CN104476318A - 一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，包括气体输送开关、至少一个电磁阀、单向阀、流量控制阀和装有切削油的雾化室，雾化室的顶部内侧壁设置有至少两个文丘里雾化喷头；气体输送开关和一个文丘里雾化喷头通过气体输送管依次连接；气体输送开关、至少一个电磁阀分别与至少一个文丘里雾化喷头通过气体输送管依次连接；单向阀和流量控制阀通过油液输送管道依次连接，油液输送管道的底部与雾化室的底部连通，流量控制阀的顶部通过油液输送管道分别与至少两个文丘里雾化喷头连接；雾化室内固定有挡板。本发明结构简单，可以自动调节出口处的油雾喷射量，并且能同时供多台机床使用。

Description

一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统

技术领域

 本发明涉及一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，该系统能保证油雾克服离心力的影响，顺利通过高速旋转的主轴和刀具内孔到达加工区，同时该系统会根据内冷刀具内孔的直径大少来自动调节出口油雾的喷射量；另外该系统也能用于外冷刀具的润滑冷却，且该系统会根据喷嘴的数量而自动调节每个喷嘴口的油雾喷射量，属于机械加工中的高速高效绿色切削技术领域。

背景技术

高速切削一种已经广泛应用于航空、模具、汽车等行业的高性能工艺技术。传统切削液冷却方式在加工过程中会由于机床主轴高速回转会在刀具周围产生离心高速、高压气流，使大部分的切削液难以进入切削区域，难以达到原有的冷却和润滑效果。另外在加工难加工材料时，刀具的刃部温度会大幅上升，如果在这种情况下使用传统冷却液方式冷却，冷却液在达到切削区域时，由于切削区域的温度过高而导致部分切削液汽化，这样导致切削液不能对切削区域进行有效的润滑。在加工过程中，刀具只有切削和走空刀这两种状态，在切削时，刀具承受高温，在走空刀时，刀具在切削液的冷却下，温度急剧的下降，刀具在加工过程中不断地在这两种状态中互相转换，高热固体金属会急速冷却产生淬火效应，金属表面会产生淬火马氏体组织，使金属变硬的同时脆性增强。由于淬火效应与温差成正比，而提高切削速度会使温度更高，故提高速度将产生更强的淬火效应导致刀具寿命降低。对于涂层刀具，涂层在不断地受到高热后急速冷却，涂层会因为热应力的作用，使到涂层表面产生裂纹，甚至是部分涂层的剥落，对于涂层刀具来说，这种情况会大大的降低涂层刀具的使用寿命。另外切削液在加工后的回收率非常低，而且在加工过程中由于切削液的飞溅以及汽化，使周围的工作环境变差，影响工作人员的身体健康；切削液中还有氯，磷，硫等元素，如果切削液处理不恰当，会对环境有很大的危害。

微量润滑（Minimum Quantity Lubricant，即MQL）切削技术是一种新型金属加工的润滑方式，即半干式切削，指将压缩气体与极其微量的切削油混合并汽化后，形成微米级别的液滴，喷射到加工区，对刀具和工件之间的加工部位进行有效的润滑的一种切削加工方法。MQL可以大大减少刀具与工件和刀具与切屑间的摩擦，能起到抑制温度上升、减少刀具磨损、防止粘连以及提高加工质量的作用，使用润滑液少，而且效果十分显著，在提高了工效的同时，又不会污染环境。

MQL冷却方式主要分为外置式和内置式这两种润滑方式：外置式润滑方式工作原理相对较简单，首先将切削液导入喷射冷却系统里与气体混合，在利用高压下通过多头喷嘴将雾化后形成的毫微米级气雾不断地喷射到切削点。内置式则在雾化器内部产生润滑剂，通过机床主轴送入刀具，通过刀具喷嘴喷出。喷油量和气流量的比例可调节。另外在高速加床加工中，由于切削油颗粒较大，而且在通过刀具内孔时，机床主轴高速旋转所产生较大的离心力会使切削油附在内孔壁上，并且集聚成切削油滴，因此会减少刀具与工件间的润滑效果，从而使刀具寿命延长的效果也同样减少。

在加工中心等设备使用MQL冷却方式时，加工中心具有自动换刀功能，在使用内冷刀具时，由于不同刀具直径的内冷刀具的内冷通道以及内冷出口的孔径不同，当加工工件需要切换刀具时，若内冷通道和内冷出口孔径相对较小的换成孔径较大的时候，相对孔径较大的内冷刀具则需要更大的油雾喷射量，这时候就人手需要调节MQL设备的油雾喷射量，否则，孔径相对较大的内冷刀具会在加工过程中油雾的喷射量就相对较小，没有达到预期的润滑效果，现代制造业中，越来越多企业都趋向于制造自动化，这样就要求冷却设备也要具有自动调节的功能。在使用外冷刀具时，在切换比较大型的刀具进行加工时，不仅仅需要增加喷头的数量，同时也要调节每个喷头的油雾喷射量，同样根据上述的自动化趋势，这也要求的冷却设备要具有自动调节的功能。如果冷却设备具有能自动调节功能，则能减少工人们不必要的工作量，同时也能大大的提高工作效率。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，该系统能解决传统切削液加工的成本高，冷却润滑效果差，难回收，污染工作环境和生态环境等问题；该系统还能细化油雾颗粒，解决由于高速旋转所产生的离心力使油雾颗粒集聚成切削油滴；另外还具有结构简单，可以自动调节出口处的油雾喷射量，并且能同时供多台机床使用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，包括气体输送开关、至少一个电磁阀、单向阀、流量控制阀和装有切削油的雾化室，雾化室的顶部内侧壁设置有至少两个文丘里雾化喷头；

气体输送开关和一个文丘里雾化喷头通过气体输送管依次连接；气体输送开关、至少一个电磁阀分别与至少一个文丘里雾化喷头通过气体输送管依次连接；

单向阀和流量控制阀通过油液输送管道依次连接，油液输送管道的底部与雾化室的底部连通，流量控制阀的顶部通过油液输送管道分别与至少两个文丘里雾化喷头连接；

雾化室内固定有挡板。

进一步的，所述电磁阀为两个，包括A电磁阀和B电磁阀；所述文丘里雾化喷头为三个，包括A文丘里雾化喷头、B文丘里雾化喷头和C文丘里雾化喷头；

气体输送开关、A文丘里雾化喷头通过气体输送管依次连接；气体输送开关、B电磁阀和B文丘里雾化喷头通过气体输送管依次连接；气体输送开关、A电磁阀和C文丘里雾化喷头通过气体输送管依次连接；

单向阀和流量控制阀通过油液输送管道依次连接，油液输送管道的底部与雾化室的底部连通，流量控制阀的顶部通过油液输送管道分别与A文丘里雾化喷头、B文丘里雾化喷头和C文丘里雾化喷头连接。

进一步的，所述雾化室的顶部内侧壁设置有A压力传感器和B压力传感器，雾化室的外侧设置有A压力感应调节器和B压力感应调节器，A压力传感器、A压力感应调节器和所述电磁阀依次通过信号线连接，B压力传感器、B压力感应调节器和所述电磁阀依次通过信号线连接。

进一步的，还包括A油雾输送管、B油雾输送开关、B油雾输送管、柔性喷管和喷嘴， A油雾输送管、B油雾输送开关、B油雾输送管、柔性喷管和喷嘴依次连接，所述雾化室的顶部设置有油雾出口，A油雾输送管的另一端与油雾出口连接。

进一步的，还包括A油雾输送开关和C油雾输送管、所述A油雾输送管、A油雾输送开关和C油雾输送管依次连接。

进一步的，所述挡板的顶部与所述雾化室的顶部内侧壁之间固定有支撑杆。

进一步的，所述挡板的中部均匀开设有若干贯穿其上下表面的通孔。

本发明的有益效果在于：在加工过程使用该系统进行MQL内冷冷却方式时，由于内冷刀具的内冷通道以及出口孔径不同，从而会影响雾化室中的压力大小，压力感应调节器通过感应雾化室中的压力，来控制与其相连的电磁阀是否让文丘里雾化喷头通气，并且对切削油进行雾化处理，通过上述来实现自动调节油雾的喷射量；在加工过程使用该系统进行MQL外冷冷却方式时，根据刀具大小来增加喷嘴的数量，喷嘴的数量会影响雾化室中的压力，同样压力感应调节器通过感应雾化室中的压力来调节喷嘴的油雾喷射量；上述的两种冷却方式都能大大的提高工作效率，并且减少工人不必要的工作量，实现润滑冷却系统的自动化。

另外，文丘里喷嘴可以通过减少与油液输送管相连的油液入口的孔径，来实现油雾颗粒细化，减少在MQL内冷冷却时由于刀具高速旋转所产生较大的离心力的影响，从而保证MQL内冷冷却方式的润滑效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记为：1.气体输送管，2.气体输送开关，3.B电磁阀，4.A电磁阀，5.支撑杆，6.A文丘里雾化喷头，7.B文丘里雾化喷头，8.C文丘里雾化喷头，9.油雾颗粒，10.B压力感应调节器，11.A压力感应调节器，12.挡板，13.A压力传感器，14.B压力传感器，15.雾化室，16.切削油，17.单向阀，18.流量控制阀，19.油液输送管，20.A油雾输送管，21.A油雾输送开关，22.C油雾输送管，23.B油雾输送开关，24.主轴旋转接头，25.内冷空心主轴，26.普通实心主轴，27.B油雾输送管，28.柔性喷管，29.喷嘴，30.外冷刀具，31.内冷刀具，32.油雾出口。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

见图1，一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，包括气体输送开关2、至少一个电磁阀、单向阀17、流量控制阀18和装有切削油16的雾化室15，雾化室15的顶部内侧壁设置有至少两个文丘里雾化喷头；

气体输送开关2和一个文丘里雾化喷头通过气体输送管1依次连接；气体输送开关2、至少一个电磁阀分别与至少一个文丘里雾化喷头通过气体输送管1依次连接；

单向阀17和流量控制阀18通过油液输送管道19依次连接，油液输送管道19的底部与雾化室15的底部连通，流量控制阀18的顶部通过油液输送管道19分别与至少两个文丘里雾化喷头连接；

雾化室15内固定有挡板12。

本实施例中，所述电磁阀为两个，包括A电磁阀4和B电磁阀3；所述文丘里雾化喷头为三个，包括A文丘里雾化喷头6、B文丘里雾化喷头7和C文丘里雾化喷头8；

气体输送开关2、A文丘里雾化喷头6通过气体输送管1依次连接；气体输送开关2、B电磁阀3和B文丘里雾化喷头7通过气体输送管1依次连接；气体输送开关2、A电磁阀4和C文丘里雾化喷头8通过气体输送管1依次连接；

单向阀17和流量控制阀18通过油液输送管道19依次连接，油液输送管道19的底部与雾化室15的底部连通，流量控制阀18的顶部通过油液输送管道19分别与A文丘里雾化喷头6、B文丘里雾化喷头7和C文丘里雾化喷头8连接。

本实施例中，所述雾化室15的顶部内侧壁设置有A压力传感器13和B压力传感器14，雾化室15的外侧设置有A压力感应调节器11和B压力感应调节器10，A压力传感器13、A压力感应调节器11和所述电磁阀4依次通过信号线连接，B压力传感器14、B压力感应调节器10和所述电磁阀3依次通过信号线连接。

本实施例中，所述系统还包括A油雾输送管20、B油雾输送开关23、B油雾输送管27、柔性喷管28和喷嘴29， A油雾输送管20、B油雾输送开关23、B油雾输送管27、柔性喷管28和喷嘴29依次连接，所述雾化室15的顶部设置有油雾出口32，A油雾输送管20的另一端与油雾出口32连接。

本实施例中，所述系统还包括A油雾输送开关21和C油雾输送管22、所述A油雾输送管20、A油雾输送开关21和C油雾输送管22依次连接。

本实施例中，所述挡板12的顶部与所述雾化室15的顶部内侧壁之间固定有支撑杆5。支撑杆5的设置用于固定挡板，支撑杆5的长度可以根据需要进行调节。

本实施例中，所述挡板12的中部均匀开设有若干贯穿其上下表面的通孔。由于设置有通孔，油雾颗粒9由气体带动下进入雾化室15中，与设置在雾化室15内的挡板12相碰撞，有部分油雾颗粒9会聚集成切削油滴，并通过挡板12中部的通孔返回到雾化室15内的切削油16中，剩下的较小的油雾颗粒9会分布在雾化室15内。

当气体输送开关2打开时，气源通过气体输送管1提供干净的压缩空气，设定当雾化室15内的压强低于0.4Mpa时，B压力感应调节器10通过信号线使B电磁阀3打开；同样当雾化室15内的压强低于0.2Mpa时，A压力感应调节器11通过信号线使A电磁阀4打开；在开始通入气体时，雾化室15内的压强接近为0，因此A电磁阀4和B电磁阀3均为打开状态，设置在雾化室15内部上端的A文丘里雾化喷头6、B文丘里雾化喷头7和C文丘里雾化喷头8都处于通气状态，气体通过A文丘里雾化喷头6进入雾化室15内，同时气体依序通过A电磁阀4和C文丘里雾化喷头8进入雾化室15内，还有依序通过B电磁阀3和B文丘里雾化喷头7进入雾化室15内。由于文丘里雾化喷头的文丘里效应，雾化室15内的切削油16通过油液输送管19，并依序通过单向阀17和流量调节阀18分别进入A文丘里雾化喷头6、B文丘里雾化喷头7和C文丘里雾化喷头8，在文丘里雾化喷头的文丘里作用下形成油雾颗粒9，由气体带动下进入雾化室15中，与设置在雾化室15内的挡板12相碰撞，有部分油雾颗粒9会聚集成切削油滴，并通过挡板12返回到雾化室15内的切削油16中，剩下的较小的油雾颗粒9会分布在雾化室15内。

在通入气体前，A油雾输送开关21和B油雾输送开关23均处于关闭状态下，因此雾化室15内的压强不断上升，当A压力传感器13感应到雾化室15内压强高于0.2Mpa时，通过信号线给A压力感应调节器11，然后A压力感应调节器11通过信号线使A电磁阀4变为关闭状态，C文丘里雾化喷头8不通入空气，处于停止工作状态，因此切削油16不进入C文丘里雾化喷头8；同样当B压力传感器14感应到雾化室15内压强高于0.4Mpa时，通过信号线给B压力感应调节器10，然后B压力感应调节器10通过信号线使B电磁阀3变为关闭状态，B文丘里雾化喷头7不通入空气，处于停止工作状态，因此切削油16不进入B文丘里雾化喷头7；由此在雾化室15内的压强大于0.4Mpa时，只有A文丘里雾化喷头连通气体，并形成油雾。

当使用MQL内冷冷却方式时，将A油雾输送开关21打开，B油雾输送开关23仍处于关闭状态，油雾通过油雾出口32进入A油雾输送管20，并通过A油雾输送开关21进入C油雾输送管22，通过C油雾输送管22依序进入主轴旋转接头24内部的内冷空心主轴25和主轴旋转接头24底部的内冷刀具31中，油雾从内冷刀具31出口喷出，实现内冷冷却润滑的作用。使用外形相对较小的内冷刀具31，在加工中所需要的切削油16量也相对较小，由于内冷刀具31的内冷通道以及出口孔径较小，因此雾化室15中的压强缓慢下降，并保持在0.4Mpa以上，因此雾化室15内的只有A文丘里雾化喷头6在形成油雾，因此油雾的形成量保持在一个相对较小的范围。当加工中心由于加工参数的要求，换了一个外形相对较大的内冷刀具31时，所需要的切削油16也相对增加，由于内冷刀具31的出口孔径较大，因此雾化室15内的压强下降得快，A压力传感器13和B压力传感器14会实时感应雾化室15内的压强，一旦雾化室15内的压强低于0.4Mpa甚至低于0.2Mpa时，A压力传感器13和B压力传感器14就会分别通过信号线给A压力感应调节器11和B压力感应调节器10发出信号，A压力感应调节器11和B压力感应调节器10分别会使A电磁阀4、B电磁阀3打开，由此B文丘里雾化喷头7和C文丘里雾化喷头8重新通入气体，并形成油雾，使油雾的形成量保持较高的一个水平，而内冷刀具31的出口处的油雾喷射量会因此上升，提高冷却润滑作用，达到外形相对较大的内冷刀具31在加工时对切削油量15的要求，通过上述来实现自动调节油雾量的功能。

在使用MQL外冷冷却方式时，将B油雾输送开关23打开，A油雾输送开关21仍处于关闭状态，油雾通过油雾出口32进入A油雾输送管20，并通过B油雾输送开关23进入B油雾输送管27，通过B油雾输送管27依序进入柔性喷管28和喷嘴29，油雾从喷嘴29喷出，对普通实心主轴26底部的外冷刀具30喷洒，实现外冷冷却润滑的作用。外冷冷却的控制原理与内冷冷却一致，在此不做详述，在喷嘴29数量较少时，雾化室15的压强保持在一个较高的水平，因此只有A文丘里雾化喷头6工作来形成油雾。当使用的喷嘴29数量较多时，由于雾化室15的压强保持在一个较低的水平，因此这时候A文丘里雾化喷头6、B文丘里雾化喷头7和C文丘里雾化喷头8都处于工作状态来保证较高的油雾形成量，来满足加工过程对切削油量的要求，也是以同样的原理来实现自动调节油雾量的功能。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，其特征在于：包括气体输送开关（2）、至少一个电磁阀、单向阀（17）、流量控制阀（18）和装有切削油（16）的雾化室（15），雾化室（15）的顶部内侧壁设置有至少两个文丘里雾化喷头；

气体输送开关（2）和一个文丘里雾化喷头通过气体输送管（1）依次连接；气体输送开关（2）、至少一个电磁阀分别与至少一个文丘里雾化喷头通过气体输送管（1）依次连接；

单向阀（17）和流量控制阀（18）通过油液输送管道（19）依次连接，油液输送管道（19）的底部与雾化室（15）的底部连通，流量控制阀（18）的顶部通过油液输送管道（19）分别与至少两个文丘里雾化喷头连接；

雾化室（15）内固定有挡板（12）。

2.根据权利要求1所述的一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，其特征在于：所述电磁阀为两个，包括A电磁阀（4）和B电磁阀（3）；所述文丘里雾化喷头为三个，包括A文丘里雾化喷头（6）、B文丘里雾化喷头（7）和C文丘里雾化喷头（8）；

气体输送开关（2）、A文丘里雾化喷头（6）通过气体输送管（1）依次连接；气体输送开关（2）、B电磁阀（3）和B文丘里雾化喷头（7）通过气体输送管（1）依次连接；气体输送开关（2）、A电磁阀（4）和C文丘里雾化喷头（8）通过气体输送管（1）依次连接；

单向阀（17）和流量控制阀（18）通过油液输送管道（19）依次连接，油液输送管道（19）的底部与雾化室（15）的底部连通，流量控制阀（18）的顶部通过油液输送管道（19）分别与A文丘里雾化喷头（6）、B文丘里雾化喷头（7）和C文丘里雾化喷头（8）连接。

3.根据权利要求1所述的一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，其特征在于：所述雾化室（15）的顶部内侧壁设置有A压力传感器（13）和B压力传感器（14），雾化室（15）的外侧设置有A压力感应调节器（11）和B压力感应调节器（10），A压力传感器（13）、A压力感应调节器（11）和所述电磁阀（4）依次通过信号线连接，B压力传感器（14）、B压力感应调节器（10）和所述电磁阀（3）依次通过信号线连接。

4.根据权利要求1所述的一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，其特征在于：还包括A油雾输送管（20）、B油雾输送开关（23）、B油雾输送管（27）、柔性喷管（28）和喷嘴（29）， A油雾输送管（20）、B油雾输送开关（23）、B油雾输送管（27）、柔性喷管（28）和喷嘴（29）依次连接，所述雾化室（15）的顶部设置有油雾出口（32），A油雾输送管（20）的另一端与油雾出口（32）连接。

5.根据权利要求1所述的一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，其特征在于：还包括A油雾输送开关（21）和C油雾输送管（22）、所述A油雾输送管（20）、A油雾输送开关（21）和C油雾输送管（22）依次连接。

6.根据权利要求1所述的一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，其特征在于：所述挡板（12）的顶部与所述雾化室（15）的顶部内侧壁之间固定有支撑杆（5）。

7.根据权利要求1所述的一种机床加工用的可自动调节油雾量的微量润滑供应系统，其特征在于：所述挡板（12）的中部均匀开设有若干贯穿其上下表面的通孔。