RU2163862C2

RU2163862C2 - Automatically controlled apparatus for feeding cutting fluid to cutting zone

Info

Publication number: RU2163862C2
Application number: RU97110954A
Authority: RU
Inventors: А.С. Капустин; В.В. Подгорков; С.В. Подгорков; С.А. Капустин
Original assignee: Ивановский государственный энергетический университет
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 2001-03-10

Abstract

FIELD: metal working, namely apparatuses for feeding vaporized cutting fluids to cutting zone of metal cutting machine tool. SUBSTANCE: automatically controlled apparatus for feeding cutting fluid to cutting zone includes feeder and steam generator joined with feeder, thermostatically controlled electric heater built in steam generator and branch pipe for discharging steam. Apparatus also includes control system with microprocessor for controlling processes of preparation and feed of cutting fluid to cutting zone, locking device with servodrive connecting feeder and steam generator. Feeder is provided with pickup for detecting lower liquid level. Vapor generator is provided with pickup for detecting pressure of vaporized cutting fluid and pickup for measuring temperature of heat generating electric heater. All above mentioned pickups are connected with respective information inlets of control system having microprocessor. Control outlets are connected with servodrive of locking device and with thermostatic controller of electric heater. EFFECT: enhanced reliability of apparatus for feeding vaporized cutting fluid to cutting zone due to improved design of apparatus and use of microprocessor in control system. 4 dwg

Description

Изобретение относится к металлообработке, а именно к устройствам для подачи смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в парообразном состоянии в зону резания металлорежущего станка. The invention relates to metal working, and in particular to devices for supplying cutting fluids (coolant) in a vapor state to the cutting zone of a metal cutting machine.

Известно устройство для подачи СОЖ в парообразном состоянии в зону резания, состоящее из бака-питателя, закрывающегося герметичной пробкой, и парогенератора, которые соединяются между собой шлангом с краном. Внутри парогенератора установлен нагревательный элемент, нагрев которого регулируется с помощью регулятора нагрева. Питатель предназначен для поддержания неизменного уровня СОЖ в парогенераторе. После герметичного закрытия пробкой питателя кран открывается и СОЖ самотеком поступает в парогенератор до тех пор, пока не поднимется выше уровня врезки шланга. Пар, образующийся в результате работы нагревательного элемента, поступает в зону резания через сопло. A device for supplying coolant in a vapor state in the cutting zone, consisting of a feeder tank, closed with a sealed plug, and a steam generator, which are connected to each other by a hose with a tap. A heating element is installed inside the steam generator, the heating of which is regulated by the heating controller. The feeder is designed to maintain a constant level of coolant in the steam generator. After tightly closing the feeder’s plug with a stopper, the valve opens and the coolant flows by gravity into the steam generator until it rises above the hose insertion level. The steam resulting from the operation of the heating element enters the cutting zone through the nozzle.

Недостатком известного технического решения являлось колебание давления СОЖ в парообразном состоянии на выходе из парогенератора вследствие неудовлетворительной работы процесса подпитки из-за того, что попадание СОЖ из питателя в парогенератор возможно лишь при условии замещения ее поступающим навстречу потоку воздухом. Шланг, по которому СОЖ подается в парогенератор, расположен горизонтально, что затрудняет проникновение воздуха в питатель. В результате этого СОЖ подавалась периодически и большими порциями, что вызывало кратковременное прекращение процесса кипения. A disadvantage of the known technical solution was the fluctuation of the coolant pressure in the vapor state at the outlet of the steam generator due to the unsatisfactory operation of the make-up process due to the fact that the coolant from the feeder to the steam generator is possible only if it is replaced by incoming air flow. The hose through which the coolant is supplied to the steam generator is located horizontally, which makes it difficult for air to enter the feeder. As a result, coolant was supplied periodically and in large portions, which caused a short termination of the boiling process.

Указанные недостатки были частично устранены при создании другого устройства для подачи СОЖ в парообразном состоянии в зону резания. These shortcomings were partially eliminated when creating another device for supplying coolant in a vapor state in the cutting zone.

Данное устройство содержит питатель с герметично закрывающейся крышкой и парогенератор, в который встроен электронагреватель. Парогенератор, на выходе которого установлен пароотводящий патрубок, жестко связан с питателем. Жидкость в парогенератор по-прежнему поступает через шланг с краном, а воздух для ее замещения - через специальную трубку. Когда срез трубки перекрывается жидкостью, повышение уровня СОЖ в парогенераторе прекращается. This device contains a feeder with a hermetically sealed lid and a steam generator in which an electric heater is built-in. The steam generator, at the output of which a steam outlet pipe is installed, is rigidly connected to the feeder. The liquid still enters the steam generator through a hose with a tap, and the air for its replacement through a special tube. When the cut of the tube is blocked by the liquid, the increase in the coolant level in the steam generator stops.

Данное устройство за счет разделения потоков жидкости и воздуха с помощью специальной трубки обеспечивает равномерную подпитку парогенератора смазочно-охлаждающей жидкостью. Но в процессе кипения по ней в питатель попадают выделяющиеся при кипении пузырьки воздуха, что понижает в питателе давление разрежения, удерживающее жидкость от перетекания в парогенератор, и вызывает дополнительную подпитку. В результате этого также возможно изменение интенсивности парообразования и вследствие этого изменение давления парообразной СОЖ на выходе парогенератора. This device, due to the separation of fluid and air flows using a special tube, provides uniform feeding of the steam generator with cutting fluid. But in the process of boiling through it, air bubbles released during boiling get into the feeder, which lowers the rarefaction pressure in the feeder, which keeps the liquid from flowing into the steam generator, and causes additional recharge. As a result of this, a change in the intensity of vaporization is also possible and, as a result, a change in the pressure of vaporous coolant at the outlet of the steam generator.

Кроме этого, в данной конструкции, как и в вышеописанной, существует еще один недостаток, заключающийся в следующем: в процессе работы в парогенераторе происходит кипение некоторого объема СОЖ; при наличии в СОЖ каких-либо поверхностно-активных веществ (ПАВ) и присадок в процессе кипения происходит их быстрое выкипание, если температура их кипения менее 100^oC, либо наоборот, они не выкипают и остаются в парогенераторе, если температура их кипения выше 100^oC. В результате этого на выходе парогенератора в парообразной СОЖ нарушается процентное соотношение компонентов, входящих в ее состав.In addition, in this design, as in the above, there is another drawback, which consists in the following: during operation in the steam generator, a certain amount of coolant is boiled; if there are any surface-active substances (surfactants) and additives in the coolant during boiling, they quickly boil away if their boiling point is less than 100 ^o C, or vice versa, they do not boil away and remain in the steam generator if their boiling point is above 100 ^o C. As a result, the percentage of the components that make up its composition is violated at the outlet of the steam generator in vaporous coolant.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышение надежности устройства для подачи СОЖ в зону резания в парообразном состоянии за счет конструктивных особенностей устройства и наличия системы управления процессом получения СОЖ в парообразном состоянии. The technical result of the present invention is to increase the reliability of the device for supplying coolant to the cutting zone in the vapor state due to the design features of the device and the presence of a control system for the process of producing coolant in the vapor state.

Сущность изобретения заключается в том, что автоматизированное устройство для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания содержит питатель и связанный с ним парогенератор, в который встроен теплоэлектронагреватель (ТЭН) с регулятором нагрева и пароотводящий патрубок. The essence of the invention lies in the fact that the automated device for supplying a cutting fluid to the cutting zone contains a feeder and a steam generator connected to it, in which a heat electric heater (TEN) with a heating controller and a steam outlet are integrated.

Устройство, в котором парогенератор и питатель связаны между собой через запорное устройство с сервоприводом, оснащено микропроцессорной системой управления (МСУ) процессом приготовления и подачи СОЖ в зону резания, информационные входы которой подключены к датчику нижнего уровня, установленному в питателе, к датчику давления парообразной СОЖ, установленному на выходе парогенератора, к датчику температуры ТЭНа, а управляющие выходы подключены к сервоприводу запорного устройства и к регулятору нагрева ТЭНа. A device in which the steam generator and the feeder are interconnected via a locking device with a servo drive, is equipped with a microprocessor control system (MCU) for the preparation and supply of coolant to the cutting zone, the information inputs of which are connected to a lower level sensor installed in the feeder, to the vapor pressure coolant pressure sensor installed at the output of the steam generator to the temperature sensor of the heating element, and the control outputs are connected to the servo drive of the locking device and to the heating controller of the heating element.

На фиг. 1. представлен общий вид устройства, на фиг. 2 - его вариант, на фиг. 3 - блок-схема микропроцессорной системы управления работой устройства, на фиг. 4 - алгоритм работы микропроцессора. In FIG. 1. presents a General view of the device, in FIG. 2 is a variant thereof, in FIG. 3 is a block diagram of a microprocessor control system for the operation of the device, FIG. 4 - microprocessor operation algorithm.

Устройство содержит парогенератор 1 со встроенным в него ТЭНом 2 с датчиком температуры 3 ТЭНа и регулятором нагрева 4, на выходе которого установлен пароотводящий патрубок 5 с датчиком давления 6 парообразной СОЖ. Парогенератор 1 через запорное устройство 7, выполненное в виде игольчатого дросселя с конусной запорной поверхностью с сервоприводом 8, связан с питателем 9, содержащим датчик нижнего уровня 10, индикатор уровня 11 СОЖ и клапанное устройство 12, выполненное в виде игольчатого клапана с поплавком для подачи СОЖ от магистрального трубопровода. Запорным устройством 7 и регулятором нагрева 4 ТЭНа управляет микропроцессорная система управления 13, к первому информационному входу которой подключен датчик нижнего уровня 10 СОЖ, ко второму - датчик давления 6 парообразной СОЖ, к третьему - датчик температуры 3 ТЭНа, а управляющие выходы подключены: первый - к регулятору нагрева 4 ТЭНа, второй - к сервоприводу 8 запорного устройства 7. The device comprises a steam generator 1 with a heating element 2 integrated in it with a temperature sensor 3 of the heating element and a heating controller 4, the outlet of which is equipped with a steam outlet 5 with a pressure sensor 6 of vaporous coolant. The steam generator 1 through a locking device 7, made in the form of a needle throttle with a tapered locking surface with a servo drive 8, is connected to a feeder 9 containing a low level sensor 10, a coolant level indicator 11 and a valve device 12 made in the form of a needle valve with a coolant float from the main pipeline. The locking device 7 and the heating controller 4 of the heating element are controlled by a microprocessor control system 13, to the first information input of which a low-level coolant sensor 10 is connected, to the second - a pressure sensor 6 of vaporous coolant, to the third - a temperature sensor 3 of the heating element, and the control outputs are connected: the first - to the heating controller 4 TENA, the second to the servo 8 of the locking device 7.

В случае автономной работы устройства или там, где того требуют технологические условия процесса обработки резанием, питатель 9 может быть отдален от парогенератора 1 и связан с ним каналом 14. In the case of autonomous operation of the device or where the technological conditions of the cutting process require it, the feeder 9 can be remote from the steam generator 1 and connected to it by a channel 14.

В основе микропроцессорной системы управления лежит микропроцессор МП типа КР1816ВЕ31, к порту Р0 которого через усилители У и аналого-цифровые преобразователи АЦП подключены датчик нижнего уровня ДНУ СОЖ в питателе, датчик давления ДД парообразной СОЖ, датчик температуры ДТ ТЭНа. Порт Р1 микропроцессора связан с широтно-импульсным преобразователем ШИП через схему его управления СУШИП, который регулирует температуру нагрева ТЭНа. Порт Р2 микропроцессора подключен через схему управления сервоприводом СУСП к сервоприводу СП, управляющему открытием запорного устройства. Начальные данные вводятся с блока ввода данных БВД и отражаются на блоке индикации БИ, которые подключены к порту Р0. The microprocessor control system is based on the MP microprocessor of type KR1816BE31, to the port P0 of which, through the amplifiers U and analog-to-digital converters of the ADC, a low level sensor for the bottom of the coolant in the feeder, a pressure sensor for vaporous coolant, and a temperature sensor for heating elements are connected. Port P1 of the microprocessor is connected to a pulse-width converter SHIP through its SUSHIP control circuit, which controls the heating temperature of the heating element. Port P2 of the microprocessor is connected through the control circuit of the servo drive SUSP to the servo drive SP, which controls the opening of the locking device. The initial data is entered from the BVD data input unit and is reflected on the BI display unit, which are connected to port P0.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Вначале в питатель 9 заливается СОЖ. В случае работы от магистрального трубопровода последний подключается к клапанному устройству 12 и осуществляется постоянная подпитка питателя 9. Затем включается питание и производится разогрев парогенератора 1. После этого с блока ввода данных вводится требуемое давление и на регулятор нагрева 4 ТЭНа с микропроцессора МП подается сигнал, устанавливающий температуру, соответствующую данному давлению парообразной СОЖ на выходе парогенератора 1. По датчику температуры 3 ТЭНа микропроцессором МП производится постоянная проверка соответствия этой температуры заданному значению. В случае несоответствия регулятором нагрева 4 производится регулировка температуры ТЭНа 2 до тех пор, пока последняя не достигнет требуемого значения. First, coolant is poured into the feeder 9. In the case of operation from the main pipeline, the latter is connected to the valve device 12 and constantly fed to the feeder 9. Then, the power is turned on and the steam generator 1 is heated. After that, the required pressure is entered from the data input unit and a signal is set to the heating regulator 4 of the heating element MP from the microprocessor MP the temperature corresponding to the given vapor pressure of the coolant at the output of the steam generator 1. The temperature sensor 3 TENA microprocessor MP is a constant check according tviya this temperature setpoint. In case of inconsistency with the heating controller 4, the temperature of the heating element 2 is adjusted until the latter reaches the desired value.

СОЖ самотеком из питателя 9 через запорное устройство 7 с сервоприводом 8 попадает в парогенератор 1, нагревательная поверхность которого выполнена в виде радиатора для обеспечения более интенсивного парообразования, где сразу же вскипает и через пароотводящий патрубок 5 подается в зону резания. The coolant by gravity from the feeder 9 through the locking device 7 with a servo drive 8 enters the steam generator 1, the heating surface of which is made in the form of a radiator to provide more intensive vaporization, where it immediately boils and is supplied through the steam outlet 5 to the cutting zone.

Управление процессом получения парообразной СОЖ требуемого давления осуществляется по принципу самонастраивающейся системы. На микропроцессор МП поступают сигналы с датчика давления 6 парообразной СОЖ, установленного на выходе парогенератора 1. Если давление парообразной СОЖ отличается от требуемого значения, то с микропроцессора МП идет управляющий сигнал на сервопривод 8 запорного устройства 7, который изменяет его сечение, добиваясь тем самым требуемого значения парообразной СОЖ на выходе парогенератора 1. В процессе работы производится постоянная проверка наличия электропитания и минимального уровня СОЖ в питателе 9 по датчику нижнего уровня 10 СОЖ. В случае отсутствия электропитания или СОЖ в питателе 9 закрывается запорное устройство 7 и снижается нагрев ТЭНа 2 до нуля. В процессе работы на блоке индикации показываются величины контролируемых параметров. The process of obtaining vaporous coolant of the required pressure is controlled by the principle of a self-adjusting system. The microprocessor MP receives signals from the pressure sensor 6 of the vaporous coolant installed at the output of the steam generator 1. If the vapor pressure of the coolant differs from the required value, then the microprocessor MP sends a control signal to the servo drive 8 of the locking device 7, which changes its cross section, thereby achieving the required the values of vaporous coolant at the output of the steam generator 1. During operation, a constant check is made of the availability of power supply and the minimum level of coolant in the feeder 9 by the low coolant level sensor 10. In the absence of power or coolant in the feeder 9 closes the locking device 7 and reduces the heating of the heating element 2 to zero. During operation, the values of the monitored parameters are shown on the display unit.

Таким образом, благодаря управлению подачей СОЖ из питателя в парогенератор и регулировке температуры ТЭНа обеспечивается более устойчивая и надежная работа устройства, не требующая ручной настройки, вследствие установления баланса между подачей жидкой СОЖ и расходом парообразной СОЖ в единицу времени, добиваясь при этом требуемого значения давления парообразной СОЖ на выходе парогенератора. Thus, by controlling the supply of coolant from the feeder to the steam generator and adjusting the temperature of the heating element, a more stable and reliable operation of the device is ensured that does not require manual adjustment due to a balance between the supply of liquid coolant and the flow rate of vaporous coolant per unit time, while achieving the required vapor pressure Coolant at the outlet of the steam generator.

Кроме этого, за счет мгновенного вскипания подаваемой в парогенератор СОЖ обеспечивается возможность использования СОЖ с присадками, температура кипения которых отлична от температуры кипения воды. In addition, due to the instant boiling of coolant supplied to the steam generator, it is possible to use coolant with additives whose boiling point is different from the boiling point of water.

Claims

An automated device for supplying a cutting fluid to the cutting zone, containing a feeder and a steam generator associated with it, a built-in heat heater (TEN) with a heating controller and a steam outlet, characterized in that the device contains a microprocessor control system (MCU) of the process preparation and supply of coolant to the cutting zone, a locking device with a servo drive connecting the feeder and the steam generator, and the feeder is equipped with a lower liquid level sensor, and the steam generator is equipped with a sensor vapor pressure of the coolant and the temperature sensor of the heater, where the above-mentioned sensors are connected to the corresponding information inputs of the ISU, and the control outputs are connected to the servo drive of the shut-off device and to the heating controller of the heater.