基于微量润滑的冷却系统

本实用新型涉及金属切削加工领域，特别是涉及基于微量润滑的冷却系统。

背景技术：

在机械加工中，为了从刀具和工件中带走热量，必须采用切削液对加工区域进行冷却处理。不正确的冷却方式可能会降低加工质量和刀具寿命。切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具、切屑和工件间的对流和汽化作用，把切削热从刀具和工件处带走，从而有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。切削液的润滑作用是通过减小前刀面与切屑、后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工性能。此外，切削液对加工区还起到清洗的作用，可以去除生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，使刀具的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。

目前加工中心机床所采用的冷却润滑方式有内冷的冷却润滑方式、外冷的冷却润滑方式。内冷的冷却润滑方式一般是切削液由切削液供给系统供给，经过切削液管道流入机床主轴的旋转接头，由旋转接头流入机床主轴的内冷管道，将切削液传输至刀具上的内冷管道，实现刀具在切削加工过程中的冷却润滑。内冷的冷却润滑方式能够满足铣削深度较大的孔、凹槽等加工工况的冷却润滑。但他的缺点在于只适用于特定加工工况下的切削加工，并且因为内冷系统为机床自带的系统，价格较为昂贵，在加工不需要内冷的工况时，会造成经济上的浪费。外冷的冷却润滑方式包括浇筑式、微量润滑技术。浇筑式一般由切削液供给系统供给切血液，经过外冷管道流入外冷喷嘴，从外部对刀具—工件的加工区域进行冷却润滑。这种方式的冷却润滑能够很好的起到对加工区域进行冷却润滑作用，还能够起到排屑、清洗刀具的作用。浇筑式的冷却润滑方式相比于内冷的冷却润滑方式，他不能够满足铣削深度较大的孔、凹槽等加工工况的冷却润滑。此外这种方式的切削液有效冷却润滑率很低，浪费大量的切削液，这样不单单会造成经济损失，因为切削液中含有危害人体健康的物质，所以还会影响操作人员的生命健康。

微量润滑技术在机械加工领域中相比于传统的浇筑式外冷冷却润滑方式，更加适应了绿色制造和可持续发展的理念。它是指将微量的润滑液、水和具有一定压力的气体混合雾化后，喷射到切削区起到冷却润滑作用的一种技术。水和高压气体起到冷却作用，油起到润滑切削区、延长刀具寿命的作用。微量润滑供给系统大体上可分为单通道式和双通道式两大类。两者的区别是空气和润滑油混合形成气溶胶的位置不同，即根据对微量切削液的传输、雾化的差别而被分成两种形式。其中单通道式的特点为:空气和润滑油在发生设备内已经混合成气溶胶，随后气溶胶通过喷头内部的轨道被输送到加工区域。而双通道式的特点为：空气和润滑油在不同的轨道内被输送到加工轴头附近的混合腔内，形成气溶胶，随后被输送到加工区域。与双通道系统相比，单通道系统虽然更便于制造，但在输送冷却润滑油雾时，特别是在具有强烈离心作用下的旋转主轴中时油雾易被分散，这常常导致加工区油雾分布不均匀，从而影响加工质量。而双通道式的微量润滑系统，因为在气溶胶形成后，被输送到加工区域的距离比较近，其润滑液滴相比单通道式更加细小，润滑效果将更好，所以应用范围更加广泛。微量润滑技术具有较高的切削液利用率，对环境污染较小。但它和浇筑式一样，在加工铣削深度较大的孔、凹槽等工况下，仍存在对加工区域冷却润滑不充分的问题。对于内冷和外冷的冷却润滑方式的改进，目前研究者已经取得了很大的进展，但在应用是仍然存在着很多不足之处。

经检索发现，虽然实现了由外冷的冷却润滑方式转换为内冷的冷却润滑方式，让机床具备了内冷的冷却润滑方式和外冷的冷却润滑方式，并且可以通过特殊结构实现外冷和内冷的转换，但是发明人发现现有的冷却系统中的冷却通道中未设置压力调节装置，致使内冷通道和外冷通道的压力不可调，且也无法调节溢流通道的压力。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提出了一种新的基于微量润滑的冷却系统。

为了达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于微量润滑的冷却系统，包括内冷外冷切削夜储存装置、换向装置、内冷装置、外冷装置和外冷压缩空气储存装置；所述的内冷外冷切削夜储存装置通过换向装置分别与内冷装置、外冷装置相连，且外冷装置还与外冷压缩空气储存装置相连，外冷压缩空气储存装置用于把压缩气体通过管路传输至外冷装置；所述的换向装置包括本体，所述的本体内设有冷却液总管道、内冷装置管道a、外冷装置管道b和溢流管道；所述的内冷装置管道a、外冷装置管道b均与冷却液总管道相连通，冷却液总管道与内冷外冷切削夜储存装置相连通，且内冷装置管道a、外冷装置管道b与换向块配合，所述的换向块通过电机驱动，实现对内冷装置管道a和/或外冷装置管道b的关闭或开启；所述的冷却液总管道和溢流管道内均安装有切削液压力调节装置。

作为进一步的技术方案，所述的切削液压力调节装置包括阀芯、弹簧、调压螺母、调节套筒；所述的调节套筒上具有螺纹，通过螺纹连接安装在换向装置本体上；调压螺母安装在调节套筒上；调节螺丝、弹簧座、调压弹簧依次安装在调节套筒内，并将调压弹簧末端安装在弹簧底座上，并与阀芯连接。

作为进一步的技术方案，所述的换向块其包括一个竖直部和三个水平部，竖直部与换向电机联轴器相连，在换向块旋转的过程中，水平部与内冷装置管道a或/和外冷装置管道b配合。

作为进一步的技术方案，所述的内冷装置包含旋转接头、内冷堵头、堵头内套管、内冷接头；

所述内冷堵头安装在机床主轴内；堵头内套管通过内套管轴承安装在内冷堵头中，其中右侧内套管轴承通过卡环固定在堵头内套管；内冷接头通过内冷接头轴承安装在机床主轴内；机床主轴通过机床主轴上轴承、机床主轴下轴承安装在机床主轴外壳中。

作为进一步的技术方案，所述的外冷装置包括x伸缩臂模块、y伸缩臂模块、z伸缩臂模块和喷头角度模块，y伸缩臂模块安装在x伸缩臂模块上，z伸缩臂模块安装在y伸缩臂模块，所述的喷头角度模块安装在z伸缩臂模块上。

作为进一步的技术方案，所述的内冷外冷切削夜储存装置，其包含切削液储液罐、液压泵、调压阀、节流阀、溢流阀和切削液回收箱；切削液储液罐通过管路依次连接液压泵、调压阀、节流阀，在调压阀、节流阀之间设计一个支路，该支路上安装溢流阀，溢流阀的与切削液回收箱相连。

作为进一步的技术方案，所述的外冷压缩空气储存装置，其包含空气压缩机、过滤器、储气罐、压力表、调压阀、节流阀、溢流阀和压缩空气回收箱；空气压缩机依次连接过滤器、储气罐、调压阀、节流阀；在储气罐上设置有压力表，在调压阀与节流阀之间设有一个支路，该支路上连接溢流阀，溢流阀与压缩空气回收箱相连。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型在冷却液总管道和溢流管道内均安装有切削液压力调节装置，通过调节第一调压螺丝来调节第一调压弹簧的预紧力，可以调节减压口的切削液压力，即内冷通道和外冷通道的压力；通过调节第二调压螺丝来调节第二调压弹簧的预紧力来调节此时的切削液的压力，即溢流压力。通过调节溢流压力，可以使得溢流压力小于换向装置所能承受的最大压力，能够对系统起到保护作用。

附图说明

图1为内冷外冷智能切换系统的简图；

图2为换向装置爆炸视图；

图3(a)为换向装置正视图：图3(b)为换向装置侧视图；图3(c)为换向装置俯视图；

图4为换向装置内部装配图；

图5(a)为换向块正视图；图5(b)为换向块侧视图；图5(c)为换向块俯视图；

图6为换向装置上座的底面视图；

图7为换向装置下座的俯视图；

图8为换向装置上座的底面视图；

图9为内冷装置的主轴装配图；

图10为内冷装置的内部装配图；

图11为旋转接头的爆炸视图；

图12为旋转接头的装配图；

图13为外冷装置的整体结构图；

图14(a)为换向块转动0°或360°时的换向装置工作状态；图14(b)为换向块转动90°时的换向装置工作状态；图14(c)为换向块转动180°时的换向装置工作状态；图14(d)为换向块转动270°时的换向装置工作状态；

图15(a)为换向装置进行减压前的工作原理图；图15(b)为换向装置进行减压的工作原理图；图15(c)为换向装置进行溢流的工作原理图；

图1：切削液储液罐1、液压泵2、调压阀3、节流阀4、溢流阀5、切削液回收箱6、空气压缩机7、过滤器8、储气罐9、压力表10、调压阀11、节流阀12、溢流阀13、压缩空气回收箱14。

图2：换向装置上座ii-2-1、换向装置下座ii-2-2、换向块ii-2-3、第一调节套筒ii-2-4、第二调节套筒ii-2-5、第一调压螺母ii-2-6、第二调压螺母ii-2-7、第一调节螺丝ii-2-8、第二调节螺丝ii-2-9、第一弹簧座ii-2-10、第二弹簧座ii-2-11、第一调压弹簧ii-2-12、第二调压弹簧ii-2-13、第一弹簧底座ii-2-14、第二弹簧底座ii-2-15、第一阀芯ii-2-16、第二阀芯ii-2-17、换向电机ii-2-18、换向块轴承ii-2-3-1、换向装置螺栓垫片ii-2-2-1、换向装置螺栓ii-2-2-2、向电机螺栓垫片ii-2-18-1、换向电机螺栓ii-2-18-2、换向电机联轴器ii-2-18-3。

图3(a)：换向装置上座ii-2-1、换向装置下座ii-2-2、第二调节套筒ii-2-5、换向装置螺栓垫片ii-2-2-1、换向装置螺栓ii-2-2-2；图3(b):向电机螺栓垫片ii-2-18-1、换向电机螺栓ii-2-18-2、换向电机ii-2-18；图3(c)：第一调节套筒ii-2-4、第一调压螺母ii-2-6、第二调压螺母ii-2-7；

图4：换向块ii-2-3、第一调节套筒ii-2-4、第二调节套筒ii-2-5、第一调节螺丝ii-2-8、第二调节螺丝ii-2-9、第一弹簧座ii-2-10、第二弹簧座ii-2-11、第一调压弹簧ii-2-12、第二调压弹簧ii-2-13、第一弹簧底座ii-2-14、第二弹簧底座ii-2-15、第一阀芯ii-2-16、第二阀芯ii-2-17、换向块轴承ii-2-3-1。

图6：换向装置上座ii-2-1、换向装置螺栓孔ii-2-2-3、内冷装置管道a、外冷装置管道b。

图7：换向装置下座ii-2-2。

图8：换向装置下座ii-2-2、换向电机螺栓孔ii-2-18-4。

图9：机床主轴外壳ii-3-2、机床主轴上端盖ii-3-3、机床主轴下端盖ii-3-4、下端盖垫片ii-3-5、机床主轴ii-3-8、机床主轴上轴承ii-3-15、机床主轴下轴承ii-3-16。

图10：旋转接头ii-3-1、内冷堵头ii-3-6、堵头内套管ii-3-7、内冷接头ii-3-9、刀具装置ii-3-10、紧锁螺母ii-3-11、内套管轴承ii-3-12、卡环ii-3-13、内冷接头轴承ii-3-14、管道ii-3-17。

图11：弯管接头ii-3-1-1、联接座ii-3-1-2、支撑座ii-3-1-3、旋转接头套筒ii-3-1-4、旋转接头心轴ii-3-1-5、旋转接头螺栓ii-3-1-7、旋转心轴轴承ii-3-1-6、旋转接头螺栓垫圈ii-3-1-8、旋转接头螺栓孔ii-3-1-9。

图12：旋转心轴轴承ii-3-1-6、y型密封圈ii-3-1-10、o型密封圈ii-3-1-11、端面密封圈ii-3-1-12、管道ii-3-17。

图13：x、y、z伸缩臂模块iii-2-1、喷头角度模块iii-2-2。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本实用新型另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提出的冷却系统包括：内冷系统、外冷系统，所述的内冷系统包含内冷外冷切削夜储存装置、换向装置、内冷装置。所述的外冷系统包含内冷外冷切削夜储存装置、外冷压缩空气储存装置、换向装置、外冷装置。本系统中内冷系统、外冷系统共用同一个换向装置以及同一个切削夜储存装置；其中，所述切削夜储存装置用于把切削液通过换向装置运输至内冷装置和外冷装置，外冷压缩空气储存装置用于把压缩气体通过管路传输至外冷装置。

更进一步的，内冷外冷切削夜储存装置如图1所示，其包含切削液储液罐1、液压泵2、调压阀3、节流阀4、溢流阀5和切削液回收箱6；切削液储液罐1通过管路依次连接液压泵2、调压阀3、节流阀4，同时在调压阀3、节流阀4之间设计一个支路，该支路上安装溢流阀5，溢流阀5的与切削液回收箱6相连。

更进一步的，外冷压缩空气储存装置如图1所示，其包含空气压缩机7、过滤器8、储气罐9、压力表10、调压阀11、节流阀12、溢流阀13和压缩空气回收箱14；空气压缩机7依次连接过滤器8、储气罐9、调压阀11、节流阀12；在储气罐9上设置有压力表10，在调压阀11与节流阀12之间设有一个支路，该支路上连接溢流阀13，溢流阀13与压缩空气回收箱14相连。

空气压缩机7产生压缩空气，通过过滤器8后储存在储气罐9中，并由压力表10检测储气罐9中的压力，压缩空气从储气罐9中流出后依次经过调压阀11、节流阀12，最终进入外冷装置中的喷嘴气管中。溢流阀13和压缩空气回收装置14构成保护回路。切削液储液罐1中的切削液在液压泵2的作用下，依次经过调压阀3、节流阀4，流向换向装置，换向装置内置内冷通道和外冷通道，并会根据实际加工工况，把切削液通过内冷通道或外冷通道输送至内冷装置中的主轴管道内或外冷装置中的喷嘴液管中。溢流阀5和切削液回收箱6构成保护回路。

更进一步的，上述的换向装置的爆炸图如图2所示。换向装置是内冷外冷系统中用于实现控制系统所发出的内冷和外冷切换命令的装置，通过管路将切削液从内冷外冷切削夜储存装置传输至自身。换向装置的三视图如图3(a)、图3(b)、图3(c)所示，换向装置的内部装配如图4所示，该装置包含换向装置上座ii-2-1、换向装置下座ii-2-2、换向块ii-2-3、第一调节套筒ii-2-4、第二调节套筒ii-2-5、第一调压螺母ii-2-6、第二调压螺母ii-2-7、第一调节螺丝ii-2-8、第二调节螺丝ii-2-9、第一弹簧座ii-2-10、第二弹簧座ii-2-11、第一调压弹簧ii-2-12、第二调压弹簧ii-2-13、第一弹簧底座ii-2-14、第二弹簧底座ii-2-15、第一阀芯ii-2-16、第二阀芯ii-2-17和换向电机ii-2-18；

换向块ii-2-3通过换向块轴承ii-2-3-1安装在换向装置上座ii-2-1与换向装置下座ii-2-2内。换向装置上座ii-2-1、换向装置下座ii-2-2通过换向装置螺栓垫片ii-2-2-1、换向装置螺栓ii-2-2-2、换向装置螺栓孔ii-2-2-3连接在一起；第一调节套筒ii-2-4、第二调节套筒ii-2-5上具有螺纹，通过螺纹连接安装在换向装置上座ii-2-1上，在本实施例中，第一调节套筒ii-2-4、第二调节套筒ii-2-5的安装位置相互垂直，以图5表示的方位为例，第一调节套筒ii-2-4水平安装在换向装置上座ii-2-1上，位于溢流通道内，第二调节套筒ii-2-5竖直安装在换向装置上座ii-2-1上，位于切削液进口通道内；第一调压螺母ii-2-6、第二调压螺母ii-2-7分别安装在第一调节套筒ii-2-4、第二调节套筒ii-2-5上；第一调节螺丝ii-2-8、第一弹簧座ii-2-10、第一调压弹簧ii-2-12依次安装在第一调节套筒ii-2-4内，并将第一调压弹簧ii-2-12末端安装在第一弹簧底座ii-2-14上，并与第一阀芯ii-2-16连接；第二调节螺丝ii-2-9、第二弹簧座ii-2-11、第二调压弹簧ii-2-13依次安装在第二调节套筒ii-2-5内，并将第二调压弹簧ii-2-13末端安装在第二弹簧底座ii-2-15上，并与第二阀芯ii-2-17连接。

第一调节套筒ii-2-4、第一调压螺母ii-2-6、第一调节螺丝ii-2-8、第一弹簧座ii-2-10、第一调压弹簧ii-2-12、第一弹簧底座ii-2-14和第一阀芯ii-2-16在换向装置上座ii-2-1腔体内形成了切削液减压装置，通过调节第一调节螺丝ii-2-8的预紧力来调节腔体内切削液的压力；第二调节套筒ii-2-5、第二调压螺母ii-2-7、第二调节螺丝ii-2-9、第二弹簧座ii-2-11、第二调压弹簧ii-2-13、第二弹簧底座ii-2-15和第二阀芯ii-2-17在换向装置上座ii-2-2内形成了切削液溢流装置，通过第二调节螺丝ii-2-9的预紧力来控制腔体内切削液的最大压力，对换向装置起到保护作用。

所述换向电机ii-2-18为步进电机，通过换向电机螺栓垫片ii-2-18-1、换向电机螺栓ii-2-18-2、换向电机螺栓孔ii-2-18-3安装在换向装置下座外侧。换向电机ii-2-18通过换向电机联轴器ii-2-18-3与换向块ii-2-3的一端进行连接。换向电机ii-2-18作为电机控制中心i-8的执行机构，通过接收脉冲信号的数量进行角度转动。换向电机ii-2-18为换向块ii-2-3提供动力，带动换向块ii-2-3在换向装置内转动，实现了换向块ii-2-3对内冷装置管道a和外冷装置管道b的切换。节流阀4通过管路与冷却液总管道相连通，内冷装置管道a通过管路与内冷装置相连通，外冷装置管道b通过管路与外冷装置相连通。

更进一步的，上述的换向块ii-2-3的三视图如图5(a)、图5(b)、图5(c)所示；其包括一个竖直部和三个水平部，竖直部与换向电机联轴器ii-2-18-3相连，在换向块旋转的过程中，水平部与内冷装置管道a或者外冷装置管道b配合，实现换向块ii-2-3对内冷装置管道a和外冷装置管道b的切换。

更进一步的，上述的换向装置上座ii-2-1的底面视图如图6所示，其整体为一个矩形块，在该矩形块内设有内冷装置管道a和外冷装置管道b，且在矩形块的四个角上还四个螺栓孔ii-2-2-3。

更进一步的，上述的换向装置下座ii-2-2的顶面和底面视图如图7、图8所示，其整体为一个矩形块，在该矩形块的四个角上也还四个螺栓孔，在其中间部分设有换向电机螺栓孔ii-2-18-4。

更进一步的，内冷装置的主轴装配图如图9所示，内冷装置的内部装配图如图12所示。内冷装置通过管道ii-3-17把切削液从换向装置运输过来，通过旋转接头ii-3-1将切削液传输至机床的主轴ii-3-8内的切削液孔和刀具装置ii-3-10内的切削液孔，使其最终从刀具外端的切削液孔流出，给与刀具和加工工件实施冷却。内冷装置ii-3包含旋转接头ii-3-1、机床主轴外壳ii-3-2、机床主轴上端盖ii-3-3、机床主轴下端盖ii-3-4、下端盖垫片ii-3-5、内冷堵头ii-3-6、堵头内套管ii-3-7、机床主轴ii-3-8、内冷接头ii-3-9和刀具装置ii-3-10；

内冷堵头ii-3-6通过紧锁螺母ii-3-11安装在机床主轴ii-3-8内；堵头内套管ii-3-7通过内套管轴承ii-3-12安装在堵头中，其中右侧内套管轴承ii-3-12通过卡环ii-3-13固定在堵头内套管ii-3-7；内冷接头ii-3-9通过内冷接头轴承ii-3-14安装在机床主轴ii-3-8内；机床主轴ii-3-8通过机床主轴上轴承ii-3-15、机床主轴下轴承ii-3-16安装在机床主轴外壳ii-3-2中；刀具装置ii-3-10依据莫氏锥度安装在主轴ii-3-8上。

更进一步的，旋转接头ii-3-1的爆炸视图如图13所示，旋转接头ii-3-1通过管道ii-3-17与堵头内套管ii-3-7实现连通。旋转接头ii-3-1包含弯管接头ii-3-1-1、联接座ii-3-1-2、支撑座ii-3-1-3、旋转接头套筒ii-3-1-4、旋转接头心轴ii-3-1-5。旋转接头ii-3-1的装配图如图13所示，带有o型密封圈ii-3-1-11的旋转接头心轴ii-3-1-5安装在旋转接头套筒ii-3-1-4内部，通过旋转心轴轴承ii-3-1-6安装在支撑座上ii-3-1-3，支撑座ii-3-1-3和联接座ii-3-1-2之间安装y型密封圈ii-3-1-10。弯管接头ii-3-1-1安装在联接座上，在其接触处安装有端面密封圈ii-3-1-12。联接座ii-3-1-2和支撑座ii-3-1-3通过旋转接头螺栓ii-3-1-7、旋转接头螺栓垫圈ii-3-1-8、旋转接头螺栓孔ii-3-1-9进行连接。

更进一步的，所述的外冷装置的整体结构如图13所示。外冷装置用于把切削液通过管道输送给喷头装置iii-2-2-6，通过喷嘴喷出给与刀具和加工工件实施冷却。外冷装置包含x、y、z伸缩臂模块iii-2-1和喷头角度模块iii-2-2；x、y、z伸缩臂模块iii-2-1用于调节喷头角度模块iii-2-2在x、y、z三个方向上的位置关系。

根据本实用新型所设计的换向块形状，换向装置共有四种工作状态如图14(a)、图14(b)、图14(c)、图14(d)所示：

(1)如图14(a)所示，此时换向装置的工作状态为内冷通道a和外冷通道a都不通，内冷外冷润滑系统处于停止工作状态换向块ii-2-3的旋转角度可能处在0°或360°；当换向块ii-2-3的角度为0°时，即换向电机ii-2-18不转动，电机控制中心不给与步进电机驱动器脉冲信号。当换向块的角度为360°时，即换向电机ii-2-18转动一周，此时电机控制中心给与步进电机驱动器脉冲信号的数量为：

(2)如图14(b)所示，此时换向装置的工作状态为内冷通道a开启，外冷通道b关闭，内冷外冷润滑系统切换为内冷工作状态。换向块ii-2-3的旋转角度处于90°，即换向电机ii-2-18转动90°，此时电机控制中心给与步进电机驱动器脉冲信号的数量为：

(3)如图14(c)所示，此时换向装置的工作状态为内冷通道a和外冷通道b都不通，内冷外冷润滑系统切换为停止工作状态。换向块ii-2-3的旋转角度处在180°。当换向块ii-2-3的角度为180°时，即换向电机ii-2-18转动180°，此时电机控制中心给与步进电机驱动器脉冲信号的数量为：

(4)如图14(d)所示，此时换向装置的工作状态为外冷通道b开启，内冷通道a关闭，内冷外冷润滑系统切换为外冷工作状态。换向块ii-2-3的旋转角度处于270°，即换向电机ii-2-18转动270°，此时电机控制中心给与步进电机驱动器脉冲信号的数量为：

n等于0°、n180°或n360°时，内冷外冷润滑系统处于停滞状态，n等于n90°时，内冷外冷润滑系统为内冷工作状态，n等于n270°时，内冷外冷润滑系统为外冷工作状态，可以控制电机控制中心分别给与换向装置步进电机驱动器的脉冲信号数量：0°、(n180°或n360°)、n90°、n270°来实现本专利内冷外冷的自由切换。

本专利的换向装置的工作原理如图15(a)、图15(b)、图15(c)所示，如图15(a)所示当内冷管道a或外冷管道b开启时，压力为p1的切削液由进液口p进入换向装置减压工作腔，经由减压口后进入输出液压支路中。由于切削液经由减压口的缝隙时产生压力损失，所以，经过减压口的切削液压力p2低于进液口的切削液压力p1。切削液在经过减压口后，一部分经侧通孔流入第一阀芯ii-2-16的下腔，会产生一个向上的推力p2a1，其中a1为第一阀芯ii-2-16左端有效工作面积。当这部分的切削液作用在第一阀芯ii-2-16底端所产生的向右推力小于第一调压弹簧ii-2-12的预紧力fs1时，第一阀芯ii-2-16处于最左端位置，减压口全开，不起减压作用，此时p1≈p2。

此外，经过减压口后、压力为p2的切削液会向左流动，经过第二阀芯ii-2-17和阻尼孔2流向至第二阀芯ii-2-17的下端，产生一个向上的推力p2a2，其中a2为第二阀芯ii-2-17下端有效工作面积，第二阀芯ii-2-17上端第二调压弹簧ii-2-13的预紧力为fs2。当切削液的压力p2所产生的轴向推力p2a2小于弹簧预紧力fs2、第二阀芯ii-2-17自重g以及第二阀芯ii-2-17与换向装置内腔的摩擦力ff时，左侧出口关闭，溢流装置不工作。

当内冷管道a或外冷管道b开启时，当经过减压口的切削液压力p2大于第一调压弹簧ii-2-12的预紧力fs1时，即：p2≥fs1时，第一阀芯ii-2-16在左侧腔的切削液压力作用下克服第一调压弹簧ii-2-12的预紧力向右侧移动，使得减压口减小，如图15(b)所示。此时，切削液经由减压口时产生的压力损失，使经过减压口的切削液压力p2减小并稳定在第一调压弹簧ii-2-12的反力范围。根据出口压力与第一调压弹簧ii-2-12的平衡关系：

p2a1＝k1(x01+δx)

可求得经过减压口的切削液压力p2为：

其中，k1为第一调压弹簧ii-2-12的弹簧刚度，x01为第一调压弹簧ii-2-12预压缩量，δx为减压口的位移变化量。

由上式可以看出，减压口的位移变化量δx远远小于第一调压弹簧ii-2-12预压缩量x01时，经过减压口的切削液压力p2可以基本保持稳定。可以通过调节第一调压螺母ii-2-6来调节第一调压弹簧ii-2-12的预紧力fs1，就可以调节减压口的切削液压力p2。

此时，切削液的压力p2所产生的轴向推力p2a2小于弹簧预紧力fs2、第二阀芯ii-2-17自重g以及第二阀芯ii-2-17与换向装置内腔的摩擦力ff，左侧出口关闭，溢流装置不工作。

如图15(c)所示，当内冷管道a和外冷管道b关闭时，经过减压口的切削液的压力p2会升高，此时第二阀芯ii-2-17所在的腔内会依次出现以下情况：(1)切削液的压力p2升高，使得切削液作用在第二阀芯ii-2-17底端的推力p2a2增大至恰巧能够克服弹簧预紧力fs2、第二阀芯ii-2-17自重g以及第二阀芯ii-2-17与换向装置内腔的摩擦力ff时，第二阀芯ii-2-17将开始在切削液推力作用下向上移动，根据第二阀芯ii-2-17受力平衡关系：

pka2＝fs2+g

其阀口临界开启压力

其中，k2为第二调压弹簧ii-2-13的弹簧刚度，x02为第二调压弹簧ii-2-13的弹簧预紧量。

(2)切削液的压力p2继续升高，第二阀芯ii-2-17将向上移动，阀口开启，切削液通过左侧出口流入至切削液储存装置，即开始产生溢流。当第二阀芯ii-2-17上移，处于某一平衡位置时，第二调压弹簧ii-2-13将被压缩一定距离x，此时，第二阀芯ii-2-17的受力平衡方程变为：

p2a2＝k2(x02+x)+g+ff

即此时的切削液的压力p2为：

由上式可以看出，当发生溢流时，此时的切削液的压力p2不受流量变化的影响，受第二调压弹簧ii-2-13的弹簧刚度、预紧力、第二阀芯ii-2-17的自重以及滑动摩擦力的影响。其中第二调压弹簧ii-2-13的弹簧刚度、第二阀芯ii-2-17的自重以及滑动摩擦力在换向装置建好后就为定值，所以可以通过调节第二调压弹簧ii-2-13的预紧力fs2来调节此时的切削液的压力p2，即溢流压力。通过调节溢流压力，可以使得溢流压力小于换向装置所能承受的最大压力。能够对换向装置起到保护作用。