切削工具機和磨床中冷卻液的供給及其分離和回收的方法和裝置的製作方法
2023-07-24 08:21:16
專利名稱：切削工具機和磨床中冷卻液的供給及其分離和回收的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在一切削工具機和一磨床中供給冷卻液、及其分離和回收的裝置，特別涉及一種用於向在切削刀具等類似物與工件之間的接觸區供入一冷卻液流的方法和裝置，還涉及在供給之後自動分離和回收冷卻液的方法及裝置。
在機械加工中，對於縮短工時、減少因加工導致的應變起主要作用的因素是要增強一切削刀具或研磨刀具與一工件之間的接觸潤滑並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點來看，如果允許冷卻液從各個方向流入主剪切區並被產生的宏觀裂縫或孔隙吸入就會降低表面能量並可阻止相互粘附。這種剪切區內的脆化作用有助於增加剪切角，降低切削片厚度和降低切削力。另一方面因為刀具在一工件的表面上瞬時產生一個塑性變形和剪切變形域，對刀具要接觸的瞬時塑性變形和剪切變形進行有效地冷卻和潤滑就極為重要。
然而，在常規金屬加工工具機中，通過一個噴咀直接注入這種瞬時域(刀具接觸區域)的冷卻液由於刀具或工件的旋轉而被甩棄，並只能膚淺地沿刀具和工件的表面滑過，因此很難說冷卻液能夠有效地冷卻和潤滑。
為了確保金屬加工工具機內的冷卻液能夠形成其作為一種具有理想的抗離心力流動性的薄膜成形流從旋轉表面到達刀具/工件接觸區的方式，並令人滿意地進入剪切區，發明人用實驗方法創造了各種用於試驗研究的不同條件的冷卻液。
結果是，發明人發現在一種冷卻液中連續地混入空氣可以降低液體的質量，所以由於液體衝擊到鄰接刀具接觸區的旋轉體時降低了的離心力，氣泡爆裂而向四周噴濺的液滴，以及流向刀具接觸區同時也進入狹窄的前切區的液體使得液體冷卻劑很難被甩棄，因此改善了的潤滑。發明人還發現餘留的氣泡附著在異物上(如切屑)以增強液體的流動性和浮力，因此有助於冷卻液的分離和回收。
相應地，本發明的第一方面提供了一種向一切削工具機或一磨床供給一種冷卻液的方法，其特徵是通過在切削或磨削操作中的一加工區進給一種其中不斷形成氣泡的冷卻液，氣泡撞擊到加工區上爆裂時加速氣泡在各方向的噴濺，同時加快被加速的噴濺液體粒子進入一切割刀具/工件的壓力接觸平面，由此改善了所述加工區的冷卻和潤滑，所以在未到達加工區的冷卻液或儘管到達未加工區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。
然後，為使冷卻液被流暢地注入加工區，發明人試著不直接地從一噴咀噴向加工區而是使之以流體形式進入加工區。為此目的設計出一噴咀以將冷卻液噴向包圍著加工區的非旋轉周邊區域。發明人發現在噴咀內部有一種冷卻液的散粒性湍流，且通過冷卻液的螺旋轉動，使到達周圍區域的冷卻劑就象旋轉狀蠕動一樣移動至包括轉動工具在內的中心區域。
所以本發明的另一方面提供一種向一切削工具機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一用來發射冷卻液的環狀噴咀，使其對一實質上同軸位置正面向下，延伸至出口的所述噴咀的內壁由彎曲表面和扭曲通道形成以產生湍流，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著向中心區流動直到饋送至和銑刀或研磨工具接觸的加工區，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。
在上述設置中，圓柱罩本身就有助於形成所述表面盤旋流，也可通過封閉因切削使工件表面的油或油膜焦化產生的煙而防止環境汙染。當然，很明顯的是如果在被送入所述圓柱罩內的冷卻液中能生成氣泡，則將冷卻液送至加工區的盤旋流的效果和由氣泡所引起的上述影響會同時增強。
為利用所述冷卻液供給方法而發明出的噴咀結構形成一個用以向下排放冷卻液的環狀噴咀，此噴咀適宜於安裝在上方並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)限定一環形進液室的進液環，
(b)軸向鄰接所述環狀進液室的環狀管道，包括至少兩個在軸對稱位置與所述進液室連通的引入路徑，分別與所述引入路徑連通並在同一方向上扭曲的向外或向內扭曲管道，和與所述扭曲管道終端連通的環狀湍流形成部分，(c)與所述環狀管道內的湍流形成部分的各環形面積相連通的噴咀環，該噴咀環限定出向下並向內或向外開口的環狀噴咀空間，(d)由管道環內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，形成由所述湍流構成並包圍所述銑刀和磨削刀具的基本呈圓柱狀的罩。
另外，發明人已注意到一個事實，即冷卻液的有效循環供給即建立一個足以在通常的循環過程中將異物如，切屑和磨屑及流動油從被送入加工區後又被回收的冷卻液中分離出來的系統是減少機器停工時間進行清潔管道、更換液體或再提供添加劑(防鏽劑、潤滑劑等)等等，確保有效順暢地供給冷卻液的一個重大因素，從而引導發明人研製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，本發明的另一目的是提供一種對切削工具機或磨床中的冷卻液的分離和回收裝置，以收集送入加工區的冷卻液再從其中將雜質分離出去並排放冷卻液，所述分離和回收裝置包括(a)在冷卻液被使用後接收冷卻液的進流箱；(b)一排套筒束連通箱包括至少一組兩個設置在所述進流箱下遊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並穿過兩互連箱之間的間壁延展的套筒束被設置為從上遊箱延伸至下遊箱並略朝向上方；(c)一排開口連通箱包括至少一組兩個設置在所述進流箱下遊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所述套筒束或所述開口連接後達到一最後終端的出流箱，包括所述套筒互連通箱排與所述開口互連箱排的結合，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的可旋轉軸輥設置在從多個所述入流箱至出流箱中至少一個中，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，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遊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，且這些氣泡團存留在套筒中時，又與後來的氣泡相聚合而越變越大，然而所述大量氣泡被流入套筒的液體推動在套筒的頂面上向高水平出口方向移動，這些氣泡團從高水平出口排出匯入下遊箱中而成為冷卻劑的形式並最終浮在表面。
在上述設置中，通常無需大型裝置如離心分離機就可實現固體微粒的分離，同時又因為未使用象紙過濾器這樣的過濾裝置，不會出現由於油容物造成過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並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與所述窄間隙對應的厚度的油容物沉積層(基層)，並進一步使粘附有切屑或類似物的氣泡的油膜很容易地被混在所述基層上，從而形成可以說是同一物質的群落。所以，在軸輥穿過冷卻液的頂層時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在液體表面上併到達刀片時就會被刮掉。
發明人還發現當被細分的含有氣泡的冷卻液的湍流呈基本為矩形截面的方式湧出以從連接在一軸向至少延展至所述加工區的區域上的車床的加工部位的旋轉周邊表面上方進行衝擊時，湍流的膜就象沿旋轉周邊表面和切削刀具徐徐前進一樣朝刀具/工件接觸區域移動。
也即，本發明的另一方面提供一種向車床供給冷卻劑的方法，包括如下步驟在車床的工作卡盤上方設置一噴咀，所述噴咀包括一基本為矩形截面的排出口，和一個內壁上的收縮曲面部分延展至其排出口以便產生湍流，還包括非緊固安裝的剛性或彈性材料製成的舌件，該舌件橫在所述排出口的截面中並向外突出，由此所述的噴咀被設計成使通過所述收縮曲面部分的上遊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，而當冷卻液流經所述舌件時有氣泡被包含而進入冷卻液中，所述基本為矩形截面的排出口的所述橫截面被設置為基本上與含有車床主軸並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衝擊所述卡盤的周邊表面並至少軸向延展到加工區的區域，從而形成包圍卡盤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表面和工件表面移動從而被送入與切削刀具接觸的加工區內，然後帶著切屑和摩擦熱朝向冷卻液回收管道流出。
為上述向車床供給冷卻液的方法所發明的冷卻液供給噴咀包括，至少一個具有基本呈矩形截面的排出口和剛性或彈性材料製成的橫在排出口的截面中並突向外側的舌件的噴咀，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噴咀連通的供給室的主體和在所述供給室內的冷卻液接收入口，供給室的內壁從所述接收口延展至所述排出口，且噴咀的內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。在冷卻液流經所述舌件時有氣泡被包含而進入冷卻液中，冷卻液的排出流衝擊到與接觸切削刀具的加工區續接的旋轉周邊表面上，同時也衝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周邊表面和切削刀具移動，直到它被送入所述加工區。
圖1為顯示本發明的冷卻液供給系統的基本結構原理的示意圖；圖2為顯示本發明的基本結構中使用的冷卻液供給噴咀的橫截面結構的局部剖視圖；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旋流的側視圖；圖5為圖4中的圓柱罩和表面盤旋流的平面圖；圖6為顯示冷卻液的分離和回收箱的典型實施例的平面圖7為圖6中沿E-E線的垂直剖面圖；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軋輥和刀片的異物分離軋機結構的局部剖視圖；圖10為體現本發明的基本結構原理的第一安裝實施例的示意圖；圖11為體現本發明的基本結構原理的第二安裝實施例的示意圖；圖12為體現本發明的基本結構原理的第三安裝實施例的示意圖；圖13為顯示本發明的冷卻液供應機構的另一結構原理的外形的側視圖；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線固定噴咀的垂直剖面圖，(b)為圖15(a)中沿G-G線的局部剖視平面圖；圖16為顯示圖14中的冷卻液供給噴咀的整體結構的剖視平面圖；圖17為體現圖13中的另一結構原理的第四安裝實施例的剖視平面圖；圖18為體現圖13中的另一結構原理的第五安裝實施例的剖視平面圖；圖19為體現圖13中的另一結構原理的第六安裝實施例的剖視平面圖。
圖1中顯示了本發明的基本系統結構，標號1為可儲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，在冷卻液中產生氣泡並將冷卻液送入一環狀噴咀3。環狀噴咀3(下文將詳細介紹)被用來將從泵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成的圓柱罩4的形式向下噴出，衝擊到工件5的表面上。工件5在一個可移動平臺6上被一銑刀7切割，本例中，銑刀7是強力切削工具，且支撐銑刀的主軸8穿過環狀噴咀3。下端衝擊到工件表面上的冷卻液的大部分圓柱罩4以表面盤旋流的方式朝中心移動，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後，以正弦曲線形式堆疊起來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過工件5和可移動平臺6向下流動，在本例中流入類似水槽的外周槽9，並被第二冷卻泵(P2)通過吸收口10引上來，最終到達一分離和回收箱11。在下文將要細述的分離和回收箱11中，使從其中將異物如油和切屑等清除掉後，冷卻液即通過灌注口12被送回大容量箱1。
在基本結構的上述例子中，作為圓柱罩4被供應的冷卻液最好含有大量由於冷卻泵2的空氣吸入運作而形成的氣泡。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量較小而從工具旋轉中承受的離心力就較小，這使得冷卻液更易於被滲入工具/工件接觸區。在本例中，在氣泡爆裂時產生的飛濺的液體通過加速運動較容易進入細微的裂縫中。另外，這種結構設置可通過爆破更利於熱量的散失，而如前所述的潤滑和熱量散失可增強刀具的切割性能，從而可使用硬質合金刀具進行有效地高速切削。當然，切削熱即被從加工區排出的冷卻液流持續地帶走。供給這樣的含有氣泡冷卻液的效果不僅可通過本發明中的通過圓柱罩4形成一般盤旋流的系統實現還可通過以前已實踐過的向切削點直接射出一噴咀噴射流13實現。還有，如前所述通過泵2的吸氣運作可有效地實現在冷卻液中形成氣泡，但除了這一點外，也可通過使回收管傾注口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到足夠大，以產生一傾注衝擊來實現在冷卻液中形成氣泡。
圖2詳細地展示了用於冷卻液的環狀噴咀3的剖面結構。在本例中，環狀噴咀3的內部周邊表面的主體部分由主軸蓋15的外周邊表面支撐。環狀噴咀3包括一上端處的進液環16一中間管路環17和一噴咀環19。進液環16形成一環狀進液室20以從上進液口21接收冷卻液。管路環17連接進液環16從而其上端面限定進液室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至下端，由此限定出在引入通道22的下端以統一的旋轉方向扭曲的向外扭曲管路23。在包括引入通道22和管路環17中的扭曲管路23徑向範圍外的區域中，有一條相對較大的管路作為湍流形成部分24。彎頭環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，位於在它與湍流形成部分24的外周壁之間形成一環狀排放通道25之外，限定出一向上突出部分26和一向內折回部分27。所以，從扭曲管路23中流出的在一預定旋轉方向扭曲的向內冷卻液流衝擊到彎頭環路的向上突出部分26的內表面上並向內折回，繞圍向內折回部分27以向外彎折最終作為極細微的盤旋流的匯流或小端的匯流通過一環狀排放通道流出。噴咀環19具有限定出連接管路環17外壁的外壁28與彎頭環18的下端面之間的向內和向下傾斜噴咀空間29的傾斜板面30。因為傾斜板面30的前端急劇地向下傾斜，而且排向排出通道上的冷卻液是旋轉的，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旋的流動而排出。
圖3為順序顯示在所述環狀噴咀中的冷卻液流的幾個水平截面的組合圖，其中首先在A中通過進水口21流入的冷卻液進入一垂直引入通道22而向下流動，冷卻液離開所述引入通道22的下端；如B截面中所示，穿過扭曲管路23，在本例中作為逆時針流進入湍流形成部分24；並如截面C中所示，從所述湍流形成部分24向內，向外彎折以到達連接噴咀空間29的外層排放通道31；並從排放通道31，如截面D中箭頭所示，穿過噴咀空間29直到它作為一渦流先向內再向下地排放出來，這一點在下端描述中會易於理解。
圖4和圖5為從環狀噴咀排出的圓柱罩4和表面盤旋流的狀態細節圖，如圖4所示，作為圓柱罩4排出的冷卻液在其自重，離心力和旋轉速度的作用下通常以漸縮的鐘形渦流形式落下，並在它含有大量氣泡情況下，設想成為雲霧狀態而衝擊到工件5的表面。大部分衝擊到工件5表面的冷卻液以渦流旋轉方向盤旋著向中心行進，覆蓋了刀具7的下部，在圖4中標號32處呈現為一墩。每當該墩的高度增至一定高度時，冷卻液即以正弦曲線的形式流出罩4；這樣，冷卻液在重建成墩的同時有助於銑刀7和工件5之間的接觸區的潤滑和冷卻。似乎冷卻液衝擊到工件表面形成一股盤旋流而不是四處飛散的一個原因是圓柱罩形成了如箭頭33所示的一渦流或扭曲旋轉，另一個原因是冷卻液在環狀噴咀中形成了一湍流而導致一股冷卻液的微粒子(一股湍流)流，該微粒子流行進就象是以形成於工件表面上細微粒子團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的這種持久地充滿著冷卻液的狀態是至今在常規直射式噴咀中未曾發現的它能極大地改善被切削區域的潤滑和冷卻。且如果冷卻液含有氣泡則因氣泡的加入而使潤滑和冷卻效果會增加，從而進一步改善切削性能。在使用分離和回收箱使冷卻液保持清潔的情況下，利用鍍硬質合金刀具進行溼切削的速度可達300-700米/分，是常規切削速度150-200米/分的二倍多。另外，已確定因為摩擦熱已被充分散失冷卻，切屑不是淬火為蘭色而是銀白色。另外，即使冷卻液因衝擊到工件5上或由於刀具旋轉而受到震動，只要噴射壓強很小或中等，則霧氣(如果有的活)也會被流動的冷卻液吸收，因此很少會影響工作環境。另外，因為幾乎全部生成的熱量都被以水的蒸發熱的形式帶走，在冷卻液的組分中幾乎沒有減少；由此冷卻液的再供應只需供應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被分成段並具有多個(本例中為4個)配置在位於緊接著供給口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。在進給箱34與第一連通箱37之間，是由連通口41形成的開口連通，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和下一個連通箱39通過一相同連通口41又一次連通，連道箱39和再下一個連通箱40通過第二個相同的套筒束42彼此連通。另外，最後的連通箱40和排出箱36通過如上所述的連通口41彼此連通。最好，在最後在通箱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的出口相對位置，其上端處在箱中冷卻液面水平的上方，同時亦在箱的頂邊45的水平的上方。另外，設置在套筒束連通箱37、38和39的上層區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和被帶輸送器43粘附在其上端區域上的物質被圖中以雙點劃線表示的刀片47和48刮去。
在每個刀片47和每個軸輥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所述間隙，大量粘附著的細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。這種現象亦可適用於描述帶輸送器43和刀片48的關係。用於箱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49被設置在進給箱34的底部，則在一適當時間升高所述異物庫49即可請除沉積物。
通過串接的箱37、38、39和40從下遊向上遊側略向上傾斜，如圖8所示，從而冷卻液通過其中前行至另一箱時，粘附著氣泡的油膜上並趨於漂浮的異物衝擊到套筒的上表面並停留在那，但相同的異物隨後又衝擊到相同的位置且直徑增大直到它們被液流拖進下遊箱，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表面的油膜上並被截至液面，在液面上被刀片47刮掉。從最後的套筒束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的帶輸送器的垂直表面上。並被升至液面上然後被刀片48刮掉。另外，緊鄰著每個套筒束下方設置的是一個位於箱底面的加熱器50，作為一個熱源以可靠地清除套筒束42內粘附的異物。這裡應用了油的粘性隨溫度增加而減小。當然，分離和回收箱11可以作為一個整體被加熱。所述分離和回收箱11可以作為一個整體被加熱。所述分離和再生箱的設置僅僅是個例子，很清楚，套筒束連通箱的數量可以由圖中的4個增至6個或更多，且如果氣泡已經存在，僅兩個箱就夠了。
通過使用上述分離和回收箱，被循環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現，從而延長了冷卻液的更新周期。另外，很清楚因未使用油吸收劑，可以採用紙質過濾器或類似物，收捕異物的成本可以降低。
圖10至12為體現本發明的基本結構原理的三個安裝實例。第一實施例具有一個與圖1中的基本設置不同的液體箱，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分別通過控流閥103和104進入所述環狀噴咀3和常規型式的輔助噴咀102。標號105為一工件；106為一機器主體；107為用於銑床上的銑刀；108為主軸；109為一圓柱體；而緊接著機器主體106下方設置的箱110不是漏鬥形的；它是密封的大容量箱，既是一個直接和容納冷卻液的主箱，又可在其中安裝一個第二冷卻泵P2。
在圖11中所示的第二實施例中，在設置於機器主體106下的箱110′內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備箱112並被引入加工區，其餘結構與圖10所示第一實施例中的Ⅰ相同。
在圖12中所示的第三實施例中，一分離和回收泵111′被設置在緊接著機體106下方，並連接一大容量箱110′，一獨立冷卻泵P1被單獨用來供給冷卻液，其餘結構與圖10和11所示實施例中的相同。
圖13是根據本發明用於供給冷卻液的另一種裝置的簡略側視圖。在圖13中所示的車床中，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工件夾具55的上周邊部分再軸向流經一工件56和至少流至一切削刀具57。衝擊到夾具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膜粘附在旋轉著的周邊表面上，同時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。在此系統中也同樣具有圖1至5所示的噴咀的潤滑和冷卻效果。另外，若按此系統持續進行切削，從噴咀53噴射出的冷卻液流到切削刀具57上方的刀架上，從而冷卻液會更令人滿意地被送到所述接觸區。
圖14至16所示為噴咀53一實施例的結構，圖13所示的噴咀53的結構顯示了第一噴咀部位53a和圖14中右側的噴咀主體53b之間的關係。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口58，冷卻液即通過此噴咀開口向下噴出，如圖13至15(a)所示。標號59所示為插入噴咀開口58由剛性或彈性材料製成的振動件或舌件，被用來振動或在冷卻液的噴射過程中產生出含在噴射冷卻液中的氣泡。如圖15所示，振動件59隻在其上端區60與噴咀開口58的壁面固定，使冷卻液繞其流動。如前所述，從外側看噴咀開口58的橫截面是矩形，內部是冷卻液的進液室，所述進液室與主體53b上的冷卻液接受口61相連通，並與第一噴咀部位53a接合在一起構成整體。用於湍流形成區並通達接收口61的連通口62被限定為其截面比進液室的橫截面積為小，從而流入接收口61的冷卻液流經此湍流形成區時，促使它從進液室成為細粒湍流的匯流而進入噴咀開口58。如圖15(b)中所示，湍流形成區的周邊形狀受到限制，從而流入接收口61的冷卻液首先衝擊到主體的背緣63以形成一湍流，然後在受限部位62被載流，由此它作為如前所述的細粒湍流的匯流通過噴咀開口排出。
如圖14和16所示，第二噴咀部位53c相對於主體部位53b的角度是可調的，而包括兩塊噴咀的振動板59的平面之間的角度就可被改變以調整噴射方式，如對著機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構的安裝實例，其中每種情況都是有兩噴咀為兩個刀架而安裝，有通道使冷卻液直接進入這些刀架113a和113b中，通道中還設置有控流閥114a、114a′和114b。圖中，108′為方軸，201為分離箱和回收箱；210為主箱；212則是預備箱。如圖17所示的其餘結構與圖10中所示體現第一結構原則的第一實施例的結構相同。
圖18和19所示的實施例具有與圖17中的結構相同的噴咀通道和刀架供給通道，其餘的結構按圖11和12中體現第一構造原則的第二和第三實施例中的方式構成。
利用本發明的基本構造原則的系統已被證明可極大地減小切削和磨削加工部件的成本，並大大提高加工精度。即已發現在冷卻性能和潤滑性能上的顯著改善可實現對薄鐵板的高進給率的快速加工，否則若使用強力切削工具就會出現翅曲。
例如，通常認為很難切削的12mm厚，1212mm寬，2424mm長的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。至於所用刀具可使用商業中即可獲得的非鍍覆的刀具。
如採用商業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的切削進給速率下切削商業中有的12mm厚×1212mm寬×2424mm長的未退火的黑鐵板。而且即使採用了強力切削工具也可使翹曲降至0.1mm以內。在粗切削之後，如翹曲被清除，使用一平整的強力切削工具有效地最後完成拋光，就可提高生產率。
即使當刀具的長度有所改變時，為了不使冷卻液直接流至切削點，也並不需對冷卻液供給噴咀進行調整。這對使用不同長度的刀具的如加工中心的工具機來說是十分有利的。
因為冷卻液是密切接觸地沿工件表面流至切削點的，所以不僅在使用強力切削刀具而且在鑽削立銑、開孔和鏜孔操作中也能獲得同樣效果。
按前所述設置的本發明提供一種可良好潤滑和冷卻的含氣泡的冷卻液製備方法，用於向切削點充分地提供冷卻液的噴咀供給系統，具良好異物分離功能的冷卻液循環系統，由此通過供給此冷卻液實現高精度的切削銑研。加工速率可增至1.5-3倍，相應的經濟效益非常高。另外，因為可大大減少切削用油的成本和清潔箱體的成本，可長久提高工效減少環境汙染，節省勞動力等等。還有，某些情況下僅僅水或除鏽劑就可被用作冷卻液而實現有效切削。
權利要求書1、(刪除)2、(刪除)3、一種向一切削工具機或一磨床供給一種冷卻液的方法，其特徵在於，即在一與垂直主軸相連的銑刀或磨削刀具上方安設一用來發射冷卻液的環狀噴咀，使其在一實質上同軸位置上正面向下延伸至出口的所述噴咀的內壁由彎曲表面和扭曲管道形成以產生湍流，輸送的冷卻流通常作為散粒性湍流的匯合而成一渦流通過所述出口向下排出，因此形成了包圍所述銑刀和磨削刀具且其較低端抵達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較低端沿工件表面旋轉著向中心區流動直到送至和銑刀或磨削刀具接觸的加工區，這至少一部分所述的渦流連同沿工件表面擴散的切屑和摩擦熱一起被排出所述圓柱罩外。
4、如權利要求3所述方法，其特徵在於，在所述圓柱狀噴咀的冷卻液中產生的氣泡是持續形成的。
5、一個用以向下排放冷卻液的環狀噴咀，此噴咀適宜於同軸安裝在與垂直主軸相連的銑刀或磨削刀具的上方，其特徵在於，所述噴咀包括(a)限定一環形進液室的進液環，(b)軸向鄰接所述環形進液室的管路環，包括至少兩個在軸對稱位置與所述進液室連通的引入路徑，分別與所述引入路徑連通並在同一方向上扭曲的向外或向內扭曲的管道，和與所述扭曲管道終端相連通的環狀湍流形成部分，(c)與所述環形管道內的湍流形成部分的各環形面積相連通的噴咀環，該噴咀環限定出向下並向內或向外開口的環狀噴咀空間，(d)由管道環內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，形成由所述湍流構成並包圍所述銑刀和研磨刀的基本呈圓柱狀的罩。
6、一種對切削工具機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的冷卻液再從其中將雜質分離出去並排放冷卻液，其特徵在於，所述分離和回收裝置包括(a)在冷卻液被使用後接收冷卻液的進流箱；(b)一排套筒束連通箱包括至少一組兩個設置在所述進流箱下遊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並穿過兩互連箱之間的間壁延展的套筒束被設置為從上遊箱延伸至下遊箱並略朝向上方；(c)一排開口連通箱包括至少一組兩個設置在所述進流箱下遊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所述套筒束或所述開口連接後達到一最後終端的出流箱，包括所述套筒互連箱排與所述開口互連箱排的結合，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的可旋轉軸輥設置在從多個所述入流箱至出流箱中至少一個中，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，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遊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，且這些氣泡團存留在套筒中時，又與後來的氣泡相聚合而越變越大，然而所述大量氣泡被流入套筒的液體推動在套筒內的頂面上向高水平出口方向移動，這些氣泡團從高水平出口排出匯入下遊箱中的冷卻劑中並最終浮在表面。
7、如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，在每個所述套筒互連箱的底面上安設有一用於加熱位於其上方的套筒的加熱器。
8、如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，在所述套筒連通箱的至少一組的下遊箱內，安設一異物捕捉帶，該異物捕捉帶具有與所述套筒束的高水平出口相對的垂直上升表面和從突出於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用於刮去粘附於帶上的異物的刀片。
9、一種向車床供給冷卻劑的方法，其特徵在於，它包括如下步驟在車床的工作卡盤上方設置一噴咀，所述噴咀包括一基本為矩形截面的排出口，和一個內壁上的收縮曲面部分，該部分延展至其排出口以便產生湍流，還包括非緊固安裝的剛性或彈性材料製成的舌件，該舌件橫在所述排出口的截面中並向外突出，由此所述的噴咀被設計成使通過所述收縮曲面部分上遊的入口收到的冷卻液從所述排出口成為散粒湍流的匯流而排出，而當冷卻液流經所述舌件時有氣泡被包含而進入冷卻液中，所述基本為矩形截面的排出口的所述橫截面被設置為基本上與含有車床主軸並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衝擊所述卡盤的周邊表面並至少軸向延展到加工區的區域，從而形成包圍卡盤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表面和工件表面移動從而被送入與切削刀具接觸的加工區內，然後帶著切屑和摩擦熱朝向冷卻液回收管道流出。
10、如權利要求9中所述方法，其特徵在於，具有所述橫截面基本為矩形排出口的兩個噴咀是相鄰設置的，且生成含氣泡的所述冷卻劑的湍流作為兩相鄰平行排出流衝擊到所述夾具的周邊表面上。
11、一種向車床供給冷卻液的噴咀，其特徵在於，它包括至少一個具有基本呈矩形截面的排出口和剛性或彈性材料製成的橫在排出口的截面中並突向外側的舌件的噴咀，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噴咀連通的供給室的主體和在所述供給室內的冷卻液接收入口，供給室的內壁從所述接收口延展至所述排出口，且噴咀的內壁形成有一收縮曲面部分，從所述接收口收到的冷卻液被從所述成為散粒湍流的匯流而排出，在冷卻液流經所述舌件時有氣泡被包含而進入冷卻液中，冷卻液的排出流衝擊到與接觸切削刀具的加工區續接的旋轉周邊表面上，同時也衝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周邊表面和切削刀具移動，直到它被送入所述加工區。
12、如權利要求11所述噴咀，其特徵在於，所述兩噴咀是相鄰設置的，一噴咀固定在所述主體上，另一個以可調角度的方式連接在所述主體上，由此使從所述兩噴咀噴出的冷卻液排出流以基本垂直的角度衝擊到所述旋轉周邊表面上。
權利要求
1.一種向一切削工具機或一磨床供給一種冷卻液的方法，其特徵在於，通過在切削或磨削操作中的一加工區進給一種其中不斷形成氣泡的冷卻液，氣泡撞擊到加工區上裂時加速氣泡在各方向的噴濺，同時加快被加速噴濺液體粒子進入一切割刀具/工件的壓力接觸平面，由此改善了所述加工區的冷卻和潤滑。
2.一種向一切削工具機或一磨床供給一種冷卻液的方法，其特徵在於，通過在切削或磨削操作中的一加工區進給一種其中不斷形成氣泡的冷卻液，氣泡撞擊到加工區上爆裂時加速氣泡在各方向的噴濺，同時加快被加速噴濺液體粒子進入一切割刀具/工件的壓力接觸平面，由此改善了所述加工區的冷卻和潤滑，所以在未到達加工區的冷卻液或儘管到達加工區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液面。
3.一種向一切削工具機或一磨床供給一種冷卻液的方法，其特徵在於，即在一與垂直主軸相連的銑刀或磨削刀具上方安設一用來發射冷卻液的環狀噴咀，使其在一實質上同軸位置上正面向下延伸至出口的所述噴咀的內壁由彎曲表面和扭曲管道形成以產生湍流，輸送的冷卻流通常作為散粒性湍流的匯合而成一渦流通過所述出口向下排出，因此形成了包圍所述銑刀和磨削刀具且其較低端抵達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較低端沿工件表面旋轉著向中心區流動直到送至和銑刀或磨削刀具接觸的加工區，這至少一部分所述的渦流連同沿工件表面擴散的切屑和摩擦熱一起被排出所述圓柱罩外。
4.如權利要求3所述方法，其特徵在於，在所述圓柱狀噴咀的冷卻液中產生的氣泡是持續形成的。
5.一個用以向下排放冷卻液的環狀噴咀，此噴咀適宜於同軸安裝在與垂直主軸相連的銑刀或磨削刀具的上方，其特徵在於，所述噴咀包括(a)限定一環形進液室的進液環，(b)軸向鄰接所述環形進液室的管路環，包括至少兩個在軸對稱位置與所述進液室連通的引入路徑，分別與所述引入路徑連通並在同一方向上扭曲的向外或向內扭曲的管道，和與所述扭曲管道終端相連通的環狀湍流形成部分，(c)與所述環形管道內的湍流形成部分的各環形面積相連通的噴咀環，該噴咀環限定出向下並向內或向外開口的環狀噴咀空間，(d)由管道環內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，形成由所述湍流構成並包圍所述銑刀和研磨刀的基本呈圓柱狀的罩。
6.一種對切削工具機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的冷卻液再從其中將雜質分離出去並排放冷卻液，其特徵在於，所述分離和回收裝置包括(a)在冷卻液被使用後接收冷卻液的進流箱；(b)一排套筒束連通箱包括至少一組兩個設置在所述進流箱下遊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並穿過兩互連箱之間的間壁延展的套筒束被設置為從上遊箱延伸至下遊箱並略朝向上方；(c)一排開口連通箱包括至少一組兩個設置在所述進流箱下遊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所述套筒束或所述開口連接後達到一最後終端的出流箱，包括所述套筒互連箱排與所述開口互連箱排的結合，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的可旋轉軸輥設置在從多個所述入流箱至出流箱中至少一個中，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，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遊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，且這些氣泡團存留在套筒中時，又與後來的氣泡相聚合而越變越大，然而所述大量氣泡被流入套筒的液體推動在套筒內的頂面上向高水平出口方向移動，這些氣泡團從高水平出口排出匯入下遊箱中的冷卻劑中並最終浮在表面。
7.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，在每個所述套筒互連箱的底面上安設有一用於加熱位於其上方的套筒的加熱器。
8.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，在所述套筒連通箱的至少一組的下遊箱內，安設一異物捕捉帶，該異物捕捉帶具有與所述套筒束的高水平出口相對的垂直上升表面和從突出於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用於刮去粘附於帶上的異物的刀片。
9.一種向車床供給冷卻劑的方法，其特徵在於，它包括如下步驟在車床的工作卡盤上方設置一噴咀，所述噴咀包括一基本為矩形截面的排出口，和一個內壁上的收縮曲面部分，該部分延展至其排出口以便產生湍流，還包括非緊固安裝的剛性或彈性材料製成的舌件，該舌件橫在所述排出口的截面中並向外突出，由此所述的噴咀被設計成使通過所述收縮曲面部分上遊的入口收到的冷卻液從所述排出口成為散粒湍流的匯流而排出，而當冷卻液流經所述舌件時有氣泡被包含而進入冷卻液中，所述基本為矩形截面的排出口的所述橫截面被設置為基本上與含有車床主軸並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衝擊所述卡盤的周邊表面並至少軸向延展到加工區的區域，從而形成包圍卡盤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表面和工件表面移動從而被送入與切削刀具接觸的加工區內，然後帶著切屑和摩擦熱朝向冷卻液回收管道流出。
10.如權利要求9中所述方法，其特徵在於，具有所述橫截面基本為矩形排出口的兩個噴咀是相鄰設置的，且生成含氣泡的所述冷卻劑的湍流作為兩相鄰平行排出流衝擊到所述夾具的周邊表面上。
11.一種向車床供給冷卻液的噴咀，其特徵在於，它包括至少一個具有基本呈矩形截面的排出口和剛性或彈性材料製成的橫在排出口的截面中並突向外側的舌件的噴咀，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噴咀連通的供給室的主體和在所述供給室內的冷卻液接收入口，供給室的內壁從所述接收口延展至所述排出口，且噴咀的內壁形成有一收縮曲面部分，從所述接收口收到的冷卻液被從所述成為散粒湍流的匯流而排出，在冷卻液流經所述舌件時有氣泡被包含而進入冷卻液中，冷卻液的排出流衝擊到與接觸切削刀具的加工區續接的旋轉周邊表面上，同時也衝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周邊表面和切削刀具移動，直到它被送入所述加工區。
12.如權利要求11所述噴咀，其特徵在於，所述兩噴咀是相鄰設置的，一噴咀固定在所述主體上，另一個以可調角度的方式連接在所述主體上，由此使從所述兩噴咀噴出的冷卻液排出流以基本垂直的角度衝擊到所述旋轉周邊表面上。
全文摘要
一種用於完成切削和磨削操作的含氣泡的冷卻液被持續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入切削工具與工件的接觸表面間隙,改善了加工區的冷卻和潤滑。氣泡達不到要被加工的部位或達到該部位但經過此部位,進入回流管路,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併到達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,並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B03D1/14GK1216013SQ9719381
公開日1999年5月5日 申請日期1997年2月12日 優先權日1996年2月15日
發明者中井義和 申請人:株式會社澤塔平和