一种机械加工领域应用的准干切削供液装置

摘要

一种机械加工领域应用的准干切削供液装置，其微喷装置设在喷嘴内，由内、外侧微喷构成，其上有润滑剂入口；外侧微喷由外侧振动基片、外侧压电陶瓷片引线、外侧压电陶瓷片、外腔体、气体入口、气体微喷孔及喷孔膜构成；外侧压电陶瓷片粘在外侧振动基片上，外侧压电陶瓷引线粘在外侧压电陶瓷片上、下侧，外侧振动基片粘在喷孔膜上，气体入口设在喷孔膜侧壁上，气体微喷孔设在喷孔膜上；该内侧微喷由内侧振动基片、内侧压电陶瓷片引线、内侧压电陶瓷片、内腔体、润滑剂入口、润滑剂微喷孔、喷孔膜构成；该内侧压电陶瓷片粘在内侧振动基片上，内侧压电陶瓷引线粘在内侧压电陶瓷片上、下侧，内侧振动基片粘在喷孔膜上，润滑剂微喷孔设在喷孔膜上。

说明书

(一)技术领域：

本发明一种机械加工领域应用的准干切削供液装置，涉及机械加工领域的供液装置，属于将润滑剂通过微米级微孔雾化并以较高速度喷射至切削区，实现喷雾式冷却的准干切削供液装置。

(二)背景技术：

一、传统切削液供给系统存在的问题如下：

(1)制造成本较高；统计资料表明，使用切削液的费用约占总制造成本的7％～17％，而供液系统的成本(系统的清洗、维修及为保护环境防止油雾污染所增加设备的费用)又占了很大的比例。

(2)切削液用量控制困难；传统的切削液供液方法使用较大压力和流量的切削液覆盖到切削区，在加工条件发生变化(如更换工件、更换刀具等情况)时，很难调整切削液用量。

(3)资源消耗大；传统的供给系统装置中采用的冷却泵及液阀精密性较差，难以精确的控制切削液的供给，且喷嘴没有达到一定的精密度及润滑均匀、注油精确的要求，尤其对复杂且集中的润滑表面不能连续供给精确状或滴状润滑剂，从而消耗掉了大量的资源。

(4)对环境污染大；传统的切削液供给系统在机床中采用的是内循环，使产品的质量受到了一定的影响。且其净化装置在加工过程中的净化程度较低，在切削加工过程中，废液和切屑造成的环境污染程度很大，相应的治理费用也很高。

(5)清洗难度大；传统供给系统中的管线为不锈钢、铜、橡胶等多种材质，地沟由水泥抹成，不适于化学清洗。切削液流经的管内时间长了会形成黑色垢层，垢层具有一定的机械强度，但并不太坚硬，这些都给清洗工作造成很大难度。

二、切削液的构成及其对环境的影响如下：

切削液主要有水基和油基两种，水基切削液的主要成分是水、化学合成水或乳化液，其中都添加防锈剂，也有再加入极压添加剂的；油基切削液的主要成分是各种矿物油、动物油或由它们组成的复合油，并可视需要添入各种添加剂，如极压添加剂、油性添加剂等。切削液对环境的影响主要包括以下几个方面：

(1)对生态环境的影响；切削液对生态环境的危害主要是切削加工中产生的废切削液(废油、废液)对水资源的污染。另外，切削加工中使用的切削液，或多或少会存留在切屑上，大量堆积的切屑带有的切屑液会污染土壤，切屑再生利用时切削液有毒有害成分也会污染环境。

(2)对职业健康安全与卫生管理的影响；切削液对人体的危害首先是其添加剂的毒性；其次是对皮肤的危害；三是切削液对呼吸器官的危害。

(3)不安全性；由于切削液中含有许多添加剂，在其使用过程中，会对设备产生腐蚀、生锈和火灾等不安全隐患。

(三)发明内容

为了解决现有供液装置的各种问题，本发明提出了一种机械加工领域应用的准干切削供液装置，其目的是：该装置喷出的雾状冷却液可以直接用于切削等机械加工中，实现喷雾式冷却，该雾状冷却液容易控制用量，节约资源，减少环境污染，使用安全及便于清理。

本发明一种机械加工领域应用的准干切削供液装置，该装置由润滑剂存储箱51，润滑剂输送管52，主轴53，喷嘴54，刀具55，工件56，存储箱底座58及喷嘴54组成；该润滑剂输送管一端接润滑剂存储箱51，另一端接喷嘴54，工作时，微喷通电后，将存储箱51里的润滑剂吸出，并形成微米级雾化微粒57，将雾化微粒57高速喷射至工作区；

其特征在于：该微喷装置设置在喷嘴内，该微喷装置由内侧微喷和外侧微喷构成，内侧微喷套装于外侧微喷内部，该微喷装置上具有润滑剂入口；

该外侧微喷由外侧振动基片、外侧压电陶瓷片引线、外侧压电陶瓷片、外腔体、气体入口、气体微喷孔及喷孔膜构成；

该外侧压电陶瓷片粘结在外侧振动基片上形成压电换能器；

该外侧压电陶瓷引线分别粘结在外侧压电陶瓷片上下两侧；

该外侧振动基片粘结在喷孔膜上形成外腔体；

该气体入口设置在喷孔膜侧壁上；该气体微喷孔呈环形布置且加工在喷孔膜上；

该内侧微喷由内侧振动基片、内侧压电陶瓷片引线、内侧压电陶瓷片、内腔体、润滑剂入口、润滑剂微喷孔、喷孔膜构成；

该内侧压电陶瓷片粘结在内侧振动基片上形成压电换能器；

该内侧压电陶瓷引线分别粘结在内侧压电陶瓷片上下两侧；

该内侧振动基片粘结在喷孔膜上形成内腔体；

该润滑剂微喷孔呈环形布置且加工在喷孔膜上。

其中，该润滑剂人口112是由在喷孔膜19上加工的通孔112’与设置在内侧振动基片18上的入口相通形成的。

其中，该润滑剂入口设置在内侧振动基片上。

其中，该润滑剂入口设置在喷孔膜上。

该微喷装置可采用微型机械电子系统(MEMS)技术制作，可采用超精密机械加工而成，可采用硅微加工制作；也可采用特种加工如：电火花加工、超声波加工、激光加工制作。该微喷装置可用于准干切削中的喷雾式冷却供液，并优化了气体微喷孔及滑剂微喷孔半径，使得气体喷出时具有较高速度，实现除屑作用，润滑剂形成纳米级微粒，雾化润滑剂实现优良的润滑效果。

其中，该振动基片由硅材料或金属材料制作而成。

其中，该振动基片由弹性材料制作而成。

该气体微喷孔及滑剂微喷孔可分别为圆形形状或椭圆形形状。该气体微喷孔及滑剂微喷孔可分别为扩散孔结构、直孔结构或收缩孔结构。

本发明一种机械加工领域应用的准干切削供液装置，其优点如下：

(1)该装置具有内、外两个腔体，该内腔体由与内侧压电陶瓷片粘结的振动基片和喷孔膜围成，腔内的润滑剂在内侧压电陶瓷片的驱动力下，经纳米级润滑剂微喷孔喷出，实现润滑剂的雾化并以较高的速度喷射至加工区域；外侧腔体由与外侧压电陶瓷片粘结的振动基片及内侧振动基片和喷孔膜围成，腔内气体受到双压电陶瓷片形成的耦合力场的作用，气体喷出时速度较高，可以实现排屑的作用。

(2)该装置具有的两个腔体，分别实现雾化润滑剂和用于排屑的气体的喷出。根据具体加工需要，可以通过改变气体微喷孔及润滑剂微喷孔直径的大小改变喷出的雾化微粒的大小，可以通过改变微喷孔及润滑剂微喷孔微孔数目的多少改变雾化润滑剂和气体的出口速度的大小，可以通过改变压电陶瓷的直径或厚度来改变驱动力的大小，进而控制润滑剂和气体出口速度的大小。

(3)该装置制作简单，成本低，消耗资源少，可以很好地满足喷雾式冷却中润滑剂量的需求量，可适于批量生产。

(4)该装置制造成本低、容易控制切削液(润滑剂)用量的大小、资源消耗少同时减少了环境污染。

(四)附图说明：

图1本发明准干切削供液装置的主视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3本发明准干切削供液装置的俯视图。

图4喷孔膜视图。

图5本发明准干切削供液装置的底视图。

图6实施例二主视图。

图7实施例三主视图。

图8实施例四微喷阵列装置主视图。

图9是图8的A-A剖视图。

图10本发明使用状态示意图。

图中标号说明如下：

1、2、3微喷装置

11、21、31外侧振动基片    12、22、32外侧压电陶瓷片引线

13、23、33外侧压电陶瓷片  14、24、34内侧压电陶瓷片引线

15、25、35内侧压电陶瓷片  16、26、36：外腔体

17、27、37内腔体          18、28、38内侧振动基片

19、29、39喷孔膜          41盖子

42微喷                    43盖孔

44基体喷孔                45基体

46引线                    48供液管

51存储箱                  52润滑剂输送管

53主轴                    54喷嘴

55刀具                    56工件

57雾化微粒

110、210、310气体微喷孔   111、211、311润滑剂微喷孔

112、212、312润滑剂入口   113、213、313气体入口

114、214：引线口。        112’通孔

(五)具体实施方式

本发明一种机械加工领域应用的准干切削供液装置，请参阅图10所示，该装置由润滑剂存储箱51，润滑剂输送管52，主轴53，喷嘴54，刀具55，工件56，存储箱底座58及喷嘴54组成；该润滑剂输送管一端接润滑剂存储箱51，另一端接喷嘴54，工作时，微喷通电后，将存储箱51里的润滑剂吸出，并形成微米级雾化微粒57，该雾化微粒57高速喷射至工作区；其中，该微喷装置1置放在喷嘴54内。

实施例一：请参阅图1至图5所示，首先请参阅图1所示；

该微喷装置1由内侧微喷和外侧微喷构成，内侧微喷套装于外侧微喷内部；

该微喷装置1包括有外侧振动基片11，外侧压电陶瓷片引线12，外侧压电陶瓷片13，内侧压电陶瓷片引线14，内侧压电陶瓷片15，外腔体16，内腔体17，内侧振动基片18，喷孔膜19，在喷孔膜19上设置有气体微喷孔110，在喷孔膜19上设置有润滑剂微喷孔111，润滑剂入口112，气体入口113，引线口114；

该外侧微喷由外侧振动基片11、外侧压电陶瓷片引线12、外侧压电陶瓷片13、外腔体16、气体入口113、气体微喷孔110、喷孔膜19构成；其中，该外侧压电陶瓷片13粘结在外侧振动基片11上形成压电换能器；该外侧压电陶瓷引线12分别粘结在外侧压电陶瓷片13上、下两侧；该外侧振动基片11粘结在喷孔膜19上形成外腔体；该气体入口113设置在喷孔膜19侧壁上；该气体微喷孔110呈环形布置且加工在喷孔膜19上。

该内侧微喷由内侧振动基片18、内侧压电陶瓷片15、内侧压电陶瓷片引线14、内腔体17、润滑剂入口112、润滑剂微喷孔111、喷孔膜19构成；其中，该内侧压电陶瓷片15粘结在内侧振动基片18上形成压电换能器；该内侧压电陶瓷片引线14分别粘结在内侧压电陶瓷片15上、下两侧；该内侧振动基片18粘结在喷孔膜19上形成内腔体17；该润滑剂入口112是由设置在喷孔膜19上的通孔112’与设置在内侧振动基片18上的入口相通形成的；该润滑剂微喷孔111呈环形布置且加工在喷孔膜19上。

工作时，两内、外压电陶瓷片15、13振动方向相反，使得外腔体16内产生耦合作用场，气体以较高速度从气体微喷孔110喷出，达到排屑作用；或者仅对由外侧压电陶瓷片13粘结在外侧振动基片11上形成的外侧压电换能器加电，而对由内侧压电陶瓷片15粘结在内侧振动基片18上所形成的内侧压电换能器不加电，即可形成单独气喷；

若仅对内侧压电换能器加电，外侧压电换能器不加电，即可形成单独液喷；可以根据实际工作要求选择合适的工作方式；

该内腔体17内的润滑剂在内侧压电陶瓷片15的作用力下，由喷孔111喷出后形成雾化微粒57，从而达到雾化的目的；

该润滑剂由润滑剂入口112进入内腔体17，在内侧压电陶瓷片15的作用下由注意到滑剂喷孔111喷出，实现润滑剂供给；

气体由气体入口113进入外腔体16，在内、外压电陶瓷13和15的共同作用下由气体微喷孔110喷出，实现气体供给。

实施例二：

请参阅图6所示；它与实施例一的区别在于，润滑剂入口212开在了内侧振动基片28上，该微喷装置2包括有外侧振动基片21，外侧压电陶瓷片引线22，外侧压电陶瓷片23，内侧压电陶瓷片引线24，内侧压电陶瓷片25，外腔体26，内腔体27，内侧振动基片28，喷孔膜29，在喷孔膜29上设置有气体微喷孔210，在喷孔膜29上设置有润滑剂微喷孔211，润滑剂入口212，气体人口213，引线口214。

本实施例二由也是由内、外微喷构成，内侧微喷套装于外侧微喷内部；

该外侧微喷由外侧振动基片21、外侧压电陶瓷片引线22、外侧压电陶瓷片23、外腔体26、气体入口213、气体微喷孔210、喷孔膜29构成；其中，该外侧压电陶瓷片23粘结在外侧振动基片21上形成压电换能器；该外侧压电陶瓷引线22分别粘结在外侧压电陶瓷片23上、下两侧；该外侧振动基片21粘结于喷孔膜29上形成外腔体26；该气体入口213加工在喷孔膜29上；该气体微喷孔210呈环形布置且加工在喷孔膜29上。

该内侧微喷由内侧振动基片28、内侧压电陶瓷片25、内侧压电陶瓷片引线24、内腔体27、润滑剂入口212、润滑剂微喷孔211、喷孔膜29构成；其中，

该内侧压电陶瓷片25粘结在内侧振动基片上28形成压电换能器；该内侧压电陶瓷引线24分别粘结在内侧压电陶瓷片25上、下两侧；该内侧振动基片28粘结于喷孔膜29上形成内腔体27；该润滑剂入口212加工在内侧振动基片28上；该润滑剂微喷孔211呈环形布置且加工在喷孔膜29上。

工作时，两内、外侧压电陶瓷片25、23振动方向相反，使得外腔26内产生耦合作用场，气体以较高速度从气体微喷孔210喷出达到排屑作用；

当然，也可只对外侧压电陶瓷片23加电形成气喷；单独给内侧压电陶瓷片25加电形成液喷。润滑剂由润滑剂入口212进入内腔体27，在内侧压电陶瓷片25的作用下由润滑剂微喷孔211喷出，实现润滑剂供给。

气体由气体入口213进入外腔体26，在内、外侧压电陶瓷片25、23的共同作用下由气体微喷孔210喷出，实现气体供给。

实施例三：

请参阅图7所示；它与实施例一的区别在于，内腔体37上的润滑剂入口312开在了喷孔膜39上，这样避免了套装结构，装配相对简单。

该微喷装置3包括有外侧振动基片31，外侧压电陶瓷片引线32，外侧压电陶瓷片33，内侧压电陶瓷片引线34，内侧压电陶瓷片35，外腔体36，内腔体37，内侧振动基片38，喷孔膜39，在喷孔膜39上设置有气体微喷孔310，在喷孔膜39上设置有润滑剂微喷孔311、润滑剂入口312、气体入口313。

该微喷装置3亦由内、外两个微喷构成，内侧微喷套装于外侧微喷内部；

该外侧微喷由外侧振动基片31、外侧压电陶瓷片引线32、外侧压电陶瓷片33、外腔体36、气体入口313、气体微喷孔310、喷孔膜39构成；其中，该外侧压电陶瓷片33粘结在外侧振动基片31上形成压电换能器；该外侧压电陶瓷引线32分别粘结在外侧压电陶瓷片33上、下两侧；该外侧振动基片31粘结于喷孔膜39上形成外腔体36；该气体入口313设置在喷孔膜39上；该气体微喷孔310呈环形布置且加工在喷孔膜39上。

该内侧微喷由内侧振动基片38、内侧压电陶瓷片35、内侧压电陶瓷片引线34、内腔体37、润滑剂入口312、润滑剂微喷孔311、喷孔膜39构成；其中，该内侧压电陶瓷片35粘结在内侧振动基片上38上形成压电换能器；该内侧压电陶瓷引线34分别粘结在内侧压电陶瓷片35上、下两侧；该内侧振动基片38粘结在喷孔膜39上形成内腔体37；该润滑剂入口312设置在喷孔膜39上；该润滑剂微喷孔311呈环形布置且加工在喷孔膜39上，在喷孔膜39上开两个引线口(图中未示出)，用于引出内侧压电陶瓷片引线34。

工作时，两内、外侧压电陶瓷片35、33振动方向相反，使得外腔体36内产生耦合作用场，气体以较高速度从气体微喷孔310喷出达到排屑作用；也可只对外侧压电陶瓷片33加电形成气喷；单独给内侧压电陶瓷片35加电形成液喷。润滑剂由润滑剂入口312进入内腔体37，在内侧压电陶瓷片35的作用下由润滑剂微喷孔311喷出，实现润滑剂供给。气体由气体入口313进入外腔体36，在内、外侧压电陶瓷33和35的共同作用下由气体微喷孔310喷出，实现气体供给。

实施例四：

为了解决雾化冷却中对润滑剂需求量大的问题，本实施例提出了一种微喷阵列装置，请参阅图8、图9所示；则将多个微喷装置1呈环形阵列式排列后(如图9所示)同时置入一基体45内，在基体45上开设有喷孔44，各微喷装置1之间由引线46相连接，基体45内部设有供液管置入的凹槽47，该供液管48连接各微喷装置1，在基体45上盖有盖子41，盖子41上设有盖孔43。

该微喷阵列装置可由压电陶瓷或其它方式驱动，实现将润滑剂由润滑剂存储箱吸入，经喷孔喷出微米级微雾化微粒，并将雾化微粒喷射至工作区，实现喷雾式冷却，同时喷出的润滑剂量大。

该微喷阵列装置也可以呈矩形排列。