一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法及装置

本发明属于工业厂房空气污染治理领域，具体涉及一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法及装置。

背景技术：

数控机床是制造业中应用非常广泛的加工设备，使用切削液的数控机床在湿式机械加工时会产生大量油雾颗粒，尽管使用钣金壳体能够有效减少机床加工时的切削液飞溅及油雾泄漏，但在打开取件门更换工件时仍然存在严重的油雾气溶胶泄漏，并且相关研究表明从数控机床向外泄漏的油雾浓度大多超过健康标准值，加重厂房污染同时更会严重影响长期暴露在这种环境中工人的身体健康。

目前，针对cnc数控机床产生的油雾泄漏问题，多使用引风机将油雾吸走并排放或采用油雾回收净化处理措施。而直接将油雾排到室外会污染环境；采用回收机净化则需经常清洗或更换过滤器材，并且净化处理的污染气体量很大。

技术实现要素：

本发明的技术方案如下：

一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法，将数控机床内产生的油雾气溶胶从数控机床的加工仓室顶部开口转移至具有体积伸缩功能的缓存装置中并暂时储存其内，随着气溶胶转移过程的进行，缓存装置体积增大，当储存到一定量气体后便开始排出其内气溶胶并通过管路将气溶胶输送回数控机床，被输送的油雾气溶胶从安装于数控机床仓室内的一组送风口喷出并能够形成涡流状空气幕，涡流空气幕将工作台及刀具包围其中，因此工作台新产生的油雾气溶胶也被阻隔在涡流空气幕内部，并被像龙卷风一样的涡流空气幕夹带着流向加工室顶部的开口，这样油雾气溶胶便又进入缓存装置中，如此循环往复。依靠数控机床外部缓存装置的转移缓存和内部涡流空气幕的包围阻隔的共同作用，将工作台产生的油雾气溶胶集中聚集在流动着的局部循环气流中，以此来减少取件门开启期间数控机床的油雾气溶胶泄漏。

实现上述减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法的装置，包括气溶胶缓存系统和涡流空气幕发生系统；所述气溶胶缓存系统包括动力装置、气溶胶收集管、气溶胶缓存装置、气溶胶排出管；所述涡流空气幕发生系统由空气幕送风管、空气幕送风口组成；所述气溶胶收集管与数控机床顶部开口连接，所述气溶胶排出管与所述空气幕送风管连接；气溶胶自离开数控机床仓室依次经过所述气溶胶收集管、气溶胶缓存装置、气溶胶排出管、空气幕送风管、空气幕送风口，之后又返回数控机床仓室内。已凝结的油液则在管路及缓存装置中单独收集。

进一步地，所述气溶胶收集管两端分别与数控机床顶部的开口、位于所述气溶胶缓存装置上的气溶胶收集口连接，将油雾从数控机床仓室内导流进入所述气溶胶缓存装置；特别的，为了更有利于油雾气溶胶进入气溶胶收集管，可适当增加数控机床顶部开口面积和改进形状，再增加与之匹配的回收罩，这样的回收罩也归属于气溶胶搜集管路。

进一步地，所述动力装置包括风机、辅助滑杆等部件，使所述气溶胶缓存装置体积扩大或收缩，并为所述涡流空气幕发生系统提供流动空气。

进一步地，所述气溶胶缓存装置具有体积可变的结构特征及储存定量气体的能力，多设置于数控机床外部空间允许的位置，用于暂时储存油雾并为所述涡流空气幕发生系统提供稳定的气流；气溶胶缓存装置具有两种类型的表面或壁面：

刚性面：具有一定的硬度和强度，其形态保持不变，在刚性面上设有所述气溶胶收集口、气溶胶排出口，是气溶胶缓存装置与其它管路连接的部件；气溶胶收集口和气溶胶排出口可在同一块刚性面上也可各在不同刚性面上，能够更方便简洁地连接气溶胶缓存装置与所述气溶胶收集管和气溶胶排出管即可。

可变面：具有一定弹性或带褶，其形态可变，但在形变或运动过程中依然能保持优良的密封特性，与刚性面无缝连接，通过改变自身形态来实现所述气溶胶缓存装置的体积改变功能。

进一步地，所述气溶胶排出管气流上游端与所述气溶胶排出口连接，另一端与所述空气幕送风管连接，将油雾气溶胶从气溶胶缓存装置导出并输送至空气幕送风管；所述气溶胶排出管段设有可向外开启的旁通单向阀，所述旁通单向阀默认保持关闭状态，并具有一定的开启压力，当旁通单向阀内侧压力达到开启压力时旁通单向阀阀片会打开并释放气溶胶排出管内的部分气溶胶，为了保证从旁通单向阀流出的气体符合环保要求，在旁通单向阀的阀片气流上游方向装有过滤净化材料或配备相关净化设施。

进一步地，所述空气幕送风管另一端连接所述空气幕送风口，是一系列管道组合，将来自所述气溶胶排出管的气体输送并分流到各个末端即所述空气幕送风口；根据数控机床周围环境灵活布置其形式及位置，可一条也可分流为多条，能够更有效简便的实现其运输分流功能即可，比如当气溶胶排出口因气溶胶缓存装置体积变化有一定活动范围时，可选用一部分软管以适应气溶胶排出管的移动，来实现所述气溶胶缓存系统和涡流空气幕发生系统之间更好的配合。

进一步地，所述空气幕送风口是一组竖直安装在数控机床仓室内的条形送风口。每个送风口与所述空气幕送风管另一端连接，出风气流是平面射流，能够形成良好的平面空气幕；空气幕送风口的出风速度从下到上逐渐减小或均匀出风，出风速度方向为水平方向或略微斜向上。多个空气幕送风口分布于工作台及刀库周围并可形成封闭图形状，风口喷嘴均对向封闭图形内部，多个空气幕送风口组合喷射出的平面空气幕互相影响，在工作台及刀具活动范围内形成向内旋转并向上运动的类似龙卷风状的涡流空气幕，能够将工作台产生的油雾气溶胶卷吸并向上夹带流动；所述数控机床顶部开口在水平面的投影应该位于空气幕送风口组围成的封闭图形的区域中心附近，这样涡旋气流能够更好地进入所述气溶胶收集管。

进一步地，可通过增加局部输送设备及优化空气幕送风口结构尺寸等措施来增强涡流空气幕的阻隔能力；增加净化设施来降低返回数控机床仓室的气体油雾浓度。

进一步地，根据所述风机输出风压及所述旁通单向阀启动压力的不同，所述方法及装置有两种不同的风机运行档位：

(1)常压仓室档：风机以较低功率运转，所述气溶胶排出管内的压力小于等于所述旁通单向阀自身的启动压力，这时旁通单向阀保持关闭状态；风机从数控机床仓室内收集来的油雾气溶胶除了一部分储存在所述气溶胶缓存装置中之外，其他部分全部进入空气幕送风管并经所述空气幕送风口送回仓室内。气体仅在气溶胶缓存系统和涡流空气幕发生系统内部循环流动，对数控机床而言，其内部没有气体因机械作用排出，数控机床仓内近乎常压。

(2)负压仓室档：风机以较大功率运行，所述气溶胶排出管内压力大于所述旁通单向阀自身的启动压力，这时旁通单向阀向外开启；风机从数控机床仓室内收集来的油雾气溶胶除了储存在所述气溶胶缓存装置、由所述空气幕送风口送回数控机床仓室的这两部分之外，还有一部分通过旁通单向阀流向工厂车间环境。气体除在气溶胶缓存系统和涡流空气幕发生系统内部循环流动之外还有一部分旁通出去，对数控机床而言，有一部分其内部气体被排出，数控机床内为负压状态，此时会有仓室外气体通过数控机床取件门补充进来，同时由于风机功率增大，风机抽吸作用更强且涡流空气幕风速变大阻隔能力增强，进一步减少了数控机床仓室内油雾气溶胶的向外泄漏。

进一步地，根据风机开启后是否随数控机床一直连续运行，所述方法及装置有两种不同的工作模式：

(1)间歇运行模式：所述风机在刀具停转后、取件门打开前启动，在取件门关闭之后停转，风机按所述负压仓室档运行，并且风机间歇运行的开启和关闭与加工工艺同步同周期；

(2)连续运行模式：所述风机按所述常压仓室档连续运行；为进一步减少数控机床的油雾泄漏，也可以选择在取件门开启期间将风机调至所述负压仓室档运行。

进一步地，本发明减少数控机床油雾泄漏的关键在于用较低油雾浓度的循环气体产生的涡流空气幕将工作台产生的高浓度油雾气溶胶阻隔在尽可能小的范围内，在防止其扩散的同时还将油雾聚集并夹带到远离取件门的另一空间。

本发明具有以下有益效果：

1、减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法及装置在充分利用数控机床钣金壳体对油雾具有阻挡作用的优势之外，还通过动态缓存加隔离凝聚的方式弥补了钣金壳体在取件门开启时向外泄漏的不足：在数控机床仓室内建立了涡流空气幕这条隐形的隔离层缩小油雾气溶胶的扩散区域，同时将油雾气溶胶向数控机床仓室外的气溶胶缓存装置内输送；在数控机床外设置气溶胶缓存装置，为更方便高效的进行油雾处理提供了有利的环境和条件。降低了数控机床仓室内非加工区域的油雾浓度，进而有效的减少向外的油雾泄漏。

2、本发明所述方法及装置形成是内部局部循环气流，与除数控机床仓室系统外的环境空气交换较少，对厂房大空间的空气温湿度影响较小，不为厂房内的通风及空调系统增加过多负荷。

3、本发明所述装置可以配合加工工艺周期性间歇工作，相比传统的局部排风连续工作具有节能特征；也可根据需要采用连续运行模式达到更理想的环保效果。两种风机档位搭配两种工作模式，可灵活满足多重要求。

本发明的一种减少数控机床油雾泄漏的方法及装置，依靠数控机床加工室外部缓存装置对数控机床仓室内产生的油雾进行转移缓存，并用仓室内形成的涡流空气幕对新产生的油雾进行包围阻隔，进而将工作台产生的油雾气溶胶集中聚集在局部循环气流中，以此减少取件门开启期间数控机床的油雾气溶胶泄漏。

附图说明

图1(a)是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的右前方示意图；

图1(b)是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的左前方示意图；

图2(a)是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的部件连接右后视图；

图2(b)是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的部件连接左前视图；

图3是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的空气幕送风口俯视图；

图4是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的涡流空气幕示意图；

图5是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法及装置的常压仓室档示意图；

图6是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法及装置的负压仓室档示意图；

图中：1数控机床；2刀库；3取件门；4工作台；5辅助滑杆；6气溶胶收集管；7气溶胶收集口；8气溶胶缓存装置；9气溶胶排出口；10气溶胶排出管；11空气幕送风管；12空气幕送风口；13动力装置；14刚性面；15可变面；16旁通单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1-4所示，为一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置，刀库2、取件门3以及工作台4为数控机床1中与阐述本发明所述方法及装置关联较大的必要部件，图1(a)、图1(b)反映了各部件的典型特征。所述减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置包括气溶胶缓存系统和涡流空气幕发生系统，气溶胶缓存系统包括动力装置风机13、气溶胶收集管6、气溶胶缓存装置8、气溶胶排出管10，其中气溶胶收集口7和气溶胶排出口9为气溶胶缓存装置8刚性面14上的钢板开口。具体来说，气溶胶缓存装置8为长方体形状的风琴防护罩，刚性面14为长方形状硬金属板，可变面15为外用尼龙布内加pvc板支撑的带褶复合材料可折叠多面体；动力装置13为可调速风机，并配合辅助滑杆5实现气溶胶缓存装置8的体积变化，风机直接安装在数控机床1顶部开口位置，在气溶胶收集管6的管内；气溶胶收集管6在此实施例中主要包括一个梯形台状的回收罩，截面积大的一端连接数控机床1顶部矩形开口，截面积小的一端连接位于刚性面14上的气溶胶收集口7；气溶胶排出管10为一段水平直圆管，一端通过法兰与气溶胶排出口9连接，另一端与空气幕送风管11的软管部分通过直角弯头连接，将油雾从气溶胶缓存装置8里导出并输送给管路灵活多变的空气幕送风管11，在气溶胶排出管10中间管段装有旁通单向阀16。涡流空气幕发生系统由空气幕送风管11和空气幕送风口12组成。具体来说，空气幕送风口12由4个竖直固定的均匀送风管组成，均匀送风管采用等截面变条缝形式，条缝自下向上宽度递减，图3展示了4个空气幕送风口在数控机床仓室内的布局示意图，可以看到其分布在工作台4的周围，图4展示了由一组空气幕送风口12形成的涡旋气流空气幕。空气幕送风管11包括硬管和软管两种管路，为了将气流均匀的分配给仓室内的4个空气幕送风口12，在空气幕送风管11的软管部分后用三通将气体均匀分流到左右两条空气幕送风管支管中，并且两边支管布置完全对称，在进入数控机床仓室后，每条空气幕送风管支管再次分流与对应侧的2个空气幕送风口连接，确保各个空气幕送风口12具有相同的风量风压状况。

数控机床1顶面放置本发明所述的减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的气溶胶缓存系统，四根辅助滑杆5一端固定在数控机床1的顶部，另一端连接在一个长方形固定框里；而涡流空气幕发生系统的空气幕送风管贯穿数控机床1钣金内外，空气幕送风口全部位于数控机床仓室内。从油雾气溶胶产生的源头工作台4开始经过所述装置再返回数控机床，油雾气流依次经过工作台4、气溶胶收集管6、风机13、气溶胶收集口7、气溶胶缓存装置8、气溶胶排出口9、气溶胶排出管10、空气幕送风管11、空气幕送风口12，之后又被涡流空气幕送回至工作台4附近。当所述减少数控机床油雾泄漏的装置风机以负压仓室档运行时，部分油雾气溶胶还会经过旁通单向阀16流向外部环境。

图5是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法及装置的风机常压仓室档示意图。此时风机13以较低功率运转，将工作台4处产生的油雾向上抽吸进入气溶胶收集管6，在风机13作用下油雾经气溶胶收集口7进入气溶胶缓存装置8，随后气溶胶缓存装置8的体积增大，同时气溶胶缓存装置8顶面的刚性面14沿着辅助滑杆5向上滑动，进而气溶胶排出管10随刚性面14在竖直方向上移动，与气溶胶排出管10相连接的空气幕送风管11随气溶胶排出管10移动而伸长或收缩。随着油雾被吸进气溶胶缓存装置8，数控机床1仓室中的油雾气溶胶浓度会降低，在取件门3开启时向外泄漏的油雾减少；当气溶胶缓存装置体积大到一定程度时油雾开始从气溶胶排出口9排出，进而进入气溶胶排出管10；在风机13以常压仓室档运转时，气溶胶排出管10管内的压力不足以开启旁通单向阀16，旁通单向阀16保持关闭状态，从气溶胶缓存装置8中排出的油雾全部经气溶胶排出管10进入空气幕送风管11进而全部从空气幕送风口12返回数控机床1，在工作台4周围形成向内旋转、向上流动的涡流空气幕，将工作台4新产生的油雾卷吸并向上夹带，同时在风机13抽吸作用下油雾气溶胶再次进入气溶胶收集管6。这样，从数控机床仓室内经气溶胶收集管6进入所述减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的油雾气溶胶除了一部分储存在气溶胶缓存装置8之外，其他部分全部经过气溶胶排出管10、空气幕送风管11并由空气幕送风口12送回数控机床1的仓室内。对于所述减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置和数控机床1构成的总系统而言，油雾气溶胶仅为系统内部的循环流动，没有气体因机械作用排出，数控机床仓内近乎常压。风机在这种档位下保持连续运行，数控机床1内部整体处于常压状态，所述减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法和装置具有较好的减少油雾泄漏的作用。

图6是一种减少数控机床油雾气溶胶泄漏的方法及装置的风压负压仓室档示意图。此时风机13以较大功率运行，将工作台4处产生的油雾向上抽吸进入气溶胶收集管6，经气溶胶收集口7进入气溶胶缓存装置8进而不断聚积直至经气溶胶排出口9被排出，在风机以负压仓室档运转时，气溶胶排出管10处管内压力大于旁通单向阀16的启动压力，旁通单向阀16打开，则从气溶胶缓存装置8中排出的油雾有一部分从旁通单向阀16经过滤处理向外流出，只有一部分进入空气幕送风管11进而从空气幕送风口12返回数控机床1。这样，从数控机床仓室内经气溶胶收集管6进入所述减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的油雾有一部分流向了所述减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置和数控机床1构成的总系统之外，而所述减少数控机床油雾气溶胶泄漏的装置的管路与数控机床构成闭环，总系统因旁通单向阀16处有气体外流而处于负压，在数控机床1的取件门3开启时，向外泄漏的油雾必然会更少，甚至会有周围环境气体在取件门3打开期间进入数控机床1，加之此档位工作的风机13具有更大抽吸作用，会更大程度的将工作台4处的产生的油雾气溶胶吸进气溶胶收集管6，综合来看，处于负压作用的数控机床和更大抽吸作用档位的风机的配合，使得取件门3开启期间减少油雾泄漏的效果更好。

显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一种可能的实施例,而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。