CN113211178A - 一种多自由度超音速微量润滑喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，包括基座、第一轴关节、机械臂第一节、第二轴关节、机械臂第二节、喷头，所述基座、第一轴关节、机械臂第一节、第二轴关节、机械臂第二节、喷头依次连接，基座与加工中心连接；所述机械臂第二节内设置有涡流管，所述喷头的侧面设置有喷嘴组件，所述涡流管与喷嘴组件连通，所述喷嘴组件与喷头滑动连接。本发明可实现超音速雾滴，提升热对流，加速冷却；可实现喷嘴多自由度喷射，有针对性地喷射，提高切削液利用率；可以满足不同角度的切削液地喷射；可利用自激振荡效应使雾滴粒径更小，从而更好地进入加工区域，提升润滑效率。

Description

一种多自由度超音速微量润滑喷射装置
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，具体涉及一种多自由度超音速微量润滑喷射装置。
背景技术
传统机械加工过程中大量使用的切削液具有许多弊端，主要包括如下三个方面：第一，环境污染，切削液是机械加工行业对环境造成污染的根源；第二，能源和资源消耗，相关调查表明切削液费用占工件总加工成本7～17％；第三，危害工人健康，目前广泛使用的切削液或多或少都含有对人体有害的化学成分。
微量润滑MQL(Minimal Quantity Lubrication)技术是指在压缩空气中混入微量的无公害润滑剂代替大量切削液对切削点实施冷却和润滑的技术。微量润滑(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，大幅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，提高了加工质量。这种切削技术也称为半干式切削或油气混合润滑，在二十一世纪以绿色环保为主题的影响下有着很大前景，其润滑效果明显，可以有效抑制刀具磨损，延长刀具寿命，具有成本低、废弃物少、环境污染小、安全性高等优点。
现有微量润滑技术中的润滑油雾的油滴颗粒的大小和聚集度对加工区刀具和工件接触表面的润滑效果有影响。油滴大小的影响因素一般包括压缩空气的压力、润滑油用量和喷嘴距离。在同等气压下，随着润滑油用量和喷嘴距离的增加，油滴变大，速度减小。在润滑油用量相等时，随着气压的增大，液滴变小，速度增大。因此，颗粒较大的油滴速度低，在传输中由于自身重力更容易发生偏离，导致加工区不能充分供油，影响润滑效果，且无法满足不同角度的切削液地喷射，润滑也冷却速度较慢，切削液利用率低，从而影响了加工效果和制造效率。
发明内容
本发明旨在提供一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，可实现超音速雾滴，提升热对流，加速冷却；可实现喷嘴多自由度喷射，有针对性地喷射，提高切削液利用率；可以满足不同角度的切削液地喷射；可利用自激振荡效应使雾滴粒径更小，从而更好地进入加工区域，提升润滑效率。
为达到上述目的，本发明提供的上述一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，包括基座、第一轴关节、机械臂第一节、第二轴关节、机械臂第二节、喷头，所述基座、第一轴关节、机械臂第一节、第二轴关节、机械臂第二节、喷头依次连接，基座与加工中心连接；
所述机械臂第二节内设置有涡流管，所述喷头的侧面设置有喷嘴组件，所述涡流管与喷嘴组件连通，所述喷嘴组件与喷头滑动连接；
所述第一轴关节与机械臂第一节活动连接，所述机械臂第一节与第二轴关节活动连接，所述机械臂第二节与喷头可拆卸连接。
优选的，所述涡流管包括涡流管进气口、出气软管、调节阀、冷端出口、热端出口，所述冷端出口、热端出口位于涡流管的两头，所述涡流管进气口位于涡流管的侧面，所述涡流管进气口贯穿机械臂第二节的侧壁位于侧壁外侧，所述涡流管进气口与外部气源管道连接，所述出气软管一端与热端出口连接，出气软管另一端与喷头连接，所述调节阀位于热端出口处，调节阀与涡流管过盈配合连接。
进一步地，所述涡流管进气口的外缘设置有螺纹，涡流管进气口与外部气源管道螺纹连接。
优选的，所述喷头包括壳体、连接座、管道集成块、进气管、驱动组件、联轴器、主动轮、从动轮、转动轴、滑块、滑动轴、伸缩板，所述驱动组件与主动轮通过联轴器连接，主动轮与从动轮组配连接，从动轮与转动轴连接，转动轴与壳体活动连接，伸缩板与转动轴的中部连接，伸缩板上开设有U型通孔，滑块设置在U型通孔内，滑块与滑动轴的一端连接，滑动轴的另一端与壳体滑动连接，滑动轴与连接座的下部连接，所述管道集成块与连接座的上部连接，所述进气管一端与管道集成块连接，进气管另一端与喷嘴组件连接。
进一步地，所述喷头侧面开设有连接孔，机械臂第二节与连接孔过盈配合连接。
优选的，所述喷嘴组件包括喷嘴、喷芯、同轴体、进气口、丝杆、喷嘴本体、进液口，所述喷嘴与喷芯可拆卸连接，所述同轴体与喷嘴主体螺纹连接，丝杆外侧设置有不完全外螺纹，丝杆与同轴体螺纹连接，丝杆设置有通孔，通孔贯穿丝杆的两端，所述进气口位于喷嘴组件的中部，进气口与喷头通过管道连接，所述进液口位于喷嘴组件的尾部，进液口与外部液体管道连接。
进一步地，所述进液口处设置有内螺纹，进液口与外部液体管道螺纹连接。
进一步地，所述喷嘴为拉瓦尔结构。
进一步地，所述喷嘴为缩进式气液同轴结构。
优选的，所述第一轴关节、第二轴关节为舵机
相比现有的技术，本发明具有以下技术效果：
1、本发明可实现超音速雾滴，提升热对流，加速冷却；
2、本发明可实现喷嘴多自由度喷射，有针对性地喷射，提高切削液利用率；
3、本发明可以满足不同角度的切削液地喷射；
4、本发明可利用自激振荡效应使雾滴粒径更小，从而更好地进入加工区域，提升润滑效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的机械臂第二节的内部结构示意图；
图3为本发明的喷头的内部结构示意图；
图4为本发明的喷嘴组件的内部结构示意图；
图标：1-基座、2-第一轴关节、3-机械臂第一节、4-第二轴关节、5-机械臂第二节、6-涡流管、601-涡流管进气口、602-出气软管、603-调节阀、604-冷端出口、605-热端出口、7-喷头、701-壳体、702-连接座、703-管道集成块、704-进气管、705-驱动组件、706-联轴器、707-主动轮、708-从动轮、709-转动轴、710-滑块、711-滑动轴、712-伸缩板、713-连接孔、8-喷射组件、801-喷嘴、802-喷芯、803-同轴体、804-进气口、805-丝杆、806-喷嘴本体、807-进液口。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例
一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，包括基座1、第一轴关节2、机械臂第一节3、第二轴关节4、机械臂第二节5、喷头7，所述基座1、第一轴关节2、机械臂第一节3、第二轴关节4、机械臂第二节5、喷头7依次连接，基座1与加工中心连接；
机械臂第二节5内设置有涡流管6，所述喷头7的侧面设置有喷嘴组件8，所述涡流管6与喷嘴组件8连通，所述喷嘴组件8与喷头7滑动连接；
第一轴关节2与机械臂第一节3活动连接，所述机械臂第一节3与第二轴关节4活动连接，所述机械臂第二节5与喷头7可拆卸连接。
涡流管6包括涡流管进气口601、出气软管602、调节阀603、冷端出口604、热端出口605，所述冷端出口604、热端出口605位于涡流管6的两头，所述涡流管进气口601位于涡流管6的侧面，所述涡流管进气口601贯穿机械臂第二节5的侧壁位于侧壁外侧，所述涡流管进气口601与外部气源管道连接，所述出气软管602一端与热端出口605连接，出气软管另一端与喷头7连接，所述调节阀603位于热端出口605处，调节阀603与涡流管6过盈配合连接。
涡流管进气口601的外缘设置有螺纹，涡流管进气口601与外部气源管道螺纹连接。
喷头7包括壳体701、连接座702、管道集成块703、进气管704、驱动组件705、联轴器706、主动轮707、从动轮708、转动轴709、滑块710、滑动轴711、伸缩板712，驱动组件705可为伺服电机，所述驱动组件705与主动轮707通过联轴器706连接，主动轮707与从动轮708组配连接，从动轮708与转动轴709连接，转动轴709与壳体701活动连接，伸缩板712与转动轴709的中部连接，伸缩板712上开设有U型通孔，滑块710设置在U型通孔内，滑块710与滑动轴711的一端连接，滑动轴711的另一端与壳体701滑动连接，滑动轴711与连接座702的下部连接，所述管道集成块703与连接座702的上部连接，所述进气管704一端与管道集成块703连接，进气管704另一端与喷嘴组件8连接。
喷头7侧面开设有连接孔713，机械臂第二节5与连接孔713过盈配合连接。
喷嘴组件8包括喷嘴801、喷芯802、同轴体803、进气口804、丝杆805、喷嘴本体806、进液口807，所述喷嘴801与喷芯802可拆卸连接，所述同轴体803与喷嘴主体806螺纹连接，丝杆805外侧设置有不完全外螺纹，丝杆805与同轴体806螺纹连接，丝杆805设置有通孔，通孔贯穿丝杆805的两端，所述进气口804位于喷嘴组件8的中部，进气口804与喷头7通过管道连接，所述进液口807位于喷嘴组件8的尾部，进液口807与外部液体管道连接。
进液口807处设置有内螺纹，进液口807与外部液体管道螺纹连接。
喷嘴801为拉瓦尔结构。
喷嘴801为缩进式气液同轴结构。
第一轴关节2、第二轴关节4为舵机。
工作原理：
使用时通过加工中心控制本装置进行切削液的喷射，基座1与加工中心连接，第一轴关节2、第二轴关节4采用舵机，可实现机械臂第一节3、机械臂第二节5多自由度旋转、弯曲；喷头7的内部设置有连接座702、管道集成块703、进气管704、驱动组件705、联轴器706、主动轮707、从动轮708、转动轴709、滑块710、滑动轴711、伸缩板712，所述驱动组件705与主动轮707通过联轴器706连接，主动轮707与从动轮708组配连接，从动轮708与转动轴709连接，转动轴709与壳体701活动连接，伸缩板712与转动轴709的中部连接，伸缩板712上开设有U型通孔，滑块710设置在U型通孔内，滑块710与滑动轴711的一端连接，滑动轴711的另一端与壳体701滑动连接，滑动轴711与连接座702的下部连接，所述管道集成块703与连接座702的上部连接，所述进气管704一端与管道集成块703连接，进气管704另一端与喷嘴组件8连接，通过驱动组件705使主动轮707转动，从而带动从动轮708转动，从动轮708与转动轴709固连，转动轴709与伸缩板712固连，带动伸缩板712转动过程中，滑块710在伸缩板712的U型通孔中往复滑动，从而实现喷嘴组件8往复运动，达到调整喷嘴组件8位置的效果。
喷嘴801为拉瓦尔结构，从超音速气流中激波现象分析，超音速气流的实现由低速气流与高速气流流动特性决定。在气流未进入喷嘴801前，速度低于音速，由于速度变化大于密度变化，故可认为其为不可压缩气体，由不可压缩气体的连续性方程可得，在气流进入收缩段后，速度增大至音速，此时气流速度较大，且流经收敛段时密度剧烈增加，故此时遵循可压缩气体的连续性方程，气流由音速转变为超音速状态；
不可压缩气体连续性方程为：ρvA＝C；
可压缩气体连续性方程为：
Figure BDA0003093228030000081
由运动方程可知：
Figure BDA0003093228030000082
联立上式可得：
Figure BDA0003093228030000083
其中A为横截面面积，v为流体速度，ρ为流体密度，Ma为马赫数。
由上式可得低速气流随着截面面积变小而速度增大，当流体通果喷嘴801后，气流速度大于音速，即超音速，此时Ma＞1，则气流速度随着横截面面积增大而增大。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：包括基座(1)、第一轴关节(2)、机械臂第一节(3)、第二轴关节(4)、机械臂第二节(5)、喷头(7)，所述基座(1)、第一轴关节(2)、机械臂第一节(3)、第二轴关节(4)、机械臂第二节(5)、喷头(7)依次连接，基座(1)与加工中心连接；
所述机械臂第二节(5)内设置有涡流管(6)，所述喷头(7)的侧面设置有喷嘴组件(8)，所述涡流管(6)与喷嘴组件(8)连通，所述喷嘴组件(8)与喷头(7)滑动连接；
所述第一轴关节(2)与机械臂第一节(3)活动连接，所述机械臂第一节(3)与第二轴关节(4)活动连接，所述机械臂第二节(5)与喷头(7)可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述涡流管(6)包括涡流管进气口(601)、出气软管(602)、调节阀(603)、冷端出口(604)、热端出口(605)，所述冷端出口(604)、热端出口(605)位于涡流管(6)的两头，所述涡流管进气口(601)位于涡流管(6)的侧面，所述涡流管进气口(601)贯穿机械臂第二节(5)的侧壁位于侧壁外侧，所述涡流管进气口(601)与外部气源管道连接，所述出气软管(602)一端与热端出口(605)连接，出气软管另一端与喷头(7)连接，所述调节阀(603)位于热端出口(605)处，调节阀(603)与涡流管(6)过盈配合连接。
3.根据权利要求2所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述涡流管进气口(601)的外缘设置有螺纹，涡流管进气口(601)与外部气源管道螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述喷头(7)包括壳体(701)、连接座(702)、管道集成块(703)、进气管(704)、驱动组件(705)、联轴器(706)、主动轮(707)、从动轮(708)、转动轴(709)、滑块(710)、滑动轴(711)、伸缩板(712)，所述驱动组件(705)与主动轮(707)通过联轴器(706)连接，主动轮(707)与从动轮(708)组配连接，从动轮(708)与转动轴(709)连接，转动轴(709)与壳体(701)活动连接，伸缩板(712)与转动轴(709)的中部连接，伸缩板(712)上开设有U型通孔，滑块(710)设置在U型通孔内，滑块(710)与滑动轴(711)的一端连接，滑动轴(711)的另一端与壳体(701)滑动连接，滑动轴(711)与连接座(702)的下部连接，所述管道集成块(703)与连接座(702)的上部连接，所述进气管(704)一端与管道集成块(703)连接，进气管(704)另一端与喷嘴组件(8)连接。
5.根据权利要求1或4所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述喷头(7)侧面开设有连接孔(713)，机械臂第二节(5)与连接孔(713)过盈配合连接。
6.根据权利要求1所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述喷嘴组件(8)包括喷嘴(801)、喷芯(802)、同轴体(803)、进气口(804)、丝杆(805)、喷嘴本体(806)、进液口(807)，所述喷嘴(801)与喷芯(802)可拆卸连接，所述同轴体(803)与喷嘴主体(806)螺纹连接，丝杆(805)外侧设置有不完全外螺纹，丝杆(805)与同轴体(806)螺纹连接，丝杆(805)设置有通孔，通孔贯穿丝杆(805)的两端，所述进气口(804)位于喷嘴组件(8)的中部，进气口(804)与喷头(7)通过管道连接，所述进液口(807)位于喷嘴组件(8)的尾部，进液口(807)与外部液体管道连接。
7.根据权利要求6所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述进液口(807)处设置有内螺纹，进液口(807)与外部液体管道螺纹连接。
8.根据权利要求6所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述喷嘴(801)为拉瓦尔结构。
9.根据权利要求6或8所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述喷嘴(801)为缩进式气液同轴结构。
10.根据权利要求1所述的一种多自由度超音速微量润滑喷射装置，其特征在于：所述第一轴关节(2)、第二轴关节(4)为舵机。
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