目前，在机加工生产线采用切削液集中过滤的方式成为发展的主流，不仅满足批量集中生产线的要求，而且具有可统一切削液型号、浓度和过滤精度，改善现场工作环境，有利于延长切削液的寿命，降低成本，减少废液排放等诸多优点。

机加工一般分干式加工和湿式加工，虽然近年来干式加工和准干式加工（微量润滑切削和低温切削）有少量应用，但湿式加工仍是主流加工技术。湿式加工中切削液起到冷却、润滑、冲屑及防锈等作用，是机加工中最重要的辅助材料。随着机加工行业工艺技术水平的提高，传统的每台机床配备一个切削液处理系统的单机式过滤方案，逐渐满足不了目前批量集中生产线的过滤要求，集中冷却过滤与单机冷却过滤的优缺点对比如表所示。

金属加工液按化学组成分为油性（切削油、磨削油）和水溶性切削液两大类，其中水溶性切削液又可分为乳化液、半合成切削液和合成切削液。水溶性切削液一般由基础油和各类添加剂组成，油基切削油因其润滑性较好而散热性能较差，一般用于切削速度低于30 m/min的加工；而水溶性切削液的性能较平均，几乎适用于所有轻、中等负荷的切削加工及大部分重负荷加工，水基全合成切削液适用于大部分轻、中等负荷磨削加工。水溶性切削液的大量使用，推动了集中过滤系统的发展和应用。

目前，集中冷却过滤系统的主流过滤形式主要分为重力过滤、真空负压过滤和加压过滤三种，重力过滤主要在单机过滤系统中应用较多，真空负压过滤是目前集中过滤的主流，加压过滤则应用较少，奇瑞汽车新建发动机工厂选用的是真空负压过滤系统。

主体结构及供回液方案布置

集中冷却过滤系统主体的排布形式有两种：一种是主体结构位于地下（见图1），就是从厂房地面向下挖槽，主体液箱位于地下，这种结构的优点是不占用厂房空间，并且采用管道供液，地沟进行回液，投入较少，缺点是在厂房设计及生产线排布时，要进行统一规划，并与地面浇注时统一施工，不利于后期拓展；另一种是主体结构位于地上，和机床一样摆放于生产线上，采用上供上回式的供回液方式（见图2），这种布置方式最大的优点是所有设备全部布置在地面以上，没有地沟、地坑之类的特构，厂房形式简单、设备布置灵活；缺点是一台设备配备一套回液装置，需要增加一组泵将污液输送至过滤器，不论是采用重力回液还是压力回液，动能成本都会增加。

过滤方式的选择

在金属加工过程中，由于切削产生混入细切屑、磨屑、砂轮末、灰尘和污油等杂质，严重影响工件表面粗糙度，降低刀具和砂轮的使用寿命，并使机床和循环泵的磨损加快。此外，由于机床自动润滑导致润滑油聚集在切削液中，使切削液的外来油含量越集越高，外来油将消耗切削液中的乳化剂，改变切削液的质量，导致冷却性能下降和使用周期缩短。所以在使用切削液时，必须随时清除杂质和浮油，才能保证切削液循环使用的质量。

过滤系统形式主要分粗过滤和精过滤，粗过滤通常采用重力沉降来实现，沉降池的布置目前有两种形式：一种是独立设置沉降池，沉降池拥有单独的刮屑链，此方式沉降效果好，但投资和占地面积相对要高；另一种是沉降与过滤在同一个箱体中，靠箱体中间隔板将切削液阻挡在一边沉降，此投资和占地较少，目前业内应用普及，但相关沉降效果较差。精过滤的解决方案非常多，真空负压纸带过滤、反冲式滤芯过滤及吸附层预涂过滤等都是使用较广泛的过滤方案。

过滤介质选择：介质过滤就是以多孔性物质作过滤介质，将切（磨）削液中磨屑、切屑、砂轮末和其他杂质污物分离出来。过滤介质有两种：经久耐用的循环式过滤装置，如钢丝、不锈钢丝等编织的网，尼龙合成纤维编织的平纹或斜纹的滤布。这些过滤介质，在筛孔堵塞时均能清洗，其过滤精度取决于筛孔直径的大小，在形成滤饼后（堆积一定量切屑），其过滤精度会更高。其他过滤介质如油毛毡、玻璃纤维结合的压缩材料，其过滤精度可达数微米。一次性的过滤装置，即用后就报废的过滤介质，有纸带过滤、毛毡或纱布等，其过滤精度可达20～5umm左右；其他还有硅藻土、纤维素等预涂过滤介质，其过滤精度可达5～1umm，但预涂过滤介质可能会把颗粒度较大的切削液添加剂过滤掉，影响切削液质量和使用效果。

图3   制冷热交换器

重要过滤参数与精度要求

系统过滤面积的大小和过滤速度的快慢，直接影响过滤精度和系统运行的稳定性，同时将决定系统切削液的循环周期，也可以通过循环周期来确定过滤面积和过滤速度。综合其他工厂使用经验，切削液的循环周期控制在5～7次/h比较合适。

对于系统过滤精度，机加工根据加工冷却方式分内冷和外冷两种过滤精度，实际现场使用时，微小颗粒含量也直接影响机加工的质量。微小颗粒含量过高会影响加工表面粗糙度，长时间使用还会堵塞内冷刀具的出水孔。我们集中冷却过滤系统的规划过滤精度如下：

内冷过滤精度30～50 mm，其中30～50 mm铁/铝屑去除率99%，≥30 mm铁/铝屑去除率＞98%，≥30 mm铁/铝屑颗粒度含量＜50～80 mg/L；

外冷过滤精度80～100 mm，其中≥100 mm铁/铝屑去除率99%，80～100 mm铁/铝屑去除率＞98%，≥50 mm铁/铝屑颗粒度含量＜100～150 mg/L；

正常使用的切削液污油含量＜2%。

冷却系统温度控制

切削液温升来源于切削过程生热、供/回液泵及其他发热源。切削液温度升高会导致加工工件变形，加工精度下降，切削液消耗量增加，还会加速切削液的腐败过程等一系列问题。机加工对切削液温度控制要求在（23±2）℃，因此要对切削液进行冷却处理，制冷通过厂房统一提供冷冻水（入口温度10℃，出口温度15℃，固定的压力和流量）进行冷却交换，制冷热交换器如图3所示。为了保持正常的工作温度，非恒温厂房内还需要对切削液进行加热，加热的方式主要有蒸汽加热和电加热两种，并配合系统循环提高切削液温度。电加热管加热，加热的效果要比使用蒸气好，但是能耗较高。

电气系统

集中冷却过滤系统采用三相五线制、AC380V、50 Hz供电模式，而控制系统采用西门子PLC，整体电控柜防护等级IP54。在电动机的控制上，集中冷却过滤系统要求使用变频器，虽然在价格上软启动器更占优势，但是集中冷却过滤系统一般采用恒压供液。软启动器应对供液压力变化时的调整较为粗暴，每一次启动都考验着整个系统的承压能力。考虑到变频器较高的成本，现在较多使用1个变频器和多个软启动器组合控制，取得了成本和功能的统一。

在集中冷却过滤系统中，除泵组控制外，有两处电气组件需要注意：一是各种阀门开闭信号的采集和反馈；二是泡沫高度的采集和反馈，这两个数据和液位高度传感器共同构成防泄漏和报警体系，对系统闲置和运行状态下的意外泄漏起到预警。

结语

冷却过滤系统作为机加工生产线非常重要的模块之一，不仅能改善工厂现场的工作环境，还可以有效降低加工制造成本，因此有必要对其进行深入研究和探讨。本文仅对集中过滤系统规划设计做简略探讨，对过滤方式、过滤介质和过滤参数确定进行分析，同时结合我司长期使用经验，将先进的集中过滤系统规划理念进行推广。