CN106393253A - 一种用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，涉及机械设计和制造领域，能够在加工过程中自动除尘。本发明包括：可控气泵1通过导气管与除尘箱2的出气口连接，从除尘箱2中抽气。除尘箱2的入气口通过导气管与机床主轴5所在的工作台的隔离罩的出气口连接。气泵3通过导气管与主轴保护罩4的入气口连接，向主轴保护罩4中吹气。主轴保护罩4为半密封结构，并固定在机床主轴5上，机床主轴5上安装的刀具通过主轴保护罩4上的出气口伸出。粉尘浓度传感器6安装在机床主轴5所在的工作台的隔离罩上，粉尘浓度传感器6的探头深入所述隔离罩内侧，检测所述隔离罩内侧的粉尘浓度。本发明适用于复合材料干切削加工的除尘。

Description

一种用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置

技术领域

本发明涉及机械设计和制造领域，尤其涉及一种用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置。

背景技术

纤维增强复合材料具有比强度高、比模量大、良好的尺寸稳定性、良好的耐腐蚀性和耐疲劳性、热传导系数低等诸多优点，被广泛应用于航空航天、生物医疗、交通运输和体育及军事用品中。

在实际应用中，成型的纤维增强复合材料工件一般不能直接使用。还要对其进行进一步的钻孔和铣槽加工以满足装配需要。又由于其树脂基体的亲水性，纤维增强复合材料一般采用干切削加工。尤其是在纤维增强复合材料的研发过程中，需要先在实验室进行大量的加工实验，以便获取最优的样品和加工方式，而加工过程中会产生的大量粉尘颗粒，对空气造成严重污染，侵害操作人员身体健康。一般实验室采用的方法为实验人员手持吸尘器除尘。而对于实验人员，采用戴防护面罩的方式。而手动除尘的效果受到人员经验的影响，且除尘的过程中，需要暂停加工过程，降低了工件加工的效率。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，能够在实现了加工过程中自动除尘。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

该用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置包括：可控气泵1、除尘箱2、气泵3、主轴保护罩4、机床主轴5和粉尘浓度传感器6。其中：

可控气泵1通过导气管与除尘箱2的出气口连接，并用于从除尘箱2中抽气。

除尘箱2的入气口通过导气管与机床主轴5所在的工作台的隔离罩的出气口连接。其中，机床主轴5所在的工作台的隔离罩的出气口可以设置为多个，分别连接多个除尘箱，从而进一步提高除尘效率。

气泵3通过导气管与主轴保护罩4的入气口连接，并用于向主轴保护罩4中吹气，由气泵3吹出的气体流经主轴保护罩4与机床主轴5之间的缝隙并排放至机床主轴5所在的工作台的隔离罩内。

主轴保护罩4为半密封结构，并固定在机床主轴5上，机床主轴5上安装的刀具通过主轴保护罩4上的出气口伸出。其中，主轴保护罩4与机床主轴5之间的缝隙包括了所述刀具与主轴保护罩4上的开孔之间的缝隙。本实施例中，气泵3和主轴保护罩4共同组成用于保护机床主轴5的半密封结构，入气口与气泵3相连接，出气口处容刀具伸出，通过气泵3吹气，使得洁净气体从主轴保护罩4的入气口进入并从出气口喷出。

粉尘浓度传感器6安装在机床主轴5所在的工作台的隔离罩上，粉尘浓度传感器6的探头深入所述隔离罩内侧，用于检测所述隔离罩内侧的粉尘浓度。

本发明实施例提供的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，通过半密封的主轴保护罩罩在机床主轴表面，设有洁净气体入口和刀具伸出口，两者之间设有单向气流，防止粉尘由主轴进入机床内部，同时刀具口处的气流起到辅助排屑的作用。通过与主轴保护罩连接的气泵吹气，和与除尘箱连接的可空气泵抽气，使得机床内部至除尘箱间形成风道，将粉尘吸入除尘箱，再由除尘箱中的滤袋将粉尘过滤截留，从而自动清理了机床内部的粉尘，避免了手动除尘效果差、影响人员健康的问题；并且刀具伸出主轴保护罩，气体从刀具的伸出口喷出，实现了加工过程中自动除尘，不再需要暂停加工过程，从而提高了工件加工的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的除尘箱的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的除尘箱的倾斜方案的示意图；

图4为本发明实施例提供的主轴保护罩的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的监测模块的结构示意图；

以上附图中的标号分别表示：1-可控气泵、2-除尘箱3-气泵、4-主轴保护罩、5-机床主轴、6-粉尘浓度传感器、7-调整与驱动电路、8-单片机、9-数据输出端口、10-显示模块、11-除尘箱箱体、12-密封棒、13-滤袋一、14-滤袋二、15-震荡电机、16-排屑螺钉、17-主轴保护罩上半部分、18-主轴保护罩刀具伸出端。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明实施例提供一种用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，如图1所示，包括：可控气泵1、除尘箱2、气泵3、主轴保护罩4、机床主轴5和粉尘浓度传感器6。其中：

可控气泵1通过导气管与除尘箱2的出气口连接，并用于从除尘箱2中抽气。

除尘箱2的入气口通过导气管与机床主轴5所在的工作台的隔离罩的出气口连接。其中，机床主轴5所在的工作台的隔离罩的出气口可以设置为多个，分别连接多个除尘箱，从而进一步提高除尘效率。

气泵3通过导气管与主轴保护罩4的入气口连接，并用于向主轴保护罩4中吹气，由气泵3吹出的气体流经主轴保护罩4与机床主轴5之间的缝隙并排放至机床主轴5所在的工作台的隔离罩内。

主轴保护罩4为半密封结构，并固定在机床主轴5上，机床主轴5上安装的刀具通过主轴保护罩4上的出气口伸出。其中，主轴保护罩4与机床主轴5之间的缝隙包括了所述刀具与主轴保护罩4上的开孔之间的缝隙。本实施例中，气泵3和主轴保护罩4共同组成用于保护机床主轴5的半密封结构，入气口与气泵3相连接，出气口处容刀具伸出，通过气泵3吹气，使得洁净气体从主轴保护罩4的入气口进入并从出气口喷出。

粉尘浓度传感器6安装在机床主轴5所在的工作台的隔离罩上，粉尘浓度传感器6的探头深入所述隔离罩内侧，用于检测所述隔离罩内侧的粉尘浓度。

本发明实施例提供的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，通过半密封的主轴保护罩罩在机床主轴表面，设有洁净气体入口和刀具伸出口，两者之间设有单向气流，防止粉尘由主轴进入机床内部，同时刀具口处的气流起到辅助排屑的作用。通过与主轴保护罩连接的气泵吹气，和与除尘箱连接的可空气泵抽气，使得机床内部至除尘箱间形成风道，将粉尘吸入除尘箱，再由除尘箱中的滤袋将粉尘过滤截留，从而自动清理了机床内部的粉尘，避免了手动除尘效果差、影响人员健康的问题；并且刀具伸出主轴保护罩，气体从刀具的伸出口喷出，实现了加工过程中自动除尘，不再需要暂停加工过程，从而提高了工件加工的效率。

在本实施例中，如图2所示的，除尘箱2的结构具体包括：除尘箱箱体11，安装在除尘箱箱体11内的密封棒12。其中：

除尘箱2中安装的滤袋都具有一个内环和一个外环，滤袋一13和滤袋二14按照密封棒12由下至上的方向依次安装在密封棒12上，滤袋一13和滤袋二14的内环分别通过密封结构固定在密封棒12上，滤袋一13和滤袋二14的外环分别通过密封结构固定在除尘箱箱体11的内壁上。

在本实施例的优选方案中，滤袋一13和滤袋二14采用覆膜涤纶常温材料，并且，除尘箱2中的滤袋可以配置为多级过滤的结构，即选用不同规格滤袋依次对粉尘进行过滤，从而提高过滤效果，例如：滤袋一13与滤袋二14采用互不相同的过滤粒度，其中，滤袋一13和滤袋二14中的一个的最小的过滤粒度为0.5μm，滤袋一13和滤袋二14中的一个的最大的过滤粒度为60μm。含尘气体从下端气体入口处进入后，先被孔径较大的滤袋二14过滤掉其中直径较大的粉尘，气体向上流动再由孔径较小的滤袋一再次过滤，以实现更好的除尘效果。密封棒12可有上端旋出一定高度，使得粉尘落入的除尘箱2的底部。

由于在复合材料实际的干切削加工过程中，粉尘颗粒大小主要在0.5～60μm之间,滤袋采用覆膜涤纶常温材料，粉尘颗粒大小在0.1～0.5μm范围内滤尘效率达到98％,粉尘颗粒大小>0.5μm的滤尘效率能达到100％,且耐温130℃。其中，滤袋采用覆膜涤纶常温材料，可由涤纶纺布表面覆以微孔薄膜制成的，可实现表面过滤,使粉尘只停留于表面,容易脱落,提高了滤料的剥离性。

进一步的，在除尘箱箱体11的外壁上固定安装有震荡电机15，使得除尘箱2在过滤粉尘的过程中振动，进一步促进滤料从滤袋上剥离，防止工作时间较长后粉尘滤袋堵塞。

进一步的，在除尘箱箱体11的底部开有排屑口，排屑螺钉16通过可拆卸接口安装在所述排屑口上。以便于在除尘箱2的底部淤积的粉尘较多时，拔出排屑螺钉16并通过除尘箱箱体11的底部开有排屑口将粉尘排出。其中，在除尘箱箱体11可以采用透明材料制成，以便于观察粉尘在在除尘箱2底部的淤积情况。

可选的，如图3所示，在本实施例中可以将除尘箱2倾斜放置在固定架上，所述排屑口所在除尘箱2中的角落，距离底面的最近。并可以在固定架与除尘箱2之间填充泡沫块，泡沫块中形成贴合除尘箱2外壁的凹槽，使得除尘箱2在固定架上倾斜放置。

在本实施例中，如图4所示的，主轴保护罩4由主轴保护罩上半部分17和主轴保护罩刀具伸出端18通过分离式结构连接组成，主轴保护罩4的入气口开设在主轴保护罩上半部分17，主轴保护罩4的出气口开设在主轴保护罩刀具伸出端18。除了主轴保护罩4的入气口和出气口之外的，主轴保护罩4与机床主轴5接触部分为密封结构。洁净气体从主轴保护罩上半部分17上端入口处进入，从主轴保护罩刀具伸出端18处排除，保证气流的单向流动，防止粉尘由主轴进入机床内部。

主轴保护罩4设计为分离式结构，比如：主轴保护罩刀具伸出端18与主轴保护罩上半部分17通过分离式结构连接，如上端与机床主轴密封，下端容刀具伸出，以螺纹连接，以便于在需要更换机床主轴5的刀具时，拆卸下主轴保护罩刀具伸出端18。

在本实施例中，粉尘浓度传感器6与监测模块相连，所述监测模块与可控气泵1相连，所述监测模块用于接收粉尘浓度传感器6发出的传感信号，并根据所述传感信号调整可控气泵1的功率。其中，所述监测模块如图5所示，包括：单片机8，粉尘浓度传感器6、调整与驱动电路7、数据输出端口9和显示模块10都与单片机8相连，调整与驱动电路7还与可控气泵1相连接构成反馈电路，控制隔离罩内的粉尘浓度在符合要求的范围内。

单片机8用于根据粉尘浓度传感器6发出的传感信号转换得到当前的粉尘浓度数值，并将得到的粉尘浓度数值向调整与驱动电路7、数据输出端口9和显示模块10传输。

调整与驱动电路7用于通过所述与可控气泵1相连接构成反馈电路，根据显示单片机8输出的粉尘浓度数值调节可控气泵1的功率。

显示模块10用于显示单片机8输出的粉尘浓度数值，比如显示模块10为l ed屏。

具体的，通过粉尘浓度传感器6将粉尘浓度信息转换为电信号，经单片机8与反馈电路7处理，控制除尘模块的可控气泵1功率，实现机床干切削加工时的粉尘浓度监控。同时，通过气泵3产生持续的单向气流，防止粉尘由主轴进入机床内部，并起到了辅助排屑的作用。粉尘浓度传感器6固定于机床工作台周围，当浓度大于预设的基准时，通过显示模块10显示实时数据与报警信息，同时调整与驱动电路会控制可控气泵1以适当功率工作。

通过工作台周围的粉尘浓度传感器，以将传感器所表征的信号转换为电信号传输单片机，实时输出显示在LED显示屏上，当粉尘浓度大于标准值时，通过反馈电路提高除尘模块可控气泵功率，以提高除尘效果直至粉尘浓度降到标准值以内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，包括：可控气泵(1)、除尘箱(2)、气泵(3)、主轴保护罩(4)、机床主轴(5)和粉尘浓度传感器(6)；

可控气泵(1)通过导气管与除尘箱(2)的出气口连接，并用于从除尘箱(2)中抽气；

除尘箱(2)的入气口通过导气管与机床主轴(5)所在的工作台的隔离罩的出气口连接；

主轴保护罩(4)为半密封结构，并固定在机床主轴(5)上，机床主轴(5)上安装的刀具通过主轴保护罩(4)上的出气口伸出；

气泵(3)通过导气管与主轴保护罩(4)的入气口连接，并用于向主轴保护罩(4)中吹气，由气泵(3)吹出的气体流经主轴保护罩(4)与机床主轴(5)之间的缝隙并排放至机床主轴(5)所在的工作台的隔离罩内，其中，主轴保护罩(4)与机床主轴(5)之间的缝隙包括了所述刀具与主轴保护罩(4)上的开孔之间的缝隙；

粉尘浓度传感器(6)安装在机床主轴(5)所在的工作台的隔离罩上，粉尘浓度传感器(6)的探头深入所述隔离罩内侧，用于检测所述隔离罩内侧的粉尘浓度。

2.根据权利要求1所述的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，除尘箱(2)的结构包括：除尘箱箱体(11)，安装在除尘箱箱体(11)内的密封棒(12)；

除尘箱(2)中安装的滤袋都具有一个内环和一个外环，其中，滤袋1(13)和滤袋2(14)按照密封棒(12)由下至上的方向依次安装在密封棒(12)上，滤袋1(13)和滤袋2(14)的内环分别通过密封结构固定在密封棒(12)上，滤袋1(13)和滤袋2(14)的外环分别通过密封结构固定在除尘箱箱体(11)的内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，滤袋1(13)和滤袋2(14)采用覆膜涤纶常温材料；

滤袋1(13)与滤袋2(14)为互不相同的过滤粒度，其中，滤袋1(13)和滤袋2(14)中的一个的最小的过滤粒度为0.5μm，滤袋1(13)和滤袋2(14)中的一个的最大的过滤粒度为60μm。

4.根据权利要求1或2所述的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，除尘箱箱体(11)的外壁上固定安装有震荡电机(15)。

5.根据权利要求1或2所述的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，除尘箱箱体(11)的底部开有排屑口，排屑螺钉(16)通过可拆卸接口安装在所述排屑口上。

6.根据权利要求5所述的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，除尘箱(2)倾斜放置在固定架上，所述排屑口所在除尘箱(2)中的角落，距离底面的最近。

7.根据权利要求1所述的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，主轴保护罩(4)由主轴保护罩上半部分(17)和主轴保护罩刀具伸出端(18)通过分离式结构连接组成，主轴保护罩(4)的入气口开设在主轴保护罩上半部分(17)，主轴保护罩(4)的出气口开设在主轴保护罩刀具伸出端(18)；

除了主轴保护罩(4)的入气口和出气口之外的，主轴保护罩(4)与机床主轴(5)接触部分为密封结构。

8.根据权利要求1所述的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，粉尘浓度传感器(6)与监测模块相连，所述监测模块与可控气泵(1)相连，所述监测模块用于接收粉尘浓度传感器(6)发出的传感信号，并根据所述传感信号调整可控气泵(1)的功率。

9.根据权利要求8所述的用于复合材料干切削加工的粉尘监控装置，其特征在于，所述监测模块包括：单片机(8)，粉尘浓度传感器(6)、调整与驱动电路(7)、数据输出端口(9)和显示模块(10)都与单片机(8)相连，调整与驱动电路(7)还与可控气泵(1)相连接构成反馈电路；

单片机(8)用于根据粉尘浓度传感器(6)发出的传感信号转换得到当前的粉尘浓度数值，并将得到的粉尘浓度数值向调整与驱动电路(7)、数据输出端口(9)和显示模块(10)传输；

调整与驱动电路(7)用于通过所述与可控气泵(1)相连接构成反馈电路，根据显示单片机(8)输出的粉尘浓度数值调节可控气泵(1)的功率；

显示模块(10)用于显示单片机(8)输出的粉尘浓度数值。