CN109968215B - 一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统 - Google Patents

Abstract

一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其包括输入模组（10）、输出模组（20）和机床控制模组（30）；所述的机床控制模组（30）分别与输入模组（10）、输出模组（20）、α轴转动模组（40）、X轴滑动模组（50）、Y轴滑动模组（60）、Z轴滑动模组（70）、液氮液位检测模组（80）、机床状态检测模组（90）、湿度检测模组（100）电性连接；所述的α轴转动模组（40）与X轴滑动模组（50）、Y轴滑动模组（60）以及Z轴滑动模组（70）固定，构成四维移动平台；所述的工作台（140）固定在α轴转动模组（40）上。本发明能够对低温微磨料气射流加工机床进行数字控制，实现在低温条件下高效地加工高分子聚合物等弹塑性材料。

Description

一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统

技术领域

本发明涉及一种机床控制技术，尤其是一种磨料气射流加工机床控制系统，具体地说是一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统。

背景技术

磨料气射流加工是在传统喷砂加工工艺基础上发展起来的一种新型微细加工技术。磨料气射流加工特别适合于对高硬度金属材料和高脆性非金属材料的局部加工，如对硅、锗、玻璃、陶瓷和石英等材料上的窄槽等结构形状的局部加工。

陶瓷材料由于其自身的局限性，在某些场合并不适用。如陶瓷材料缺乏光学透明性，以及其有限的生物相容性因而在生物医学中的应用受限。基于此，人们开始用高分子聚合物材料来替代陶瓷材料。

在常温下使用磨料气射流对高分子聚合物材料进行加工，由于高分子聚合物材料多为弹塑性，会发生磨料嵌入，致使加工效率极低。经研究发现，在低温下对高分子聚合物材料进行磨料气射流加工，磨料嵌入相比于常温下显著降低，加工效率极大地提高。基于此，研发了一种低温微磨料气射流加工机床。而对低温微磨料气射流加工机床的控制是否合理，决定了高分子聚合物材料的加工质量和加工效率。

发明内容

本发明的目的是针对低温微磨料气射流加工机床的控制需要，设计一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，通过该控制系统对低温微磨料气射流加工机床进行合理的控制，从而提高工件在低温下的加工质量和加工效率。

本发明的技术方案是：

一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征是它包括由旋转控制单元31、线性移动控制单元33和辅助设备控制单元32组成的机床控制模组30，机床控制模组30连接有输入模组10和输出模组20，所述的输入模组10用于输入数控代码、设定加工腔室湿度值以及设定换热器中液氮液位值，所述的输出模组20用于显示数控代码运行状态、加工腔室实时湿度值以及换热器中实时液氮液位值；旋转控制单元31连接有α轴转动模组40，线性移动控制单元33连接有X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60、Z轴滑动模组70；辅助设备控制单元32连接有液氮液位检测模组80、机床状态检测模组90和湿度检测模组100；所述的α轴转动模组40与X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60以及Z轴滑动模组70固定，构成四维移动平台；所述的工作台140固定在α轴转动模组40上。

所述的液氮安全阀110、机床状态指示灯120以及干燥空气电磁阀130分别与液氮液位检测模组80、机床状态检测模组90以及湿度检测模组100电性连接。

所述的旋转控制单元31控制α轴转动模组40绕α轴转动，从而带动固定在其上的工作台140绕α轴转动，转动范围为0°~360°，α轴平行于Z轴；所加工的工件固定在工作台140上，工作台140转动以改变工件相对于射流喷嘴的角度。

所述的辅助设备控制单元32接收液氮液位检测模组80的反馈信号，若检测到换热器中的实际液氮液位值低于设定值，辅助设备控制单元32则会通过液氮液位检测模组80控制液氮安全阀110进行液氮补充，达到设定液位值后停止液氮补充。

所述的辅助设备控制单元32根据机床状态检测模组90发出的信号控制机床状态指示灯120，来表明机床所处的状态。

所述的辅助设备控制单元32接收湿度检测模组100的反馈信号，若检测到加工腔室内的实际湿度值高于设定值，辅助设备控制单元32则会通过湿度检测模组100控制干燥空气电磁阀130进行干燥空气补充，达到设定湿度值后停止干燥空气补充。

所述的线性移动控制单元33对X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60以及Z轴滑动模组70进行线性移动控制，三个轴的调节行程均为±50mm且在加工过程中能跟据加工的实际情况进行实时的位置反馈。

所述的湿度检测模组100在开始进行加工之前，若检测到加工腔室内的初始湿度值高于设定值，机床控制模组30会接收其反馈信号并使机床待机，待补充干燥空气达到设定湿度值后再使机床工作，进行加工。

本发明的有益效果：

本发明设计一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，不仅可以控制加工过程中机床加工腔室内的湿度和换热器中的液氮液位，还可以进行工件的实时位置反馈，提高工件在低温下的加工质量和加工效率。

附图说明

图1是本发明的机床专用控制系统方案框图。

图2是本发明的机床加工腔室内部示意图。

图中：10为输入模组；20为输出模组；30为机床控制模组；31为旋转控制单元；32为辅助设备控制单元；33为线性移动控制单元；40为α轴旋转模组；50为X轴滑动模组；60为Y轴滑动模组；70为Z轴滑动模组；80为液氮液位检测模组；90为机床状态检测模组；100为湿度检测模组；110为液氮安全阀；120为机床状态指示灯；130为干燥空气电磁阀；140为工作台；150为高分子聚合物工件；160为射流喷嘴；170为换热器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示。

一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，它包括输入模组10、输出模组20、机床控制模组30、α轴转动模组40、X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60、Z轴滑动模组70、液氮液位检测模组80、机床状态检测模组90、湿度检测模组100、液氮安全阀110、机床状态指示灯120、干燥空气电磁阀130、工作台140；如图1所示。所述的机床控制模组30分别与输入模组10、输出模组20、α轴转动模组40、X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60、Z轴滑动模组70、液氮液位检测模组80、机床状态检测模组90、湿度检测模组100电性连接；所述的α轴转动模组40与X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60以及Z轴滑动模组70固定，构成四维移动平台；所述的液氮安全阀110、机床状态指示灯120以及干燥空气电磁阀130分别与液氮液位检测模组80、机床状态检测模组90以及湿度检测模组100电性连接；所述的工作台140固定在α轴转动模组40上。所述的输入模组10用于输入数控代码、设定加工腔室湿度值以及设定换热器中液氮液位值。所述的输出模组20可以显示数控代码运行状态、加工腔室实时湿度值以及换热器中实时液氮液位值。所述的机床控制模组30包括旋转控制单元31、辅助设备控制单元32以及线性移动控制单元33；所述的旋转控制单元31与α轴转动模组40电性连接；所述的辅助设备控制单元32与液氮液位检测模组80、机床状态检测模组90以及湿度检测模组100电性连接；所述的线性移动控制单元33与X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60以及Z轴滑动模组70电性连接。所述的旋转控制单元31可以控制α轴转动模组40绕α轴（α轴平行于Z轴）转动，从而带动固定在其上的工作台140绕α轴转动，转动范围为0°~360°；所加工的工件固定在工作台140上，工作台140转动可以改变工件相对于射流喷嘴的角度，从而改变加工角度。所述的辅助设备控制单元32可以接收液氮液位检测模组80的反馈信号，若检测到换热器中的实际液氮液位值低于设定值，辅助设备控制单元32则会通过液氮液位检测模组80控制液氮安全阀110进行液氮补充，达到设定液位值后停止液氮补充，可保证微磨料气射流冷却的充分性。所述的辅助设备控制单元32可以根据机床状态检测模组90发出的信号控制机床状态指示灯120，来表明机床所处的状态。所述的辅助设备控制单元32可以接收湿度检测模组100的反馈信号，若检测到加工腔室内的实际湿度值高于设定值，辅助设备控制单元32则会通过湿度检测模组100控制干燥空气电磁阀130进行干燥空气补充，达到设定湿度值后停止干燥空气补充，可有效防止低温加工时空气中的水汽液化结冰堵塞射流喷嘴。所述的线性移动控制单元33可以对X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60以及Z轴滑动模组70进行线性移动控制，三个轴调的节行程均为±50mm且在加工过程中可以跟据加工的实际情况进行实时的位置反馈。所述的X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60以及Z轴滑动模组70在移动时会带动固定在其上的α轴转动模组40移动，从而带动工件移动，可改变加工距离和加工部位。所述的低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征在于所述的湿度检测模组100在开始进行加工之前，若检测到加工腔室内的初始湿度值高于设定值，机床控制模组30会接收其反馈信号并使机床待机，待补充干燥空气达到设定湿度值后再使机床工作，进行加工。需要说明的是，本发明的关键是各模组的设定和协调工作，至于各模组的具体结构和电路均可采用现有技术自行设计和制造，而此类设计和制造对于本领域技术人员而言是不言而喻的。

本发明的工作过程是：

如图1所示，通过输入模组10输入数控代码、设定加工腔室内在加工时所需的湿度值以及设定换热器170中在加工时所需的液氮液位值；输出模组20会在机床加工前显示所输入的数控代码、加工腔室中湿度的设定值以及换热器170中液氮液位的设定值，在机床加工过程中显示数控代码运行状态、加工腔室实时湿度值以及换热器170中实时液氮液位值，如图2所示。若在加工之前，湿度检测模组100检测到加工腔室内的初始湿度值高于设定值，机床控制模组30会通过设备辅助控制单元32接收其反馈信号并使机床待机，待通过干燥空气电磁阀130向加工腔室内补充干燥空气达到设定湿度值后再使机床工作，进入加工过程。微磨料气射流通过换热器170中的液氮进行冷却，冷却后通过固定在换热器170上射流喷嘴160射出，对高分子聚合物工件150进行加工。辅助设备控制单元32可以接收液氮液位检测模组80的反馈信号，若检测到换热器170中的实际液氮液位值低于设定值，辅助设备控制单元32则会通过液氮液位检测模组80控制液氮安全阀110进行液氮补充，达到设定液位值后停止液氮补充，以确保微磨料气射流冷却的充分性。α轴转动模组40与X轴滑动模组50、Y轴滑动模组60以及Z轴滑动模组70固定，构成四维移动平台；该四维移动平台根据所输入的数控代码，通过旋转控制单元31和线性移动控制单元33使固定在工作台140上的高分子聚合物工件150沿X轴、Y轴、Z轴三个方向移动以及绕α轴方向转动，这样可以改变高分子聚合物工件150与射流喷嘴160之间的相对位置，从而改变加工部位、加工距离以及加工角度。辅助设备控制单元32可以根据机床状态检测模组90发出的信号控制机床状态指示灯120，来表明机床所处的状态。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征是它包括由旋转控制单元（31）、线性移动控制单元（33）和辅助设备控制单元（32）组成的机床控制模组（30），机床控制模组（30）连接有输入模组（10）和输出模组（20），所述的输入模组（10）用于输入数控代码、设定加工腔室湿度值以及设定换热器中液氮液位值，所述的输出模组（20）用于显示数控代码运行状态、加工腔室实时湿度值以及换热器中实时液氮液位值；旋转控制单元（31）连接有α轴转动模组（40），线性移动控制单元（33）连接有X轴滑动模组（50）、Y轴滑动模组（60）、Z轴滑动模组（70）；辅助设备控制单元（32）连接有液氮液位检测模组（80）、机床状态检测模组（90）和湿度检测模组（100）；所述的α轴转动模组（40）与X轴滑动模组（50）、Y轴滑动模组（60）以及Z轴滑动模组（70）固定，构成四维移动平台；工作台（140）固定在α轴转动模组（40）上。

2.根据权利要求书1所述的低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征在于液氮安全阀（110）、机床状态指示灯（120）以及干燥空气电磁阀（130）分别与液氮液位检测模组（80）、机床状态检测模组（90）以及湿度检测模组（100）电性连接。

3.根据权利要求书1所述的低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征在于所述的旋转控制单元（31）控制α轴转动模组（40）绕α轴转动，从而带动固定在其上的工作台（140）绕α轴转动，转动范围为0°~360°，α轴平行于Z轴；所加工的工件固定在工作台（140）上，工作台（140）转动以改变工件相对于射流喷嘴的角度。

4.根据权利要求书1所述的低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征在于所述的辅助设备控制单元（32）接收液氮液位检测模组（80）的反馈信号，若检测到换热器中的实际液氮液位值低于设定值，辅助设备控制单元（32）则会通过液氮液位检测模组（80）控制液氮安全阀（110）进行液氮补充，达到设定液位值后停止液氮补充。

5.根据权利要求书1所述的低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征在于所述的辅助设备控制单元（32）根据机床状态检测模组（90）发出的信号控制机床状态指示灯（120），来表明机床所处的状态。

6.根据权利要求书1所述的低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征在于所述的辅助设备控制单元（32）接收湿度检测模组（100）的反馈信号，若检测到加工腔室内的实际湿度值高于设定值，辅助设备控制单元（32）则会通过湿度检测模组（100）控制干燥空气电磁阀（130）进行干燥空气补充，达到设定湿度值后停止干燥空气补充。

7.根据权利要求书4所述的低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征在于所述的线性移动控制单元（33）对X轴滑动模组（50）、Y轴滑动模组（60）以及Z轴滑动模组（70）进行线性移动控制，三个轴的调节行程均为±50mm且在加工过程中能跟据加工的实际情况进行实时的位置反馈。

8.根据权利要求书1所述的低温微磨料气射流加工机床专用控制系统，其特征在于所述的湿度检测模组（100）在开始进行加工之前，若检测到加工腔室内的初始湿度值高于设定值，机床控制模组（30）会接收其反馈信号并使机床待机，待补充干燥空气达到设定湿度值后再使机床工作，进行加工。

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