CN112605709B - 一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，包括机床工作台和与机床动力系统连接的主轴，主轴连接有刀柄，刀柄与刀具固定，机床工作台安装有机床夹具，刀柄连接有微量润滑机构，机床夹具包括夹具体，夹具体上固定有限位块，用于与工件的两个相邻侧面接触，夹具体上还安装有多个能够将工件压紧在夹具体上表面的夹紧元件，夹紧元件的顶部设有检测件，用于检测夹紧元件与主轴的相对位置，本发明的装置能够避免喷嘴与夹紧元件的干涉触碰。

Description

一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，具体涉及一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
铝合金具有良好的铸造性能、塑性加工性能好、良好机械性能、可使用性好、耐磨性好、抗腐蚀性能强、抗氧化性好等优良特点，广泛应用于航空航天、模具加工、机械设备、工装夹具等领域，特别用于航空制造及其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构体。在生产制造航空航天领域的一些零部件时，通常会先设计加工此类零部件相应的模具。航空航天领域的工件结构复杂，而且其尺寸很大，长宽比大。因此，此类模具外形一般都比较规则且扁平细长，但内部具有复杂的型腔，通常由长方体毛坯铣削制得。由于工件尺寸大，而且一般都是中小批量甚至是单件生产，加工此类工件缺少对应的铣削工艺装备。加工时，通常是把毛坯直接放在机床工作台上或摆放在机用虎钳等机床附件中，根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧。这类装夹方法定位精度低、劳动强度大、生产效率低，而且要求工人技术等级高，加工过程中由于常常需要增加人工找正工序，所以增加了生产成本。
相应的，在加工过程中，为了从刀具和工件中带走热量，必须采用切削液对加工区域进行冷却处理。不正确的冷却方式可能会降低加工质量和刀具寿命。切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具、切屑和工件间的对流和汽化作用，把切削热从刀具和工件处带走，从而有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。切削液的润滑作用是通过减小前刀面与切屑、后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工性能。此外，切削液对加工区还起到清洗的作用，可以去除生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，使刀具的切削刃口保持锋利。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。它是指将微量的切削液和具有一定压力的气体混合雾化后，喷射到切削区域起到冷却润滑作用的一种技术。
对于大型航空铝合金工件及相似工件的加工工艺装备和相应冷却润滑系统的设计，目前研究者已经取得了很大的进展，目前有很多设计者设计了相关的夹具及相关领域的工艺装备，很好的解决了定位精度低、劳动强度大、生产效率低等工件加工过程中出现的问题，但对于大型工件来说，由于工件尺寸及重量过大，加工时容易出现装夹不可靠等情况。而且有很多设计者设计的微量润滑装置，在资源的节约、润滑的性能等方面做出了突出贡献，然而与工装夹具的兼容性较低，没有较好的和夹具的工艺装备结合起来。微量润滑装置的雾化喷嘴一般悬挂在机床主轴一侧，在加工过程中，需要较大的运动空间。而且出于工件结构以及工件装夹需要的考虑，夹具的某些部件可能会高出工件表面，因此喷嘴容易与夹具发生干涉触碰，造成设备损坏。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，避免了喷嘴和夹具发生干涉触碰，造成设备的损坏。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供了一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，包括机床工作台和与机床动力系统连接的主轴，主轴连接有刀柄，刀柄与刀具固定，机床工作台安装有机床夹具，刀柄连接有微量润滑机构，机床夹具包括夹具体，夹具体上固定有限位块，用于与工件的相邻两个侧面接触，夹具体上还安装有多个能够将工件压紧在夹具体上表面的夹紧元件，夹紧元件的顶部设有检测件，用于检测夹紧元件与主轴的相对位置。
进一步的，所述夹紧元件包括设置在夹具体内部的直线驱动件，直线驱动件的伸缩部通过传动机构与压块连接，直线驱动件能够带动压块运动，将工件压紧在夹具体上表面。
进一步的，所述直线驱动件包括气缸，气缸内设有活塞，活塞将气缸分隔成的两个腔室均通过气道与电磁阀的出气口连接，多个夹紧元件的电磁阀通过企管串联并与气源连接，活塞与活塞推杆连接，活塞推杆与传动机构连接。
进一步的，所述传动机构包括与直线驱动件连接的推杆头，推杆头固定有传动销，传动销通过V型的中间连杆一端设置的弧形槽口穿过中间连杆，中间连杆的拐角位置处与夹具体转动连接，中间连杆的另一端与L型连杆的一端铰接，L型连杆另一端万向连接有压块，L型连杆设有直槽口，直槽口中穿过有固定销，固定销与夹具体固定连接。
进一步的，所述检测件采用接近开关，所述接近开关与控制系统连接。
进一步的，所述微量润滑机构包括与刀柄转动连接且固定设置的外壳，外壳与刀柄内设有能够相互连通的气体通道和液体通道，刀柄下方依次设有贴合的分流环和雾化环，分流环和雾化环利用于刀柄连接的刀具夹头压紧在刀柄上，分流环设有分别与气体通道和液体通道相连通的气体分流槽和液体分流槽，分流环设有与液体分流槽连通液体喷管，液体喷管伸入雾化环的雾化腔内，雾化腔与气体分流槽相连通，雾化腔与开设在雾化环的喷孔相连通。
进一步的，所述刀具夹头设有与所述喷孔相连通的弧形槽口，弧形槽口的的散射角度大于喷孔的散射角度。
进一步的，所述液体分流槽开设在分流环上表面，气体分流槽开设在分流环下表面，且沿分流环的圆周方向，气体分流槽和液体分流槽交替设置，分流环上表面设有与气体分流槽相连通的气孔，气体分流槽和液体分流槽相靠近的端部之间设有将气体分流槽和液体分流槽连通的液孔。
进一步的，所述气体分流槽内设有导向瓣，导向瓣端部的侧面与液孔相切，用于将气体导入雾化腔内。
进一步的，所述外壳上还安装有档杆，所述档杆内设有与外壳内液体通道和气体通道分别相连通的液体通道和气体通道，档杆内的液体通道和气体通道能够分别与切削液源和气体源连接。
本发明的有益效果：
1.本发明的装置，夹紧元件能够将工件压紧在夹具体上，装夹可靠性高，且夹紧元件的顶部设有检测件，能够检测主轴和夹紧元件的相对位置，实现了夹紧元件与主轴的联动工作，可规避主轴的运动轨迹，避免主轴与夹紧元件发生触碰。
2.本发明的装置，夹紧元件能够自动工作，且工件能够利用限位块进行限位，保证放置位置的精确，提高了加工精度，降低了劳动强度，提高了生产效率。
3.本发明的装置，微量润滑机构和刀柄相结合。避免了外挂式喷嘴与工艺装备或者工件干涉，而且缩短了喷孔至切削区域的距离，使混合喷雾更加集中地喷射到切削区域。微量润滑机构具有多个喷孔，呈圆周分布，使喷出的混合流体包裹在刀具四周，在切削过程中避免产生润滑死区。
4.本发明的装置，雾化环内的雾化腔将切削液和气体在喷出喷孔之前混合。内混式结构使气体和切削液的混合更加充分，实现了更好的喷雾效果。
5.本发明的装置，微量润滑机构可在原有的刀具基础上进行加工改装，方便制造，降低了制造成本。
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限定。
图1是本发明实施例1整体示意图；
图2是本发明实施例1夹具体的三维图；
图3是本发明实施例1夹具体的主视图；
图4是本发明实施例1夹具体的俯视图；
图5是本发明实施例1夹具体的下视图；
图6是本发明实施例1限位块的结构图；
图7是本发明实施例1活塞推杆的结构图；
图8是本发明实施例1气缸端盖的正向半剖视图；
图9是本发明实施例1气缸端盖的俯视图；
图10是本发明实施例1推杆头的结构图；
图11是本发明实施例1中间连杆的三维图；
图12是本发明实施例1中间连杆的主视图；
图13是本发明实施例1L型连杆的三维图；
图14是本发明实施例1L型连杆的主视图；
图15是本发明实施例1支座的结构图；
图16是本发明实施例1压块的结构图；
图17是本发明实施例1机床夹具的整体装配示意图；
图18是本发明实施例1机床夹具的局部装配示意图；
图19是本发明实施例1夹紧元件的工作原理图；
图20是工件的装夹示意图；
图21是本发明实施例1夹紧元件联动的控制原理图；
图22是本发明实施例1挡杆的三维图；
图23是本发明实施例1挡杆的正向剖视图；
图24是本发明实施例1挡杆的俯视图；
图25是本发明实施例1外壳的三维图；
图26是本发明实施例1外壳的正向剖视图；
图27是本发明实施例1外壳的俯视图；
图28是本发明实施例1垫片的结构图；
图29是本发明实施例1刀柄的三维图；
图30是本发明实施例1刀柄的下视图；
图31是本发明图30的A-A向部剖视图；
图32是本发明实施例1上轴套的结构图；
图33是本发明实施例1下轴套的正向半剖视图；
图34是本发明实施例1分流环的俯视图；
图35是本发明图34的A-A向剖视图；
图36是本发明实施例1分流环的侧向剖视图；
图37是本发明实施例1分流环的下视图；
图38是本发明实施例1液体喷管的结构图；
图39是本发明实施例1雾化环的正向剖视图；
图40是本发明实施例1雾化环的上视图；
图41是本发明实施例1刀具夹头的正向剖视图；
图42是本发明实施例1刀具夹头的刀柄夹头的俯视图；
图43是本发明实施例1微量润滑机构的俯视图；
图44是本发明图43的C-C向剖视图；
图45是本发明实施例1微量润滑机构的局部装配爆炸视图一；
图46是本发明实施例1微量润滑机构的局部装配爆炸视图二；
图47是本发明实施例1微量润滑机构的局部装配俯视图；
图48是本发明图47A-A向视图；
图49是本发明实施例1微量润滑机构的工作原理图；
图50是本发明实施例1微量润滑机构的雾化原理图一；
图51是本发明实施例1微量润滑机构的雾化原理图二；
图52是本发明实施例1微量润滑机构的雾化原理图三；
其中，机床夹具Ⅰ、微量润滑机构Ⅱ、主要夹紧元件Ⅰ-1、辅助夹紧元件Ⅰ-2。
夹具体Ⅰ-3、定位平面Ⅰ-3-1、接触平面Ⅰ-3-2、限位块安装槽Ⅰ-3-3、半圆形凹槽Ⅰ-3-4、U型槽口Ⅰ-3-5、气缸Ⅰ-3-6、连杆运动槽Ⅰ-3-7、支座凸台Ⅰ-3-8、气孔Ⅰ-3-9、气孔Ⅰ-3-10、气缸螺纹Ⅰ-3-11、电磁阀安装槽Ⅰ-3-12、气管安装槽Ⅰ-3-13、对刀槽Ⅰ-3-14、定位键槽Ⅰ-3-15、螺纹孔Ⅰ-3-16、螺纹孔Ⅰ-3-17。
限位块Ⅰ-4、定位面Ⅰ-4-1、底面Ⅰ-4-2、安装孔Ⅰ-4-3。
活塞推杆Ⅰ-5、端部螺纹Ⅰ-5-1、导杆Ⅰ-5-2、活塞Ⅰ-5-3、密封槽Ⅰ-5-4。
推杆头Ⅰ-6、销孔Ⅰ-6-1、凹槽Ⅰ-6-2、螺纹孔Ⅰ-6-3。
气缸端盖Ⅰ-7、底板Ⅰ-7-1、凸台Ⅰ-7-2、通孔Ⅰ-7-3、螺纹Ⅰ-7-4、密封槽Ⅰ-7-5。
中间连杆Ⅰ-8、弧形槽口Ⅰ-8-1、销孔Ⅰ-8-2、销孔Ⅰ-8-3、凹槽Ⅰ-8-4。
L型连杆Ⅰ-9、销孔Ⅰ-9-1、直槽口Ⅰ-9-2、球头结构Ⅰ-9-3、接近开关安装槽Ⅰ-9-4。
支座Ⅰ-10、销孔Ⅰ-10-1、底面Ⅰ-10-2、安装孔Ⅰ-10-3。
压块Ⅰ-11、半球形凹槽Ⅰ-11-1、夹紧端面Ⅰ-11-2。
工件Ⅰ-12、气缸密封圈Ⅰ-13、端盖密封圈Ⅰ-14、接近开关Ⅰ-15、气压电磁阀Ⅰ-16、气管Ⅰ-17、传动销Ⅰ-18、固定销Ⅰ-19。
档杆Ⅱ-1、安装板Ⅱ-1-1、安装孔Ⅱ-1-2、气流通道Ⅱ-1-3、液流通道Ⅱ-1-4、气流接口Ⅱ-1-5、液流接口Ⅱ-1-6。
外壳Ⅱ-2、阶梯孔Ⅱ-2-1、气体导流槽Ⅱ-2-2、液体导流槽Ⅱ-2-3、密封槽Ⅱ-2-4、气流通道Ⅱ-2-5、液流通道Ⅱ-2-6、定位槽Ⅱ-2-7、挡圈槽Ⅱ-2-8、嵌套肩Ⅱ-2-9。
垫片Ⅱ-3、通孔Ⅱ-3-1。
刀柄Ⅱ-4、接触端面Ⅱ-4-1、螺纹Ⅱ-4-2、气流通道Ⅱ-4-3、液流通道Ⅱ-4-4、气孔Ⅱ-4-5、液孔Ⅱ-4-6。
下轴套Ⅱ-5、气孔Ⅱ-5-1、液孔Ⅱ-5-2。
分流环Ⅱ-6、上端面Ⅱ-6-1、下端面Ⅱ-6-2、气体分流槽Ⅱ-6-3、液体分流槽Ⅱ-6-4、导向瓣Ⅱ-6-5、气孔Ⅱ-6-6、液孔Ⅱ-6-7。
液体喷管Ⅱ-7、上端圆柱面Ⅱ-7-1、斜面Ⅱ-7-2、内孔Ⅱ-7-3。
雾化环Ⅱ-8、上端面Ⅱ-8-1、下端面Ⅱ-8-2、雾化腔Ⅱ-8-3、喷孔Ⅱ-8-4。
刀具夹头Ⅱ-9、弧形槽口Ⅱ-9-1、嵌套肩Ⅱ-9-2、螺纹Ⅱ-9-3。
轴承Ⅱ-10、挡圈Ⅱ-11、密封圈Ⅱ-12、上轴套Ⅱ-13、间隙Ⅱ-14。
具体实施方式
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。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有的微量润滑铣削设备的喷嘴与夹具容易发生干涉触碰，造成设备的损坏，针对上述问题，本申请提出了一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置。
本申请的一种典型实施方式中，如图1-2所示，一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，包括机床夹具Ⅰ和微量润滑机构Ⅱ。机床夹具Ⅰ安装在机床工作台上，对工件进行定位夹紧。微量润滑机构Ⅱ与刀柄结合，通过刀柄安装在机床的主轴上，微量润滑机构Ⅱ将微量的切削液和具有一定压力的气体混合雾化后，喷射到切削区域进行冷却润滑。所述机床的主轴与机床的动力系统连接，刀柄与刀具固定，所述机床工作台、机床的主轴及动力系统均采用现有结构，在此不进行详细叙述。
所加工工件是用于制造航空航天领域零部件的模具，此类工件外部形状规则，内部具有复杂的型腔，由长方体毛坯铣削制得。加工时按照下表面—侧面下部—侧面上部—上表面—型腔的顺序进行铣削加工。先以上表面和两个相邻的侧面为粗基准，对下表面和侧面上部进行铣削，加工完毕后，将工件翻转，以下表面和两个相邻的侧面下部为精基准对侧面上部和上表面进行铣削。加工完毕后保持工件的装夹状态不变，铣削工件的型腔。
由于工件尺寸较大，为保证装夹的可靠性，设置多组夹紧元件，对工件施加垂直于主要定位基准面(工件下表面)的夹紧力。这样会使得夹紧元件突出于工件，避免机床主轴与夹紧元件干涉，将夹紧元件设计为与主轴联动工作，实现夹紧元件自动规避主轴的运动轨迹。工件的长宽比例大，避免某一组夹紧元件放松时致使工件松动，在工件两长边上设置多组主要夹紧元件Ⅰ-1，数量根据工件尺寸确定，两端部设置两组辅助夹紧元件Ⅰ-2。每次装夹后，按照先中间后两端的顺序，先对中间区域进行铣削，此时工件两端辅助夹紧元件Ⅰ-2保持夹紧状态不变，主要夹紧元件Ⅰ-1随主轴联动。中间区域加工完毕后，主要夹紧元件保持夹紧状态，两端辅助夹紧元件随主轴联动，再对工件两端区域进行铣削。主要夹紧元件Ⅰ-1和辅助夹紧元件Ⅰ-2结构完全相同。
图2-图5为夹具体结构图。如图所示，夹具体Ⅰ-3为长方体结构，夹具体的上表面为定位平面，与工件接触。夹具体的下表面为固定平面，与机床工作台接触。包括定位平面Ⅰ-3-1、接触平面Ⅰ-3-2、限位块安装槽Ⅰ-3-3、半圆形凹槽Ⅰ-3-4、U型槽口Ⅰ-3-5、气缸Ⅰ-3-6、连杆运动槽Ⅰ-3-7、支座凸台Ⅰ-3-8、气孔Ⅰ-3-9、气孔Ⅰ-3-10、气缸螺纹Ⅰ-3-11、电磁阀安装槽Ⅰ-3-12、气管安装槽Ⅰ-3-13、对刀槽Ⅰ-3-14、定位键槽Ⅰ-3-15、螺纹孔Ⅰ-3-16、螺纹孔Ⅰ-3-17。三个限位块安装槽Ⅰ-3-3设于定位平面Ⅰ-3-1的两个相邻边上，长边上设有两处，短边上设有一处，限位块安装槽Ⅰ-3-3底部均设有螺纹孔Ⅰ-3-16，用于安装限位块。U型槽口Ⅰ-3-5均匀分布在接触平面Ⅰ-3-2两侧的长边上，关于中心线对称。半圆形凹槽Ⅰ-3-4位于U型槽口Ⅰ-3-5上部，为固定螺栓预留安装空间。槽口内陷，开口面与夹具体侧面平齐，并均匀分布在夹具体底部两侧，槽口数量根据夹具尺寸确定，夹具体通过半圆形凹槽和U型槽口及T型螺栓固定在机床工作台上，气缸Ⅰ-3-6设置在夹具体Ⅰ-3内部，其轴线与水平面平行，数量和夹紧元件组数相同。气缸Ⅰ-3-6开口端部均设有气缸螺纹Ⅰ-3-11。气缸Ⅰ-3-6开口处均设有上下开口的连杆运动槽Ⅰ-3-7。每个连杆运动槽Ⅰ-3-7内设两组支座凸台Ⅰ-3-8，支座凸台Ⅰ-3-8上设有螺纹孔Ⅰ-3-17。定位平面Ⅰ-3-1上设有与气缸Ⅰ-3-6同等数量的电磁阀安装槽Ⅰ-3-12，位于气缸Ⅰ-3-6的正上方。每个电磁阀安装槽Ⅰ-3-12两端设有气孔Ⅰ-3-9和气孔Ⅰ-3-10贯通至气缸Ⅰ-3-6内部。气管安装槽Ⅰ-3-13分布在定位平面Ⅰ-3-1上，气管安装槽为U型槽，用于将每个电磁阀安装槽Ⅰ-3-12串联。对刀槽Ⅰ-3-14位于定位平面Ⅰ-3-1中心处，为一方形槽，用于确定刀具相对于工件的位置。接触平面Ⅰ-3-2两端，设置两个纵向排列定位键槽Ⅰ-3-15，用以确定夹具在机床上的位置，承受部分切削扭矩，减轻螺栓的负荷，增加夹具的稳定性。
图6是限位块的结构图。如图所示，限位块Ⅰ-4为长方体结构，通过螺钉与夹具体固定，包括定位面Ⅰ-4-1、底面Ⅰ-4-2、安装孔Ⅰ-4-3。限位块Ⅰ-4的上表面设有安装孔Ⅰ-4-3，安装孔Ⅰ-4-3为柱形沉头通孔。限位块Ⅰ-4的定位面Ⅰ-4-1与工件侧边接触，进行定位，根据加工工序，限位块Ⅰ-4的高度不得超过工件高度的一半。
所述夹具体内设置有直线驱动件，所述直线驱动件与传动机构连接，传动机构与压块连接，直线驱动件能够通过传动机构带动压块运动，将工件压紧在夹具体上表面。
所述直线驱动件包括气缸及活塞推杆，图7是活塞推杆的结构图。如图7所示，活塞推杆Ⅰ-5包括端部螺纹Ⅰ-5-1、导杆Ⅰ-5-2、活塞Ⅰ-5-3、密封槽Ⅰ-5-4。活塞推杆Ⅰ-5一端设有活塞Ⅰ-5-3，另一端设有端部螺纹Ⅰ-5-1，中间部分为导杆Ⅰ-5-2。密封槽Ⅰ-5-4设置在活塞Ⅰ-5-3外圆面上，为O型圈密封槽。
所述气缸的开口端利用气缸端盖进行密封，图8、图9是气缸端盖结构图。如图所示，气缸端盖Ⅰ-7包括底板Ⅰ-7-1、凸台Ⅰ-7-2、通孔Ⅰ-7-3、螺纹Ⅰ-7-4、密封槽Ⅰ-7-5。底板Ⅰ-7-1为六边形结构，方便与夹具体Ⅰ-3的气缸Ⅰ-3-6装配。圆柱形的凸台Ⅰ-7-2的圆心与底板Ⅰ-7-1的中心重合，中心处为通孔Ⅰ-7-3，通孔Ⅰ-7-3对活塞推杆Ⅰ-5的导杆Ⅰ-5-2起保持作用，使其定向。通孔Ⅰ-7-3内设O型圈密封槽Ⅰ-7-5，起到密封作用。螺纹Ⅰ-7-4设置在凸台Ⅰ-7-2的外圆面上，起到固定连接作用。
所述直线驱动件包括推杆头、中间连杆、L型连杆、支座等元件。
图10为推杆头结构图。如图10所示，推杆头Ⅰ-6包括销孔Ⅰ-6-1、凹槽Ⅰ-6-2、螺纹孔Ⅰ-6-3。凹槽Ⅰ-6-2前后贯通，凹槽Ⅰ-6-2底部设有螺纹孔Ⅰ-6-3，凹槽Ⅰ-6-2侧壁上设有贯通的销孔Ⅰ-6-1，销孔Ⅰ-6-1轴线与螺纹孔Ⅰ-6-3轴线交叉垂直。
上述中间连杆呈V字型结构，中间连杆一侧端部设有凹槽，凹槽侧壁及中间连杆转角处分别设有销孔，销孔为通孔且轴线平行，中间连杆另一侧设有圆弧状槽口。图11、图12是中间连杆的结构图。如图所示，中间连杆Ⅰ-8包括弧形槽口Ⅰ-8-1、销孔Ⅰ-8-2、销孔Ⅰ-8-3、凹槽Ⅰ-8-4。中间连杆Ⅰ-8呈V字形，对活塞推杆Ⅰ-5施加的水平力起转向作用。销孔Ⅰ-8-2位于中间连杆Ⅰ-8转角处，销孔Ⅰ-8-3设于凹槽Ⅰ-8-4侧壁上，两销孔均为通孔且轴线平行。弧形槽口Ⅰ-8-1可以使活塞推杆Ⅰ-5受到的反作用力尽量保持水平，防止活塞推杆Ⅰ-5发生弯曲。
上述L型连杆呈倒L形状，连杆长边底部设有销孔，销孔为通孔。连杆长边中间位置设有直槽口，销孔和直槽口处于同一直线上。连杆短边端部设有球头结构。球头结构轴线与直槽口所在直线平行。连杆短边端部还设有接近开关安装孔，图13、图14是L型连杆的结构图。如图所示，L型连杆Ⅰ-9包括销孔Ⅰ-9-1、直槽口Ⅰ-9-2、球头结构Ⅰ-9-3、接近开关安装孔Ⅰ-9-4。销孔Ⅰ-9-1和直槽口Ⅰ-9-2处于同一直线上。直槽口Ⅰ-9-2起导向作用。球头结构Ⅰ-9-3轴线与直槽口Ⅰ-9-2所在直线平行。L型连杆Ⅰ-9可对工件施加垂直于主要定位平面的夹紧力，保证装夹的可靠性。
上述支座为长方体结构。支座上表面设有两个安装孔，该安装孔为通孔。支座侧面中间位置还设有销孔，销孔轴线与安装孔轴线垂直不交叉。安装孔分布在销孔两侧。
上述支座两个成组使用，安装在夹具体连杆运动槽内的支座凸台上。中间连杆和L型连杆分别通过销轴安装在支座上。销轴为圆柱销。
图15是支座结构图。如图所示，支座Ⅰ-10销孔Ⅰ-10-1、底面Ⅰ-10-2、安装孔Ⅰ-10-3。支座Ⅰ-10对中间连杆Ⅰ-8和L型连杆Ⅰ-9起固定支撑作用，成组使用，两个一组。支座Ⅰ-10上表面设有两个安装孔Ⅰ-10-3，该安装孔Ⅰ-10-3为柱形沉头通孔。支座Ⅰ-10侧面中间位置还设有销孔Ⅰ-10-1，销孔Ⅰ-10-1轴线与安装孔Ⅰ-10-3轴线垂直不交叉。安装孔Ⅰ-10-3分布在销孔Ⅰ-10-1两侧。
上述压块为圆台结构，压块底面面积大，与工件表面相接触以减小工件变形。压块上部设有球形凹槽。该凹槽与L型连杆端部的球头结构大小相仿。
上述压块通过凹槽与L型连杆的球头结构连接，在一定角度范围内，压块可以自由摆动。当压块与工件的接触区域为非水平面时，在夹紧过程中，压块可自行摆动一定角度来契合工件接触面。L型连杆高出夹具体上表面，与压块相配合，可对工件施加垂直于夹具体上表面的夹紧力。气缸推杆通过中间连杆带动L型连杆，实现放松、夹紧动作。
图16是压块结构图。如图所示，压块Ⅰ-11包括球形凹槽Ⅰ-11-1、夹紧端面Ⅰ-11-2。球形凹槽Ⅰ-11-1开口向上，其中心与压块Ⅰ-11轴线重合。球形凹槽为非完整球形，与球头结构相匹配，球头结构嵌入球形凹槽后，压块能够与L型连杆万向连接，在夹紧过程中，压块可自行摆动一定角度来契合工件接触面，压块Ⅰ-11上窄下宽，底面即为夹紧端面Ⅰ-11-2，与工件表面接触，较大的面积可减小应力，防止工件变形。
图17、图18是机床夹具的装配示意图，如图所示，活塞推杆与推杆头固定连接，推杆头固定有传动销，传动销通过V型的中间连杆一端设置的弧形槽口穿过中间连杆，中间连杆的拐角位置处与夹具体转动连接，中间连杆的另一端与L型连杆的一端铰接，L型连杆另一端万向连接有压块，L型连杆设有直槽口，直槽口中穿过有固定销，固定销与夹具体固定连接。
具体的，活塞推杆Ⅰ-5安装在气缸Ⅰ-3-6内，活塞Ⅰ-5-3与气缸Ⅰ-3-6内圆面相配合，两个配合面的尺寸设置为间隙配合，之间通过O型气缸密封圈Ⅰ-13保证密封性，气缸端盖Ⅰ-7通过螺纹Ⅰ-7-4与气缸螺纹Ⅰ-3-11连接，导杆Ⅰ-5-2通过气缸端盖Ⅰ-7的通孔Ⅰ-7-3伸出至气缸外，导杆Ⅰ-5-2与通孔Ⅰ-7-3为间隙配合，之间通过O型端盖密封圈Ⅰ-14保证密封性。推杆头Ⅰ-6通过螺纹孔Ⅰ-6-3与活塞推杆Ⅰ-5-的端部螺纹Ⅰ-5-1连接。推杆头Ⅰ-6的销孔Ⅰ-6-1轴线与水平面平行，中间连杆Ⅰ-8一端的弧形槽口Ⅰ-8-1端放置在推杆头Ⅰ-6的凹槽Ⅰ-6-2内，推杆头Ⅰ-6的销孔Ⅰ-6-1与弧形槽口Ⅰ-8-1相切，通过传动销Ⅰ-18连接固定，传动销Ⅰ-18与销孔Ⅰ-6-1为过盈配合，与弧形槽Ⅰ-8-1口为间隙配合。固定销Ⅰ-19穿过中间连杆Ⅰ-8的销孔Ⅰ-8-2，将中间连杆Ⅰ-8与一组支座(包括两个支座Ⅰ-10)相连，固定销Ⅰ-19与销孔Ⅰ-8-2为间隙配合，与支座Ⅰ-10之间为过盈配合，该组支座通过螺钉固定在一组凸台上(连杆运动槽Ⅰ-3-7内靠下位置的两个支座凸台Ⅰ-3-8)。L型连杆Ⅰ-9的销孔Ⅰ-9-1端卡在中间连杆Ⅰ-8的凹槽Ⅰ-8-4内，销孔Ⅰ-9-1与销孔Ⅰ-8-3同心，通过传动销Ⅰ-18连接。传动销Ⅰ-18与销孔Ⅰ-9-1为过盈配合，与弧形槽Ⅰ-8-3口为间隙配合。固定销Ⅰ-19穿过L型连杆Ⅰ-9的直槽口Ⅰ-9-2，将L型连杆Ⅰ-9与一组支座(包括两个支座Ⅰ-10)相连，该组支座通过螺钉固定在一组凸台上(连杆运动槽Ⅰ-3-7内靠上位置的两个支座凸台Ⅰ-3-8)，固定销Ⅰ-19与直槽口Ⅰ-9-2为间隙配合，与支座Ⅰ-10之间为过盈配合。压块Ⅰ-11的半球型凹槽Ⅰ-11-1与L型连杆Ⅰ-9的球头结构Ⅰ-9-3配合，实现了压块Ⅰ-11在一定角度范围内自由摆动。所述L型连杆的顶部安装有检测件，优选的，所述检测件采用接近开关，接近开关安装Ⅰ-15安装在L型连杆Ⅰ-9的接近开关安装孔Ⅰ-9-4内。电磁阀安装槽Ⅰ-3-12内安装气压电磁阀Ⅰ-16，并通过气管Ⅰ-17串联，气管Ⅰ-17固定在气管安装槽Ⅰ-3-13内。优选的，所述气管采用橡胶软管，每个气压电磁阀Ⅰ-16的两出气孔分别与气缸Ⅰ-3-6的气孔Ⅰ-3-9和气孔Ⅰ-3-10相连。限位块Ⅰ-4安装在夹具体的限位块安装槽Ⅰ-3-3内，定位面Ⅰ-4-1朝向夹具体Ⅰ-3-内侧，底面Ⅰ-4-2与限位块安装槽Ⅰ-3-3底面接触，并通过螺钉固定连接。
所述接近开关与控制系统连接，能够向控制系统发送信号，控制系统与电磁阀连接，能够控制电磁阀的工作。
结合图19-图21，对工件的夹紧过程及夹紧元件的联动工作过程进行说明：
电磁阀Ⅰ-16不得电时，电磁阀阀体位于右端，气孔Ⅰ-3-9进气，气孔Ⅰ-3-10排气，活塞推杆Ⅰ-5为进程，向外移动。推杆头Ⅰ-6推动中间连杆Ⅰ-8绕销轴逆时针转动，带动L型连杆Ⅰ-9运动，直至压块Ⅰ-11夹紧端面Ⅰ-11-2接触工件表面并压紧。气压电磁阀Ⅰ-16得电时，电磁阀阀体位于左端，气孔Ⅰ-3-10进气，气孔Ⅰ-3-9排气，活塞推杆Ⅰ-5为回程，向内移动。推杆头Ⅰ-6拉动中间连杆Ⅰ-8绕销轴顺时针转动，带动L型连杆Ⅰ-9运动，直至活塞推杆Ⅰ-5移动至气缸Ⅰ-3-6末端。此时工件被放松。
初始时，所有电磁阀均不得电，夹紧元件处于夹紧状态，按下按钮SB1,所有电磁阀得电，夹紧元件放松，将工件放于夹具之上，按下按钮SB2，所有电磁阀失电，工件被夹紧。在加工过程中，某一个接近开关检测到主轴靠近时，接近开关输出端变为高电平，相对应的电磁阀得电，该组夹紧元件放松，主轴离开后，接近开关输出端变为低电平，电磁阀失电，该组夹紧元件继续夹紧工件。
所述微量润滑机构安装在刀柄上，将微量的切削液和具有一定压力的气体混合雾化后，喷射到切削区域进行冷却润滑。其特征在于，包括刀柄、上轴套、下轴套、轴承、外壳、挡圈、挡杆、垫片、分流环、雾化环、液体喷管、刀具夹头。
图22-图24是挡杆的结构图。如图所示，挡杆Ⅱ-1包括安装板Ⅱ-1-1、安装孔Ⅱ-1-2、气流通道Ⅱ-1-3、液流通道Ⅱ-1-4、气流接口Ⅱ-1-5、液流接口Ⅱ-1-6。安装孔Ⅱ-1-2位于安装板Ⅱ-1-1上，关于挡杆Ⅱ-1轴线对称分布。气流通道Ⅱ-1-3和液流通道Ⅱ-1-4设置在挡杆Ⅱ-1内部，相互平行，气流通道Ⅱ-1-3和液流通道Ⅱ-1-4分别与气流接口Ⅱ-1-5和液流接口Ⅱ-1-6相连。
流体在经过弯折、管道连接处等位置时会产生局部压力损失
Figure GDA0003728596430000121
ξ为局部阻力系数；v为流体速度；ρ为流体密度。
流体在管路中因相对运动而产生摩擦造成沿程压力损失
Figure GDA0003728596430000122
λ为沿程阻力系数，管路材料为金属，取
Figure GDA0003728596430000123
为雷诺数，l为管路长度；d为管路直径；γ为运动粘度系数。
总的压力损失为Δp＝Δpλ+Δpξ
根据
Figure GDA0003728596430000124
应尽量缩短气流通道Ⅱ-1-3和液流通道Ⅱ-1-4长度，而且其内径应与外部气液流管道的管径相同以减小沿程压力损失；根据
Figure GDA0003728596430000125
在通道的弯折处，局部阻力系数ξ＝Kξ90°，ξ90°为流体通道转角90°时的局部阻力系数，K为比例因子，与通道转角角度之间为正比例关系，应减少通道中非必要的弯折等结构，必要的弯折处做到平滑均匀。气流接口Ⅱ-1-5和液流接口Ⅱ-1-6所在轴线与挡杆Ⅱ-1的轴线夹角可设为30-40°，优选的可设为35°，且转角处以光滑的圆弧过度。
图25-图27是外壳的结构图。如图所示，外壳包括阶梯孔Ⅱ-2-1、气体导流槽Ⅱ-2-2、液体导流槽Ⅱ-2-3、密封槽Ⅱ-2-4、气流通道Ⅱ-2-5、液流通道Ⅱ-2-6、定位槽Ⅱ-2-7、挡圈槽Ⅱ-2-8、嵌套肩Ⅱ-2-9。气体导流槽Ⅱ-2-2和液体导流槽Ⅱ-2-3设置在阶梯孔Ⅱ-2-1下部，为环形槽，对高压气体和切削液起导流作用。密封槽Ⅱ-2-4设有三条，与气体导流槽Ⅱ-2-2和液体导流槽Ⅱ-2-3交替分布，避免气液体流出。挡圈槽Ⅱ-2-8设置在阶梯孔Ⅱ-2-1上端部，外壳Ⅱ-2内部还设有气流通道Ⅱ-2-5和液流通道Ⅱ-2-6，分别与与气体导流槽Ⅱ-2-2和液体导流槽Ⅱ-2-3相贯通。气流通道Ⅱ-2-5和液流通道Ⅱ-2-6相互平行，开口处设有定位槽Ⅱ-2-7，定位槽Ⅱ-2-7形状与挡杆Ⅱ-2横截面形状相仿。根据上述分析，为减小沿程压力损失，气流通道Ⅱ-2-5和液流通道Ⅱ-2-6内径应和外部气液流管道的管径相同。为减小气液流进入气体导流槽Ⅱ-2-2和液体导流槽Ⅱ-2-3时因转向而产生的局部压力损失，将气流通道Ⅱ-2-5和液流通道Ⅱ-2-6设置成均匀过度的圆弧状。
图28是垫片的结构图。如图16所示，垫片Ⅱ-3包括两个通孔Ⅱ-3-1。垫片Ⅱ-3形状与挡杆Ⅱ1横截面形状相同。通孔Ⅱ-3-1的尺寸和位置和挡杆Ⅱ-1的气流通道Ⅱ-1-3、液流通道Ⅱ-1-4相对应。垫片起密封、缓冲的作用。
图29-图31是刀柄的结构图。如图17所示，刀柄Ⅱ-4可由现有刀柄改装制得，包括接接触端面Ⅱ-4-1、螺纹Ⅱ-4-2、气流通道Ⅱ-4-3、液流通道Ⅱ-4-4、气孔Ⅱ-4-5、液孔Ⅱ-4-6。气流通道Ⅱ-4-3和液流通道Ⅱ-4-4轴线和刀柄Ⅱ-4轴线平行，优选的，分别设置两条，均匀交替分布在刀柄Ⅱ-4侧壁上，保证刀柄的动平衡。气孔Ⅱ-4-5与液孔Ⅱ-4-6分别与气流通道Ⅱ-4-3和液流通道Ⅱ-4-4贯通。在沿刀柄Ⅱ-4轴线方向上，气孔Ⅱ-4-5和液孔Ⅱ-4-6之间距离应大于气孔Ⅱ-4-5或液孔Ⅱ-4-6的宽度。
根据
Figure GDA0003728596430000131
为减小沿程压力损失，应尽量减小气流通道Ⅱ-4-3和液流通道Ⅱ-4-4的长度，在保证装置正常工作的前提下将气孔Ⅱ-4-5和液孔Ⅱ-4-6设置在刀柄Ⅱ-4中下部。受刀柄Ⅱ-4结构限制，刀柄Ⅱ-4上的流体通道直径调整范围有限，考虑将通道截面形状设置成非圆形。由于截面上的流速变化主要集中在临近管壁的区域，由摩擦产生的机械能损失也将集中在这里，因而可以认为损失是沿边界壁面分布的。设想有两个管道，长度均为l，一个圆形截面管道1，一个非圆形截面管道2。两管道除截面形状、面积不同外，其他几何参数和流体物理参数都相同。对于圆形管道1，管道壁面单位面积引起的能量损失为
Figure GDA0003728596430000132
类似地，非圆形管道2管道壁面单位面积引起的能量损失为
Δh2Avρg/lC
若两管道壁面单位面积引起的能量损失相同，则两管近似的有相同的沿程损失因子，因而
Figure GDA0003728596430000141
A为非圆管道的截面积；C为非圆管道的截面周长；V为流体在管道内的流速度；Δh为管道的单位长度。
若
Figure GDA0003728596430000142
即Δh1＝Δh2，则圆管1便成为非圆管2的当量管，
Figure GDA0003728596430000143
便为非圆管的当量直径。
可通过当量直径和刀柄Ⅱ-4的结构构设定非圆管道截面的形状和尺寸，当量直径不宜设置过大，否则会导致管道截面积过大。当流体从外部导管流入刀柄时会因路径突然扩大，流体部分速度消耗在形成涡流、流体的搅动和发热等方面而产生很大额外局部压力损失。可将当量直径设置成与外部导管管径同等大小，减小流体进入刀柄时的速度变化，此时可近似看做流速恒定。
图32是上轴套的结构图。如图所示，上轴套Ⅱ-13为圆管结构，起轴向定位作用。
图33是下轴套的结构图。如图所示，下轴套Ⅱ-5包括气孔Ⅱ-5-1、液孔Ⅱ-5-2。下轴套Ⅱ-5为圆管结构，起轴向定位作用。下轴套Ⅱ-5侧壁上设有分别与刀柄Ⅱ-4上液孔Ⅱ-4-6和气孔Ⅱ-4-5相对应的气孔Ⅱ-5-1和液孔Ⅱ-5-2。
上述分流环上设有等弧度的圆弧状液体分流槽和气体分流槽，分流槽数量和流体通道数量相等。液体分流槽和气体分流槽背向设置，且交替均匀分布在同一圆周上，圆周直径与刀柄上流体通道分布圆周直径相等。沿分流环轴向来看，各分流槽首尾相接。分流环与刀柄端面接触的分流槽为液体分流槽，背向的分流槽为气体分流槽。每条气体分流槽中间位置设有气孔，该气孔与刀柄上的气流通道相贯通。气体分流槽还设有导向瓣，对气体起导向作用。每条液体分流槽两端都设有液孔。液孔贯通液体分流槽和气体分流槽。
具体的，图34-图37是分流环的结构图。如图所示，分流环Ⅱ-6包括上端面Ⅱ-6-1、下端面Ⅱ-6-2、气体分流槽Ⅱ-6-3、液体分流槽Ⅱ-6-4、导向瓣Ⅱ-6-5、气孔Ⅱ-6-6、液孔Ⅱ-6-7。气体分流槽Ⅱ-6-3位于下端面Ⅱ-6-2，液体分流槽位于上端面Ⅱ-6-1。气体分流槽Ⅱ-6-3和液体分流槽Ⅱ-6-4分别设置两条，沿分流环圆周方向，其沿轴线的投影交替分布且首尾相连。两个气孔Ⅱ-6-6由上端面Ⅱ-6-1分别贯通至气体分流槽Ⅱ-6-3中心处。四个液孔Ⅱ-6-7分别位于两条液体分流槽Ⅱ-6-4的端部，并贯通至气体分流槽Ⅱ-6-3内。导向瓣Ⅱ-6-5设置在气体分流槽Ⅱ-6-4内部，导向瓣端部侧面与液孔相切，使得气体分流槽Ⅱ-6-4开口方向与液孔Ⅱ-6-7相切。
上述雾化环安装在刀柄端部，与分流环相接。
上述雾化环内设有雾化腔，雾化腔底部设有喷孔，气体和液体在雾化腔内混合雾化后从喷孔喷出。雾化腔入口与分流环的液体分流槽上的液孔相对。
具体的，图38是液体喷管的结构图。如图所示，液体喷管Ⅱ-7包括上端圆柱面Ⅱ-7-1、斜面Ⅱ-7-2、内孔Ⅱ-7-3。斜面Ⅱ-7-2起导流作用。内孔Ⅱ-7-3为收缩孔。
图39、图40是雾化环的结构图。如图所示，雾化环Ⅱ-8包括上端面Ⅱ-8-1、下端面Ⅱ-8-2、雾化腔Ⅱ-8-3、喷孔Ⅱ-8-4。雾化腔Ⅱ-8-3为半椭圆结构，均匀分布在上端面Ⅱ-8-1上。喷孔Ⅱ-8-4位于雾化腔Ⅱ-8-3底部贯通至下端面Ⅱ-8-2。喷孔Ⅱ-8-4为扇形孔，上窄下宽，其轴线与雾化环Ⅱ-8轴线夹角可根据刀具尺寸设置。
上述液体喷管安装在液体分流槽的液孔上。液体喷管突出于分流环，伸入到雾化腔内。切削液从液孔流入液体喷管内，经由喷管喷入雾化腔。液体喷管与气体分流槽端部和雾化腔上部之间有间隙，气体从分流槽进入到间隙，再经间隙进入雾化腔内。
上述刀具夹头可由现有刀具夹头改装制得。刀具夹头嵌套在分流环、雾化环的外部，夹头通过螺纹与刀柄固定连接，用以紧固分流环、雾化环和刀具，并顶紧下轴套。刀具夹头底部设有圆弧状槽口，与雾化环底部喷孔相对应，喷雾从喷孔喷出后，经过圆弧状槽口，然后喷射至切削区域。
具体的，图41、图42是刀具夹头的结构图。如图所示，刀具夹头Ⅱ-9包括弧形槽口Ⅱ-9-1、嵌套肩Ⅱ-9-2、螺纹Ⅱ-9-3。刀具夹头Ⅱ-9可由实际所用的夹头改制，底部设有弧形槽口Ⅱ-9-1，与雾化环Ⅱ-8底部喷孔Ⅱ-8-4相对应，弧形槽口Ⅱ-9-1大于喷孔Ⅱ-9-4的散射角度，使射流顺畅喷射至切削区域。螺纹Ⅱ-9-2起固定连接作用。嵌套肩Ⅱ-9-2用以压紧分流环Ⅱ-6和雾化环Ⅱ-8。
结合图43-图48，对微量润滑机构的装配关系进行说明
上轴套Ⅱ-13、轴承Ⅱ-10、下轴套Ⅱ-5自上而下依次嵌套在刀柄Ⅱ-4外部，下轴套Ⅱ-5的气孔Ⅱ-5-1和液孔Ⅱ-5-2分别与刀柄Ⅱ-4的气孔Ⅱ-4-5和液孔Ⅱ-4-6对齐。两个轴承Ⅱ-10并列安装。外壳Ⅱ-2嵌套在轴承Ⅱ-10上，并通过嵌套肩Ⅱ-2-9与安装在挡圈槽Ⅱ-2-8内的挡圈Ⅱ-11固定在轴承Ⅱ-10上。外壳Ⅱ-2的气体导流槽Ⅱ-2-2和液体导流槽Ⅱ-2-3分别与下轴套Ⅱ-5的气孔Ⅱ-5-1和液孔Ⅱ-5-2对齐。密封圈Ⅱ-12安装在外壳Ⅱ-2的密封槽Ⅱ-2-4内。挡杆Ⅱ-1的安装板Ⅱ-1-1通过螺栓与机床主轴的壳体相连，挡杆Ⅱ-1轴线与主轴轴线平行。挡杆Ⅱ-1使外壳Ⅱ-2在机床主轴转动时可以保持相对静止状态。外壳Ⅱ-2的定位槽Ⅱ-2-7内侧面与挡杆Ⅱ-1外表面底部相配合，两配合尺寸为过度配合，保证外壳Ⅱ-2与挡杆Ⅱ-1可以随时分离，而且在工作时外壳Ⅱ-2不会发生晃动。垫片Ⅱ-3安装在定位槽Ⅱ-2-7底面与挡杆Ⅱ-1之间。分流环Ⅱ-6上端面Ⅱ-6-1和刀柄Ⅱ-4的接触端面Ⅱ-4-1相接触，刀柄Ⅱ-4的两条气流通道Ⅱ-4-3分别与分流环Ⅱ-6的气孔Ⅱ-6-6对应，刀柄Ⅱ-4的两条液流通道Ⅱ-4-4分别对应分流环Ⅱ-6的液体分流槽Ⅱ-6-4中心位置。液体喷管Ⅱ-7的上端圆柱面Ⅱ-7-1与分流环Ⅱ-6的液孔Ⅱ-6-7相配合，两个配合面的尺寸设置为过盈配合，保证紧固性和密封性。雾化环Ⅱ-8的上端面Ⅱ-8-1和分流环Ⅱ-6的下端面Ⅱ-6-2相接触，液体喷管Ⅱ-7伸入到雾化环Ⅱ-8的雾化腔Ⅱ-8-3内，液体喷管Ⅱ-7与气流通道Ⅱ-4-3端部和雾化腔Ⅱ-8-3上部之间形成间隙Ⅱ-14。刀具夹头Ⅱ-9通过螺纹Ⅱ-9-3与刀柄Ⅱ-4的螺纹Ⅱ-4-2相连，顶紧下轴套Ⅱ-5，并通过嵌套肩Ⅱ-9-2压紧分流环Ⅱ-6和雾化环Ⅱ-8，刀具夹头Ⅱ-9底部的弧形槽口Ⅱ-9-1中间区域分别对应雾化环Ⅱ-8的喷孔Ⅱ-8-4，保证混合喷雾可以顺畅喷出。
图49为微量润滑机构的工作原理图。如图所示，外部气液体管路系统与挡杆Ⅱ-1侧壁上的气流接口Ⅱ-1-5和液流接口Ⅱ-1-6相接。高压气体和切削液分别经由微量润滑机构内部的气流通道和液流通道，输送至刀柄Ⅱ-4端部的分流环Ⅱ-6。高压气体和切削液被分流环Ⅱ-6分流，然后进入雾化环Ⅱ-8的雾化腔Ⅱ-8-3内进行混合雾化。混合后的冷却喷雾从喷孔Ⅱ-8-4喷出。
图50-图52为微量润滑机构的雾化原理图，如图所示，切削液从液体分流槽Ⅱ-6-4中部流入，然后被分成两部分流向两端，经液孔Ⅱ-6-7流入液体喷管Ⅱ-7，通过液体喷管Ⅱ-7喷入雾化腔Ⅱ-8-3。高压气体从气孔Ⅱ-6-6流入气体分流槽Ⅱ-6-3，气体被分成两部分流向两端。气体经由导向瓣Ⅱ-6-5间隙Ⅱ-14内。间隙Ⅱ-14横截面积自上而下逐步缩小，高压气体将以更高的压力和速度向雾化腔Ⅱ-8-3下部空间区域输送。
在雾化腔Ⅱ-8-3内，气体流速远大于液体流速，在气-液交界面上，液体受到气体的扰动产生不稳定的波动而破碎成液滴，形成一次雾化。以液束轴向为z轴，径向为r轴建立坐标系，λ为波长，a为液柱半径。根据表面波线性不稳定分析
A＝A0eωt
A为波的振幅，A0为初振幅，t为时间，ω为波的角频率
Figure GDA0003728596430000161
ρg和ρl分别为空气和液体的密度，μl为液体的黏度，σl为液体的表面张力，β为Jeffrey系数，Δv为空气相对于液滴的相对速度，λ为波长。
k为波数：
Figure GDA0003728596430000171
c为波速：
Figure GDA0003728596430000172
角频率ω＝0时，临界波长
Figure GDA0003728596430000173
波长λ<λc时，ω为负值，波幅迅速衰减；而当λ>λc时，ω为正值，波幅A迅速增大形成细长的波峰，在空气剪切的作用下，波峰断裂，在液体表面张力的作用下形成液滴，液滴的粒径D与波长λ存在以下关系：
D＝Cλ
C为系数，与液体性质有关。
喷嘴的气流量远大于液体流量，在孔径相差不大的情况下，气体流速大于液体的流速，气体流速的越大，临界波长λc越小，雾化越容易发生，雾化后液滴的粒径越小。
一次雾化形成的小液滴在雾化腔Ⅱ-8-3内与周围空气作用，继续破碎成更小的液滴，形成二次雾化。二次雾化可能发生多级破碎，每级液滴是否破碎取决于韦伯数We，若We大于临界Wec则液滴破碎，形成二次雾化。
韦伯数
Figure GDA0003728596430000174
临界韦伯数：Wec＝12(1+1.077On1.6)
On为表征黏性效应的昂色格数：
Figure GDA0003728596430000175
若液滴发生破碎，则满足条件We＞Wec，即
Figure GDA0003728596430000176
气体与液体的速度差越大,越容易发生多级破碎,破碎后的液滴和气体混合，从喷孔Ⅱ-8-4喷射至切削区域。
本实施例的铣削装置，工作时，工件放置到夹具体上，限位块对工件进行定位，控制系统控制电磁阀工作，气缸内通入气体，压块将工件压紧在夹具体的上表面，主轴通过刀柄带动刀具按照设定轨迹运动对工件进行加工，加工过程中联动控制单元会采集机床主轴的位置信息并控制夹紧元件联动。主轴靠近某组夹紧元件时，该组夹紧元件放松，临近区域加工完毕后，主轴离开，夹紧元件再进行夹紧，避免加工时主轴与夹紧元件发生干涉，整个过程自动化程度高，加工精度高，降低了劳动强度，提高了生产率。
加工过程中，微量润滑机构可向加工区域喷射雾化的切削液和气体，微量润滑机构和刀柄相结合。避免了外挂式喷嘴与工艺装备或者工件干涉，而且缩短了喷孔至切削区域的距离，使混合喷雾更加集中地喷射到切削区域。微量润滑机构具有多个喷孔，呈圆周分布，使喷出的混合流体包裹在刀具四周，在切削过程中避免产生润滑死区。
本实施例的雾化环内的雾化腔将切削液和气体在喷出喷孔之前混合。内混式结构使气体和切削液的混合更加充分，实现了更好的喷雾效果。
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 (6)

1.一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，包括机床工作台和与机床动力系统连接的主轴，主轴连接有刀柄，刀柄与刀具固定，其特征在于，机床工作台安装有机床夹具，刀柄连接有微量润滑机构，机床夹具包括夹具体，夹具体上固定有限位块，用于与工件的两个相邻侧面接触，夹具体上还安装有多个能够将工件压紧在夹具体上表面的夹紧元件，在工件两长边上设置多组主要夹紧元件，两端部设置两组辅助夹紧元件，装夹后，按照先中间后两端的顺序，先对中间区域进行铣削，再对工件两端区域进行铣削，夹紧元件的顶部设有检测件，用于检测夹紧元件与主轴的相对位置；
所述夹紧元件包括设置在夹具体内部的直线驱动件，直线驱动件的伸缩部通过传动机构与压块连接，直线驱动件能够带动压块运动，将工件压紧在夹具体上表面；
所述传动机构包括与直线驱动件连接的推杆头，推杆头固定有传动销，传动销通过V型的中间连杆一端设置的弧形槽口穿过中间连杆，中间连杆的拐角位置处与夹具体转动连接，中间连杆的另一端与L型连杆的一端铰接，L型连杆另一端万向连接有压块，中间连杆一侧端部设有凹槽，压块通过凹槽与L型连杆的球头结构连接，L型连杆设有直槽口，直槽口中穿过有固定销，固定销与夹具体固定连接，L型连杆高出夹具体上表面；
所述微量润滑机构包括与刀柄转动连接且固定设置的外壳，外壳与刀柄内设有能够相互连通的气体通道和液体通道，刀柄下方依次设有贴合的分流环和雾化环，分流环和雾化环利用与刀柄连接的刀具夹头压紧在刀柄上，所述分流环设有分别与气体通道和液体通道相连通的气体分流槽和液体分流槽，分流环设有与液体分流槽连通液体喷管，液体喷管伸入雾化环的雾化腔内，雾化腔与气体分流槽相连通，雾化腔与开设在雾化环的喷孔相连通,液体喷管与雾化腔之间的间隙自上至下逐渐缩小；
所述刀具夹头设有与所述喷孔相连通的弧形槽口，弧形槽口的散射角度大于喷孔的散射角度。
2.如权利要求1所述的一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，其特征在于，所述直线驱动件包括气缸，气缸内设有活塞，活塞将气缸分隔成的两个腔室均通过气道与电磁阀的出气口连接，多个夹紧元件的电磁阀通过气管串联并与气源连接，活塞与活塞推杆连接，活塞推杆与传动机构连接。
3.如权利要求1所述的一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，其特征在于，所述检测件采用接近开关，所述接近开关与控制系统连接。
4.如权利要求1所述的一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，其特征在于，所述液体分流槽开设在分流环上表面，气体分流槽开设在分流环下表面，且沿分流环的圆周方向，气体分流槽和液体分流槽交替设置，分流环上表面设有与气体分流槽相连通的气孔，气体分流槽和液体分流槽相靠近的端部之间设有将气体分流槽和液体分流槽连通的液孔。
5.如权利要求1所述的一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，其特征在于，所述气体分流槽内设有导向瓣，导向瓣端部的侧面与液孔相切，用于将气体导入雾化腔内。
6.如权利要求1所述的一种航空铝合金微量润滑铣削加工装置，其特征在于，所述外壳上还安装有档杆，所述档杆内设有与外壳内液体通道和气体通道分别相连通的液体通道和气体通道，档杆内的液体通道和气体通道能够分别与切削液源和气体源连接。
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