[发明专利]一种以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置及其方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种控制装置及其控制方法，具体涉及一种以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置及其方法。

背景技术

    传统的浇注式冷却磨削加工使用大量的磨削液，一方面污染环境，危害工人身体健康；另一方面也会增加机械制造业的加工成本。环境和资源问题是当前和今后人类社会面临的主要问题。因此，研制开发无毒无害且可降解的绿色磨削介质及其冷却润滑技术是绿色磨削技术研究的一个重要方向。

试验证明，合理选择冷却润滑剂可充分发挥其性能，节约加工成本，减少冷却润滑剂对环境的污染；因此，对冷却润滑剂进行优化选择是减少加工过程中冷却润滑剂污染的重要途径之一。水蒸气具有清洁无污染，易制取且不用回收处理等特点，不但符合绿色制造基本要求且具有良好的冷却润滑性能。为防止加工后零件发生生锈现象，进一步提出了采用过热水蒸气作为磨削冷却润滑剂，这就使得对以过热水蒸气作为冷却润滑剂的绿色评价体系的研究具有十分重要的意义。为了使过热水蒸气作冷却润滑剂的优化选择提供一定参考依据，必须进行相应的以过热水蒸气作冷却润滑剂的磨削实验，但是目前市场上没有能够实施这种实验的控制装置。

故，亟需开发一种以过热水蒸气为磨削冷却液的控制装置及方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置及其方法，该装置和方法能够为磨削加工提供状态稳定、参数可控的过热水蒸气参数，对磨削过程中各种物理现象的表征参数的实时采集、统计、分析，对磨削效果进行控制。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置，包括计算机控制模块、水蒸气发生器、二次加热模块、模拟磨削区模块和分别与计算机控制模块连接的气体比例电磁阀、二次加热控制器和信号放大板，所述水蒸气发生器通过气体比例电磁阀与二次加热模块连接，所述水蒸气发生器产生的水蒸气依次经气体比例电磁阀和二次加热模块送入喷嘴；所述模拟磨削区模块通过热电偶与信号放大板连接，所述热电偶测量模拟磨削区模块中被加热试件的温度值并将其转换为毫伏级的电压信号，此毫伏级电压信号经过信号放大板转换成0～5伏的电压信号；所述计算机控制模块包括计算机和数据采集卡，数据采集卡采集上述0～5伏电压信号后输送给计算机处理；计算机控制模块将电压信号变换为温度信号并进行实时采集和显示，同时输出两组0～5伏电压分别给气体比例电磁阀和二次加热控制器，气体比例电磁阀根据输入电压的大小控制水蒸气流量，二次加热控制器根据输入电压的大小控制二次加热的功率。

    其中，所述模拟磨削区模块包括加热炉、被加热试件和炉温控制仪，所述模拟磨削区模块模拟磨削区的温度并测定在各工艺参数下的冷却效果；所述模拟磨削区模块模拟磨削区的温度范围为从室温到800℃，所述工艺参数包括压力、靶距和入射角。

所述二次加热模块包括加热箱体，所述加热箱体自下而上分别为电磁线圈、铜板和焊接在铜板上的水蒸气管道。

为防止电磁泄漏，所述加热箱体外壳采用密封包装；为减少与外界热量交换，加热箱体内表面加设有保温层。

本发明还公开了一种基于上述闭环控制装置的控制方法，该方法包括以下步骤：

1）设定模拟磨削区模块内被加热试件的期望温度；

2）水蒸气发生器产生的水蒸气依次经气体比例电磁阀和二次加热模块送入喷嘴；

3）通过热电偶测量模拟磨削区模块中被加热试件的温度值并将其转换为毫伏级的电压信号，此毫伏级电压信号经过信号放大板转换成0～5伏的电压信号；

4）计算机控制模块中的数据采集卡采集上述0～5伏电压信号后输送给计算机处理；

5）计算机将模拟磨削区模块内的实际温度与实验前设定的期望温度进行比较，由数据采集卡输出两路0～5V的电压，一路电压实时控制气体比例电磁阀的开度大小从而控制水蒸气的流量；另一路电压控制二次加热控制器对水蒸气的二级加热功率大小。

上述整个过程通过计算机显示被加热工件的温度波形，从而完成显示磨削效果的任务。

其中，所述步骤5）中，计算机输出电压变化，然后通过IGBT调整加热功率，以得到所需的过热水蒸气。具体来说，一路电压实时控制气体比例电磁阀的开度大小从而控制水蒸气的流量的具体方法是：由于所述水蒸气喷嘴直径是一定值，故只能通过改变水蒸气射流的流速来控制水蒸气的流量，在工作过程中，气体比例电磁阀的开度大小是定值，当水蒸气射流的速度不能满足二次加热功率时，手动设置电压来控制气体比例电磁阀的开度大小；