李志丹 劉博
（沈陽機床股份有限公司）
高速五軸加工中心主要用于復雜結構和自由曲面的加工，所生產的零件以軍工和航天等領域的復雜精密零件為主，對加工工況和零件表面質量要求非常高。
與此同時，環保問題、成本問題以及加工生產工藝都對我國的高端數控機床提出了更高的挑戰。考慮到傳統的切削液冷卻方式已經無法滿足高速、高質量的加工要求，探尋一種綠色高效的潤滑冷卻方式已是大勢所趨。
一、傳統冷卻方式及其不足之處
在傳統的工件加工過程中，通常采用大量澆注切削液來實現降低切削溫度、保護刀具和工件表面及沖洗殘留切屑的目標，但在高速切削的過程中，向切削部位澆注的切削液四處濺開，只有極小比例的切削液進入切削區域，難以實現對工件和刀具的良好冷卻。
在傳統冷卻液的作用下，工件表面在高速切削時產生淬火效應，變硬的金屬表面反而會降低刀具壽命。有關數據顯示，在一個工件的加工成本中，切削液占15%左右，而且切削液會影響工廠內部的加工環境，對工人的皮膚乃至呼吸道都有一定的傷害，廢棄的切削液如果處理不當還會污染環境，破壞土壤和地下水，負面影響非常深遠。
二、微量潤滑技術
微量潤滑技術（Minimum Quantity Lubrication，MQL）的工作原理為：潔凈的壓縮空氣將液體潤滑油吹成微米級油霧，并將油霧高速地噴射到加工工件和刀具表面，減少刀具和工件的摩擦，降低加工溫度，避免切削液冷卻產生的淬火效應，達到潤滑和冷卻的效果。
微量潤滑技術使用油霧潤滑冷卻，潤滑油大多采用對環境無公害材料，實際用量非常少，一般為0.03～0.20L/h，而用傳統方式進行冷卻時，切削液用量高達50～200L/min。微量潤滑技術潤滑油的消耗量僅為傳統方式切削液消耗量的萬分之一，大大降低了加工成本，而且加工后的工件和切屑都是干燥的，省去了后期處理工作，這種準干式切削非常綠色環保。
同時，微量潤滑裝置還有占用空間小、便于維護和管理等優點，省去了傳統冷卻方式需要切削液存儲箱、水泵、管路、防水處理及切削液回收等一整套復雜裝置。
本文選用的刀具切削微量油氣潤滑裝置如圖1所示，是由氣動柱塞潤滑泵、油氣混合器、氣路系統元件及電氣控制元件組成的氣液電一體化油氣潤滑裝置。
圖1 刀具切削微量油氣潤滑裝置外形
１.氣源二聯件；２.電磁換向閥；３.頻率發生器；４.調壓閥；５.氣動泵
刀具切削微量油氣潤滑裝置原理如圖2所示，壓縮空氣通過過濾減壓閥后，由電磁閥控制氣流通道的開啟，可實現與設備加工的同步進行。由氣動頻率發生器即脈沖邏輯元件控制氣動油泵的供油頻率，可根據實際需要調整單位時間出油頻率。
氣動油泵為單作用柱塞式增壓泵，通入壓縮空氣后，增壓后的油劑進入油氣混合器中的計量件，將定量的油劑排出，在油氣混合器中與壓縮空氣混合成油霧，油霧在噴嘴處與壓縮空氣二次混合，精確地噴在切削刃口發生摩擦部位，在刀具與工件間形成油膜，在高效潤滑狀態下完成切削加工。
圖2 刀具切削微量油氣潤滑裝置原理
1.氣動泵；2.氣動頻率發生器；3.氣源二聯件；4.油氣混合器；5.噴嘴
油膜的潤滑性能遠優于傳統切削液，可明顯減少產生于刀具、工件和切屑之間的熱量，同時高速壓縮空氣將部分熱量和切屑吹除，充分起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件表面質量的作用。
本裝置采用微量切削油精確噴射，耗油量極少，一般為30～200mL/h，僅為傳統方式切削液耗量的萬分之幾，實際費用降低，也消除了傳統切削液加工時出現的飛濺、蒸發及變質異味等弊端。
本裝置應用于門式五軸加工中心，主軸轉速Z高達18 000r/min，三軸進給速度40m/min，A/C軸轉速Z高達60r/min，在高速完成銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋等多種加工工序的同時，也加工葉輪、葉片等具有復雜曲面的零件，經實際生產加工驗證，可完全滿足加工工件表面粗糙度值Ra=1.6μm及平面度0.01mm等一系列精度要求，是一種高效可靠的潤滑冷卻方式。
來源：《金屬加工（冷加工）》2018年
