专利名称：温度反馈型的干冻磨削装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种干冻磨削装置，尤其是一种具有清洁化、无 害化的干冻磨削装置。
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磨削是一种古老的加工技术，远在石器时代，人类便已开始使用 磨料研磨加工各种贝壳、石头及兽骨等，用于生活和狩猎工具。在进
入信息时代的21世纪，磨削技术和其他机械加工技术一样，成为一个 充满活力和不断发展的技术领域。
磨削加工不同于其它的切削加工。它具有以下特点-
1) 每个磨粒切下的切屑厚度很薄，其它切削方法得到最小的切 屑厚度都大于0.02mm,而磨削加工切屑的厚度则可小到微米以下，故 加工所产生的切屑很细小。
2) 磨削的切削速度比其它切削加工的切削速度高得多。其它切 削加工的切削速度V《400m/min，而砂轮磨削的切削速度 V》2000m/min。
3) 砂轮有自锐作用，磨料粉尘较多，且脱落的磨料粉尘掺入磨 具与工件之间，产生一定的研磨作用，使磨屑更小。
4) 磨削产生的热量大，造成工件表面温度很高，磨削区温度可达40(TC以上，工件与砂轮接触点的温度可达1000'C以上，瞬时高温 将会引起工件表层产生烧伤、裂纹等现象，直接影响工件的力学物理 性能。
从上述特点可知，磨削加工由于切削速度高，切屑和磨料粉尘细 小，易使周围空气尘化，为防止空气尘化要用切削液；同时为了防止 工件烧伤、裂纹，要冷却降温，冷却降温也要用切削液。但是切削液 在使用、处理和排放的过程中，不仅对环境造成严重污染，对操作工 人的身体健康造成伤害，而且相关的费用很高。相关研究表明切削 液中含有的活性添加剂，对人体皮肤具有脱脂作用，操作人员长期接 触会使皮肤变得粗燥、干燥；切削液中的有机胺、无机碱具有强烈的 刺激作用，切削液中滋生的微生物能导致一些疾病的发生(如切削液 中存在的分枝杆菌，能够与切削液中的胺、乙二醇等组分共同作用， 增加患超感性肺炎的危险)；绝大多数杀菌剂与皮肤相容性差，容易 引起皮肤病和呼吸道疾病。在此背景下，传统切削液大量使用引起的 安全、卫生、微生物学以及废液处理问题日益突出。根据环境保护和 可持续发展的要求，机械制造业自然要寻求一种绿色清洁的新的加工 方式，逐步取消切削液的使用。
干式磨削技术是磨削技术的最终趋势，近年来，在美国制造业已 得到了广泛的应用。在欧洲也已有一半的企业采用了干切削加工技 术，尤其在德国，应用更为广泛。就目前来看，干式加工范围还较为 有限，但其研究和应用己成为加工领域的一个新热点。其主要研究方 向为强冷风干式磨削和快速点磨削。(-)强冷风干式磨削
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是通过热交换器，把压缩空气用液氮冷却到-ll(TC，然后经喷嘴喷射 到磨削点上，将磨削加工所产生的热量带走。同时，由于压縮空气温 度很低，产生热量少，所以在磨削点上很少有火花出现，因而工件热 变形极小。
实施强冷风磨削最理想的是与CBN砂轮结合使用，可充分发挥CBN 的优越性。这是因为CBN磨粒的导热率是传统砂轮磨粒Al203、 SiC及钢 铁材料的15倍。如果用传统砂轮磨削，加工点上产生的热量不易从工 件上散出，工件的温度会上升到100(TC左右；如果用CBN砂轮磨削， 加工点上产生的热量可以经导热率大的CBN磨粒传递出去，工件温度 大约只有30(TC左右。因此，使用CBN砂轮进行干式磨削时，再对磨削 点实行强冷风吹冷，可得到良好的效果。
强冷风磨削也为被加工材料的再生利用开辟了道路，设置在磨削 点下方的真空泵吸走磨削产生的磨屑，这些磨屑粉末纯度很高，几乎 没有混入磨料和粘结剂颗粒。这是因为Al203砂轮的磨削比是600，而 CBN砂轮的磨削比约为30000。 CBN砂轮几乎不磨损，磨屑中没有砂轮 的粉末，因此，磨屑粉末融化后再生材料的成分几乎没有发生变化。
但是空气冷却装置耗能多、风嘴噪声大，这是此项技术的缺点。 日本丰田工机公司曾试验用冷风取代磨削液，但发现当磨除率较高 时，工件的硬度会降低，故目前只适用于精、微磨削。 (二)快速点磨削快速点磨削工艺是由德国Junker公司于1994年开发的一种集 CNC、 CBN超硬磨料、超高速磨削三大先进技术于一体的高效率、高柔 性先进加工工艺，主要用于轴类零件的加工。它采用薄层CBN或人造 金刚石超硬磨料砂轮，是新一代数控车削和超高速磨削的极佳结合， 是目前超高速磨削最先进的技术形式之一[4]。目前在我国汽车工业中 已得到应用。该工艺有极高的金属切除率和很高的加工柔性，在一次 装夹中可以完成工件上所有外形的磨削，同时产生的热量少，散热条 件好。
主要具有如下突出的特点①当单颗磨粒未变形，磨屑尺寸大小 不变时，可以使用更高的磨削工艺参数，材料磨除率大大提高；②切 深相同时，磨削力和比磨削能小，工件受力变形小；③超高速条件使 单颗磨粒受力小，磨损少，能极大地延长砂轮寿命；④磨削表面粗糙 度值会随砂轮速度的提高而降低，加之工件表面温度低，受力受热变 质层很薄，表面加工质量高；⑤可以高效率地对硬脆材料实现延性域 磨削，对高塑性和难磨材料也有良好的磨削表现。使用CBN磨料磨具 的超高速磨削技术是先进制造的前沿技术〔5-7]，快速点磨削则是超高 速磨削技术的进一步发展。除了具有上述特点外，快速点磨削技术还 具备点磨削、薄砂轮、数控成形、磨削温度及磨削力更低等特点，因 此在某些领域会有更好的应用，但是不具备广泛应用性。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种温度反馈型的干冻 磨削装置，用于在提高生产效率的前提下，降低制造成本、节省资源、节省材料以及减少污染物，且具可推广性。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是 一种温度反馈 型的干冻磨削装置，包括磨削系统，冷却系统，其特点是该装置还 包括温度监测控制系统，温度监测控制系统主要由温度测量系统、控 制器组成，冷却系统由空气压縮冷冻机、减压阀、储气罐、过滤器、 干燥器、热交换器、流量计和喷嘴组成；其中，温度测量系统设置在 磨削系统中的砂轮与工件的磨削工作区，喷嘴设置在磨削工作区的上 方，并且依次通过热交换器，流量计，干燥器，过滤器，储气罐，减 压阀与空气压縮机连接，温度测量系统检测磨削工作区的温度，并将 所测得的温度信息经处理后反馈给控制器，控制器输出控制信号给热 交换器，通过热交换器调节冷冻空气的温度，或者输出控制信号给流 量计，通过流量计调节低温气体的流量。
磨削系统中砂轮与工件的磨削工作区的磨削点下方设置吸护装 置，用于吸走磨削产生的磨屑、冷冻空气、水分，清洁环境。
通过空气压縮冷冻机和减压阀将空气压縮为高压低温空气储存 在储气罐中，然后再通过过滤器、干燥器、热交换器等将其降温到所 需温度的高压低温空气，再经由喷嘴喷射到磨削区。
本实用新型的有益效果-
1.通过温度测量系统检测磨削工作区的温度，并将这些温度信息经处 理后反馈给控制器，由控制器调节热交换器调节冷冻空气的温度，或 者由流量计调节冷冻空气的流量。2. 通过空气压縮冷冻机和减压阀将空气压縮为高压低温空气储存在 储气罐中，然后再通过过滤器、干燥器、热交换器等将其降温到所需 温度的高压低温空气，再经由喷嘴喷射到磨削区。
3. 防护装置布置在磨削点下方，有利于有效地吸走磨削产生的磨屑、 冷冻空气、水分等，清洁环境。
因此，本实用新型不仅将改善工厂的工作环境、节省资源、减少 污染物，而且将提高加工质量、生产效率，并且将降低生产成本。
图1是本实用新型的原理示意图； 图2是磨削区域的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型的温度反馈型的干冻磨削装置，包括磨 削系统，冷却系统，温度监测控制系统。
温度监测控制系统主要由温度测量系统l、控制器2组成，冷却 系统由空气压縮冷冻机ll、减压阀IO、储气罐9、过滤器8、干燥器 7、热交换器6、流量计12，喷嘴5组成；其中，温度测量系统l设 置在磨削系统中的砂轮3与工件4的磨削工作区，喷嘴5设置在磨削 工作区的上方，并且依次通过热交换器6，流量计12，干燥器7，过 滤器8，储气罐9，减压阀10与空气压縮机11连接，温度测量系统 1检测磨削工作区的温度，并将所测得的温度信息经处理后反馈给控制器2，控制器2输出控制信号给热交换器6，通过热交换器6调节 冷冻空气的温度，或者输出控制信号给流量计12，通过流量计12调 节低温气体的流量和压力，来达到控制磨削区域温度的目的。 本实用新型的实施例-
1. 干冻磨削装置磨削工作部分的结构布局示意图如附图2 所示，其中防护装置13布置在磨削点下方，有利于有效地吸走磨削 产生的磨屑、冷冻空气、水分等，清洁环境。该部分的设计主要是专 用砂轮的开发，它是干式磨削加工得以顺利进行的关键因素。砂轮3 在磨削加工过程中，要承受一定的压力和强烈的摩擦力，使砂轮3和 工件4表面产生极高的温度和很大的应力，在这样的条件下，砂轮3 应具备更高的耐热性和热韧性，良好的耐热冲击性、抗粘结性。因此， 该专用砂轮采用大颗粒金刚石砂轮，并且进行三维曲面排屑槽方面的 设计制造，针对不同的工件材料和磨削用量设计相应的排屑槽结构与 尺寸。这样不仅能满足干磨削对排屑的要求，还能大大提高对切屑流 动方向的控制能力。
2. 如何控制机床温度对机床的精度及稳定性是非常重要的， 该温度监测控制系统能有效地使得磨削区工作温度保持在一定范围 之内。如图1所示，温度监测控制系统主要由温度测量系统l、控制 器2组成。其原理是首先通过温度测量系统1检测磨削工作区的温度， 并将这些温度信息经处理后反馈给控制器，2由控制器2调节热交换 器6调节冷冻空气的温度，或者由流量计12调节低温气体的流量和。
3. 干式磨削在磨削区域会产生大量的磨削热，该冷却系统可有效地减少传到砂轮3、工件4和机床上的热量。如图1所示，该冷 却系统由空气压縮冷冻机ll、减压阀IO、储气罐9、过滤器8、干燥 器7、热交换器6、流量计12和喷嘴5等组成。其工作原理是首先通 过空气压縮冷冻机11和减压阀10将空气压缩为高压低温空气储存在 储气罐9中，然后再通过过滤器8、干燥器7、热交换器6等将其降 温到所需温度的高压低温空气，再经由喷嘴5喷射到磨削区。
权利要求1.一种温度反馈型的干冻磨削装置，包括磨削系统，冷却系统，其特征在于，该装置还包括温度监测控制系统，所述温度监测控制系统主要由温度测量系统(1)、控制器(2)组成；所述冷却系统由空气压缩冷冻机(11)、减压阀(10)、储气罐(9)、过滤器(8)、干燥器(7)、热交换器(6)、流量计(12)，喷嘴(5)组成；其中，温度测量系统(1)设置在磨削系统中的砂轮(3)与工件(4)的磨削工作区，喷嘴(5)设置在磨削工作区的上方，并且依次通过热交换器(6)，流量计(12)，干燥器(7)，过滤器(8)，储气罐(9)，减压阀(10)与空气压缩机(11)连接；所述温度测量系统(1)检测磨削工作区的温度，并将所测温度信息经处理后反馈给控制器(2)，控制器(2)输出控制信号给热交换器(6)，通过调节热交换器(6)调节低温气体的温度，或者输出控制信号给流量计(12)，通过流量计(12)调节低温气体的流量。
2. 根据权利要求1所述的温度反馈型的干冻磨削装置，其特征在于， 所述磨削系统中砂轮(3)与工件(4)的磨削工作区的磨削点下方设置 吸护装置(13)，用于吸走磨削产生的磨屑、冷冻空气、水分等，清洁 环境。
专利摘要本实用新型涉及一种温度反馈型的干冻磨削装置，包括冷却系统，主要由温度测量系统、控制器组成的温度监测控制系统，冷却系统由空气压缩冷冻机、减压阀、储气罐、过滤器、干燥器、热交换器、流量计、喷嘴、吸护装置组成；温度测量系统设置在砂轮与工件的磨削工作区，喷嘴设置在磨削工作区的上方，并且依次通过热交换器，干燥器，过滤器，储气罐，减压阀与空气压缩冷冻机连接，温度测量系统检测磨削工作区的温度，并将该温度信息经处理后反馈给控制器，控制器输出控制信号给热交换器调节冷冻空气的温度或者给流量计调节冷冻空气的流量。该装置不仅能改善工厂的工作环境、节省资源、减少污染物，而且能提高加工质量、生产效率，降低生产成本。
文档编号B24B1/00GK201140345SQ20072007716
公开日2008年10月29日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者严隽藩, 徐汉新, 朱黛茹, 锐 陈 申请人:上海机床厂有限公司