一种集成式乳化切削液的在线净化、监测系统的制作方法

1.本发明涉及一种集成式乳化切削液的在线净化、监测系统。

背景技术：

2.切削液起到冷却、润滑、清洗和防锈作用，是机械加工领域重要的组成部分。切削液一般分为全合成切削液、半合成切削液和乳化切削液三种，根据切削载荷和润滑要求的不同，其基础油含量不同。切削液在服役过程中会产生各种外界污染物的富集，寿命较短，经常3～6个月就需要换槽，导致产出大量的危废排放，成为装备制造业绿发展的重要瓶颈之一。
3.在金属加工过程中，外界杂质如金属碎屑、金属粉末、粉尘等固体杂质会不断进入切削液中，这些杂质的堆积会导致切削液的分解和失效。工件加工中产生的热量和金属碎屑产生化学反应导致切削液变质，降低切削液的润滑性能和冷却能力。同时会带入各种矿物油脂，如导轨油、液压油等杂油，会导致切削液的浓度发生变化，ph值降低，造成金属工件腐蚀；润滑效果变差，切削液性能变得难以控制，工具磨损现象严重，机械加工表面质量变差；也会导致切削液出现较多泡沫；切削乳液的粒径发生增大，清洗性能受到影响。
4.目前切削液浓度的测定多采用手持式折光仪进行离线检测，但切削液在使用过程中杂油和电解质的混入，导致折射率发生较大偏离，难以测量其真实有效浓度，需要专业厂家进行定期标定，难以满足浓度控制准确性和时效性；同时辅助ph和电导率的检测，判断细菌繁殖和生锈的风险，槽边添加相应的助剂，例如ph调整剂(碱保持)、络合剂等。人工进行槽边添加原液和助剂是目前行业现状，导致切削液浓度控制波动大甚至失真，严重影响加工产品的质量稳定性和不同批次产品的一致性。

技术实现要素：

5.发明目的：本发明目的旨在提供一种集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，该系统通过净化组件实时净化切削液，从而实现能够实时监测切削液的真实浓度，通过监测到的真实浓度再启动补液组件对切削液进行补充，从而实现加工产品的质量稳定性。
6.技术方案：本发明所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，包括净化组件、监测组件和补液组件，所述净化组件包括漂浮在槽液表面的吸液浮盘、前置过滤装置、真空气浮罐和蝶式离心机，在连接吸液浮盘和真空气浮灌的连接管路上设有调压阀；经蝶式离心机离心过滤后的乳化切削液储液箱中，经储液箱泵送至配液箱的管路上设有监测组件；所述监测组件包括带旁路管道的主管道，主管道一端与储液箱连通，主管道另一端与配液箱连通，旁路管道上设有在线折光仪、在线ph计、在线电导率测试仪、在线粘度仪和压力传感器；在线折光仪、在线ph计、在线电导率测试仪、在线粘度仪和压力传感器分别通过电缆与外部plc控制箱连接；所述补液组件包括原液储液箱、消泡剂储液瓶、ph调整剂储液瓶、硬水络合剂储液瓶、杀菌剂储液瓶和缓蚀剂储液瓶；原液储液箱、消泡剂储液瓶、ph调整剂储液瓶、硬水络合剂储液瓶、杀菌剂储液瓶和缓蚀剂储液瓶分别通过连接管路与配液箱连
接，在补液组件与配液箱的连接管路上设有流量泵，流量泵分别通过电缆与外部plc控制箱连接；配液箱内的液体通过泵送入槽液中。
7.其中，原液储液箱内设有液位计量器；消泡剂储液瓶、ph调整剂储液瓶、硬水络合剂储液瓶、杀菌剂储液瓶和缓蚀剂储液瓶中均设有浮球液位计，液位计量器和浮球液位计分别通过电缆与外部plc控制箱连接。
8.其中，还设有臭氧发生器，储液箱中的切削液经在线监测后通过臭氧发生器杀菌后进入配液箱中。通过臭氧发生器持续在切削液中混入臭氧进行杀菌，保证切削液中臭氧浓度≥0.3mg/l以上，持续循环2次以上杀菌率达到99.96％。
9.其中，所述前置过滤装置为篮式过滤器，篮式过滤器对槽液进行粗滤，避免大粒径固体杂质或屑块对蝶式离心机的损伤。
10.其中，通过调压阀将真空气浮罐内的气压调节在0.02～0.04mpa，调压阀通过电缆与外部plc控制箱连接。
11.其中，所述监测组件的主管路上设有偏转阀，旁路管道上设有两个旁路隔离阀，两个旁路隔离阀分别位于旁路管道的进液端和出液端，通过泵将切削液从储液箱转移至配液箱；通过偏转阀调节主管路压力，提供旁路管道压差，实现旁路管道中切削液的流通；先打开进液端的旁路隔离阀同时关闭出液端旁路隔离阀，调节偏转阀的开度(使管路中前后两端产生压差)使旁路管道中压力大于0.05mpa，此时再打开出液端旁路隔离阀，实现旁路管道上对应传感器的测量；偏转阀和两个旁路隔离阀可以通过电缆与外部plc控制箱连接，也可以采用手动进行调节，无需电控，调节好偏转阀开度后整个监测过程就不需要再调整了。平时检修的时候，旁路管道上的两个旁路隔离阀都关掉，可以进行旁路管道上对应传感器的维修或更换，而且不影响主管路中槽液的流动。
12.其中，所述蝶式离心机的转速需大于5000r/min，所产生的离心力可达6000g，固体杂质分离精度为2μm。
13.其中，所述蝶式离心机的离心罐分别配备浮油收集箱和渣块收集箱，经过净化分离的切削液经向心泵加压后流出；浮油聚结后作为轻相自由流出转鼓；颗粒作为重相沉降在转鼓内，通过压力传感器触发，间歇式自动排出离心罐。
14.其中，机床液槽的进液口与吸液浮盘对应的出液口在机床液槽中呈对角线分布，从而使补充的原液和助剂在槽液中均匀分散；机床液槽的进液口与配液箱连通。
15.其中，所述消泡剂储液瓶还通过连接管路与储液箱连接，连接管路上设有流量计和流量泵，流量计和流量泵分别通过电缆与外部plc控制箱连接，为避免单位时间内消泡剂添加量过大，影响在线监测传感器检测切削液浓度的真实性，消泡剂添加流量≤10ml/min。
16.本发明系统首先去除切削液中的各种污染物，延长切削液使用寿命，减少废液排放、减少切削液对工人和环境的伤害和污染；同时在线测量切削液的有效真实浓度和污染程度，同时自动补液，保持切削液浓度的有效范围，保证加工产品的批次一致性和稳定性。
17.有益效果：本发明系统能够实现切削液在线净化、真实浓度测量、污染老化评测和原液补加的精确运维，从而实现加工产品的质量稳定性和不同批次产品的一致性；本发明系统采用真空气浮、蝶式离心组合方式高效去除固杂、杂油等外界污染，有效降低外界污染对切削液理化性能的影响，从而得到切削液真实浓度；同时通过臭氧和真空气浮组合方式进行高效杀菌和抑菌，真空气浮装置在循环系统中增加溶氧浓度，避免厌氧菌的滋生；臭氧
作为强氧化剂，能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡，避免切削液中细菌的大量滋生；从而使固体杂质及细菌去除率≥99％，过滤精度高于2微米，细菌采用平板计数法检不出；在35℃静置24h无杂油析出；切削液的回收率≥90％，浓度及ph值保持率≥95％。同时通过在线添加助剂的方式，大幅延长切削液的使用寿命，从2～3个月可延长至1～2年，而且还能有效减少废液排放。通过集成各种在线传感器，实时测量切削液的物理化学特性，能够输出有效浓度和污染老化程度，并进行量化，代替传统的离线检测，提高检测的真实性和实时性。通过在线补充原液的方式有效控制切削液浓度，有效浓度可以控制在设定值的
±
1％，避免浓度波动，提高产品生产的质量稳定性。
附图说明
18.图1为本发明系统的系统原理图；
19.图2为在线补液组件的结构原理图；
20.图3为在线监测组件的结构原理图。
具体实施方式
21.如图1～3所示，本发明集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，包括净化组件、监测组件和补液组件，净化组件包括漂浮在槽液表面的吸液浮盘1、篮式过滤器2、真空气浮罐4和蝶式离心机6，在连接吸液浮盘1和真空气浮灌4的连接管路上设有调压阀3；经蝶式离心机6离心过滤后的乳化切削液储液箱9中，经储液箱9泵送至配液箱18的管路上设有监测组件；监测组件包括带旁路管道的主管道，主管道一端与储液箱9连通，主管道另一端与配液箱18连通，旁路管道上设有在线折光仪12、在线ph计13、在线电导率测试仪14、在线粘度仪15和压力传感器16；在线折光仪12、在线ph计13、在线电导率测试仪14、在线粘度仪15和压力传感器16分别通过电缆与外部plc控制箱连接；补液组件包括原液储液箱19、消泡剂储液瓶20、ph调整剂储液瓶21、硬水络合剂储液瓶22、杀菌剂储液瓶23和缓蚀剂储液瓶24；原液储液箱19、消泡剂储液瓶20、ph调整剂储液瓶21、硬水络合剂储液瓶22、杀菌剂储液瓶23和缓蚀剂储液瓶24分别通过连接管路与配液箱18连接，在补液组件与配液箱18的连接管路上设有流量泵30，同时原液储液箱19内设有液位计量器29，消泡剂储液瓶20、ph调整剂储液瓶21、硬水络合剂储液瓶22、杀菌剂储液瓶23和缓蚀剂储液瓶24中均设有浮球液位计31，浮球液位计31、液位计量器29和流量泵30分别通过电缆与外部plc控制箱连接；配液箱18内的液体通过隔膜泵ii25送入机床液槽32中。机床液槽32的进液口33与吸液浮盘对应的出液口在机床液槽32中呈对角线分布，从而使补充的原液和助剂在槽液中均匀分散。
22.真空气浮罐4进液口连接吸液浮盘1，因切削液在使用过程中会发生不同程度的杂油污染或析油问题，机床液槽32中的切削液体系发生改变，切削液粒径自下而上逐渐变大，甚至液面上存在明显浮油，为了及时清理浮油和大粒径切削液，采用吸液浮盘1进行抽液，该吸液浮盘1漂浮在液面，能第一时间将聚结上浮的大粒径浮油吸入真空气浮罐4内，大幅提升净化组件的处理效率和效果。在吸液浮盘1与真空气浮罐4进液口之间安装一个可拆卸篮式过滤器2，篮式过滤器2能够避免大颗粒杂质进入蝶式离心机6；真空气浮罐4出液口连接真空水泵5，同时在吸液浮盘1和真空气浮罐4进液口之间还安装一个调压阀3，通过调压阀3使罐内气压保持在0.03mpa，真空气浮罐4直接通过吸液浮盘1将槽液吸入真空罐内，吸
液浮盘1同时会吸入一定的空气，在真空气浮罐4中压力降低会析出大量细小的溶解气体，连同吸液浮盘1吸入的空气在真空气浮罐4中会发生高度分散的气液混合，高度分散微小气泡会破坏原来固体颗粒和油粒的体系稳定性，使其更容易聚结和分离并形成浮渣和浮油。
23.蝶式离心机6连接储液箱9，并配备消泡剂补液，避免槽液泡沫产生并溢槽。为避免单位时间内消泡剂添加量过大，影响在线监测传感器检测切削液浓度的真实性，消泡剂添加流量≤10ml/min。采用隔膜泵i10将储液箱9的切削液泵送至配液箱18，在泵送主管道上先并联旁路管道以安装在线监测传感器组件，通过主管路上的偏转阀11来控制旁路管道的压力和流速，然后在主管道上与配液箱18之间串联安装臭氧发生器17，通过臭氧发生器17持续在切削液中混入臭氧进行杀菌，保证切削液中臭氧浓度≥0.3mg/l以上，持续循环2次以上杀菌率达到99.96％。
24.在专用吸液浮盘1和真空气浮罐4之间安装调压阀3，使真空气浮罐4内的气压控制在0.03mpa，真空水泵5的驱动下不断将槽液抽取到蝶式离心机6和储液箱9中，调压阀3调整真空气浮罐4的压力，实现共混空气和槽液中溶解气体的上浮，破坏杂油体系稳定性，实现不稳定乳液的聚结；通过真空水泵5将不稳定乳液体系泵送入高速蝶式离心机6，实现低密度的杂油、体系稳定的切削液和高密度固体杂质三相分离，通过浮油收集箱7和渣块收集箱8分别收集杂油和固体杂质，蝶式离心机6的机转速大于5000r/min，固体杂质分离精度为不大于2μm；储液箱9内设有液位传感器，消泡剂储液瓶20还通过连接管路与储液箱9连接，连接管路上设有流量计和流量泵，流量计和流量泵分别通过电缆与外部plc控制箱连接，为避免单位时间内消泡剂添加量过大，影响在线监测传感器检测切削液浓度的真实性，消泡剂添加流量≤10ml/min，通过控制大流量隔膜泵i10避免储液箱9出现溢槽现象。
25.监测组件的主管路上设有偏转阀11，旁路管道上设有两个旁路隔离阀28，两个旁路隔离阀28分别位于旁路管道的进液端和出液端，通过隔膜泵i10将切削液从储液箱9转移至配液箱18；通过偏转阀11调节主管路压力，提供旁路管道压差，实现旁路管道中切削液的流通；具体为：先打开进液端的旁路隔离阀28同时关闭出液端旁路隔离阀28，调节偏转阀11的开度(使主管路中前后两端产生压差)使旁路管道中压力大于0.05mpa(通过压力传感器16检测旁路管道的压力)，此时再打开出液端旁路隔离阀28，实现旁路管道上对应传感器的测量。旁路管道上设有传感器流通池27，传感器流通池27可实现在线折光仪12、在线ph计13、在线电导率测试仪14、在线粘度仪15和压力传感器16的在线检测，采样频率不低于30次/h。在线折光仪12可以输出切削液的折射率(nd)，测量范围为1.3200-1.3650；在线粘度仪(在线粘度传感器)15采用音叉机械谐振，测量范围0-20mm2/s，测量精度3％value，同时具有较高的测量重复性和应用性价比；在线ph计13和在线电导率测试仪14同样具备温度补偿功能。
26.通过大流量隔膜泵ii25将配液箱18中净化调整后的切削液泵送到机床液槽32中，配液箱18内设有液位传感器，通过控制大流量隔膜泵ii25避免配液箱18出现溢槽现象。配液箱18同时配备在线补液组件，实现在线补加(通过plc控制自动补加)原液和助剂(助剂包括ph调整剂、硬水络合剂、杀菌剂、消泡剂、缓蚀剂)。消泡剂采用聚醚改性聚硅氧烷，ph调整剂采用二乙醇胺，硬水络合剂采用乙二胺四乙酸(edta)，杀菌剂可选择bk杀菌剂，缓蚀剂采用40％苯甲酸钠和60％硼酸酯组合。
27.本发明真空水泵5、隔膜泵i10和隔膜泵ii25分别通过电缆与外部plc控制箱连接。
储液箱9和配液箱18内均配备液位传感器，通过plc控制单元控制真空水泵5、隔膜泵i10和隔膜泵ii25隔膜泵的启停，避免溢槽现象发生。
28.采用plc控制器实时采集各传感器的数据，判断切削液有效浓度和污染程度，并进行量化输出；现场人机交互界面具备实时显示检测数据，采用触摸屏、声光报警进行人机交互；通过机床槽液容积、有效浓度、污染程度等输入的边界条件，根据设定的控制阀值，自动补充原液和助剂，使有效浓度控制在设定值的
±
1％，现场的过程记录和数据通过工业总线与厂区中控室进行实时通讯和交互。
29.表1为采用本发明系统运维机床液槽中的切削液和采用现有方法运维机床液槽中的切削液的效果对比。
30.表1
31.

技术特征：

1.一种集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：包括净化组件、监测组件和补液组件，所述净化组件包括漂浮在槽液表面的吸液浮盘(1)、前置过滤装置(2)、真空气浮罐(4)和蝶式离心机(6)，在连接吸液浮盘(1)和真空气浮灌(4)的连接管路上设有调压阀(3)；经蝶式离心机(6)离心过滤后的乳化切削液储液箱(9)中，经储液箱(9)泵送至配液箱(18)的管路上设有监测组件；所述监测组件包括带旁路管道的主管道，主管道一端与储液箱(9)连通，主管道另一端与配液箱(18)连通，旁路管道上设有在线折光仪(12)、在线ph计(13)、在线电导率测试仪(14)、在线粘度仪(15)和压力传感器(16)；在线折光仪(12)、在线ph计(13)、在线电导率测试仪(14)、在线粘度仪(15)和压力传感器(16)分别通过电缆与外部plc控制箱连接；所述补液组件包括原液储液箱(19)、消泡剂储液瓶(20)、ph调整剂储液瓶(21)、硬水络合剂储液瓶(22)、杀菌剂储液瓶(23)和缓蚀剂储液瓶(24)；原液储液箱(19)、消泡剂储液瓶(20)、ph调整剂储液瓶(21)、硬水络合剂储液瓶(22)、杀菌剂储液瓶(23)和缓蚀剂储液瓶(24)分别通过连接管路与配液箱(18)连接，在补液组件与配液箱(18)的连接管路上设有流量泵(30)，流量泵(30)分别通过电缆与外部plc控制箱连接；配液箱(18)内的液体通过泵送入槽液中。2.根据权利要求1所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：原液储液箱(19)内设有液位计量器(29)；消泡剂储液瓶(20)、ph调整剂储液瓶(21)、硬水络合剂储液瓶(22)、杀菌剂储液瓶(23)和缓蚀剂储液瓶(24)中均设有浮球液位计(31)，液位计量器(29)和浮球液位计(31)分别通过电缆与外部plc控制箱连接。3.根据权利要求1所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：还设有臭氧发生器(17)，储液箱(9)中的切削液经在线监测后通过臭氧发生器(17)杀菌后进入配液箱(18)中。4.根据权利要求1所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：所述前置过滤装置(2)为篮式过滤器。5.根据权利要求1所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：通过调压阀(3)将真空气浮罐(4)内的气压调节在0.02～0.04mpa，调压阀(3)通过电缆与外部plc控制箱连接。6.根据权利要求1所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：所述监测组件的主管路上设有偏转阀(11)，旁路管道上设有两个旁路隔离阀(28)，两个旁路隔离阀(28)分别位于旁路管道的进液端和出液端，通过泵将切削液从储液箱(9)转移至配液箱(18)；通过偏转阀(11)调节主管路压力，提供旁路管道压差，实现旁路管道中切削液的流通。7.根据权利要求1所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：所述蝶式离心机(6)的机转速大于5000r/min，固体杂质分离精度为2μm。8.根据权利要求7所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：所述蝶式离心机(6)的离心罐连接浮油收集箱(7)和渣块收集箱(8)。9.根据权利要求1所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：机床液槽(32)的进液口(33)与吸液浮盘对应的出液口在机床液槽(32)中呈对角线分布；机床液槽(32)的进液口(33)与配液箱(18)连通。10.根据权利要求1所述的集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，其特征在于：所述
消泡剂储液瓶(20)还通过连接管路与储液箱(9)连接，连接管路上设有流量计和流量泵，流量计和流量泵分别通过电缆与外部plc控制箱连接。

技术总结

本发明公开了一种集成式乳化切削液的在线净化、监测系统，本发明系统能够实现切削液在线净化、真实浓度测量、污染老化评测和原液补加的精确运维，从而实现加工产品的质量稳定性和不同批次产品的一致性；通过集成各种在线传感器，实时测量切削液的物理化学特性，能够输出有效浓度和污染老化程度，并进行量化，代替传统的离线检测，提高检测的真实性和实时性。通过在线补充原液的方式有效控制切削液浓度，有效浓度可以控制在设定值的