CN113103053B - 适用于高速干式切削的氮气防护系统及方法、介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于高速干式切削的氮气防护系统,包括:氮气输送管路、辅助切削配气控制器、数控机床氮气配送管路、切削区氮气供气喷嘴和集中排屑氮气配送管路;通过氮气输送管路将氮气输送至辅助切削配气控制器进行干燥和杂质去除;经过干燥和杂质去除后的氮气通过数控机床氮气配送管路分配给切削区氮气供气喷嘴,对切削加工区进行喷射;通过干燥和杂质去除后的氮气经由集中排屑氮气配送管路对集中排屑区进行输送。本发明利用95%纯度的常温氮气,并将氮气喷射到数控机床内部切削区和集中排屑系统,实现了镁合金材料零件高速干式切削过程和集中排屑系统的安全防护,实现惰性气体的防燃烧保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域,具体地,涉及一种适用于高速干式切削的氮气防护系统及方法、介质。
背景技术
镁合金材料在高速切削加工时,易与刀具前刀面发生粘结,形成积屑瘤,增加切屑与刀具的摩擦特性,产生大量切削热。镁合金材料铸造工件表面的硬质颗粒,对刀具刃口的破坏作用极大,刃口的崩刃会降低刀具的使用寿命,且会增加切削过程中的滑擦与耕犁作用,从而快速增大切削区的温度。同时,镁合金材料切屑尺寸的大小直接影响镁合金材料的燃点,切屑尺寸越小,表面效应越大,活性越高,极具发生剧烈氧化效应,释放热量,引起温度上升。由于高速切削镁合金材料,不能使用冷却液对切削区进行冷却降温。一旦热量积聚,镁合金材料的燃点达到490℃以上时,就会引起镁合金材料切屑的燃烧,引发安全事故,甚至烧毁机床。
由此可见,由于镁合金材料本身的物理化学特性,使得其在高速切削加工过程中切屑发生燃烧的概率比起铝合金、钛合金等金属材料要高,从而存在严重的生产安全隐患问题。因此,需要研制镁合金材料高速干式切削防燃烧控制系统,从而大幅降低镁合金材料高速干式切削切屑发生燃烧的可能性。
经过检索,专利文献CN108393741A公开了一种氮气流射硬态切削加工装置及切削方法,具体涉及一种氮气流射硬态切削加工装置,采用超硬刀具对淬硬工件进行切削加工,并在加工过程中将从制氮机从空气中分离出的常温氮气由氮气控制器经高压氮气喷射头高速喷射到淬硬工件加工表面,一方面通过气体介质起到强气清洗、润滑、适度冷却作用,另一方面利用氮气来隔离保护工件表面不被氧化,促进加工表面与氮气进行摩擦化学反应,使工件表面产生有利于增强表面质量的富氮层。该现有技术是通过氮气保护工件表面不被氧化,并促进摩擦化学反应,但是不足之处在于不能通过数控机床控制系统实现氮气的自动开/关,不能通过氮气这类惰性气体的防护作用,以提升镁合金材料的燃点至550℃,从而同时起到镁合金材料高速干式切削和集中排屑系统中的切屑燃烧防护作用。
经过检索,专利文献CN203875686U公开了一种低温氮气微量油雾化气流切削装置,该现有技术解决了低温空气流冷却加工属于干式冷却,对刀具的磨损大、冷却效率低;低温雾化冷却中刀具易被氧化等问题。该低温氮气微量油雾化气流切削装置,包括用于通入空气并制造出氮气的制氮机,与制氮机连接用于干燥、净化从制氮机中流出的氮气的干燥系统,用于冷却干燥后的氮气的制冷系统,以及微量雾化装置。将一定压力下(0.3~0.6Mpa)的常温空气经制氮机产生氮气,经净化干燥后,通过制冷系统冷却至零下-10℃~-60℃成低温气流,然后配置雾化装置,通过该低温氮气雾化气流代替现有的用冷却液实现冷却、润滑、排屑加工的方式,同时利用氮气隔绝空气,防止刀具氧化。该现有技术的不足之处在于其利用制冷系统将氮气冷却至零下-10℃~-60℃成低温气流,以实现切削加工区的冷却、润滑等作用,同时防止刀具氧化。同样,该方法不是通过氮气这类惰性气体的防护作用,以提升镁合金材料的燃点,因此也不能有效且高效同时解决镁合金材料高速干式切削区和集中排屑系统中发生切屑燃烧的可能性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种适用于高速干式切削的氮气防护系统及方法、介质,通过将氮气喷射到切削加工区和集中排屑系统,对切削加工区和集中排屑系统起到惰性气体的防护作用。
根据本发明提供的一种适用于高速干式切削的氮气防护系统,包括:氮气输送管路、辅助切削配气控制器、数控机床氮气配送管路、切削区氮气供气喷嘴和集中排屑氮气配送管路;通过氮气输送管路将氮气输送至辅助切削配气控制器进行干燥和杂质去除;经过干燥和杂质去除后的氮气通过数控机床氮气配送管路分配给切削区氮气供气喷嘴,对切削加工区进行喷射;通过干燥和杂质去除后的氮气经由集中排屑氮气配送管路对集中排屑区进行输送。
优选地,还包括氮气生成装置,氮气生成装置通过氮气输送管路与辅助切削配气控制器相连。
优选地,氮气生成装置包括空压组件、净化组件、吸附组件和缓冲组件;空气经过空压组件压缩之后进入净化组件进行净化;经过净化后的压缩空气进入吸附组件进行氮气分离;分离出的氮气进入缓冲组件进行压力和流量的调节。
优选地,辅助切削配气控制器包括过滤器、干燥器和电磁阀;过滤器和干燥器对经由氮气输送管路输送的氮气进行干燥和杂质去除;电磁阀与数控机床电连接,控制辅助切削配气控制器的开/关。
优选地,辅助切削配气控制器还包括温度计和流量计,温度计和流量计串联,温度计和流量计与过滤器、干燥器和电磁阀并联。
优选地,数控机床氮气配送管路连接辅助切削配气控制器和切削区氮气供气喷嘴。
优选地,集中排屑氮气配送管路与氮气输送管路相连,并设置在集中排屑区沟槽的侧壁。
优选地,集中排屑氮气配送管路设置有多个小孔。
根据本发明提供的一种适用于高速干式切削的氮气防护方法,包括:
-将氮气进行干燥和杂质去除后,输送至切削加工区进行喷射;
-将氮气进行干燥和杂质去除后,输送至集中排屑区进行防护。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明利用95%纯度的常温氮气,并将氮气喷射到数控机床内部切削区和集中排屑系统,实现了镁合金材料零件高速干式切削过程和集中排屑系统的安全防护,实现惰性气体的防燃烧保护作用。
2、本发明采用了氮气辅助切削配气控制器,实现了与机床数控系统连接,利用机床数控系统的M指令代码对氮气辅助切削配气控制器进行自动开/关控制。
3、本发明通过氮气辅助切削配气控制器实现了对氮气喷射压力与流量的调控。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明中的适用于高速干式切削的氮气防护系统的组成示意图;
图2为本发明中的氮气生成装置的组成示意图;
图3为本发明中的氮气辅助切削配气控制器的组成示意图;
图4为本发明中切削区氮气供气喷嘴安装位置示意图。
图中:
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示,本发明提供了一种适用于高速干式切削的氮气防护系统,包括氮气生成装置1、氮气输送管路2、辅助切削配气控制器3、数控机床氮气配送管路4、切削区氮气供气喷嘴5和集中排屑氮气配送管路6。
其中,通过氮气输送管路2将氮气输送至辅助切削配气控制器3进行干燥和杂质去除;经过干燥和杂质去除后的氮气通过数控机床氮气配送管路4分配给切削区氮气供气喷嘴5,对切削加工区进行喷射;通过干燥和杂质去除后的氮气经由集中排屑氮气配送管路6对集中排屑区进行输送。
本发明针对镁合金材料舱体加工数字化生产线建设过程中,镁合金材料开展高速干式切削时会产生大量切削热,切削热积聚引起温度上升,从而带来镁屑燃烧的安全隐患问题,利用氮气气体不与固态镁合金切屑产生化学反应的优势条件,通过本发明将氮气喷射到切削加工区和集中排屑系统,对切削加工区和集中排屑系统起到惰性气体的防护作用。氮气经过辅助切削配气控制器,去除杂质并经过干燥处理,然后分配给机床喷嘴,并实现压力和流量的调节。集成机床外冷式冷却液管路和数控系统,利用程序指令实现对氮气输送控制的开关。通过本发明可以利用压缩空气制备获得较高浓度的氮气,并将氮气喷射到数控机床内部切削加工区和集中排屑区,对切削加工区和集中排屑区起到惰性气体的保护作用,实现镁合金材料零件高速干式切削过程的安全防护。
进一步来说,氮气生成装置1通过氮气输送管路2与辅助切削配气控制器3相连;数控机床氮气配送管路4连接辅助切削配气控制器3和切削区氮气供气喷嘴5;集中排屑氮气配送管路6与氮气输送管路2相连,并设置在集中排屑区沟槽的侧壁。
更进一步来说,如图2所示,氮气生成装置1包括空压组件7、净化组件8、吸附组件9、缓冲组件10和电气控制组件,空气经过空压组件7压缩之后进入净化组件8进行净化;经过净化后的压缩空气进入吸附组件9进行氮气分离;分离出的氮气进入缓冲组件10进行压力和流量的调节。针对数字化生产线内的数控机床,采用统一的氮气生成装置,氮气出口纯度达到95%以上。根据数字化生产线内所有数控机床与集中排屑系统每小时的氮气消耗量,计算出数字化生产线每小时的氮气消耗量,氮气生成装置的每小时氮气生成量应大于数字化生产线每小时的氮气消耗量。
在实际操作中,数字化生产线内包含5台数控机床和1套集中排屑系统,每台机床每分钟消耗的氮气量为50L,集中排屑系统每分钟消耗的氮气量为100L,则数字化生产线每小时的氮气消耗量计算方法为:(50L/min*5台+100L/min)*60min/h=21000L/h,根据上述计算,氮气生成装置的每小时氮气生成量应大于21000L/h,即21立方米/小时。)
具体地,空压组件7用于提供压力值0.6~0.8MPa的压缩空气,并进入压缩空气储罐,从而维持压缩空气的压力值不要出现大的波动,维持压力值的平稳。经由空压组件7提供的压缩空气进入净化组件8,先经由净化组件8内的两级精密过滤器,除去大部分的油、水、尘,再进入冷冻室干燥机把露点降到-20℃,随后经过精密过滤器除水、除油和除尘,最后利用超精过滤器进行深度净化。
净化后的压缩空气首先进入吸附组件的空气干罐,起到降低气流压力波动的缓冲作用。从空气干罐输出的压缩空气分为两路,第一路压缩空气经过节流阀,并通过气流阀的开启和闭合,以一定的压力和时间间隔,交替进入吸附组件内的吸附塔A或B。通过吸附塔A或B生成的氮气,经由吸附塔的出口端流出。在生成氮气过程中,吸附塔A或B交替进行吸附、均压和再生,完成压缩空气中的氮气分离,并连续输出氮气,其整个过程由电气控制组件控制。第二路压缩空气经过球阀和气源三联件,并输入到电气控制系统控制柜内,为电磁阀驱动管道气动阀的开启和关闭提供动力源。
从吸附塔的出口端流出的氮气,首先贮存在缓冲组件10的氮气缓冲罐内。经过粉尘过滤器除尘后,由调压阀调节到设定压力,再通过节流阀调节到设定流量后输出,同时通过氮气分析仪、流量计、压力传感器对氮气的纯度、流量、压力进行检测。从氮气缓冲罐输出的氮气,进入氮气干罐,用以维持氮气使用过程中压力值的平稳,保证氮气的压力值不要出现大的波动。
电气控制组件主要用于控制设备的启动/停止,同时采集氮气分析仪的氮气纯度信号,一旦氮气纯度不合格,电气控制组件发出声光报警,并对电磁阀进行通/断电控制,从而间接实现对两只气动阀的开/关,自动排空纯度不合格的氮气。同时,电气控制组件采用触摸液晶屏实现氮气生成装置运行流程、故障信息,提供在线修改设备运行参数的功能。
继续进一步来说,从氮气生成装置1中的缓冲组件10中的氮气干罐的出口端输出的氮气经过氮气输送管路2,配送至辅助切削配气控制器3。氮气输送管路2材料优先选用不锈钢,不锈钢管接头采用焊接方式,以降低不锈钢管产生腐蚀和氮气泄露的风险。
辅助切削配气控制器3内配置过滤器、干燥器、电磁阀、流量计、温度计和气阀,过滤器和干燥器对经由氮气输送管路2配送的氮气进行干燥,并去除杂质。电磁阀可以与机床数控系统连接,利用数控系统的M指令代码对控制器的氮气辅助切削配气开/关进行控制。流量计和温度计用于对氮气流量和温度的计量,气阀用于对氮气的流量进行分配,同时可以对氮气辅助切削配气控制器出口端输出的氮气压力和流量进行调节。
数控机床氮气配送管路4用于连接辅助切削配气控制器3与切削区氮气供气喷嘴5,数控机床氮气配送管路4,可以借用机床原有的冷却液输送管路,也可以单独外接一条管路,实现氮气向切削加工区的配送。若氮气与机床原有的冷却液输送管路共用管路,需要在数控机床氮气配送管路4的末端,安装三通阀门,实现冷却液喷射和氮气喷射的切换,保证二者互不干涉。
本发明中采用万向节式喷嘴或金属软管式喷嘴,在数控机床主轴刀柄处配置双方向两个喷嘴或者环向4至6个喷嘴,喷嘴以斜向角度对准切削刀具,间隔一定距离并将氮气喷射至切削加工区域。在集中排屑氮气配送管路上,每间隔50mm至100mm,钻直径4mm圆形小孔,用以实现向集中排屑系统的氮气输送,起到安全防护作用。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以,本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (8)
1.一种适用于高速干式切削的氮气防护系统,其特征在于,包括:氮气输送管路(2)、辅助切削配气控制器(3)、数控机床氮气配送管路(4)、切削区氮气供气喷嘴(5)和集中排屑氮气配送管路(6);
通过氮气输送管路(2)将氮气输送至所述辅助切削配气控制器(3)进行干燥和杂质去除;
经过干燥和杂质去除后的氮气通过所述数控机床氮气配送管路(4)分配给所述切削区氮气供气喷嘴(5),对切削加工区进行喷射;
通过干燥和杂质去除后的氮气经由所述集中排屑氮气配送管路(6)对集中排屑区进行输送;
还包括氮气生成装置(1),所述氮气生成装置(1)通过所述氮气输送管路(2)与所述辅助切削配气控制器(3)相连;
所述辅助切削配气控制器(3)包括过滤器、干燥器和电磁阀;
所述过滤器和干燥器对经由氮气输送管路(2)输送的氮气进行干燥和杂质去除;
所述电磁阀与数控机床电连接,通过M指令控制辅助切削配气控制器(3)的开/关。
2.根据权利要求1所述的适用于高速干式切削的氮气防护系统,其特征在于,所述氮气生成装置(1)包括空压组件(7)、净化组件(8)、吸附组件(9)和缓冲组件(10);
空气经过所述空压组件(7)压缩之后进入所述净化组件(8)进行净化;
经过净化后的压缩空气进入所述吸附组件(9)进行氮气分离;
分离出的氮气进入所述缓冲组件(10)进行压力和流量的调节。
3.根据权利要求1所述的适用于高速干式切削的氮气防护系统,其特征在于,所述辅助切削配气控制器(3)还包括温度计和流量计,所述温度计和流量计串联,温度计和流量计与所述过滤器、干燥器和电磁阀并联。
4.根据权利要求1所述的适用于高速干式切削的氮气防护系统,其特征在于,所述数控机床氮气配送管路(4)连接所述辅助切削配气控制器(3)和所述切削区氮气供气喷嘴(5)。
5.根据权利要求1所述的适用于高速干式切削的氮气防护系统,其特征在于,所述集中排屑氮气配送管路(6)与所述氮气输送管路(2)相连,并设置在集中排屑区沟槽的侧壁。
6.根据权利要求1所述的适用于高速干式切削的氮气防护系统,其特征在于,所述集中排屑氮气配送管路(6)设置有多个小孔。
7.一种应用于如权利要求1-6中任一项所述的适用于高速干式切削的氮气防护系统的高速干式切削的氮气防护方法,其特征在于,所述方法包括:
-将氮气进行干燥和杂质去除后,输送至切削加工区进行喷射;
-将氮气进行干燥和杂质去除后,输送至集中排屑区进行防护。
8.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7中所述的方法的步骤。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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