采用高压气体润滑剂的切削系统的制作方法

本实用新型涉及机械制造技术领域，尤其是一种用于金属切削的采用高压气体润滑剂的切削系统。

背景技术：

切削加工伴随着强烈摩擦，由此导致切削刀具钝化，刀具工作面质量恶化，能量损耗大，为减小刀具切削加工时的磨损摩擦，延长刀具的寿命。刀具切削加工时，使用具有润滑作用的切削液，切削液通过喷油道，喷向刀具切削加工处，在一定程度上缓和刀具摩擦磨损，但是切削液的制造、使用、处理及排放需消耗大量的能源和资源，容易造成环境污染，由于切削液难进入刀-屑界面，从而带来切削液使用量大，切削成本高，对环境污染严重的问题。随着全球环保要求不断提高，如何发展对环境无污染且可持续发展的现代制造模式已经成为我国制造业面临的最紧迫难题。为了解决切削液环境污染问题，干切削加工技术逐渐进入大家视线，引起国内工业界与学术界的广泛关注。与传统的湿切削相比，干切削存在以下问题：缺少切削液的润滑和冷却作用，刀具工具面-切屑、后刀面-工件之间存在剧烈的摩擦，切削过程温度高，可能使零件产生变形，加剧刀具磨损，刀具寿命下降，未能降低切削成本。

技术实现要素：

本实用新型提供了采用高压气体润滑剂的切削系统，解决了现有技术中润滑剂难直达刀-屑界面，环境污染严重，刀具使用寿命短的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：包括刀具，与刀具连接的气体润滑剂供给系统，所述刀具包括刀体，与所述刀体可拆卸连接的刀杆，所述刀体位于所述刀杆前端，所述刀具内设从底面贯穿至刀-屑界面的通道。

传统的润滑方法，是在刀具切削加工金属时，从外部浇注大量润滑剂，润滑剂难进入刀-屑界面，令润滑效果大打折扣。本实用新型选用润滑方法，改变传统润滑模式，将润滑剂直接输送至刀具的刀-屑界面，即刀具前刀面与切屑接触的表面，进一步地说，刀具的刀-屑界面，是刀体前刀面与切屑接触的表面。气体润滑剂直接作用于切削作业，润滑效果好，减少润滑剂的使用量，减轻金属切削对环境产生的危害。

作为进一步地优选，所述通道分成位于所述刀体范围内的微通道和位于所述刀杆范围内的润滑管道上下两段，所述微通道上开口位于刀具刀-屑界面，所述微通道下开口位于所述刀体底面，所述润滑管道下开口位于所述刀杆底面，所述气体润滑剂供给系统包括输入管、与输入管连接的气体润滑剂储存装置，以及设在输入管上的控制阀和高压泵，所述气体润滑剂供给系统通过输入管与所述润滑管道下开口连接。

润滑剂与气体介质在混合器内均匀混合后，经高压泵加压，从刀具刀-屑界面直接输出，直接作用于刀体与待切削物的接触面，实现润滑作用；

作为进一步地优选，所述微通道下端为主冷却腔，所述主冷却腔下开口位于所述刀体底面上，所述润滑管道上端为与主冷却腔适配的次冷却腔，所述次冷却腔与所述主冷却腔相连接组成一个腔室，所述次冷却腔上开口位于所述刀杆与所述刀体底面接触连接的一面上。

刀体内设主冷却腔，主冷却腔是一个腔室，可以储存一定量的润滑剂。在切削过程中，刀体温度升高，易缩短刀体的使用寿命，通过在刀体内设一冷却腔，暂时储存在其中的润滑剂温度低于刀体，因此可以吸收刀体因切削产生的热量，避免刀体温度升高带来的寿命缩短的问题出现。切削过程中，润滑剂是持续输出的，所以主冷却腔内的润滑剂不断更新，实现持续吸收刀体热量，降低刀体温度。选用气体作为润滑介质，润滑效果优于使用单一润滑剂。主冷却腔与次冷却腔组成一个较大的腔室，可以储存更多的润滑剂，优化冷却效果，缩短冷却时间。

作为进一步地优选，所述如气体润滑剂储存装置包括混合器，与所述混合器分别连接的储气罐和内置润滑剂的储存箱，所述混合器通过所述输入管与所述润滑管道下开口连接。

储存箱内的润滑剂是润滑剂固体粉末，润滑剂粉末进入混合器，与从储气罐中输出的气体介质在混合器中均匀混合后由高压泵加压经输入管进入到刀具内部，直抵刀-屑界面，实现润滑作用。

作为进一步地优选，所述储存箱与所述混合器之间设超声雾化装置。

储存箱内的润滑剂是液体润滑剂，液体润滑剂经过超声雾化后，进入混合器，与储气罐输入至混合器的气体均匀混合，再经高压泵加压，进入刀杆的润滑管道，依次经过次冷却腔、主冷却腔、微通道，从刀具的刀-屑界面输出。

作为进一步地优选，所述次冷却腔下端设一循环管道，所述循环管道下开口位于所述刀杆底面，所述循环管道下开口通过输出管所述混合器连接。

循环管道实现气体润滑剂的循环使用，由于气体润滑剂的暂时贮存腔数目为两个，包括主冷却腔和次冷却腔，腔室容积较大，气体润滑剂输出速度较低时，高温气体润滑剂会短暂停留在主冷却腔和次冷却腔，无法及时继续吸收刀体产生的热量，进而降低冷却效果。增加循环管道，切削过程中，部分温度升高的气体润滑剂可以返回混合器，新的温度较低的气体润滑剂可进入次冷却腔与冷却腔中，吸收刀体产生的热量，实现刀体降温，利于延长刀体使用周期。

作为进一步地优选，所述刀具在刀-屑界面上，以微通道上开口为中心设微织构。

作为进一步地优选，所述刀杆前端设有可放置刀体的刀槽，所述刀杆顶面设螺纹紧固孔，压板通过螺栓与所述刀杆连接，拧紧螺栓，所述压板靠近所述刀体的一端底面与所述刀体上表面紧密接触。

作为进一步地优选，所述刀杆与所述刀体底面接触的一面上，以润滑管道上开口为中心，设一环状凹槽，所述环状凹槽内设密封圈。

设置环状凹槽与密封圈，加强刀杆与刀体之间的紧密连接，加强主冷却腔与冷却腔连接的密封性，避免气体润滑剂外漏。

作为进一步地优选，所述微通道的内径为50~800um，优选100um。

本实用新型的工作原理：刀具内设的通道是一个气体润滑剂输送通道，可将气体润滑剂直接输送到刀-屑界面。更具体的来说是，气体润滑剂经由高压泵加压进入刀具，依次进入位于润滑管道、次冷却腔、主冷却腔、微通道，经由微通道位于刀具刀-屑界面的上开口抵达刀-屑界面，经微织构扩散，均匀分布在刀-屑界面；主冷却腔与次冷却腔储存有一定量的气体润滑剂，气体润滑剂温度低于工作过程中的刀具温度，气体润滑剂可吸收刀具部分的热量，令刀具降温；气体润滑剂进入主冷却腔与次冷却腔后，吸收刀具部分热量后，部分温度升高的气体润滑剂通过循环管道、输出管回到气体润滑剂储存装置，新的、温度较低的气体润滑剂再通过输入管进入润滑管道，形成冷却循环。

本实用新型的有益效果：刀具内的通道可将气体润滑剂直接输送至刀-屑界面，即刀具前刀面与切屑接触的表面，直接作用于切削作业，直接发挥有效的润滑作用，减少润滑剂的使用量，降低润滑成本；主冷却腔、次冷却腔可以储存一定量的气体润滑剂，气体润滑剂持续输送，可吸收刀具部分因切削工作产生的热量，令刀具温度降低，切削工作进行时，气体润滑剂持续喷出，主冷却腔、次冷却腔内的气体润滑剂不断更新，实现持续冷却效果；次冷却腔下端增设循环管道，循环管道通过输出管与润滑储存装置连接，部分温度升高的气体润滑剂可通过循环管道、输出管回到润滑储存装置中，优化冷却效果；微织构可以使得输出的气体润滑剂均匀分布在刀体刀-屑界面，优化润滑效果。储存箱内储存的是液体润滑剂时，液体润滑剂经过超声雾化装置超声雾化后可与储气罐输出的气体充分结合，组成润滑效果优良的气体润滑剂。储存箱内置的是润滑剂固体粉末时，润滑剂固体粉末可与储气罐输出的气体充分混合成润滑效果优良气体润滑剂。

附图说明

图1是本实用新型的切削系统结构示意图；

图2是本实用新型的刀具整体结构示意图；

图3是本实用新型的刀杆结构示意图；

图4是本实用新型的刀具侧面剖视图；

图5是本实用新型实施例2的切削系统整体示意图。

附图标识：1-刀具；2-刀体；3-刀杆；301-刀槽；302-压板；4-环状凹槽；5-主冷却腔；6-微通道；7-润滑管道；71-次冷却腔；701-循环管道；72-输出管；8-输入管；9-气体润滑剂储存装置；91-混合器；92-储气罐；93-储存箱；94-超声雾化装置；10-控制阀；11-高压泵。

具体实施方式

下面将结合附图，阐述本实用新型的实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参阅图1，图2，图3和图4，采用高压气体润滑剂的切削系统，包括刀具1，与刀具1连接的气体润滑剂供给系统，刀具1包括刀体2和刀杆3，刀体2与刀杆3可拆卸连接，刀具1内设从底面贯穿至刀-屑界面的通道。

参阅图2和图3，刀杆3前端设可放置刀体2的刀槽301，刀杆3上表面设螺纹紧固孔，压板302中心处设贯通的螺孔，压板302通过螺栓依次穿入压板302上的螺孔、刀杆3上的螺纹紧固孔与刀杆3连接，压板302一端向靠近刀体2的方向延伸，当压板302通过螺栓固定于所述刀杆3上，压板302靠近刀体2的一端底面与刀体2上表面紧密接触，可将刀体2紧密卡入刀槽301中，避免刀体2工作过程中脱离刀杆3。

参阅图4，通道分为位于刀体2范围内的微通道6和位于刀杆3范围内的润滑管道7，微通道6的内径为50~800um，优选100um。微通道6上开口位于刀具1刀-屑界面，刀具1刀-屑界面上，以微通道6上开口为中心设微织构，微通道6下开口位于刀体2底面，润滑管道7上开口位于刀杆3与刀体2底面接触的一面上，润滑管道7下开口位于刀杆3的底面。

参阅图4，微通道6下端为主冷却腔5，润滑管道7上端是与主冷却腔适配的次冷却腔71，刀体2与刀杆3连接的时候，主冷却腔5与次冷却腔71组成一个腔室。

参阅图2，刀杆3与刀体2连接面上设一个环状凹槽4，环状凹槽4内设适配的密封圈，润滑管道7在刀杆3上表面的开口位于环状凹槽4中心处，即以润滑管道7在刀杆3上表面的开口为中心设一个环状凹槽4，环状凹槽4内置密封圈，增加润滑管道7与主冷却腔5连接的密封性。

参阅图1，气体润滑剂供给系统包括输入管8，设在输入管8上的控制阀10和高压泵11，和气体润滑剂储存装置9，气体润滑剂储存装置9包括储气罐92，混合器91，储存箱93，储气罐92内储存有纯氮气或空气，或现有技术中其它不影响润滑剂稳定性的气体，储气罐92、储存箱93分别与混合器91连接，混合器91通过输入管8与刀具1连接，输入管8与润滑管道7下开口可拆卸连接；储存箱93内置固体润滑剂粉末。

参阅图4，次冷却腔71下端设一循环管道701，所述循环管道701下开口通过输出管72所述混合器91连接。

实施例2

参阅图2，图3，图4和图5，采用高压气体润滑剂的切削系统，包括刀具1，与刀具1连接的气体润滑剂供给系统，刀具1包括刀体2和刀杆3，刀体2与刀杆3可拆卸连接，刀具1内设从底面贯穿至刀-屑界面的通道。

参阅图2和图3，刀杆3前端设可放置刀体2的刀槽301，刀杆3上表面设螺纹紧固孔，压板302中心处设贯通的螺孔，压板302通过螺栓依次穿入压板302上的螺孔、刀杆3上的螺纹紧固孔与刀杆3连接，压板302一端向靠近刀体2的方向延伸，当压板302通过螺栓固定于所述刀杆3上，压板302靠近刀体2的一端底面与刀体2上表面紧密接触，可将刀体2紧密卡入刀槽301中，避免刀体2工作过程中脱离刀杆3。

参阅图4，通道分为位于刀体2范围内的微通道6和位于刀杆3范围内的润滑管道7，微通道6的内径为50~800um，优选100um。微通道6上开口位于刀具1刀-屑界面，刀具1刀-屑界面上，以微通道6上开口为中心设微织构，微通道6下开口位于刀体2底面，润滑管道7上开口位于刀杆3与刀体2底面接触的一面上，润滑管道7下开口位于刀杆3的底面。

参阅图4，微通道6下端为主冷却腔5，润滑管道7上端是与主冷却腔适配的次冷却腔71，刀体2与刀杆3连接的时候，主冷却腔5与次冷却腔71组成一个腔室。

参阅图2，刀杆3与刀体2连接面上设一个环状凹槽4，环状凹槽4内设适配的密封圈，润滑管道7在刀杆3上表面的开口位于环状凹槽4中心处，即以润滑管道7在刀杆3上表面的开口为中心设一个环状凹槽4，环状凹槽4内置密封圈，增加润滑管道7与主冷却腔5连接的密封性。

参阅图5，气体润滑剂供给系统包括输入管8，设在输入管8上的控制阀10和高压泵11，和气体润滑剂储存装置9，气体润滑剂储存装置9包括储气罐92，混合器91，内置有液体润滑剂的储存箱93，储气罐92内储存有纯氮气或空气，或现有技术中其它不影响润滑剂稳定性的气体，储气罐92、储存箱93分别与混合器91连接，混合器91通过输入管8与刀具1连接，输入管8与润滑管道7下开口可拆卸连接。

参阅图5，储存箱93与混合器91之间设有超声雾化装置94，储存箱93内的液体润滑剂经超声雾化装置94超声雾化后，进入混合器91，与储气罐92输入到混合器91中的气体充分均匀混合组成气体润滑剂。

参阅图4，次冷却腔71下端设一循环管道701，所述循环管道701下开口通过输出管72所述混合器91连接。

上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。