数控车床冷却液喷头改良研究与实践

引言

数控车床切削零件时需要冷却,如图1所示,传统冷却是利用金属软管喷头,它固定在大滑板(Z轴)上,每次调整只能对准一把刀具,刀具沿中滑板(x轴)方向移动增大时,冷却液喷洒位置会发生偏移而冷却不到刀具,金属软管喷头跨过工件上方到对面来冷却刀具,容易缠绕到加工中的铁屑。这些问题可以通过制作一个冷却液喷头组合器来解决,从而实现一次调整,同时对多把刀具进行准确、可靠的冷却。

图1 传统数控车床冷却喷头

1设计原理

1.1基本原理

零件加工时,刀具固定在刀架上,一个刀架一般最多安装四把刀,切削金属时,由于加工过程会产生热量,必须对正在工作的刀具进行冷却,当转换刀具位置时(换刀),冷却的位置需要重新调整。冷却液喷头组合器的设计原理就是对每一把刀设定一个固定的冷却喷头,喷头跟刀具同步转动,不需要手工操作。

要准确喷洒冷却刀具,经过实践论证喷头只能安装在刀架上,而刀架是一个会转动的部件,通过了解刀架结构得知,从刀架中心穿过一条软管可以到达刀架顶盖,可通过做一个喷头组合器来实现对多把刀具进行冷却。

1.2改良过程

制定设计方案,用CAD软件画出立体图和工程图,制作该作品,使用加工中心机床、数控车床、普通车床、钻床来加工所需的零件,购买必要的标准件。主要加工件和采购件如图2所示。通过钳工装配完成冷却液喷头组合器,经过安装在数控车床上测试,该冷却器冷却准确、调整方便,测试结果令人相当满意。

图2 主要零配件图

1.3主要创新

本冷却液喷头组合器只针对安装有四工位电动刀架的数控车床冷却液喷头改造,通过学校老师的咨询、企业调查、网上查询、市面五金商店调查,未查找到有该项目产品出售。本设计主要创新点如下:

(1)用刀架的转动带动喷头一对一冷却刀具,代替人手一次又一次调整喷头位置,操作更简单,过程更安全,冷却结果更可靠,效率提高。

(2)解决了刀具在x轴方向移动时无法冷却的问题,提高了刀具的使用寿命。

2试验与测试

如图3所示,本设计经过一年的测试和对比试验,使用效果非常理想。

图3 装配及测试图

2.1工件测试

(1)测试工件:双线梯形螺纹:

冷却方式:现有传统方式。

测试结果如表1所示:平均调试时间3.4min,刀具平均寿命4.9h。

(2)测试工件:双线梯形螺纹:

冷却方式:喷头组合器冷却。

测试结果如表2所示:平均0min,刀具平均寿命5.9h。

2.2试验对比

喷头调试节省时间3.4min,刀具平均寿命提高30~60min。

3研究价值

(1)低成本改进,经济效益明显。

(2)提供了进一步改进的空间。进一步完善该项目的设想:本冷却液喷头组合器现在只能四个喷头同时喷洒冷却液,可以在原有基础上进一步增加喷气喷雾功能,而且可以由数控车床CNC系统用程序指令控制其中一个、两个、三个、四个喷头单独或同时进行喷液、喷气、喷雾。