CN107631158A - 一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，包括泵系统、气源处理器、驱动系统、油杯、水泵、二位三通电磁阀、水箱和乳化液储存箱，所述气源处理器通过双向接头与泵系统相连，所述油杯通过油杯接头与泵系统相连，所述水泵安装于驱动系统的驱动箱体内，通过软管与泵系统相连，所述水箱和乳化液储存箱与二位三通电磁阀相连，所述二位三通电磁阀与驱动系统相连，所述驱动系统和水泵分别采用步进电机I和步进电机II进行驱动。本发明以步进电机为驱动，实现了多种润滑工况智能切换、油水气三相流混合比及流量智能调节、润滑剂精密连续向加工区供给等功能，提高了加工区冷却润滑效果、工件加工表面质量，为微量润滑的智能供给提供了设备支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械加工中微量润滑润滑剂供给泵，特别涉及一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵。
背景技术
传统机加工采用大量乳化液、切削油、冷却剂等对加工区进行冷却润滑，这种冷却润滑方式利用率低、增加了巨额加工生产成本，而且报废的冷却液如果处理不当将对环境造成极大的伤害。干式加工技术是最早出现的一种绿色环保加工技术，它起源于汽车工业。已成功应用于车削、铣削、钻削和镗削等机械加工中。它不是简单的完全摒弃切削液，而是在保证零件加工精度和刀具使用寿命的前提下，废除切削液的使用。然而干式加工并没有解决切削区冷却问题，造成了工件表面烧伤、表面完整性恶化等问题。
微量润滑技术代替浇注乳化液、干式加工技术已经成为必然趋势，适应了绿色制造和可持续发展的理念。它是指将微量的润滑液、水和具有一定压力的气体混合雾化后，喷射到切削区起到冷却润滑作用的一种技术。水和高压气体起到冷却作用，油起到润滑切削区、延长刀具寿命的作用。目前对微量润滑技术的研究已经取得了一定进展，其中对微量润滑供给泵的设计研发成为微量润滑技术实现的重要内容。虽然很多设计者设计了微量润滑供给泵，然而在实际应用中依然存在繁多问题。
青岛理工大学对微量润滑设备进行了深入研究，设计了纳米粒子射流微量润滑磨削三相流供给系统(专利号ZL 201110221543.2)，其特点是：将纳米流体经液路输送至喷嘴处，同时高压气体经气路进入喷嘴，高压气体与纳米流体在喷嘴混合室中充分混合雾化，经加速室加速后进入涡流室，同时压缩气体经涡流室通气孔进入，使三相流进一步旋转混合并加速，然后三相流以雾化液滴的形式经喷嘴出口喷射至磨削区。
上海金兆节能科技有限公司设计的微量润滑系统精密润滑泵(专利号：ZL201410610302.0)，其特点是：润滑剂从所述进油孔进入所述液体腔内；由压缩空气驱动，当压缩空气进入所述气体腔时，所述活塞杆尾部的压力增大，当压力大于所述活塞杆前端的所述活塞弹簧的弹力时，所述活塞杆向前移动，所述液体腔缩小，压力增大，当压力大于所述单向阀弹簧的弹力时，所述单向阀堵头打开，润滑剂泵出；所述液体腔体压力释放，当压力小于所述单向阀弹簧时，所述单向阀弹簧复位，出油口密闭；当所述气体腔压力释放，所述活塞杆尾部压力小于所述活塞弹簧的弹力，所述活塞杆复位。其优点在于提供能精准供油的微型精密气动泵，设计精密、适用于多种润滑剂使用于金属加工的润滑装置中。
以上微量润滑供给泵都采用气压断续供液的形式，导致微量润滑磨削液不能持续、流量可控、有效的向切削区供给，造成局部加工区域润滑效果不明显、切削力及切削温度不稳定、加工工件表面局部质量低等的问题。而且，在实际加工过程中需要工具加工工艺参数即使调节油水气三相流的混合比例和流量，极端工况时依然需要浇注式冷却。以上设备由于气动供液、手动调节的特点，使微量润滑不能根据工况智能调节成为应用的瓶颈问题。另外，采用与机床并联的气压驱动使机床系统的运行存在了安全隐患，是不可忽视的问题。
浙江工业大学设计的连续供液式微量润滑装置(专利号：ZL 201520865159.X)，其特点是：装置包括蠕动泵、气源处理器、气液接头、气源气管、输入气管、输液软管、出液软管、气液同轴管、喷嘴以及用于安装上述部件的箱体，所述的气源处理器固定安装在所述的箱体外侧，所述的蠕动泵的进口通过所述的输液软管与用于盛放切削液的容器连接，出口通过出液软管与所述的气液接头的第一进口连接；所述的气源处理器的进口与气源气管连接，出口通过输入气管与所述的气液接头的第二进口连接；所述的气液接头的出口通过所述的气液同轴管与所述的喷嘴连接，压缩空气和切削液在所述的喷嘴内混合，形成切削液气雾并喷出。本实用新型具有结构紧凑、操作简便、油量控制精确、连续供给切削液、安装便捷等特点。
然而，采用蠕动泵供液虽然解决了供液不连续的问题，但是其由于蠕动泵的特点导致供液精度不可控，更没有实现智能供给微量润滑润滑剂。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，该装置以步进电机为驱动，实现了多种润滑工况智能切换、油水气三相流混合比及流量智能调节、润滑剂精密连续向加工区供给等功能，提高了加工区冷却润滑效果、工件加工表面质量，为微量润滑的智能供给提供了设备支持。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，包括泵系统、气源处理器、驱动系统、油杯、水泵、二位三通电磁阀、水箱和乳化液储存箱；
所述泵系统包括泵体，所述泵体的上侧为进油腔，所述进油腔与泵体内的两个并行设置的活塞缸相连，所述活塞缸的后侧为活塞缸入口，前侧为活塞缸出口，所述活塞缸入口与活塞装置相连，所述活塞缸出口通过下侧的油路连接横孔与泵体输出孔相连，所述泵体输出孔的后侧与水孔相连，右侧与泵体气源入口相连，所述泵体输出孔内安装有泵芯，所述泵芯具有混合腔，所述混合腔内壁分布有双头的螺旋导向凸体，且所述混合腔与水孔轴向密封连接，所述油路连接横孔的右侧设有泵体溢流阀控制孔，所述泵体溢流阀控制孔与油路溢流阀相连；
所述驱动系统通过连接螺栓固定于泵体后侧，所述驱动系统包括驱动箱体以及安装于箱体内的内槽凸轮、凸轮轴、驱动小齿轮和步进电动机I；所述步进电机I通过驱动箱体左侧的电机固定侧板实现安装定位，所述驱动小齿轮与步进电动机I的电机轴相配合安装，所述内槽凸轮安装于凸轮轴上并与驱动小齿轮相啮合，所述内槽凸轮上还配合连接有两个交替往复运动的活塞装置；
所述水泵安装于驱动箱体内，且依靠箱体实现一端的密封，所述水泵包括水泵基体和水泵端盖，所述水泵端盖安装于水泵基体左侧，实现对水泵另一端的密封，所述水泵基体后侧连接有水泵输入接头，所述水泵输入接头通过水泵输入口与泵腔相连，所述泵腔通过水泵输出口与水泵前侧的水泵输出接头相连，所述泵腔内安装有主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮位于从动齿轮下侧采用步进电机II进行驱动，所述泵腔采用水泵密封圈进行密封，所述水泵输出口还与水泵基体上侧的水泵溢流阀控制口相连，所述水泵溢流阀控制口与水泵溢流阀相连，所述水泵溢流阀控制口左侧还设有泄水口；
所述气源处理器通过双向接头与泵体气源入口相连；
所述油杯通过油杯接头与泵体的进油腔相连；
所述水箱和乳化液储存箱与二位三通电磁阀相连，所述二位三通电磁阀与驱动箱体的水输入接头相连。
进一步的，所述螺旋导向凸体的螺旋角为α，α的取值范围为10°～50°，所述螺旋导向凸体的截面为三角形，突出高度为混合腔孔径D的1/8～1/4；
所述泵芯上设有切向孔，切向孔的轴心线与泵芯的轴心线夹角与螺旋导向凸体的螺旋角相同，所述切向孔将泵芯混合腔与外侧连通，所述外侧为泵芯与泵体输出孔配合形成的润滑油环腔，润滑油通过切向孔后沿螺旋导向凸体的导向切向进入混合腔，与从混合腔轴向进入的水进行水油混合。
进一步的，所述泵芯混合腔外依次连接有输出接头和输出气源快接头，所述输出接头具有外螺纹和内螺纹，外螺纹与泵体输出孔相连，内螺纹与输出气源快接头相连，所述输出气源快接头设有输出接头内孔和轴向均匀分布的输出接头气入口，所述输出接头气入口用于高压气体的转向传递。
进一步的，所述混合腔的出口端连接有系统输出液管，所述系统输出液管外侧与输出接头内孔相配合构成高压气体环腔，所述输出气源快接头的输出接头内孔与系统输出气管相连，所述系统输出气管与系统输出液管形成双层套管形式的输送管路，其中内层管输送油和水混合的两相流，外层管输送高压气体。
进一步的，所述高压气体由气源处理器进入泵体气源入口，所述泵体气源入口与高压气体环腔相贯通，所述高压气体进入高压气体环腔后分为两路，一路通过系统输出气管输送至喷嘴，一路由输出接头气入口进入系统输出气管与系统输出液管形成的双层管的外管，由外管输送至喷嘴。
进一步的，所述活塞装置包括活塞杆、浮动密封圈、Y型密封圈、凸轮从动器螺母和凸轮从动器，所述凸轮从动器通过凸轮从动器螺母固定于活塞杆后端，所述Y型密封圈固定于活塞杆上，所述活塞杆前端具有环槽，所述环槽直径小于浮动密封圈的小径，长度为浮动密封圈厚度的1.5～2.5倍，所述环槽两端的轴肩具有不同结构，靠近上端的轴肩具有缺口特征，在活塞杆向前运动供油时，浮动密封圈与下端轴肩配合形成密封，而在向下运动回程时，浮动密封圈与上端带有缺口的轴肩配合，使得油从缺口缝隙进入活塞缸。
进一步的，所述油路溢流阀包括依次装入泵体溢流阀控制孔的溢流阀堵头、溢流阀弹簧、溢流阀调压杆，并通过溢流阀控制管进行固定安装；
所述油路溢流阀中，通过旋动溢流阀调压杆改变溢流阀调压杆轴向位置，通过改变溢流阀弹簧的长度调节溢流阀的启动压力。
进一步的，所述内槽凸轮包括正面凸轮槽和背面凸轮槽，所述正面凸轮槽和背面凸轮槽具有相同的特征曲线，但在相位角上相差180o，两个活塞装置通过凸轮从动器分别与正面凸轮槽和背面凸轮槽相配合，从而实现活塞装置的交替往复运动。
进一步的，所述水泵溢流阀包括依次装入水泵溢流阀控制口水泵溢流阀堵头、水泵溢流阀弹簧和水泵溢流阀压力调节杆，并通过水泵溢流阀控制管进行固定安装；
所述水路溢流阀中，通过旋动溢流阀调节杆改变溢流阀调节杆轴向位置，通过改变溢流阀弹簧的长度调节溢流阀的启动压力。
进一步的，所述油杯接头上设有回油接头，所述回油接头与油杯接头相连接组成三通形式的转接管，所述油路连接横孔通过出油口与泵体上侧的出油口接头相连，所述出油口接头通过软管与回油接头相连，形成过压回流通道。
进一步的，所述水箱、二位三通电磁阀以及水输入接头外侧依次通过软管连接，形成供水路，所述水输入接头内侧通过软管和水泵输入接头相连，所述水泵输出接头通过软管和泵体水输入接头与水孔相连，实现向泵系统供水，所述泄水口上安装有泄水接头，所述泄水接头通过软管和驱动箱体上安装的水回流接头内侧相连，所述水回流接头外侧连接废液箱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以步进电机为驱动，代替了传统微量润滑系统润滑泵以气压驱动，解决了因气压驱动而导致的供液精度低、无法连续供液等技术瓶颈。另外，采用步进电动机实现了通过改变电动机转速而改变供液流量，进一步可根据加工工艺参数改变微量润滑二相流、三相流的混合比及流量，为自动调控、智能调控提供了设备支撑。本发明显著提高了加工区冷却润滑效果、工件加工表面质量，同时不采用气压驱动也大大降低了机床气压系统出现故障而带来的危险。
另一方面，由于在机械加工中工艺参数的不同，需要不同的润滑工况。干切削、三相流微量润滑、二相流微量润滑，甚至在极端工况下仍需浇注式润滑，目前的微量润滑供液设备不能实现多种工况间切换。本发明实现了包括干切削、二相流微量润滑、三相流微量润滑和浇注式润滑工况间的智能切换，微量润滑工况时可根据工艺参数调整供液流量，真正实现了按需供液，保证切削区冷却润滑性能的同时做到节能环保。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵的轴侧图；
图2是支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵的爆炸装配图；
图3是泵体的俯视图(a)、左视图(b)、主视图(c)、右视图(d)和后视图(e)；
图4是泵体的B-B面剖视图、A-A面剖视图、C-C面剖视图和D-D面剖视图；
图5是泵系统的爆炸装配图；
图6是泵芯以及泵芯的G-G面和H-H面的剖视图；
图7是输出接头的主视图(a)、右视图(b)和I-I面剖视图；
图8是活塞装置的主视图(a)和右视图(b)；
图9是泵系统的主视图(a)和右视图(b)；
图10是泵系统的E-E面装配阶梯剖视图；
图11是泵系统的F-F面装配全剖视图；
图12是泵系统的局部剖视图；
图13是内槽凸轮主视图(a)、右视图(b)和后视图(c)；
图14是活塞的供液曲线图(a)和位移曲线图(b)；
图15是驱动系统装配局部剖视图；
图16是驱动系统H-H面装配的全剖视图；
图17是电机固定侧板主视图；
图18是水泵基体的主视图(a)、俯视图(b)、后视图(c)及L-L面、M-M面和N-N面剖视图；
图19是水泵端盖的主视图(a)、右视图(b)、后视图(c)及O-O面剖视图；
图20是水泵装配的主视图(a)和俯视图(b)；
图21是水泵装配的全剖视图；
图22是水泵R-R面装配的全剖视图；
图23是水泵Q-Q面装配的全剖视图；
图24是本发明的液压、气压系统图；
其中，泵系统1；双向接头2；气源处理器3；气源输入接头4；驱动系统5；水回流接头6；水输入接头7；油杯8；水泵9；二位三通电磁阀10；水箱11；乳化液储存箱12；泵体1-1；进油腔1-1-1；进油腔螺孔1-1-2；出油口1-1-3；泵体端盖螺孔I 1-1-4；活塞缸入口1-1-5；泵体水入口1-1-6；泵体螺孔1-1-7；泵体气源入口1-1-8；泵体溢流阀控制孔1-1-9；泵体端盖螺孔II 1-1-10；活塞缸出口1-1-11；泵体输出孔1-1-12；润滑油环腔1-1-12-1；高压气体环腔1-1-12-2；活塞缸1-1-13；水孔1-1-14；油路连接横孔1-1-15；活塞装置1-2；活塞杆1-2-1；浮动密封圈1-2-2；Y型密封圈1-2-3；凸轮从动器螺母1-2-4；凸轮从动器1-2-5；泵体端盖I螺栓1-3；泵体端盖I 1-4；防尘环1-5；导向环1-6；导向环密封圈1-7；泵体水输入接头1-8；进油腔密封垫1-9；进油腔盖1-10；进油腔盖螺栓1-11；油杯接头1-12；回油接头1-13；输出气源快接头1-14；输出接头1-15；输出接头内孔1-15-1；输出接头气入口1-15-2；泵芯1-16；混合腔1-16-1；螺旋导向凸体1-16-2；切向孔1-16-3；泵芯密封垫1-17；泵体端盖II螺栓1-18；泵体端盖II 1-19；单向阀座1-20；单向阀弹簧1-21；单向阀堵头1-22；油出口接头1-23；溢流阀堵头1-24；溢流阀弹簧1-25；溢流阀调压杆1-26；溢流阀控制管1-27；系统输出气管1-28；系统输出液管1-29；箱体5-1；连接螺栓5-2；箱体顶盖5-3；顶盖螺栓5-4；内槽凸轮5-5；正面凸轮槽5-5-1；轴孔5-5-2；凸轮轮齿5-5-3；背面凸轮槽5-5-4；凸轮轴5-6；电机固定侧板5-7；侧板固定通孔5-7-1；电机I固定螺孔5-7-2；步进电动机I 5-8；驱动小齿轮5-9；紧定螺钉5-10；深沟球轴承I 5-11；轴端盖5-12；键5-13；轴用挡圈5-14；水泵基体9-1；水泵溢流阀控制口9-1-1；连接通孔9-1-2；泵腔9-1-3；水泵密封圈9-1-4；水泵输入口9-1-5；水泵输出口9-1-6；主动轴承孔9-1-7；从动轴承孔9-1-8；泄水口9-1-9；水泵输入接头9-2；双孔防磨垫9-3；从动齿轮轴9-4；主动齿轮9-5；从动齿轮9-6；单孔防磨垫9-7；深沟球轴承II 9-8；步进电机II轴9-9；深沟球轴承III 9-10；深沟球轴承IV 9-11；水泵端盖9-12；电机固定槽9-12-1；水泵端盖连接螺孔9-12-2；电机固定螺孔9-12-3；通孔9-12-4；步进电机II 9-13；球键9-14；泄水接头9-15；水泵输出接头9-16；水泵溢流阀堵头9-17；水泵溢流阀弹簧9-18；水泵溢流阀压力调节杆9-19；水泵溢流阀控制管9-20；轴承挡环II 9-21；水泵轴承密封圈9-22；轴承挡环I 9-23；轴承挡环III9-24；空压机13。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在供液不连续，供液精度不可控，无法智能供给微量润滑润滑剂问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，该装置以步进电机为驱动，实现了多种润滑工况智能切换、油水气三相流混合比及流量智能调节、润滑剂精密连续向加工区供给等功能，提高了加工区冷却润滑效果、工件加工表面质量，为微量润滑的智能供给提供了设备支持。
结合图1、图2及图24可知，一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，包括泵系统1、气源处理器3、驱动系统5、油杯8、水泵9、二位三通电磁阀10、水箱11和乳化液储存箱12。
由图3-6可知，所述泵系统1包括泵体1-1，所述泵体1-1的上侧为进油腔1-1-1，所述进油腔1-1-1与泵体内的两个并行设置的活塞缸1-1-13相连，所述活塞缸1-1-13的后侧为活塞缸入口1-1-5，前侧为活塞缸出口1-1-11，所述活塞缸入口1-1-5与活塞装置1-2相连，所述活塞缸出口1-1-11通过下侧的油路连接横孔1-1-15与泵体输出孔1-1-12相连，所述泵体输出孔1-1-12的后侧与水孔1-1-14相连，右侧与泵体气源入口1-1-8相连，所述泵体输出孔1-1-12内安装有泵芯1-16，所述泵芯1-16具有混合腔1-16-1，所述混合腔1-16-1内壁分布有双头的螺旋导向凸体1-16-2，且所述混合腔1-16-1与水孔1-1-14轴向密封连接，所述油路连接横孔1-1-15的右侧设有泵体溢流阀控制孔1-1-9，所述泵体溢流阀控制孔1-1-9与油路溢流阀相连；
所述油路溢流阀包括依次装入泵体溢流阀控制孔1-1-9的溢流阀堵头1-24、溢流阀弹簧1-25、溢流阀调压杆1-26，并通过溢流阀控制管1-27进行固定安装，所述油路溢流阀起到过压卸载、安全保护作用；其中，所述溢流阀控制管1-27通过外螺纹装入泵体溢流阀控制孔1-1-9，溢流阀调压杆1-26通过自身的外螺纹和溢流阀控制管1-27的内螺纹配合；
所述油路溢流阀中，通过旋动溢流阀调压杆1-26改变溢流阀调压杆1-26轴向位置，通过改变溢流阀弹簧1-25的长度调节溢流阀的启动压力；
在具体实现中，所述活塞缸入口1-1-5依次装入有导向环密封圈1-7、导向环1-6和防尘环1-5，随后将活塞装置1-2装入活塞缸1-1-13，最后通过泵体端盖I 1-4对导向环密封圈1-7、导向环1-6、防尘环1-5进行定位，泵体端盖I 1-4通过泵体端盖I螺栓1-3与泵体端盖螺孔I1-1-4配合连接固定在泵体1-1上；
所述活塞缸出口1-1-11依次装入有单向阀堵头1-22、单向阀弹簧1-21和单向阀座1-20，并通过泵体端盖II 1-19实现定位，同时，泵体端盖II 1-19通过4个泵体端盖II螺栓1-18与泵体端盖螺孔II 1-1-10配合连接固定在泵体1-1上。
由图2可知，所述油杯8通过油杯接头1-12与泵体的进油腔1-1-1相连，所述气源处理器3通过双向接头2与泵体气源入口1-1-8相连，同时气源输入接头4固定于气源处理器3上。
由图5可知，在具体实现中，所述油杯接头1-12上设有回油接头1-13，所述回油接头1-13与油杯接头1-12相连接组成三通形式的转接管，所述油杯接头1-12一端通过螺纹连接油杯8，另一端通过螺纹连接进油腔盖1-10，将油杯8固定在进油腔盖1-10上，所述进油腔盖1-10通过4个进油腔盖螺栓1-11与进油腔螺孔1-1-2配合固定在泵体1-1上，同时进油腔盖1-10和泵体1-1中间夹装进油腔密封垫1-9，本发明通过上述设置实现润滑油由油杯8向进油腔1-1-1供油。
同时由图9可知，所述油路连接横孔1-1-15通过出油口1-1-3与泵体上侧的出油口接头1-23相连，所述油出口接头1-23通过螺纹固定在泵体1-1的出油口1-1-3上，通过软管和回油接头1-13相连，形成了过压回流通道。
由图6泵芯1-16的剖视图可知，所述泵芯内壁上螺旋导向凸体1-16-2的螺旋角为α，α的取值范围为10°～50°，螺旋导向凸体1-16-2的截面为三角形，突出高度为混合腔1-16-1孔径D的1/8～1/4，螺旋导向凸体1-16-2使两相流在混合腔1-16-1中的流速增加、混合流程增长，显著提高两相流混合效果；
所述泵芯1-16上设有6条切向孔1-16-3，切向孔1-16-3的轴心线与泵芯1-16的轴心线在垂直视图的上下方向距离为h，在前后方向上的夹角与螺旋导向凸体1-16-2的螺旋角相同，所述切向孔1-16-3的孔径为所述切向孔1-16-3将泵芯混合腔1-16-1与外侧连通，由图10可知，所述外侧为泵芯1-16与泵体输出孔1-1-12配合形成的润滑油环腔1-1-12-1，润滑油通过切向孔1-16-3后沿螺旋导向凸体1-16-2的导向切向进入混合腔1-16-1，与从混合腔1-16-1轴向进入的水进行水油混合，避免因改变流体方向带来的能量损耗。优选的，h＝(D-d)/2，润滑油贴混合腔1-16-1内壁进入，更能增强混合效果。
结合图5及图7可知，所述泵芯密封垫1-17、泵芯1-16、输出接头1-15和输出气源快接头1-14依次装入泵体输出孔1-1-12，所述输出接头1-15具有外螺纹和内螺纹，外螺纹与泵体输出孔1-1-12相连，内螺纹与输出气源快接头1-14相连，所述输出气源快接头1-14设有输出接头内孔1-15-1和轴向均匀分布的输出接头气入口1-15-2，所述输出接头气入口1-15-2用于高压气体的转向传递。
由图8活塞装置1-2的主视图和右视图可知，所述活塞装置1-2包括活塞杆1-2-1、浮动密封圈1-2-2、Y型密封圈1-2-3、凸轮从动器螺母1-2-4和凸轮从动器1-2-5，所述凸轮从动器1-2-5通过凸轮从动器螺母1-2-4固定于活塞杆1-2-1后端，所述Y型密封圈1-2-3固定于活塞杆1-2-1上，所述活塞杆1-2-1前端具有环槽，所述环槽直径小于浮动密封圈1-2-2的小径，长度为浮动密封圈1-2-2厚度的1.5～2.5倍，所述环槽两端的轴肩具有不同结构，靠近上端的轴肩具有缺口特征，在活塞杆1-2-1向前运动供油时，浮动密封圈1-2-2与下端轴肩配合形成密封，而在向下运动回程时，浮动密封圈1-2-2与上端带有缺口的轴肩配合，使得油从缺口缝隙进入活塞缸1-1-13。
由图10可知，所述混合腔1-16-1的出口端连接有系统输出液管1-29，所述系统输出液管1-29外侧与输出接头内孔1-15-1相配合构成高压气体环腔1-1-12-2，所述输出气源快接头的输出接头内孔1-15-1与系统输出气管1-28相连，所述系统输出气管1-28与系统输出液管1-29形成双层套管形式的输送管路，其中内层管输送油和水混合的两相流，外层管输送高压气体。
结合图9-12对泵系统1中的管路进行说明。在泵系统1中，水通过泵体水输入接头1-8进入水孔1-1-14，通过水孔1-1-14进入混合腔1-16-1。正常工作时，润滑油从油杯8通过油杯接头1-12进入进油腔1-1-1，当活塞装置1-2向后回程时，润滑油从进油腔1-1-1穿过活塞装置1-2的前端的缝隙进入活塞缸1-1-13。当活塞装置1-2向前供油时，活塞装置1-2前端的浮动密封圈1-2-2将活塞缸1-1-13与进油腔1-1-1密封，油压升高后顶开单向阀堵头1-22进入活塞缸出口1-1-11。本装置中两个活塞装置1-2同时工作，在相位上形成交替从而实现连续供油。两个活塞系统的活塞缸出口1-1-11都与油路连接横孔1-1-15相贯通，而连接横孔1-1-15与润滑油环腔1-1-12-1相贯通。因此润滑油进一步通过连接横孔1-1-15进入润滑油环腔1-1-12-1，在通过切向孔1-16-3后进入混合腔1-16-1。水和润滑油在混合腔1-16-1充分混合后，二相流进入系统输出液管1-29输送至喷嘴。高压气体由气源处理器3进入泵体气源入口1-1-8，所述泵体气源入口1-1-8与高压气体环腔1-1-12-2相贯通，高压气体进入高压气体环腔1-1-12-2后分为两路，一路通过系统输出气管1-28输送至喷嘴，一路由输出接头气入口1-15-2进入系统输出气管1-28与系统输出液管1-29形成的双层管的外管，由外管输送至喷嘴。
同时如图11所示，当油路发生堵塞时，润滑油进入连接横孔1-1-15后不再向前供油，而是顶开溢流阀堵头1-24，进入出油口1-1-3，进一步通过油出口接头1-23、软管、回油接头1-13、油杯接头1-12再次进入进油腔1-1-1。
结合图15和图16可知，所述驱动系统5通过连接螺栓5-2与泵体螺孔1-1-7配合连接固定于泵体1-1后侧，所述驱动系统5包括驱动箱体5-1以及安装于箱体5-1内的内槽凸轮5-5、凸轮轴5-6、驱动小齿轮5-9和步进电动机I 5-8；所述步进电动机I 5-8通过螺栓固定于电机固定侧板5-7上，所述电机固定侧板5-7通过螺栓固定于驱动箱体5-1上，以实现对步进电动机I 5-8的安装定位，所述驱动小齿轮5-9与步进电动机I 5-8轴相配合安装，并通过紧定螺钉5-10实现定位，所述驱动小齿轮5-9和内槽凸轮5-5相啮合，啮合关系如图16所示，驱动小齿轮5-9齿数是内槽凸轮5-5齿数的1/4～1/2，所述凸轮轴5-6通过深沟球轴承I 5-11和轴端盖5-12安装在箱体5-1上，所述轴端盖5-12通过螺栓固定在箱体5-1上，所述内槽凸轮5-5与凸轮轴5-6配合安装，轴向上，内槽凸轮5-5的一端靠在凸轮轴5-6轴肩上，另一端通过安装轴用挡圈5-14来实现轴向定位，周向上，内槽凸轮5-5通过键5-13与凸轮轴5-6实现定位安装，同时所述内槽凸轮5-5上还配合连接有两个交替往复运动的活塞装置1-2，所述驱动箱体5-1上设有箱体顶盖5-3，所述箱体顶盖5-3通过顶盖螺栓5-4进行固定，实现系统封装。
由图13内槽凸轮5-5三视图可知，所述内槽凸轮5-5是活塞装置1-2的驱动器，所述内槽凸轮5-5包括正面凸轮槽5-5-1、轴孔5-5-2、凸轮轮齿5-5-3和背面凸轮槽5-5-4，所述正面凸轮槽5-5-1和背面凸轮槽5-5-4具有相同的特征曲线，但在相位角上相差180°，两个活塞装置1-2通过凸轮从动器1-2-5分别与正面凸轮槽5-5-1和背面凸轮槽5-5-4相配合，从而实现活塞装置1-2的交替往复运动。
图14是活塞的位移曲线和供液曲线，结合图13和图14进行对活供油进行说明。正面凸轮槽5-5-1和背面凸轮槽5-5-4相配合的特征曲线如图13所示，升程角度为180°+β，回程角度为180°-β。结合供油曲线图14可知，在角度0～β，凸轮特征曲线上升，即活塞1-2向前运动；但是由于此段路程并没有使油压达到单向阀的开启压力值，并未供油；当角度达到β后，油压在活塞1-2作用下达到单向阀开启压力值，开始供油，此时正是另外一面凸轮槽到达回程节点，因此供油曲线依然连续。β值与活塞缸1-1-13内径大小、活塞杆1-2-1速度、单向阀弹簧1-21物理特性、润滑油粘度和密度等参数相关。另外，凸轮槽升程曲线为线性增加，保证供油曲线为常数。
图17是电机固定侧板的主视图。如图17所示，所述电机固定侧板5-7依据步进电动机I5-8形状开设十字槽，并结合4个固定螺孔5-7-2对步进电动机I 5-8进行定位安装，同时电机固定侧板5-7上设有4个侧板固定通孔5-7-1，配合螺栓对电机固定侧板5-7进行定位安装。
由图18水泵基体的三视图及剖视图可知，所述水泵9安装于驱动箱体5-1内，且依靠箱体5-1实现一端的密封，所述水泵9包括水泵基体9-1和水泵端盖9-12，所述水泵端盖9-12安装于水泵基体9-1左侧，实现对水泵9另一端的密封，所述水泵基体9-1后侧连接有水泵输入接头9-2，所述水泵输入接头9-2通过水泵输入口9-1-5与泵腔9-1-3相连，所述泵腔9-1-3通过水泵输出口9-1-6与水泵9前侧的水泵输出接头9-16相连，所述泵腔9-1-3内安装有主动齿轮9-5和从动齿轮9-6，所述主动齿轮9-5位于从动齿轮9-6下侧采用步进电机II 9-13进行驱动，所述泵腔9-1-3采用水泵密封圈9-1-4进行密封，所述水泵输出口9-1-6还与水泵基体9-1上侧的水泵溢流阀控制口9-1-1相连，所述水泵溢流阀控制口9-1-1与水泵溢流阀相连，所述水泵溢流阀控制口9-1-1左侧还设有泄水口9-1-9。
水泵端盖9-12安装在水泵基体9-1的一侧，起到端盖作用的同时，还起到定位步进电机II 9-13的作用。由图19水泵端盖的三视图及剖视图可知，所述水泵端盖9-12上设有电机固定槽9-12-1，所述电机固定槽9-12-1根据步进电机II 9-13形状设计，同时配合3个电机固定螺孔9-12-3对步进电机II 9-13进行定位安装，所述电机固定槽9-12-1还具有同心通孔，所述通孔直径大于步进电机II 9-13轴直径，所述步进电机II 9-13轴穿过通孔驱动齿轮，所述水泵端盖9-12还设有4个水泵端盖连接螺孔9-12-2，与水泵基体9-1连接通孔9-1-2同心，配合连接通孔9-1-2实现水泵9的组装，所述水泵端盖9-12还设有通孔9-12-4，所述通孔9-12-4与泄水口9-1-9相连通。
在具体实现中，如图20所示，所述水泵端盖9-12和水泵基体9-1安装于箱体5-1上，所述箱体5-1具有4个与连接螺孔9-12-2和连接通孔9-1-2同心的沉头孔，通过4个螺栓固定实现水泵9的组装，所述水泵输入接头9-2通过螺纹安装在水泵输入口9-1-5，水泵输出接头9-16通过螺纹安装在水泵输出口9-1-6，泄水接头9-15通过螺纹安装在泄水口9-1-9。
如图21和22所示，所述水泵溢流阀堵头9-17、水泵溢流阀弹簧9-18、水泵溢流阀压力调节杆9-19和水泵溢流阀控制管9-20组成了水泵9的溢流阀系统，起到过压卸载、安全保护作用。水泵溢流阀控制管9-20通过外螺纹装入水泵溢流阀控制口9-1-1，水泵溢流阀压力调节杆9-19通过自身的外螺纹和水泵溢流阀控制管9-20的内螺纹配合，通过旋动水泵溢流阀压力调节杆9-19，实现轴向位置调整，通过改变水泵溢流阀弹簧9-18长度调节溢流阀的启动压力。
如图21所示，所述步进电机II 9-13轴依次穿过水泵端盖9-12的通孔和主动轴承孔9-1-7，同时靠深沟球轴承IV 9-11实现定位，靠水泵轴承密封圈9-22实现密封。步进电机II 9-13轴以悬臂梁形式驱动主动齿轮9-5，由于主动齿轮9-5尺寸小，主动齿轮9-5与步进电机II 9-13轴通过球键9-14进行连接。箱体5-1具有盲孔，轴承挡环II 9-21、深沟球轴承II 9-8和水泵轴承密封圈9-22依次装入盲孔，对从动齿轮轴9-4一端进行密封定位。水泵轴承密封圈9-22和深沟球轴承III 9-10和轴承挡环III 9-24依次装入从动轴承孔9-1-8，对从动齿轮轴9-4另一端进行密封定位。从动齿轮9-6以过盈配合安装在从动齿轮轴9-4上。双孔防磨垫9-3和单孔防磨垫9-7采用耐磨金属材料，分别安装在主动齿轮9-5、从动齿轮9-6的两端，起减摩作用。
由图23可知，正常工作情况下，水在齿轮驱动下从水泵输入接头9-2进入，通过泵腔9-1-3由水泵输出接头9-16输出。在水路堵塞的情况下，水不在从水泵输出接头9-16输出，水压逐渐升高。当水压超过水泵溢流阀堵头9-17启动压力，水泵溢流阀堵头9-17被顶开，水经过水泵溢流阀控制口9-1-1、泄水口9-1-9，从泄水接头9-15泄出。
图24是本发明的液压、气压系统图。结合图10、15、24对本发明的管路连接进行说明。所述水箱11、二位三通电磁阀10(A)以及水输入接头7外侧依次通过软管连接，形成供水路，所述水输入接头7内侧通过软管和水泵输入接头9-2相连，所述水泵输出接头9-16通过软管和泵体水输入接头1-8与水孔1-1-14相连，实现向泵系统供水，所述泄水口9-1-9上安装有泄水接头9-15，所述泄水接头9-15通过软管和驱动箱体5-1上安装的水回流接头6内侧相连，所述水回流接头6外侧连接废液箱。乳化液储存箱12和二位三通电磁阀10(B)相连。
具体的，所述水回流接头6和水输入接头7穿过箱体5-1并通过螺纹固定，所述泵体水输入接头1-8通过螺纹固定于泵体1-1的泵体水入口1-1-6上。
通过改变系统的控制信号，可以实现多种工况下的供液。控制步进电动机I 5-8、步进电机II 9-13，可实现油水不同比例不同流量供给。下表为不同工况下控制信号表和流量范围。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于：包括泵系统、气源处理器、驱动系统、油杯、水泵、二位三通电磁阀、水箱和乳化液储存箱；
所述泵系统包括泵体，所述泵体的上侧为进油腔，所述进油腔与泵体内的两个并行设置的活塞缸相连，所述活塞缸的后侧为活塞缸入口，前侧为活塞缸出口，所述活塞缸入口与活塞装置相连，所述活塞缸出口通过下侧的油路连接横孔与泵体输出孔相连，所述泵体输出孔的后侧与水孔相连，右侧与泵体气源入口相连，所述泵体输出孔内安装有泵芯，所述泵芯具有混合腔，所述混合腔内壁分布有双头的螺旋导向凸体，且所述混合腔与水孔轴向密封连接，所述油路连接横孔的右侧设有泵体溢流阀控制孔，所述泵体溢流阀控制孔与油路溢流阀相连；
所述驱动系统通过连接螺栓固定于泵体后侧，所述驱动系统包括驱动箱体以及安装于箱体内的内槽凸轮、凸轮轴、驱动小齿轮和步进电动机I；所述步进电机I通过驱动箱体左侧的电机固定侧板实现安装定位，所述驱动小齿轮与步进电动机I的电机轴相配合安装，所述内槽凸轮安装于凸轮轴上并与驱动小齿轮相啮合，所述内槽凸轮上还配合连接有两个交替往复运动的活塞装置；
所述水泵安装于驱动箱体内，且依靠箱体实现一端的密封，所述水泵包括水泵基体和水泵端盖，所述水泵端盖安装于水泵基体左侧，实现对水泵另一端的密封，所述水泵基体后侧连接有水泵输入接头，所述水泵输入接头通过水泵输入口与泵腔相连，所述泵腔通过水泵输出口与水泵前侧的水泵输出接头相连，所述泵腔内安装有主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮位于从动齿轮下侧采用步进电机II进行驱动，所述泵腔采用水泵密封圈进行密封，所述水泵输出口还与水泵基体上侧的水泵溢流阀控制口相连，所述水泵溢流阀控制口与水泵溢流阀相连，所述水泵溢流阀控制口左侧还设有泄水口；
所述气源处理器通过双向接头与泵体气源入口相连；
所述油杯通过油杯接头与泵体的进油腔相连；
所述水箱和乳化液储存箱与二位三通电磁阀相连，所述二位三通电磁阀与驱动箱体的水输入接头相连。
2.如权利要求1所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述螺旋导向凸体的螺旋角为α，α的取值范围为10°～50°，所述螺旋导向凸体的截面为三角形，突出高度为混合腔孔径D的1/8～1/4；
所述泵芯上设有切向孔，切向孔的轴心线与泵芯的轴心线夹角与螺旋导向凸体的螺旋角相同，所述切向孔将泵芯混合腔与外侧连通，所述外侧为泵芯与泵体输出孔配合形成的润滑油环腔，润滑油通过切向孔后沿螺旋导向凸体的导向切向进入混合腔，与从混合腔轴向进入的水进行水油混合。
3.如权利要求1所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述泵芯混合腔外依次连接有输出接头和输出气源快接头，所述输出接头具有外螺纹和内螺纹，外螺纹与泵体输出孔相连，内螺纹与输出气源快接头相连，所述输出气源快接头设有输出接头内孔和轴向均匀分布的输出接头气入口，所述输出接头气入口用于高压气体的转向传递。
4.如权利要求3所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述混合腔的出口端连接有系统输出液管，所述系统输出液管外侧与输出接头内孔相配合构成高压气体环腔，所述输出气源快接头的输出接头内孔与系统输出气管相连，所述系统输出气管与系统输出液管形成双层套管形式的输送管路，其中内层管输送油和水混合的两相流，外层管输送高压气体。
5.如权利要求1或4所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述高压气体由气源处理器进入泵体气源入口，所述泵体气源入口与高压气体环腔相贯通，所述高压气体进入高压气体环腔后分为两路，一路通过系统输出气管输送至喷嘴，一路由输出接头气入口进入系统输出气管与系统输出液管形成的双层管的外管，由外管输送至喷嘴。
6.如权利要求1所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述活塞装置包括活塞杆、浮动密封圈、Y型密封圈、凸轮从动器螺母和凸轮从动器，所述凸轮从动器通过凸轮从动器螺母固定于活塞杆后端，所述Y型密封圈固定于活塞杆上，所述活塞杆前端具有环槽，所述环槽直径小于浮动密封圈的小径，长度为浮动密封圈厚度的1.5～2.5倍，所述环槽两端的轴肩具有不同结构，靠近上端的轴肩具有缺口特征，在活塞杆向前运动供油时，浮动密封圈与下端轴肩配合形成密封，而在向下运动回程时，浮动密封圈与上端带有缺口的轴肩配合，使得油从缺口缝隙进入活塞缸。
7.如权利要求1所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述油路溢流阀包括依次装入泵体溢流阀控制孔的溢流阀堵头、溢流阀弹簧、溢流阀调压杆，并通过溢流阀控制管进行固定安装；
所述油路溢流阀中，通过旋动溢流阀调压杆改变溢流阀调压杆轴向位置，通过改变溢流阀弹簧的长度调节溢流阀的启动压力；
所述水泵溢流阀包括依次装入水泵溢流阀控制口水泵溢流阀堵头、水泵溢流阀弹簧和水泵溢流阀压力调节杆，并通过水泵溢流阀控制管进行固定安装；
所述水路溢流阀中，通过旋动溢流阀调节杆改变溢流阀调节杆轴向位置，通过改变溢流阀弹簧的长度调节溢流阀的启动压力。
8.如权利要求1或6所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述内槽凸轮包括正面凸轮槽和背面凸轮槽，所述正面凸轮槽和背面凸轮槽具有相同的特征曲线，但在相位角上相差180°，两个活塞装置通过凸轮从动器分别与正面凸轮槽和背面凸轮槽相配合，从而实现活塞装置的交替往复运动。
9.如权利要求1所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述油杯接头上设有回油接头，所述回油接头与油杯接头相连接组成三通形式的转接管，所述油路连接横孔通过出油口与泵体上侧的出油口接头相连，所述出油口接头通过软管与回油接头相连，形成过压回流通道。
10.如权利要求1所述的一种支持不同润滑工况的连续供给精密微量润滑泵，其特征在于，所述水箱、二位三通电磁阀以及水输入接头外侧依次通过软管连接，形成供水路，所述水输入接头内侧通过软管和水泵输入接头相连，所述水泵输出接头通过软管和泵体水输入接头与水孔相连，实现向泵系统供水，所述泄水口上安装有泄水接头，所述泄水接头通过软管和驱动箱体上安装的水回流接头内侧相连，所述水回流接头外侧连接废液箱。
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