CN107617752A - 一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，解决了高屈服度强度的金属材料在数控车削过程中，切削难以折断，经常出现切削缠绕刀具和工件的问题。车削塑性材料过程中，向车刀前刀面和切削处喷射高压冷却液，高压冷却液用于折断切屑，塑性材料的屈服强度σ_s>700MPa。该方法通过对普通数控车床冷却系统液系统和换刀系统进行改进，通过分流装置分流机床冷却液泵出口的冷却液，用高压柱塞泵提高冷却液压强，用飞流刀具完成冷却液精确喷射，本发明中的冷却液系统增强了机床冷却泵与刀具冷却液管路耐高压能力，控制高压冷却液精准喷射至车刀前刀面，从而将切削折断成短卷屑，实现高屈服度金属材料数控车削的自动断屑，还可改善工件表面粗糙度。

Description

一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法

技术领域

本发明属于自动化车削加工技术领域，具体涉及一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法。

背景技术

航空航天、兵工武器等国防工业领域中经常使用屈服强度较高的结构性回转零部件，并具有加工变形不易控制、加工质量要求高的特点。对于屈服强度σ_s>700MPa的金属工件，先进的数控车床可以实现较好的运动精度，但由于这些金属材料的屈服强度极高，车削加工过程中的切屑难以通过切削用量参数优化实现自动折断。在高屈服强度的金属材料数控车削过程中，经常出现缠绕刀具和工件的现象，直接导致刀具磨损加剧、工件的加工表面质量不佳，频繁的人工干预才能减小切屑缠绕刮擦对刀具寿命和工件表面质量的影响。

目前，常用的断屑方法包括振动断屑法、断屑槽断屑法、断屑器断屑法，但这些断屑方法的使用效果均不理想。因此，数控车削的断屑问题如果没有得到很好的解决，自动化车削加工就无法实现，生产效率停留在较低的水平，操作安全性也受到一定影响。

发明内容

本发明针对高屈服强度金属材料的数控车削，提供了一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，数控车床的切削液系统和换刀系统，实现具有特定高压属性的冷却液进行定向喷射，解决了高屈服度强度的金属材料在数控车削过程中，切削难以折断，经常出现切削缠绕刀具和工件，对工件加工表面质量产生影响的问题。本发明中的自动断屑方法通过将数控车床冷却系统液系统和换刀系统组合并改进，通过分流装置分流机床冷却液泵出口的冷却液，利用高压柱塞泵提高冷却液压强，液压刀塔密封零部件全部为耐高压密封元件，用飞流刀具完成冷却液精确喷射，本发明中的冷却液系统增强了机床冷却泵与刀具冷却液管路耐高压能力，控制高压冷却液精准喷射至车刀前刀面，从而将切削折断成短卷屑，实现高屈服度金属材料数控车削的自动断屑，并改善工件表面粗糙。

本发明为实现上述目的，主要通过以下技术方案实现：一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于车削塑性材料过程中，向车刀前刀面和切削处喷射高压冷却液，所述高压冷却液用于折断切屑，所述塑性材料的屈服强度σ_s>700MPa。

进一步地，所述高压冷却液通过安装在液压刀塔上的飞流刀具实现定向喷射。

进一步地，所述飞流刀具设置有喷射孔，所述喷射孔通过高压管道与液压刀塔的切削液出口连接，高压冷却液通过喷射孔喷射至车刀前刀面。

进一步地，所述高压冷却液的喷射由冷却液系统控制，所述冷却液系统与液压刀塔连接。

进一步地，所述高压管道的两端连接处设置有细牙连接螺纹，所述细牙螺纹的螺纹距为1mm。

进一步地，所述喷射孔的直径为1mm。

进一步地，所述冷却液系统包括冷却液箱、机床冷却液泵、分流装置和高压柱塞泵，所述冷却液箱、机床冷却液泵、分流装置、高压柱塞泵、液压刀塔通过冷却液管道依次相连，所述机床冷却液泵将冷却液箱中的冷却液输送至分流装置，所述分流装置将一部分冷却液输送至机床，分流装置将另一部分冷却液输送至高压柱塞泵，所述高压柱塞泵通过转换头与液压刀塔的切削液入口连接。

进一步地，所述分流装置与高压柱塞泵之间设置有电磁阀，机床冷却液泵启停信号于电磁阀信号输入端连接，电磁阀地信号输出端与高压柱塞泵连接。

进一步地，所述冷却液泵的入口端设置有过滤网。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

与现有技术相比，本发明的自动断削方法应用于塑性好、屈服强度高的金属材料时，切削由缠绕工件和刀具的长卷屑可以被切削至可控的2-4cm的短卷屑，同时切削转速υ_s由60m/min提高到173m/min，大幅提升了加工效率，适合大批量塑性材料自动化车削加工。不仅在技术上解决了金属零部件数控车削加工过程中切削缠绕刀具和工件的问题，提升切削速度和进给量至两倍左右的水平，对批量生产的加工效率和操作安全性有较大促进作用，而且高压冷却液改善刀具切削过程中的冷却效果，延长了刀具寿命。该自动断削方法用于指导高屈服强度塑性金属工件的批量生产，改善加工质量，工件表面粗糙度从0.8um左右提升至0.2um以内，可用于表面粗糙度要求较高的场合。

附图说明

图1是本发明的基于高压冷却系统的数控车削自动断屑的装置结构示意图。

图2是本发明的飞流刀具结构示意图。

其中：1、冷却液箱，2、机床冷却液泵，3、分流装置，4、电磁阀，5、高压柱塞泵，6、液压刀塔，7、飞流刀具，8、数控车床，9、喷射孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，车削塑性材料过程中，向车刀前刀面和切削处喷射高压冷却液，高压冷却液用于折断切屑，塑性材料的屈服强度σ_s>700MPa。实现自动断削方法的装置主要分为两部分，冷却液系统和刀塔系统。

刀塔系统包括飞流刀具和液压刀塔，高压冷却液通过安装在液压刀塔上的飞流刀具实现定向喷射，具体为，如图2所示，飞流刀具设置有喷射孔，该喷射孔通过高压管道与液压刀塔的切削液出口连接，并且高压冷却液通过喷射孔精确喷射至车刀前刀面，喷射孔的直径为1mm。高压管道两端的连接处设置有细牙连接螺纹，并且螺纹距为1mm，保证接头处的密封性。

冷却液系统控制高压冷却液在喷射孔的喷射，并且冷却液系统和液压刀塔连接。冷却液系统包括冷却液箱、机床冷却液泵、分流装置和高压柱塞泵，冷却液箱、机床冷却液泵、分流装置、高压柱塞泵、液压刀塔通过冷却液管道依次相连，冷却液管道的接头也设置有细牙螺纹，保证接头处良好的密封性。冷却液箱用于储存冷却液，机床冷却液泵用于将冷却液箱中的冷却液输送至分流装置，分流装置用于将一部分冷却液输送至机床，将另一部分冷却液输送至高压柱塞泵，高压柱塞泵通过转换头与液压刀塔的切削液入口连接。

机床冷却液泵的入口端设置有过滤网，根据高压柱塞泵和飞流刀具的工作要求，选用过滤等级为一级的过滤网以提高机床冷却液的纯净度，防止冷却液中的杂质堵塞高压柱塞泵和破坏工件表面质量。

分流装置将冷却液泵输出的洁净度较高的冷却液分流，为高压柱塞泵提供足够切削液流量。

电磁阀为两位两通电磁阀，通过电气控制实现机床冷却液启停信号与可变流量高压柱塞泵的启停同步，机床冷却液泵启停信号于电磁阀信号输入端连接，电磁阀地信号输出端与高压柱塞泵连接，即电磁阀的通断通过机床冷却液泵启停信号控制，进而电磁阀信号控制高压塞住泵的启停。

高压柱塞泵配备有安全溢流阀，并且高压塞住泵出口的冷却液压强通过压力表进行显示。出口处的工作压力范围为3~70bar，可通过手动旋钮进行调节。

为保证液压刀塔的密封性，液压刀塔的密封元件更换为耐高压密封元件。此外，在数控车床刀塔旋转实现换刀过程中，高压柱塞泵处于停止运行状态。

利用基于高压冷却系统的数控车削自动断削方法对切削进行断屑的过程为：首先，将冷却液装入冷却液箱，然后由冷却液被机床冷却液泵抽出，机床冷却液泵提供压力为3bar的冷却液，接着分流装置将机床冷却液泵出口的一部分冷却液输送至机床，另一部分冷却液输送至高压柱塞泵，为高压柱塞泵提供足够压力和流量的切削液，再利用两位两通电磁阀，通过电气控制实现机床冷却液启停和高压柱塞泵的启停同步，高压柱塞泵将切削液输通过高压管道送至喷射孔，最后由喷射孔喷射至车刀前刀面，高压冷却液对切屑进行断屑处理，将长屑切为短卷屑。

本发明的自动切削方法应用在某一塑性金属工件的数控车削加工，切削用量参数为主轴转速υ_s=400r/min、进给量f=0.2mm/r、背吃刀量a_p=1.0mm，分别在切削液压力为3bar、20bar、40bar、60bar四种情况下进行了切屑形态观察、刀具寿命评估和工具表面粗糙度检测。由检测得知：对于数控车削塑性好、屈服强度高的金属材料时，压力较高的切削液断屑作用明显，并且随着喷射孔喷射的高压冷却液压力的提升，切屑缠绕工件和刀具的长卷屑变为2-4cm的短卷屑；切削用量参数切削转速υ_s由60m/min左右提高到173m/min，刀具寿命提高20%~30%，大幅提升了加工效率；相同条件下，改善了加工质量，工件表面粗糙度从0.8um左右提升到0.2um以内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于车削塑性材料过程中，向车刀前刀面和切削处喷射高压冷却液，所述高压冷却液用于折断切屑，所述塑性材料的屈服强度σ_s>700MPa。

2.根据权利要求1所述的一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于所述高压冷却液通过安装在液压刀塔上的飞流刀具实现定向喷射。

3.根据权利要求2所述的一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于所述飞流刀具设置有喷射孔，所述喷射孔通过高压管道与液压刀塔的切削液出口连接，高压冷却液通过喷射孔喷射至车刀前刀面。

4.根据权利要求2所述的一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于所述高压冷却液的喷射由冷却液系统控制，所述冷却液系统与液压刀塔连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于所述高压管道的两端连接处设置有细牙连接螺纹，所述细牙螺纹的螺纹距为1mm。

6.根据权利要求3所述的一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于所述喷射孔的直径为1mm。

7.根据权利要求4所述的一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于所述冷却液系统包括冷却液箱、机床冷却液泵、分流装置和高压柱塞泵，所述冷却液箱、机床冷却液泵、分流装置、高压柱塞泵、液压刀塔通过冷却液管道依次相连，所述机床冷却液泵将冷却液箱中的冷却液输送至分流装置，所述分流装置将一部分冷却液输送至机床，分流装置将另一部分冷却液输送至高压柱塞泵，所述高压柱塞泵通过转换头与液压刀塔的切削液入口连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于所述分流装置与高压柱塞泵之间设置有电磁阀，机床冷却液泵启停信号与电磁阀信号输入端连接，电磁阀地信号输出端与高压柱塞泵连接。

9.根据权利要求7所述的一种基于高压冷却系统的数控车削自动断屑方法，其特征在于所述冷却液泵的入口端设置有过滤网。