专利名称：工具润滑输送监控系统和方法
技术领域：
本发明涉及工具润滑输送控制系统和控制方法。
背景技术：
在美国专利第6 ，167，318号中公开了油雾产生系统和方法。
发明内容
在至少一个实施例中，提供了一种工具润滑输送系统。该工具润滑输送系统包括设置在心轴上的流体供给单元。流体供给单元具有包括阀的阀组件。阀沿着轴线在抑制润滑剂流动的关闭位置与允许润滑剂流动的打开位置之间移动。沿着轴线在阀组件上设置有加速度计，用于检测阀的加速度。在至少一个实施例中，提供了一种监控朝切削工具的润滑流动的方法。该方法包括提供表示阀组件的润滑剂流动控制阀的位置的基线加速度曲线。来自设置在阀组件上的加速度计的表示阀位置的数据与基于基线加速度曲线的阈值范围进行比较。当数据不在阈值范围内时，提供警报信号。优选地，警报信号指示阀的不适当关闭。优选地，警报信号指示阀的不适当打开。优选地，警报信号指示阀与切削工具中的冷却剂通道之间的堵塞。优选地，阀沿轴线线性地移动，并且加速度计设置在轴线上。优选地，基线加速度曲线包括第一区域、第二区域和第三区域，其中，第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围基于第一区域、第二区域和第三区域，并且连续提供来自加速度计的数据，使得数据与第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围进行比较。优选地，在切削工具接合工件之前，完成比较数据和提供警报信号的步骤。在至少一个实施例中，提供了一种控制工具润滑输送系统的方法。该方法包括提供指示流体供给单元的操作的基线加速度曲线，其中该流体供给单元设置在心轴上并控制具有润滑剂的浮质向切削工具的流体通道的供给。基线加速度曲线具有第一、第二和第三区域。分别基于第一、第二和第三区域确定第一、第二和第三阈值。提供来自设置在流体供给单元上的加速度计的数据并且选择第一、第二和第三阈值中的一个。来自加速度计的数据与第一、第二和第三阈值中被选择的一个进行比较。当数据超过所选择的阈值时，产生警 艮十言号。优选地，第一区域指示阀的关闭，第二区域指示通过阀的流体流动，并且第三区域指示阀的打开。优选地，第一阈值指示通过阀的流体流动。优选地，第二阈值指示阀的关闭。优选地，第三阈值指示阀的打开。优选地，该方法还包括重复提供、选择、比较和产生步骤，使得来自加速度计的数据与第一阈值、第二阈值和第三阈值中的每一个进行比较。优选地，提供基线加速度曲线的步骤包括对于阀在关闭位置与打开位置之间的多个循环，利用加速度计检测加速度数据。
图I是示例性工具润滑输送系统的局部剖视图；图2是基于来自设有该系统的加速度计的数据的示例性迹线曲线图。图3是该系统的示例性控制方法的流程图。
具体实施例方式根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅 仅是可以多种替代形式实施的本发明的示例性实例。附图没有按比例绘制；一些特征可被放大或最小化，以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应理解为是限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式实施本发明的代表性基础。参照图1，示出了工具润滑输送系统10的示例性实施例。系统10可与可使用最少量润滑(MQL)系统的机床相关联，在该MQL系统中，诸如润滑剂的第一流体与诸如空气的第二流体混合并被提供给切削工具。系统10可以包括流体供给单元20、心轴22、工具保持器24、切削工具26和控制子系统28。流体供给单元20可以被构造成供给第一流体30和第二流体32。在至少一个实施例中，第一流体30可以是诸如润滑油或切削液的润滑剂，并且第二流体32可以是诸如空气的气体。流体供给单元20可以包括阀组件40、计量块42、加速度计44和旋转传输装置46。阀组件40可以被构造成控制或调节第一流体30的供给。阀组件40 (也可以称为快速阀)可以包括壳体50、阀52、第一致动器54和第二致动器56。壳体50可以接收和引导阀52的移动。例如，壳体50可以包括容纳阀52并允许阀沿着轴线60移动的腔。阀52可以被构造成在阀52允许第一流体30流动的打开位置与阀52抑制第一流体30流动的关闭位置之间移动。在至少一个实施例中，阀52可以与轴线60同轴设置并且可以沿着轴线60移动。阀52可以包括第一端62和与第一端相反设置的第二端64。第一端62可以被构造成从壳体腔穿过壳体50中的开口朝计量块42延伸。在至少一个实施例中，当阀52处于关闭位置时，阀52的第一端62可以接合计量块42，而当阀52处于打开位置时，阀52的第一端62可以与计量块42隔开。第一致动器54可以设置成选择性地启动阀52。致动器54可以是任何适当的类型，诸如电磁阀。第一致动器54可与控制子系统28电连接，如下面更加详细描述的，控制子系统28可以控制第一致动器54的操作。如果设置有第二致动器56，则其也可以构造成启动阀52。第二致动器56可以是任何适当的类型。在所示实施例中，第二致动器56被构造为弹簧，其具有与壳体50接合的第一端以及与第一端相反设置并与阀52的第二端64接合的第二端。第二致动器56可以使阀52朝向关闭位置偏置。
计量块42可以固定地设置在阀组件40上。在一个或多个实施例中，计量块42可以设置为单独的部件，或者可以与阀组件40 —体形成。计量块42可以包括接收第一流体30的第一入口 70。可以在压力下从可远离流体供给单元20设置的容器提供第一流体30。第一入口 70可以流体连接于计量块42的第一室72。第一室72可以包括阀座表面74，当阀52处于关闭位置时，阀座表面74可以与阀52接合。第一通道76可以设置为与阀座表面74相邻。当阀52不处于关闭位置时，第一流体30可以流过第一通道76。加速度计44可以设置在阀组件40上，并且可以被构造成检测与阀52和第一流体30相关联的加速力。加速度计44可以与计量块42相反地设置在壳体50上。另外，加速度计44可以与轴线60同轴设置，使其可以适当地检测沿轴线60的加速力，诸如阀52或第一流体30的轴向移动。加速度计44可以检测阀52的移动，诸如阀52在到达打开位置或关闭位置时的减速度。此外，加速度计44可以检测与第一流体30的移动相关联的加速度或减速度，诸如相对于第一轴线60的移动。加速度计44可以是任何适当的类型。例如，加速度计44可以具有压电、电容、机电或基于声发射的结构。如以下更加详细描述的，加速度计44可以电连接于控制子系统28。 旋转传输装置46可以便于流体供给单元20与心轴22的连接。旋转传输装置46可以与阀组件40相反地固定设置在计量块42上。旋转传输装置46的相对表面可以接合心轴22并且允许心轴22相对于流体供给单元20旋转。旋转传输装置46可以包括接收第二流体32的第二入口 80。可以在压力下从可远离流体供给单元20设置的容器(诸如气压缸)提供第二流体30。第二入口 80可以流体连接于第二通道82 ;在一个或多个实施例中，第二通道82可以部分地穿过旋转传输装置46并且至少部分地穿过心轴22延伸。可以绕轴线60同轴设置第二通道82。在第二通道80中可以设置矛状物90。矛状物90可以被构造为中空管并且可以具有第一端92和与第一端92相反设置的第二端94。第一端92可以与计量块42的第一通道76流体连接，用于接收第一流体30。第二端94可以设置在以下详细讨论的工具保持器24附近。矛状物90可以至少部分地与第二通道82的表面隔开，使得第二流体32可以在矛状物90周围流动并且穿过旋转传输装置46和心轴22流向第二端94。此外，矛状物90可以与轴线60同轴设置。心轴22可以绕轴线60相对于流体供给单元20进行构造。心轴22可以通过任何适当的方式被启动或旋转，诸如以本领域技术人员公知的方式用电动机来启动或旋转。心轴22可以被构造成使工具保持器24和切削工具26绕轴线60旋转。如前所述，第二通道82可以延伸穿过心轴24。工具保持器24可以固定地设置在心轴22上。工具保持器22可以包括连接件100、供给管102和孔104。连接件100可以接近心轴22固定地设置在工具保持器24上。连接件100可以通过任何适当的方式安装在工具保持器24上，例如通过与工具保持器24上的相应螺纹接合的外螺纹来安装。连接件100可以包括混合室110，第一流体30和第二流体32容纳在该混合室110中。例如，矛状物90的第二端94和第二通道82的端部可以接近混合室110设置。如此，矛状物90和第二通道82可以分别向混合室110提供第一流体30和第二流体32，在混合室110中第一流体30和第二流体32可以被混合或组合。在至少一个实施例中，第一流体30和第二流体32可以在混合室110中混合以形成浮质，其中，第一流体30的颗粒或液滴悬浮在第二流体32中。供给管102可以设置在工具保持器24中，并且可以使混合室110和切削工具26流体连接。在至少一个实施例中，供给管102的第一端可以设置在连接件100中或与连接件100接合，并且接收来自连接件100的第一流体30和第二流体32的混合物。供给管102的与第一端相反设置的第二端可以接近孔104进行设置。在一个或多个实施例中，可以省去供给管102。切削工具26可以容纳在孔104中。切削工具26可以被构造成从工件中去除材料并且可以是任何适当的类型，包括但不限于开槽工具、钻子、钻头、铣刀、铰刀或攻丝工具。切削工具26的端部可以接近供给管102的第二端设置或者接合供给管102的第二端。这样，切削工具206可以接收一个或多个流体通道120中的第一流体30和第二流体32的混合物。流体通道120可以将混合物提供或按设定线路供给至切削工具26的切削表面122或切削表面122附近。切削工具26可以通过本领域技术人员公知的多种方式紧固至工具 保持器24。控制子系统28可以被构造成监控和/或控制系统10的操作。在一个或多个实施例中，控制子系统28可以包括一个或多个控制器，并且可以是基于微处理器的。在至少一个实施例中，控制子系统28可以与可编程逻辑控制器(PLC)相关联或者构造为可编程逻辑控制器。控制子系统28可以控制第一致动器52的操作并且可以接收来自加速度计44的信号。此外，控制子系统28可以包括输出装置130，输出装置130可以向用户提供声音和/或视觉信息。例如，输出装置130可以包括用于声音通信或反馈的蜂鸣器或扬声器以及用于视觉通信或反馈的指示器灯或显示器。控制子系统28还可以监控和/或控制心轴22的操作、第一流体30和第二流体32的供给、和/或机床或伴随系统10的其他装置的加工操作的执行。控制子系统28可以与诸如在美国专利第7，383，097和7，571，022号中公开的机床监控系统或机床数据管理系统通信或设置为其一部分，这两个专利均被转让给本申请的受让人并结合与此作为参考。此外，控制子系统28可以检测或接收关于系统10的操作的信息，诸如预编程机床操作循环的开始或完成以及利用机床的操作或阀52的位置进行加速度计信号的过滤和识别或关联。参照图2，示出了示例性基线数据曲线。基线数据曲线可以基于加速度计44所检测的信号或数据。在图2中，加速度数据用竖轴上的速度和横轴上的时间来绘制。该曲线可以表示系统10在期望的操作参数内工作(例如，安装有切削刀具，具有阀和其他系统部件的适当操作，并且没有不期望的流体流动堵塞)的基线操作曲线。例如，基线曲线可以通过以预定方式(启动阀52以提供可利于工件材料去除操作的工具润滑的预定或期望量的第一和/或第二流体30、32)设立具有期望切削工具的系统10并操作系统10来获得。系统10可以被操作预定的时期周期，其中，周期性地启动阀52以允许期望量的润滑剂流过矛状物90。如此，阀52可以在不同的时间点循环或反复启动，以控制第一流体30的流动。期望的润滑量可以基于试验来确定或者可以存储在存储器或查询表中。基线曲线示出了可以被检测或者可以响应于阀52的循环而重复的三个不同的区域。第一区域200可以指示阀52向关闭位置的移动。第二区域202可以指示阀组件40中的第一流体30的流动变化。例如，用于第二区域202的数据可以在阀52移动到关闭位置后被检测并且可以指示在通过阀52抑制流过阀组件40之后的第一流体30的相关减速度。第三区域204可以指示阀52向打开位置的移动。区域200、202、204的定位可以根据绘制的时间区域而变化。例如，如果曲线窗口以第二区域202开始且随后是第三区域204，那么第一区域200可以在阀再次循环时示出为在第三区域204之后。区域200、202、204中的一个或多个可以用作用于进行比较的基线，以确定系统10是否在期望的操作参数内工作。如此，诸如一个或多个区域的大小和/或持续时间的基线加速度曲线属性可以存储在存储器中并用作正常系统工作期间的比较基础，例如在从工件中去除材料时。参照图3，示出了系统可使用的示例性控制方法的流程图。可以在获得了基线曲线之后使用该方法。例如，可以在工具设定完成或已经从工具库中选择工具之后并且对工件执行加工或切屑产生操作之前执行该方法以检查适当的润滑被提供给工具。此外，可以在加工或切屑产生操作期间或完成后执行该方法。在多种实施例中，可以省略方法步骤中的一个或多个。此外，在一个或多个实施例中，可以以不同的顺序执行方法步骤中的一个或多个，诸如判定步骤。另外，该方法可以在系统10工作时执行为连续的循环。控制方法所使用的数据可以在与对于基线曲线获得数据相同的序列中获得。这样，数据可以基于其在序
列中的顺序而与基线曲线的特定部分或区域相关联。在300中，该方法可以确定第一流体的流动是否令人满意。确定第一流体的流动是否令人满意可以基于加速度计传感器数据与基线曲线的比较。例如，与流体流动相关联的数据的区域(诸如第二区域202)可以转化为阈值或阈值范围。阈值可以是与该区域相关联的最大或最小加速度值或速度值。这种数据可以基于多个基线读数的平均值，或者可以是来自多个基线读数的样本的绝对最大或最小值。类似地，阈值范围可以是包括绝对或平均最大和最小基线读数值的范围。如果加速度计数据不在阈值范围内、超过基于一个或多个基线读数的最大值或者小于基于一个或多个基线读数的最小值，那么第一流体的流动是不令人满意的，并且方法前进到框302。流体流动可能是由于来自阀下游的堵塞(诸如切削工具或矛状物中的流体通道的堵塞)、阀上游的堵塞、不充分的第一流体供给压力或者第一流体容器已空而不令人满意。否则，第一流体的流动是令人满意的，并且方法前进到框304。在框302中，可以执行流动警报。流动警报可以利用控制子系统28来执行，并且可以包括如前所述的与用户或系统操作人员的声音和/或视觉通信。在一个或多个实施例中，可以在获得预定量的重复或相继的不令人满意的读数后执行流动警报，以帮助提高存在不令人满意状况的可信度。此外，该方法可以包括自动执行或者在用户未响应流动警报时执行停止操作策略。停止操作可以包括将切削工具122从工件收回以帮助避免工具受损，或者可以包括在工具未收回的情况下终止加工操作。在框304中，该方法可以确定阀是否被适当打开。确定阀是否被适当打开可以基于加速度计传感器数据与基线曲线的比较。例如，与阀的收回相关联的数据的区域(诸如第三区域204)可以转化为阈值或阈值范围。阈值可以是与该区域相关联的最大或最小加速度值或速度值。这种数据可以基于多个基线读数的平均值，或者可以是来自多个基线读数的样本的绝对最大或最小值。类似地，阈值范围可以是包括绝对或平均最大和最小基线读数值的范围。如果加速度计数据不在阈值范围内、超过基于一个或多个基线读数的最大值或者小于基于一个或多个基线读数的最小值，那么阀可能没有被适当打开，并且方法前进到框306。阀的不适当的打开可能指示第一致动器54的故障或劣化，与阀52的移动的干涉，最后还可能指示可提供给切削工具的第一流体或润滑剂的量不足。否则，阀的打开是令人满意的，并且方法前进到框308。在框306中，可以执行阀打开警报。阀打开警报可以利用控制子系统28执行，并且可以包括如前所述的与用户或系统操作人员的声音和/或视觉通信。在一个或多个实施例中，可以在获得了预定量的重复或相继的不令人满意的读数后执行阀打开警报，以帮助提高存在不令人满意状况的可信度。此外，该方法可以包括自动地执行或者在用户没有响应阀打开警报时执行停止操作策略。停止操作可以包括将切削工具从工件收回以帮助避免工具受损，或者可以包括在工具未收回的情况下终止加工操作。在框308中，该方法可以确定阀是否适当地关闭。确定阀是否适当关闭可以基于加速度计传感器数据与基线曲线的比较。例如，与阀的缩回相关联的数据的区域(诸如第一区域200)可以转化为阈值或阈值范围。阈值可以是与该区域相关联的最大或最小加速度值或速度值。这种数据可以基于多个基线读数的平均值，或者可以是来自多个基线读数的样本的绝对最大或最小值。类似地，阈值范围可以是包括绝对或平均最大和最小基线读 数值的范围。如果加速度计数据不在阈值范围内、超过基于一个或多个基线读数的最大值或者小于基于一个或多个基线读数的最小值，那么阀可能没有被适当关闭，并且方法前进到框310。阀的不适当闭合可能指示第二致动器56的故障或劣化，与阀52的移动的干涉，最后还可能指示可提供给切削工具的第一流体或润滑剂的量不适当或过量。否则，阀的关闭是令人满意的，并且方法前进到框312，操作继续并且可以重复该方法。在框310中，可以执行阀关闭警报。阀关闭警报可以利用控制子系统28执行，并且可以包括如前所述的与用户或系统操作人员的声音和/或视觉通信。在一个或多个实施例中，可以在获得了预定量的重复或相继的不令人满意的读数后执行阀关闭警报，以提高存在不令人满意状况的可信度。此外，该方法可以包括自动地执行或者在用户没有响应阀关闭警报时执行停止操作策略。停止操作可以包括将切削工具从工件收回以帮助避免工具受损、在工具未收回的情况下终止加工操作或者在发生停止操作之前完成工件的加工。尽管前面描述了示例性实施例，但意在使这些实施例描述本发明所有可能的形式。相反，在说明书中的用语是描述用语而非限制用语，并且应当理解，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行各种变化。另外，各种可行实施例的特征可以组合起来以形成本发明的进一步的实施例。
权利要求
1.一种工具润滑输送系统，包括 设置在心轴上的流体供给单元，所述流体供给单元包括具有阀的阀组件，所述阀沿着轴线在抑制润滑剂流动的关闭位置与允许润滑剂流动的打开位置之间移动；以及加速度计，沿所述轴线设置在所述阀组件上，用于检测所述阀的加速度。
2.根据权利要求I所述的工具润滑输送系统，其中，所述阀组件沿所述轴线线性地移动。
3.根据权利I所述的工具润滑输送系统，其中，所述加速度计检测通过所述流体供给单元的润滑剂的加速度。
4.根据权利I所述的工具润滑输送系统，还包括控制子系统，所述控制子系统控制所述阀的启动并接收来自所述加速度计的数据，其中，所述控制子系统将从所述加速度计接收的数据与指示所述阀的期望启动的数据的基线加速度数据曲线进行比较，以确定所述阀何时处于所述关闭位置。
5.根据权利4所述的工具润滑输送系统，其中，所述控制子系统将从所述加速度计接收的数据与所述基线加速度数据曲线的一部分进行比较，以确定所述阀是否处于所述打开位置。
6.根据权利I所述的工具润滑输送系统，还包括控制子系统，所述控制子系统是基于PLC的，并且所述控制子系统控制所述阀的启动且接收来自所述加速度计的数据，其中，所述控制子系统将从所述加速度计接收的指示润滑剂流动的数据与基线加速度数据曲线的一部分进行比较，以确定何时抑制润滑剂流过所述阀组件。
7.—种监控朝切削工具的润滑流动的方法，包括 提供表示阀组件的润滑剂流动控制阀的位置的基线加速度曲线； 将来自设置在所述阀组件上的加速度计的指示阀位置的数据与基于所述基线加速度曲线的阈值范围进行比较；以及 当所述数据不在所述阈值范围内时，提供警报信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基线加速度曲线包括第一区域、第二区域和第三区域，其中，第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围基于所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域，并且连续提供来自所述加速度计的数据，使得所述数据与所述第一阈值范围、所述第二阈值范围和所述第三阈值范围进行比较。
9.一种控制工具润滑输送系统的方法，包括 提供指示流体供给单元的操作的基线加速度曲线，所述流体供给单元设置在心轴上并且控制具有润滑剂的浮质向切削工具的流体通道的供给，所述基线加速度曲线具有第一区域、第二区域和第三区域； 分别基于所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域确定第一阈值、第二阈值和第三阈值； 提供来自设置在所述流体供给单元上的加速度计的数据； 选择所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值中的一个； 将来自所述加速度计的数据与所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值中的所选一个进行比较；以及 当所述数据超过所选阈值时，产生警报信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一区域指示所述阀的关闭，所述第二区域指示通过所述阀的流体流动，并且所述第三区域指示所述阀的打开。
全文摘要
本发明提供了工具润滑输送监控系统和控制方法。提供加速度计以检测阀的位置和通过阀的流体流动。可将加速度计数据与基线曲线进行比较以确定流体流动或阀操作是否处于所确立的参数内。
文档编号F16N29/00GK102840435SQ20121020789
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2011年6月23日
发明者詹姆士·威廉·佩里, 钱德拉·雅吕里 申请人:福特汽车公司