CN103753349A - 一种提高金属加工件表面亮度的切削工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其包括如下步骤：设置加工机床和高压油雾压缩装置；将压缩装置的冷却液储存箱注入冷却液，以及对空气压缩泵接入的压缩空气，油雾压缩装置通过将冷却液与压缩空气混合，将混合的高压油雾传送到机床主轴的高压油雾管道内；于切削区设置一红外线传感器，实时监控切削区温度变化；工件置于加工机床工作平台并加以固定，根据其三维尺寸确定加工行程及参数，并将刀具行程设置为平行或垂直X轴/Y轴方向；启动加工机床和高压油雾压缩装置向切削区喷洒高压油雾，利用射流冲击、气液之间的对流和汽化三重强化换热效果来降低切削区的温度。本发明还公开一种实施提高金属加工件表面亮度切削工艺的设备。
Description
技术领域
本发明涉及模具切削技术领域，具体涉及一种提高金属加工件表面亮度的切削工艺及设备。
背景技术
金属材料切削时会产生大量的切削热，其温度瞬时可达到600～1200℃，从而使切削区的切削温度加剧升高，导致切削片产生燃烧并固化在加工表面形成的烧结等固化结块。这对工件表面质量、尺寸精度、刀具的使用寿命、动能消耗及生产效率都有很大的影响，整个切削过程变得困难，并最终影响被加工件的表面质量和尺寸精度等。
目前技术中，在切削过程中往往需要增加冷却液进行冷却切削，或者引入高压氮气对切削区进行降温，以达到改善切削环境达到提高零件加工表面质量的目的。然而往往忽略了切削过程中切削区温度随刀具转速提高而突然剧增，因传统技术冷却液流量值与气体流量值都是固定的，导致无法瞬时降低该区域温度，最终还是无法解决改善切削温度环境。测量切削温度由于是不能直接接触的，所以需要一种非接触式测量的方法，即红外线测温。有了红外线测温能够实时监控切削区温度变化而做出相应对措施，以改善切削环境达到提高零件加工表面质量的目的。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明的目的之一在于，提供一种高效、科学的提高金属加工件表面亮度的切削工艺；
本发明的目的还在于，提供一种实现上述切削工艺的设备，通过引入红外线传感器有效实时监控切削区温度变化，并通过高压油雾压缩装置对切削区喷洒油雾，做出相应对措施，改善切削环境达到提高零件加工表面质量的目的。
为实现上述目的，发明所采用的技术方案是：
一种提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其特征在于，其包括如下步骤：
（1）设置一加工机床，该机床主轴上设有高压油雾管道和中心通汽孔的刀头及喷嘴；
（2）设置一高压油雾压缩装置，该高压油雾压缩装置包括一冷却液储存箱和一空气压缩泵，该高压油雾压缩装置与加工机床主轴相连；
（3）将高压油雾压缩装置的冷却液储存箱注入冷却液，以及对空气压缩泵接入的压缩空气，压缩空气经分水滤气器滤除去水分杂质，高压油雾压缩装置通过将吸入的冷却液与通入的压缩空气在气液混合室内进行混合，将混合的高压油雾传送到机床主轴的高压油雾管道内，供切削区冷却之用；
（4）于切削区设置一红外线传感器，用于实时监控切削区温度变化，该红外线传感器与高压油雾压缩装置相连；
（5）将金属工件置于加工机床工作平台并加以固定后，根据工件三维尺寸确定其加工行程及参数，并将刀具行程设置为平行或垂直X轴/Y轴方向；
（6）启动加工机床，对金属工件进行切削加工，同时启动高压油雾压缩装置向切削区喷洒高压油雾，利用射流冲击、气液之间的对流和汽化三重强化换热效果来降低切削区的温度，使金属加工件表面的亮度提高。
所述步骤（2）还包括如下步骤：
在高压油雾压缩装置设置一液体流量控制器，其接受控制器的控制信号来调节冷却液流量；
在高压油雾压缩装置设置一气体流量控制器，其接受控制器的控制信号来调节气体流量。
所述步骤（4）还包括如下步骤：
设置一红外线传感器，实时监控切削区温度变化，切削温度通过红外线传感器将温度转化为电信号，控制器接收到电信号通过相应的计算分别送出两个控制信号，其中包括控制液体阀的开度和控制气体阀的开度，从而实现气液两相定量混合后喷洒在切削区。
所述红外线传感器根据其技术参数建立模型：
其中，U1是传感器输出的电压，dU1/dT是单位温度所表示的电压值，T是切削区的温度，-40℃是可测量的最低温度。
所述冷却液由以下原料组分制成：石油磺酸钡5～10、石油磺酸钠4.0、Span-802.0、三乙醇胺6.5、氢氧化钠0.5、油酸9～13、梓油4～10、乙醇2.0、20#机油45～60、水2.0。
所述刀具为单相纳米结晶涂层硬质球铣刀。
一种实施提高金属加工件表面亮度切削工艺的设备，其特征在于，包括一加工机床和一高压油雾压缩装置，所述机床主轴上设有高压油雾管道和中心通汽孔的刀头及喷嘴，所述高压油雾压缩装置包括一冷却液储存箱和一空气压缩泵，该高压油雾压缩装置与加工机床主轴相连，高压油雾压缩装置的冷却液储存箱注入冷却液，以及对空气压缩泵接入的压缩空气，压缩空气经分水滤气器滤除去水分杂质，高压油雾压缩装置通过将吸入的冷却液与通入的压缩空气在气液混合室内进行混合，将混合的高压油雾传送到机床主轴的高压油雾管道内，供切削区冷却之用；于切削区包括一红外线传感器，用于实时监控切削区温度变化，该红外线传感器与高压油雾压缩装置相连，将金属工件置于加工机床工作平台并加以固定后，根据工件三维尺寸确定其加工行程及参数，并将刀具行程设置为平行或垂直X轴/Y轴方向，启动加工机床，对金属工件进行切削加工，同时启动高压油雾压缩装置向切削区喷洒高压油雾，利用射流冲击、气液之间的对流和汽化三重强化换热效果来降低切削区的温度。
所述高压油雾压缩装置还包括一液体流量控制器和一气体流量控制器，所述液体流量控制器接受控制器的控制信号来调节冷却液流量，所述是气体流量控制器接受控制器的控制信号来调节气体流量；
所述红外线传感器，用于实时监控切削区温度变化，切削温度通过红外线传感器将温度转化为电信号，控制器接收到电信号通过相应的计算分别送出两个控制信号，其中包括控制液体阀的开度和控制气体阀的开度，从而实现气液两相定量混合后喷洒在加工区；
所述红外线传感器根据其技术参数建立模型：
其中，U1是传感器输出的电压，dU1/dT是单位温度所表示的电压值，T是切削区的温度，-40℃是可测量的最低温度。
所述冷却液由以下原料组分制成：石油磺酸钡5～10、石油磺酸钠4.0、Span-802.0、三乙醇胺6.5、氢氧化钠0.5、油酸9～13、梓油4～10、乙醇2.0、20#机油45～60、水2.0。
所述刀具为单相纳米结晶涂层硬质球铣刀。
本发明的有益效果为：本发明提供的提高金属加工件表面亮度切削工艺的设备，通过引入红外线传感器有效实时监控切削区温度变化，并通过高压油雾压缩装置对切削区喷洒油雾，做出相应对措施，改善切削环境达到提高零件加工表面质量的目的。
本发明提供的提高金属加工件表面亮度切削工艺，高效、科学，采用一层薄而致密油膜附在工件表面，利于减少刀具与工件之间的磨擦，既延长了刀具的寿命，又保证了工件的光洁度，加工过后无CNC加工过程中留下的刀具挤压及拖刀等形成的烧结等固化结块，故后续工作无需再进行打磨、油石等粗打磨工序，零件加工表面光洁度高，可直接进行中抛及精抛光工序。
下面结合附图与具体实施方式，对发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明的结构原理框图。
图中：1.冷却液储存箱 2.空气压缩泵 3.红外线传感器
4.气体流量控制器 5.液体流量控制器 6.喷嘴
7.控制器 8.分水滤气器 9.压力表
10.工件 11.刀具
具体实施方式
实施例：参见图1，本实施例提供的提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其包括如下步骤：
（1）设置一加工机床，该机床主轴上设有高压油雾管道和中心通汽孔的刀头及喷嘴6；
（2）设置一高压油雾压缩装置，该高压油雾压缩装置包括一冷却液储存箱1和一空气压缩泵2，该高压油雾压缩装置与加工机床主轴相连；具体地还包括：
在高压油雾压缩装置设置一液体流量控制器5，其接受控制器7的控制信号来调节冷却液流量；
在高压油雾压缩装置设置一气体流量控制器4，其接受控制器7的控制信号来调节气体流量。
（3）将高压油雾压缩装置的冷却液储存箱1注入冷却液，以及对空气压缩泵2接入压力表9显示为5～7MPa的压缩空气，压缩空气经分水滤气器8滤除去水分杂质，高压油雾压缩装置通过将吸入的冷却液与通入的压缩空气在气液混合室内进行混合，将混合的高压油雾传送到机床主轴的高压油雾管道内，供切削区冷却之用；
（4）于切削区设置一红外线传感器3，用于实时监控切削区温度变化，该红外线传感器3与高压油雾压缩装置相连；
设置一红外线传感器3，实时监控切削区温度变化，切削温度通过红外线传感器3将温度转化为电信号，控制器7接收到电信号通过相应的计算分别送出两个控制信号，其中包括控制液体阀的开度和控制气体阀的开度，从而实现气液两相定量混合后喷洒在切削区。
（5）将金属工件10置于加工机床工作平台并加以固定后，根据工件三维尺寸确定其加工行程及参数，并将刀具11行程设置为平行或垂直X轴/Y轴方向；通过实践表明，该走刀方向加工出来的表面，无明显跳跃的刀痕、表面粗糙度低，可直接达到较高的光亮度；
（6）启动加工机床，对金属工件10进行切削加工，同时启动高压油雾压缩装置向切削区喷洒高压油雾，利用射流冲击、气液之间的对流和汽化三重强化换热效果来降低切削区的温度，使金属加工件表面亮度提高。
因气体和冷却液两者流量的不同配合能影响降低切削温度的效果，为了调节喷出的冷却液流量，安装液体流量控制器5，其接收控制器的控制信号来调节冷却液流量，同理，安装气体流量控制器4，运用气体流量控制器4控制气体流量。
本发明有效解决了切削过程中切削区温度因刀具转速提高而突然剧增，而导致无法瞬时降低该区域温度的问题。
红外线传感器3根据其技术参数建立模型：
其中，U1是传感器输出的电压，dU1/dT是单位温度所表示的电压值，T是切削区的温度，-40℃是可测量的最低温度。
所述冷却液由以下原料组分制成：石油磺酸钡5～10、石油磺酸钠4.0、Span-802.0、三乙醇胺6.5、氢氧化钠0.5、油酸9～13、梓油4～10、乙醇2.0、20#机油45～60、水2.0。
所述刀具11为单相纳米结晶涂层硬质球铣刀。
一种实施提高金属加工件表面亮度切削工艺的设备，包括一加工机床和一高压油雾压缩装置，所述机床主轴上设有高压油雾管道和中心通汽孔的刀头及喷嘴10，所述高压油雾压缩装置包括一冷却液储存箱1和一空气压缩泵2，该高压油雾压缩装置与加工机床主轴相连，高压油雾压缩装置的冷却液储存箱1注入冷却液，以及对空气压缩泵2接入的压缩空气，压缩空气经分水滤气器8滤除去水分杂质，高压油雾压缩装置通过将吸入的冷却液与通入的压缩空气在气液混合室内进行混合，将混合的高压油雾传送到机床主轴的高压油雾管道内，供切削区冷却之用；于切削区包括一红外线传感器3，用于实时监控切削区温度变化，该红外线传感器3与高压油雾压缩装置相连，将金属工件10置于加工机床工作平台并加以固定后，根据工件三维尺寸确定其加工行程及参数，并将刀具11行程设置为平行或垂直X轴/Y轴方向，启动加工机床，对金属工件10进行切削加工，同时启动高压油雾压缩装置向切削区喷洒高压油雾，利用射流冲击、气液之间的对流和汽化三重强化换热效果来降低切削区的温度。
所述高压油雾压缩装置还包括一液体流量控制器5和一气体流量控制器4，所述液体流量控制器5接受控制器7的控制信号来调节冷却液流量，及所述气体流量控制器4接受控制器7的控制信号来调节气体流量；
所述红外线传感器3，用于实时监控切削区温度变化，切削温度通过红外线传感器3将温度转化为电信号，控制器7接收到电信号通过相应的计算分别送出两个控制信号，其中包括控制液体阀的开度和控制气体阀的开度，从而实现气液两相定量混合后喷洒在加工区；
红外线传感器3根据其技术参数建立模型：
其中，U1是传感器输出的电压，dU1/dT是单位温度所表示的电压值，T是切削区的温度，-40℃是可测量的最低温度。
所述冷却液由以下原料组分制成：石油磺酸钡5～10、石油磺酸钠4.0、Span-802.0、三乙醇胺6.5、氢氧化钠0.5、油酸9～13、梓油4～10、乙醇2.0、20#机油45～60、水2.0混合后制得。
所述刀具11为单相纳米结晶涂层硬质球铣刀。
本发明提供的提高金属加工件表面亮度切削工艺，由于有一层薄油膜附在工件表面，有利于减少刀具与工件之间的磨擦，既延长了刀具的寿命，又保证了工件的光洁度，加工过后无CNC加工过程中留下的刀具挤压及拖刀等形成的烧结等固化结块，故后续工作无需再进行打磨、油石等粗打磨工序，可直接进行中抛及精抛光工序。
本发明提供的提高金属加工件表面亮度切削设备，通过引入红外线传感器有效实时监控切削区温度变化，并通过高压油雾压缩装置对切削区喷洒油雾，做设置了相应的机构，改善切削环境达到提高零件加工表面质量、降低表面粗超度的目的。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似方法及系统结构来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其特征在于，其包括如下步骤：
（1）设置一加工机床，该机床主轴上设有高压油雾管道和中心通汽孔的刀头及喷嘴；
（2）设置一高压油雾压缩装置，该高压油雾压缩装置包括一冷却液储存箱和一空气压缩泵，该高压油雾压缩装置与加工机床主轴相连；
（3）将高压油雾压缩装置的冷却液储存箱注入冷却液，以及对空气压缩泵接入的压缩空气，压缩空气经分水滤气器滤除去水分杂质，高压油雾压缩装置通过将吸入的冷却液与通入的压缩空气在气液混合室内进行混合，将混合的高压油雾传送到机床主轴的高压油雾管道内，供切削区冷却之用；
（4）于切削区设置一红外线传感器，用于实时监控切削区温度变化，该红外线传感器与高压油雾压缩装置相连；
（5）将金属工件置于加工机床工作平台并加以固定后，根据工件三维尺寸确定其加工行程及参数，并将刀具行程设置为平行或垂直X轴/Y轴方向；
（6）启动加工机床，对金属工件进行切削加工，同时启动高压油雾压缩装置向切削区喷洒高压油雾，利用射流冲击、气液之间的对流和汽化三重强化换热效果来降低切削区的温度，使金属加工件表面的亮度提高。
2.根据权利要求1所述提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其特征在于，所述步骤（2）还包括如下步骤：
在高压油雾压缩装置设置一液体流量控制器，其接受控制器的控制信号来调节冷却液流量；
在高压油雾压缩装置设置一气体流量控制器，其接受控制器的控制信号来调节气体流量。
3.根据权利要求2所述提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其特征在于，所述步骤（4）还包括如下步骤：
设置一红外线传感器，实时监控切削区温度变化，切削温度通过红外线传感器将温度转化为电信号，控制器接收到电信号通过相应的计算分别送出两个控制信号，其中包括控制液体阀的开度和控制气体阀的开度，从而实现气液两相定量混合后喷洒在切削区。
4.根据权利要求3所述提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其特征在于，所述红外线传感器根据其技术参数建立模型：
其中，U1是传感器输出的电压，dU1/dT是单位温度所表示的电压值，T是切削区的温度，-40℃是可测量的最低温度。
5.根据权利要求1所述提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其特征在于，所述冷却液由以下原料组分制成：石油磺酸钡5～10、石油磺酸钠4.0、Span-802.0、三乙醇胺6.5、氢氧化钠0.5、油酸9～13、梓油4～10、乙醇2.0、20#机油45～60、水2.0。
6.根据权利要求1所述提高金属加工件表面亮度的切削工艺，其特征在于，所述刀具为单相纳米结晶涂层硬质球铣刀。
7.一种实施权利要求1～6之一所述工艺的提高金属加工件表面亮度的切削设备，其特征在于，其包括一加工机床和一高压油雾压缩装置，所述机床主轴上设有高压油雾管道和中心通汽孔的刀头及喷嘴，所述高压油雾压缩装置包括一冷却液储存箱和一空气压缩泵，该高压油雾压缩装置与加工机床主轴相连，高压油雾压缩装置的冷却液储存箱注入冷却液，以及对空气压缩泵接入的压缩空气，压缩空气经分水滤气器滤除去水分杂质，高压油雾压缩装置通过将吸入的冷却液与通入的压缩空气在气液混合室内进行混合，将混合的高压油雾传送到机床主轴的高压油雾管道内，供切削区冷却之用；于切削区包括一红外线传感器，用于实时监控切削区温度变化，该红外线传感器与高压油雾压缩装置相连，将金属工件置于加工机床工作平台并加以固定后，根据工件三维尺寸确定其加工行程及参数，并将刀具行程设置为平行或垂直X轴/Y轴方向，启动加工机床，对金属工件进行切削加工，同时启动高压油雾压缩装置向切削区喷洒高压油雾，利用射流冲击、气液之间的对流和汽化三重强化换热效果来降低切削区的温度。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述高压油雾压缩装置还包括一液体流量控制器和一气体流量控制器，所述液体流量控制器接受控制器的控制信号来调节冷却液流量，所述是气体流量控制器接受控制器的控制信号来调节气体流量；
所述红外线传感器，用于实时监控切削区温度变化，切削温度通过红外线传感器将温度转化为电信号，控制器接收到电信号通过相应的计算分别送出两个控制信号，其中包括控制液体阀的开度和控制气体阀的开度，从而实现气液两相定量混合后喷洒在加工区；
所述红外线传感器根据其技术参数建立模型：
其中，U1是传感器输出的电压，dU1/dT是单位温度所表示的电压值，T是切削区的温度，-40℃是可测量的最低温度。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述冷却液由以下原料组分制成：石油磺酸钡5～10、石油磺酸钠4.0、Span-802.0、三乙醇胺6.5、氢氧化钠0.5、油酸9～13、梓油4～10、乙醇2.0、20#机油45～60、水2.0。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述刀具为单相纳米结晶涂层硬质球铣刀。
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