CN109648396A - 外冷式微量润滑机械手、机床及润滑方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外冷式微量润滑机械手、机床及润滑方法，属于润滑技术领域。上述外冷式微量润滑机械手包括悬挂结构、机械臂、控制器和油雾生成装置，悬挂结构用于将机械臂与机架固定连接，机械臂的自由端设置有喷嘴；油雾生成装置与喷嘴连接，控制器能够控制机械臂运动使得喷嘴将油雾喷到加工区域。使用时，控制器根据刀具的类型和工件材料等加工工况来选择对应的润滑参数；检测元件根据加工位置的实时变化通过控制器控制第一电机和第二电机转动，从而调整喷嘴的位置。上述设计使得喷嘴能够一直保持对切削区域的有效润滑和冷却，既能避免浪费润滑剂，又能保证工件质量的稳定性。

Description

外冷式微量润滑机械手、机床及润滑方法

技术领域

本发明涉及润滑技术领域，具体而言，涉及一种外冷式微量润滑机械手、机床及润滑方法。

背景技术

微量润滑通常指将压缩气体与极微量的润滑油混合汽化后形成含有微米级的液滴油雾，通过喷嘴高速喷射到切削区域，从而对切削区域进行有效的冷却和润滑的润滑方式。现在市场上出现的外冷式微量润滑机械手的喷嘴位置调整以手动进行的方式为主，在每次切削工具的长度变化时反复调整,存在花费时间的问题。

因此，提供一种可实时、自动调整微量润滑参数的外冷式微量润滑机械手，对使用微量润滑冷却方法的加工制造有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外冷式微量润滑机械手，其能够根据加工工况实时调整润滑位置。

本发明的另一目的在于提供一种机床，其采用了上述润滑装置。

本发明的另一目的还在于提供了一种微量润滑方法，其采用了上述机床，能够根据加工情况实时调整润滑参数。

本发明是这样实现的：

一种外冷式微量润滑机械手，包括：

悬挂结构；

机械臂，所述机械臂包括连接杆和喷油杆，所述连接杆的一端与所述悬挂结构可转动连接，另一端与所述喷油杆可转动连接；所述喷油杆的自由端设置有喷嘴；

所述悬挂结构上设置有第一电机，所述第一电机与所述连接杆传动连接，用于驱动所述连接杆转动；所述连接杆与所述喷油杆的连接处设置有第二电机，用于驱动所述喷油杆转动；

控制器和检测元件，所述控制器与所述第一电机和所述第二电机电连接，所述检测元件与所述控制器电连接，用于检测加工工况；

油雾生成装置，所述油雾生成装置与所述喷嘴连接，用于给所述喷嘴提供油雾。

进一步；

所述油雾生成装置包括空气压缩机、油箱、气动泵和油气混合阀，所述空气压缩机与所述气动泵分别与所述油气混合阀连接，所述气动泵与所述油箱连接；

所述油气混合阀与所述喷嘴连接。

进一步；

所述油雾生成装置还包括电磁阀和空气处理器，所述电磁阀和所述空气处理器设置在所述空气压缩机和所述油气混合阀的连接管路上。

进一步；

所述连接杆和所述喷油杆均为中空结构，所述气动泵、油气混合阀、空气处理器和所述电磁阀均设置在连接杆中；所述油气混合阀与所述喷嘴的连接管路设置在所述喷油杆中。

进一步；

所述连接杆包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与所述悬挂结构可转动连接，另一端与所述第二连杆可转动连接；所述第二连杆与所述喷油杆可转动连接；

所述第一连杆与所述第二连杆的连接处设置有第三电机；所述第三电机与所述控制器电连接。

进一步；

所述第一连杆上套设有轴承，所述第一连杆通过所述轴承与所述悬挂结构连接。

进一步；

还包括防护罩，所述防护罩与所述悬挂结构连接，所述控制器和所述第一电机均设置在所述防护罩中。

进一步；

所述控制器为单片机或PLC。

一种机床，其特征在于，所述机床包括主轴、机架以及所述的外冷式微量润滑机械手，所述悬挂结构与所述机架连接；所述控制器包括存储单元、读取单元和控制单元，所述存储单元和所述读取单元分别与所述控制单元电连接。

一种微量润滑方法，所述润滑方法使用了所述的机床，其特征在于，包括以下步骤：

a.将润滑方案信息预先存储在存储单元中；润滑方案信息包括加工参数和与加工参数对应的润滑参数，加工参数包括刀具型号、主轴转速、刀具材料、工件材料、机床温度、加工位置；润滑参数包括润滑油喷出速度、润滑位置、流量和气压；

b.启动主轴和润滑装置，润滑装置根据加工参数的变化实时调整润滑参数。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的外冷式微量润滑机械手及机床，使用时，主轴带动工件转动；刀具做进给运动。控制器根据刀具的类型和工件材料等加工工况来选择对应的润滑参数；检测元件根据加工位置的实时变化通过控制器控制第一电机和第二电机转动，从而调整喷嘴的位置。上述设计使得喷嘴能够一直保持对切削区域的有效润滑和冷却，既能避免浪费润滑剂，又能保证工件质量的稳定性。

上述微量润滑方法使得润滑装置能够根据不同工况实时调整润滑参数，从而优化润滑方案，最大限度地提高工件加工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明提供的外冷式微量润滑机械手的整体示意图；

图2是本发明提供的外冷式微量润滑机械手中数控装置和机械臂的结构示意图；

图3是本发明提供的外冷式微量润滑机械手的内部结构示意图；

图4是本发明提供的机械臂内部结构示意图；

图5是本发明提供的控制箱的结构图；

图6是本发明提供的可调整的角度参数图；

图7是本发明提供的可变化空间位置图。

图标：1-主轴；2-卡箍；3-控制箱；4-悬挂结构；5-空气压缩机；6-第三电机；7-油箱；8-连接杆；9-喷嘴；10-工作台；11-工件；12-刀具；13-夹具；14-控制器；15-防护罩；16-第一电机；17-连接件；18-轴承；19-第二电机；20-油气混合阀；21-气动泵；22-气动阀；23-电磁阀；24-空气处理器；25-固定板。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参考图1和图2，本实施例提供了一种外冷式微量润滑机械手，其主要用于机床在加工工件11时对工件11进行润滑，并根据加工工况实时调整润滑方案。上述外冷式微量润滑机械手包括悬挂结构4、机械臂、控制器14和油雾生成装置，悬挂结构4用于将机械臂与机架固定连接，机械臂的自由端设置有喷嘴9；油雾生成装置与喷嘴9连接，控制器14能够控制机械臂运动使得喷嘴9将油雾喷到加工区域。

具体地，请参考图1-图6，悬挂结构4为卡箍式的连接结构，其一端用于与机架连接，另一端用于设置有控制箱3，控制箱3包括防护罩15；控制器14设置在防护罩15内。防护罩15的下部设置有安装孔，安装孔内设置有轴承18，轴承18用于安装机械臂。防护罩15内还设置有第一电机16，用于与机械臂传动连接，并驱动机械臂转动。上述结构使得第一电机16和控制器14等均集成在防护罩15内，不仅使得整体结构比较紧凑，还能对控制器14起到防护作用。

机械臂包括连接杆8和喷油杆；连接杆8的一端与悬挂结构4可转动连接，另一端与喷油杆可转动连接，喷油杆的自由端设置有喷嘴9。连接杆8的上端与悬挂结构4上的第一电机16传动连接，第一电机16能够驱动整个机械臂绕竖直轴转动，从而带动喷油嘴在水平面内转动。喷油杆与连接杆8的铰接处设置有第二电机19，第二电机19用于驱动喷油杆在竖直平面内转动，从而改变喷油嘴喷油高度。

进一步，为了增大喷油嘴高度调节的幅度，连接杆8包括相互铰接的第一连杆和第二连杆，第一连杆的上端与悬挂结构4连接，下端与第二连杆铰接。第一连杆和第二连杆的铰接处设置有第三电机6，第三电机6用于驱动第二连杆在竖直平面内转动，第二连杆带动喷油杆移动，从而使得喷油嘴相对于工件11的高度相应变化。

油雾生成装置包括空气压缩机5、油箱7、气动泵21、电磁阀23、空气处理器24和油气混合阀20。空气压缩机5与空气处理器24直接连接，从空气压缩机5出来的压缩空气经过空气处理器24处理后经过节气阀进入到电磁阀23中，电磁阀23与油气混合阀20连接。油箱7通过软管与气动泵21连接，气动泵21将润滑油抽出后通过连接管输送到油气混合阀20中。润滑油和压缩空气在油气混合阀20中混合形成油雾，并在压缩空气的作用下通过喷嘴9喷出。上述空气处理器24主要用于将压缩空气中的水分等去除，以便于降低油雾的含水量，提高润滑效果。电磁阀23用于控制压缩空气的通断。

进一步，连接杆8和喷油杆均为中空结构，气动泵21、油气混合阀20、空气处理器24和电磁阀23均设置在连接杆8中；油气混合阀20与喷嘴9的连接管路设置在喷油杆中。上述设计使得油雾生成装置的大部分连接管路以及相应元件均集成在机械臂中，使得整体结构紧凑；并能够防止机械臂运动时损坏连接管路和元件，提高了装置的整体可靠性。

本实施例中，控制器14采用了PLC，检测元件包括位置传感器以及速度传感器。位置传感器实时监测刀具12的切削位置，速度传感器实时监测主轴1转速；通过检测元件传回的数据，控制器14控制油雾生成装置提供相应的油雾。

本实施例提供的润滑装置的工作原理如下：

本装置中三个电机所能旋转的角度参数θ1、θ2、θ3。当控制器14读取到机床刀具12变化时，如一号刀具12杆长L1、直径D1变成二号刀具12L2、D2时，***选择预先设定好的二号刀具12最佳喷嘴9位置方案，再通过第一电机16、第二电机19、第三电机6的旋转，改变角度为θ1'、θ2'、θ3'，达到最佳方案位置。

如图7所示，图7是本装置所能达到的空间位置示意图，16-第一电机16能实现水平方向360°旋转，6-第二电机19能实现竖直方向180度方向旋转，19-第三电机6能带动9-喷嘴9在竖直方向近360°方向旋转。

本实施例提供的润滑装置的有益效果如下：

由于常规的微量润滑方式无法实时地调整微量润滑参数(流量、流速、气压、喷射角度、靶距等)，而加工工况往往是不断变化的，如不同的切削深度需要不同的润滑液，切削液不能调整会导致温度升高或者切削液的浪费，又如刀具12角度改变后直接挡住切削液喷射，切削液不能喷射在加工区域，直接失去润滑冷却能力。因此无法调整的外冷式微量润滑机械手会使得加工区域润滑和冷却性能低于预期效果，导致加工质量不稳定，严重时甚至直接造成工件11的报废。而本实施例中的润滑装置能够根据加工工况的实时变化来实时调整润滑方案，避免了润滑剂的浪费，提高了润滑效果和冷却效果；并且能够保证工件11质量的稳定性。

实施例2：

本实施例提供了一种机床和润滑方法，机床包括主轴1、机架以及实施例1中的外冷式微量润滑机械手，悬挂结构4与机架连接；控制器14包括存储单元、读取单元和控制单元，存储单元和读取单元分别与控制单元电连接。

润滑方法使用了机床，包括以下步骤：

a.将润滑方案信息预先存储在存储单元中；润滑方案信息包括加工参数和与加工参数对应的润滑参数，加工参数包括刀具12型号、主轴1转速、刀具12材料、工件11材料、机床温度、加工位置；润滑参数包括润滑油喷出速度、润滑位置、流量和气压；

b.启动主轴1和润滑装置，润滑装置根据加工参数的变化实时调整润滑参数。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种外冷式微量润滑机械手，其特征在于，包括：

悬挂结构；

机械臂，所述机械臂包括连接杆和喷油杆，所述连接杆的一端与所述悬挂结构可转动连接，另一端与所述喷油杆可转动连接；所述喷油杆的自由端设置有喷嘴；

所述悬挂结构上设置有第一电机，所述第一电机与所述连接杆传动连接，用于驱动所述连接杆转动；所述连接杆与所述喷油杆的连接处设置有第二电机，用于驱动所述喷油杆转动；

控制器和检测元件，所述控制器与所述第一电机和所述第二电机电连接，所述检测元件与所述控制器电连接，用于检测加工工况；

油雾生成装置，所述油雾生成装置与所述喷嘴连接，用于给所述喷嘴提供油雾。

2.根据权利要求1所述的外冷式微量润滑机械手，其特征在于：

所述油雾生成装置包括空气压缩机、油箱、气动泵和油气混合阀，所述空气压缩机与所述气动泵分别与所述油气混合阀连接，所述气动泵与所述油箱连接；

所述油气混合阀与所述喷嘴连接。

3.根据权利要求2所述的外冷式微量润滑机械手，其特征在于：

所述油雾生成装置还包括电磁阀和空气处理器，所述电磁阀和所述空气处理器设置在所述空气压缩机和所述油气混合阀的连接管路上。

4.根据权利要求3所述的外冷式微量润滑机械手，其特征在于：

所述连接杆和所述喷油杆均为中空结构，所述气动泵、油气混合阀、空气处理器和所述电磁阀均设置在连接杆中；所述油气混合阀与所述喷嘴的连接管路设置在所述喷油杆中。

5.根据权利要求1所述的外冷式微量润滑机械手，其特征在于：

所述连接杆包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与所述悬挂结构可转动连接，另一端与所述第二连杆可转动连接；所述第二连杆与所述喷油杆可转动连接；

所述第一连杆与所述第二连杆的连接处设置有第三电机；所述第三电机与所述控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的外冷式微量润滑机械手，其特征在于：

所述第一连杆上套设有轴承，所述第一连杆通过所述轴承与所述悬挂结构连接。

7.根据权利要求1所述的外冷式微量润滑机械手，其特征在于：

还包括防护罩，所述防护罩与所述悬挂结构连接，所述控制器和所述第一电机均设置在所述防护罩中。

8.根据权利要求1所述的外冷式微量润滑机械手，其特征在于：

所述控制器为单片机或PLC。

9.一种机床，其特征在于，所述机床包括主轴、机架以及权利要求1至8任一项所述的外冷式微量润滑机械手，所述悬挂结构与所述机架连接；所述控制器包括存储单元、读取单元和控制单元，所述存储单元和所述读取单元分别与所述控制单元电连接。

10.一种微量润滑方法，其特征在于，所述润滑方法使用了权利要求9所述的机床，其特征在于，包括以下步骤：

a.将润滑方案信息预先存储在存储单元中；润滑方案信息包括加工参数和与加工参数对应的润滑参数，加工参数包括刀具型号、主轴转速、刀具材料、工件材料、机床温度、加工位置；润滑参数包括润滑油喷出速度、润滑位置、流量和气压；

b.启动主轴和润滑装置，润滑装置根据加工参数的变化实时调整润滑参数。