超低温冷却加工技术具有改善材料切削加工性能、延长刀具寿命、提高工件表面质量等优点,在难加工材料的切削加工方面具有巨大的潜力。液氮射流作为冷却介质,其流量大小、气液相比例等射流参数对超低温冷却加工有显著影响,相关设备的研制已成为超低温冷却加工技术进一步研究和推广的关键。作为一种低温流体,液氮沸点低且蒸发潜热小,在管路中流动时极易汽化形成气液两相流,低温流体气液两相流的受热流动过程极其复杂,使液氮的稳定传输和流量调控十分困难。本文为研制出用于超低温冷却加工的液氮传输调控系统设备,对液氮低气相比例稳定传输的条件及液氮射流流量控制方法进行探索性研究。针对低温流体在管路内强制流动沸腾过程中其传热、压降等参数随流型变化的现象,选取符合要求的关键元件及管道,设计了系统的主体管路部分;根据液氮传输的特点,设计了液氮传输的控制方法。采用AMESim建立了主体管路系统的受热管道气液两相流动传热数值模型,通过仿真计算分析了系统在不同的入口压力和阀门开口量下液氮射流的传输情况,验证了主体管路系统方案的可行性。设计系统控制单元及供电单元,研制出用于超低温冷却加工的液氮传输调控系统;根据系统输入输出信号拟合出系统的传递函数并整定PID控制参数,在此基础上建立可根据输入信号在线整定PID参数的模糊控制规则,设计出以“代数积-加法-重心法”为反模糊推理方法的模糊PID控制器。通过液氮稳定传输性能验证实验,检验仿真结果与管路系统;编写采用PID控制方法和模糊PID控制方法的STM32F4工程程序,分别下载至系统控制单元的ARM开发板并进行液氮传输调控实验,检验系统性能。本文研制了一种用于超低温冷却加工的液氮传输调控系统装备,该装备能够为超低温冷却加工提供稳定的低气相比例的液氮射流,并能够实现射流流量的自动调控功能。