[发明专利]一种自启动少切削液冷却润滑系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，更具体地，涉及一种自启动少切削液冷却润滑系统及其控制方法。

背景技术

切削液是一种在金属切削、磨削加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，切削液由多种超强功能助剂复合配成，并具备良好的冷却、润滑性能、防锈、除油清洗和防腐等特性。切削液所具备的以上特征，使得它在包括机床加工在内的多个机械加工领域中获得了广泛的应用。但切削液的使用也带来了很多问题，其中，最重要的是切削液使用过多而导致的成本增加和环境污染的问题。例如，有关数据表明，机床机械加工中的能量消耗，主轴运转需要的动力约占30%，而与冷却润滑相关的能量消耗却占50%以上；而且金属加工后的废切削液对环境的污染也非常严重。此外，在实践应用中还存在切削液的使用效率偏低、冷却效果不够明显等不足。

针对上述技术问题，现有技术中已经提出了一些解决方案。例如，CN201010551978.9中公开了一种对切削加工进行润滑和冷却的方法和装置，其中披露了通过在切削液中加入纳米颗粒和分散剂，并在压缩空气作用下将纳米颗粒悬浮液雾化喷射，由此达到降低刀具与工件之间的摩擦以及提高换热效率的效果；此外，CN201220470665.5中公开了一种复合型微量润滑冷却系统，其中通过将植物性切削液与高压气体和水混合后形成复合油雾喷射到加工区域，以此方式来执行加工工具和被加工零件的冷却和润滑效果。

然而，进一步的研究表明，上述现有技术的改进主要集中在对切削液自身的配料类型、切削液的复合以及喷射方式等方面，在整个加工过程中切削液的用量仍然偏多，相应引起的能耗高昂和环境污染严等问题并未获得有效解决，此外也没有充分结合切削加工的工艺流程特点进行考虑和设计。相应地，在本领域亟需寻找更为完善的切削液冷却润滑方式，以便在保证实现良好冷却和润滑的同时，能够尽可能地减少切削液的用量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种自启动少切削液冷却润滑系统及其控制方法，其中通过针对加工刀具的不同位置区域来配备多种雾化单元，同时结合切削加工各阶段的工艺流程特点充分采用水汽混合物来替代切削液执行冷却润滑，测试表明能够在保证良好冷却润滑效果的同时，大幅度降低切削液的用量，由此取得节约能耗、资源利用率高和避免环境污染等效果，并尤其适用于机床加工的应用用途。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种少切削液冷却润滑系统，其特征在于，该系统包括超声波雾化单元、喷嘴雾化单元、切削热检测单元和电路控制模块，其中：

所述超声波雾化单元包括鼓风机、给水组件和多个超声波雾化器，其中鼓风机和给水组件分别通过配备有控制阀的管道向超声波雾化器输送空气和水，超声波雾化器分别设置在切削加工刀具的前刀面和主后刀面区域附近，并在其内部使得输送至此的空气和水执行混合雾化后，根据电路控制模块的指令向刀具前刀面和/或主后刀面区域喷射水汽混合物；

所述喷嘴雾化单元包括切削液容纳箱、空气压缩机、水泵和多个雾化喷嘴，其中切削液容纳箱通过配备有液体开停阀、液控单向阀和节流阀的管道向雾化喷嘴输送切削液，空气压缩机和水泵分别通过配备有控制阀的管道向雾化喷嘴输送空气和水，雾化喷组分别设置在切削加工刀具的前刀面和主后刀面区域附近，并在其内部使得切削液、压缩空气和水执行混合雾化形成复合油雾后，根据电路控制模块的指令向刀具前刀面和主后刀面区域喷射该复合油雾；

所述切削热检测单元用于对切削加工过程中刀具前刀面的实时温度执行检测，并将检测结果传送给电路控制模块；

所述电路控制模块基于切削热检测单元所传送的检测温度，同时结合预设的第一、第二和第三温度阈值对超声波雾化单元和喷嘴雾化单元执行一体化控制：其中当检测温度高于第一温度阈值T₁且低于第二温度阈值T₂时，单独启动位于刀具前刀面区域附近的超声波雾化器，对刀具的前刀面喷射水汽混合物执行冷却润滑；当检测温度高于第二温度阈值T₂且低于第三温度阈值T₃时，同时启动位于前刀面和主后刀面区域的超声波雾化器，对刀具的前刀面和主后刀面喷射水汽混合物执行冷却润滑；而当检测温度高于第三温度阈值T₃时，则启动喷嘴雾化单元的雾化喷嘴，对刀具的前刀面和主后刀面区域喷射切削液复合油雾来执行冷却润滑。