刀具切削微量油氣潤(rùn)滑裝置在五軸加工中心上的應(yīng)用

李志丹　劉博

（沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司）

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(duì)加工工況和零件表面質(zhì)量要求非常高。

與此同時(shí)，環(huán)保問(wèn)題、成本問(wèn)題以及加工生產(chǎn)工藝都對(duì)我國(guó)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(wú)法滿足高速、高質(zhì)量的加工要求，探尋一種綠色高效的潤(rùn)滑冷卻方式已是大勢(shì)所趨。

一、傳統(tǒng)冷卻方式及其不足之處

在傳統(tǒng)的工件加工過(guò)程中，通常采用大量澆注切削液來(lái)實(shí)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(guò)程中，向切削部位澆注的切削液四處濺開(kāi)，只有極小比例的切削液進(jìn)入切削區(qū)域，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)產(chǎn)生淬火效應(yīng)，變硬的金屬表面反而會(huì)降低刀具壽命。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在一個(gè)工件的加工成本中，切削液占15%左右，而且切削液會(huì)影響工廠內(nèi)部的加工環(huán)境，對(duì)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(huì)污染環(huán)境，破壞土壤和地下水，負(fù)面影響非常深遠(yuǎn)。

二、微量潤(rùn)滑技術(shù)

微量潤(rùn)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(rùn)滑油吹成微米級(jí)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(rùn)滑和冷卻的效果。

微量潤(rùn)滑技術(shù)使用油霧潤(rùn)滑冷卻，潤(rùn)滑油大多采用對(duì)環(huán)境無(wú)公害材料，實(shí)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(shí)，切削液用量高達(dá)50～200L/min。微量潤(rùn)滑技術(shù)潤(rùn)滑油的消耗量?jī)H為傳統(tǒng)方式切削液消耗量的萬(wàn)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(shí)，微量潤(rùn)滑裝置還有占用空間小、便于維護(hù)和管理等優(yōu)點(diǎn)，省去了傳統(tǒng)冷卻方式需要切削液存儲(chǔ)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(rùn)滑裝置如圖1所示，是由氣動(dòng)柱塞潤(rùn)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(rùn)滑裝置。

圖1　刀具切削微量油氣潤(rùn)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(dòng)泵

刀具切削微量油氣潤(rùn)滑裝置原理如圖2所示，壓縮空氣通過(guò)過(guò)濾減壓閥后，由電磁閥控制氣流通道的開(kāi)啟，可實(shí)現(xiàn)與設(shè)備加工的同步進(jìn)行。由氣動(dòng)頻率發(fā)生器即脈沖邏輯元件控制氣動(dòng)油泵的供油頻率，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整單位時(shí)間出油頻率。

氣動(dòng)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(jì)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(rùn)滑狀態(tài)下完成切削加工。

圖2　刀具切削微量油氣潤(rùn)滑裝置原理

1.氣動(dòng)泵；2.氣動(dòng)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(rùn)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(shí)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(wàn)分之幾，實(shí)際費(fèi)用降低，也消除了傳統(tǒng)切削液加工時(shí)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(mén)式五軸加工中心，主軸轉(zhuǎn)速Z高達(dá)18 000r/min，三軸進(jìn)給速度40m/min，A/C軸轉(zhuǎn)速Z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(shí)，也加工葉輪、葉片等具有復(fù)雜曲面的零件，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)加工驗(yàn)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(rùn)滑冷卻方式。

來(lái)源：《金屬加工（冷加工）》2018年