不同工况下铣削注入切削液的系统技术方案

本公开提供了一种不同工况下铣削注入切削液的系统，通过对不同工况下铣削区的气流场对切削液注入的影响进行分析，定量分析刀具的螺旋角和转速对流场的影响规律，综合确定最佳喷嘴的靶距、喷嘴与铣刀进给方向的角度以及喷嘴与工件表面的角度，依照确定的设置方式设置喷嘴，利用喷嘴将润滑油喷到铣削区，本公开的喷嘴的位置根据不同工况下的气流场进行选择，喷嘴的位置位于气障之内、进入流中，不用冲破气障的影响，节省了供液系统的无用功，同时进入流可以辅助切削液更有效的进入切削区。

Milling Injection System of Cutting Fluid under Different Working Conditions

【技术实现步骤摘要】
不同工况下铣削注入切削液的系统
本公开涉及一种不同工况下铣削注入切削液的系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。目前，铣削加工是机械制造业最常用的一种切削加工，加工生产效率高、加工范围广、加工精度高。但在铣削时，刀具与工件的接触时间极短，刀具前刀面与切屑、后刀面与工件之间发生剧烈的摩擦，产生大量切削热，导致刀具急剧磨损，刀具失效过快，严重制约了加工效率的提高，因此，冷却液在加工中至关重要，具有润滑、冷却、清洗、防锈等功能。常规的铣削加工由于大量使用切削液，对环境和工人造成巨大伤害，为了保护环境、降低成本，微量润滑和纳米流体微量润滑技术具有更大的优势。但这种供液方法具有一定的不足，空气具有粘性，高速旋转的铣刀会对靠近铣刀的空气流场的流体动力学特性产生影响。铣刀周围的空气本来是静止的，但高速旋转的铣刀会导致其产生流动，并且越靠近切削刃部位的空气的流动速度越高，从而在铣刀周围形成了一个封闭的“环形”区域，这些存在对切削液的进入产生了阻碍作用，切削液无法进入铣刀/工件界面，造成加工烧伤。因此，采用合适的切削液注入方法，增加切削液进入加工区的比例，对于提高冷却润滑效果，改善工件表面质量具有非常重要的作用。但是，目前未出现铣削中切削液的注入方面的较好的研究成果。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种不同工况下铣削注入切削液的系统，本公开使用铣刀铣削工件，测力仪测量铣削力，换刀系统实现刀具的换用，刀库系统实现刀具的存放，润滑系统向铣削界面提供润滑油，喷嘴的位置根据不同工况下的气流场进行选择，喷嘴的位置位于气障之内、进入流中，不用冲破气障的影响，节省了供液系统的无用功，同时进入流可以辅助切削液更有效的进入切削区。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种不同工况下铣削注入切削液的系统，包括润滑系统、刀库系统、换刀系统、切削系统和力测量系统，其中：所述刀库系统，包括可转动的旋转轴，所述旋转轴上圆周分布有多个刀具组件，每个刀具组件上设置有心轴以及心轴下端连接的刀具，每个刀具的螺旋角并不一致，通过旋转轴的旋转，将与工况相适配的刀具与换刀系统相对；所述换刀系统，包括两个朝向相反的机械手，两个机械手的中间设置有旋转轴，通过控制旋转轴的转动，实现两个机械手位置转换进而实现切削系统的主轴刀具与刀库系统刀具的更换；所述切削系统，包括心轴，心轴上设置有主轴刀具，通过控制心轴转动带动主轴刀具转动，实现切削加工；所述力测量系统设置于切削系统下端，当其上固定的工件受到切削力时，测量工件所受到的切削力大小，根据加工参数进行选择不同螺旋角的刀具进行铣削；所述润滑系统向切削系统提供润滑油，所述润滑系统的动力源为高压气体，分别通过频率发生器和控制阀控制高压气体的输入频率与气量，间接调节润滑泵的润滑油油量，润滑系统提供的润滑油依次通过管道、喷嘴管和喷嘴喷到所述切削系统作用的铣削区，所述喷嘴的位置根据不同工况下铣削区的流场、刀具的螺旋角和转速的不同而调整。作为进一步的限定，所述润滑系统包括进气接口、气源处理器、润滑泵、喷嘴和连接管路，以及设置在各个连接管路处的控制阀，所述进气接口固定于气源处理器上，高压气体由进气接口进入气源处理器过滤，为润滑系统提供高压气体，气源处理器通过双向接头接在电磁阀上，控制高压气体的进入，电磁阀出口处接一个三通，高压气体通过三通的一个出口管道进入频率发生器，通过频率发生器来控制高压气体的输入频率，高压气体从频率发生器出来后通过管道进入润滑泵，润滑泵出口接头连接喷嘴接头向切削系统提供润滑油；高压气体通过三通的另一个出口管道进入润滑泵，油杯接头一端通过螺纹连接，另一端通过螺纹连接润滑泵固定盖，润滑泵固定盖连接润滑泵，润滑泵固定盖固定在箱体上，通过调节气量调节旋钮来调节高压气体的气量，通过调节油量调节旋钮调节润滑油的油量。作为进一步的限定，所述力测量系统，包括工作台、工件夹具和测量元件，所述工作台设置于切削系统的正下方，工件夹具固定在工作台上，利用工件的自身自由度通过工件夹具和工作台实现完全定位，测量元件采集工件所受的切削力，测量信号经放大器放大传给力信息采集仪，经过导线传到计算机并显示切削力的大小；所述工件夹具包括XYZ轴三个方向上的夹紧件，所述X轴方向夹紧件包括若干定位螺钉，Y轴方向夹紧件包括紧固螺钉和定位块，所述定位块一面与工件侧面接触，一面与定位螺钉接触，拧紧定位螺钉使定位块在工件的X方向上进行夹紧；Z轴方向夹紧件包括若干个压板夹紧，每个压板为自调节压板，通过XYZ轴三个方向上的夹紧件实现装备根据工件的大小可调，满足工件的尺寸变化要求。作为进一步的限定，所述喷嘴的位置设置在喷嘴的喷口顺着圆周流并且处于进入流中。流场会对切削液的注入起到辅助输运的作用，增加切削液的有效利用率。作为进一步的限定，所述喷嘴的射流方向与空气流场流线相切，切削液顺着气流方向注入，空气流场会对切削液的注入起到辅助输运的作用，此时的喷嘴射流角度为最佳的射流角。作为进一步的限定，所述喷嘴的最佳靶距在气障内。作为进一步的限定，最佳的喷嘴位置随着铣刀螺旋角、转速的变化而变化，喷嘴与铣刀进给方向的角度与铣刀螺旋角有关，此角度与螺旋角相同时最有利于切削液的进入，喷嘴的靶距与铣刀转速有关，铣刀的直径不影响喷嘴的位置。作为更进一步的限定，当铣刀转速为600r/min和1200r/min时，所述喷嘴的靶距的最大值应在30mm以内，当铣刀转速为1800r/min和2400r/min时，靶距的最大值应在20mm以内。作为进一步的限定，铣刀转速不影响喷嘴与铣刀进给方向的角度，但最佳靶距随着铣刀转速的增加而减小。作为进一步的限定，在保证喷嘴的位置在气流场的进入流中的基础上，提高铣刀转速或/和增加铣刀直径，能够提升气流场对切削液的输运作用，提高切削液的有效利用率。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开提供了一种不同工况下喷嘴的最佳位置确定方法，此位置可以避免在供给切削液过程中，冲破气障消耗能量，节省了供液系统的无用功能量，同时可以在压强和进入流的输运下，使切削液在气流场中获得更多的动力和能量，避免了返回流，增加了切削液通过刀具/工件界面的流量。本公开提供了一种可以实现不同工况下铣削系统，可以实现干切削、浇注式润滑、微量润滑、纳米流体微量润滑工况下的铣削，同时可以根据不同的切削参数选择不同的刀具。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是一种不同工况下铣削注入切削液的方法及实验系统的轴侧图。图2是润滑系统的爆炸装配图。图3是刀库系统的轴侧图。图4是刀盘的俯视图。图5是心轴的轴侧图和主视图。图6是换刀系统的轴侧图。图7是切削系统的轴侧图。图8是力测量系统的轴侧图。图9是工件定位夹紧图。图10是铣削测力仪轴测图。图11是喷嘴角度β示意图。图12是喷嘴角度α示意图。图13是气流微元体上X和Y方向表面力示意图。图14是铣削气流场物理模型及气流场示意图。图15是Z＝20mm截面气流场截图。图16是30°截面空气流场局部放大图。图17是测量截线示意图。图18是四条截线上Y向速度曲线图。图19是四条截线上压力曲线图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同工况下铣削注入切削液的系统，其特征是：包括润滑系统、刀库系统、换刀系统、切削系统和力测量系统，其中：所述刀库系统，包括可转动的旋转轴，所述旋转轴上圆周分布有多个刀具组件，每个刀具组件上设置有心轴以及心轴下端连接的刀具，每个刀具的螺旋角并不一致，通过旋转轴的旋转，将与工况相适配的刀具与换刀系统相对；所述换刀系统，包括两个朝向相反的机械手，两个机械手的中间设置有旋转轴，通过控制旋转轴的转动，实现两个机械手位置转换进而实现切削系统的主轴刀具与刀库系统刀具的更换；所述切削系统，包括心轴，心轴上设置有主轴刀具，通过控制心轴转动带动主轴刀具转动，实现切削加工；所述力测量系统设置于切削系统下端，当其上固定的工件受到切削力时，测量工件所受到的切削力大小，根据加工参数进行选择不同螺旋角的刀具进行铣削；所述润滑系统向切削系统提供润滑油，所述润滑系统的动力源为高压气体，分别通过频率发生器和控制阀控制高压气体的输入频率与气量，间接调节润滑泵的润滑油油量，润滑系统提供的润滑油依次通过管道、喷嘴管和喷嘴喷到所述切削系统作用的铣削区，所述喷嘴的位置与对应的工况下铣削区的流场、刀具的螺旋角和转速相适配。

【技术特征摘要】
1.一种不同工况下铣削注入切削液的系统，其特征是：包括润滑系统、刀库系统、换刀系统、切削系统和力测量系统，其中：所述刀库系统，包括可转动的旋转轴，所述旋转轴上圆周分布有多个刀具组件，每个刀具组件上设置有心轴以及心轴下端连接的刀具，每个刀具的螺旋角并不一致，通过旋转轴的旋转，将与工况相适配的刀具与换刀系统相对；所述换刀系统，包括两个朝向相反的机械手，两个机械手的中间设置有旋转轴，通过控制旋转轴的转动，实现两个机械手位置转换进而实现切削系统的主轴刀具与刀库系统刀具的更换；所述切削系统，包括心轴，心轴上设置有主轴刀具，通过控制心轴转动带动主轴刀具转动，实现切削加工；所述力测量系统设置于切削系统下端，当其上固定的工件受到切削力时，测量工件所受到的切削力大小，根据加工参数进行选择不同螺旋角的刀具进行铣削；所述润滑系统向切削系统提供润滑油，所述润滑系统的动力源为高压气体，分别通过频率发生器和控制阀控制高压气体的输入频率与气量，间接调节润滑泵的润滑油油量，润滑系统提供的润滑油依次通过管道、喷嘴管和喷嘴喷到所述切削系统作用的铣削区，所述喷嘴的位置与对应的工况下铣削区的流场、刀具的螺旋角和转速相适配。2.如权利要求1所述的一种不同工况下铣削注入切削液的系统，其特征是：所述润滑系统包括进气接口、气源处理器、润滑泵、喷嘴和连接管路，以及设置在各个连接管路处的控制阀，所述进气接口固定于气源处理器上，高压气体由进气接口进入气源处理器过滤，为润滑系统提供高压气体，气源处理器通过双向接头接在电磁阀上，控制高压气体的进入，电磁阀出口处接一个三通，高压气体通过三通的一个出口管道进入频率发生器，通过频率发生器来控制高压气体的输入频率，高压气体从频率发生器出来后通过管道进入润滑泵，润滑泵出口接头连接喷嘴接头向切削系统提供润滑油；高压气体通过三通的另一个出口管道进入润滑泵，油杯接头一端通过螺纹连接，另一端通过螺纹连接润滑泵固定盖，润...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷庆安，李长河，段振景，王晓铭，黄保腾，武文涛，隋孟华，高腾，张彦彬，杨敏，贾东洲，侯亚丽，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：新型
国别省市：山东,37