CN113510618A - 一种砂轮冷却装置及其刀具冷却系统和冷却控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种砂轮冷却装置及其刀具冷却系统和冷却控制方法，砂轮冷却装置包括吹气喷嘴以及砂轮冷却喷嘴，所述吹气喷嘴和所述砂轮冷却喷嘴按照砂轮的回转方向顺次设置在砂轮的周向，且所述吹气喷嘴和所述砂轮冷却喷嘴位于磨削加工区域的同一侧，所述砂轮冷却喷嘴顺着砂轮回转方向朝向磨削加工区域，所述吹气喷嘴的朝向沿砂轮回转方向的逆向设置；本发明利用吹气喷嘴吹出的气体能够形成致密的气流，相对于液流切断高压旋转气流的方式来说更能够有效的发挥作用，并且，在采用同等规格的液流供给泵的前提下，更能够保证冷却液的供给，降低高压旋转气流对于冷却液进入磨削加工区域的影响，解决了冷却液压力不足，流量不够的技术问题。

Description

一种砂轮冷却装置及其刀具冷却系统和冷却控制方法

技术领域

本发明涉及强力磨削中心冷却技术领域，特别是涉及一种砂轮冷却装置及其刀具冷却系统和冷却控制方法。

背景技术

强力磨削中心可实现一次装夹进行钻孔，铣，强力成形磨等工序，是一种综合钻，铣，磨于一体的多工序专业机床。但是现有的强力磨削中心仍采用普通的喷水冷却装置，不能实现更高效的冷却。

传统的冷却喷嘴自动跟随装置多数通过单台伺服电机通过两个皮带轮驱动上下一根丝杆进行上下移动进行冷却，此种结构只能驱动一个方向的移动，只能针对一种刀具尺寸进行冷却，不能根据刀具的不同选择合适的冷却方式。同时，采用一根冷却管，冷却液的压力不够，仍采用传统的低压，喷射方向不合适。因此，这种喷射冷却装置仅仅稍微增加磨削加工区域内的冷却液量，仅适用于常规的磨削冷却。不适用于切深大，型面周长长，高合金金属去除率高的强力高精度磨削和钻削，铣削于一体的综合切削冷却。

现有技术中为了提高冷却效果，还有的增加多个冷却喷嘴，喷嘴喷射的冷却液的方向有沿砂轮切线方向的，有从半径方向的，但多个喷嘴的压力只有一个，而且是传统低压力的泵。虽然喷射方向有多个，但是，此种方式仅仅是增加了切削液的量，并没有提高冷却效果，而不适用于强力成形磨削中心的冷却。

另外，传统的冷却喷嘴系统采用普通的喷嘴，仅利用大流量替代中低压流量，靠提高冷却液的流量和压力来增强排除磨削加工区域内的切削液，这种方式存在以下缺陷：强力成形磨削技术领域中，由于砂轮高速旋转，因此在砂轮的外周形成一个沿砂轮圆周分布的高压旋转气流，该高压旋转气流会将大部分的冷却液吹散开来，故只有少量的冷却液进入磨削加工区域内。所以在强力成形磨削过程中，磨削加工区域内的切削热不能有效的排出，导致烧伤工件和磨料，从而影响强力成形磨削的效率和质量，这也是磨削技术领域中的卡脖子难题。授权公告号为CN 205237831 U的中国专利公开了一种适用于强力成形磨床的冷却液喷射装置，包括高压冷却液喷管和中压冷却液喷嘴，高压冷却液喷管的轴向与砂轮的轴向相平行，高压冷却液喷管的管壁上开设有多个朝向砂轮圆周表面的喷射孔，中压冷却液喷嘴的喷射方向对准磨削加工区域的切线，该方案通过高压冷却液喷管的喷射孔喷出的高压冷却液的喷射方向垂直于形成在砂轮圆周表面的高压气流，从而切断高压气流，该方案在一定程度上增加了进入磨削加工区域的冷却液的量，但是利用液流阻挡气流的作用有限，而且，高压冷却喷射管会消耗部分中压冷却液的流量，可能会导致中压冷却液供给不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种砂轮冷却装置及其刀具冷却系统和冷却控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，喷嘴定位装置上按照砂轮的回转方向顺次设置有吹气喷嘴和砂轮冷却喷嘴，利用吹气喷嘴能够有效切断砂轮的高压旋转气流，在不降低冷却液的供给量的基础上，降低高压旋转气流对于冷却液进入磨削加工区域的影响。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种砂轮冷却装置，包括吹气喷嘴以及砂轮冷却喷嘴，所述吹气喷嘴和所述砂轮冷却喷嘴按照砂轮的回转方向顺次设置在砂轮的周向，且所述吹气喷嘴和所述砂轮冷却喷嘴位于磨削加工区域的同一侧，所述砂轮冷却喷嘴顺着砂轮回转方向朝向磨削加工区域，所述吹气喷嘴的朝向沿砂轮回转方向的逆向设置。

优选地，所述砂轮冷却喷嘴朝向砂轮的切线方向，所述吹气喷嘴朝向砂轮的切线方向。

优选地，所述吹气喷嘴和所述砂轮冷却喷嘴安装在喷嘴定位装置上，所述喷嘴定位装置包括移动方向相互垂直的两个丝杆组件，所述砂轮冷却喷嘴和所述吹气喷嘴固定安装在其中一个所述丝杆组件上。

本发明提供一种刀具冷却系统，包括前文记载的所述的砂轮冷却装置、刀具检测装置、喷嘴定位装置以及钻头冷却喷嘴，所述刀具检测装置用于检测判断刀具的类型来选择启动所述砂轮冷却装置或钻头冷却喷嘴，所述喷嘴定位装置用于将所述砂轮冷却喷嘴和所述吹气喷嘴移动定位到冷却位置，所述钻头冷却喷嘴朝向钻头或铣刀的刀尖方向。

优选地，所述钻头冷却喷嘴对称设置在刀尖的两侧，且每个所述钻头冷却喷嘴均能够调节方向。

本发明还提供一种冷却控制方法，包括以下步骤：

利用刀具检测装置检测刀具类型，判断出是钻头或铣刀还是砂轮；

判断出是钻头或铣刀时，开启钻头冷却喷嘴，所述钻头冷却喷嘴朝向钻头或铣刀的刀尖方向进行喷水冷却；

判断出是砂轮时，通过喷嘴定位装置将砂轮冷却喷嘴和吹气喷嘴定位到冷却位置，所述砂轮冷却喷嘴顺着砂轮回转方向朝向磨削加工区域进行喷水，所述吹气喷嘴朝向砂轮回转方向的逆向进行吹气。

优选地，在判断出是砂轮时，所述砂轮冷却喷嘴沿砂轮切线喷水，所述吹气喷嘴沿砂轮切线吹气。

优选地，在判断出是钻头或铣刀时，利用对称设置在刀尖两侧的钻头冷却喷嘴进行喷水冷却。

优选地，所述喷嘴定位装置的移动方向垂直于刀具的主轴方向。

优选地，所述刀具检测装置通过激光感应测量，检知刀具直径，判定是砂轮还是铣刀或钻头。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

（1）本发明按照砂轮的回转方向顺次设置有吹气喷嘴和砂轮冷却喷嘴，利用吹气喷嘴吹出的气体能够形成致密的气流，相对于现有技术中采用液流来切断砂轮的高压旋转气流的方式说能够更有效的发挥作用，能够更好的切断砂轮的高压旋转气流，而且，采用气流代替液流的方式后，除了正常进行冷却所需求的冷却液之外，不需要再消耗多余的冷却液，在采用同等规格的液流供给泵的前提下，更能够保证冷却液的供给，因此，本发明能够在不降低冷却液的供给量的基础上，降低高压旋转气流对于冷却液进入磨削加工区域的影响，解决了冷却液压力不足，流量不够的技术问题；

（2）本发明在对砂轮进行冷却时，砂轮冷却喷嘴的喷水方向沿着砂轮的切线，并且顺着砂轮的回转方向朝向磨削加工区域，吹气喷嘴的吹气方向也沿着砂轮的切线，但与砂轮的回转方向相反，在利用吹气喷嘴切断砂轮的高压旋转气流时不会吹到砂轮冷却喷嘴的射流上而影响喷水方向，能够将冷却液集中喷射到磨削加工区域的核心位置，从而有效的提高了砂轮磨削过程对砂轮的冷却效果；

（3）本发明通过设置刀具检测装置和喷嘴定位装置，能够根据不同加工刀具的几何尺寸和刀尖位置（或切线方向）沿加工平面自由灵活的移动定位，从而能够针对不同的刀具进行强力冷却，改变了只能单一方向、单一刀具冷却的现状，解决了不同刀具尺寸只能同一距离冷却的问题；

（4）本发明在利用钻头冷却喷嘴对钻头或铣刀进行喷水冷却时，在刀尖的两侧对称进行喷水冷却，能够相对于单向喷水冷却增加了喷流量，进而能够提高对于钻头或铣刀的冷却效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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他的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明钻头冷却喷嘴的安装结构示意图；

其中，1、刀具；2、钻头冷却喷嘴；3、砂轮冷却喷嘴；4、吹气喷嘴；5、喷嘴定位装置；51、第一丝杆组件；52、第二丝杆组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种砂轮冷却装置及其刀具冷却系统和冷却控制方法，以解决现有技术存在的问题，喷嘴定位装置上按照砂轮的回转方向顺次设置有吹气喷嘴和砂轮冷却喷嘴，利用吹气喷嘴能够有效切断砂轮的高压旋转气流，在不降低冷却液的供给量的基础上，降低高压旋转气流对于冷却液进入磨削加工区域的影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种砂轮冷却装置，包括吹气喷嘴4以及砂轮冷却喷嘴3，其中，吹气喷嘴4通过管路连接有气源，气源可以为储气罐或空气压缩机，采用的是压缩空气，吹气气流量可以设置有手动调速功能，能够根据实际使用状况进行手工微调；砂轮冷却喷嘴3通过管路连接有冷却液源，可以通过泵体进行动力输送，泵体的功率等参数可以依照现有的冷却方式进行合理设置，产生的射流流速和压力根据冷却效果进行调整。需要说明的是，吹气喷嘴4的气流量以及砂轮冷却喷嘴3的射流量等参数，均可以采用现有的参数并根据实际情况进行调整，不作为本发明的改进方向。吹气喷嘴4和砂轮冷却喷嘴3按照砂轮的回转方向顺次设置在砂轮的周向，且吹气喷嘴4和砂轮冷却喷嘴3位于磨削加工区域的同一侧，也就是说，砂轮在回转时的任一点在经过吹气喷嘴4后再到达砂轮冷却喷嘴3，从而使得气流阻断在前、冷却喷液在后。砂轮冷却喷嘴3顺着砂轮回转方向朝向磨削加工区域，使得砂轮冷却喷嘴3喷出的射流能够喷射到磨削加工区域对磨削加工区域进行喷水冷却。同时，吹气喷嘴4的朝向沿砂轮回转方向的逆向设置，此处所说的逆向设置，可以是朝着砂轮方向进行吹气，也可以是沿着砂轮的切线方向进行吹气，总之，吹气喷嘴4的吹气方向是与砂轮产生的高压旋转气流的方向大致或正好相反的，能够阻挡或切断高压旋转气流继续沿着砂轮的回转方向到达磨削加工区域。因此，本发明按照砂轮的回转方向顺次设置有吹气喷嘴4和砂轮冷却喷嘴3，利用吹气喷嘴4吹出的气体能够形成致密的气流，相对于液流来说能够更有效的切断砂轮的高压旋转气流，而且，不需要消耗冷却液，在采用同等规格的液流供给泵的前提下，更能够保证冷却液的供给，因此，本发明能够在不降低冷却液的供给量的基础上，降低高压旋转气流对于冷却液进入磨削加工区域的影响，解决了冷却液压力不足，流量不够的技术问题。

进一步的，砂轮冷却喷嘴3可以设置成朝向砂轮的切线方向，吹气喷嘴4同样可以设置成朝向砂轮的切线方向，需要注意的是，两个切线方向前者是顺着砂轮的回转方向，后者是逆着砂轮的回转方向。两个切线方向均处在核心的位置，一个是冷却的核心位置，一个是切断高压旋转气流的核心位置。此时，在利用吹气喷嘴4切断砂轮的高压旋转气流时不会吹到砂轮冷却喷嘴3的射流上而影响喷水方向，能够将冷却液集中喷射到磨削加工区域的核心位置，从而有效的提高砂轮磨削过程对砂轮的冷却效果。

吹气喷嘴4和砂轮冷却喷嘴3可以同时安装在喷嘴定位装置5上，两者具有一定的夹角，通过调整喷嘴定位装置5相对于砂轮的位置，可以使得不同大小的砂轮直径均可以同时与吹气喷嘴4和砂轮冷却喷嘴3进行相切，以达到最佳的冷却效果。具体的，喷嘴定位装置5可以包括移动方向相互垂直的两个丝杆组件，即第一丝杆组件51和第二丝杆组件52，每个丝杆组件均可以设置有独立的驱动电机，驱动电机受控制信号的控制能够分别驱动第一丝杆组件51和第二丝杆组件52在两个垂直的轴向进行移动。砂轮冷却喷嘴3和吹气喷嘴4固定安装在第一丝杆组件51上或者安装在第二丝杆组件52上。从而能够使得砂轮冷却喷嘴3和吹气喷嘴4在平面内移动，需要说明的是，该平面应垂直于砂轮的主轴方向，最终砂轮冷却喷嘴3和吹气喷嘴4的朝向能够位于砂轮的切线方向。

再次参考图1，本发明提供一种刀具冷却系统，包括前文记载的砂轮冷却装置，还包括刀具检测装置（图中未示出）、喷嘴定位装置5以及钻头冷却喷嘴2。其中，钻头冷却喷嘴2通过管路连接有冷却液源，可以与砂轮冷却喷嘴3共用冷却液源，以降低设备的投入；另外需要说明的是，钻头冷却喷嘴2并不是只是对钻头进行喷水冷却，其还可以对铣刀等直径较小的刀具1进行喷水冷却。砂轮冷却装置中的砂轮冷却喷嘴3和吹气喷嘴4应安装在喷嘴定位装置5上，依靠喷嘴定位装置5进行移动和定位，并满足自动控制的需求。刀具检测装置用于检测判断刀具1的类型，并将检测的结果传输到控制系统，控制系统根据检测的结果进行判断，判断出是砂轮还是钻头或铣刀，根据判断的结果，如果是砂轮则选择启动砂轮冷却装置，砂轮冷却装置中的喷嘴定位装置5再进行相应的动作，并将砂轮冷却喷嘴3和吹气喷嘴4移动定位到冷却位置（不同直径大小的砂轮的冷却位置已经提前进行了设定，喷嘴定位装置5只需根据预设的程序运行即可）。如果是钻头或铣刀则选择启动钻头冷却喷嘴2，钻头冷却喷嘴2可以不设置在喷嘴定位装置5上，因为，钻头冷却喷嘴2的喷水方向是朝向刀具1的刀尖位置，不会受到刀具1直径大小的影响，也不需要朝向切线方向。本发明通过设置刀具检测装置和喷嘴定位装置5，能够根据不同刀具1的几何尺寸和刀尖位置（或切线方向）沿加工平面自由灵活的移动定位，从而能够针对不同的刀具1进行强力冷却，改变了只能单一方向、单一刀具1冷却的现状，解决了不同尺寸刀具1只能同一距离冷却的问题。

如图2所示，钻头冷却喷嘴2可以设置有多个，进行分组设置，例如，将三个钻头冷却喷嘴2设置在同一个固定装置上，并且，对称设置在刀尖的两侧，且每个钻头冷却喷嘴2均能够调节方向。钻头冷却喷嘴2的喷嘴方向可以采用手动调节的方式，例如，钻头冷却喷嘴2前端采用球形结构铰接在固定装置上，可以朝向任意方向扭动调整。在加工之前，根据本次加工所选择的刀具1调整好钻头冷却喷嘴2的朝向，在加工时，只需要根据刀具检测装置的检测结果控制钻头冷却喷嘴2的开启和关闭即可。当然，也可以将钻头冷却喷嘴2设置成自动调节的方式，例如可以根据刀尖的位置跟踪调整钻头冷却喷嘴2的方向，具体的调整方式均为现有技术，此处不再赘述。

结合图1所示，本发明还提供一种冷却控制方法，该方法中应用的刀具冷却系统可以采用前文所记载的刀具冷却系统，包括以下步骤：

在进行加工时，每次加工过程可能采用不同的刀具1进行，在更换好加工刀具1后，利用刀具检测装置检测刀具1类型，判断出是钻头或铣刀还是砂轮，并将检测的结果传输给控制系统，控制系统根据检测结果的不同进行判断，并选择相应的冷却喷嘴或装置。

当判断出是钻头或铣刀时，利用控制系统开启钻头冷却喷嘴2，此时，砂轮冷却装置不启动，其所包含的喷嘴定位装置5位于原点位置，不会造成对钻头或铣刀加工的干涉或影响。钻头冷却喷嘴2在加工之前已经调整好了对应刀尖方向的角度，在开启钻头冷却喷嘴2后，钻头冷却喷嘴2可以朝向钻头或铣刀的刀尖方向进行喷水冷却，喷水的流量和流速等依照现有技术进行设定。

当判断出是砂轮时，通过喷嘴定位装置5将砂轮冷却喷嘴3和吹气喷嘴4定位到冷却位置，此处所说的冷却位置应依照不同直径大小的砂轮进行设定，也就是说，在加工前将冷却位置已经设定好。在冷却位置，砂轮冷却喷嘴3顺着砂轮回转方向朝向磨削加工区域进行喷水，同时，吹气喷嘴4朝向砂轮回转方向的逆向进行吹气，吹气喷嘴4的气流量以及砂轮冷却喷嘴3的射流量等参数，均可以采用现有的参数并根据实际情况进行调整。吹气喷嘴4的吹气方向与砂轮产生的高压旋转气流的方向大致或正好相反，能够阻挡或切断高压旋转气流继续沿着砂轮的回转方向到达磨削加工区域，从而能够更好的使得砂轮冷却喷嘴3喷出的射流进入到磨削加工区域而达到更好地冷却效果。

在判断出是砂轮时，可以进一步的将砂轮冷却喷嘴3沿砂轮切线喷水，并顺着砂轮的回转方向，此时，冷却水到达的是冷却的核心区域；吹气喷嘴4沿砂轮切线吹气，并逆着砂轮的回转方向，此时，气流所到达的是切断高压旋转气流的核心区域。在利用吹气喷嘴4切断砂轮的高压旋转气流时不会吹到砂轮冷却喷嘴3的射流上而影响喷水方向，能够将冷却液集中喷射到磨削加工区域的核心位置，从而有效的提高砂轮磨削过程对砂轮的冷却效果。

在判断出是钻头或铣刀时，可以利用对称设置在刀尖两侧的钻头冷却喷嘴2进行喷水冷却，也就是说，在刀尖的两侧均进行喷水冷却，能够相对于单向喷水冷却增加了喷流量，进而能够提高对于钻头或铣刀的冷却效果。

喷嘴定位装置5的移动方向可以垂直于刀具1的主轴方向，也就是说，喷嘴定位装置5上设置的砂轮冷却喷嘴3和吹气喷嘴4的移动位置处于垂直于刀具1的主轴的平面内，需要注意的是，砂轮所在的平面需要与上述的平面为同一个平面，只要这样，在砂轮冷却喷嘴3和吹气喷嘴4向该平面移动时，才能更好的朝向砂轮的切线方向，达到最佳的切断气流以及冷却的效果。

刀具检测装置所采用的检测刀具1类型的方式，可以通过激光感应测量进行，利用激光检知刀具1直径的大小，与预设值进行比较后即可以判定出是砂轮还是铣刀或钻头，然后再进行后续的控制操作。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种砂轮冷却装置，其特征在于：包括吹气喷嘴以及砂轮冷却喷嘴，所述吹气喷嘴和所述砂轮冷却喷嘴按照砂轮的回转方向顺次设置在砂轮的周向，且所述吹气喷嘴和所述砂轮冷却喷嘴位于磨削加工区域的同一侧，所述砂轮冷却喷嘴顺着砂轮回转方向朝向磨削加工区域，所述吹气喷嘴的朝向沿砂轮回转方向的逆向设置。

2.根据权利要求1所述的砂轮冷却装置，其特征在于：所述砂轮冷却喷嘴朝向砂轮的切线方向，所述吹气喷嘴朝向砂轮的切线方向。

3.根据权利要求1或2所述的砂轮冷却装置，其特征在于：所述吹气喷嘴和所述砂轮冷却喷嘴安装在喷嘴定位装置上，所述喷嘴定位装置包括移动方向相互垂直的两个丝杆组件，所述砂轮冷却喷嘴和所述吹气喷嘴固定安装在其中一个所述丝杆组件上。

4.一种刀具冷却系统，其特征在于：包括如权利要求1-3任一项所述的砂轮冷却装置、刀具检测装置、喷嘴定位装置以及钻头冷却喷嘴，所述刀具检测装置用于检测判断刀具的类型来选择启动所述砂轮冷却装置或钻头冷却喷嘴，所述喷嘴定位装置用于将所述砂轮冷却喷嘴和所述吹气喷嘴移动定位到冷却位置，所述钻头冷却喷嘴朝向钻头或铣刀的刀尖方向。

5.根据权利要求4所述的刀具冷却系统，其特征在于：所述钻头冷却喷嘴对称设置在刀尖的两侧，且每个所述钻头冷却喷嘴均能够调节方向。

6.一种冷却控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用刀具检测装置检测刀具类型，判断出是钻头或铣刀还是砂轮；

判断出是钻头或铣刀时，开启钻头冷却喷嘴，所述钻头冷却喷嘴朝向钻头或铣刀的刀尖方向进行喷水冷却；

判断出是砂轮时，通过喷嘴定位装置将砂轮冷却喷嘴和吹气喷嘴定位到冷却位置，所述砂轮冷却喷嘴顺着砂轮回转方向朝向磨削加工区域进行喷水，所述吹气喷嘴朝向砂轮回转方向的逆向进行吹气。

7.根据权利要求6所述的冷却控制方法，其特征在于：在判断出是砂轮时，所述砂轮冷却喷嘴沿砂轮切线喷水，所述吹气喷嘴沿砂轮切线吹气。

8.根据权利要求6所述的冷却控制方法，其特征在于：在判断出是钻头或铣刀时，利用对称设置在刀尖两侧的钻头冷却喷嘴进行喷水冷却。

9.根据权利要求7或8所述的冷却控制方法，其特征在于：所述喷嘴定位装置的移动方向垂直于刀具的主轴方向。

10.根据权利要求9所述的冷却控制方法，其特征在于：所述刀具检测装置通过激光感应测量，检知刀具直径，判定是砂轮还是铣刀或钻头。

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