CN102528855A - 一种木竹材多锯片锯切冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木竹材多锯片锯切冷却系统，包括：储气罐，分两路输出管路输出压缩气体；储液罐，存储有冷却液，所述储液罐与所述储气罐的一路输出管路相连；冷却装置，将所述储气罐的另一路输出管路输出的压缩气体和由所述储液罐输出的冷却液冷却至预定的温度；超声雾化装置，将经过冷却后的冷却液超声雾化，形成冷却气体；混合室，将经过雾化后的冷却气体和经过冷却的压缩气体进行混合形成混合气体；喷头，将混合气体喷至木材或竹材切削区域，对切削区域的锯片组进行冷却。本发明可将压缩空气和冷却液同时进行冷却，并通过超声雾化装置将冷却液充分雾化，最终形成低温雾化汽，润滑冷却效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种木材或竹材多锯片锯切冷却系统，其主要针对用于多层实木复合地板表板的珍贵木材剖分和重组竹地板锯切加工，本发明可直接与锯切机床配套使用，减小锯片发热变形，节约加工能耗，减少木材锯切损耗，延长锯片使用寿命，改善加工质量。
背景技术
随着我国民经济水平的提高，我国家具和地板行业，特别是多层实木复合地板和重组竹地板的发展火爆，对珍贵木材和竹材的需求逐年增加。而我国实行“天然林保护工程”，导致一些地区木材原料，特别是珍贵木材的供需矛盾日益突出。因此，必须充分合理地利用现有资源，减少原料浪费和提高加工质量是解决这一矛盾的途径之一。
目前，国内三层实木复合地板年生产能力已达到5000万平方米，其表板主要采用多锯片圆锯机中的超薄圆锯片组进行锯切加工，国内已有多锯片圆锯机5000台以上，其中进口高精度多锯片圆锯机1000台左右，年消耗超薄圆锯片达30万片。超薄圆锯片组锯片间距小，不易散热，受热变形、失稳会导致超薄圆锯片组在短时间内失效。此外，在重组竹锯切加工过程中，由于重组竹密度较大，其中的胶黏剂含量较多(40％左右)，锯切时的锯切力大，更易使锯片受热变形，影响锯切质量，严重时甚至引起火灾。
目前，普遍存在的降低切削热的方式是采用油雾外部润滑方式：将切削液送入高压喷射系统并与气体混合雾化，然后通过一个或多头喷嘴将雾滴尺寸达毫、微米级的气雾喷射到加工刀具表面，对刀具进行冷却和润滑；外部润滑系统一般由空气压缩机、油泵、控制阀、喷嘴及管路附件组成，可以安装在机床上。但外部润滑的雾粒颗粒小，容易四处飞散，对工作环境会有一定影响，所以需要有配套的防护设施。例如，存在这样一种切削油润滑系统 (Micro Lubrication System，德国Steidle公司制造)，其主要原理是压缩空气经过滤器后输送到压力罐，储藏在压力罐切削油通过压缩空气带动经软管输送到喷嘴的物料供应口处，通过雾化空气带动喷射到锯齿切削刃部，切削油呈雾化状态作用到即将参加切削的切削刃部，这一系统主要应用在多层实木复合地板表板剖分的剖分锯上。这种冷却润滑方式对超薄圆锯片组每个锯片无法实现均匀冷却，特别是当环境温度较高时，无法满足超薄圆锯片组的冷却要求。此外，其采用的切削油价格较高，其使用后的切削油无法回收，增加了生产成本。
还存在这样一种系统，微量润滑(Minimal Quantities Lubricant，MQL)切削系统，是指将压缩空气与极微量的润滑液混合汽化后喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。它可以大大减少切削液的用量(一般仅为0.03～1.20L/h)，可有效减小刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦，防止粘结，延长刀具寿命，提高加工表面质量。MQL切削使用的润滑液很少。目前，该技术主要用于铸铁、钢和铝合金等的钻孔、铰孔、攻丝、深孔等金属加工中。
此外，还存在一种气雾内部冷却方式，原理是通过主轴和刀具中的孔道直接将冷却气雾送至切削区域，进行冷却和润滑。内部润滑系统通过主轴和刀具内部通道供给润滑剂，可以直接到达加工区域，润滑充分，一般效果会好于外部润滑。但内部润滑系统也有缺点：使机床主轴和工具系统的结构变得复杂，甚至会影响整台机床的工作性能；当主轴转速过高时受离心力作用影响，切削液易粘附在主轴和工具的内孔壁，不易达到切削区，目前使用内部润滑技术的机床主轴转速一般不超过20000～30000r/min；加工过程中切屑易堵塞喷口，严重影响润滑效果；内部润滑系统需重点考虑雾粒生成装置，生成雾粒的直径必须足够小，才能避免惯性及重力的影响，使雾粒保持悬浮状态，从而顺利通过内部通道。
以上所述的冷却系统的喷嘴结构均为空气雾化式喷嘴，通过压力将液体送到喷嘴，空气和液体可在外部或内部进行混合，产生雾化效果，喷雾的形状主要是以圆形和扇形为主，此种形式的喷嘴产生的喷雾作用到多锯片组上时，由于每锯片上散落的雾化液滴的量的不同，会使锯片间的的冷却效果不 一致，也可导致锯片变形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种木材或竹材机械加工领域应用的低温锯切冷却系统，以解决现有珍贵木材或重组竹锯切加工时的锯切力大，易使锯片受热变形，影响锯切质量等问题。
本发明的一种木竹材多锯片锯切冷却系统，包括：
储气罐，分两路输出管路输出压缩气体；
储液罐，存储有冷却液，所述储液罐与所述储气罐的一路输出管路相连，以带动冷却液进入冷却装置；
冷却装置，将所述储气罐的另一路输出管路输出的压缩气体和由所述储液罐输出的冷却液冷却至预定的温度；
超声雾化装置，将经过冷却后的冷却液超声雾化，形成冷却气体；
混合室，将经过雾化后的冷却气体和经过冷却的压缩气体进行混合形成混合气体；
喷头，将混合气体喷至木材或竹材切削区域，对切削区域的锯片组进行冷却。
优选地，在所述储气罐和储液罐之间设置有第一调节阀，在所述储气罐和冷却装置之间设置有第二调节阀，在所述储液罐和冷却装置之间设置有第三调节阀。
优选地，还包括雾化汽温度控制器，用于根据雾化汽温度探测传感器探测所述混合室出来的混合气体的温度来控制所述冷却装置，以使从所述冷却装置出来的冷却气体的温度控制在2℃～10℃。
优选地，还包括冷却控制器，用于非接触式温度探测器根据所述锯片组的温度控制所述第二调节阀的开启程度，以控制进入到所述冷却装置的压缩气体流量。
优选地，所述锯片组包括间隔适当间距并排设置的2个以上的锯片，所 述喷头具有大致与所述锯片组长度相同的喷嘴。
优选地，所述喷嘴为在长度方向上由中间向两端逐渐缩窄的长条孔，或是与所述每片所述锯片相一一对应设置的变截面窄缝，或是与所述每片所述锯片相一一对应可对所述锯片的两个端面进行斜向喷射的斜孔。
本发明的一种木竹材多锯片锯切冷却系统，包括：
储气罐，分两路输出管路输出压缩气体；
储液罐，存储有冷却液，所述储液罐与所述储气罐的一路输出管路相连，以带动冷却液进入超声雾化装置；
超声雾化装置，将所述储液罐输出的冷却液超声雾化，形成冷却气体；
混合室，将经过雾化后的冷却气体和压缩气体进行混合形成混合气体；
冷却装置，将所述混合气体冷却至预定的温度；
喷头，将冷却后的混合气体喷至木材或竹材切削区域，对切削区域的锯片进行冷却。
优选地，在所述储气罐和储液罐之间设置有第一调节阀，在所述储气罐和超声雾化装置之间设置有第四调节阀，在所述储液罐和混合室之间设置有第五调节阀。
优选地，还包括雾化汽温度控制器，用于根据雾化汽温度探测传感器测量所述混合室出来的混合气体的温度来控制所述冷却装置，以使从所述冷却装置出来的冷却气体的温度控制在2℃～10℃。
优选地，还包括冷却控制器，用于根据非接触式温度探测器测量所述锯片组的温度来控制所述第五调节阀的开启程度，以控制进入到所述混合室的压缩气体流量。
优选地，所述锯片组包括间隔适当间距并排设置的2个以上的锯片，所述喷头具有大致与所述锯片组长度相同的喷嘴。
优选地，所述喷嘴为在长度方向上由中间向两端逐渐缩窄的长条孔，或是与所述每片所述锯片相一一对应设置的变截面窄缝，或是与所述每片所述锯片相一一对应可对所述锯片的两个端面进行斜向喷射的斜孔。
本发明的锯切冷却系统具有以下优点：
1)本发明涉及的冷却系统是压缩空气和冷却液经过低温冷却，冷却液经雾化装置形成细雾状的雾化汽，在管道内与低温压缩空气混合后形成低温雾化汽，经喷头以很高的速度喷到切削区。雾化质点在高温下很快雾化，吸收大量切削热，另外喷头高速喷射时，流体膨胀使雾束本身的温度降低，也可吸收大量热量，喷射雾束流速很高，一般为200～300m/s，既能将大量热量带走，也能将粘附在刀刃上的切屑排除掉，所以喷雾冷却具有很好的冷却效果。同时，雾化流体能吸附在加工材料表面上，形成润滑膜，还能起到一定的润滑作用。
2)本发明可将压缩空气和冷却液同时进行冷却，并通过超声雾化装置将冷却液充分雾化，最终形成低温雾化汽，润滑冷却效果好。
3)本发明可调节压缩空气的流量和冷却液的流量。
4)本发明产生的高速低温雾化气体可直接作用于锯切区域，降低切削区域的温度，增加切削区域刀具与工件的润滑。
5)本发明可直接与锯切机床配套使用，通过特殊结构喷嘴喷出的低温气体直接作用于锯切区域，减少超薄圆锯片组的超薄圆锯片间的温度差，减少锯片变形，延长刀具寿命。
6)本发明采用超声雾化原理，将水雾化，形成的雾化汽，与传统加热雾化方式相比，能源节省90％。
7)本发明的雾化汽温度反馈控制系统是由雾化汽温度控制器和雾化汽温度探测传感器组成，用于适时控制管道内的低温雾化汽的制冷速度，使温度保持在2℃～10℃之间的设定值，以防止管道内温度过低导致管道壁出现结冰现象。
8)本发明的锯片温度监测控制系统由非接触式温度探测器和冷却控制器组成，非接触式温度探测器用来适时检测多锯片组9的锯片温度，当多锯片组的温度过高时，冷却控制器会控制气体流量调节阀增加冷却气体的流量，以减少锯片发热。
9)本发明可采用斜向多孔式、窄缝变截面式或窄缝变截面分段式结构， 与传统圆孔形喷嘴作用多锯片相比较，使超薄圆锯片锯片组中的各锯片能均匀受到低温气体的作用，各锯片间的温度差小，减少锯片受热变形。
10)本发明产生高速低温雾化汽有利于排除切削过程中产生的锯屑，且低温雾化汽对木材和环境无污染，不影响后续加工。
附图说明
图1为本发明木竹材多锯片锯切冷却系统实例一的主视图。
图2为本发明木竹材多锯片锯切冷却系统实例二的主视图。
图3为传统圆孔形喷嘴作用多锯片时的工作示意图。
图4为窄缝变截面式喷嘴作用多锯片时的工作示意图。
图5为窄缝变截面分段式式喷嘴作用多锯片时的工作示意图。
图6为斜向多孔式喷嘴作用多锯片时的工作示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现参照说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
请参见图1所示。
本发明包括：储液罐1、液体流量调节阀2、冷却装置3、液体管路4、雾化汽温度控制器5、混合室6、雾化汽温度探测传感器7、均匀供给喷嘴8、多片锯9、非接触式温度探测器10、冷却控制器11、超声雾化装置12、冷气管路13、气体流量调节阀14、储气罐15、气源管路16和气量调节阀门17等组成。
外界空气首先进入空气压缩机形成压缩空气，压缩空气通过气源管路16进入储气罐15，一部分气体经过气量调节阀17经气体管路进入冷却装置中的冷气管路，另一部分气体经气体流量调节阀14进入储液罐1，储液罐1 中贮存的为冷却液体进入液体管路，在本发明实施例中，冷却液可以是水，也可以是可用于木材切削的润滑液，液体流量调节阀14可控制进入冷却装置3的冷却液体的流量。冷却装置3可对压缩空气和冷却液体同时进行冷却，冷却的出口温度范围为2℃～10℃，冷却液体通过超声雾化装置12，将液体冷却介质进行雾化，与气体在混合室6混合后形成低温雾化汽，最后通过均匀供给喷头8作用到木材或竹材切削区域，对切削区域进行冷却。雾化汽温度反馈控制系统是由雾化汽温度控制器5和雾化汽温度探测传感器7组成，用于适时控制管道内的低温雾化汽的制冷速度，使温度保持在2℃～10℃之间的设定值，以防止管道内温度过低导致管道壁出现结冰现象。锯片温度监测控制系统由非接触式温度探测器10和冷却控制器11组成，非接触式温度探测器10用来适时检测多锯片组9的锯片温度，当多锯片组的温度过高时，冷却控制器11会控制气体流量调节阀增加冷却气体的流量，以减少锯片发热。
实施例2
请参见图2所示，本发明是一种木竹材多锯片锯切冷却系统，由储液罐1’、液体流量调节阀2’、超声雾化装置3’、混合室4’、雾化汽温度控制器5’、冷却装置6’、雾化汽温度探测传感器7’、均匀供给喷嘴8’、多片锯9’、非接触式温度探测器10’、冷却控制器11’、气体管路12’、气体流量调节阀13’、储气罐14’、气源管路15’和气体流量调节阀16’等组成。
外界空气首先进入空气压缩机形成压缩空气，压缩空气通过气源管路15’进入储气罐14’，一部分气体经过气量调节阀13’经气体管路12’进入混合室4’，另一部分气体经气体流量调节阀16’进入储液罐1’通过液体管路经液体流量调节阀2’进入超声雾化装置3’，超声雾化装置3’将冷却液体充分雾化，雾化后的冷却液体进入混合室4’，压缩空气和冷却液体在混合室4’内充分混合，形成雾化汽，经过管路进入冷却装置6’进行充分冷却，低温雾化汽最后通过均匀供给喷头8’作用到木材或竹材切削区域，对切削区域进行冷却。雾化汽温度反馈控制系统是由雾化汽温度控制器5’和雾化汽温度探测传感器7’组成，用于适时控制管道内的低温雾化汽的制冷速度，使温度保持在2℃～10℃之间的设定值，以防止管道内温度过低导致管道壁出现结冰现象。 锯片温度监测控制系统由非接触式温度探测器10’和冷却控制器11’组成，非接触式温度探测器10’用来适时检测多锯片组9’的锯片温度，当多锯片组的温度过高时，冷却控制器11’会控制气体流量调节阀增加冷却气体的流量，以减少锯片发热。
实施例3
传统圆孔形喷头如图3所示，100为喷嘴座、101为喷嘴孔、102为多锯片组，圆形喷嘴孔100喷射雾化气体时，喷雾的形状主要是以圆形和扇形为主，此种形式的喷嘴产生的喷雾作用到多锯片组102上时，每锯片上散落的雾化液滴的量的不同，会使锯片间的的冷却效果不一致，也可导致锯片变形。
本发明的一种窄缝变截面式喷头，如图4所示，100’为喷嘴座、101’为窄缝变截面喷嘴、102’为多锯片组，喷嘴101’为在长度方向上由中间向两端逐渐缩窄的长条孔。由于锯片组102’中的锯片不宜散热，处于中间位置的锯片散热效果最差，窄缝变截面式喷嘴两侧的尺寸较窄，中间的尺寸较宽，喷嘴中间部位的喷雾量大，冷却能力大，可使锯片组102’中间位置的锯片得到很好的降温效果。
本发明的另一种喷头结构如下：当锯片组的锯片较多时，可采用与锯片组每片锯片相一一对应设置的窄缝变截面分段式喷嘴，如图5所示，100”为喷嘴座、101”为窄缝变截面分段式喷嘴、102”为多锯片组，在锯片组102”中锯片的对应位置的喷嘴处开变截面窄缝，同样能达到相同效果。
本发明的另一种喷头的结构是与锯片组的每片锯片相一一对应可对锯片的两个端面进行斜向喷射的斜孔。如图6所示，100”’为喷嘴座、101”’为斜向多孔式孔、102”’为多锯片组，可使锯片组中的各锯片能均匀受到低温气体的作用，各锯片间的温度差小，减少锯片受热变形。斜向多孔式孔是通过在锯片组中每个锯片的对应位置的喷嘴处开的对称的斜向圆孔，两个圆孔对应一个锯片，相向喷射低温雾化汽，使锯片组中的每个锯片受到低温雾化汽作用的程度相同，锯片间的温度差小。
Claims (12)
1.一种木竹材多锯片锯切冷却系统，其特征在于，包括：
储气罐，分两路输出管路输出压缩气体；
储液罐，存储有冷却液，所述储液罐与所述储气罐的一路输出管路相连，以带动冷却液进入冷却装置；
冷却装置，将所述储气罐的另一路输出管路输出的压缩气体和由所述储液罐输出的冷却液冷却至预定的温度；
超声雾化装置，将经过冷却后的冷却液超声雾化，形成冷却气体；
混合室，将经过雾化后的冷却气体和经过冷却的压缩气体进行混合形成混合气体；
喷头，将混合气体喷至木材或竹材切削区域，对切削区域的锯片组进行冷却。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述储气罐和储液罐之间设置有第一调节阀，在所述储气罐和冷却装置之间设置有第二调节阀，在所述储液罐和冷却装置之间设置有第三调节阀。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括雾化汽温度控制器，用于根据雾化汽温度探测传感器探测所述混合室出来的混合气体的温度来控制所述冷却装置，以使从所述冷却装置出来的冷却气体的温度控制在2℃～10℃。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括冷却控制器，用于非接触式温度探测器根据所述锯片组的温度控制所述第二调节阀的开启程度，以控制进入到所述冷却装置的压缩气体流量。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述锯片组包括间隔适当间距并排设置的2个以上的锯片，所述喷头具有大致与所述锯片组长度相同的喷嘴。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述喷嘴为在长度方向上由中间向两端逐渐缩窄的长条孔，或是与所述每片所述锯片相一一对应设置的变截面窄缝，或是与所述每片所述锯片相一一对应可对所述锯片的两个端面进行斜向喷射的斜孔。
7.一种木竹材多锯片锯切冷却系统，其特征在于，包括：
储气罐，分两路输出管路输出压缩气体；
储液罐，存储有冷却液，所述储液罐与所述储气罐的一路输出管路相连，以带动冷却液进入超声雾化装置；
超声雾化装置，将所述储液罐输出的冷却液超声雾化，形成冷却气体；
混合室，将经过雾化后的冷却气体和压缩气体进行混合形成混合气体；
冷却装置，将所述混合气体冷却至预定的温度；
喷头，将冷却后的混合气体喷至木材或竹材切削区域，对切削区域的锯片进行冷却。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述储气罐和储液罐之间设置有第一调节阀，在所述储气罐和超声雾化装置之间设置有第四调节阀，在所述储液罐和混合室之间设置有第五调节阀。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括雾化汽温度控制器，用于根据雾化汽温度探测传感器测量所述混合室出来的混合气体的温度来控制所述冷却装置，以使从所述冷却装置出来的冷却气体的温度控制在2℃～10℃。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括冷却控制器，用于根据非接触式温度探测器测量所述锯片组的温度来控制所述第五调节阀的开启程度，以控制进入到所述混合室的压缩气体流量。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述锯片组包括间隔适当间距并排设置的2个以上的锯片，所述喷头具有大致与所述锯片组长度相同的喷嘴。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述喷嘴为在长度方向上由中间向两端逐渐缩窄的长条孔，或是与所述每片所述锯片相一一对应设置的变截面窄缝，或是与所述每片所述锯片相一一对应可对所述锯片的两个端面进行斜向喷射的斜孔。
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