CN105397562B - 一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，包括相连通的一级过滤机构、二级过滤结构和三级过滤机构，一级过滤机构的入口与机床排屑槽相连通，三级过滤机构的出口与一高压泵组的入口相连通，高压泵组的出口连接有旋转接头，旋转接头安装在机床主轴尾部，旋转接头用于向深孔加工刀具提供来自高压泵组的压力在7 MPa以上的高压切削液，经深孔加工刀具喷出的切削液由机床排屑槽收集；安装使用后，来自机床排屑槽的切削液先后经过一级过滤机构、二级过滤结构和三级过滤机构的层层过滤净化并由高压泵组增压至7 MPa以上，最终通过旋转接头输送给深孔加工刀具，可最大限度满足深孔加工的冷却及润滑需要，确保加工的深孔的表面精度。

Description

一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统

技术领域

本发明涉及一种加工中心配件，具体是一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统。

背景技术

深孔加工是一种特殊的机械加工，加工的深孔的长径比在10以上，例如汽车发动机、柴油机、酒瓶模具等领域，往往有大量零部件需要经过深孔加工。在加工深孔时，对于直径越细小、深度越深的孔，钻孔时需要压力很高的冷却润滑液来冷却钻头和碎断钻削。冷却压力如果达不到要求，会使冷却效果变差，降低完成孔的表面精度，并且会缩短钻头的使用寿命，甚至在使用过程中出现钻头折断的现象。国内外最新研究表明，对于深孔加工的冷却，在冷却润滑液的压力低于7 MPa时，冷却液在切削刀刃的前端会产生汽化并形成汽泡，形成的汽泡将阻碍热的传导，使冷却效果变差；当采用压力大于7 MPa的冷却润滑液时，可以有效消除这种汽泡，使冷却液直接喷到切削部位。但现有的主轴内冷系统难以满足深孔加工的冷却及润滑需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种冷却效果好的应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，包括相连通的一级过滤机构、二级过滤结构和三级过滤机构，所述的一级过滤机构的入口与机床排屑槽相连通，所述的三级过滤机构的出口与一高压泵组的入口相连通，所述的高压泵组的出口连接有旋转接头，所述的旋转接头安装在机床主轴尾部，所述的旋转接头用于向深孔加工刀具提供来自所述的高压泵组的压力在7 MPa以上的高压切削液，经深孔加工刀具喷出的切削液由所述的机床排屑槽收集。

本发明的高压主轴内冷系统安装使用后，来自机床排屑槽的含有大量细小铁屑的切削液先后经过一级过滤机构、二级过滤结构和三级过滤机构的层层过滤净化，再进入高压泵组，由高压泵组增压至7 MPa以上，最终通过安装于机床主轴尾部的旋转接头输送给深孔加工刀具，即由旋转接头将高压切削液从静态系统输送至动态旋转系统，从而最大限度满足深孔加工的冷却及润滑需要，确保加工的深孔的表面精度，经深孔加工刀具喷出的切削液由机床排屑槽收集，完成一整个循环。

所述的一级过滤机构包括一级水箱及设置在所述的一级水箱内的过滤网板和过滤隔板组，所述的过滤网板贯穿所述的一级水箱的高度方向设置，所述的过滤网板将所述的一级水箱分隔为相连通的第一腔室和第二腔室，所述的一级水箱的入口设置于所述的第一腔室的周壁，所述的一级水箱的出口设置于所述的第二腔室的周壁，所述的机床排屑槽与所述的一级水箱的入口相连通，所述的过滤隔板组设置在所述的第二腔室内，所述的过滤隔板组包括多个固定于所述的第二腔室顶壁的上隔板和多个固定于所述的第二腔室底壁的下隔板，每个所述的上隔板和每个所述的下隔板依次交替并间隔设置，多个所述的上隔板的底端与所述的第二腔室的底壁之间设有第一间隙，多个所述的下隔板的顶端与所述的第二腔室的顶壁之间设有第二间隙。深孔加工过程中产生的铁屑较细，接近磨床产生的铁屑大小，并且量较大。大量铁屑随切削液一起，首先经过过滤网板被初次过滤掉，初次过滤的较大铁屑被收集在第一腔室内；之后切削液进入第二腔室，由过滤隔板组进行再次过滤，多个上隔板和多个下隔板构成隔板式过滤结构，切削液经过依次交替并间隔设置的上隔板和下隔板逐层漫过过滤隔板组，该逐层漫过过滤隔板组的过程同时也是铁屑的自然逐级沉淀过程，使切削液得到进一步的过滤和净化。

所述的过滤网板包括双层过滤网板，即第一级过滤网板和第二级过滤网板，所述的第一级过滤网板的网孔的目数为30～50目，所述的第二级过滤网板的目数为10～28目。双层过滤网板的设计，使切削液在初次过滤时即得到逐级过滤，过滤效果更好。

所述的二级过滤机构包括磁辊纸带过滤机和二级水箱，所述的磁辊纸带过滤机的出口与所述的二级水箱的入口相连通，所述的磁辊纸带过滤机的入口与所述的一级水箱的出口相连通，使用时，来自一级水箱的切削液经所述的磁辊纸带过滤机过滤后，在重力作用下流入所述的二级水箱。一级过滤机构虽可过滤掉较多铁屑，但仍无法过滤掉剩余的更细小铁屑，因此本系统增加磁辊纸带过滤机来进行更细的过滤。当切削液离开一级水箱进入二级水箱前，首先经过磁辊纸带过滤机的带磁性的辊子吸附其中混入的细小铁屑，然后切削液再流到磁辊纸带过滤机的棉纸上，由棉纸将细小的铁屑过滤出来，之后过滤好的切削液在重力作用下流入二级水箱。经过上述二级过滤机构的过滤，切削液达到较高的净化程度，可大幅减少后续三级过滤机构的过滤难度。磁辊纸带过滤机可选自市售产品。

所述的二级水箱内设置有隔板，所述的隔板固定于所述的二级水箱的底壁，所述的隔板的顶端与所述的二级水箱的顶壁之间设有第三间隙，所述的隔板将所述的二级水箱分隔为相连通的第一过滤区和第二过滤区，所述的磁辊纸带过滤机的出口与所述的第一过滤区的入口相连通；进一步地，所述的高压泵组的出口处设置有先导换向阀和溢流口，所述的溢流口与所述的第二过滤区相连通，所述的先导换向阀分别与所述的旋转接头和所述的第二过滤区相连通，所述的先导换向阀用于根据所述的深孔加工刀具的使用情况，控制经所述的高压泵组的出口流出的高压切削液的流向，即流向所述的旋转接头或者回流至所述的第二过滤区。二级水箱内设置的隔板，将二级水箱分隔为相连通的第一过滤区和第二过滤区，高压泵组溢流及先导换向阀切换时，高压切削液回流至第二过滤区，可有效避免高压切削液把整个二级水箱内的切削液搅浑，同时避免气泡的产生。此外，通过先导换向阀控制经高压泵组的出口流出的高压切削液的流向的目的在于：在深孔加工过程中，根据实际加工需要，加工进程需要频繁中断，高压切削液的供给也需要相应频繁的切断，如果未设置先导换向阀，则需频繁启停高压泵组，这对高压泵组的电机寿命损害极大，设置先导换向阀后，当需要短时间切断高压切削液时，可将高压切削液引回第二过滤区，而无需关停高压泵组，因此可有效保护高压泵组，延长其使用寿命。

所述的一级水箱与所述的磁辊纸带过滤机之间设置有提升泵，所述的第一腔室内安装有第一液位计，所述的第二过滤区内安装有第二液位计，所述的第一液位计用于发出一级水箱内液位的低液位报警信号，所述的第二液位计用于发出二级水箱内液位的高液位报警信号，所述的提升泵的启闭由一级水箱和二级水箱内液位情况决定，当第一液位计未发出低液位报警信号且第二液位计未发出高液位报警信号时，提升泵工作；当第一液位计发出低液位报警信号或者第二液位计发出高液位报警信号时，提升泵停止工作。提升泵用于平衡一级水箱和二级水箱的液位，保证一级水箱和二级水箱内的切削液不会因过满而溢出。

所述的三级过滤机构包括涡流过滤器，所述的涡流过滤器的过滤精度为25～40微米，所述的第一过滤区的出口与所述的涡流过滤器的入口相连通且两者之间安装有供油泵，所述的涡流过滤器的顶部设置有第一气路，所述的涡流过滤器上设有第一出口和第二出口，所述的第一出口与所述的高压泵组的入口相连通，所述的第二出口为杂物出口，所述的第二出口与所述的一级过滤机构的入口相连通。涡流过滤器工作一段时间后，接通第一气路，涡流过滤器内收集的铁屑即由第二出口排出，进入一级过滤机构内。过滤精度为25～40微米的涡流过滤器，可对切削液进行最后彻底、高效的精过滤，确保进入高压泵组的切削液的净化程度完全满足要求。为达到25～40微米的过滤精度，可相应选择市售涡流过滤器的型号大小。

所述的旋转接头的入口处分别经单向阀连接有液路和第二气路，所述的液路与所述的高压泵组相连通，所述的第二气路与主轴中心吹气机构相连通。换刀时主轴需要中心吹气，防止铁屑粘附在刀柄上，因此本系统中，液路和第二气路均通过单向阀连接在旋转接头的入口处，使气和高压切削液均分别经单向阀后再进入旋转接头，从而保证进入旋转接头的只有气或者高压切削液，避免了气进入液路或者高压切削液进入气路。

所述的一级过滤机构的入口处设置有磁刮板排屑器，使用时，来自机床排屑槽的切削液流经所述的磁刮板排屑器进入所述的一级过滤机构。切削液从刀具喷出后，在加工中心内部的排屑槽汇集后又重新流经磁刮板排屑器回到一级过滤机构，大的铁屑被磁刮板排屑器吸附后排出，切削液流入一级水箱，完成切削液的循环。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的数控机床高压主轴内冷系统应用于深孔加工后，来自机床排屑槽的含有大量细小铁屑的切削液先后经过一级过滤机构、二级过滤结构和三级过滤机构的层层过滤净化，再进入高压泵组，由高压泵组增压至7 MPa以上，最终通过安装于机床主轴尾部的旋转接头输送给深孔加工刀具，即由旋转接头将高压切削液从静态系统输送至动态旋转系统，从而最大限度满足深孔加工的冷却及润滑需要，确保加工的深孔的表面精度，经深孔加工刀具喷出的切削液由机床排屑槽收集，完成一整个循环。

附图说明

图1为本发明高压主轴内冷系统的原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一的应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，如图所示，包括相连通的一级过滤机构、二级过滤结构和三级过滤机构，一级过滤机构的入口与机床排屑槽7相连通，三级过滤机构的出口与一高压泵组4的入口相连通，高压泵组4的出口连接有旋转接头5，旋转接头5安装在机床主轴（图中未示出）尾部，旋转接头5用于向深孔加工刀具6提供来自高压泵组4的压力在7 MPa以上的高压切削液，经深孔加工刀具6喷出的切削液由机床排屑槽7收集。

实施例一中，一级过滤机构包括一级水箱11及设置在一级水箱11内的过滤网板12和过滤隔板组13，过滤网板12贯穿一级水箱11的高度方向设置，过滤网板12将一级水箱11分隔为相连通的第一腔室14和第二腔室15，一级水箱11的入口设置于第一腔室14的周壁，一级水箱11的出口设置于第二腔室15的周壁，机床排屑槽7与一级水箱11的入口相连通，过滤隔板组13设置在第二腔室15内，过滤隔板组13包括两个固定于第二腔室15顶壁的上隔板16和三个固定于第二腔室15底壁的下隔板17，每个上隔板16和每个下隔板17依次交替并间隔设置，两个上隔板16的底端与第二腔室15的底壁之间设有第一间隙18，三个下隔板17的顶端与第二腔室15的顶壁之间设有第二间隙19；二级过滤机构包括磁辊纸带过滤机22和二级水箱21，磁辊纸带过滤机22的出口与二级水箱21的入口相连通，磁辊纸带过滤机22的入口与一级水箱11的出口相连通；三级过滤机构包括涡流过滤器31，涡流过滤器31的过滤精度为25～40微米，二级水箱21的出口与涡流过滤器31的入口相连通且两者之间安装有供油泵23，涡流过滤器31上设有第一出口32和第二出口33，第一出口32与高压泵组4的入口相连通，第二出口33为杂物出口，第二出口33与一级过滤机构的入口相连通。

实施例一的高压主轴内冷系统的工作过程如下：来自机床排屑槽7的含有大量细小铁屑的切削液先后经过过滤网板12、过滤隔板组13进行初次过滤，然后进入磁辊纸带过滤机22被进一步过滤后，在重力作用下流入二级水箱21，之后经供油泵23输入到涡流过滤器31，进行最后的精过滤；经过上述一级过滤机构、二级过滤结构2和三级过滤机构的层层过滤净化的切削液，最后进入高压泵组4，由高压泵组4增压至7 MPa以上，最终通过安装于机床主轴尾部的旋转接头5输送给深孔加工刀具6，最大限度满足深孔加工的冷却及润滑需要，经深孔加工刀具6喷出的切削液由机床排屑槽7收集，完成一整个循环。

实施例二的应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，如图所示，包括相连通的一级过滤机构、二级过滤结构2和三级过滤机构，一级过滤机构的入口处设置有磁刮板排屑器71，一级过滤机构的入口与机床排屑槽7相连通，三级过滤机构的出口与一高压泵组4的入口相连通，高压泵组4的出口连接有旋转接头5，旋转接头5安装在机床主轴尾部，旋转接头5用于向深孔加工刀具6提供来自高压泵组4的压力在7 MPa以上的高压切削液，经深孔加工刀具6喷出的切削液由机床排屑槽7收集。

实施例二中，一级过滤机构包括一级水箱11及设置在一级水箱11内的过滤网板12和过滤隔板组13，过滤网板12贯穿一级水箱11的高度方向设置，过滤网板12包括双层过滤网板，即第一级过滤网板和第二级过滤网板，第一级过滤网板的网孔的目数为40目，第二级过滤网板的目数为20目，过滤网板12将一级水箱11分隔为相连通的第一腔室14和第二腔室15，一级水箱11的入口设置于第一腔室14的周壁，一级水箱11的出口设置于第二腔室15的周壁，机床排屑槽7与一级水箱11的入口相连通，过滤隔板组13设置在第二腔室15内，过滤隔板组13包括两个固定于第二腔室15顶壁的上隔板16和三个固定于第二腔室15底壁的下隔板17，每个上隔板16和每个下隔板17依次交替并间隔设置，两个上隔板16的底端与第二腔室15的底壁之间设有第一间隙18，三个下隔板的顶端与第二腔室15的顶壁之间设有第二间隙19。

实施例二中，二级过滤机构包括磁辊纸带过滤机22和二级水箱21，磁辊纸带过滤机22的出口与二级水箱21的入口相连通，磁辊纸带过滤机22的入口与一级水箱21的出口相连通；二级水箱21内设置有隔板24，隔板24固定于二级水箱21的底壁，隔板24的顶端与二级水箱21的顶壁之间设有第三间隙25，隔板24将二级水箱21分隔为相连通的第一过滤区26和第二过滤区27，磁辊纸带过滤机22的出口与第一过滤区26的入口相连通；高压泵组4的出口处设置有先导换向阀41和溢流口42，溢流口42与第二过滤区27相连通，先导换向阀41分别与旋转接头5和第二过滤区27相连通，先导换向阀41用于根据深孔加工刀具6的使用情况，控制经高压泵组4的出口流出的高压切削液的流向，即流向旋转接头5或者回流至第二过滤区27。

实施例二中，一级水箱11与磁辊纸带过滤机22之间设置有提升泵8，第一腔室14内安装有第一液位计81，第二过滤区27内安装有第二液位计82，第一液位计81用于发出一级水箱11内液位的低液位报警信号，第二液位计82用于发出二级水箱21内液位的高液位报警信号，提升泵8的启闭由一级水箱11和二级水箱21内液位情况决定，当第一液位计81未发出低液位报警信号且第二液位计82未发出高液位报警信号时，提升泵8工作；当第一液位计81发出低液位报警信号或者第二液位计82发出高液位报警信号时，提升泵8停止工作。

实施例二中，三级过滤机构包括涡流过滤器31，涡流过滤器31的过滤精度为25～40微米，第一过滤区26的出口与涡流过滤器31的入口相连通且两者之间安装有供油泵23，涡流过滤器31的顶部连接有第一气路34，涡流过滤器31上设有第一出口32和第二出口33，第一出口32与高压泵组4的入口相连通，第二出口33为杂物出口，第二出口33与一级过滤机构的入口相连通。

实施例二中，旋转接头5的入口处分别经单向阀51连接有液路53和第二气路52，液路53与高压泵组4相连通，第二气路52与主轴中心吹气机构（图中未示出）相连通。

实施例二的高压主轴内冷系统的工作过程如下：来自机床排屑槽7的含有大量细小铁屑的切削液首先被磁刮板排屑器71吸附掉大的铁屑，再切削液流入一级水箱11，先后经过双层过滤网板12、过滤隔板组13进行初次过滤，然后进入磁辊纸带过滤机22被进一步过滤后，在重力作用下流入二级水箱21，之后经供油泵23输入到涡流过滤器31，进行最后的精过滤，涡流过滤器31内收集的铁屑由第二出口33排出，进入一级过滤机构内；经过上述一级过滤机构、二级过滤结构2和三级过滤机构的层层过滤净化的切削液，最后进入高压泵组4，由高压泵组4增压至7 MPa以上，最终通过安装于机床主轴尾部的旋转接头5输送给深孔加工刀具6，最大限度满足深孔加工的冷却及润滑需要，经深孔加工刀具6喷出的切削液由机床排屑槽7收集，完成一整个循环。

在实施例二的高压主轴内冷系统工作过程中，若第一液位计81发出一级水箱11内液位的低液位报警信号或者第二液位计82发出二级水箱21内液位的高液位报警信号时，则提升泵8收到报警信号，停止工作，保证一级水箱11和二级水箱21内的切削液不会因过满而溢出。在高压切削液的供给切断或者高压泵组4溢流时，高压切削液会回流至第二过滤区27，从而有效避免高压切削液把整个二级水箱21内的切削液搅浑，同时避免气泡的产生。先导换向阀41可控制经高压泵组4的出口流出的高压切削液的流向，即流向旋转接头5或者回流至第二过滤区27，而无需频繁启停高压泵组4，以有效保护高压泵组4，延长其使用寿命。

Claims (9)

1.一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：包括相连通的一级过滤机构、二级过滤结构和三级过滤机构，所述的一级过滤机构的入口与机床排屑槽相连通，所述的三级过滤机构的出口与一高压泵组的入口相连通，所述的高压泵组的出口连接有旋转接头，所述的旋转接头安装在机床主轴尾部，所述的旋转接头用于向深孔加工刀具提供来自所述的高压泵组的压力在7MPa以上的高压切削液，经深孔加工刀具喷出的切削液由所述的机床排屑槽收集；所述的一级过滤机构包括一级水箱及设置在所述的一级水箱内的过滤网板和过滤隔板组，所述的过滤网板贯穿所述的一级水箱的高度方向设置，所述的过滤网板将所述的一级水箱分隔为相连通的第一腔室和第二腔室，所述的一级水箱的入口设置于所述的第一腔室的周壁，所述的一级水箱的出口设置于所述的第二腔室的周壁，所述的机床排屑槽与所述的一级水箱的入口相连通，所述的过滤隔板组设置在所述的第二腔室内，所述的过滤隔板组包括多个固定于所述的第二腔室顶壁的上隔板和多个固定于所述的第二腔室底壁的下隔板，每个所述的上隔板和每个所述的下隔板依次交替并间隔设置，多个所述的上隔板的底端与所述的第二腔室的底壁之间设有第一间隙，多个所述的下隔板的顶端与所述的第二腔室的顶壁之间设有第二间隙。

2.根据权利要求1所述的一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：所述的过滤网板包括双层过滤网板，即第一级过滤网板和第二级过滤网板，所述的第一级过滤网板的网孔的目数为30～50目，所述的第二级过滤网板的目数为10～28目。

3.根据权利要求1所述的一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：所述的二级过滤机构包括磁辊纸带过滤机和二级水箱，所述的磁辊纸带过滤机的出口与所述的二级水箱的入口相连通，所述的磁辊纸带过滤机的入口与所述的一级水箱的出口相连通，使用时，来自一级水箱的切削液经所述的磁辊纸带过滤机过滤后，在重力作用下流入所述的二级水箱。

4.根据权利要求3所述的一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：所述的二级水箱内设置有隔板，所述的隔板固定于所述的二级水箱的底壁，所述的隔板的顶端与所述的二级水箱的顶壁之间设有第三间隙，所述的隔板将所述的二级水箱分隔为相连通的第一过滤区和第二过滤区，所述的磁辊纸带过滤机的出口与所述的第一过滤区的入口相连通。

5.根据权利要求4所述的一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：所述的高压泵组的出口处设置有先导换向阀和溢流口，所述的溢流口与所述的第二过滤区相连通，所述的先导换向阀分别与所述的旋转接头和所述的第二过滤区相连通，所述的先导换向阀用于根据所述的深孔加工刀具的使用情况，控制经所述的高压泵组的出口流出的高压切削液的流向，即流向所述的旋转接头或者回流至所述的第二过滤区。

6.根据权利要求4或5所述的一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：所述的一级水箱与所述的磁辊纸带过滤机之间设置有提升泵，所述的第一腔室内安装有第一液位计，所述的第二过滤区内安装有第二液位计，所述的第一液位计用于发出一级水箱内液位的低液位报警信号，所述的第二液位计用于发出二级水箱内液位的高液位报警信号，所述的提升泵的启闭由一级水箱和二级水箱内液位情况决定，当第一液位计未发出低液位报警信号且第二液位计未发出高液位报警信号时，提升泵工作；当第一液位计发出低液位报警信号或者第二液位计发出高液位报警信号时，提升泵停止工作。

7.根据权利要求4或5所述的一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：所述的三级过滤机构包括涡流过滤器，所述的涡流过滤器的过滤精度为25～40微米，所述的第一过滤区的出口与所述的涡流过滤器的入口相连通且两者之间安装有供油泵，所述的涡流过滤器的顶部设置有第一气路，所述的涡流过滤器上设有第一出口和第二出口，所述的第一出口与所述的高压泵组的入口相连通，所述的第二出口为杂物出口，所述的第二出口与所述的一级过滤机构的入口相连通。

8.根据权利要求1所述的一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：所述的旋转接头的入口处分别经单向阀连接有液路和第二气路，所述的液路与所述的高压泵组相连通，所述的第二气路与主轴中心吹气机构相连通。

9.根据权利要求1所述的一种应用于深孔加工的数控机床高压主轴内冷系统，其特征在于：所述的一级过滤机构的入口处设置有磁刮板排屑器，使用时，来自机床排屑槽的切削液流经所述的磁刮板排屑器进入所述的一级过滤机构。