MQL在某大型螺旋錐齒輪機床應用的研究

楊林， 盧璇

（沈陽工業大學機械工程學院，沈陽110870）

0 引言

隨著國內外切削技術的不斷提高和人們對環境保護和健康工作的要求，切削液的應用受到了限制且使用切削液的費用約占零件制造成本的16%，磨削液的費用更高達制造成本的30%左右［2］。同時，在干切削大型螺旋錐齒輪中，對刀具的要求很高，刀具的磨損以及報廢率也持續不降。在加工過程中由于卷狀切屑的半徑的增大，容易夾在刀具與工件之間，造成CNC系統報警，導致加工不得不暫停，清理切屑。準干切技術的應用［3］得到了普及和大量的應用。

圖1 GCMT2500大型螺旋錐齒輪銑齒機

1 基于MQL的大型螺旋錐齒輪的銑削實驗

1）實驗設備簡介：GCMT2500數控螺旋錐齒輪機床是由石家莊海潤達重型齒輪設備制造有限公司以及沈陽工業大學合作研制，如圖1所示。

2）切削實驗條件：保證室溫在20℃左右。實驗環境溫度：保持20℃的室內溫度。切削齒坯尺寸：內徑為1 260 mm，外徑為1 540 mm，高度為120 mm；實驗刀具為CVD涂層硬質合金刀具；加工方式：弧齒加工［4］。MQL潤滑系統：MIRCOLUBE 1000-20含合成酯和植物油，氣源壓力6 MPa，供氣量500L/h。進給速度32 mm/min，主軸轉速 24 rad/min，油量 50 mL/h。

3）實驗結果分析。從圖2中可以得出，當處于干切削潤滑狀態時，切削力在2 794～2 870 N間波動，波動范圍在80N左右波動，波動范圍適中；電機功率在0.5 kW范圍左右變化，基本保持電機功率在4.1 kW。風冷潤滑狀態時，切削力較干切削狀態切削力下降到2 700 N左右，中間曲線變化不是特別明顯；電機功率的變化比較平穩，基本保持在3.8 kW左右范圍變化，波動量不大，曲線較為平穩，切削功率略有下降。當潤滑狀態在MQL方式下時，切削力的變化范圍變得更小了，從圖2中可以看到幾乎處于平穩的直線，波動幾乎可以忽略。通過計算分析，在MQL潤滑狀態下，切削力的變化最大范圍只有20 N左右，切削力的平均值也比干切削狀態下的要小很多，切削力比干切的狀態下減少了19.63%；從圖3中可以得出，MQL潤滑狀態下，電機的功率較風冷、干切狀態下的功率減少到3.2 kW左右波動，波動范圍在0.2 kW之間，雖然曲線狀態略顯浮動，但變化范圍較小。經計算分析，對于電機功率，MQL技術的應用比干切狀態下的電機功率，減少了17.95%，減少了近18.0%的功耗，同時提高了加工時電機消耗功率，達到節約能源的效果，MQL是一項有節能公用的新型潤滑技術。

圖2 主切削力與潤滑方式的關系圖

圖3 電機功率與潤滑方式的關系圖

銑削刀盤在干切削條件下，每新裝一次刀片，能加工齒輪72個完整齒槽，切削時間為7.68 h，去除材料總體積為8 195.904 cm3，平均每片刀片除去材料為682.992 cm3；而低溫MQL切削條件下，則能夠加工113個完整齒槽，切削時間提高到12 h，切削體積達到了12 863.016 cm3，平均去除材料體積為1 071.918 cm3，刀具壽命的增效率為56.25%，刀具壽命提升了將近1.56倍左右。MQL潤滑方式下，刀具的進刀位一直處于油霧噴浸狀態，刀具切削力降低，工件與刀具之間的摩擦區域填充了微量油霧，增加了潤滑效果，降低了工件和刀具之間的摩擦，減小了切削刃的磨損，從而使切削力減小，減少了刀具破損的幾率，達到延長刀具壽命的效果，其效果能達到延長刀具壽命1.56倍，如圖4所示。

圖4 刀具壽命對比圖

2 結論

MQL冷卻潤滑技術屬于邊界潤滑狀態［5］，在此潤滑狀態下，可以減少刀具切削力，影響伺服電機工作功率。從試驗中可以得出MQL潤滑技術對切削力減少率有19.63%，又減少接近18.0%電機的功耗；有效地延長刀具壽命1.56倍；并且有效地解決干切削加工中的夾屑問題，保持加工面干凈，又能起到良好MQL技術的應用，減少了切削力，電機功率，一方面提高了機床的加工能力，另一方面能起到節能的效果，避免了過多的能源損耗，是MQL冷卻潤滑術的另一個先進的方向。

［1］ 蘇宇.新型低溫MQL裝置的研制與難加工材料低溫高速切削機理研究［D］.南京：南京航空航天大學，2007.

［2］ 席俊杰，陳華輝，吳中．綠色切削技術的發展及應用［J］．潤滑和密封，2006（2）：68-71．

［3］ 敖小寶，游譽林.干切削加工技術的應用［J］.機械制造與研究，2005，34（5）：48-49.

［4］ 洪肇斌.基于球面漸開線齒面生成原理的弧齒錐齒輪新型銑削加工方法［D］.長春：吉林大學，2013.

［5］ 溫詩鑄.潤滑理論研究的進展與思考［J］.摩擦學學報，2007（6）：497-503.