立式纸带过滤装置技术报告 精品.docx

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立式纸带过滤装置技术报告精品

立式纸带过滤装置

技术报告

XX开发区XX科技发展有限公司

XX大学机电汽车工程学院

1.

课题研究背景

伴随着数控机床行业的飞速发展，要大力提高刀具切削能力和使用寿命，提高产品精度，降低废品率，这就对数控机床特别是外圆磨、珩磨机、轧辊磨和强力磨床的切削液精过滤装置也提出了更高的要求。

切削液的主要有五方面的作用：

1）润滑作用：

切削液可以润滑刀具，提高刀具的切削能力；

2）冷却作用：

一定流量的切削液，可以将切削热带走，从而降低了刀具的温度；

3）冲屑作用：

切屑液可以将切屑冲刷掉，掉入排屑沟排走，同时沟槽内排屑也可以用切削液来实现水力排屑；

4）提高工件表面粗糙度：

切削液将加工面的铁屑冲走，铁屑不致划伤加工面，从而提高了粗糙度；

5）减少锈蚀：

选用合适的切削液，可以防止工件、机床导轨的锈蚀。

为了降低生产成本和减少环境污染，切削液一般都需要进行过滤净化后，并再用于机械加工中进行循环使用。

切削液过滤净化就是从切削液中去除一定比例、相对较大的固体颗粒。

切削液过滤净化的优点主要表现在以下几个方面：

1）延长切削液的更换周期：

实践证明，经过滤净化后的切削液的更换周期可以大大加长。

2）提高刀具及砂轮的使用寿命：

国内外研究表明，如将切削液中的杂质（如碎屑、砂轮粉末等）从40μm降低到10μm以下，刀具（或砂轮）寿命可延长1-3倍。

3）提高工件表面粗糙度，降低废品率。

4）延长管路及泵组使用寿命，切削液中的固体颗粒等切屑会加速管路及泵等部件的磨损。

1.1项目概述

XX开发区XX科技发展有限公司，多年来一直致力于数控机床过滤装置技术的研究与生产，现在已经发展成为全国最大的机床辅机生产企业，目前已经制订完成企业标准，并在酝酿数控辅机的行业和国家标准。

现已掌握了先进的生产技术，取得了阶段性成果。

包括实用新型专利《双链板复合式排屑机》，荣获山东省科学技术三等奖；《数控机床自动排屑及综合过滤装置》和目前正在审批中的五项实用新型专利《油水分离机》、《立式纸带过滤装置》、《模锻链式刮板排屑装置》、《刮板磁分机排屑装置》、《数控机床复合式自动排屑及综合过滤装置》。

公司在对比国内外过滤产品的基础上，根据目前数控机床行业的发展要求，进行创新研发了新式立式纸带过滤装置（现已申请国家专利）。

该产品采用先进的过滤腔体设计，结合新式的腔体端头密封技术，实现过滤流量大、占地面积小、降低滤纸损耗、精度高的优点。

能充分满足现有数控机床中各类磨床磨削量大，加工精度高、高效率、高品质的要求。

是当今国际最先进的一种过滤装置。

“立式纸带过滤装置技术——一种全新的数控机床冷却液过滤技术”，此技术将滤纸由水平宽度方向两侧边小凹形放置改为延纸带长度方向凹形方式，结合新式的凹形腔体两端密封技术，实现大流量过滤，同时减小过滤装置占地面积，是具有革命意义的数控机床自动过滤装置。

1.2国内外研究现状及发展趋势

当前国内外数控机床领域采用的分离过滤方式主要有两大类：

（1）采用涡旋分离器为过滤方式，主要应用于切屑液流量在70L/min到100L/min之间，而切屑液比重大于5，且占地面积在0.2㎡以上的分离场合，主要用于保障性过滤。

（2）采用纸带过滤装置，主要适用过滤流量25L/min至500L/min，且占地不受限制的情况，滤纸过滤主要是采用滤纸由水平宽度方向两侧边小凹形放置所形成的过滤槽的方式进行滤液过滤。

下面对这两种过滤装置进行简要的介绍：

（1）涡旋分离器：

它能分离出切屑细末和细粒子，但不能分离出轻的污物和浮油。

涡旋分离器原理如图1。

其净化过程是：

带细末粒子的冷却润滑液沿着圆柱段内壁切向压入，并在圆柱段充分旋转，顺着内壁盘旋而下进入圆锥段分离区，在分离区其盘旋强度愈往下愈快，靠盘旋而产生的离心力，促使细末粒子抛向壁周，而后细末粒子顺着内壁下落，由底流口流出。

作用于细末粒子的离心力往往大于细末粒子身重量的几倍至几十倍，所以细末粒子很易抛出。

圆锥体中心由于盘旋而形成一个空气柱，并在此相邻处出现低压区，促使净化过的切削液上升，由顶端的溢流口流出。

这种分离器一般供给压力为0.25~0.4Mpa，出口压力为0.04~0.06Mpa。

用来分离含切屑量大或含大切屑的切液时，为了防止圆锥体底流口被堵塞，必须预先把切削液作重力沉淀或磁性分离处理后才能进行。

这种分离器适用于高速磨削、强力磨削、一般精磨加工中净化合成液、乳化液和低粘度油基切削液。

（2）重力式纸带过滤机：

原理如图2，用于轴承磨削加工中对磨削液净化处理的单机循环系统。

该系统采用磁性分离器与重力式纸带过滤机，过滤机过滤介质采用无纺布，过滤精度20μm。

来自机床的污液自然回流至磁性分离器，经过磁性分离器的初级过滤，其中大部分磁性颗粒被吸附出来，然后由磁性分离器出水口流入过滤机带漏网的接水盘中，并流到过滤纸上，过滤纸铺设在输送网上，输送网根据液位开关的开关信号自动输送污纸。

乳化液经过过滤纸进入过滤机下部的净水箱，而杂质和污油则被截留到过滤纸上表面。

当过滤纸被堵塞后，液位开关的浮球升起，接通液位开关，驱动输送链网输出脏纸，同时走入新纸，滤纸上面的液面很快下降，浮球复位，走纸结束，滤纸和滤渣落入污纸箱。

该系统可以自动独立控制，操作简单易行，应用最为广泛，过滤精度根据滤纸的选择而定。

（3）平床纸带过滤机（正压纸带过滤机）

正压式平床过滤机本体由活动的上箱体和固定的下箱体组成。

平床纸带过滤机各部分结构名称如图3所示。

上箱体与两个油缸连接，可垂直升降。

工作时由油缸或气缸夹紧。

上箱体与下箱体之间有滤纸和金属钢带，钢带有支撑和输送滤纸的作用。

过滤机上箱体和下箱体结合处装橡胶密封件。

工作时，污浮液以一定压力经管道进入上箱体，污浮液中的颗粒杂质被滤纸截留，过滤后的净液体收集到净液箱。

当滤纸使用一段时间后，浮液的通过能力降低，内压升高到一定程度时，系统将自动切断乳液的输入，通过压缩空气，将上箱体中乳液驱除，经过一段设定时间，油缸将上箱体升起，过滤网带做水平移动，输入新纸，然后上箱体压下闭合，开始下一循环周期。

整个控制过程由PLC控制完成预定动作，控制方式有压力控制和时间控制可供选择，实现连续过滤，可调预设值并自动换纸。

图3平床纸带过滤机

1污液入口2入口自动控制阀门3柔性软管4过滤网带5气囊6上箱体7下箱体8净液出口9压力控制阀门10集污车11压缩空气入口12四位阀门13污液分配器14清洗喷嘴15清洗液回流管16清洗液收集箱17净液箱

（4）纸带式负压过滤机

纸带负压过滤机结构如图4。

纸带负压过滤机是一个大箱体，在箱体的底部有一个负压室，负压室上部与脏液箱之间用一个不锈钢滤纸支架分开。

污液进入污液箱后，切削液通过过滤介质进入负压室，泵从负压室抽走净液供给机床使用。

在泵的抽吸作用下，负压室会形成一个负压，加速介质的过滤速度，当杂质在滤纸上堆积形成的“滤饼”，达到一定厚度时，负压室内的真空继电器会启动排污刮板驱动滤纸运行一段距离，使脏纸走出过滤区，同时走入一段新纸，继续过滤。

纸带负压过滤机过滤速度快，过滤精度高，对切削液无要求。

综上所述，如何在两种过滤方式的基础上实现过滤流量更大，但占地面积小，分离又不受屑液比重的影响的过滤装置，实现精过滤的要求。

国外根据滤纸过滤方式具有适应范围广，效率高的特点，对于该类过滤装置在数控机床的中应用给与了广泛的重视。

特别是世界上著名的日本MaZaK公司、德国KNOLL公司在数控机床磨床类领域为了实现其通用性、高效性，投入大量的人力、资金进行该类过滤装置的研究，并在该领域开发了一端上倾式纸带过滤装置，虽然取得了一定的成果，但就目前国际数控加工领域的实际使用效果来分析，仍然存在着一系列弊端。

近年来，我国大力发展机械制造业，特别是重点发展数控机床行业，制造业母机产品性能的完善才能使我国的数控机床行业更强，才能从基础工业上强大整个民族工业。

而数控机床行业的高速发展必然离不开通用、高效的过滤装置的研制，高效过滤装置的是更好的发挥数控机床的效率和性能的必要基础，这也是我国机械制造业赶超世界潮流的必然趋势。

虽然国内众多企业也认识到滤纸过滤装置的美好前景，但由于技术等问题，国内其它厂家尚未开展此项技术的研究。

1.3开发方案

1.3.1设计思路

立式纸带过滤装置是保证数控磨床行业向高效率、高质量发展的重大的技术装备，它的技术水平影响和制约着数控磨床行业的发展。

当前数控机床领域采用的过滤方式一般是三种：

一种是采用滤纸过滤由水平宽度方向两侧边小凹形放置形成的过滤槽的方式（一般称为：

纸带过滤装置，适用过滤流量25-500L/min、占地不受限制的情况下）；第二种是涡旋分离器为过滤方式（适用于流量70-100L/min，占地面积0.2㎡，屑液比重≥5的情况下分离使用）；第三种是管路过滤器或布袋过滤器（过滤耗材成本高，一般用于对枪钻进液前冷却液的精过滤保证，或在高于目前一般精过滤要求情况下的冷却液再过滤）。

要实现过滤流量更大，但占地面积小，分离又不受屑液比重的影响的过滤装置，实现精过滤的要求。

在数控机床磨床类领域实现通用性、高效性的方案，世界上著名的日本MaZaK公司、德国KNOLL公司分别针对该过滤装置领域开发了一端上倾式纸带过滤装置，但对于目前国际数控加工领域的使用效果来看，还存在着一系列弊端，而国内其它厂家尚未开展此项技术的研究。

这种新的立式纸带过滤装置，可以适应数控磨床尤其是外圆磨、珩磨机、轧辊磨、强力磨床对冷却液过滤流量大，占地面积小的要求，对冷却液进行大流量、精过滤，使数控磨床的使用性能、加工效率得到充分发挥，获得高精度和高效率的加工产品。

这种新的立式纸带过滤装置的突出性能表现为：

实现过滤流量大、占地面积小、降低滤纸损耗、精度高的优点。

这种新的立式纸带过滤装置的开发需要做好凹形腔体两端密封，在静止和更新滤纸过滤状态下，两端采用压纸辊圆周端面上安装密封胶棉，对滤纸两端密封，且密封条宽度60mm，有效避免污液因密封不严造成渗漏到净液腔体的污染现象。

保证立式过滤装置的正常使用。

采用新式电控系统，由自动走纸液位监测开关、延时继电器、热继电器等组成的系统，可根据滤纸的过滤状况，控制滤纸的自动更新，保证过滤系统不因滤纸的堵塞影响过滤效率。

国家要发展机械制造业，必须先发展数控机床行业，而数控机床行业的发展离不开过滤装置，要有高效的配套过滤装置，才能更好的发挥数控机床尤其是磨床的效率和性能，这是机械制造业发展的世界趋势。

因此制造业母机产品性能的完善才能使我国的数控机床行业更强，才能从基础工业上强大整个民族工业。

1.3.2总体方案

根据国内外著名厂家各类纸带过滤装置的功能、特点以及用户技术协议的要求，结合现有的设计技术实力和制造能力，依据目前过滤装置的发展趋势，展开全面设计工作，并根据重点攻关项目和内容的要求，确定了总体设计方案，工作时含有大量杂质的污液流入纸带，传动机构上的链条、网链及铺在其上的纸带均成弧面状，污液通过纸带时，细微的切屑及杂质被吸附到纸带的上表面，切屑及杂质逐渐堆积至纸带堵塞。

此时污液液面上升，浮起浮子，发讯机构发讯，减速机带动链轮和网链运动，将污物及脏纸带排入集污箱，从而实现纸带的自动更换。

纸带更新后，污液液面随之下降，减速机停止工作，机器进入下一工作循环。

总体设计方案如图5所示。

图5总体设计方案

●立式纸带过滤装置的精密工件采用激光切割、数控剪板与数控折弯机下料、折弯，焊接成型后的壳体尺寸超差可控制在±1mm范围内。

保证装配后过滤装置的性能稳定。

●立式纸带过滤装置采用延纸带长度方向成凹形方式安装，形成纸带过滤腔体，利用污液自重向下过滤，净液经过滤纸后直接进入下层净液腔体，污物停留在滤纸表面，形成协同滤纸的过滤层，在提高过滤流量的基础上保证冷却液的过滤精度，直接减少装置占地面积。

●立式纸带过滤装置采用圆形压盘周边安装密封胶棉的方式，对凹形腔体两端进行运动密封，实现纸带在走纸状态下密封良好，无污外渗情况。

●采用新式电控系统，由自动走纸液位监测开关、延时继电器、热继电器等组成的系统，可根据滤纸的过滤状况，控制滤纸的自动更新，保证过滤系统不因滤纸的堵塞影响过滤效率。

●对于带动滤纸自动更换的网链，采用自动张紧气弹簧，实现随网链使用拉伸后自动张紧，保持网链夹紧滤纸与圆形压盘下圆弧面的完整密封状态。

2．研究内容及关键技术

2.1研究目标和内容

1）实现大流量过滤的基础上占地面积小，减小因过滤装置过大造成的数控机床的占地范围广。

2）采用延纸带长度方向成凹形方式安装，形成纸带过滤腔体，提高过滤流量的基础上直接减少占地面积。

3）采用圆形压盘周边安装密封胶棉的方式，对凹形腔体两端进行运动密封，实现纸带在走纸状态下密封良好，无污外渗情况。

4）采用灵活的电发讯自动走纸控制机构，实现滤纸的及时更新，保证过滤高效进行。

2.2关键技术及解决方案

1）立式纸带过滤装置新技术研究

滤纸延纸带长度方向成凹形方式安装，形成纸带过滤腔体，从而最大限度地提高了滤流量。

利用污液自重向下过滤，净液经过滤纸后直接进入下层净液腔体，污物停留在滤纸表面，形成协同滤纸的过滤层，在提高过滤流量的基础上保证冷却液的过滤精度，直接减少装置占地面积。

根据选用滤纸的宽度（如表1所示）不同，实现过滤通流量的逐级递增，但是在形成过滤弧面的圆半径不变，只随滤纸的宽度变更，实现流量递增时，占地面积增加少，节约用地。

表1滤纸型号

型号

HRLGL300

HRLGL500

HRLGL750

HRLGL1000

流量（升/分）

300

500

750

1000

壳体宽

710

990

1190

1490

滤纸宽度

720

1000

1200

1500

工作宽度

570

790

990

1290

2）走纸机构研究

（1）内部扒纸板研究，通过设计内部扒纸板，从而在协同更换滤纸时，新滤纸的续入过滤位置，及脏滤纸排出，提高更换滤纸效率，确保新滤纸能平整的进入下一个过滤循环。

图6扒纸板结构

（2）进纸结构研究。

为了保证过滤质量，进行了进纸机构的研究。

主要通过两种方案来保障：

（a）自动监测装置来控制滤纸进纸速率。

当滤纸上切屑残留过多时，滤液流量减小，过滤型腔内的滤液增加，推动型腔内的浮子上升，当达到一定程度时，就会触发行程开关，进纸结构会加快进纸速度，从而有效地提高滤液流量；（b）当长时间没有或只有少量滤液经过滤纸时，虽然不会触动自动监测装置，但长时间的浸泡，也可能导致滤纸的损坏，为了避免该种情况，同过设计了一个定时装置，当滤纸在一定时间内没有进纸时，就发出信号强制进纸。

3）自保养装置研究

（1）自润滑装置研究。

通过研究整体结钩，采用定时自动润滑结构，确保回转部分无过渡磨损，减少磨擦阻力，从而延长过滤装置的使用寿命。

图7自动润滑结构

（2）采用全防护壳体。

避免滤纸在过滤状态时受外界环境干扰，减少人为和环境因素造成的滤纸的损坏，从而提高过滤精度，有效地保证了大流量过滤装置的正常作业。

（3）传动链条自动张紧机构研究。

传动链条采用弹簧预张紧，故在链条长期使用中，不需用户对传动链条进行相关调整，弹簧会根据实际链条松动情况释放预留张紧空间，重新张紧传动链条。

图8自动张紧机构

3．主要研究成果

3.1产品实现

本过滤装置由过滤腔体、滤纸带、减速机、传动机构、走纸发讯机构、无纸报警灯几部分组成。

其主要结构如下所示：

图9过滤腔体

图10走纸传动机构

图11过滤机电气原理图

整机效果图

3.2实际应用

通过这些新技术新工艺的应用，确保了数控机床尤其是各类大型磨床冷却液的冷却液的大流量过滤、占地面积小、滤纸损耗低、精度高的优点。

该立式纸带过滤装置在08年初设计出产品，交付用户使用后，具有现场过滤高效、流量达、滤纸减少使用量1/4倍、冷却液过滤精度高、稳定。

对终端用户来讲，新式立式纸带过滤装置的使用，直接产生了经济效益。

从整体的使用效果来看，立式纸带过滤装置经受了生产实践的考验，完全达到了设计要求，可以满足目前数控机床高速发展的需求，满足用户现场使用的要求。

本过滤装置在大流量过滤、占地面积小、精度高、耗材使用量低等方面具有很高的技术水平，其技术指标和机械性能均达到但今年世界的领先水平。

3.3与现有应用结果比较

随着我国制造工业技术水平的发展，特别是机床行业的发展，数控机床尤其是外圆磨、珩磨机、轧辊磨、强力磨床的发展达到了前所未有的高度，而且同行业之间的竞争也日趋激烈，谁先掌握和使用先进的过滤装置，谁将在机床的加工范围、性能、质量、效率、成本等方面占据优势。

立式纸带过滤装置是集大流量过滤、占地面积小、滤纸损耗低、精度高的优点为一体的高科技产品，在有限的空间内由数控机床统一控制过滤装置的随机床同步运行，将冷却液自动过滤。

具有技术含量高、经济效益显著，该产品目前已被贵州险峰机床厂、上海宁远机床厂等多家公司采用，通过实际运行效果非常好，过滤效率高、精度高，工作平稳。

随着该产品的进一步推广，必将发挥巨大的社会和经济效益，预计每年可生产500台立式纸带过滤装置，替代进口产品达95%以上，节约外汇在3000万以上并实现出口创汇。

4．结论

该项目主要应用于数控机床的自动过滤，也可推广到专机组合机生产线、汽车柔性自动化生产线使用，用自动过滤取代传统的小规模独立过滤，实现产品结构升级，该项目符合国家产业发展政策。

经XX市技术监督局质量监督检验所检测相关技术指标全部达标（详见检测报告），并受到现场检测人员高度评价和用户的好评。

5．工作展望

立式纸带过滤装置经过实践证明，已经达到了预期的目标，取得了一定的成果，并在生产应用中得到了进一步完善。

目前系统还需要深入研究和完善的内容有：

●增加知识积累，完善产品的系列化和标准化，进一步实现数控机床主机和辅机最终生产性能的一致性保障；

●完备产品的工艺方案分析，从而预测产品在生产、使用中的可能变形和故障，进而优化产品性能。