专利名称：切削机床和磨床中冷却液的供给及其分离和回收的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在一切削机床和一磨床中供给冷却液、及其分离和回收的装置，特别涉及一种用于向在切削刀具等类似物与工件之间的接触区供入一冷却液流的方法和装置，还涉及在供给之后自动分离和回收冷却液的方法及装置。
在机械加工中，对于缩短工时、减少因加工导致的应变起主要作用的因素是要增强一切削刀具或研磨刀具与一工件之间的接触润滑并加速摩擦热的散失或加速冷却。也即，从略微损坏表面层得以改善切削条件的观点来看，如果允许冷却液从各个方向流入主剪切区并被产生的宏观裂缝或孔隙吸入就会降低表面能量并可阻止相互粘附。这种剪切区内的脆化作用有助于增加剪切角，降低切削片厚度和降低切削力。另一方面因为刀具在一工件的表面上瞬时产生一个塑性变形和剪切变形域，对刀具要接触的瞬时塑性变形和剪切变形进行有效地冷却和润滑就极为重要。
然而，在常规金属加工机床中，通过一个喷咀直接注入这种瞬时域(刀具接触区域)的冷却液由于刀具或工件的旋转而被甩弃，并只能肤浅地沿刀具和工件的表面滑过，因此很难说冷却液能够有效地冷却和润滑。
为了确保金属加工机床内的冷却液能够形成其作为一种具有理想的抗离心力流动性的薄膜成形流从旋转表面到达刀具/工件接触区的方式，并令人满意地进入剪切区，发明人用实验方法创造了各种用于试验研究的不同条件的冷却液。
结果是，发明人发现在一种冷却液中连续地混入空气可以降低液体的质量，所以由于液体冲击到邻接刀具接触区的旋转体时降低了的离心力，气泡爆裂而向四周喷溅的液滴，以及流向刀具接触区同时也进入狭窄的前切区的液体使得液体冷却剂很难被甩弃，因此改善了的润滑。发明人还发现余留的气泡附着在异物上(如切屑)以增强液体的流动性和浮力，因此有助于冷却液的分离和回收。
相应地，本发明的第一方面提供了一种向一切削机床或一磨床供给一种冷却液的方法，其特征是通过在切削或磨削操作中的一加工区进给一种其中不断形成气泡的冷却液，气泡撞击到加工区上爆裂时加速气泡在各方向的喷溅，同时加快被加速的喷溅液体粒子进入一切割刀具/工件的压力接触平面，由此改善了所述加工区的冷却和润滑，所以在未到达加工区的冷却液或尽管到达未加工区但留下输送给回收管道的冷却液中的气泡可附着在上述液体中悬浮的异物上由此可以加快这些异物浮出表面。
然后，为使冷却液被流畅地注入加工区，发明人试着不直接地从一喷咀喷向加工区而是使之以流体形式进入加工区。为此目的设计出一喷咀以将冷却液喷向包围着加工区的非旋转周边区域。发明人发现在喷咀内部有一种冷却液的散粒性湍流，且通过冷却液的螺旋转动，使到达周围区域的冷却剂就象旋转状蠕动一样移动至包括转动工具在内的中心区域。
所以本发明的另一方面提供一种向一切削机床一磨床供给冷却液的方法，即在连接一垂直主轴的铣刀或研磨工具上方安设一用来发射冷却液的环状喷咀，使其对一实质上同轴位置正面向下，延伸至出口的所述喷咀的内壁由弯曲表面和扭曲通道形成以产生湍流，输送出的冷却液通常成为散粒性湍流汇合而成的涡流通过所述出口向下排出，因此形成了包围所述铣刀和研磨工具且其低端抵达工件表面的冷却液的涡流的圆柱罩，使至少一部分所述涡流从所述圆柱罩的低端沿工件表面旋转着向中心区流动直到馈送至和铣刀或研磨工具接触的加工区，这至少一部分所述的涡流连同沿工件表面分散的加工切屑和摩擦热一起被排出所述圆柱罩外。
在上述设置中，圆柱罩本身就有助于形成所述表面盘旋流，也可通过封闭因切削使工件表面的油或油膜焦化产生的烟而防止环境污染。当然，很明显的是如果在被送入所述圆柱罩内的冷却液中能生成气泡，则将冷却液送至加工区的盘旋流的效果和由气泡所引起的上述影响会同时增强。
为利用所述冷却液供给方法而发明出的喷咀结构形成一个用以向下排放冷却液的环状喷咀，此喷咀适宜于安装在上方并与连接一垂直主轴的铣刀或研磨工具同轴。所述喷咀包括(a)限定一环形进液室的进液环，
(b)轴向邻接所述环状进液室的环状管道，包括至少两个在轴对称位置与所述进液室连通的引入路径，分别与所述引入路径连通并在同一方向上扭曲的向外或向内扭曲管道，和与所述扭曲管道终端连通的环状湍流形成部分，(c)与所述环状管道内的湍流形成部分的各环形面积相连通的喷咀环，该喷咀环限定出向下并向内或向外开口的环状喷咀空间，(d)由管道环内的湍流形成部分延展到所述喷咀空间的管道壁具有至少一个弯曲表面和径向弯曲背面以形成湍流，由此被输送的冷却液从所述的喷咀空间排出，通常成为散粒性湍流汇合而成的涡流，形成由所述湍流构成并包围所述铣刀和磨削刀具的基本呈圆柱状的罩。
另外，发明人已注意到一个事实，即冷却液的有效循环供给即建立一个足以在通常的循环过程中将异物如，切屑和磨屑及流动油从被送入加工区后又被回收的冷却液中分离出来的系统是减少机器停工时间进行清洁管道、更换液体或再提供添加剂(防锈剂、润滑剂等)等等，确保有效顺畅地供给冷却液的一个重大因素，从而引导发明人研制出连同在冷却液中混入气泡的方法使用的分离和回收装置。
所以，本发明的另一目的是提供一种对切削机床或磨床中的冷却液的分离和回收装置，以收集送入加工区的冷却液再从其中将杂质分离出去并排放冷却液，所述分离和回收装置包括(a)在冷却液被使用后接收冷却液的进流箱；(b)一排套筒束连通箱包括至少一组两个设置在所述进流箱下游或与其组合的互连箱，其中具有一基本上似蜂窝状的横截面并穿过两互连箱之间的间壁延展的套筒束被设置为从上游箱延伸至下游箱并略朝向上方；(c)一排开口连通箱包括至少一组两个设置在所述进流箱下游或与其组合的互连箱，其中所述两互连箱之间的间壁上的连通口具有一下端边和一上端边，下端边较箱底的水平略高，而上端边则比调至最终溢流水平的正常液面水平略低；(d)在多组系列互连箱中通过所述套筒束或所述开口连接后达到一最后终端的出流箱，包括所述套筒互连通箱排与所述开口互连箱排的结合，所述出流箱具有一用以在最终溢流水平上排放已分离和回收的冷却液的出流口；(e)一异物分离轴辊包括一具有水平轴线的可旋转轴辊设置在从多个所述入流箱至出流箱中至少一个中，所述轴辊的一部分浸入至少一箱中的冷却液中另外还结合一镀层刮削刀，该刀的前刀刃与轴辊表面露在液面外的那部分相对，在轴辊表面露出部分与所述刀片之间限定出一非常窄的间隙；(f)所述套筒束的向上的倾斜是使得上游箱中从所述套筒束的低水平入口流入的冷却液中包含的粘附了异物如切屑的大量气泡，在浮力作用下顶在很多套筒的顶表面上而形成气泡团，且这些气泡团存留在套筒中时，又与后来的气泡相聚合而越变越大，然而所述大量气泡被流入套筒的液体推动在套筒的顶面上向高水平出口方向移动，这些气泡团从高水平出口排出汇入下游箱中而成为冷却剂的形式并最终浮在表面。
在上述设置中，通常无需大型装置如离心分离机就可实现固体微粒的分离，同时又因为未使用象纸过滤器这样的过滤装置，不会出现由于油容物造成过滤器堵塞而使冷却剂中的添加剂被除掉。异物刮削刀片与轴辊相对并在二者之间保留一窄间隙的原因是可使油容物沉积在外周的轴辊表面上形成具有一个与所述窄间隙对应的厚度的油容物沉积层(基层)，并进一步使粘附有切屑或类似物的气泡的油膜很容易地被混在所述基层上，从而形成可以说是同一物质的群落。所以，在轴辊穿过冷却液的顶层时在周边轴辊表面上每一部分上的被注入而形成的异物一出现在液体表面上并到达刀片时就会被刮掉。
发明人还发现当被细分的含有气泡的冷却液的湍流呈基本为矩形截面的方式涌出以从连接在一轴向至少延展至所述加工区的区域上的车床的加工部位的旋转周边表面上方进行冲击时，湍流的膜就象沿旋转周边表面和切削刀具徐徐前进一样朝刀具/工件接触区域移动。
也即，本发明的另一方面提供一种向车床供给冷却剂的方法，包括如下步骤在车床的工作卡盘上方设置一喷咀，所述喷咀包括一基本为矩形截面的排出口，和一个内壁上的收缩曲面部分延展至其排出口以便产生湍流，还包括非紧固安装的刚性或弹性材料制成的舌件，该舌件横在所述排出口的截面中并向外突出，由此所述的喷咀被设计成使通过所述收缩曲面部分的上游入口收到的冷却液从所述排出口成散粒湍流的汇流而排出，而当冷却液流经所述舌件时有气泡被包含而进入冷却液中，所述基本为矩形截面的排出口的所述横截面被设置为基本上与含有车床主轴并倾斜向下偏离工件投入方向的面正交，从所述喷咀排出冷却液冲击所述卡盘的周边表面并至少轴向延展到加工区的区域，从而形成包围卡盘和工件的周边表面的含有气泡的冷却的湍流膜，至少部分所述含有气泡的湍流沿卡盘表面和工件表面移动从而被送入与切削刀具接触的加工区内，然后带着切屑和摩擦热朝向冷却液回收管道流出。
为上述向车床供给冷却液的方法所发明的冷却液供给喷咀包括，至少一个具有基本呈矩形截面的排出口和刚性或弹性材料制成的横在排出口的截面中并突向外侧的舌件的喷咀，所述舌件非紧固地安装在所述排出口中；和具有与所述至少一个喷咀连通的供给室的主体和在所述供给室内的冷却液接收入口，供给室的内壁从所述接收口延展至所述排出口，且喷咀的内壁形成收缩曲面部分，从所述接收口收到的冷却液被从所述排出口成为散粒湍流的汇流而排出。在冷却液流经所述舌件时有气泡被包含而进入冷却液中，冷却液的排出流冲击到与接触切削刀具的加工区续接的旋转周边表面上，同时也冲击到切削刀具上以形成含有气泡的湍流膜至少部分所述包含气泡的湍流沿旋转周边表面和切削刀具移动，直到它被送入所述加工区。
图1为显示本发明的冷却液供给系统的基本结构原理的示意图；图2为显示本发明的基本结构中使用的冷却液供给喷咀的横截面结构的局部剖视图；图3为图中沿A-A,B-B,C-C和D-D方向的局部剖视的组合示意图；图4为显示从图1至图3中的冷却液供给喷咀中流出的冷却液的圆柱罩和表面盘旋流的侧视图；图5为图4中的圆柱罩和表面盘旋流的平面图；图6为显示冷却液的分离和回收箱的典型实施例的平面图7为图6中沿E-E线的垂直剖面图；图8为在图6和7中所示的分离和回收箱中具有基本呈蜂窝状的横截面的套筒束的透视图；图9为显示包括图6和图7中所示的分离和回收箱中的可旋转轧辊和刀片的异物分离轧机结构的局部剖视图；图10为体现本发明的基本结构原理的第一安装实施例的示意图；图11为体现本发明的基本结构原理的第二安装实施例的示意图；图12为体现本发明的基本结构原理的第三安装实施例的示意图；图13为显示本发明的冷却液供应机构的另一结构原理的外形的侧视图；图14为在图13所示装置中使用的冷却液供给喷咀的平面视图；图15中，(a)为图14中沿F-F线固定喷咀的垂直剖面图，(b)为图15(a)中沿G-G线的局部剖视平面图；图16为显示图14中的冷却液供给喷咀的整体结构的剖视平面图；图17为体现图13中的另一结构原理的第四安装实施例的剖视平面图；图18为体现图13中的另一结构原理的第五安装实施例的剖视平面图；图19为体现图13中的另一结构原理的第六安装实施例的剖视平面图。
图1中显示了本发明的基本系统结构，标号1为可储存冷却液的大容量主箱；2为冷却泵(P1)，本例中，被用作吸入空气，在冷却液中产生气泡并将冷却液送入一环状喷咀3。环状喷咀3(下文将详细介绍)被用来将从泵P1送入的冷却液以基本上由散粒性湍流汇合而成的涡流构成的圆柱罩4的形式向下喷出，冲击到工件5的表面上。工件5在一个可移动平台6上被一铣刀7切割，本例中，铣刀7是强力切削工具，且支撑铣刀的主轴8穿过环状喷咀3。下端冲击到工件表面上的冷却液的大部分圆柱罩4以表面盘旋流的方式朝中心移动，以被充分地送至在铣刀7的切割边的工件5之间的接触处。冷却液被这样送至工件后，以正弦曲线形式堆叠起来排放到圆柱罩外的冷却液，连同最初即被引向外方的冷却液的那部分一起经过工件5和可移动平台6向下流动，在本例中流入类似水槽的外周槽9，并被第二冷却泵(P2)通过吸收口10引上来，最终到达一分离和回收箱11。在下文将要细述的分离和回收箱11中，使从其中将异物如油和切屑等清除掉后，冷却液即通过灌注口12被送回大容量箱1。
在基本结构的上述例子中，作为圆柱罩4被供应的冷却液最好含有大量由于冷却泵2的空气吸入运作而形成的气泡。所以，被送至铣刀7和工件5之间的接触处的含有大量气泡的冷却液因其质量较小而从工具旋转中承受的离心力就较小，这使得冷却液更易于被渗入工具/工件接触区。在本例中，在气泡爆裂时产生的飞溅的液体通过加速运动较容易进入细微的裂缝中。另外，这种结构设置可通过爆破更利于热量的散失，而如前所述的润滑和热量散失可增强刀具的切割性能，从而可使用硬质合金刀具进行有效地高速切削。当然，切削热即被从加工区排出的冷却液流持续地带走。供给这样的含有气泡冷却液的效果不仅可通过本发明中的通过圆柱罩4形成一般盘旋流的系统实现还可通过以前已实践过的向切削点直接射出一喷咀喷射流13实现。还有，如前所述通过泵2的吸气运作可有效地实现在冷却液中形成气泡，但除了这一点外，也可通过使回收管倾注口14与箱11的液面水平之间的高水位差及分离和回收箱11出口处的灌注口12与大容易箱1的液面水平之间的水位差达到足够大，以产生一倾注冲击来实现在冷却液中形成气泡。
图2详细地展示了用于冷却液的环状喷咀3的剖面结构。在本例中，环状喷咀3的内部周边表面的主体部分由主轴盖15的外周边表面支撑。环状喷咀3包括一上端处的进液环16一中间管路环17和一喷咀环19。进液环16形成一环状进液室20以从上进液口21接收冷却液。管路环17连接进液环16从而其上端面限定进液室20的面。至少一条，或如本例中的六条，冷却液引入通道22被限定为从上端延长至下端，由此限定出在引入通道22的下端以统一的旋转方向扭曲的向外扭曲管路23。在包括引入通道22和管路环17中的扭曲管路23径向范围外的区域中，有一条相对较大的管路作为湍流形成部分24。弯头环18主要部分的上表面限定了扭曲管路23和湍流形成部分24的底面，而它的外端，位于在它与湍流形成部分24的外周壁之间形成一环状排放通道25之外，限定出一向上突出部分26和一向内折回部分27。所以，从扭曲管路23中流出的在一预定旋转方向扭曲的向内冷却液流冲击到弯头环路的向上突出部分26的内表面上并向内折回，绕围向内折回部分27以向外弯折最终作为极细微的盘旋流的汇流或小端的汇流通过一环状排放通道流出。喷咀环19具有限定出连接管路环17外壁的外壁28与弯头环18的下端面之间的向内和向下倾斜喷咀空间29的倾斜板面30。因为倾斜板面30的前端急剧地向下倾斜，而且排向排出通道上的冷却液是旋转的，使所述冷却液的大部分因自身重力作用而形成圆柱形向下盘旋的流动而排出。
图3为顺序显示在所述环状喷咀中的冷却液流的几个水平截面的组合图，其中首先在A中通过进水口21流入的冷却液进入一垂直引入通道22而向下流动，冷却液离开所述引入通道22的下端；如B截面中所示，穿过扭曲管路23，在本例中作为逆时针流进入湍流形成部分24；并如截面C中所示，从所述湍流形成部分24向内，向外弯折以到达连接喷咀空间29的外层排放通道31；并从排放通道31，如截面D中箭头所示，穿过喷咀空间29直到它作为一涡流先向内再向下地排放出来，这一点在下端描述中会易于理解。
图4和图5为从环状喷咀排出的圆柱罩4和表面盘旋流的状态细节图，如图4所示，作为圆柱罩4排出的冷却液在其自重，离心力和旋转速度的作用下通常以渐缩的钟形涡流形式落下，并在它含有大量气泡情况下，设想成为云雾状态而冲击到工件5的表面。大部分冲击到工件5表面的冷却液以涡流旋转方向盘旋着向中心行进，覆盖了刀具7的下部，在图4中标号32处呈现为一墩。每当该墩的高度增至一定高度时，冷却液即以正弦曲线的形式流出罩4；这样，冷却液在重建成墩的同时有助于铣刀7和工件5之间的接触区的润滑和冷却。似乎冷却液冲击到工件表面形成一股盘旋流而不是四处飞散的一个原因是圆柱罩形成了如箭头33所示的一涡流或扭曲旋转，另一个原因是冷却液在环状喷咀中形成了一湍流而导致一股冷却液的微粒子(一股湍流)流，该微粒子流行进就象是以形成于工件表面上细微粒子团的同样的形式在冷却液膜上滑行。在切削刀具和工件之间接触区的这种持久地充满着冷却液的状态是至今在常规直射式喷咀中未曾发现的它能极大地改善被切削区域的润滑和冷却。且如果冷却液含有气泡则因气泡的加入而使润滑和冷却效果会增加，从而进一步改善切削性能。在使用分离和回收箱使冷却液保持清洁的情况下，利用镀硬质合金刀具进行湿切削的速度可达300-700米/分，是常规切削速度150-200米/分的二倍多。另外，已确定因为摩擦热已被充分散失冷却，切屑不是淬火为兰色而是银白色。另外，即使冷却液因冲击到工件5上或由于刀具旋转而受到震动，只要喷射压强很小或中等，则雾气(如果有的活)也会被流动的冷却液吸收，因此很少会影响工作环境。另外，因为几乎全部生成的热量都被以水的蒸发热的形式带走，在冷却液的组分中几乎没有减少；由此冷却液的再供应只需供应水或极稀百分比浓度的冷却液即可。
如图6和7所示，冷却液的分离和回收箱11被分成段并具有多个(本例中为4个)配置在位于紧接着供给口14下方的流入箱34与具有一排放口35的排放箱36之间的套筒束连通箱37、38、39和40。在进给箱34与第一连通箱37之间，是由连通口41形成的开口连通，连通口41的底边比底面略高，顶边比最终的溢流水平略低。连通箱37和38通过具有基本为蜂窝形横截面的套筒束(图8)彼此连通。连通箱38和下一个连通箱39通过一相同连通口41又一次连通，连道箱39和再下一个连通箱40通过第二个相同的套筒束42彼此连通。另外，最后的连通箱40和排出箱36通过如上所述的连通口41彼此连通。最好，在最后在通箱40中，有一异物捕捉带输送器43，其垂直前壁处在与套筒束42的出口相对位置，其上端处在箱中冷却液面水平的上方，同时亦在箱的顶边45的水平的上方。另外，设置在套筒束连通箱37、38和39的上层区域的是异物分离轴辊46，其下端略潜入正常水平的冷却液液面44的下面，被箱顶边45水平之上的异物分离轴辊粘附在其周边表面上的物质和被带输送器43粘附在其上端区域上的物质被图中以双点划线表示的刀片47和48刮去。
在每个刀片47和每个轴辊46的上端之间有一小间隙，有一油膜粘附在轴辊46的表面上直至它布满所述间隙，大量粘附着的细屑和气泡的表面上的油膜很容易以絮凝体或群落的形式沉积且在刀片处被刮去。这种现象亦可适用于描述带输送器43和刀片48的关系。用于箱34和37之间，箱38和39及箱40和箱36之间连通的出口用来阻挡沉积的重的异物和正常漂在表面的轻的异物以防止它们流入下一箱。例如，如果一异物库49被设置在进给箱34的底部，则在一适当时间升高所述异物库49即可请除沉积物。
通过串接的箱37、38、39和40从下游向上游侧略向上倾斜，如图8所示，从而冷却液通过其中前行至另一箱时，粘附着气泡的油膜上并趋于漂浮的异物冲击到套筒的上表面并停留在那，但相同的异物随后又冲击到相同的位置且直径增大直到它们被液流拖进下游箱，在箱中，异物浮在液面上。
浮在每箱表面的异物，如前所述，粘附在轴辊46表面的油膜上并被截至液面，在液面上被刀片47刮掉。从最后的套筒束42中排出的冷却剂中的异物粘附在与所述套筒束出口端相对的带输送器的垂直表面上。并被升至液面上然后被刀片48刮掉。另外，紧邻着每个套筒束下方设置的是一个位于箱底面的加热器50，作为一个热源以可靠地清除套筒束42内粘附的异物。这里应用了油的粘性随温度增加而减小。当然，分离和回收箱11可以作为一个整体被加热。所述分离和回收箱11可以作为一个整体被加热。所述分离和再生箱的设置仅仅是个例子，很清楚，套筒束连通箱的数量可以由图中的4个增至6个或更多，且如果气泡已经存在，仅两个箱就够了。
通过使用上述分离和回收箱，被循环使用的冷却液可以始终保持清洁，由此大量箱的清洁也得以实现，从而延长了冷却液的更新周期。另外，很清楚因未使用油吸收剂，可以采用纸质过滤器或类似物，收捕异物的成本可以降低。
图10至12为体现本发明的基本结构原理的三个安装实例。第一实施例具有一个与图1中的基本设置不同的液体箱，其中最好含有气泡的冷却液从直接安装在一分离和回收箱101上的冷却泵P1分别通过控流阀103和104进入所述环状喷咀3和常规型式的辅助喷咀102。标号105为一工件；106为一机器主体；107为用于铣床上的铣刀；108为主轴；109为一圆柱体；而紧接着机器主体106下方设置的箱110不是漏斗形的；它是密封的大容量箱，既是一个直接和容纳冷却液的主箱，又可在其中安装一个第二冷却泵P2。
在图11中所示的第二实施例中，在设置于机器主体106下的箱110′内形成一分离和回收分部分111，由冷却泵P2从中吸出的已回收的冷却液被送入一大容量预备箱112并被引入加工区，其余结构与图10所示第一实施例中的Ⅰ相同。
在图12中所示的第三实施例中，一分离和回收泵111′被设置在紧接着机体106下方，并连接一大容量箱110′，一独立冷却泵P1被单独用来供给冷却液，其余结构与图10和11所示实施例中的相同。
图13是根据本发明用于供给冷却液的另一种装置的简略侧视图。在图13中所示的车床中，一冷却液喷咀53从其矩形截面的下端喷咀部分喷出含有气泡的湍流冷却液流过工件夹具55的上周边部分再轴向流经一工件56和至少流至一切削刀具57。冲击到夹具55、工件56和切削刀具57的周边部位上的冷却液形成一流动膜粘附在旋转着的周边表面上，同时连同其湍流和所含气泡一起可防止冷却液四外喷溅，而使冷却液被流畅地送至切削刀具57和工件56之间的接触区。在此系统中也同样具有图1至5所示的喷咀的润滑和冷却效果。另外，若按此系统持续进行切削，从喷咀53喷射出的冷却液流到切削刀具57上方的刀架上，从而冷却液会更令人满意地被送到所述接触区。
图14至16所示为喷咀53一实施例的结构，图13所示的喷咀53的结构显示了第一喷咀部位53a和图14中右侧的喷咀主体53b之间的关系。此第一喷咀部位53a和第二喷咀部位54c均在其下端角具有一其出口段H(图15)基本为矩形的喷咀开口58，冷却液即通过此喷咀开口向下喷出，如图13至15(a)所示。标号59所示为插入喷咀开口58由刚性或弹性材料制成的振动件或舌件，被用来振动或在冷却液的喷射过程中产生出含在喷射冷却液中的气泡。如图15所示，振动件59只在其上端区60与喷咀开口58的壁面固定，使冷却液绕其流动。如前所述，从外侧看喷咀开口58的横截面是矩形，内部是冷却液的进液室，所述进液室与主体53b上的冷却液接受口61相连通，并与第一喷咀部位53a接合在一起构成整体。用于湍流形成区并通达接收口61的连通口62被限定为其截面比进液室的横截面积为小，从而流入接收口61的冷却液流经此湍流形成区时，促使它从进液室成为细粒湍流的汇流而进入喷咀开口58。如图15(b)中所示，湍流形成区的周边形状受到限制，从而流入接收口61的冷却液首先冲击到主体的背缘63以形成一湍流，然后在受限部位62被载流，由此它作为如前所述的细粒湍流的汇流通过喷咀开口排出。
如图14和16所示，第二喷咀部位53c相对于主体部位53b的角度是可调的，而包括两块喷咀的振动板59的平面之间的角度就可被改变以调整喷射方式，如对着机器固定位置处的喷咀53下方的夹具的周边表面垂直喷射。
图17至19所示为使用第二喷咀结构的安装实例，其中每种情况都是有两喷咀为两个刀架而安装，有通道使冷却液直接进入这些刀架113a和113b中，通道中还设置有控流阀114a、114a′和114b。图中，108′为方轴，201为分离箱和回收箱；210为主箱；212则是预备箱。如图17所示的其余结构与图10中所示体现第一结构原则的第一实施例的结构相同。
图18和19所示的实施例具有与图17中的结构相同的喷咀通道和刀架供给通道，其余的结构按图11和12中体现第一构造原则的第二和第三实施例中的方式构成。
利用本发明的基本构造原则的系统已被证明可极大地减小切削和磨削加工部件的成本，并大大提高加工精度。即已发现在冷却性能和润滑性能上的显著改善可实现对薄铁板的高进给率的快速加工，否则若使用强力切削工具就会出现翅曲。
例如，通常认为很难切削的12mm厚，1212mm宽，2424mm长的SS400板可以在主轴马力为15kw/n,200mm切削直径，1.3mm切削深度，500mm/min切削速度和3000mm/min至5000mm/min的切削供给速度下被成功地切削。至于所用刀具可使用商业中即可获得的非镀覆的刀具。
如采用商业中可得到的镀覆刀具，则可在15kw/n主轴马力，1.7mm切削深度，400mm/min切削速率和3560mm/min的切削进给速率下切削商业中有的12mm厚×1212mm宽×2424mm长的未退火的黑铁板。而且即使采用了强力切削工具也可使翘曲降至0.1mm以内。在粗切削之后，如翘曲被清除，使用一平整的强力切削工具有效地最后完成抛光，就可提高生产率。
即使当刀具的长度有所改变时，为了不使冷却液直接流至切削点，也并不需对冷却液供给喷咀进行调整。这对使用不同长度的刀具的如加工中心的机床来说是十分有利的。
因为冷却液是密切接触地沿工件表面流至切削点的，所以不仅在使用强力切削刀具而且在钻削立铣、开孔和镗孔操作中也能获得同样效果。
按前所述设置的本发明提供一种可良好润滑和冷却的含气泡的冷却液制备方法，用于向切削点充分地提供冷却液的喷咀供给系统，具良好异物分离功能的冷却液循环系统，由此通过供给此冷却液实现高精度的切削铣研。加工速率可增至1.5-3倍，相应的经济效益非常高。另外，因为可大大减少切削用油的成本和清洁箱体的成本，可长久提高工效减少环境污染，节省劳动力等等。还有，某些情况下仅仅水或除锈剂就可被用作冷却液而实现有效切削。
权利要求书1、(删除)2、(删除)3、一种向一切削机床或一磨床供给一种冷却液的方法，其特征在于，即在一与垂直主轴相连的铣刀或磨削刀具上方安设一用来发射冷却液的环状喷咀，使其在一实质上同轴位置上正面向下延伸至出口的所述喷咀的内壁由弯曲表面和扭曲管道形成以产生湍流，输送的冷却流通常作为散粒性湍流的汇合而成一涡流通过所述出口向下排出，因此形成了包围所述铣刀和磨削刀具且其较低端抵达工件表面的冷却液的涡流的圆柱罩，使至少一部分所述涡流从所述圆柱罩的较低端沿工件表面旋转着向中心区流动直到送至和铣刀或磨削刀具接触的加工区，这至少一部分所述的涡流连同沿工件表面扩散的切屑和摩擦热一起被排出所述圆柱罩外。
4、如权利要求3所述方法，其特征在于，在所述圆柱状喷咀的冷却液中产生的气泡是持续形成的。
5、一个用以向下排放冷却液的环状喷咀，此喷咀适宜于同轴安装在与垂直主轴相连的铣刀或磨削刀具的上方，其特征在于，所述喷咀包括(a)限定一环形进液室的进液环，(b)轴向邻接所述环形进液室的管路环，包括至少两个在轴对称位置与所述进液室连通的引入路径，分别与所述引入路径连通并在同一方向上扭曲的向外或向内扭曲的管道，和与所述扭曲管道终端相连通的环状湍流形成部分，(c)与所述环形管道内的湍流形成部分的各环形面积相连通的喷咀环，该喷咀环限定出向下并向内或向外开口的环状喷咀空间，(d)由管道环内的湍流形成部分延展到所述喷咀空间的管道壁具有至少一个弯曲表面和径向弯曲背面以形成湍流，由此被输送的冷却液从所述的喷咀空间排出，通常成为散粒性湍流汇合而成的涡流，形成由所述湍流构成并包围所述铣刀和研磨刀的基本呈圆柱状的罩。
6、一种对切削机床或磨床中的冷却液的分离和回收装置，用以收集送入加工区的冷却液再从其中将杂质分离出去并排放冷却液，其特征在于，所述分离和回收装置包括(a)在冷却液被使用后接收冷却液的进流箱；(b)一排套筒束连通箱包括至少一组两个设置在所述进流箱下游或与其组合的互连箱，其中具有一基本上似蜂窝状的横截面并穿过两互连箱之间的间壁延展的套筒束被设置为从上游箱延伸至下游箱并略朝向上方；(c)一排开口连通箱包括至少一组两个设置在所述进流箱下游或与其组合的互连箱，其中所述两互连接箱之间的间壁上的连通口具有一下端边和一上端边，下端边较箱底的水平略高，而上端边则比调至最终溢流水平的正常液面水平略低；(d)在多组系列互连箱中通过所述套筒束或所述开口连接后达到一最后终端的出流箱，包括所述套筒互连箱排与所述开口互连箱排的结合，所述出流箱具有一用以在最终溢流水平上排放已分离和回收的冷却液的出流口；(e)一异物分离轴辊包括一具有水平轴线的可旋转轴辊设置在从多个所述入流箱至出流箱中至少一个中，所述轴辊的一部分浸入至少一箱中的冷却液中另外还结合一镀层刮削刀，该刀的前刀刃与轴辊表面露在液面外的那部分相对，在轴辊表面露出部分与所述刀片之间限定出一非常窄的间隙；(f)所述套筒束的向上的倾斜是使得上游箱中从所述套筒束的低水平入口流入的冷却液中包含的粘附了异物如切屑的大量气泡，在浮力的作用下顶在很多套筒的顶表面上面而形成气泡团，且这些气泡团存留在套筒中时，又与后来的气泡相聚合而越变越大，然而所述大量气泡被流入套筒的液体推动在套筒内的顶面上向高水平出口方向移动，这些气泡团从高水平出口排出汇入下游箱中的冷却剂中并最终浮在表面。
7、如权利要求7所述的装置，其特征在于，在每个所述套筒互连箱的底面上安设有一用于加热位于其上方的套筒的加热器。
8、如权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述套筒连通箱的至少一组的下游箱内，安设一异物捕捉带，该异物捕捉带具有与所述套筒束的高水平出口相对的垂直上升表面和从突出于液面的垂直上升表面的上端折回的垂直下降表面，及一与从所述带的上端延展至液面的所述垂直下降表面相对用于刮去粘附于带上的异物的刀片。
9、一种向车床供给冷却剂的方法，其特征在于，它包括如下步骤在车床的工作卡盘上方设置一喷咀，所述喷咀包括一基本为矩形截面的排出口，和一个内壁上的收缩曲面部分，该部分延展至其排出口以便产生湍流，还包括非紧固安装的刚性或弹性材料制成的舌件，该舌件横在所述排出口的截面中并向外突出，由此所述的喷咀被设计成使通过所述收缩曲面部分上游的入口收到的冷却液从所述排出口成为散粒湍流的汇流而排出，而当冷却液流经所述舌件时有气泡被包含而进入冷却液中，所述基本为矩形截面的排出口的所述横截面被设置为基本上与含有车床主轴并倾斜向下偏离工件投入方向的面正交，从所述喷咀排出冷却液冲击所述卡盘的周边表面并至少轴向延展到加工区的区域，从而形成包围卡盘和工件的周边表面的含有气泡的冷却的湍流膜，至少部分所述含有气泡的湍流沿卡盘表面和工件表面移动从而被送入与切削刀具接触的加工区内，然后带着切屑和摩擦热朝向冷却液回收管道流出。
10、如权利要求9中所述方法，其特征在于，具有所述横截面基本为矩形排出口的两个喷咀是相邻设置的，且生成含气泡的所述冷却剂的湍流作为两相邻平行排出流冲击到所述夹具的周边表面上。
11、一种向车床供给冷却液的喷咀，其特征在于，它包括至少一个具有基本呈矩形截面的排出口和刚性或弹性材料制成的横在排出口的截面中并突向外侧的舌件的喷咀，所述舌件非紧固地安装在所述排出口中；和具有与所述至少一个喷咀连通的供给室的主体和在所述供给室内的冷却液接收入口，供给室的内壁从所述接收口延展至所述排出口，且喷咀的内壁形成有一收缩曲面部分，从所述接收口收到的冷却液被从所述成为散粒湍流的汇流而排出，在冷却液流经所述舌件时有气泡被包含而进入冷却液中，冷却液的排出流冲击到与接触切削刀具的加工区续接的旋转周边表面上，同时也冲击到切削刀具上以形成含有气泡的湍流膜，至少部分所述包含气泡的湍流沿旋转周边表面和切削刀具移动，直到它被送入所述加工区。
12、如权利要求11所述喷咀，其特征在于，所述两喷咀是相邻设置的，一喷咀固定在所述主体上，另一个以可调角度的方式连接在所述主体上，由此使从所述两喷咀喷出的冷却液排出流以基本垂直的角度冲击到所述旋转周边表面上。
权利要求
1.一种向一切削机床或一磨床供给一种冷却液的方法，其特征在于，通过在切削或磨削操作中的一加工区进给一种其中不断形成气泡的冷却液，气泡撞击到加工区上裂时加速气泡在各方向的喷溅，同时加快被加速喷溅液体粒子进入一切割刀具/工件的压力接触平面，由此改善了所述加工区的冷却和润滑。
2.一种向一切削机床或一磨床供给一种冷却液的方法，其特征在于，通过在切削或磨削操作中的一加工区进给一种其中不断形成气泡的冷却液，气泡撞击到加工区上爆裂时加速气泡在各方向的喷溅，同时加快被加速喷溅液体粒子进入一切割刀具/工件的压力接触平面，由此改善了所述加工区的冷却和润滑，所以在未到达加工区的冷却液或尽管到达加工区但留下输送给回收管道的冷却液中的气泡可附着在上述液体中悬浮的异物上由此可以加快这些异物浮出液面。
3.一种向一切削机床或一磨床供给一种冷却液的方法，其特征在于，即在一与垂直主轴相连的铣刀或磨削刀具上方安设一用来发射冷却液的环状喷咀，使其在一实质上同轴位置上正面向下延伸至出口的所述喷咀的内壁由弯曲表面和扭曲管道形成以产生湍流，输送的冷却流通常作为散粒性湍流的汇合而成一涡流通过所述出口向下排出，因此形成了包围所述铣刀和磨削刀具且其较低端抵达工件表面的冷却液的涡流的圆柱罩，使至少一部分所述涡流从所述圆柱罩的较低端沿工件表面旋转着向中心区流动直到送至和铣刀或磨削刀具接触的加工区，这至少一部分所述的涡流连同沿工件表面扩散的切屑和摩擦热一起被排出所述圆柱罩外。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，在所述圆柱状喷咀的冷却液中产生的气泡是持续形成的。
5.一个用以向下排放冷却液的环状喷咀，此喷咀适宜于同轴安装在与垂直主轴相连的铣刀或磨削刀具的上方，其特征在于，所述喷咀包括(a)限定一环形进液室的进液环，(b)轴向邻接所述环形进液室的管路环，包括至少两个在轴对称位置与所述进液室连通的引入路径，分别与所述引入路径连通并在同一方向上扭曲的向外或向内扭曲的管道，和与所述扭曲管道终端相连通的环状湍流形成部分，(c)与所述环形管道内的湍流形成部分的各环形面积相连通的喷咀环，该喷咀环限定出向下并向内或向外开口的环状喷咀空间，(d)由管道环内的湍流形成部分延展到所述喷咀空间的管道壁具有至少一个弯曲表面和径向弯曲背面以形成湍流，由此被输送的冷却液从所述的喷咀空间排出，通常成为散粒性湍流汇合而成的涡流，形成由所述湍流构成并包围所述铣刀和研磨刀的基本呈圆柱状的罩。
6.一种对切削机床或磨床中的冷却液的分离和回收装置，用以收集送入加工区的冷却液再从其中将杂质分离出去并排放冷却液，其特征在于，所述分离和回收装置包括(a)在冷却液被使用后接收冷却液的进流箱；(b)一排套筒束连通箱包括至少一组两个设置在所述进流箱下游或与其组合的互连箱，其中具有一基本上似蜂窝状的横截面并穿过两互连箱之间的间壁延展的套筒束被设置为从上游箱延伸至下游箱并略朝向上方；(c)一排开口连通箱包括至少一组两个设置在所述进流箱下游或与其组合的互连箱，其中所述两互连接箱之间的间壁上的连通口具有一下端边和一上端边，下端边较箱底的水平略高，而上端边则比调至最终溢流水平的正常液面水平略低；(d)在多组系列互连箱中通过所述套筒束或所述开口连接后达到一最后终端的出流箱，包括所述套筒互连箱排与所述开口互连箱排的结合，所述出流箱具有一用以在最终溢流水平上排放已分离和回收的冷却液的出流口；(e)一异物分离轴辊包括一具有水平轴线的可旋转轴辊设置在从多个所述入流箱至出流箱中至少一个中，所述轴辊的一部分浸入至少一箱中的冷却液中另外还结合一镀层刮削刀，该刀的前刀刃与轴辊表面露在液面外的那部分相对，在轴辊表面露出部分与所述刀片之间限定出一非常窄的间隙；(f)所述套筒束的向上的倾斜是使得上游箱中从所述套筒束的低水平入口流入的冷却液中包含的粘附了异物如切屑的大量气泡，在浮力的作用下顶在很多套筒的顶表面上面而形成气泡团，且这些气泡团存留在套筒中时，又与后来的气泡相聚合而越变越大，然而所述大量气泡被流入套筒的液体推动在套筒内的顶面上向高水平出口方向移动，这些气泡团从高水平出口排出汇入下游箱中的冷却剂中并最终浮在表面。
7.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在每个所述套筒互连箱的底面上安设有一用于加热位于其上方的套筒的加热器。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述套筒连通箱的至少一组的下游箱内，安设一异物捕捉带，该异物捕捉带具有与所述套筒束的高水平出口相对的垂直上升表面和从突出于液面的垂直上升表面的上端折回的垂直下降表面，及一与从所述带的上端延展至液面的所述垂直下降表面相对用于刮去粘附于带上的异物的刀片。
9.一种向车床供给冷却剂的方法，其特征在于，它包括如下步骤在车床的工作卡盘上方设置一喷咀，所述喷咀包括一基本为矩形截面的排出口，和一个内壁上的收缩曲面部分，该部分延展至其排出口以便产生湍流，还包括非紧固安装的刚性或弹性材料制成的舌件，该舌件横在所述排出口的截面中并向外突出，由此所述的喷咀被设计成使通过所述收缩曲面部分上游的入口收到的冷却液从所述排出口成为散粒湍流的汇流而排出，而当冷却液流经所述舌件时有气泡被包含而进入冷却液中，所述基本为矩形截面的排出口的所述横截面被设置为基本上与含有车床主轴并倾斜向下偏离工件投入方向的面正交，从所述喷咀排出冷却液冲击所述卡盘的周边表面并至少轴向延展到加工区的区域，从而形成包围卡盘和工件的周边表面的含有气泡的冷却的湍流膜，至少部分所述含有气泡的湍流沿卡盘表面和工件表面移动从而被送入与切削刀具接触的加工区内，然后带着切屑和摩擦热朝向冷却液回收管道流出。
10.如权利要求9中所述方法，其特征在于，具有所述横截面基本为矩形排出口的两个喷咀是相邻设置的，且生成含气泡的所述冷却剂的湍流作为两相邻平行排出流冲击到所述夹具的周边表面上。
11.一种向车床供给冷却液的喷咀，其特征在于，它包括至少一个具有基本呈矩形截面的排出口和刚性或弹性材料制成的横在排出口的截面中并突向外侧的舌件的喷咀，所述舌件非紧固地安装在所述排出口中；和具有与所述至少一个喷咀连通的供给室的主体和在所述供给室内的冷却液接收入口，供给室的内壁从所述接收口延展至所述排出口，且喷咀的内壁形成有一收缩曲面部分，从所述接收口收到的冷却液被从所述成为散粒湍流的汇流而排出，在冷却液流经所述舌件时有气泡被包含而进入冷却液中，冷却液的排出流冲击到与接触切削刀具的加工区续接的旋转周边表面上，同时也冲击到切削刀具上以形成含有气泡的湍流膜，至少部分所述包含气泡的湍流沿旋转周边表面和切削刀具移动，直到它被送入所述加工区。
12.如权利要求11所述喷咀，其特征在于，所述两喷咀是相邻设置的，一喷咀固定在所述主体上，另一个以可调角度的方式连接在所述主体上，由此使从所述两喷咀喷出的冷却液排出流以基本垂直的角度冲击到所述旋转周边表面上。
全文摘要
一种用于完成切削和磨削操作的含气泡的冷却液被持续地供给至被加工部位,气泡的全向散布撞击和喷溅到此部位,且冷却液中的气泡促使已加速飞溅进入切削工具与工件的接触表面间隙,改善了加工区的冷却和润滑。气泡达不到要被加工的部位或达到该部位但经过此部位,进入回流管路,沉积在液体冷却剂中悬浮着的切屑等异物上,由此加快了这些异物的漂浮。液体冷却剂作为一种细粒湍流的汇合物且通常以一种螺旋流方式向下排出,由此形成包围铣刀或磨削刀具并到达工件表面下端的液体冷却剂圆柱罩,至少一部分这种螺旋流沿工件表面从圆柱罩的下端被涡旋式地引向螺旋流中心部位,并因此将冷却液供给到铣刀或磨削刀具的被加工部位。
文档编号B03D1/14GK1216013SQ9719381
公开日1999年5月5日 申请日期1997年2月12日 优先权日1996年2月15日
发明者中井义和 申请人:株式会社泽塔平和