重视环保的干式加工技术

1997年12月,在日本京都召开了防止地球变暖的国际会议,会上通过了“京都议定书”,提出了有害气体的排放规定。议定书通过6年来,已得到世界许多国家的认同,俄罗斯也于2004年10月下旬正式批准该议定书。迄今,在生产技术领域已认真讨论过不少全球环境保护的相关问题。在机械加工过程中,为了降低环境污染程度,已把建立绿色工厂作为重要课题提上议事日程。在切削加工中,切削液的使用存在两方面的问题,即使用阶段和废液处理阶段均会产生二氧化碳等有害气体,从环保角度来看,危害性极大。因此,应尽可能控制切削液的使用和排放,为此,工业发达国家正在大力开发干式和半干式加工技术。这里重点介绍半干式加工技术。

半干式加工系统由硬件技术和软件技术两大部分组成,硬件技术包括:主轴及工作台等机械设备、半干式加工用的雾液喷供装置、尘雾回收装置、切屑处理装置及所采用的刀具等；软件技术包括:设定最佳加工条件及加工状态监控手段等,硬件技术和软件技术必须高度配合,融为一体。切削加工过程大力减少切削液的新技术,通常称作“微量切削液供给法”,即MQL(MinimalQuantityLubrication)。目前,MQL正在制造业中大力推广。在实践过程中,有些问题亟待解决,有关的研究开发工作也正在加紧开展。本文拟就半干式加工技术的发展现状及存在的问题作一个概略的介绍。

图1 半干式加工的相关技术

图2 主轴转速与雾液喷出量的关系(采用原主轴送液结构)

图3 主轴转速与雾液喷出量的关系(采用非回转型主轴线路)

半干式加工技术涉及到的加工技术如图1所示。

利用主轴供油孔的MQL装置

与切削液相比,雾液流动的运动量较小,因此,刀具或工件在高速回转时,附近发生的空气流动将会影响冷却雾液的流向,使其不能充分到达切削位置。这种现象在主轴转速超过10000r/min的高速切削、孔加工、切槽等加工中尤为明显。解决此问题最有效的手段,便是让冷却雾液经过回转主轴的内部,再通过钻头、立铣刀等回转工具的供油孔,直接送到切削部位。这种由主轴内孔供应冷却雾液的方式,在原有的湿式加工中也曾使用过,但过去供给的是液体,而现在供应的却是雾状液流,于是便出现了下述问题。图2所示为采用原有主轴供液方式的高速主轴供油孔送出雾液时主轴转速与雾液喷出量的关系。由图可知,主轴转速超过10000r/min时,刀具刃尖部喷出的雾液量便急剧下降。原因在于,当主轴高速回转时,受离心力的作用,液滴附着在主轴内的回转通道内壁上；当主轴转速达30000r/min这样的高速回转时,雾液几乎全从雾流中分离出来,从刀具油孔中喷出的几乎纯为空气。为了解决这个问题,研究人员采用了如下措施:(1)让压缩空气和切削液从不同的路线送出,通过主轴,让两者在主轴端部的刀柄附近混合,形成雾液；(2)将主轴内雾液通道改为非回转结构,藉以抑制离心力的作用。在主轴内配有特殊结构的非回转线路后,即便在高速回转条件下,也可获得非常稳定的雾液喷出量。

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