高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统的制作方法

本发明涉及高效绿色准干式深孔加工的辅助系统，特别是涉及一种高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统。

背景技术：

深孔通常是指深径比大于6倍的孔，但是在实际加工过程中大多数深径比都超过了100倍，如发动机的油缸孔、轴的轴向油孔、空心主轴孔和液压阀孔等。深孔加工相比浅孔加工存在许多难点，比如排屑通道过长直径较小，排屑困难，无法及时排屑将导致切屑瘤的产生并会擦伤工件和极易损坏刀具，同时散热困难刀具易因为孔内温度过高而加剧刀具的磨损速度、降低工件的表面精度。在深孔加工过程中无法直观看到刀具切削情况，只能凭工作经验听切削声音、观察切屑、手摸振动与工件温度、观察仪表(油压表和电表)来判断切削过程是否正常。

微量润滑(Minimum Quantity Lubricant，即MQL)切削技术是一种新型金属加工的润滑方式，即半干式切削也叫准干式切削，指将压缩气体与极其微量的切削油混合并汽化后，形成微米级别的液滴颗粒，高速喷射到切削区，对刀具和工件之间的加工部位进行有效的润滑的一种切削加工方法。通常，MQL喷雾的生成方法，是在文丘里喷管部分借助空气压力把油吹散而成的；而喷雾的能力主要与文丘里喷管进出口的压力差有关。

如果采用普通的MQL装置在进行深孔加工时，当文丘里雾化喷头内径不变，刀具内冷孔又极小时，因为刀具内冷口出口径小，文丘里雾化喷头喷出的油雾量进入雾化室后无法快速从刀具内冷口排出，所以会导致文丘里雾化喷头进气端与雾化室的压力差变小，并使通过文丘里雾化喷头中的压缩空气流速变慢，吸油能力变小，雾化室内油雾浓度降低，从而导致内冷刀具出口的油雾量变小，所以无法进行有效润滑。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统，低倍压缩空气增压供气与高倍压缩空气脉冲式增压供气互相配合进行微量润滑辅助深孔加工，有利于深孔加工过程中的润滑及排屑。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

本发明提供一种高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统，包括：

雾化室，该雾化室内装有切削油，该雾化室的内腔上部设有至少两个文丘里雾化喷头，每个文丘里雾化喷头具有进气口、吸油口和喷射出口；

第一输气管，该第一输气管的一端与压缩空气源连接，该第一输气管的另一端与该至少两个文丘里雾化喷头中的其中一个文丘里雾化喷头的进气口连通；

第一空气增压泵、第一气罐和第一控制阀，该第一空气增压泵、该第一气罐和该第一控制阀连接在该第一输气管上，该第一空气增压泵的入口与压缩空气源连接，该第一空气增压泵的出口与该第一气罐连接，该第一空气增压泵将压缩空气源的气体进行低倍增压后储存到该第一气罐中，该第一控制阀连接在该第一气罐的出口端，该第一控制阀控制该第一输气管的导通与关断；

第二输气管，该第二输气管的一端与压缩空气源连接，该第二输气管的另一端与该至少两个文丘里雾化喷头中的另一个文丘里雾化喷头的进气口连通，与该第二输气管相连的文丘里雾化喷头的喉部内径小于与该第一输气管相连的文丘里雾化喷头的喉部内径；

第二空气增压泵、第二气罐和第二控制阀，该第二空气增压泵、该第二气罐和该第二控制阀连接在该第二输气管上，该第二空气增压泵的入口与压缩空气源连接，该第二空气增压泵的出口与该第二气罐连接，该第二空气增压泵将压缩空气源的气体进行高倍增压后储存到该第二气罐中，该第二控制阀连接在该第二气罐的出口端，该第二控制阀控制该第二输气管的导通与关断，且该第二控制阀设置成反复打开与关闭使得与该第二输气管相连的文丘里雾化喷头进行脉冲式工作；

油液输送管，该油液输送管的底端与该雾化室的底部连通，该油液输送管的顶端分别与该至少两个文丘里雾化喷头的吸油口连通。

进一步地，该第一控制阀为电磁阀，该系统还包括：

压力传感器，该压力传感器用于检测该雾化室内的油雾压力；

PLC，该PLC分别与该第一控制阀和该压力传感器电信号连接，该PLC根据该雾化室内油雾压力的大小，控制该第一控制阀的开启与关闭。

进一步地，该第二控制阀为电磁阀，该PLC与该第二控制阀电信号连接，该PLC控制该第二控制阀在打开一段时间后关闭，在关闭一段时间后打开，如此循环使该第二控制阀反复地打开与关闭。

进一步地，该系统还包括进气管，该进气管的一端与压缩空气源连接，该进气管的另一端分别与该第一输气管和该第二输气管连接，该进气管上设有气体输送开关，该第一输气管上设有电磁阀，该电磁阀位于该第一空气增压泵的入口端，该第二输气管上设有电磁阀，该电磁阀位于该第二空气增压泵的入口端，该PLC分别与该两个电磁阀电信号连接。

进一步地，该系统还包括油箱、油泵和多个液位感应器，该多个液位感应器安装在该雾化室内部，该油箱和该油泵通过油管连接到该雾化室，该PLC分别与该多个液位感应器和该油泵电信号连接，该PLC根据该多个液位感应器感应到的液面位置判断该雾化室内切削油的量，进而控制该油泵开启或停机以实现为该雾化室自动加油。

进一步地，该第二控制阀与一时间继电器相连，该时间继电器控制该第二控制阀在打开一段时间后关闭，在关闭一段时间后打开，如此循环使该第二控制阀反复地打开与关闭。

进一步地，该雾化室设有油雾出口，该系统还包括：

油雾输送管，该油雾输送管的一端与该油雾出口连接；

油雾输送开关、内冷空心主轴和内冷刀具，该油雾输送管、该油雾输送开关、该内冷空心主轴和该内冷刀具依次连接。

进一步地，该系统还包括：

第一旁通管，该第一旁通管与该第一输气管并联，该第一旁通管的一端与压缩空气源连接，该第一旁通管的另一端与该第一气罐连接，该第一旁通管上设有第一单向阀；

第二旁通管，该第二旁通管与该第二输气管并联，该第二旁通管的一端与压缩空气源连接，该第二旁通管的另一端与该第二气罐连接，该第二旁通管上设有第二单向阀。

进一步地，该油液输送管为至少两根，该至少两根油液输送管的底端均与该雾化室的底部连通，该至少两根油液输送管的顶端分别与该至少两个文丘里雾化喷头的吸油口连通，该至少两根油液输送管上均设有流量调节阀。

进一步地，该油液输送管为一根，该油液输送管的顶端设有至少两个分支管，该至少两个分支管分别与该至少两个文丘里雾化喷头的吸油口连通，该至少两个分支管上均设有流量调节阀。

本发明有益效果在于：提供了一种用于深孔加工的专用润滑设备，设有一套高压的脉冲式油雾发生装置，更高的压力差能够补充油雾供应量，保证足够的油雾量供应，解决深孔加工过程中普通MQL装置无法有效供应足够的油雾量、改善刀具寿命、提高生产效率等问题，同时由于气动脉冲式的瞬间冲力作用，非常有利于切屑的排除。

附图说明

图1是本发明第一实施例中高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统的结构示意图。

图2是图1中一个文丘里雾化喷头的局部结构示意图。

图3是本发明第二实施例中高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统的结构示意图。

图中：气体输送开关1；过滤器2、8、15；压力感应器3；电磁阀4、11、34；空气增压泵5、12；气罐6、13；安全排气阀7、14、23；单向阀10、16、32；流量调节阀17；控制阀18a、18b；压力传感器19；文丘里雾化喷头20a、20b；油雾输送管21；油雾输送开关22；加油口24、35；油雾25；雾化室26；隔板27；主轴接头28；内冷空心主轴29；内冷刀具30；液位感应器31；油泵33；切削油36；油液输送管37；油箱38；油管39；进气管40；输气管41、42；旁通管51、52；PLC 60；通孔270；进气口201；吸油口202；喷射出口203；油雾出口260。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但并不是把本发明的实施范围局限于此。

[第一实施例]

如图1所示，本发明第一实施例提供的高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统，适合于对深孔加工的内冷刀具进行润滑冷却和排屑，该系统包括：

雾化室26，雾化室26内装有切削油36，雾化室26的内腔上部设有至少两个文丘里雾化喷头20a、20b。本实施例中，以两个文丘里雾化喷头20a、20b为例，但本发明不限于此。请结合图2，每个文丘里雾化喷头20a、20b具有进气口201、吸油口202和喷射出口203；

第一输气管41，第一输气管41的一端与压缩空气源连接，第一输气管41的另一端与该两个文丘里雾化喷头20a、20b中的其中一个文丘里雾化喷头20a的进气口201连通；

第一空气增压泵5、第一气罐6和第一控制阀18a，第一空气增压泵5、第一气罐6和第一控制阀18a连接在第一输气管41上，第一空气增压泵5的入口与压缩空气源连接，第一空气增压泵5的出口与第一气罐6连接，第一空气增压泵5将压缩空气源的气体进行低倍(如2X)增压后储存到第一气罐6中，第一控制阀18a连接在第一气罐6的出口端，第一控制阀18a控制第一输气管41的导通与关断；

第二输气管42，第二输气管42的一端与压缩空气源连接，第二输气管42的另一端与该两个文丘里雾化喷头20a、20b中的另一个文丘里雾化喷头20b的进气口201连通，与第二输气管42相连的文丘里雾化喷头20b的喉部内径小于与第一输气管41相连的文丘里雾化喷头20a的喉部内径；

第二空气增压泵12、第二气罐13和第二控制阀18b，第二空气增压泵12、第二气罐13和第二控制阀18b连接在第二输气管42上，第二空气增压泵12的入口与压缩空气源连接，第二空气增压泵12的出口与第二气罐13连接，第二空气增压泵12将压缩空气源的气体进行高倍(如4X)增压后储存到第二气罐13中，第二控制阀18b连接在第二气罐13的出口端，第二控制阀18b控制第二输气管42的导通与关断，且第二控制阀18b设置成反复打开与关闭使得与第二输气管42相连的文丘里雾化喷头20b进行脉冲式工作；

油液输送管37，油液输送管37的底端与雾化室26的底部连通，油液输送管37的顶端分别与该两个文丘里雾化喷头20a、20b的吸油口202连通。

如图2所示，本实施例采用的文丘里雾化喷头20a、20b是一种使两种流体高效充分混合的专用设备，本身没有运动部件，当气流通过一个由大渐小然后由小渐大的管道时文丘里管喉部，气流经狭窄部分时流速加大，压力下降，使前后形成压力差，当喉部有一更小管径的入口时，形成负压，将切削油36从雾化室26内通过油液输送管37吸取上来并从吸油口202进入文丘里雾化喷头20a、20b混合，在文丘里雾化喷头的文丘里作用下形成油雾颗粒，由压缩气体带动下喷射进入雾化室26内，形成微细油雾25。

本实施例中文丘里雾化喷头20b的喉部内径小于文丘里雾化喷头20a的喉部内径，即文丘里喉部内径20b<20a。其中，喉部位置为对应于文丘里雾化喷头的内径最小位置处，如图2中的C处所示。

进一步地，第一控制阀18a为电磁阀，该系统还包括：

压力传感器19，压力传感器19用于检测雾化室26内的油雾压力；

PLC 60，PLC 60分别与第一控制阀18a和压力传感器19电信号连接，PLC 60根据雾化室26内油雾压力的大小，控制第一控制阀18a的开启与关闭。

本实施例中第一空气增压泵5用于对压缩空气进行低倍(2X)增压，以产生低倍增压空气。雾化室26设有压力传感器19，当雾化室26内压力值小于设定的上限时，由PLC 60控制打开第一控制阀18a使文丘里雾化喷头20a保持持续工作状态，当雾化室26内压力值大于设定的上限时，由PLC 60控制关闭第一控制阀18a使文丘里雾化喷头20a不工作。当内冷刀具30出口排放量小于进气量时，此功能可以控制雾化室26的压力值，从而保证了雾化室26与进气端的最小压力差。

进一步地，第二控制阀18b为电磁阀，PLC 60与第二控制阀18b电信号连接，PLC 60控制第二控制阀18b在打开一段时间后关闭，在关闭一段时间后打开，如此循环使第二控制阀18b反复地打开与关闭。例如，PLC 60可以通过控制第二控制阀18b不断地得电与失电，进而控制第二控制阀18b不断反复地打开与关闭。

在其他实施例中，第二控制阀18b也可以与一时间继电器(图中未示)相连，由该时间继电器控制第二控制阀18b在打开一段时间后关闭，在关闭一段时间后打开，如此循环使第二控制阀18b反复地打开与关闭。此时，该时间继电器起到一个定时控制器的作用。

本实施例中第二空气增压泵12用于对压缩空气进行高倍(4X)增压，以产生高倍增压空气。文丘里雾化喷头20b的工作状态由PLC 60或时间继电器控制第二控制阀18b循环打开与关闭，这种脉冲式工作方式能够解决油雾量及气量供应不足的问题，有利于排屑及更有效的润滑；例如，当内冷刀具30的内冷孔很小很深时，会导致内冷刀具30出口的气量油雾量减少及气压下降，所以此时就需要更高的压力差来提升雾化室26的油雾浓度和气压，而高倍(4X)增压供应方式就可以达到这样的效果。

第二控制阀18b可由PLC 60或时间继电器设置成几秒钟打开和几秒钟关闭，以这样反复打开与关闭的方式来使文丘里雾化喷头20b进行脉冲式工作，这样可以解决小孔径内冷刀具出现油雾量不够的问题，还可以瞬间加大压力对排屑更有利。

当内冷刀具30的内冷孔很大时，第二控制阀18b可由PLC 60或时间继电器设置成打开时间为最长，关闭时间设为最小或零，这样可使文丘里雾化喷头20b转变成持续工作，并配合文丘里雾化喷头20a一起工作保证油气的供应量。

本实施例中，第一空气增压泵5产生低倍增压空气，第一输气管41对应为低倍增压气路；第二空气增压泵12产生高倍增压空气，第二输气管42对应为高倍增压气路；文丘里雾化喷头20b的喉部内径小于文丘里雾化喷头20a的喉部内径。高倍增压气路主要是为了增加雾化室26的油雾浓度，所以文丘里雾化喷头20b的喉部内径小于文丘里雾化喷头20a的喉部内径时不会给雾化室26增加过大压力，更多作用只是增大了油雾，所以也不会过多影响雾化室26内与低倍增压气路之间的压力差。

进一步地，该系统还包括进气管40，进气管40的一端与压缩空气源连接，进气管40的另一端分别与第一输气管41和第二输气管42连接，进气管40上设有气体输送开关1，第一输气管41上设有电磁阀4，电磁阀4位于第一空气增压泵5的入口端，第二输气管42上设有电磁阀11，电磁阀11位于第二空气增压泵12的入口端，PLC 60分别与电磁阀4和电磁阀11电信号连接。

其中，气体输送开关1可以是手动球阀，在设备工作之前通过人工手动打开，且在设备工作时一直处在打开状态。

进一步地，进气管40上连接有过滤器2，过滤器2位于气体输送开关1的后端；第一输气管41上连接有过滤器8，过滤器8位于第一空气增压泵5的出口端；第二输气管42上连接有过滤器15，过滤器15位于第二空气增压泵13的出口端。

其中，气体输送开关1、过滤器2、电磁阀4、第一空气增压泵5、第一气罐6、过滤器8、第一控制阀18a通过第一输气管41依次连接到雾化室26中的文丘里雾化喷头20a。气体输送开关1、过滤器2、电磁阀11、第二空气增压泵12、第二气罐13、过滤器15、第二控制阀18b通过第二输气管42依次连接到雾化室26中的文丘里雾化喷头20b。

进一步地，该系统还包括：

第一旁通管51，第一旁通管51与第一输气管41并联，第一旁通管51的一端与压缩空气源连接，第一旁通管51的另一端与第一气罐6连接，第一旁通管51上设有第一单向阀10；

第二旁通管52，第二旁通管52与第二输气管42并联，第二旁通管52的一端与压缩空气源连接，第二旁通管52的另一端与第二气罐13连接，第二旁通管52上设有第二单向阀16。

其中，气体输送开关1、过滤器2、单向阀10、第一气罐6依次连接在一起。气体输送开关1、过滤器2、单向阀16、第二气罐13依次连接在一起。当空气增压泵5、12出现故障不工作时，常压压缩空气就会从单向阀10、16进入气罐6、13，当出现这种情况后，也不会使加工时出现无气无油状态，防止导致刀具磨损加快或断刀等损失。

进一步地，雾化室26设有油雾出口260，该系统还包括：

油雾输送管21，油雾输送管21的一端与油雾出口260连接；

油雾输送开关22、内冷空心主轴29和内冷刀具30，油雾输送管21、油雾输送开关22、内冷空心主轴29和内冷刀具30依次连接。油雾25从雾化室26出来经过油雾输送管21、油雾输送开关22、主轴接头28、内冷空心主轴29到达内冷刀具30，通过内冷刀具30的内冷孔喷射到加工区域，实现冷却润滑和排屑的作用。

本实施例中，油雾输送开关22可以是气动球阀，油雾输送开关22与PLC60电信号连接，在加工过程中，可以由PLC 60自动控制油雾输送开关22打开或关闭，以实现油雾25的输送。

进一步地，雾化室26内固定有隔板27，隔板27的中部开设有多个贯穿其上下表面的通孔270。雾化室26内的微细油雾25中，有部分油雾颗粒会聚集成切削油滴，雾化室26中隔板27上开有均匀的小孔，油雾形成的液滴可以经过此孔收集在下面的油液区域。

本实施例中，油液输送管37为至少两根，该至少两根油液输送管37的底端均与雾化室26的底部连通，该至少两根油液输送管37的顶端分别与该至少两个文丘里雾化喷头20a、20b的吸油口202连通，该至少两根油液输送管37上均设有流量调节阀17。当内冷刀具30加工不需过大的油雾量时，可以手动调节流量调节阀17来控制每条油液输送管37出油量的大小，达到多种模式的油量调节，更加精准的控制了用油量，并有效节省了用油量，进一步降低了成本。

进一步地，该系统还包括油箱38、油泵33和多个液位感应器31a、31b、31c，该多个液位感应器31a、31b、31c安装在雾化室26内部，油箱38和油泵33通过油管39连接到雾化室26，PLC 60分别与该多个液位感应器31a、31b、31c和油泵33电信号连接，PLC 60根据该多个液位感应器31a、31b、31c感应到的液面位置判断雾化室26内切削油36的量，进而控制油泵33开启或停机以实现为雾化室26自动加油。

油管39中还设置有电磁阀34和单向阀32，其中油箱38与电磁阀34、油泵33、单向阀32通过油管39连接到雾化室26。PLC 60还与电磁阀34电信号连接。在需要给雾化室26加油时，PLC 60控制电磁阀34打开且同时控制油泵33启动。

本实施例中液位感应器为三个，三个液位感应器31a、31b、31c设置在在雾化室26中接近底部和接近隔板27之间。其中，液位传感器31a的位置最高，液位传感器31c的位置最低，液位传感器31b的位置介于液位传感器31a与液位传感器31c之间。根据液位传感器31a、31b、31c感应到的液面位置，当传感器31b收到液面信号时反馈给PLC 60，PLC 60控制油泵33开启自动加油。当传感器31a收到液面信号时反馈给PLC 60，PLC 60控制油泵33停止加油。当传感器31c收到液面信号时说明自动加油功能出现故障，需要进行停机处理。

本实施例根据雾化室26中液位传感器31a、31b、31c感应到的液面位置，当雾化室26中油位在低液位时，由系统打开电磁阀34，油泵33进行自动抽油；当雾化室26中油位在高液位时，由系统关闭电磁阀34，油泵33停止抽油。此功能可实现设备不间断工作。

该系统还设置有安全排气阀7、14、23，安全排气阀7、14、23分别安装在第一气罐6、第二气罐13及雾化室26的顶部。当第一气罐6、第二气罐13及雾化室26内的压力超过限值时，安全排气阀7、14、23自动打开排气泄压，维护系统安全。

另外，在常压压缩空气管道上还装有压力感应器3，当压力感应器3感应不到压力或感应到压力低于设定值时，发出报警，提醒工作人员检查气源。雾化室26和油箱38上还分别设有加油口24、35；通过加油口35可以为油箱38加注切削油36；在自动加油功能失效时可以临时通过加油口24为雾化室26加注切削油36。

使用本实施例提供的高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统进行深孔加工时，刀具内冷孔极小，由于此系统的高倍(4X)压缩空气增压出气端会比低倍(2X)压缩空气增压出气端的压力大很多，这时雾化室26会和使用高倍增压的文丘里雾化喷头20b进气端产生足够大的压力差，从而文丘里雾化喷头20b就会有更快的气流速度和更大的吸油能力，同时又对雾化室26进行了加压，这样就可以解决因内冷刀具30孔径小不能喷出足够气量、油雾量的问题。

本实施例在普通压缩空气(0.5～0.8Mpa)的基础上提供低倍(2X)增压及高倍(4X)增压方式进行供应油雾，高倍(4X)采取脉冲式的工作方式，此类高倍增压配件成本低不会增加用户购买时的配件成本。根据气压脉冲原理，瞬间加大的压缩空气压力能够为雾化室内提供足够的油雾供应，同时加大了油雾压力有利于排屑，为深孔加工过程中提供有效的高压辅助润滑系统。另外，本系统还设有油液量过少报警、自动加油功能和安全排气装置等。

[第二实施例]

如图3所示，本发明第二实施例提供的高压气动脉冲式微量润滑油雾供应系统与上述第一实施例基本相同，不同之处在于，本实施例中，油液输送管37为一根，油液输送管37的顶端设有至少两个分支管，该至少两个分支管分别与该至少两个文丘里雾化喷头20a、20b的吸油口202连通，该至少两个分支管上均设有流量调节阀17。相较第一实施例，本实施例可以减少油液输送管37的数量，结构更简单。

本实施例的其余结构以及工作原理均与第一实施例相同，这里不再赘述。

上述实施方式只是发明的实施例，不是用来限制发明的实施与权利范围，凡依据本发明专利所申请的保护范围中所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本发明专利范围内。