刀具切削微量油氣潤滑裝置在五軸加工中心上的應(yīng)用

■ 沈陽機(jī)床股份有限公司 （遼寧 110141） 李志丹 劉 博

高速五軸加工中心主要用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)和自由曲面的加工，所生產(chǎn)的零件以軍工和航天等領(lǐng)域的復(fù)雜精密零件為主，對加工工況和零件表面質(zhì)量要求非常高。與此同時，環(huán)保問題、成本問題以及加工生產(chǎn)工藝都對我國的高端數(shù)控機(jī)床提出了更高的挑戰(zhàn)?？紤]到傳統(tǒng)的切削液冷卻方式已經(jīng)無法滿足高速、高質(zhì)量的加工要求，探尋一種綠色高效的潤滑冷卻方式已是大勢所趨。

1. 傳統(tǒng)冷卻方式及其不足之處

在傳統(tǒng)的工件加工過程中，通常采用大量澆注切削液來實現(xiàn)降低切削溫度、保護(hù)刀具和工件表面及沖洗殘留切屑的目標(biāo)，但在高速切削的過程中，向切削部位澆注的切削液四處濺開，只有極小比例的切削液進(jìn)入切削區(qū)域，難以實現(xiàn)對工件和刀具的良好冷卻。在傳統(tǒng)冷卻液的作用下，工件表面在高速切削時產(chǎn)生淬火效應(yīng)，變硬的金屬表面反而會降低刀具壽命。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在一個工件的加工成本中，切削液占15%左右，而且切削液會影響工廠內(nèi)部的加工環(huán)境，對工人的皮膚乃至呼吸道都有一定的傷害，廢棄的切削液如果處理不當(dāng)還會污染環(huán)境，破壞土壤和地下水，負(fù)面影響非常深遠(yuǎn)。

2. 微量潤滑技術(shù)

微量潤滑技術(shù)（Minimum Quantity Lubrication，MQL）的工作原理為：潔凈的壓縮空氣將液體潤滑油吹成微米級油霧，并將油霧高速地噴射到加工工件和刀具表面，減少刀具和工件的摩擦，降低加工溫度，避免切削液冷卻產(chǎn)生的淬火效應(yīng)，達(dá)到潤滑和冷卻的效果。微量潤滑技術(shù)使用油霧潤滑冷卻，潤滑油大多采用對環(huán)境無公害材料，實際用量非常少，一般為0.03～0.20L/h，而用傳統(tǒng)方式進(jìn)行冷卻時，切削液用量高達(dá)50～200L/min。微量潤滑技術(shù)潤滑油的消耗量僅為傳統(tǒng)方式切削液消耗量的萬分之一，大大降低了加工成本，而且加工后的工件和切屑都是干燥的，省去了后期處理工作，這種準(zhǔn)干式切削非常綠色環(huán)保。同時，微量潤滑裝置還有占用空間小、便于維護(hù)和管理等優(yōu)點，省去了傳統(tǒng)冷卻方式需要切削液存儲箱、水泵、管路、防水處理及切削液回收等一整套復(fù)雜裝置。

本文選用的刀具切削微量油氣潤滑裝置如圖1所示，是由氣動柱塞潤滑泵、油氣混合器、氣路系統(tǒng)元件及電氣控制元件組成的氣液電一體化油氣潤滑裝置。

刀具切削微量油氣潤滑裝置原理如圖2所示，壓縮空氣通過過濾減壓閥后，由電磁閥控制氣流通道的開啟，可實現(xiàn)與設(shè)備加工的同步進(jìn)行。由氣動頻率發(fā)生器即脈沖邏輯元件控制氣動油泵的供油頻率，可根據(jù)實際需要調(diào)整單位時間出油頻率。氣動油泵為單作用柱塞式增壓泵，通入壓縮空氣后，增壓后的油劑進(jìn)入油氣混合器中的計量件，將定量的油劑排出，在油氣混合器中與壓縮空氣混合成油霧，油霧在噴嘴處與壓縮空氣二次混合，精確地噴在切削刃口發(fā)生摩擦部位，在刀具與工件間形成油膜，在高效潤滑狀態(tài)下完成切削加工。

圖1 刀具切削微量油氣潤滑裝置外形1.氣源二聯(lián)件 2.電磁換向閥 3.頻率發(fā)生器 4.調(diào)壓閥 5.氣動泵

圖2 刀具切削微量油氣潤滑裝置原理1.氣動泵 2.氣動頻率發(fā)生器 3.氣源二聯(lián)件 4.油氣混合器 5.噴嘴

油膜的潤滑性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)切削液，可明顯減少產(chǎn)生于刀具、工件和切屑之間的熱量，同時高速壓縮空氣將部分熱量和切屑吹除，充分起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件表面質(zhì)量的作用。本裝置采用微量切削油精確噴射，耗油量極少，一般為30～200mL/h，僅為傳統(tǒng)方式切削液耗量的萬分之幾，實際費用降低，也消除了傳統(tǒng)切削液加工時出現(xiàn)的飛濺、蒸發(fā)及變質(zhì)異味等弊端。

本裝置應(yīng)用于門式五軸加工中心，主軸轉(zhuǎn)速最高達(dá)18 000r/min，三軸進(jìn)給速度40m/min，A/C軸轉(zhuǎn)速最高達(dá)60r/min，在高速完成銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋等多種加工工序的同時，也加工葉輪、葉片等具有復(fù)雜曲面的零件，經(jīng)實際生產(chǎn)加工驗證，可完全滿足加工工件表面粗糙度值Ra＝1.6μm及平面度0.01mm等一系列精度要求，是一種高效可靠的潤滑冷卻方式。

3. 結(jié)語

經(jīng)反復(fù)實踐證明，此刀具切削微量油氣潤滑裝置性能優(yōu)越、安全環(huán)保，使用和維護(hù)都很方便，可達(dá)到精確微量油氣冷卻的效果，大大降低了潤滑油的消耗，節(jié)約了加工成本，為加工技術(shù)帶來了進(jìn)步，對加工工藝的發(fā)展具有重要的意義。

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