一種可自動(dòng)調(diào)節(jié)磨削液流量的刷式噴嘴的制作方法

本發(fā)明屬于磨削加工領(lǐng)域，具體說是一種可自動(dòng)調(diào)節(jié)磨削液流量的刷式噴嘴。

背景技術(shù)：

磨削加工具有加工精度高、表面質(zhì)量好和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。然而，磨削加工在去除材料的過程中會(huì)產(chǎn)生大量磨削熱，并且極大部分磨削熱都集中在磨削區(qū)，容易形成高溫，高溫會(huì)引起各種形式的工件熱損傷，如：燒傷、金相轉(zhuǎn)變、二次淬火引起的表層軟化（退火）、磨削表層拉應(yīng)力、磨削裂紋以及疲勞強(qiáng)度降低等，另外磨削中的熱膨脹也會(huì)造成工件的變形。磨削生產(chǎn)率通常由于磨削高溫的負(fù)面影響而受到限制，因此通常需要對(duì)磨削區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。傳統(tǒng)的冷卻方法是在磨削區(qū)附近安裝噴嘴，通過噴嘴噴射出的磨削液對(duì)工件和砂輪進(jìn)行冷卻。然而，由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)，在砂輪表面形成氣障層，因此磨削液難以進(jìn)入磨削區(qū)產(chǎn)生有效的潤(rùn)滑冷卻作用。基于上述原因，廣大學(xué)者對(duì)磨削液的供給方式進(jìn)行了大量研究，主要包括以下幾個(gè)方面。

第一種方法是普通供液法，普通供液法亦稱澆注供液法，是應(yīng)用最廣的供液方法。普通供液法的供液壓力一般低于0.2mpa，用于對(duì)供液無特殊要求的場(chǎng)合。很多學(xué)者針對(duì)噴嘴形狀、入射角度和磨削液壓力進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化上述噴嘴條件能夠保證較好的冷卻效果，但是磨削液利用效率處于較低水平，造成了磨削液的大量浪費(fèi)。

第二種方法是噴射供液法。噴射供液法是用管徑較小的噴嘴，用1mpa以上的高壓向磨削區(qū)供液。該供液方法冷卻效果得到顯著改善，但是，高壓噴射的磨削液容易污染環(huán)境。

第三種方法是穿流供液法，穿流供液法又稱砂輪片內(nèi)冷卻法。該種方法是利用砂輪自身的多孔性，從砂輪的中心供給磨削液，由于砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)離心力的作用，使磨削液從砂輪的氣孔直接浸潤(rùn)到工作表面。在使用這種方法時(shí)，必須有將磨削液送至砂輪中心的主軸裝置和中空主軸。尤其重要的是為了不使砂輪氣孔堵塞，必須去除磨削液中3微米粒徑以上的雜質(zhì)，因此需要精密的磨削液過濾裝置，這使得供液系統(tǒng)運(yùn)行成本提高。此外，必須考慮解決磨削液隨著砂輪旋轉(zhuǎn)而四處飛濺，造成磨削液的浪費(fèi)以及污染環(huán)境的問題。

第四種方法是噴霧冷卻法。噴霧冷卻法是在壓縮空氣作用下，磨削液經(jīng)霧化器霧化形成粒徑很小的霧滴，霧滴經(jīng)噴嘴以很高的速度噴到磨削區(qū)，霧滴在高溫作用下很快汽化，吸收大量的磨削熱；另外噴嘴高速噴射時(shí)，流體膨脹使霧滴束本身的溫度降低，也可以吸收大量的熱量。但是，由于該方法必須采用加壓和霧化設(shè)備，所以成本很高，且由于進(jìn)入磨削區(qū)的液滴為霧狀，因此沖洗磨屑的性能較差。

綜上所述，現(xiàn)在的磨削加工冷卻系統(tǒng)還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的問題，本發(fā)明公開了一種可自動(dòng)調(diào)節(jié)磨削液流量的刷式噴嘴，包括刷式噴嘴和流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述的刷式噴嘴能夠破壞砂輪表面氣障層，使得磨削液能夠有效進(jìn)入磨削區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻；所述流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)磨削力大小產(chǎn)生反饋信號(hào)，控制進(jìn)入磨削區(qū)的磨削液流量，實(shí)現(xiàn)磨削液流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有提高磨削液的利用率、降低磨削溫度、改善磨削質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一種可自動(dòng)調(diào)節(jié)磨削液流量的刷式噴嘴，其特征在于主要包括刷式噴嘴和流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；所述的刷式噴嘴包括中空纖維束和萬向竹節(jié)管，萬向竹節(jié)管包裹中空纖維束構(gòu)成刷式噴嘴；通過調(diào)整萬向竹節(jié)管控制柔性的中空纖維束使其末端緊貼砂輪工作面，導(dǎo)致砂輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)在其表面產(chǎn)生的氣障層被破壞，使得經(jīng)中空纖維噴出的磨削液不受氣障層的阻礙而直接進(jìn)入磨削區(qū)；

所述的流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括流量調(diào)節(jié)模塊和自動(dòng)控制模塊；所述的流量調(diào)節(jié)模塊包括閥體、閥芯、電機(jī)和齒輪；所述的閥體通過螺栓和螺母固定在防護(hù)罩上，閥體上開有進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口上安裝有濾網(wǎng)，并與供液軟管相連，刷式噴嘴安裝在出液口上；所述的閥芯的一端有閥板，閥板與中空纖維束上纖維開口的端面配合；閥芯中間部分設(shè)有凸臺(tái)，凸臺(tái)安裝在閥體的連接槽內(nèi)，并使用緊固環(huán)擰緊，防止閥芯軸向竄動(dòng)，凸臺(tái)外圓柱面上設(shè)有密封槽，將o型密封圈安裝在其中，實(shí)現(xiàn)閥芯和閥體之間的密封，同時(shí)凸臺(tái)與連接槽之間存在間隙，確保閥芯與閥體之間可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯的另一端開有凹槽，凹槽上加工有內(nèi)齒輪；所述電機(jī)通過電機(jī)底座固定于閥體上，其主軸上的齒輪與閥芯端面凹槽上的內(nèi)齒輪嚙合，電機(jī)通過齒輪帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，使閥芯一端的閥板控制與閥體內(nèi)腔連通的纖維開口的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了磨削液流量的調(diào)節(jié)作用；所述的自動(dòng)控制模塊包括電機(jī)和力傳感器，所述的力傳感器安裝在夾具上，當(dāng)磨削力變化時(shí)，根據(jù)力傳感器的反饋信號(hào)，電機(jī)帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制磨削液流量的大小，實(shí)現(xiàn)了磨削液流量的自動(dòng)控制。

所述的中空纖維束的材質(zhì)為尼龍，中空纖維束的纖維開口端面與閥芯的閥板工作面為半徑相同的圓弧面，使得纖維開口端面能夠和閥板工作面緊密貼合，從而中空纖維束與閥體以及閥板之間形成具有密封性能的配合，當(dāng)閥板轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，部分纖維開口與閥體內(nèi)腔連通，其余的纖維開口被閥板阻擋，從而中空纖維內(nèi)的磨削液都會(huì)以一定的壓力噴出，這使得當(dāng)磨削液流量發(fā)生變化時(shí)不會(huì)對(duì)磨削液噴射壓力造成影響，提高磨削液的利用率。

所述的中空纖維束通過沉頭螺釘固定在閥體上，防止中空纖維束轉(zhuǎn)動(dòng)，萬向竹節(jié)管包裹中空纖維束并通過連接螺紋與出液口上的出液口螺紋聯(lián)接，將萬向竹節(jié)管與中空纖維束固定在閥體上。

所述的閥芯的旋轉(zhuǎn)角度是由電機(jī)控制，電機(jī)為伺服電機(jī)，當(dāng)磨削力大小發(fā)生變化時(shí)，安裝在夾具上的力傳感器產(chǎn)生反饋信號(hào)，電機(jī)根據(jù)反饋信號(hào)帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，并使得閥板位于合適的位置；所述合適的位置，指的是根據(jù)磨削力大小變化，增加或減少與閥體內(nèi)腔連通的纖維開口的數(shù)量，均有足夠的磨削液進(jìn)入磨削區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻。

所述的磨削液的流向依次為：供液軟管、濾網(wǎng)、進(jìn)液口、閥體內(nèi)腔、纖維開口、中空纖維，最后到達(dá)磨削區(qū)。

所述的濾網(wǎng)篩孔尺寸為40~80目，濾網(wǎng)可以濾去磨削液中的大顆粒雜質(zhì)。

所述的萬向竹節(jié)管能夠改變中空纖維束的形狀，從而能夠根據(jù)不同的砂輪尺寸調(diào)整形態(tài)，同時(shí)也能根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整磨削液的入射角度。

所述的力傳感器安裝在夾具上，在磨削過程中，砂輪轉(zhuǎn)速、工件速度和切深的變化都會(huì)體現(xiàn)在磨削力的變化上，磨削力大小的變化有效地反映了磨削情況的變化。

上述一種可自動(dòng)調(diào)節(jié)磨削液流量的刷式噴嘴，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其技術(shù)效果在于。

①磨削液能夠突破砂輪表面氣障層。萬向竹節(jié)管能夠使柔性的中空纖維束的末端緊貼砂輪工作面，在很大程度上突破高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面產(chǎn)生的氣障層，磨削液受氣障層的阻礙顯著減小，從中空纖維束噴出直接進(jìn)入磨削區(qū)，在較大程度上解決了傳統(tǒng)磨削冷卻系統(tǒng)中因砂輪周圍氣障層而導(dǎo)致磨削液很難進(jìn)入磨削區(qū)的問題。

②能夠?qū)崿F(xiàn)磨削液流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)砂輪轉(zhuǎn)速、工件速度以及切深等磨削參數(shù)變化時(shí)會(huì)引起磨削力發(fā)生改變，當(dāng)磨削力增大時(shí)會(huì)使磨削溫度升高，因此需要更多的磨削液對(duì)磨削區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，當(dāng)磨削力減小時(shí)磨削溫度通常會(huì)降低，因此可以減少磨削液的使用。根據(jù)安裝于夾具上的力傳感器的反饋信號(hào)，電機(jī)通過齒輪帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)過合適的角度，使得與閥體內(nèi)腔連通的纖維開口的數(shù)量改變，實(shí)現(xiàn)磨削液流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。磨削液的自動(dòng)調(diào)節(jié)能夠保證有足夠的磨削液進(jìn)入磨削區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，同時(shí)也大大減少了磨削液的浪費(fèi)。

③磨削液保持有穩(wěn)定的噴射壓力。閥板和中空纖維束的配合使得磨削液流量的改變不會(huì)引起磨削液噴射壓力的變化，解決了磨削液流量變化而出現(xiàn)的磨削液噴射壓力過大或不足的問題。中空纖維束上的部分纖維開口與閥體內(nèi)腔連通，磨削液可以經(jīng)纖維開口進(jìn)入中空纖維內(nèi)部，最終進(jìn)入磨削區(qū)，其余的纖維開口被閥板阻擋，不會(huì)流入磨削液，因此避免了磨削液流量變化引起的噴射壓力的變化。

④能夠根據(jù)需要調(diào)整中空纖維束的形態(tài)。當(dāng)使用不同尺寸的砂輪時(shí)，通過萬向竹節(jié)管調(diào)整中空纖維束的形態(tài)，使得中空纖維束末端始終緊貼砂輪工作面，同時(shí)也能根據(jù)實(shí)際工況和需要調(diào)整磨削液的入射角度。

⑤濾網(wǎng)能夠過濾磨削液中的大顆粒雜質(zhì)。磨削液中的大顆粒雜質(zhì)會(huì)堵塞中空纖維束而產(chǎn)生無法供液的問題，同時(shí)在磨削過程中也會(huì)在磨削區(qū)進(jìn)行反復(fù)碾壓，降低了磨削加工的表面精度。安裝在進(jìn)液口的濾網(wǎng)可以有效解決這些問題。

⑥該噴嘴整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，利于使用和維護(hù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體外觀圖。

圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖3是本發(fā)明閥體內(nèi)腔徑向剖視圖。

圖4是本發(fā)明流量調(diào)節(jié)模塊爆炸視圖。

圖5是本發(fā)明閥體半剖視圖。

圖6是本發(fā)明流量調(diào)節(jié)模塊局部軸向剖視圖。

圖7是本發(fā)明中空纖維束結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明其他零件結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中：1—中空纖維束，1-1—中空纖維，1-2—纖維開口，2—閥體，2-1—進(jìn)液口，2-2—出液口，2-3—閥體內(nèi)腔，2-4—連接槽，2-5—出液口螺紋，2-6—淺槽，2-7—深槽，2-8—安裝凸臺(tái)，3—閥芯，3-1—閥板，3-2—凹槽，3-3—內(nèi)齒輪，3-4—凸臺(tái)，4—齒輪，5—萬向竹節(jié)管，5-1—連接螺紋，6—力傳感器，7—閥體端蓋，8—電機(jī)，9—防護(hù)罩，10—砂輪，11—電機(jī)底座，12—緊固環(huán)，13—濾網(wǎng)，14—夾具，15—電磁吸盤，16—供液軟管，17—螺栓，18—螺母，19—o型密封圈，20—沉頭螺釘，21—螺釘一，22—螺釘二，23—螺釘三。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明一種可自動(dòng)調(diào)節(jié)磨削液流量的刷式噴嘴，包括刷式噴嘴和流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述的刷式噴嘴包括萬向竹節(jié)管5和中空纖維束1；所述流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括閥體2、閥芯3、電機(jī)8、齒輪4和力傳感器6。磨削液由閥體2上的進(jìn)液口2-1進(jìn)入閥體內(nèi)腔2-3，然后依次經(jīng)過纖維開口1-2和中空纖維1-1，最后到達(dá)磨削中心區(qū)。在這個(gè)過程中，與閥體內(nèi)腔2-3連通的纖維開口1-2數(shù)量由電機(jī)8根據(jù)力傳感器6的反饋信號(hào)通過齒輪4帶動(dòng)閥芯3轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)在不同磨削條件下磨削液流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。下面根據(jù)該系統(tǒng)的磨削液流向和流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)作方式詳細(xì)介紹本發(fā)明的實(shí)施方式和特點(diǎn)。

中空纖維束1通過沉頭螺釘20安裝在閥體2的出液口2-2上，防止中空纖維束1轉(zhuǎn)動(dòng)，萬向竹節(jié)管5包裹中空纖維束1通過連接螺紋5-1與出液口螺紋2-5聯(lián)接固定在閥體2出液口2-2上，并且中空纖維束1比萬向竹節(jié)管5長(zhǎng)6mm，從而中空纖維束1的末端能夠略微伸出萬向竹節(jié)管5，通過改變?nèi)f向竹節(jié)管5的形態(tài)調(diào)整中空纖維束1的形態(tài)，使得中空纖維束1的末端可以緊貼砂輪10工作面，破壞砂輪10表面的氣障層，在較大程度上解決了傳統(tǒng)磨削冷卻系統(tǒng)中因砂輪10周圍氣障層而導(dǎo)致磨削液很難進(jìn)入磨削區(qū)的問題。

閥芯3一端有閥板3-1，閥板3-1工作面與纖維開口1-2端面為半徑相同的圓弧面，閥板3-1工作面與纖維開口1-2端面緊密貼合，中空纖維束1上的部分纖維開口1-2與閥體內(nèi)腔2-3連通，磨削液能夠經(jīng)纖維開口1-2進(jìn)入中空纖維1-1內(nèi)部，最終進(jìn)入磨削區(qū)，其余的纖維開口1-2被閥板3-1阻擋，不會(huì)流入磨削液，從而改變磨削液流量不會(huì)影響磨削液的噴射壓力。

閥芯3中間部分設(shè)有凸臺(tái)3-4，凸臺(tái)3-4安裝在閥體2的連接槽2-4的深槽2-7內(nèi)，連接槽2-4的淺槽2-6邊沿內(nèi)圓周面上設(shè)有螺紋，用設(shè)有螺紋的緊固環(huán)12擰緊，防止閥芯3軸向竄動(dòng)，同時(shí)凸臺(tái)3-4與連接槽2-4之間存在間隙，閥芯3與閥體2可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，凸臺(tái)3-4外圓柱面上設(shè)有密封槽，將o型密封圈19安裝在密封槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)閥芯3和閥體2之間的密封，防止磨削液泄漏。閥芯3的另一端開有凹槽3-2，凹槽3-2上加工有內(nèi)齒輪3-3。

電機(jī)8通過螺釘三23固定在電機(jī)底座11上，電機(jī)底座11通過螺釘一21安裝在閥體2的安裝凸臺(tái)2-8上，電機(jī)8主軸上安裝有齒輪4，齒輪4與閥芯3的凹槽3-2上的內(nèi)齒輪3-3嚙合，夾具14安裝在電磁吸盤15上，根據(jù)安裝在夾具14上力傳感器6的反饋信號(hào)控制電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小，從而實(shí)現(xiàn)磨削液流量的自動(dòng)控制。閥體端蓋7通過螺釘二22安裝在閥體2上，避免加工中的粉塵產(chǎn)生不利影響。

閥體通過6對(duì)螺栓17和螺母18固定在防護(hù)罩9上，進(jìn)液口2-1上安裝有濾網(wǎng)13，濾網(wǎng)13篩孔尺寸為60目，進(jìn)液口2-1與供液軟管16連接，對(duì)噴嘴進(jìn)行供液。濾網(wǎng)13過濾掉磨削液中的大顆粒雜質(zhì)，防止出現(xiàn)雜質(zhì)堵塞內(nèi)徑很小的中空纖維1-1而無法進(jìn)行正常供液的現(xiàn)象，同時(shí)也使得磨削過程中不會(huì)出現(xiàn)大顆粒雜質(zhì)在磨削區(qū)形成的反復(fù)碾壓現(xiàn)象，提高了磨削加工的表面精度。

該噴嘴正常工作時(shí)，磨削液由供液軟管16經(jīng)過濾網(wǎng)13和進(jìn)液口2-1進(jìn)入閥體內(nèi)腔2-3，然后通過與閥體內(nèi)腔2-3連通的纖維開口1-2進(jìn)入中空纖維束1，最終從中空纖維1-1末端噴出，進(jìn)入磨削加工中心區(qū)。當(dāng)砂輪轉(zhuǎn)速、工件速度以及切深等磨削參數(shù)變化時(shí)會(huì)引起磨削力發(fā)生改變，當(dāng)磨削力增大時(shí)會(huì)使磨削溫度升高，因此需要更多的磨削液對(duì)磨削區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，當(dāng)磨削力減小時(shí)磨削溫度通常會(huì)降低，因此可以減少磨削液的使用。當(dāng)磨削條件發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)8根據(jù)力傳感器6的反饋信號(hào)帶動(dòng)齒輪4使閥芯3上的閥板3-1轉(zhuǎn)過合適的角度，從而控制了與閥體內(nèi)腔2-3連通的纖維開口1-2的數(shù)量，使得能夠?qū)δハ鲄^(qū)進(jìn)行供液的中空纖維1-1的數(shù)量改變，確保有足量且適當(dāng)?shù)哪ハ饕哼M(jìn)入磨削區(qū)，達(dá)到了根據(jù)磨削條件自動(dòng)調(diào)整磨削液流量的效果。由此實(shí)現(xiàn)了磨削液的高效利用，降低了生產(chǎn)成本，改善了工作環(huán)境。同時(shí)該噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便。

上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡是在本發(fā)明的公開范圍之內(nèi)所做的任何等同替換、修改等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。