CN102528550B - 一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应*** - Google Patents

Abstract

一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，主要包括装有切削油的雾化室、微细雾化喷头、A电磁阀、过滤减压阀、比例减压阀、A气体流量控制阀、气体喷嘴、油量控制阀、微型油泵、单向阀、一次沉淀室、二次沉淀室和锥形体组件，微细雾化喷头设置在雾化室的内腔上部，A电磁阀、过滤减压阀和微细雾化喷头经气体输送管依序连接在一起，滤减压阀、比例减压阀、A气体流量控制阀和气体喷嘴经气体输送管依序连接在一起，油量控制阀、微型油泵和单向阀经油管依序连接在一起，雾化室和一次沉淀室之间通过A油雾连接管相连，一次沉淀室和二次沉淀室之间通过B油雾连接管相连。该微量润滑供应***用于机械加工中对加工区进行润滑和冷却。

Description

一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***

技术领域

本发明涉及一种能产生微细油雾的***，该***能保证油雾能克服离心力的影响，顺利通过高速旋转的主轴和刀具内孔到达加工区，也能用于外冷刀具的润滑冷却，属于机械加工中的高速高效绿色切削技术领域。

背景技术

当前，环境、资源、人口成为世界面临的三大主要问题，全球环境的恶化程度与日剧增，正在对人类社会的生存与发展造成严重威胁。制造业在将制造资源转变为产品的过程中产生大量废弃物，形成制造业对环境的主要污染源。由于制造业量大面广，因而对环境的总体影响很大。可以说，制造业一方面是创造人类财富的支柱产业，但同时又是环境污染的主要源头。随着人类环保意识的提高以及各国陆续推出的各项切削液的限制政策，“绿色制造技术”、“环境无害技术”、“清洁生产”、“工业生态学”等既可满足生产需要，又合理使用资源的名词日益引起人们的重视。制造过程的绿色化，也成为当今各国竞相研究的焦点。

高速切削是高性能加工的一种主要工艺技术，已经广泛应用于航空、模具、汽车等行业。由于机床主轴高速回转（8000～60000r/min）会在刀具周围产生离心高速、高压气流，依靠常规加大切削液流量的方式已很难保证有足够量的切削液进入切削区。其次，在一般钢件的高速加工时，刀具的刃部将产生接近900～1000℃的高温，此时若供给切削液，切削液内部的水分在未到达高温状态下的刃部之前已瞬间汽化，丧失了冷却的作用，即使偶尔到达切削刃部的切削液也将会造成对刃部的热冲击，对刃部产生均热现象，因此也会影响刀具的使用寿命。这样的现象在进行容易产生热量的高温合金等原材料的低速加工时也时常出现。其理论原因是，在加工过程中，刀具和金属接触表面产生高温，在传统切削液的冷却作用下，高热固体金属会急速冷却产生淬火效应，金属表面会产生淬火马氏体组织，使金属***的同时脆性增强。由于淬火效应与温差成正比， 而提高切削速度会使温度更高，故提高速度将产生更强的淬火效应导致刀具寿命降低。

如何采用有效的冷却润滑条件，可以有效降低切削温度，改善切削摩擦状态，抑制刀具磨损，成为进一步提高加工效率的主要技术途径。与此同时，在金属切削加工领域涌现出了多种用于替代传统湿式冷却润滑加工方法的环境友好的新型绿色切削加工技术，微量润滑技术是其中代表。

微量润滑技术——MQL(Minimal Quantity Lubrication)是在压缩气体中混入微量的无公害油雾，代替大量切削液对切削点实施冷却润滑。MQL是一种有效的绿色制造技术，切削液以高速雾粒供给，增加了润滑剂的渗透性，提高了冷却润滑效果，改善了工件的表面加工质量；使用切削液的量仅为传统切削液用量的万分之一，从而大大降低了冷却液成本，使切削区域外的刀具、工件和切屑保持干燥，避免了处理废液的难题；MQL可以根据工况规定润滑的最佳浓度，而且消除了切削液中悬浮的硅粒子污染，改善了工人的工作环境；MQL***简单、占地小，易于安装在各种类型的机床上。

MQL技术融合了干式切削与传统湿式切削两者的优点：一方面，MQL将切削液的用量降低到极微量的程度，不仅显著降低切削液的使用成本，而且通过使用自然降解性高的合成酯类作为润滑剂，最大限度地降低了切削液对环境和人体的危害；另一方面，与干式切削相比，MQL由于引入了冷却润滑介质，使得切削过程的冷却润滑条件大大改善，刀具、工件和切屑之间的磨损显著减小，有助于降低切削力、切削温度和刀具的磨损。

MQL供液***主要有两种形式：一种是外置式供液***；一种是内置式供液***。外置式供液***是单独设计，油雾供给的结构简单，一般由空气压缩机、油泵、控制阀、喷嘴及管路附件组成，集成后的***成本低廉，质量轻，几乎不需要改造机床就可以方便地安装在机床上。润滑油和压缩空气在机床外部通过混合装置混合后可由多个喷嘴引出，作用于加工区的刀具和工件。但是外置式供液方式存在如下不足：1、由于喷嘴的方位对润滑效果影响显著，需要确定喷嘴的最佳位置及喷射角度。当加工的工件直径变化较大或换刀时，原来喷嘴的位置必须经过手动或通过其他的辅助定位***的校正，来实现喷嘴轴向、径向和角度的正确定位。2、外部润滑的雾粒很难进入深孔钻削的加工区域，所以对于深孔加工冷却润滑效果不好，对特定的加工方法（如钻削）还存在工艺上的困难。采用目前技术，润滑油雾在加工区最多只能实现长径比约2～3的润滑。深孔构件的铣削也存在相似的问题。尤其在加工深窄槽、框、腔结构时，外部微量润滑***喷嘴容易与刀具或工件发生干涉，因此雾粒很难进入加工区域，所以对于上述特殊加工，外部润滑的冷却润滑效果不好。3、外部润滑的雾粒颗粒小，容易四处飞散，对工作环境会有一定影响，所以需要有配套的防护设施。4、此外，外部润滑作用时，为使润滑充分且不造成浪费，喷嘴应尽可能地靠近切削区，此时喷嘴容易被切屑破坏，且易发生干涉，对换刀进程也有影响。以上这些都成为推广外部微量润滑技术的障碍。

内置式供液***集成在机床内部，润滑油和压缩空气的混合物通过机床主轴内孔和刀具内置的输送管道导入加工区，进行冷却和润滑。润滑油雾可以直接到达加工区域，润滑充分，一般效果会好于外部润滑。但内部润滑***也有缺点：使机床主轴和工具***的结构变得复杂，甚至会影响整台机床的工作性能；当主轴转速过高时受离心力作用影响，油雾易粘附在主轴和工具的内孔壁，不易达到切削区，因此内置式供应***需重点考虑雾粒生成装置，生成雾粒的直径必须足够小，才能避免惯性及重力的影响，使雾粒保持悬浮状态，从而顺利通过内部通道。

内置式供应***即是一种微细油雾装置，是以压缩空气作为动力，使油液雾化，即产生一种像烟雾一样的、粒度在2μm以下的干燥油雾。干雾与湿雾相比，其特点是在输送过程中不易粘附在管道壁面上，可实现长距离输送，但油雾不能起润滑作用；湿雾正相反，在输送过程中容易粘附在管壁上，输送距离应控制在5m以内，油雾可起润滑作用。由于干雾的这种特性，在长距离输送至使用出口时，在出口处应设法增加空气的流速，使油雾由干雾变为湿雾，然后进行润滑和冷却。

此外，随着内冷刀具的大小尺寸不同而内冷孔的大小也会相应不同，就会产生所需风量油雾多少也不一样，因此如何对同一台内置式供液***针对不同的内冷刀具进行风量油雾调节控制实现最佳润滑和冷却也是个难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服以上微量润滑装置存在的技术现存问题，设计一种设备能产生微细干燥油雾的微量润滑供应***，该***能保证油雾能克服离心力的影响而顺利通过高速旋转的主轴内孔和刀具内孔到达加工区，并变成湿油雾对加工区进行润滑和冷却；此外，同时实现同一台微量润滑供应***针对不同的内冷刀具调节控制风量油雾实现最佳润滑和冷却；并且，同一台微量润滑供应***能对内冷和外冷刀具均可实现有效的润滑和冷却。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，包括： 

装有切削油的雾化室，在雾化室的内腔上部设置有一微细雾化喷头；

A电磁阀和过滤减压阀，A电磁阀、过滤减压阀和微细雾化喷头经气体输送管依序连接在一起；

比例减压阀、A气体流量控制阀和设置在雾化室内的气体喷嘴，所述过滤减压阀、比例减压阀、A气体流量控制阀和气体喷嘴经气体输送管依序连接在一起；

油量控制阀、微型油泵和单向阀，油量控制阀、微型油泵和单向阀经油管依序连接在一起，且油管下端经雾化室下侧部连通雾化室内的切削油，油管上端连接微细雾化喷头；

该微量润滑供应***还包括一次沉淀室，所述雾化室和一次沉淀室之间通过A油雾连接管相连； B电磁阀两端连接A回油管，A回油管一端经一次沉淀室底部与一次沉淀室的内腔连通，另一端经雾化室侧部与切削油连通；

该微量润滑供应***还包括二次沉淀室，所述一次沉淀室和二次沉淀室之间通过B油雾连接管相连；C电磁阀两端连接B回油管，B回油管一端经二次沉淀室底部与二次沉淀室的内腔连通，另一端经雾化室侧部与切削油连通；

该微量润滑供应***在所述雾化室内设置有一锥形体组件，所述锥形体组件包括锥形体和多片叶片，多片叶片与锥形体上表面设置在一起，锥形体组件位于微细雾化喷头正下方，锥形体下方通过高速轴承和支撑杆相连接，支撑杆的另一端和雾化室的底板垂直连接固定。

在上述技术方案中，该微量润滑供应***在锥形体上设有一圈一圈的有连续阶差的环状台阶，在所述环状台阶面上设有按圆周等分安装的四片叶片。

进一步的，该微量润滑供应***在雾化室内设置有上液位传感器和下液位传感器，上液位传感器设置在切削油上表面，下液位传感器设置在靠近雾化室下底的切削油中，上液位传感器和下液位传感器通过信号线连接设置在雾化室外部的报警器。

进一步的，该微量润滑供应***还包括A油雾输送管、E电磁阀、C油雾输送管、柔性喷管和喷嘴，A油雾输送管、E电磁阀、C油雾输送管、柔性喷管和喷嘴依序连接在一起，且A油雾输送管一端连接二次沉淀室的油雾出口。

进一步的，该微量润滑供应***还包括D电磁阀和B油雾输送管，所述A油雾输送管、D电磁阀和B油雾输送管依序连接在一起。

更进一步的，该微量润滑供应***还包括B气体流量控制阀和三通，所述比例减压阀、B气体流量控制阀和三通经气体输送管依序连接在一起，三通经A油雾输送管连接二次沉淀室，多个F电磁阀经油雾输送管连接三通。

本发明的有益效果是：1、该微量润滑供应***能产生微细干燥油雾，并能保证油雾能克服离心力的影响而顺利通过高速旋转的主轴内孔和刀具内孔到达加工区，并变成湿油雾对加工区进行润滑和冷却。2、通过调节控制风量油雾，能实现同一台微量润滑供应***针对不同的内冷刀具同时实现最佳润滑和冷却。3、同一台微量润滑供应***能对内冷和外冷刀具均可实现有效的润滑和冷却。4、由于在该微量润滑供应***中设置了一次沉淀室和二次沉淀室，将切削油回收利用，使得切削液的用量降低到极微量的程度，有效降低了润滑和冷却液的成本。5、该微量润滑供应***对加工区进行润滑和冷却，其润滑和冷却效果好，改善了工件表面的加工质量，并实现无废液排放。

附图说明

图1是本发明第一个实施例的结构简图；

图2是本发明第二个实施例的结构简图； 

图3是本发明中的锥形体组件的主视图；

图4是本发明中的锥形体组件的俯视图；

图5是本发明中的锥形体组件的立体结构示意图。

图1至图5中的附图标记说明：1——比例减压阀；2——过滤减压阀；3——A电磁阀；4——气体输送管；5——油量控制阀；6——大粒径油粒子；7——微型油泵；8——单向阀；9——微细雾化喷头；10——锥形体；11——微细油雾；12——雾化室；13——小粒径油粒子；14——A气体流量控制阀；15——气体喷嘴；16——支撑杆；17——上液位传感器；18——切削油；19——报警器；20——下液位传感器；21——B电磁阀；22——A油雾连接管；23——A回油口；24——A回油管；25——C电磁阀；26——B油雾连接管；27——B回油管；28——B回油口；29——油雾入口；30——一次沉淀室；31——油雾出口；32——二次沉淀室；33——A油雾输送管；34——三通；35——主轴旋转接头；36——D电磁阀； 37——E电磁阀；38——B油雾输送管；39——C油雾输送管；40——柔性喷管；41——喷嘴；42——普通实心主轴；43——外冷刀具；44——内冷刀具；45——内冷空心主轴；46——B气体流量控制阀；47——F电磁阀；48——机床；49——叶片。     

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，并不是把本发明的实施范围局限于此。

实施例1，如图1所示，本实施例所述的一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，包括： 

装有切削油18的雾化室12，在雾化室12的内腔上部中心处设置有一微细雾化喷头9；

A电磁阀3和过滤减压阀2，A电磁阀3、过滤减压阀2和微细雾化喷头9经气体输送管4依序连接在一起；

比例减压阀1、A气体流量控制阀14和设置在雾化室12内的气体喷嘴15，所述过滤减压阀2、比例减压阀1、A气体流量控制阀14和气体喷嘴15经气体输送管4依序连接在一起；

油量控制阀5、微型油泵7和单向阀8，油量控制阀5、微型油泵7和单向阀8经油管依序连接在一起，且油管下端经雾化室12下侧部连通雾化室12内的切削油18，油管上端连接微细雾化喷头9；

该微量润滑供应***还包括一次沉淀室30，所述雾化室12和一次沉淀室30之间通过A油雾连接管22相连；B电磁阀21两端连接A回油管24，A回油管24一端经一次沉淀室30底部与一次沉淀室30的内腔连通，另一端经雾化室12侧部与切削油18连通；

该微量润滑供应***还包括二次沉淀室32，所述一次沉淀室30和二次沉淀室32之间通过B油雾连接管26相连；C电磁阀25两端连接B回油管27，B回油管27一端经二次沉淀室32底部与二次沉淀室32的内腔连通，另一端经雾化室12侧部与切削油18连通；

在所述雾化室12内设置有一锥形体组件，所述锥形体组件包括锥形体10和四片叶片49，四片叶片49与锥形体10上表面设置在一起，锥形体组件位于微细雾化喷头9正下方，锥形体10下方通过高速轴承和支撑杆16相连接，支撑杆16的另一端和雾化室12的底板垂直连接固定。

在锥形体10上设有一圈一圈的有连续阶差的环状台阶，在所述环状台阶面上设有按圆周等分安装的四片叶片49。

在雾化室12内设置有上液位传感器17和下液位传感器20，上液位传感器17设置在切削油18上表面，下液位传感器20设置在靠近雾化室12下底的切削油18中，上液位传感器17和下液位传感器20通过信号线连接设置在雾化室12外部的报警器19。

该微量润滑供应***还包括A油雾输送管33、E电磁阀37、C油雾输送管39、柔性喷管40和喷嘴41，A油雾输送管33、E电磁阀37、C油雾输送管39、柔性喷管40和喷嘴41依序连接在一起，且A油雾输送管33一端连接二次沉淀室32的油雾出口31。

该微量润滑供应***还包括D电磁阀36和B油雾输送管38，所述A油雾输送管33、D电磁阀36和B油雾输送管38依序连接在一起。

当A电磁阀3启动时，气源通过气体输送管4提供干净的压缩空气，压缩空气经过过滤减压阀2进行再次过滤并把压力调至所需数值后，流至微细雾化喷头9。同时，启动微型油泵7把切削油18从雾化室12内腔底部抽出，并经过油量控制阀5调量到所需的油量，然后送至微细雾化喷头9。压缩空气和切削油18在微细雾化喷头9进行混合，然后高速喷出形成微细油雾11，微细油雾11包含粒径相对较大的油雾粒子和颗粒相对较小的油雾粒子。其中，质量相对较轻的小粒径油粒子13飘至雾化室12的内腔中并最后通过A油雾连接管22流至一次沉淀室30内腔中，大粒径油粒子6和部分小粒径油粒子13一起高速喷到高速旋转的锥形体10上。当油雾喷至锥形体10后，小粒径油粒子13被反弹出去，并悬浮在雾化室12的内腔中并最后通过A油雾连接管22流至一次沉淀室30内腔中。部分大粒径油粒子6被锥形体10表面粘住形成油液并由于重力作用往下流至雾化室12内腔底部的切削油18中；部分大粒径油粒子6被锥形体10的撞击粉碎成小粒径油粒子13；部分大粒径油粒子6被高速旋转的锥形体10甩出并被甩至雾化室12内壁上，结果是部分被撞击裂化成小粒径油粒子13，剩下未被裂化的大粒径油粒子6粘在雾化室12内壁上并最终沿着内壁往下流至雾化室12内腔底部的切削油18中。最终结果是，较轻的小粒径油粒子13悬浮在雾化室12内腔并最终通过A油雾连接管22流至一次沉淀室30中，而质量相对较重的大粒径油粒子6最终由于重力作用往下沉至雾化室12内腔底部的切削油18中而无法进入一次沉淀室30。

锥形体组件的结构和工作原理如图3、图4和图5所示，锥形体10下方通过高速轴承和支撑杆16相连接，支撑杆16的另一端和雾化室12的底板中心点垂直连接固定，支撑杆16起到支撑锥形体10的作用，须注意保证锥形体10在压缩空气的吹动下只能旋转而不能摇晃。锥形体10上设有一圈一圈的有连续阶差的环状台阶，并在锥形体10的阶差表面上设计有四片叶片49，所述叶片49垂直锥形体10斜面和按圆周等分安装，叶片49的长度和锥形体10斜面的长度相当。设计有气体喷嘴15和气体输送管4相连接，并在气体输送管4管路中设计有比例减压阀1和A气体流量控制阀14。

在锥形体10上设置连续阶差的环状台阶的作用是，增大油雾和锥形体10的垂直接触面以增大油雾的垂直撞击表面积，原因是垂直撞击的受力是最大的。这样可以保证更多的大粒径油粒子高速垂直撞到锥形体10表面，并被撞击粉碎成更多的小粒径油粒子。当油雾喷到锥形体10后，部分大粒径油粒子被旋转的叶片49碰撞粉碎成小粒径油粒子，部分大粒径油粒子粘在叶片49上并因离心力的作用被迫沿着叶片49表面被高速旋转的锥形体10向外甩出，并被甩至雾化室12内壁上，结果是部分被撞击裂化成小粒径油粒子13，剩下未被裂化的大粒径油粒子6粘在雾化室12内壁上并最终沿着内壁往下流至雾化室12内腔底部的切削油18中。

当整机***工作时，压缩空气经过过滤减压阀2后，再经过比例减压阀1进一步减压，然后经过A气体流量控制阀14调节至所需量后，流至气体喷嘴15，最后吹至锥形体10上的叶片49上，吹动锥形体10高速旋转。设计比例减压阀1的作用是，让经过气体喷嘴15的气体压力比经过微细雾化喷头9的气体压力低，以保证微细雾化喷头9能顺利喷出油雾。比例减压阀1的降压比例一般设为1:0.8～0.9，即把经过比例减压阀1的气体压力稍微降低即可。设计A气体流量控制阀14的作用是为了对气体喷嘴15喷出的气体进行量的控制。气体喷嘴15喷出的气体有两个作用，一是提供气体动力保证锥形体10高速旋转；二是起补充气体的作用，以弥补微细雾化喷头9气体的不足。设计时，保证气体喷嘴15喷出的气体能垂直吹到叶片49，以保证叶片49受力最大，最终保证锥形体10的高速旋转。

雾化室内腔底部设为储放切削油18，最高油面必须低于A油雾连接管22的底部。设计有上液位传感器17和下液位传感器20，两个液位传感器均和雾化室12外的报警器19相连接。往雾化室12内添加切削油18时，当雾化室12内切削油18的液位达到最高位置时，上液位传感器17即传递信息指示报警器19报警，发出停止加油的警示。当雾化室12内切削油18被消耗至其液位下降至最低液位时，下液位传感器20即传递信息指示报警器19报警，发出需要添加切削油18的警示。

微型油泵7和油量控制阀5通过油管和微细雾化喷头9及雾化室12底部相连接，微型油泵7起到将切削油18送至微细雾化喷头9的作用，油量控制阀5起到将切削油18调节到所需量的作用。在微型油泵7和雾化室12底部的管道中设有单向阀8，以保证切削油18只能向微细雾化喷头9的方向流动，停机时，管道和微型油泵7内部的油不会回流，以致开机时在更短的时间内把切削油18供应到微细雾化喷头9。微型油泵7、油量控制阀5、单向阀8和微细雾化喷头9均为市场通用产品，此处不再对其进行详述。

雾化室12和一次沉淀室30之间通过A油雾连接管22相连，雾化室12和A油雾连接管22之间的连接口位置须保证高于雾化室12内腔底部的切削油18的液面10mm，以防止切削油18窜入A油雾连接管22中。一次沉淀室30和二次沉淀室32之间通过B油雾连接管26相连接，B油雾连接管26在一次沉淀室30内腔延长至一次沉淀室30内腔中间，然后折转90o角垂直延长至距离一次沉淀室30内腔顶部5～10mm处。雾化室12中悬浮的小粒径油粒子13通过A油雾连接管22进入一次沉淀室30，并在一次沉淀室30内进行第二次筛选分离。在一次沉淀室30内腔中，油雾粒子的平均粒径已经比雾化室12内的油雾粒的平均粒径要小得多，大部分都是小粒径油粒子13，只有极少部分的油雾粒的粒径是相对较大的。部分大粒径油粒子6由于重力作用，直接下降沉至一次沉淀室30底部，部分大粒径油粒子6粘附在A油雾连接管22和一次沉淀室30内壁上并由于重力作用往下流至一次沉淀室30内腔底部。只有悬浮在一次沉淀室30内腔中的小粒径油粒子13能通过油雾入口29进入B油雾连接管26，并最终进入二次沉淀室32中。一次沉淀室30的底部设有A回油口23，A回油口23通过A回油管24和B电磁阀21连通雾化室12的下部。B电磁阀21为常闭式电磁阀，当整机***工作时，B电磁阀21处于关闭状态，以防油雾从A回油管24通过，把一次沉淀室30内腔底部的切削油吹起；而停机后，B电磁阀21打开，一次沉淀室30内腔底部的切削油即可通过A回油管24流回雾化室12内腔底部。设计A油雾连接管22在一次沉淀室30内腔的出口离一次沉淀室30内腔底部保持10mm左右的距离，以防止整机***工作时，进入一次沉淀室30内腔的油雾把已沉淀在内腔底部的切削油吹溅起来。

当油雾从一次沉淀室30进入二次沉淀室32后，油雾粒子的平均粒径已经比在一次沉淀室30的油雾粒的平均粒径小得多，绝大部分都是小粒径油雾粒子，只有极少数的油雾粒的粒径是相对大一点的。油雾在二次沉淀室32中进行第三次分离，部分的大粒径油粒子由于重力作用，直接下降沉至二次沉淀室32底部，部分大粒径油粒子粘在二次沉淀室32内壁上并由于重力作用往下流至二次沉淀室32底部。只有悬浮在二次沉淀室32内腔中的小粒径油粒子能通过油雾出口31进入A油雾输送管33成为最终的微细油雾。二次沉淀室32的底部设有B回油口28，B回油口28通过B回油管27和C电磁阀25连通雾化室12的下部。C电磁阀25为常闭式，当整机***工作时，C电磁阀25处于关闭状态，以防油雾从B回油管27通过，把二次沉淀室32内腔底部的切削油吹起；而停机后，C电磁阀25打开，二次沉淀室32内腔底部的切削油即可通过B回油管27流回雾化室12内腔底部。设计B油雾连接管26在二次沉淀室32内腔的出口离二次沉淀室32内腔底部保持10mm左右的距离，以防止整机***工作时，进入二次沉淀室32内腔的油雾把已沉淀在内腔底部的切削油吹溅起来。

进入A油雾输送管33的油雾几乎全部是小粒径油粒子，而几乎没有大粒径油粒子，其状态为烟雾状的干燥油烟。经发明人通过专业检测得知，绝大部分的油雾粒子直径均为1mm左右。微细油雾可通过内部中空的主轴和刀具内冷油孔并最终由刀具工作端部的出口高速喷出形成湿油雾，对切削区进行润滑和冷却；微细油雾也可以通过和A油雾输送管33依序连接在一起的C油雾输送管39、柔性喷管40和喷嘴41喷出形成湿油雾，然后对工作刀具进行外喷润滑和冷却，所述喷嘴41的出口直径为1mm左右，比A油雾输送管33、C油雾输送管39和柔性喷管40的内径都要小得多，油雾经过喷嘴41时的流速当然急剧加快，干油雾就会变为湿油雾。

D电磁阀36和E电磁阀37均为常闭式的电磁阀，当D电磁阀36打开，E电磁阀37关闭，油雾由A油雾输送管33经D电磁阀36进入B油雾输送管38，然后经过主轴旋转接头35进入内冷空心主轴45内孔和内冷刀具44内孔，最后由内冷刀具44端部出口高速喷出。因内冷刀具44内孔的孔径比B油雾输送管38的内径要小得多，油雾在内冷刀具44内进行凝缩形成大粒径的湿油雾，对刀具切削区进行润滑和冷却，同时起排屑作用。当E电磁阀37打开时，D电磁阀36关闭，油雾由A油雾输送管33经E电磁阀37进入C油雾输送管39和柔性喷管40，然后由与柔性喷管40相连的喷嘴41高速喷出。因喷嘴41的孔径比C油雾输送管39的内径要小得多，油雾经过与柔性喷管40相连的喷嘴41小孔凝缩形成大粒径的湿油雾，对外冷刀具43及其切削区进行润滑和冷却，同时起排屑作用。所述外冷刀具43与普通实心主轴42装配在一起。

实施例2，如图2所示，本实施例所述的一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，与实施例1相比，气体流量更大并可进行调控，适用于油量和气量需求大，特别是气量需求大的工作场合。比如用于刀具尺寸较大的大型加工中心和大型内冷钻床，多把刀同时加工的多工位加工中心和数控复合车铣中心、组合机床，多台机床组成的加工机群。实施例2中与实施例1不同的结构是：本实施例还包括B气体流量控制阀46和三通34，所述比例减压阀1、B气体流量控制阀46和三通34经气体输送管4依序连接在一起，三通34经A油雾输送管33连接二次沉淀室32，五个F电磁阀47经油雾输送管连接三通34。五台机床48分别和五个F电磁阀47一一对应连接在一起。

当A电磁阀3启动时，气源通过气体输送管4提供干净的压缩空气，压缩空气经过过滤减压阀2进行再次过滤并把压力调至所需数值后，流至微细雾化喷头9。同时，启动微型油泵7把切削油18从雾化室12内腔底部抽出，并经过油量控制阀5调量到所需的油量，然后送至微细雾化喷头9。压缩空气和切削油18在微细雾化喷头9进行混合，然后高速喷出形成微细油雾11，微细油雾11包含粒径相对较大的油雾粒子和颗粒相对较小的油雾粒子。其中，质量相对较轻的小粒径油粒子13飘至雾化室12的内腔中并最后通过A油雾连接管22流至一次沉淀室30内腔中，大粒径油粒子6和部分小粒径油粒子13一起高速喷到高速旋转的锥形体10上。当油雾喷至锥形体10后，小粒径油粒子13被反弹出去，并悬浮在雾化室12的内腔中并最后通过A油雾连接管22流至一次沉淀室30内腔中。部分大粒径油粒子6被锥形体10表面粘住形成油液并由于重力作用往下流至雾化室12内腔底部的切削油18中；部分大粒径油粒子6被锥形体10的撞击粉碎成小粒径油粒子13；部分大粒径油粒子6被高速旋转的锥形体10甩出并被甩至雾化室12内壁上，结果是部分被撞击裂化成小粒径油粒子13，剩下未被裂化的大粒径油粒子6粘在雾化室12内壁上并最终沿着内壁往下流至雾化室12内腔底部的切削油18中。最终结果是，较轻的小粒径油粒子13悬浮在雾化室12内腔并最终通过A油雾连接管22流至一次沉淀室30中，而质量相对较重的大粒径油粒子6最终由于重力作用往下沉至雾化室12内腔底部的切削油18中而无法进入一次沉淀室30。

锥形体组件的结构和工作原理如图3、图4和图5所示，锥形体10下方通过高速轴承和支撑杆16相连接，支撑杆16的另一端和雾化室12的底板中心点垂直连接固定，支撑杆16起到支撑锥形体10的作用，须注意保证锥形体10在压缩空气的吹动下只能旋转而不能摇晃。锥形体10上设有一圈一圈的有连续阶差的环状台阶，并在锥形体10的阶差表面上设计有四片叶片49，所述叶片49垂直锥形体10斜面和按圆周等分安装，叶片49的长度和锥形体10斜面的长度相当。设计有气体喷嘴15和气体输送管4相连接，并在气体输送管4管路中设计有比例减压阀1和A气体流量控制阀14。

在锥形体10上设置连续阶差的环状台阶的作用是，增大油雾和锥形体10的垂直接触面以增大油雾的垂直撞击表面积，原因是垂直撞击的受力是最大的。这样可以保证更多的大粒径油粒子高速垂直撞到锥形体10表面，并被撞击粉碎成更多的小粒径油粒子。当油雾喷到锥形体10后，部分大粒径油粒子被旋转的叶片49碰撞粉碎成小粒径油粒子，部分大粒径油粒子粘在叶片49上并因离心力的作用被迫沿着叶片49表面被高速旋转的锥形体10向外甩出，并被甩至雾化室12内壁上，结果是部分被撞击裂化成小粒径油粒子13，剩下未被裂化的大粒径油粒子6粘在雾化室12内壁上并最终沿着内壁往下流至雾化室12内腔底部的切削油18中。

当整机***工作时，压缩空气经过过滤减压阀2后，再经过比例减压阀1进一步减压，然后经过A气体流量控制阀14调节至所需量后，流至气体喷嘴15，最后吹至锥形体10上的叶片49上，吹动锥形体10高速旋转。设计比例减压阀1的作用是，让经过气体喷嘴15的气体压力比经过微细雾化喷头9的气体压力低，以保证微细雾化喷头9能顺利喷出油雾。比例减压阀1的降压比例一般设为1:0.8～0.9，即把经过比例减压阀1的气体压力稍微降低即可。设计A气体流量控制阀14的作用是为了对气体喷嘴15喷出的气体进行量的控制。气体喷嘴15喷出的气体有两个作用，一是提供气体动力保证锥形体10高速旋转；二是起补充气体的作用，以弥补微细雾化喷头9气量的不足。设计时，保证气体喷嘴15喷出的气体能垂直吹到叶片49，以保证叶片49受力最大，最终保证锥形体10的高速旋转。

雾化室内腔底部设为储存切削油18用，最高油面必须低于A油雾连接管22的底部。设计有上液位传感器17和下液位传感器20，两个液位传感器均和雾化室12外的报警器19相连接。往雾化室12内添加切削油18时，当雾化室12内切削油18的液位达到最高位置时，上液位传感器17即传递信息指示报警器19报警，发出停止加油的警示。当雾化室12内切削油18被消耗至其液位下降至最低液位时，下液位传感器20即传递信息指示报警器19报警，发出需要添加切削油18的警示。

微型油泵7和油量控制阀5通过油管和微细雾化喷头9及雾化室12底部相连接，微型油泵7起到将切削油18送至微细雾化喷头9的作用，油量控制阀5起到将切削油18调节到所需量的作用。在微型油泵7和雾化室12底部的管道中设有单向阀8，以保证切削油18只能向微细雾化喷头9的方向流动，停机时，管道和微型油泵7内部的油不会回流，以致开机时在更短的时间内把切削油18供应到微细雾化喷头9。微型油泵7、油量控制阀5、单向阀8和微细雾化喷头9均为市场通用的成熟产品，此处不再对其进行详述。

雾化室12和一次沉淀室30之间通过A油雾连接管22相连，雾化室12和A油雾连接管22之间的连接口位置须保证高于雾化室12内腔底部的切削油18的液面10mm左右，以防止切削油18窜入A油雾连接管22中。一次沉淀室30和二次沉淀室32之间通过B油雾连接管26相连接，B油雾连接管26在一次沉淀室30内腔延长至一次沉淀室30内腔中间，然后折转90o角垂直延长至距离一次沉淀室30内腔顶部10～20mm处。雾化室12中悬浮的小粒径油粒子13通过A油雾连接管22进入一次沉淀室30，并在一次沉淀室30内进行第二次筛选分离。在一次沉淀室30内腔中，油雾粒子的平均粒径已经比雾化室12内的油雾粒的平均粒径要小得多，大部分都是小粒径油粒子13，只有极少部分的油雾粒的粒径是相对较大的。部分大粒径油粒子6由于重力作用，直接下降沉至一次沉淀室30底部，部分大粒径油粒子6粘附在A油雾连接管22和一次沉淀室30内壁上并由于重力作用往下流至一次沉淀室30内腔底部。只有悬浮在一次沉淀室30内腔中的小粒径油粒子13能通过油雾入口29进入B油雾连接管26，并最终进入二次沉淀室32中。一次沉淀室30的底部设有A回油口23，A回油口23通过A回油管24和B电磁阀21连通雾化室12的下部。B电磁阀21为常闭式电磁阀，当整机***工作时，B电磁阀21处于关闭状态，以防油雾从A回油管24通过，把一次沉淀室30内腔底部的切削油吹起；而停机后，B电磁阀21打开，一次沉淀室30内腔底部的切削油即可通过A回油管24流回雾化室12内腔底部。设计A油雾连接管22在一次沉淀室30内腔的出口离一次沉淀室30内腔底部保持10mm左右的距离，以防止整机***工作时，进入一次沉淀室30内腔的油雾把已沉淀在内腔底部的切削油吹溅起来。

当油雾从一次沉淀室30进入二次沉淀室32后，油雾粒子的平均粒径已经比在一次沉淀室30的油雾粒的平均粒径小得多，绝大部分都是小粒径油雾粒子，只有极少数的油雾粒的粒径是相对大一点的。油雾在二次沉淀室32中进行第三次分离，部分的大粒径油粒子由于重力作用，直接下降沉至二次沉淀室32底部，部分大粒径油粒子粘在二次沉淀室32内壁上并由于重力作用往下流至二次沉淀室32底部。只有悬浮在二次沉淀室32内腔中的小粒径油粒子能通过油雾出口31进入A油雾输送管33成为最终使用的微细油雾。二次沉淀室32的底部设有B回油口28，B回油口28通过B回油管27和C电磁阀25连通雾化室12的下部。C电磁阀25为常闭式，当整机***工作时，C电磁阀25处于关闭状态，以防油雾从B回油管27通过，把二次沉淀室32内腔底部的切削油吹起；而停机后，C电磁阀25打开，二次沉淀室32内腔底部的切削油即可通过B回油管27流回雾化室12内腔底部。设计B油雾连接管26在二次沉淀室32内腔的出口离二次沉淀室32内腔底部保持10mm左右的距离，以防止整机***工作时，进入二次沉淀室32内腔的油雾把已沉淀在内腔底部的切削油吹溅起来。

进入A油雾输送管33的油雾几乎全部是小粒径油粒子，而几乎没有大粒径油粒子，其状态为烟雾状的干燥油烟。经实用新型人通过专业检测得知，绝大部分的油雾粒子直径均1mm左右。当微细油雾从二次沉淀室32出来进入A油雾输送管33后，在三通34处和经过比例减压阀1降压和B气体流量控制阀46进行流量调节后的压缩空气混合，结果是油雾的风量增大。此设计的益处是，风量增大以致足可供多把切削刀具的润滑和冷却。参照图2进行举例说明，多台（图2中画了五台）机床48，当F电磁阀47打开时，相应各机床48的刀具即可得到润滑和冷却，而所需风量由B气体流量控制阀46进行控制调节。当某台机床48不工作时，只需关闭相应的F电磁阀47即可。由于油雾在三通34处和压缩空气混合，油雾浓度则随之降低，因此注意通过调节油量控制阀5，增大油雾浓度。

此实施例可用于油量和气量需求大，特别是气量需求大的工作场合。比如用于刀具尺寸很大的大型加工中心和大型内冷钻床，多把刀同时加工的多工位加工中心和数控复合车铣中心、组合机床，多台机床组成的加工机群。

此实施例也可以通过实施例1一样的方法用于外冷加工。此处不再详述。

以上所述仅是本发明的两个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，同样包含在本发明专利申请的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，包括： 

装有切削油（18）的雾化室（12），在雾化室（12）的内腔上部设置有一微细雾化喷头（9）；

A电磁阀（3）和过滤减压阀（2），A电磁阀（3）、过滤减压阀（2）和微细雾化喷头（9）经气体输送管（4）依序连接在一起；

比例减压阀（1）、A气体流量控制阀（14）和设置在雾化室（12）内的气体喷嘴（15），所述过滤减压阀（2）、比例减压阀（1）、A气体流量控制阀（14）和气体喷嘴（15）经气体输送管（4）依序连接在一起；

油量控制阀（5）、微型油泵（7）和单向阀（8），油量控制阀（5）、微型油泵（7）和单向阀（8）经油管依序连接在一起，且油管下端经雾化室（12）下侧部连通雾化室（12）内的切削油（18），油管上端连接微细雾化喷头（9）；

其特征在于：

还包括一次沉淀室（30），所述雾化室（12）和一次沉淀室（30）之间通过A油雾连接管（22）相连；B电磁阀（21）两端连接A回油管（24），A回油管（24）一端经一次沉淀室（30）底部与一次沉淀室（30）的内腔连通，另一端经雾化室（12）侧部与切削油（18）连通；

还包括二次沉淀室（32），所述一次沉淀室（30）和二次沉淀室（32）之间通过B油雾连接管（26）相连；C电磁阀（25）两端连接B回油管（27），B回油管（27）一端经二次沉淀室（32）底部与二次沉淀室（32）的内腔连通，另一端经雾化室（12）侧部与切削油（18）连通；

在所述雾化室（12）内设置有一锥形体组件，所述锥形体组件包括锥形体（10）和多片叶片（49），多片叶片（49）与锥形体（10）上表面设置在一起，锥形体组件位于微细雾化喷头（9）下方，锥形体(10)下方通过高速轴承和支撑杆(16)相连接，支撑杆(16)的另一端和雾化室(12)的底板垂直连接固定。

2.根据权利要求1所述的一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，其特征在于：在锥形体（10）上设有一圈一圈的有连续阶差的环状台阶，在所述环状台阶面上设有按圆周等分安装的四片叶片（49）。

3.根据权利要求1所述的一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，其特征在于：在雾化室（12）内设置有上液位传感器（17）和下液位传感器（20），上液位传感器（17）设置在切削油（18）上表面，下液位传感器（20）设置在靠近雾化室（12）下底的切削油（18）中，上液位传感器（17）和下液位传感器（20）通过信号线连接设置在雾化室（12）外部的报警器（19）。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，其特征在于：还包括A油雾输送管（33）、E电磁阀（37）、C油雾输送管（39）、柔性喷管（40）和喷嘴（41），A油雾输送管（33）、E电磁阀（37）、C油雾输送管（39）、柔性喷管（40）和喷嘴（41）依序连接在一起，且A油雾输送管（33）一端连接二次沉淀室（32）的油雾出口（31）。

5.根据权利要求4所述的一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，其特征在于：还包括D电磁阀（36）和B油雾输送管（38），所述A油雾输送管（33）、D电磁阀（36）和B油雾输送管（38）依序连接在一起。

6.根据权利要求1所述的一种用于外冷和内冷式高速机床加工的微量润滑供应***，其特征在于：还包括B气体流量控制阀（46）和三通（34），所述比例减压阀（1）、B气体流量控制阀（46）和三通（34）经气体输送管（4）依序连接在一起，三通（34）经A油雾输送管（33）连接二次沉淀室（32），多个F电磁阀（47）经油雾输送管连接三通（34）。

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