內(nèi)冷卻刀具最小量潤滑加工的最大益處是“綠色”对轴，因為它對環(huán)境非常友好吵冒，并且有助于為企業(yè)創(chuàng)造更多利潤搏屑。

　　最小量潤滑(MQL)切削(即近干切削)是一種雙贏加工模式溃肪，它可以大幅度減少冷卻液用量免胃、相關(guān)設(shè)備和能源成本、散發(fā)到空氣中的冷卻液飛沫及刺激操作工人皮膚的可能性惫撰，同時羔沙，它還能潛在地提高生產(chǎn)率和工件加工質(zhì)量。這是外部供液式MQL以及本文將要重點討論的內(nèi)冷卻刀具MQL的共同特點厨钻。

　　與傳統(tǒng)冷卻方式在刀具/工件界面處澆注大量冷卻液不同扼雏，內(nèi)冷卻刀具MQL是將壓縮空氣與潤滑劑(通常為植物油、潤滑酯或酒精等)形成的氣霧夯膀，通過機床主軸和刀具內(nèi)部的冷卻液通道诗充，從冷卻孔出口準(zhǔn)確地噴射到刀具切削刃上。生產(chǎn)MQL供液系統(tǒng)的德國必諾(bielomatik)公司北美銷售經(jīng)理Kevin Howes介紹說诱建，這些最優(yōu)化定量供液的潤滑劑大約有90%在切削時被消耗掉蝴蜓，其余10%大部分被切屑帶走，在工件上只有極少(或沒有)殘留武骆。他補充說榛舍，MQL系統(tǒng)的潤滑劑用量大約為10-150ml/h(0.003-0.04gph)，與之相比硝锨，采用5%乳化液進行濕式切削時耽慌，其用量可達(dá)132gph或更高。

　　人們通常公認(rèn)储佣，從濕式切削加工轉(zhuǎn)換為近干切削加工辅任，可將與冷卻液相關(guān)的加工成本降低10%-17%。Howes說位蓉，“有些人表示拂炉，自己在冷卻液上沒有花那么多錢，但他們并沒有考慮所有其他成本硅枷，他們只考慮了冷卻液本身的費用旱婚。”

　　其他成本還包括過濾系統(tǒng)和介質(zhì)太迈、貯液槽针执、循環(huán)冷卻器、高壓輸液機围辙、用于從切屑中去除冷卻液的離心分離機或切屑壓塊機我碟，以及殺菌劑等放案。此外，Howes說矫俺，在建造采用MQL技術(shù)的“綠色工廠”時吱殉，不再需要為支承沉重的冷卻液過濾系統(tǒng)而專門加固地基，“他們只需為放置MQL機器澆筑一塊一定厚度的平整地面即可厘托∮仰ǎ”

　　一些零件制造商可能會說，他們的澆注式冷卻液會在過濾后重復(fù)使用铅匹，但這并不意味著系統(tǒng)中的所有冷卻液都不會損耗押赊。Howes說，“客戶告訴我包斑，冷卻液的損耗量大得難以置信流礁，尤其是在比較陳舊的機床上÷薹幔”這種損耗是由蒸發(fā)和泄漏神帅，以及切削時被油霧收集器吸出而造成的。據(jù)最終用戶估計腊囤，在生產(chǎn)環(huán)境中几菲，加工每個零件的冷卻液損耗量為1/2-1加侖，“如果你每年加工25萬個零件赠搓，就有可能損耗25萬加侖冷卻液∶耍”

　　MQL系統(tǒng)的選擇

　　在MQL系統(tǒng)中验沮，有兩種將空氣與潤滑劑混合起來的基本方式。單通道內(nèi)冷卻刀具MQL系統(tǒng)是在位于主軸后方的一個貯液槽中對兩種成分進行混合责祥，然后通過一根穿過旋轉(zhuǎn)聯(lián)管節(jié)的管道牡增，將空氣與潤滑劑的混合物經(jīng)過主軸和刀塔輸送到刀頭部位。

　　雙通道內(nèi)冷卻刀具MQL系統(tǒng)則是一種循環(huán)式系統(tǒng)壳坞，潤滑劑持續(xù)不斷地從一個貯液槽中被泵出柑耙，并存儲在環(huán)形管道中。為了提供精確定量的潤滑液搂瓣，可利用位于旋轉(zhuǎn)傳送裝置之前的一個速動閥來調(diào)節(jié)進入系統(tǒng)的潤滑液量雷鸟。Howes介紹說，“當(dāng)需要MQL系統(tǒng)工作時氢拥，將速動閥門打開蚌铜，從環(huán)形管道中汲出最佳數(shù)量的潤滑液∧酆＃”

　　精確定量的潤滑液通過位于主軸中心的噴桿被輸送到位于刀柄后部的噴嘴處冬殃。當(dāng)潤滑液通過噴桿進入噴嘴時囚痴，通過旋轉(zhuǎn)傳送裝置供給的空氣則沿著圍繞噴桿的主軸冷卻通道進入噴嘴的混合腔，空氣與潤滑液在混合腔中混合成氣霧审葬。然后深滚，這種氣霧通過刀具內(nèi)部的冷卻孔流動，并作為極細(xì)小的潤滑油/空氣微粒噴出涣觉。

　　在選擇單通道或雙通道MQL系統(tǒng)時痴荐，主軸轉(zhuǎn)速是一個需要考慮的因素。單通道系統(tǒng)是在通過主軸之前對潤滑劑與空氣進行混合旨枯，因此蹬昌，允許的最大主軸轉(zhuǎn)速約為16,000r/min。這是因為更高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的離心力可能會造成潤滑液與空氣分離攀隔。而雙通道系統(tǒng)則適合高達(dá)約40,000r/min的主軸轉(zhuǎn)速皂贩。

　　此外，對于單通道系統(tǒng)來說嚎区，噴霧能夠流動的距離有一定限制拘挡，在其流速減慢前，可流動的最大距離約為1270mm蝶桑。對于一臺標(biāo)準(zhǔn)型加工中心來說掌社，這并不會構(gòu)成問題，但對于一臺大型龍門式加工中心窄切，則需要將單通道系統(tǒng)安裝在龍門本體上簇茉，使其可以隨著龍門一起運動，而不能將MQL系統(tǒng)安放在地面炫胡，并長距離輸送氣霧哈寂。

　　另一個需要考慮的問題是換刀頻率，因為單通道系統(tǒng)將氣霧從主軸后部輸送到刀具頭部有一定的滯后時間狗城。生產(chǎn)用于MQL加工的絲錐佑茴、鉸刀、鉆頭和鏜孔刀具的Komet美國公司加工方案業(yè)務(wù)主管Mark Blosser說蚊楞，“如果采用單通道系統(tǒng)键闺，需要在換刀程序中增加停頓時間。而雙通道系統(tǒng)實際上能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時反應(yīng)澈驼⌒猎铮”

　　Howes指出，單通道系統(tǒng)換刀之間的滯后時間為1-3秒缝其，“如果采用雙通道系統(tǒng)购桑，當(dāng)你關(guān)閉MOL時，實際上是在阻止MOL流入刀柄氏淑，只需要0.1-0.3秒的時間勃蜘，就能使MOL重新開始流動硕噩。”

　　Howes補充說缭贡，單通道系統(tǒng)的成本約為雙通道系統(tǒng)的90%炉擅。為了解決單通道系統(tǒng)的滯后問題，可在編制加工程序時阳惹，在進入切削之前提早打開MQL谍失，以縮短滯后時間，但這樣會消耗更多的潤滑液琢播，“如果比較兩種系統(tǒng)可以節(jié)省的總成本铝比，雙通道系統(tǒng)似乎優(yōu)勢更大一些∏丫保”

　　盡管如此穷筒，單通道系統(tǒng)也有自己的優(yōu)勢，尤其是對于那些基于工件的考慮去柿，需要在濕式切削與近干切削之間快速來回轉(zhuǎn)換的中小批量零件制造商來說弦撤，更是如此。這是因為幅裳，單通道系統(tǒng)將混合氣霧引入旋轉(zhuǎn)聯(lián)管節(jié)后部的方式與引入澆注冷卻液的方式相同鼠基。Howes解釋說，“澆注冷卻液可通過另外一個球閥和管道系統(tǒng)進入旋轉(zhuǎn)聯(lián)管節(jié)铆寓。你既可以打開引入澆注冷卻液的球閥假怔，同時關(guān)閉另一個引入MQL的球閥，也可以與此相反陵蜻∨率眨”

　　可能存在的局限性

　　MQL切削方式可能并非適合加工所有的工件材料。刀具制造商Emuge公司的技術(shù)主管Alan Shepherd推薦座咆，在對較難加工的不銹鋼痢艺、鈦合金和某些鎳基合金材料(如Inconel合金)的攻絲加工中采用MQL方式仓洼。他指出介陶，需要的不僅是噴霧冷卻方式，切削這些材料時色建，還需要使用某種類型的潤滑液哺呜。MQL加工方式的適用范圍存在一些限制。Emuge公司已經(jīng)設(shè)計和制造了用于MQL加工的絲錐產(chǎn)品箕戳。

　　有些人認(rèn)為某残，只要刀具制造商合理設(shè)計刀具，工件材料就不會對MQL的應(yīng)用造成任何限制陵吸。Komet公司的Blosser說玻墅，“每種刀具都需要根據(jù)加工要求和工件材料進行優(yōu)化設(shè)計介牙。”潤滑系統(tǒng)制造商Unist公司首席執(zhí)行官Wally Boelkins也同意這種看法澳厢，“我們可以加工每一種材料——包括所有難加工材料和高鎳合金材料环础，這些材料不會給我們造成麻煩℃⒖担”

　　Unist公司可以為機床配備單通道或雙通道MQL系統(tǒng)岗翔，還可以提供外部供液式MQL系統(tǒng)。Boelkins說碎瓢，雖然雙通道系統(tǒng)是用戶的首選蹲鱼，但有時卻無法安裝，“雙通道系統(tǒng)采用的旋轉(zhuǎn)聯(lián)管節(jié)安裝在主軸的上死點戴仁，而有時候管道口卻無法進入主軸的上死點哲耐。有許多機床實際上無法配備雙通道系統(tǒng)∨肺常”

　　切削加工類型也會影響MQL的有效性践拐。例如，據(jù)目前在福特汽車公司位于英國的福特技術(shù)中心從事MQL核心工程的傳動技術(shù)專家Alexander Stoll介紹祭啸，該公司在美國已為200臺加工機床配備了雙通道MQL系統(tǒng)鹿逞，該技術(shù)已應(yīng)用于除了磨削和珩磨以外的各類金屬切削機床。Stoll指的是福特公司對發(fā)動機缸體和一些差速器箱體的珩磨加工俐逛，“不過乙淡，珩磨只是MQL技術(shù)的一個利基應(yīng)用領(lǐng)域，我們尚未對MQL在珩磨加工中的應(yīng)用投入太多精力桑嘶〈缎冢”

　　Unist公司的Boelkins認(rèn)為，MQL技術(shù)對于某些磨削加工還是適用的逃顶，例如對工具和刀具的磨削讨便，以及潛在地對表面磨削和注射器針頭的磨削等。他說以政，“對于較大工件的無心磨削加工霸褒，MQL可能并非最佳選擇∮”

　　關(guān)鍵的技術(shù)進步

　　Stoll介紹說废菱，福特汽車公司從1998年開始在德國應(yīng)用MQL技術(shù)。在典型的大規(guī)模生產(chǎn)模式中抖誉，引入MQL技術(shù)有助于使每年的冷卻液消耗量減少大約3萬加侖殊轴，用水量減少25萬加侖，過濾器介質(zhì)用量減少幾千碼，壓縮空氣用量減少數(shù)百萬立方英尺旁理。此外验恕，福特公司最近在近干切削領(lǐng)域取得了以下5個關(guān)鍵的技術(shù)進步：

　　(1)開發(fā)了失效模式和效果分析(FMEA)工具，它可以提供應(yīng)用MQL技術(shù)的經(jīng)驗教訓(xùn)个宾，幫助編寫培訓(xùn)操作工人的教材和技術(shù)文件虑涣。

　　(2)制定了用于計算空氣和潤滑劑流量的校準(zhǔn)規(guī)程。如果沒有校準(zhǔn)規(guī)程舰范，有可能50臺配備了50套MQL系統(tǒng)的加工機床盡管都來自同一供應(yīng)商坪逃，但其加工性能卻各不相同。Stoll說冤兄，“你必須按照同一標(biāo)準(zhǔn)來校準(zhǔn)這些系統(tǒng)咬钝。以前，一直沒有一種合理而適用的校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)裝置沮汇」拢”

　　(3)開發(fā)了刀具、刀柄嬉咐、噴嘴比荡、調(diào)節(jié)螺釘和噴桿之間的最佳界面，以確保氣霧以正確的路徑通過系統(tǒng)和流出刀具绕睹，而不會產(chǎn)生任何會改變氣霧流的空隙或空腔嘱巾。

　　(4)開發(fā)了MQL噴流型態(tài)測試方法，以驗證通過加工仿真顯示的诫钓、可使氣霧流最優(yōu)化的刀具設(shè)計方案旬昭。

　　(5)在工件夾具、機床的底座菌湃、立柱和主軸上安裝傳感器问拘，以監(jiān)測機床和工件的溫度變化，然后利用這些實時數(shù)據(jù)計算出線性膨脹量惧所，據(jù)此調(diào)節(jié)主軸位置骤坐。

　　潤滑油問題

　　Stoll指出，如果潤滑油的溫度保持恒定下愈，將有助于確保潤滑油具有穩(wěn)定的粘度纽绍，從而使其在切削區(qū)的用量保持一致。然而驰唬，設(shè)備的溫度可能會根據(jù)不同的季節(jié)和一天中不同的時間在15℃-43℃之間波動顶岸。因此腔彰，福特汽車公司和必諾(bielomatik)公司在速動閥上安裝了一個加熱裝置叫编，以提高潤滑油的溫度，使其高于車間環(huán)境溫度侄俐。

　　潤滑油的類型對于MQL的成功應(yīng)用也至關(guān)重要那赘。Unist公司的Boelkins表示企恢，零件制造商必須避免使用具有氧化性的廉價潤滑油，“氧化作用會使?jié)櫥妥兊谜吵黼遥⒃谠O(shè)備表面形成不易去除的油漬弓聋。潤滑油的粘性確實是一個問題，它會使切屑相互粘連袜娇，或粘在刀具上纷炼，從而造成二次切削∈渑埽”

　　Boelkins推薦采用包含精煉植物油(也稱為潤滑酯)的氣霧桂葛，他說，“使用少量優(yōu)質(zhì)的营将、相對較貴的潤滑油和壓縮空氣秀裂，切屑就不會產(chǎn)生阻力，在鉆削加工中可以順暢地排出孔外冗美∧е郑”

　　Boelkins補充說，與礦物油相比粉洼，植物油的熱容量要高得多节预。植物油的閃點大約為230℃，而礦物油僅為120℃属韧。他還警告說心铃，不要將植物油作為油霧來使用，因為其顆粒越細(xì)小挫剑，就越不容易在刀具表面形成“潤濕”效應(yīng)去扣。“從工人健康的角度考慮樊破，雖然植物油是無毒和可降解的愉棱，但它仍然會被吸入并附著在肺上，吸入肺部的油霧顆粒越小哲戚，其危害性就越大奔滑。”

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