的排屑口处，接触到钻屑和切削液，温度的采集效果准确度高，但是考虑到此处切削液内携带大量的切屑，对PT100容易造成损坏【4】。因此将PT100放置在过滤装置的出口处。在此处采集温度可能会有部分误差，但影响不大。

控制系统采用PLC控制，整个控制系统包括PT100温度传感器、PLC、操作面板、变频器。开始工作时，切削液流经切削区域进行冷却，并携带切屑排出，经过滤装置后由PT100温度传感器测得切削液温度。PT100温度传感器将测得数据传到PLC的热电阻模块。PLC比较分析后用变频器控制液压泵转速，从而控制切削液的流量，达到智能冷却的目的。同时，PLC将数据发送到操作面板，实时显示控制系统的工作状态【5】。

3  检测控制过程描述

控制程序设置为手动控制和自动控制。当手动控制时，在操作面板上设置为“手动”，在此之前应先开启系统，检查各项指标是否正常；输入要求的温度值，PLC比较该温度值与此时采集到的切削液温度，调节液压泵转速，直到采集到的温度达到该数值。一般直接钻削浅孔时可用手动模式，同样深孔钻床在检修或变频器失灵时也可直接使用手动模式。手动启动时由对应的启动按钮完成并点亮指示灯，停止时由对应的停止按钮完成并熄灭指示灯。

当自动控制时，在操作面板上设置为“自动”，此时系统在PLC的控制下自动工作。系统将根据事先设置好的“温度—转速”曲线自动调节液压泵转速。保护钻头不会因温度过高而损坏，工件发生热变形而工件失效。“温度—转速”曲线可以在操作面板上进行设置。

4  总结

总体来说，文献中设计了一种基于PLC设计的深孔钻头降温装置，设有手动和自动两种工作模式，能够根据切削液的温度信号自动控制切削液流量，实现了深孔钻系统切削液温度在线监测的智能化控制。

软件操作方便且容易实现，硬件也容易连接，同时对工作环境要求较低，工作稳定可靠，占地面积小，适用于车间现场使用。

参考文献

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