專(zhuān)利名稱(chēng)：切削機(jī)床和磨床中冷卻液的分離和回收的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在一切削機(jī)床和一磨床中供給冷卻液、及其分離和回收的裝置，特別涉及一種用于向在切削刀具等類(lèi)似物與工件之間的接觸區(qū)供入一冷卻液流的方法和裝置，還涉及在供給之后自動(dòng)分離和回收冷卻液的方法及裝置。
背景技術(shù)：
在機(jī)械加工中，對(duì)于縮短工時(shí)、減少因加工導(dǎo)致的應(yīng)變起主要作用的因素是要增強(qiáng)一切削刀具或研磨刀具與一工件之間的接觸潤(rùn)滑并加速摩擦熱的散失或加速冷卻。也即，從略微損壞表面層得以改善切削條件的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，如果允許冷卻液從各個(gè)方向流入主剪切區(qū)并被產(chǎn)生的宏觀(guān)裂縫或孔隙吸入就會(huì)降低表面能量并可阻止相互粘附。這種剪切區(qū)內(nèi)的脆化作用有助于增加剪切角，降低切削片厚度和降低切削力。另一方面因?yàn)榈毒咴谝还ぜ谋砻嫔纤矔r(shí)產(chǎn)生一個(gè)塑性變形和剪切變形域，對(duì)刀具要接觸的瞬時(shí)塑性變形和剪切變形進(jìn)行有效地冷卻和潤(rùn)滑就極為重要。
然而，在常規(guī)金屬加工機(jī)床中，通過(guò)一個(gè)噴咀直接注入這種瞬時(shí)域(刀具接觸區(qū)域)的冷卻液由于刀具或工件的旋轉(zhuǎn)而被甩棄，并只能膚淺地沿刀具和工件的表面滑過(guò)，因此很難說(shuō)冷卻液能夠有效地冷卻和潤(rùn)滑。

發(fā)明內(nèi)容
為了確保金屬加工機(jī)床內(nèi)的冷卻液能夠形成其作為一種具有理想的抗離心力流動(dòng)性的薄膜成形流從旋轉(zhuǎn)表面到達(dá)刀具/工件接觸區(qū)的方式，并令人滿(mǎn)意地進(jìn)入剪切區(qū)，發(fā)明人用實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)造了各種用于試驗(yàn)研究的不同條件的冷卻液。
結(jié)果是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在一種冷卻液中連續(xù)地混入空氣可以降低液體的質(zhì)量，所以由于液體沖擊到鄰接刀具接觸區(qū)的旋轉(zhuǎn)體時(shí)降低了的離心力，氣泡爆裂而向四周?chē)姙R的液滴，以及流向刀具接觸區(qū)同時(shí)也進(jìn)入狹窄的前切區(qū)的液體使得液體冷卻劑很難被甩棄，因此改善了的潤(rùn)滑。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)余留的氣泡附著在異物上(如切屑)以增強(qiáng)液體的流動(dòng)性和浮力，因此有助于冷卻液的分離和回收。
相應(yīng)地，本發(fā)明的第一方面提供了一種向一切削機(jī)床或一磨床供給一種冷卻液的方法，其特征是通過(guò)在切削或磨削操作中的一加工區(qū)進(jìn)給一種其中不斷形成氣泡的冷卻液，氣泡撞擊到加工區(qū)上爆裂時(shí)加速氣泡在各方向的噴濺，同時(shí)加快被加速的噴濺液體粒子進(jìn)入一切割刀具/工件的壓力接觸平面，由此改善了所述加工區(qū)的冷卻和潤(rùn)滑，所以在未到達(dá)加工區(qū)的冷卻液或盡管到達(dá)未加工區(qū)但留下輸送給回收管道的冷卻液中的氣泡可附著在上述液體中懸浮的異物上由此可以加快這些異物浮出表面。
然后，為使冷卻液被流暢地注入加工區(qū)，發(fā)明人試著不直接地從一噴咀噴向加工區(qū)而是使之以流體形式進(jìn)入加工區(qū)。為此目的設(shè)計(jì)出一噴咀以將冷卻液噴向包圍著加工區(qū)的非旋轉(zhuǎn)周邊區(qū)域。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在噴咀內(nèi)部有一種冷卻液的散粒性湍流，且通過(guò)冷卻液的螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，使到達(dá)周?chē)鷧^(qū)域的冷卻劑就象旋轉(zhuǎn)狀蠕動(dòng)一樣移動(dòng)至包括轉(zhuǎn)動(dòng)工具在內(nèi)的中心區(qū)域。
所以本發(fā)明的另一方面提供一種向一切削機(jī)床一磨床供給冷卻液的方法，即在連接一垂直主軸的銑刀或研磨工具上方安設(shè)一用來(lái)發(fā)射冷卻液的環(huán)狀噴咀，使其對(duì)一實(shí)質(zhì)上同軸位置正面向下，延伸至出口的所述噴咀的內(nèi)壁由彎曲表面和扭曲通道形成以產(chǎn)生湍流，輸送出的冷卻液通常成為散粒性湍流匯合而成的渦流通過(guò)所述出口向下排出，因此形成了包圍所述銑刀和研磨工具且其低端抵達(dá)工件表面的冷卻液的渦流的圓柱罩，使至少一部分所述渦流從所述圓柱罩的低端沿工件表面旋轉(zhuǎn)著向中心區(qū)流動(dòng)直到饋送至和銑刀或研磨工具接觸的加工區(qū)，這至少一部分所述的渦流連同沿工件表面分散的加工切屑和摩擦熱一起被排出所述圓柱罩外。
在上述設(shè)置中，圓柱罩本身就有助于形成所述表面盤(pán)旋流，也可通過(guò)封閉因切削使工件表面的油或油膜焦化產(chǎn)生的煙而防止環(huán)境污染。當(dāng)然，很明顯的是如果在被送入所述圓柱罩內(nèi)的冷卻液中能生成氣泡，則將冷卻液送至加工區(qū)的盤(pán)旋流的效果和由氣泡所引起的上述影響會(huì)同時(shí)增強(qiáng)。
為利用所述冷卻液供給方法而發(fā)明出的噴咀結(jié)構(gòu)形成一個(gè)用以向下排放冷卻液的環(huán)狀噴咀，此噴咀適宜于安裝在上方并與連接一垂直主軸的銑刀或研磨工具同軸。所述噴咀包括(a)限定一環(huán)形進(jìn)液室的進(jìn)液環(huán)，(b)軸向鄰接所述環(huán)狀進(jìn)液室的環(huán)狀管道，包括至少兩個(gè)在軸對(duì)稱(chēng)位置與所述進(jìn)液室連通的引入路徑，分別與所述引入路徑連通并在同一方向上扭曲的向外或向內(nèi)扭曲管道，和與所述扭曲管道終端連通的環(huán)狀湍流形成部分，(c)與所述環(huán)狀管道內(nèi)的湍流形成部分的各環(huán)形面積相連通的噴咀環(huán)，該噴咀環(huán)限定出向下并向內(nèi)或向外開(kāi)口的環(huán)狀噴咀空間，(d)由管道環(huán)內(nèi)的湍流形成部分延展到所述噴咀空間的管道壁具有至少一個(gè)彎曲表面和徑向彎曲背面以形成湍流，由此被輸送的冷卻液從所述的噴咀空間排出，通常成為散粒性湍流匯合而成的渦流，形成由所述湍流構(gòu)成并包圍所述銑刀和磨削刀具的基本呈圓柱狀的罩。
另外，發(fā)明人已注意到一個(gè)事實(shí)，即冷卻液的有效循環(huán)供給即建立一個(gè)足以在通常的循環(huán)過(guò)程中將異物如，切屑和磨屑及流動(dòng)油從被送入加工區(qū)后又被回收的冷卻液中分離出來(lái)的系統(tǒng)是減少機(jī)器停工時(shí)間進(jìn)行清潔管道、更換液體或再提供添加劑(防銹劑、潤(rùn)滑劑等)等等，確保有效順暢地供給冷卻液的一個(gè)重大因素，從而引導(dǎo)發(fā)明人研制出連同在冷卻液中混入氣泡的方法使用的分離和回收裝置。
所以，本發(fā)明的另一目的是提供一種對(duì)切削機(jī)床或磨床中的冷卻液的分離和回收裝置，以收集送入加工區(qū)的冷卻液再?gòu)钠渲袑㈦s質(zhì)分離出去并排放冷卻液，所述分離和回收裝置包括(a)在冷卻液被使用后接收冷卻液的進(jìn)流箱；(b)一排套筒束連通箱包括至少一組兩個(gè)設(shè)置在所述進(jìn)流箱下游或與其組合的互連箱，其中具有一基本上似蜂窩狀的橫截面并穿過(guò)兩互連箱之間的間壁延展的套筒束被設(shè)置為從上游箱延伸至下游箱并略朝向上方；(c)一排開(kāi)口連通箱包括至少一組兩個(gè)設(shè)置在所述進(jìn)流箱下游或與其組合的互連箱，其中所述兩互連箱之間的間壁上的連通口具有一下端邊和一上端邊，下端邊較箱底的水平略高，而上端邊則比調(diào)至最終溢流水平的正常液面水平略低；(d)在多組系列互連箱中通過(guò)所述套筒束或所述開(kāi)口連接后達(dá)到一最后終端的出流箱，包括所述套筒互連通箱排與所述開(kāi)口互連箱排的結(jié)合，所述出流箱具有一用以在最終溢流水平上排放已分離和回收的冷卻液的出流口；(e)一異物分離軸輥包括一具有水平軸線(xiàn)的可旋轉(zhuǎn)軸輥設(shè)置在從多個(gè)所述入流箱至出流箱中至少一個(gè)中，所述軸輥的一部分浸入至少一箱中的冷卻液中另外還結(jié)合一鍍層刮削刀，該刀的前刀刃與軸輥表面露在液面外的那部分相對(duì)，在軸輥表面露出部分與所述刀片之間限定出一非常窄的間隙；(f)所述套筒束的向上的傾斜是使得上游箱中從所述套筒束的低水平入口流入的冷卻液中包含的粘附了異物如切屑的大量氣泡，在浮力作用下頂在很多套筒的頂表面上而形成氣泡團(tuán)，且這些氣泡團(tuán)存留在套筒中時(shí)，又與后來(lái)的氣泡相聚合而越變?cè)酱?，然而所述大量氣泡被流入套筒的液體推動(dòng)在套筒的頂面上向高水平出口方向移動(dòng)，這些氣泡團(tuán)從高水平出口排出匯入下游箱中而成為冷卻劑的形式并最終浮在表面。
在上述設(shè)置中，通常無(wú)需大型裝置如離心分離機(jī)就可實(shí)現(xiàn)固體微粒的分離，同時(shí)又因?yàn)槲词褂孟蠹堖^(guò)濾器這樣的過(guò)濾裝置，不會(huì)出現(xiàn)由于油容物造成過(guò)濾器堵塞而使冷卻劑中的添加劑被除掉。異物刮削刀片與軸輥相對(duì)并在二者之間保留一窄間隙的原因是可使油容物沉積在外周的軸輥表面上形成具有一個(gè)與所述窄間隙對(duì)應(yīng)的厚度的油容物沉積層(基層)，并進(jìn)一步使粘附有切屑或類(lèi)似物的氣泡的油膜很容易地被混在所述基層上，從而形成可以說(shuō)是同一物質(zhì)的群落。所以，在軸輥穿過(guò)冷卻液的頂層時(shí)在周邊軸輥表面上每一部分上的被注入而形成的異物一出現(xiàn)在液體表面上并到達(dá)刀片時(shí)就會(huì)被刮掉。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)當(dāng)被細(xì)分的含有氣泡的冷卻液的湍流呈基本為矩形截面的方式涌出以從連接在一軸向至少延展至所述加工區(qū)的區(qū)域上的車(chē)床的加工部位的旋轉(zhuǎn)周邊表面上方進(jìn)行沖擊時(shí)，湍流的膜就象沿旋轉(zhuǎn)周邊表面和切削刀具徐徐前進(jìn)一樣朝刀具/工件接觸區(qū)域移動(dòng)。
也即，本發(fā)明的另一方面提供一種向車(chē)床供給冷卻劑的方法，包括如下步驟在車(chē)床的工作卡盤(pán)上方設(shè)置一噴咀，所述噴咀包括一基本為矩形截面的排出口，和一個(gè)內(nèi)壁上的收縮曲面部分延展至其排出口以便產(chǎn)生湍流，還包括非緊固安裝的剛性或彈性材料制成的舌件，該舌件橫在所述排出口的截面中并向外突出，由此所述的噴咀被設(shè)計(jì)成使通過(guò)所述收縮曲面部分的上游入口收到的冷卻液從所述排出口成散粒湍流的匯流而排出，而當(dāng)冷卻液流經(jīng)所述舌件時(shí)有氣泡被包含而進(jìn)入冷卻液中，所述基本為矩形截面的排出口的所述橫截面被設(shè)置為基本上與含有車(chē)床主軸并傾斜向下偏離工件投入方向的面正交，從所述噴咀排出冷卻液沖擊所述卡盤(pán)的周邊表面并至少軸向延展到加工區(qū)的區(qū)域，從而形成包圍卡盤(pán)和工件的周邊表面的含有氣泡的冷卻的湍流膜，至少部分所述含有氣泡的湍流沿卡盤(pán)表面和工件表面移動(dòng)從而被送入與切削刀具接觸的加工區(qū)內(nèi)，然后帶著切屑和摩擦熱朝向冷卻液回收管道流出。
為上述向車(chē)床供給冷卻液的方法所發(fā)明的冷卻液供給噴咀包括，至少一個(gè)具有基本呈矩形截面的排出口和剛性或彈性材料制成的橫在排出口的截面中并突向外側(cè)的舌件的噴咀，所述舌件非緊固地安裝在所述排出口中；和具有與所述至少一個(gè)噴咀連通的供給室的主體和在所述供給室內(nèi)的冷卻液接收入口，
供給室的內(nèi)壁從所述接收口延展至所述排出口，且噴咀的內(nèi)壁形成收縮曲面部分，從所述接收口收到的冷卻液被從所述排出口成為散粒湍流的匯流而排出。在冷卻液流經(jīng)所述舌件時(shí)有氣泡被包含而進(jìn)入冷卻液中，冷卻液的排出流沖擊到與接觸切削刀具的加工區(qū)續(xù)接的旋轉(zhuǎn)周邊表面上，同時(shí)也沖擊到切削刀具上以形成含有氣泡的湍流膜至少部分所述包含氣泡的湍流沿旋轉(zhuǎn)周邊表面和切削刀具移動(dòng)，直到它被送入所述加工區(qū)。


圖1為顯示本發(fā)明的冷卻液供給系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理的示意圖；圖2為顯示本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)中使用的冷卻液供給噴咀的橫截面結(jié)構(gòu)的局部剖視圖；圖3為圖中沿A-A，B-B，C-C和D-D方向的局部剖視的組合示意圖；圖4為顯示從圖1至圖3中的冷卻液供給噴咀中流出的冷卻液的圓柱罩和表面盤(pán)旋流的側(cè)視圖；圖5為圖4中的圓柱罩和表面盤(pán)旋流的平面圖；圖6為顯示冷卻液的分離和回收箱的典型實(shí)施例的平面圖；圖7為圖6中沿E-E線(xiàn)的垂直剖面圖；圖8為在圖6和7中所示的分離和回收箱中具有基本呈蜂窩狀的橫截面的套筒束的透視圖；圖9為顯示包括圖6和圖7中所示的分離和回收箱中的可旋轉(zhuǎn)軋輥和刀片的異物分離軋機(jī)結(jié)構(gòu)的局部剖視圖；圖10為體現(xiàn)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)原理的第一安裝實(shí)施例的示意圖；圖11為體現(xiàn)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)原理的第二安裝實(shí)施例的示意圖；圖12為體現(xiàn)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)原理的第三安裝實(shí)施例的示意圖；圖13為顯示本發(fā)明的冷卻液供應(yīng)機(jī)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)原理的外形的側(cè)視圖；圖14為在圖13所示裝置中使用的冷卻液供給噴咀的平面視圖；圖15中，(a)為圖14中沿F-F線(xiàn)固定噴咀的垂直剖面圖，(b)為圖15(a)中沿G-G線(xiàn)的局部剖視平面圖；圖16為顯示圖14中的冷卻液供給噴咀的整體結(jié)構(gòu)的剖視平面圖；圖17為體現(xiàn)圖13中的另一結(jié)構(gòu)原理的第四安裝實(shí)施例的剖視平面圖；圖18為體現(xiàn)圖13中的另一結(jié)構(gòu)原理的第五安裝實(shí)施例的剖視平面圖；圖19為體現(xiàn)圖13中的另一結(jié)構(gòu)原理的第六安裝實(shí)施例的剖視平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中顯示了本發(fā)明的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，標(biāo)號(hào)1為可儲(chǔ)存冷卻液的大容量主箱；2為冷卻泵(P1)，本例中，被用作吸入空氣，在冷卻液中產(chǎn)生氣泡并將冷卻液送入一環(huán)狀噴咀3。環(huán)狀噴咀3(下文將詳細(xì)介紹)被用來(lái)將從泵P1送入的冷卻液以基本上由散粒性湍流匯合而成的渦流構(gòu)成的圓柱罩4的形式向下噴出，沖擊到工件5的表面上。工件5在一個(gè)可移動(dòng)平臺(tái)6上被一銑刀7切割，本例中，銑刀7是強(qiáng)力切削工具，且支撐銑刀的主軸8穿過(guò)環(huán)狀噴咀3。下端沖擊到工件表面上的冷卻液的大部分圓柱罩4以表面盤(pán)旋流的方式朝中心移動(dòng)，以被充分地送至在銑刀7的切割邊的工件5之間的接觸處。冷卻液被這樣送至工件后，以正弦曲線(xiàn)形式堆疊起來(lái)排放到圓柱罩外的冷卻液，連同最初即被引向外方的冷卻液的那部分一起經(jīng)過(guò)工件5和可移動(dòng)平臺(tái)6向下流動(dòng)，在本例中流入類(lèi)似水槽的外周槽9，并被第二冷卻泵(P2)通過(guò)吸收口10引上來(lái)，最終到達(dá)一分離和回收箱11。在下文將要細(xì)述的分離和回收箱11中，使從其中將異物如油和切屑等清除掉后，冷卻液即通過(guò)灌注口12被送回大容量箱1。
在基本結(jié)構(gòu)的上述例子中，作為圓柱罩4被供應(yīng)的冷卻液最好含有大量由于冷卻泵2的空氣吸入運(yùn)作而形成的氣泡。所以，被送至銑刀7和工件5之間的接觸處的含有大量氣泡的冷卻液因其質(zhì)量較小而從工具旋轉(zhuǎn)中承受的離心力就較小，這使得冷卻液更易于被滲入工具/工件接觸區(qū)。在本例中，在氣泡爆裂時(shí)產(chǎn)生的飛濺的液體通過(guò)加速運(yùn)動(dòng)較容易進(jìn)入細(xì)微的裂縫中。另外，這種結(jié)構(gòu)設(shè)置可通過(guò)爆破更利于熱量的散失，而如前所述的潤(rùn)滑和熱量散失可增強(qiáng)刀具的切割性能，從而可使用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行有效地高速切削。當(dāng)然，切削熱即被從加工區(qū)排出的冷卻液流持續(xù)地帶走。供給這樣的含有氣泡冷卻液的效果不僅可通過(guò)本發(fā)明中的通過(guò)圓柱罩4形成一般盤(pán)旋流的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)還可通過(guò)以前已實(shí)踐過(guò)的向切削點(diǎn)直接射出一噴咀噴射流13實(shí)現(xiàn)。還有，如前所述通過(guò)泵2的吸氣運(yùn)作可有效地實(shí)現(xiàn)在冷卻液中形成氣泡，但除了這一點(diǎn)外，也可通過(guò)使回收管傾注口14與箱11的液面水平之間的高水位差及分離和回收箱11出口處的灌注口12與大容易箱1的液面水平之間的水位差達(dá)到足夠大，以產(chǎn)生一傾注沖擊來(lái)實(shí)現(xiàn)在冷卻液中形成氣泡。
圖2詳細(xì)地展示了用于冷卻液的環(huán)狀噴咀3的剖面結(jié)構(gòu)。在本例中，環(huán)狀噴咀3的內(nèi)部周邊表面的主體部分由主軸蓋15的外周邊表面支撐。環(huán)狀噴咀3包括一上端處的進(jìn)液環(huán)16一中間管路環(huán)17和一噴咀環(huán)19。進(jìn)液環(huán)16形成一環(huán)狀進(jìn)液室20以從上進(jìn)液口21接收冷卻液。管路環(huán)17連接進(jìn)液環(huán)16從而其上端面限定進(jìn)液室20的面。至少一條，或如本例中的六條，冷卻液引入通道22被限定為從上端延長(zhǎng)至下端，由此限定出在引入通道22的下端以統(tǒng)一的旋轉(zhuǎn)方向扭曲的向外扭曲管路23。在包括引入通道22和管路環(huán)17中的扭曲管路23徑向范圍外的區(qū)域中，有一條相對(duì)較大的管路作為湍流形成部分24。彎頭環(huán)18主要部分的上表面限定了扭曲管路23和湍流形成部分24的底面，而它的外端，位于在它與湍流形成部分24的外周壁之間形成一環(huán)狀排放通道25之外，限定出一向上突出部分26和一向內(nèi)折回部分27。所以，從扭曲管路23中流出的在一預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向扭曲的向內(nèi)冷卻液流沖擊到彎頭環(huán)路的向上突出部分26的內(nèi)表面上并向內(nèi)折回，繞圍向內(nèi)折回部分27以向外彎折最終作為極細(xì)微的盤(pán)旋流的匯流或小端的匯流通過(guò)一環(huán)狀排放通道流出。噴咀環(huán)19具有限定出連接管路環(huán)17外壁的外壁28與彎頭環(huán)18的下端面之間的向內(nèi)和向下傾斜噴咀空間29的傾斜板面30。因?yàn)閮A斜板面30的前端31急劇地向下傾斜，而且排向排出通道上的冷卻液是旋轉(zhuǎn)的，使所述冷卻液的大部分因自身重力作用而形成圓柱形向下盤(pán)旋的流動(dòng)而排出。
圖3為順序顯示在所述環(huán)狀噴咀中的冷卻液流的幾個(gè)水平截面的組合圖，其中首先在A(yíng)中通過(guò)進(jìn)水口21流入的冷卻液進(jìn)入一垂直引入通道22而向下流動(dòng)，冷卻液離開(kāi)所述引入通道22的下端；如B截面中所示，穿過(guò)扭曲管路23，在本例中作為逆時(shí)針流進(jìn)入湍流形成部分24；并如截面C中所示，從所述湍流形成部分24向內(nèi)，向外彎折以到達(dá)連接噴咀空間29的外層排放間隙31；并從排放間隙31，如截面D中箭頭所示，穿過(guò)噴咀空間29直到它作為一渦流先向內(nèi)再向下地排放出來(lái)，這一點(diǎn)在下端描述中會(huì)易于理解。
圖4和圖5為從環(huán)狀噴咀排出的圓柱罩4和表面盤(pán)旋流的狀態(tài)細(xì)節(jié)圖，如圖4所示，作為圓柱罩4排出的冷卻液在其自重，離心力和旋轉(zhuǎn)速度的作用下通常以漸縮的鐘形渦流形式落下，并在它含有大量氣泡情況下，設(shè)想成為云霧狀態(tài)而沖擊到工件5的表面。大部分沖擊到工件5表面的冷卻液以渦流旋轉(zhuǎn)方向盤(pán)旋著向中心行進(jìn)，覆蓋了刀具7的下部，在圖4中標(biāo)號(hào)32處呈現(xiàn)為一墩。每當(dāng)該墩的高度增至一定高度時(shí)，冷卻液即以正弦曲線(xiàn)的形式流出罩4；這樣，冷卻液在重建成墩的同時(shí)有助于銑刀7和工件5之間的接觸區(qū)的潤(rùn)滑和冷卻。似乎冷卻液沖擊到工件表面形成一股盤(pán)旋流而不是四處飛散的一個(gè)原因是圓柱罩形成了如箭頭33所示的一渦流或扭曲旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)原因是冷卻液在環(huán)狀噴咀中形成了一湍流而導(dǎo)致一股冷卻液的微粒子(一股湍流)流，該微粒子流行進(jìn)就象是以形成于工件表面上細(xì)微粒子團(tuán)的同樣的形式在冷卻液膜上滑行。在切削刀具和工件之間接觸區(qū)的這種持久地充滿(mǎn)著冷卻液的狀態(tài)是至今在常規(guī)直射式噴咀中未曾發(fā)現(xiàn)的它能極大地改善被切削區(qū)域的潤(rùn)滑和冷卻。且如果冷卻液含有氣泡則因氣泡的加入而使?jié)櫥屠鋮s效果會(huì)增加，從而進(jìn)一步改善切削性能。在使用分離和回收箱使冷卻液保持清潔的情況下，利用鍍硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行濕切削的速度可達(dá)300-700米/分，是常規(guī)切削速度150-200米/分的二倍多。另外，已確定因?yàn)槟Σ翢嵋驯怀浞稚⑹Ю鋮s，切屑不是淬火為蘭色而是銀白色。另外，即使冷卻液因沖擊到工件5上或由于刀具旋轉(zhuǎn)而受到震動(dòng)，只要噴射壓強(qiáng)很小或中等，則霧氣(如果有的活)也會(huì)被流動(dòng)的冷卻液吸收，因此很少會(huì)影響工作環(huán)境。另外，因?yàn)閹缀跞可傻臒崃慷急灰运恼舭l(fā)熱的形式帶走，在冷卻液的組分中幾乎沒(méi)有減少；由此冷卻液的再供應(yīng)只需供應(yīng)水或極稀百分比濃度的冷卻液即可。
如圖6和7所示，冷卻液的分離和回收箱11被分成段并具有多個(gè)(本例中為4個(gè))配置在位于緊接著供給口14下方的流入箱34與具有一排放口35的排放箱36之間的套筒束連通箱37、38、39和40。在進(jìn)給箱34與第一連通箱37之間，是由連通口41形成的開(kāi)口連通，連通口41的底邊比底面略高，頂邊比最終的溢流水平略低。連通箱37和38通過(guò)具有基本為蜂窩形橫截面的套筒束(圖8)彼此連通。連通箱38和下一個(gè)連通箱39通過(guò)一相同連通口41又一次連通，連道箱39和再下一個(gè)連通箱40通過(guò)第二個(gè)相同的套筒束42彼此連通。另外，最后的連通箱40和排出箱36通過(guò)如上所述的連通口41彼此連通。最好，在最后在通箱40中，有一異物捕捉帶輸送器43，其垂直前壁處在與套筒束42的出口相對(duì)位置，其上端處在箱中冷卻液面水平的上方，同時(shí)亦在箱的頂邊45的水平的上方。另外，設(shè)置在套筒束連通箱37、38和39的上層區(qū)域的是異物分離軸輥46，其下端略潛入正常水平的冷卻液液面44的下面，被箱頂邊45水平之上的異物分離軸輥粘附在其周邊表面上的物質(zhì)和被帶輸送器43粘附在其上端區(qū)域上的物質(zhì)被圖中以雙點(diǎn)劃線(xiàn)表示的刀片47和48刮去。
在每個(gè)刀片47和每個(gè)軸輥46的上端之間有一小間隙，有一油膜粘附在軸輥46的表面上直至它布滿(mǎn)所述間隙，大量粘附著的細(xì)屑和氣泡的表面上的油膜很容易以絮凝體或群落的形式沉積且在刀片處被刮去。這種現(xiàn)象亦可適用于描述帶輸送器43和刀片48的關(guān)系。用于箱34和37之間，箱38和39及箱40和箱36之間連通的出口用來(lái)阻擋沉積的重的異物和正常漂在表面的輕的異物以防止它們流入下一箱。例如，如果一異物庫(kù)49被設(shè)置在進(jìn)給箱34的底部，則在一適當(dāng)時(shí)間升高所述異物庫(kù)49即可請(qǐng)除沉積物。
通過(guò)串接的箱37、38、39和40從下游向上游側(cè)略向上傾斜，如圖8所示，從而冷卻液通過(guò)其中前行至另一箱時(shí)，粘附著氣泡的油膜上并趨于漂浮的異物沖擊到套筒的上表面并停留在那，但相同的異物隨后又沖擊到相同的位置且直徑增大直到它們被液流拖進(jìn)下游箱，在箱中，異物浮在液面上。
浮在每箱表面的異物，如前所述，粘附在軸輥46表面的油膜上并被截至液面，在液面上被刀片47刮掉。從最后的套筒束42中排出的冷卻劑中的異物粘附在與所述套筒束出口端相對(duì)的帶輸送器的垂直表面上。并被升至液面上然后被刀片48刮掉。另外，緊鄰著每個(gè)套筒束下方設(shè)置的是一個(gè)位于箱底面的加熱器50，作為一個(gè)熱源以可靠地清除套筒束42內(nèi)粘附的異物。這里應(yīng)用了油的粘性隨溫度增加而減小。當(dāng)然，分離和回收箱11可以作為一個(gè)整體被加熱。所述分離和回收箱11可以作為一個(gè)整體被加熱。所述分離和再生箱的設(shè)置僅僅是個(gè)例子，很清楚，套筒束連通箱的數(shù)量可以由圖中的4個(gè)增至6個(gè)或更多，且如果氣泡已經(jīng)存在，僅兩個(gè)箱就夠了。
通過(guò)使用上述分離和回收箱，被循環(huán)使用的冷卻液可以始終保持清潔，由此大量箱的清潔也得以實(shí)現(xiàn)，從而延長(zhǎng)了冷卻液的更新周期。另外，很清楚因未使用油吸收劑，可以采用紙質(zhì)過(guò)濾器或類(lèi)似物，收捕異物的成本可以降低。
圖10至12為體現(xiàn)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)原理的三個(gè)安裝實(shí)例。第一實(shí)施例具有一個(gè)與圖1中的基本設(shè)置不同的液體箱，其中最好含有氣泡的冷卻液從直接安裝在一分離和回收箱101上的冷卻泵P1分別通過(guò)控流閥103和104進(jìn)入所述環(huán)狀噴咀3和常規(guī)型式的輔助噴咀102。標(biāo)號(hào)105為一工件；106為一機(jī)器主體；107為用于銑床上的銑刀；108為主軸；109為一圓柱體；而緊接著機(jī)器主體106下方設(shè)置的箱110不是漏斗形的；它是密封的大容量箱，既是一個(gè)直接和容納冷卻液的主箱，又可在其中安裝一個(gè)第二冷卻泵P2。
在圖11中所示的第二實(shí)施例中，在設(shè)置于機(jī)器主體106下的箱110′內(nèi)形成一分離和回收分部分111，由冷卻泵P2從中吸出的已回收的冷卻液被送入一大容量預(yù)備箱112并被引入加工區(qū)，其余結(jié)構(gòu)與圖10所示第一實(shí)施例中的I相同。
在圖12中所示的第三實(shí)施例中，一分離和回收泵111′被設(shè)置在緊接著機(jī)體106下方，并連接一大容量箱110′，一獨(dú)立冷卻泵P1被單獨(dú)用來(lái)供給冷卻液，其余結(jié)構(gòu)與圖10和11所示實(shí)施例中的相同。
圖13是根據(jù)本發(fā)明用于供給冷卻液的另一種裝置的簡(jiǎn)略側(cè)視圖。在圖13中所示的車(chē)床中，一冷卻液噴咀53從其矩形截面的下端噴咀部分噴出含有氣泡的湍流冷卻液流過(guò)工件夾具55的上周邊部分再軸向流經(jīng)一工件56和至少流至一切削刀具57。沖擊到夾具55、工件56和切削刀具57的周邊部位上的冷卻液形成一流動(dòng)膜粘附在旋轉(zhuǎn)著的周邊表面上，同時(shí)連同其湍流和所含氣泡一起可防止冷卻液四外噴濺，而使冷卻液被流暢地送至切削刀具57和工件56之間的接觸區(qū)。在此系統(tǒng)中也同樣具有圖1至5所示的噴咀的潤(rùn)滑和冷卻效果。另外，若按此系統(tǒng)持續(xù)進(jìn)行切削，從噴咀53噴射出的冷卻液流到切削刀具57上方的刀架上，從而冷卻液會(huì)更令人滿(mǎn)意地被送到所述接觸區(qū)。
圖14至16所示為噴咀53一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，圖13所示的噴咀53的結(jié)構(gòu)顯示了第一噴咀部位53a和圖14中右側(cè)的噴咀主體53b之間的關(guān)系。此第一噴咀部位53a和第二噴咀部位54c均在其下端角具有一其出口段H(圖15)基本為矩形的噴咀開(kāi)口58，冷卻液即通過(guò)此噴咀開(kāi)口向下噴出，如圖13至15(a)所示。標(biāo)號(hào)59所示為插入噴咀開(kāi)口58由剛性或彈性材料制成的振動(dòng)件或舌件，被用來(lái)振動(dòng)或在冷卻液的噴射過(guò)程中產(chǎn)生出含在噴射冷卻液中的氣泡。如圖15所示，振動(dòng)件59只在其上端區(qū)60與噴咀開(kāi)口58的壁面固定，使冷卻液繞其流動(dòng)。如前所述，從外側(cè)看噴咀開(kāi)口58的橫截面是矩形，內(nèi)部是冷卻液的進(jìn)液室，所述進(jìn)液室與主體53b上的冷卻液接受口61相連通，并與第一噴咀部位53a接合在一起構(gòu)成整體。用于湍流形成區(qū)并通達(dá)接收口61的連通口62被限定為其截面比進(jìn)液室的橫截面積為小，從而流入接收口61的冷卻液流經(jīng)此湍流形成區(qū)時(shí)，促使它從進(jìn)液室成為細(xì)粒湍流的匯流而進(jìn)入噴咀開(kāi)口58。如圖15(b)中所示，湍流形成區(qū)的周邊形狀受到限制，從而流入接收口61的冷卻液首先沖擊到主體的背緣63以形成一湍流，然后在受限部位62被載流，由此它作為如前所述的細(xì)粒湍流的匯流通過(guò)噴咀開(kāi)口排出。
如圖14和16所示，第二噴咀部位53c相對(duì)于主體部位53b的角度是可調(diào)的，而包括兩塊噴咀的振動(dòng)板59的平面之間的角度就可被改變以調(diào)整噴射方式，如對(duì)著機(jī)器固定位置處的噴咀53下方的夾具的周邊表面垂直噴射。
圖17至19所示為使用第二噴咀結(jié)構(gòu)的安裝實(shí)例，其中每種情況都是有兩噴咀為兩個(gè)刀架而安裝，有通道使冷卻液直接進(jìn)入這些刀架113a和113b中，通道中還設(shè)置有控流閥114a、114a′和114b。圖中，108′為方軸，201為分離箱和回收箱；210為主箱；212則是預(yù)備箱。如圖17所示的其余結(jié)構(gòu)與圖10中所示體現(xiàn)第一結(jié)構(gòu)原則的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。
圖18和19所示的實(shí)施例具有與圖17中的結(jié)構(gòu)相同的噴咀通道和刀架供給通道，其余的結(jié)構(gòu)按圖11和12中體現(xiàn)第一構(gòu)造原則的第二和第三實(shí)施例中的方式構(gòu)成。
利用本發(fā)明的基本構(gòu)造原則的系統(tǒng)已被證明可極大地減小切削和磨削加工部件的成本，并大大提高加工精度。即已發(fā)現(xiàn)在冷卻性能和潤(rùn)滑性能上的顯著改善可實(shí)現(xiàn)對(duì)薄鐵板的高進(jìn)給率的快速加工，否則若使用強(qiáng)力切削工具就會(huì)出現(xiàn)翅曲。
例如，通常認(rèn)為很難切削的12mm厚，1212mm寬，2424mm長(zhǎng)的SS400板可以在主軸馬力為15kw/n，200mm切削直徑，1.3mm切削深度，500mm/min切削速度和3000mm/min至5000mm/min的切削供給速度下被成功地切削。至于所用刀具可使用商業(yè)中即可獲得的非鍍覆的刀具。
如采用商業(yè)中可得到的鍍覆刀具，則可在15kw/n主軸馬力，1.7mm切削深度，400mm/min切削速率和3560mm/min的切削進(jìn)給速率下切削商業(yè)中有的12mm厚×1212mm寬×2424mm長(zhǎng)的未退火的黑鐵板。而且即使采用了強(qiáng)力切削工具也可使翹曲降至0.1mm以?xún)?nèi)。在粗切削之后，如翹曲被清除，使用一平整的強(qiáng)力切削工具有效地最后完成拋光，就可提高生產(chǎn)率。
即使當(dāng)?shù)毒叩拈L(zhǎng)度有所改變時(shí)，為了不使冷卻液直接流至切削點(diǎn)，也并不需對(duì)冷卻液供給噴咀進(jìn)行調(diào)整。這對(duì)使用不同長(zhǎng)度的刀具的如加工中心的機(jī)床來(lái)說(shuō)是十分有利的。
因?yàn)槔鋮s液是密切接觸地沿工件表面流至切削點(diǎn)的，所以不僅在使用強(qiáng)力切削刀具而且在鉆削立銑、開(kāi)孔和鏜孔操作中也能獲得同樣效果。
按前所述設(shè)置的本發(fā)明提供一種可良好潤(rùn)滑和冷卻的含氣泡的冷卻液制備方法，用于向切削點(diǎn)充分地提供冷卻液的噴咀供給系統(tǒng)，具良好異物分離功能的冷卻液循環(huán)系統(tǒng)，由此通過(guò)供給此冷卻液實(shí)現(xiàn)高精度的切削銑研。加工速率可增至1.5-3倍，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益非常高。另外，因?yàn)榭纱蟠鬁p少切削用油的成本和清潔箱體的成本，可長(zhǎng)久提高工效減少環(huán)境污染，節(jié)省勞動(dòng)力等等。還有，某些情況下僅僅水或除銹劑就可被用作冷卻液而實(shí)現(xiàn)有效切削。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)切削機(jī)床或磨床中的冷卻液的分離和回收裝置，用以收集送入加工區(qū)的冷卻液再?gòu)钠渲袑㈦s質(zhì)分離出去并排放冷卻液，其特征在于，所述分離和回收裝置包括(a)在冷卻液被使用后接收冷卻液的進(jìn)流箱；(b)一排套筒束連通箱包括至少一組兩個(gè)設(shè)置在所述進(jìn)流箱下游或與其組合的互連箱，其中具有一基本上似蜂窩狀的橫截面并穿過(guò)兩互連箱之間的間壁延展的套筒束被設(shè)置為從上游箱延伸至下游箱并略朝向上方；(c)一排開(kāi)口連通箱包括至少一組兩個(gè)設(shè)置在所述進(jìn)流箱下游或與其組合的互連箱，其中所述兩互連接箱之間的間壁上的連通口具有一下端邊和一上端邊，下端邊較箱底的水平略高，而上端邊則比調(diào)至最終溢流水平的正常液面水平略低；(d)在多組系列互連箱中通過(guò)所述套筒束或所述開(kāi)口連接后達(dá)到一最后終端的出流箱，包括所述套筒互連箱排與所述開(kāi)口互連箱排的結(jié)合，所述出流箱具有一用以在最終溢流水平上排放已分離和回收的冷卻液的出流口；(e)一異物分離軸輥包括一具有水平軸線(xiàn)的可旋轉(zhuǎn)軸輥設(shè)置在從多個(gè)所述入流箱至出流箱中至少一個(gè)中，所述軸輥的一部分浸入至少一箱中的冷卻液中另外還結(jié)合一鍍層刮削刀，該刀的前刀刃與軸輥表面露在液面外的那部分相對(duì)，在軸輥表面露出部分與所述刀片之間限定出一非常窄的間隙；(f)所述套筒束的向上的傾斜是使得上游箱中從所述套筒束的低水平入口流入的冷卻液中包含的粘附了異物如切屑的大量氣泡，在浮力的作用下頂在很多套筒的頂表面上面而形成氣泡團(tuán)，且這些氣泡團(tuán)存留在套筒中時(shí)，又與后來(lái)的氣泡相聚合而越變?cè)酱?，然而所述大量氣泡被流入套筒的液體推動(dòng)在套筒內(nèi)的頂面上向高水平出口方向移動(dòng)，這些氣泡團(tuán)從高水平出口排出匯入下游箱中的冷卻劑中并最終浮在表面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在每個(gè)所述套筒互連箱的底面上安設(shè)有一用于加熱位于其上方的套筒的加熱器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述套筒連通箱的至少一組的下游箱內(nèi)，安設(shè)一異物捕捉帶，該異物捕捉帶具有與所述套筒束的高水平出口相對(duì)的垂直上升表面和從突出于液面的垂直上升表面的上端折回的垂直下降表面，及一與從所述帶的上端延展至液面的所述垂直下降表面相對(duì)用于刮去粘附于帶上的異物的刀片。
全文摘要
一種用于完成切削和磨削操作的含氣泡的冷卻液被持續(xù)地供給至被加工部位，氣泡的全向散布撞擊和噴濺到此部位，且冷卻液中的氣泡促使已加速飛濺進(jìn)入切削工具與工件的接觸表面間隙，改善了加工區(qū)的冷卻和潤(rùn)滑。氣泡達(dá)不到要被加工的部位或達(dá)到該部位但經(jīng)過(guò)此部位，進(jìn)入回流管路，沉積在液體冷卻劑中懸浮著的切屑等異物上，由此加快了這些異物的漂浮。液體冷卻劑作為一種細(xì)粒湍流的匯合物且通常以一種螺旋流方式向下排出，由此形成包圍銑刀或磨削刀具并到達(dá)工件表面下端的液體冷卻劑圓柱罩，至少一部分這種螺旋流沿工件表面從圓柱罩的下端被渦旋式地引向螺旋流中心部位，并因此將冷卻液供給到銑刀或磨削刀具的被加工部位。
文檔編號(hào)B03D1/14GK1491773SQ0112007
公開(kāi)日2004年4月28日 申請(qǐng)日期1997年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月15日
發(fā)明者中井義和 申請(qǐng)人:株式會(huì)社澤塔平和, 豐榮工業(yè)株式會(huì)社