一种可自动调节磨削液流量的刷式喷嘴的制作方法

本实用新型属于磨削加工领域，具体说是一种可自动调节磨削液流量的刷式喷嘴。

背景技术：

磨削加工具有加工精度高、表面质量好和应用范围广等优点。然而，磨削加工在去除材料的过程中会产生大量磨削热，并且极大部分磨削热都集中在磨削区，容易形成高温，高温会引起各种形式的工件热损伤，如：烧伤、金相转变、二次淬火引起的表层软化(退火)、磨削表层拉应力、磨削裂纹以及疲劳强度降低等，另外磨削中的热膨胀也会造成工件的变形。磨削生产率通常由于磨削高温的负面影响而受到限制，因此通常需要对磨削区进行润滑和冷却。传统的冷却方法是在磨削区附近安装喷嘴，通过喷嘴喷射出的磨削液对工件和砂轮进行冷却。然而，由于砂轮高速旋转，在砂轮表面形成气障层，因此磨削液难以进入磨削区产生有效的润滑冷却作用。基于上述原因，广大学者对磨削液的供给方式进行了大量研究，主要包括以下几个方面。

第一种方法是普通供液法，普通供液法亦称浇注供液法，是应用最广的供液方法。普通供液法的供液压力一般低于0.2MPa，用于对供液无特殊要求的场合。很多学者针对喷嘴形状、入射角度和磨削液压力进行了研究。研究发现，优化上述喷嘴条件能够保证较好的冷却效果，但是磨削液利用效率处于较低水平，造成了磨削液的大量浪费。

第二种方法是喷射供液法。喷射供液法是用管径较小的喷嘴，用1Mpa以上的高压向磨削区供液。该供液方法冷却效果得到显著改善，但是，高压喷射的磨削液容易污染环境。

第三种方法是穿流供液法，穿流供液法又称砂轮片内冷却法。该种方法是利用砂轮自身的多孔性，从砂轮的中心供给磨削液，由于砂轮转动时离心力的作用，使磨削液从砂轮的气孔直接浸润到工作表面。在使用这种方法时，必须有将磨削液送至砂轮中心的主轴装置和中空主轴。尤其重要的是为了不使砂轮气孔堵塞，必须去除磨削液中3微米粒径以上的杂质，因此需要精密的磨削液过滤装置，这使得供液系统运行成本提高。此外，必须考虑解决磨削液随着砂轮旋转而四处飞溅，造成磨削液的浪费以及污染环境的问题。

第四种方法是喷雾冷却法。喷雾冷却法是在压缩空气作用下，磨削液经雾化器雾化形成粒径很小的雾滴，雾滴经喷嘴以很高的速度喷到磨削区，雾滴在高温作用下很快汽化，吸收大量的磨削热；另外喷嘴高速喷射时，流体膨胀使雾滴束本身的温度降低，也可以吸收大量的热量。但是，由于该方法必须采用加压和雾化设备，所以成本很高，且由于进入磨削区的液滴为雾状，因此冲洗磨屑的性能较差。

综上所述，现在的磨削加工冷却系统还有待进一步改进。

技术实现要素：

为了解决现有的问题，本实用新型公开了一种可自动调节磨削液流量的刷式喷嘴，包括刷式喷嘴和流量自动调节系统。所述的刷式喷嘴能够破坏砂轮表面气障层，使得磨削液能够有效进入磨削区进行润滑冷却；所述流量自动调节系统根据磨削力大小产生反馈信号，控制进入磨削区的磨削液流量，实现磨削液流量的自动调节。本实用新型具有提高磨削液的利用率、降低磨削温度、改善磨削质量、保护环境和节约成本等优点。

为了实现上述目的，一种可自动调节磨削液流量的刷式喷嘴，其特征在于主要包括刷式喷嘴和流量自动调节系统；所述的刷式喷嘴包括中空纤维束和万向竹节管，万向竹节管包裹中空纤维束构成刷式喷嘴；通过调整万向竹节管控制柔性的中空纤维束使其末端紧贴砂轮工作面，导致砂轮高速旋转时在其表面产生的气障层被破坏，使得经中空纤维喷出的磨削液不受气障层的阻碍而直接进入磨削区；

所述的流量自动调节系统包括流量调节模块和自动控制模块；所述的流量调节模块包括阀体、阀芯、电机和齿轮；所述的阀体通过螺栓和螺母固定在防护罩上，阀体上开有进液口和出液口，进液口上安装有滤网，并与供液软管相连，刷式喷嘴安装在出液口上；所述的阀芯的一端有阀板，阀板与中空纤维束上纤维开口的端面配合；阀芯中间部分设有凸台，凸台安装在阀体的连接槽内，并使用紧固环拧紧，防止阀芯轴向窜动，凸台外圆柱面上设有密封槽，将O型密封圈安装在其中，实现阀芯和阀体之间的密封，同时凸台与连接槽之间存在间隙，确保阀芯与阀体之间可以相对转动，阀芯的另一端开有凹槽，凹槽上加工有内齿轮；所述电机通过电机底座固定于阀体上，其主轴上的齿轮与阀芯端面凹槽上的内齿轮啮合，电机通过齿轮带动阀芯转动，使阀芯一端的阀板控制与阀体内腔连通的纤维开口的数量，实现了磨削液流量的调节作用；所述的自动控制模块包括电机和力传感器，所述的力传感器安装在夹具上，当磨削力变化时，根据力传感器的反馈信号，电机带动阀芯转动，从而控制磨削液流量的大小，实现了磨削液流量的自动控制。

所述的中空纤维束的材质为尼龙，中空纤维束的纤维开口端面与阀芯的阀板工作面为半径相同的圆弧面，使得纤维开口端面能够和阀板工作面紧密贴合，从而中空纤维束与阀体以及阀板之间形成具有密封性能的配合，当阀板转过一定角度时，部分纤维开口与阀体内腔连通，其余的纤维开口被阀板阻挡，从而中空纤维内的磨削液都会以一定的压力喷出，这使得当磨削液流量发生变化时不会对磨削液喷射压力造成影响，提高磨削液的利用率。

所述的中空纤维束通过沉头螺钉固定在阀体上，防止中空纤维束转动，万向竹节管包裹中空纤维束并通过连接螺纹与出液口上的出液口螺纹联接，将万向竹节管与中空纤维束固定在阀体上。

所述的阀芯的旋转角度是由电机控制，电机为伺服电机，当磨削力大小发生变化时，安装在夹具上的力传感器产生反馈信号，电机根据反馈信号带动阀芯转动，并使得阀板位于合适的位置；所述合适的位置，指的是根据磨削力大小变化，增加或减少与阀体内腔连通的纤维开口的数量，均有足够的磨削液进入磨削区进行润滑冷却。

所述的磨削液的流向依次为：供液软管、滤网、进液口、阀体内腔、纤维开口、中空纤维，最后到达磨削区。

所述的滤网筛孔尺寸为40～80目，滤网可以滤去磨削液中的大颗粒杂质。

所述的万向竹节管包裹着中空纤维束，同时中空纤维束的末端略微伸出万向竹节管，当改变万向竹节管的形态时，中空纤维束的形态也随之改变，因此，当使用不同尺寸的砂轮进行磨削加工时，都可以通过调整万向竹节管的形态使得中空纤维束的末端紧贴砂轮的工作面，达到破坏砂轮表面气障层的作用；同时也能通过调整万向竹节管的形态，使得中空纤维束的末端与水平面形成不同的角度紧贴砂轮的工作面，从而调整磨削液的入射角度。

所述的力传感器安装在夹具上，在磨削过程中，砂轮转速、工件速度和切深的变化都会体现在磨削力的变化上，磨削力大小的变化有效地反映了磨削情况的变化。

上述一种可自动调节磨削液流量的刷式喷嘴，与现有的技术相比，其技术效果在于。

①磨削液能够突破砂轮表面气障层。万向竹节管能够使柔性的中空纤维束的末端紧贴砂轮工作面，在很大程度上突破高速旋转的砂轮表面产生的气障层，磨削液受气障层的阻碍显著减小，从中空纤维束喷出直接进入磨削区，在较大程度上解决了传统磨削冷却系统中因砂轮周围气障层而导致磨削液很难进入磨削区的问题。

②能够实现磨削液流量的自动调节。当砂轮转速、工件速度以及切深等磨削参数变化时会引起磨削力发生改变，当磨削力增大时会使磨削温度升高，因此需要更多的磨削液对磨削区进行润滑冷却，当磨削力减小时磨削温度通常会降低，因此可以减少磨削液的使用。根据安装于夹具上的力传感器的反馈信号，电机通过齿轮带动阀芯转过合适的角度，使得与阀体内腔连通的纤维开口的数量改变，实现磨削液流量的自动调节。磨削液的自动调节能够保证有足够的磨削液进入磨削区进行润滑冷却，同时也大大减少了磨削液的浪费。

③磨削液保持有稳定的喷射压力。阀板和中空纤维束的配合使得磨削液流量的改变不会引起磨削液喷射压力的变化，解决了磨削液流量变化而出现的磨削液喷射压力过大或不足的问题。中空纤维束上的部分纤维开口与阀体内腔连通，磨削液可以经纤维开口进入中空纤维内部，最终进入磨削区，其余的纤维开口被阀板阻挡，不会流入磨削液，因此避免了磨削液流量变化引起的喷射压力的变化。

④能够根据需要调整中空纤维束的形态。当使用不同尺寸的砂轮时，通过万向竹节管调整中空纤维束的形态，使得中空纤维束末端始终紧贴砂轮工作面，同时也能根据实际工况和需要调整磨削液的入射角度。

⑤滤网能够过滤磨削液中的大颗粒杂质。磨削液中的大颗粒杂质会堵塞中空纤维束而产生无法供液的问题，同时在磨削过程中也会在磨削区进行反复碾压，降低了磨削加工的表面精度。安装在进液口的滤网可以有效解决这些问题。

⑥该喷嘴整体结构简单，拆装方便，利于使用和维护。

附图说明

图1是本实用新型整体外观图。

图2是本实用新型整体结构剖视图。

图3是本实用新型阀体内腔径向剖视图。

图4是本实用新型流量调节模块爆炸视图。

图5是本实用新型阀体半剖视图。

图6是本实用新型流量调节模块局部轴向剖视图。

图7是本实用新型中空纤维束结构示意图。

图8是本实用新型其他零件结构示意图。

附图中：1—中空纤维束，1-1—中空纤维，1-2—纤维开口，2—阀体，2-1—进液口，2-2 —出液口，2-3—阀体内腔，2-4—连接槽，2-5—出液口螺纹，2-6—浅槽，2-7—深槽，2-8—安装凸台，3—阀芯，3-1—阀板，3-2—凹槽，3-3—内齿轮，3-4—凸台，4—齿轮，5—万向竹节管，5-1—连接螺纹，6—力传感器，7—阀体端盖，8—电机，9—防护罩，10—砂轮，11 —电机底座，12—紧固环，13—滤网，14—夹具，15—电磁吸盘，16—供液软管，17—螺栓， 18—螺母，19—O型密封圈，20—沉头螺钉，21—螺钉一，22—螺钉二，23—螺钉三。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明。

本实用新型一种可自动调节磨削液流量的刷式喷嘴，包括刷式喷嘴和流量自动调节系统。所述的刷式喷嘴包括万向竹节管5和中空纤维束1；所述流量自动调节系统包括阀体2、阀芯 3、电机8、齿轮4和力传感器6。磨削液由阀体2上的进液口2-1进入阀体内腔2-3，然后依次经过纤维开口1-2和中空纤维1-1，最后到达磨削中心区。在这个过程中，与阀体内腔2-3 连通的纤维开口1-2数量由电机8根据力传感器6的反馈信号通过齿轮4带动阀芯3转动而进行调节，以实现在不同磨削条件下磨削液流量的自动调节。下面根据该系统的磨削液流向和流量自动调节系统运作方式详细介绍本实用新型的实施方式和特点。

中空纤维束1通过沉头螺钉20安装在阀体2的出液口2-2上，防止中空纤维束1转动，万向竹节管5包裹中空纤维束1通过连接螺纹5-1与出液口螺纹2-5联接固定在阀体2出液口2-2上，并且中空纤维束1比万向竹节管5长6mm，从而中空纤维束1的末端能够略微伸出万向竹节管5，通过改变万向竹节管5的形态调整中空纤维束1的形态，使得中空纤维束1 的末端与水平面形成15°的夹角并紧贴砂轮10工作面，破坏砂轮10表面的气障层，在较大程度上解决了传统磨削冷却系统中因砂轮10周围气障层而导致磨削液很难进入磨削区的问题。

阀芯3一端有阀板3-1，阀板3-1工作面与纤维开口1-2端面为半径相同的圆弧面，阀板 3-1工作面与纤维开口1-2端面紧密贴合，中空纤维束1上的部分纤维开口1-2与阀体内腔2-3 连通，磨削液能够经纤维开口1-2进入中空纤维1-1内部，最终进入磨削区，其余的纤维开口1-2被阀板3-1阻挡，不会流入磨削液，从而改变磨削液流量不会影响磨削液的喷射压力。

阀芯3中间部分设有凸台3-4，凸台3-4安装在阀体2的连接槽2-4的深槽2-7内，连接槽2-4的浅槽2-6边沿内圆周面上设有螺纹，用设有螺纹的紧固环12拧紧，防止阀芯3轴向窜动，同时凸台3-4与连接槽2-4之间存在间隙，阀芯3与阀体2可以相对转动，凸台3-4外圆柱面上设有密封槽，将O型密封圈19安装在密封槽内，实现阀芯3和阀体2之间的密封，防止磨削液泄漏。阀芯3的另一端开有凹槽3-2，凹槽3-2上加工有内齿轮3-3。

电机8通过螺钉三23固定在电机底座11上，电机底座11通过螺钉一21安装在阀体2 的安装凸台2-8上，电机8主轴上安装有齿轮4，齿轮4与阀芯3的凹槽3-2上的内齿轮3-3 啮合，夹具14安装在电磁吸盘15上，根据安装在夹具14上力传感器6的反馈信号控制电机 8转动的角度大小，从而实现磨削液流量的自动控制。阀体端盖7通过螺钉二22安装在阀体 2上，避免加工中的粉尘产生不利影响。

阀体通过6对螺栓17和螺母18固定在防护罩9上，进液口2-1上安装有滤网13，滤网 13筛孔尺寸为60目，进液口2-1与供液软管16连接，对喷嘴进行供液。滤网13过滤掉磨削液中的大颗粒杂质，防止出现杂质堵塞内径很小的中空纤维1-1而无法进行正常供液的现象，同时也使得磨削过程中不会出现大颗粒杂质在磨削区形成的反复碾压现象，提高了磨削加工的表面精度。

该喷嘴正常工作时，磨削液由供液软管16经过滤网13和进液口2-1进入阀体内腔2-3，然后通过与阀体内腔2-3连通的纤维开口1-2进入中空纤维束1，最终从中空纤维1-1末端喷出，进入磨削加工中心区。当砂轮转速、工件速度以及切深等磨削参数变化时会引起磨削力发生改变，当磨削力增大时会使磨削温度升高，因此需要更多的磨削液对磨削区进行润滑冷却，当磨削力减小时磨削温度通常会降低，因此可以减少磨削液的使用。当磨削条件发生变化时，电机8根据力传感器6的反馈信号带动齿轮4使阀芯3上的阀板3-1转过合适的角度，从而控制了与阀体内腔2-3连通的纤维开口1-2的数量，使得能够对磨削区进行供液的中空纤维1-1的数量改变，确保有足量且适当的磨削液进入磨削区，达到了根据磨削条件自动调整磨削液流量的效果。由此实现了磨削液的高效利用，降低了生产成本，改善了工作环境。同时该喷嘴结构简单，安装维护方便。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡是在本实用新型的公开范围之内所做的任何等同替换、修改等，均包含在本实用新型的保护范围之内。