CN114770216B - 一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置，包括旋转机构、摆动机构和喷嘴机构，旋转机构固定在机床主轴上，控制摆动机构绕主轴转动；旋转机构包括顶板、蜗轮蜗杆机构、定位环、抱夹套、垫片和推力球轴承；蜗轮蜗杆机构固定在顶板上，顶板中间设有通孔，与机床主轴固定连接，抱夹套上设有接近开关，垫片在旋转运动时，与接近开关触碰；主轴依次穿过顶板、定位环、推力球轴承和抱夹套的中间通孔，与刀具连接；摆动机构包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、过渡板、舵机支架、第一连杆、第二连杆和U型支架；喷嘴机构包括喷嘴、喷嘴管和喷嘴管座，本发明可在加工过程中调节润滑喷嘴的位姿和角度，使得喷嘴始终对准切削区，实现有效的冷却润滑。

Description

一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置

技术领域

本发明属于微量润滑领域，具体涉及一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置。

背景技术

近年来，金属加工过程中的浇筑式冷却润滑带来的经济压力和环境危害越来越大，以干式切削为主的绿色切削技术得到了迅速的发展，但是干式切削仅适用于铸铁、普通钢件的加工，不适用于不锈钢、钛合金和高温合金等材料的加工，为此，微量润滑技术作为典型的准绿色切削技术，将逐渐取代传统切削加工技术，成为主流。

微量润滑技术(MQL)，其运行机制是将微量切削液与空气混合，通过油泵或高压空气将液态介质打散成微粒雾滴，以油雾形式完成对切削区域冷却润滑的技术。MQL冷却介质基于雾化方式及毛细渗透机制到达刀具－工件接触面，穿透能力较强，可显著提升工件加工效果。

微量润滑装置在设计过程中大多考虑切削液润滑冷却性能、喷嘴雾化效果等技术指标，而很少考虑喷嘴位置对润滑冷却效果的影响，相关文献表明，喷嘴位姿对加工性能有一定的影响，若喷射角度不对，切削液可能被工件阻挡，造成无效润滑，影响加工效果，现有的解决方案有加装多个喷嘴，从而增加喷射角度，但是这将会带来以下问题：

1.使用多个喷嘴会占用较多空间，而且在换刀时可能造成干涉；

2.多个喷嘴会提高润滑液的使用量，增加经济成本；

3.喷嘴位姿不可调，一个喷嘴一般只能满足一把刀具的润滑，换刀后，喷嘴可能无法对准新刀具。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置，采取如下技术方案：

该装置主要由旋转机构、摆动机构和喷嘴机构组成，本发明可以在加工过程中调节微量润滑喷嘴的位姿和角度，使得喷嘴始终对准切削区，实现有效的冷却润滑。

所述旋转机构固定在机床主轴上，控制摆动机构绕主轴转动；所述旋转机构包括顶板、蜗轮蜗杆机构、定位环、抱夹套、垫片和推力球轴承；所述蜗轮蜗杆机构固定在顶板上，所述顶板中间设有通孔，与机床主轴固定连接，所述顶板下部与定位环上部连接，所述定位环下部与推力球轴承上部连接，减小蜗轮转动阻力，所述定位环中间设有通孔，内圈与主轴配合，外圈与所述蜗轮蜗杆机构连接，所述定位环下部侧边设有垫片，用于连接旋转机构和摆动机构；所述推力球轴承下部与所述抱夹套连接，所述抱夹套上设有接近开关；所述垫片在旋转运动时，与所述接近开关触碰，记录零点位置；所述主轴依次穿过顶板、定位环、推力球轴承和抱夹套的中间通孔，与刀具连接；所述蜗轮蜗杆机构包括电机、联轴器、轴承座、轴承、蜗轮、蜗杆和底板，所述电机通过电机支架安装在底板上，所述联轴器与电机输出轴连接，所述轴承通过轴承座安装在底板上，所述蜗杆一端穿过轴承与联轴器连接，另一端穿过轴承悬空，所述蜗轮通过键与所述定位环的外圈连接；

所述摆动机构包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、过渡板、舵机支架、第一连杆、第二舵机和U型支架，第一舵机通过舵机支架与过渡板连接，第一连杆一端与第一舵机的转盘连接，另一端与第二舵机的转盘连接，第二连杆一端与第二舵机的侧面连接，另一端与第三舵机的侧面连接，所述U型支架的两侧U型部分与所述第三舵机的转盘连接，该三自由度摆动机构，可实现一个平面内任意角度的调节，过渡板与旋转机构中的垫片连接，将旋转机构和摆动机构连为一体。

所述喷嘴机构包括喷嘴、喷嘴管和喷嘴管座，所述喷嘴管一端与喷嘴连接，另一端与喷嘴管座连接，所述喷嘴管座一端与微量润滑装置连接，所述喷嘴管座通过U型支架与所述摆动机构连接。

进一步地，所述喷嘴喷射方向与机床进给方向夹角α为10-50°，优选30°。

进一步地，所述喷嘴管座通过气动接头与微量润滑装置的软管连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.喷嘴调节范围大，可适应多种刀具的加工工况。

2.通过编程，可使喷嘴在加工过程中根据机床指令自动调节位姿，减少了人工成本和时间成本。

3.使用一个喷嘴实现多角度润滑，极大减少切削液的使用。

附图说明

图1为一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置轴测图；

图2-4为一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置三视图；

图5为喷嘴不同方位加工示意图；

图6为旋转机构爆炸图；

图7为蜗轮蜗杆机构爆炸图；

图8为抱夹机构爆炸图；

图9为定位环及其左剖视图；

图10为摆动机构爆炸图；

图11为旋转机构定位环与摆动机构过渡板连接示意图；

图12为喷嘴机构爆炸图。

图中：刀具1、主轴2、旋转机构3、接近开关31、螺帽311、接近开关支架312、推力球轴承32、键33、蜗轮蜗杆机构34、步进电机3401、联轴器3403、轴承座3404、轴承座内圈34043、轴承座内孔凸环34042、角接触球轴承3405、蜗轮3406、蜗杆3407、底板3408、步进电机支架3412、顶板36、定位环37、键槽372、定位环内圈(373，375)、定位环外圈374、垫片38、垫片侧面382、抱夹套39、摆动机构4、第一舵机402、第二舵机407、第三舵机401、过渡板404、舵机支架406、第一连杆409，第二连杆412、U型支架414、微量润滑装置5、软管51、喷嘴机构6、喷嘴61、喷嘴管62、喷嘴管座63、紧固件(313，314，35，3402，3409，3410，3411，3413，391，392，403，405，408，410，411，413)、螺纹孔371。

具体的实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，为一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置轴测图和三视图，本装置主要由旋转机构3、摆动机构4、微量润滑装置5和喷嘴机构6组成。旋转机构3固定在机床主轴2上，控制摆动机构4绕主轴2转动，摆动机构4与喷嘴机构6连接，可控制喷嘴对准刀具1切削区，喷嘴机构6与微量润滑装置5连接，在旋转机构3和摆动机构4的共同作用下，喷嘴可以以任意角度向切削区喷射冷却液。

如图5所示，为喷嘴不同方位加工示意图。相关文献表明，喷嘴喷射方向与机床进给方向夹角α对加工性能有一定影响，以方形工件外形铣削为例，当α为30°时，加工效果最好。机床加工过程中，当切削面改变时，装置接收信号，控制旋转机构3工作，带动喷嘴转动，使得喷嘴喷射方向与进给方向夹角始终处于30°，以获得良好的加工效果。

如图6所示，为旋转机构爆炸图。旋转机构3主要由接近开关31、推力球轴承32、键33、蜗轮蜗杆机构34、顶板36、定位环37、垫片38、抱夹套39和若干紧固件组成。顶板36通过通孔与机床主轴2连接，蜗轮蜗杆机构34通过螺钉35与顶板36连接，其中蜗轮通过键33与定位环37连接，垫片38通过紧固件与定位环37连接，用于补偿摆动机构4与接近开关31的高度差，推力球轴承32穿过主轴2与定位环37形成过盈配合，用于承受机构整体重力和蜗轮蜗杆机构34运动时的轴向力，抱夹套39安装在机构最底部，提供轴向约束，接近开关31安装在抱夹套39上，用于记录零点位置。

如图7所示，为蜗轮蜗杆机构爆炸图。蜗轮蜗杆机构34主要有步进电机3401、步进电机支架3412、联轴器3403、轴承座3404、角接触球轴承3405、蜗轮3406、蜗杆3407、底板3408和若干紧固件组成。螺钉3413穿过步进电机支架3412和底板3408与螺母3410旋合，将步进电机支架3412固定在底板3408上，螺钉3402穿过步进电机支架3412与步进电机3401上的螺纹孔连接，将步进电机3401固定在步进电机支架3412上，将联轴器3403与步进电机3401输出轴连接，螺钉3411穿过轴承座3404和底板3408与螺母3409旋合，将轴承座3404固定在底板3408上，将角接触球轴承3405置于轴承座3404定位孔内，蜗杆3407一端穿过轴承与联轴器3403连接，另一端穿过轴承悬空。

如图8所示，为抱夹机构爆炸图。抱夹机构主要由抱夹套39、接近开关31、接近开关支架312和若干紧固件组成。螺钉313穿过接近开关支架312和抱夹套39与螺母314旋合，将接近开关支架312固定在抱夹套39上，接近开关31表面有螺纹，将它穿过支架孔与螺帽311旋合固定。抱夹套39使用时，将抱夹套39套在主轴2上，螺栓392穿过抱夹套39通孔与螺母391旋合，将抱夹套39固定在主轴2上，双螺母起防松效果。

如图9所示，为定位环及其左剖视图。定位环37用于过渡连接蜗轮3406和推力球轴承32上圈，同时连接摆动机构4。定位环37套在机床主轴2上，内圈375与主轴2配合，外圈374与蜗轮3406配合，将键33放入键槽372，定位环37可与蜗轮3406同步转动，螺纹孔371通过垫片38与摆动机构4连接，使得摆动机构4可绕主轴2转动，内圈373与推力球轴承32上圈过盈配合，减小定位环37转动阻力。

如图10所示，为摆动机构爆炸图。摆动机构4主要由第一舵机402、第二舵机407、第三舵机401、过渡板404、舵机支架406、第一连杆409、第二舵机412、U型支架414和若干紧固件组成。螺钉403穿过舵机支架406和过渡板404与螺母405旋合，将舵机支架406固定在过渡板404上，螺钉408穿过舵机支架406通孔与第一舵机402侧面螺纹孔连接，将第一舵机402固定在舵机支架406上，螺钉410穿过第一连杆409与第一舵机402和第二舵机407的转盘连接，螺钉411穿过第二连杆412与第二舵机407和第三舵机401侧面螺纹孔连接，另一侧同理连接，螺钉413穿过U型支架414通孔与第三舵机401转盘连接，完成三自由度摆动机构4的装配。

如图11所示，为旋转机构定位环与摆动机构过渡板连接示意图。旋转机构3和摆动机构4通过定位环37与过渡板404连接，通过紧固件连接定位环37、垫片38和过渡板404，蜗轮蜗杆机构34驱动定位环37转动时，可以带动摆动机构4转动。

如图12所示，为喷嘴机构爆炸图。喷嘴机构6主要由喷嘴61、喷嘴管62和喷嘴管座63组成。喷嘴61和喷嘴管座63两端有内螺纹，喷嘴管62两端有外螺纹，将喷嘴管62一端与喷嘴61连接，另一端与喷嘴管座63连接，喷嘴管座63另一端通过气动接头64与微量润滑装置软管51连接，U型支架414通过紧固件与喷嘴管座63上端螺纹孔连接，将摆动机构4安装到喷嘴机构6上。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置，其特征在于，包括旋转机构、摆动机构和喷嘴机构，所述旋转机构固定在机床主轴上，控制摆动机构绕主轴转动；所述旋转机构包括顶板、蜗轮蜗杆机构、定位环、抱夹套、垫片和推力球轴承；所述蜗轮蜗杆机构固定在顶板上，所述顶板中间设有通孔，与机床主轴固定连接，所述顶板下部与定位环上部连接，所述定位环下部与推力球轴承上部连接，所述定位环中间设有通孔，内圈与主轴配合，外圈与所述蜗轮蜗杆机构连接，所述定位环下部侧边设有垫片；所述推力球轴承下部与所述抱夹套连接，所述抱夹套上设有接近开关；所述垫片在旋转运动时，与所述接近开关触碰；所述主轴依次穿过顶板、定位环、推力球轴承和抱夹套的中间通孔，与刀具连接；所述蜗轮蜗杆机构包括电机、联轴器、轴承座、轴承、蜗轮、蜗杆和底板，所述电机通过电机支架安装在底板上，所述联轴器与电机输出轴连接，所述轴承通过轴承座安装在底板上，所述蜗杆一端穿过轴承与联轴器连接，另一端穿过轴承悬空，所述蜗轮通过键与所述定位环的外圈连接；

所述摆动机构包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、过渡板、舵机支架、第一连杆、第二连杆和U型支架，第一舵机通过舵机支架与过渡板连接，第一连杆一端与第一舵机的转盘连接，另一端与第二舵机的转盘连接，第二连杆一端与第二舵机的侧面连接，另一端与第三舵机的侧面连接，所述U型支架的两侧U型部分与所述第三舵机的转盘连接；

所述喷嘴机构包括喷嘴、喷嘴管和喷嘴管座，所述喷嘴管一端与喷嘴连接，另一端与喷嘴管座连接，所述喷嘴管座一端与微量润滑装置连接，所述喷嘴管座通过U型支架与所述摆动机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置，其特征在于，所述喷嘴喷射方向与机床进给方向夹角α为10-50°。

3.根据权利要求1或2所述的一种位姿可调的微量润滑喷嘴装置，其特征在于，所述喷嘴管座通过气动接头与微量润滑装置的软管连接。

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