一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置屬于機床刀具設計領域，涉及一種通過刀具刀柄內(nèi)腔流通液氮直至中空刀桿切削刃附近細孔噴出，實現(xiàn)深冷低溫切削的機床刀具刀柄裝置。液氮內(nèi)噴式刀柄裝置由左刀柄外圍組件，右刀柄外圍組件和刀柄組件組成。左、右刀柄外圍組件依次裝配于刀柄外圓面上，由端部螺母鎖緊。裝置中，與液氮接觸的各部件表面做絕熱材料改性處理，降低了部件傳熱能力。該裝置解決了現(xiàn)有外噴式液氮切削液裝置面對復雜結構工件液氮輸送不便的難題，本發(fā)明消除了液氮利用率低的缺陷；解決了普通內(nèi)置式切削液系統(tǒng)實現(xiàn)內(nèi)噴液氮切削液的問題，保證了機床加工難加工材料的加工精度，提高了數(shù)控機床加工范圍。
【專利說明】一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機床刀具設計領域，涉及一種通過刀具刀柄內(nèi)腔流通液氮直至中空刀桿切削刃附近細孔噴出，實現(xiàn)深冷切削的機床刀具刀柄裝置。
【背景技術】
[0002]目前利用數(shù)控機床精密加工難加工材料、復雜結構零件已很普遍，工業(yè)生產(chǎn)中精密加工技術的重要性已日益凸顯。數(shù)控機床作為制造業(yè)的重要裝備，也面臨了新時代的機遇和挑戰(zhàn)。因此提高數(shù)控機床加工精度穩(wěn)定性、加工效率，減少刀具磨損是提高數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量、增強市場競爭力的關鍵所在。而通過控制數(shù)控機床切削區(qū)溫度來提高加工效果的問題成為機床發(fā)展的關鍵。但對于難加工材料的精密切削，普通切削液的降溫方式達不到精密切削的要求。利用低溫下材料物理化學性質(zhì)，通過液氮深冷低溫切削可改善切削區(qū)環(huán)境，提高材料切削性能，達到難加工材料精密切削、延長刀具壽命的目的。
[0003]對于數(shù)控機床切削液系統(tǒng)來說，液氮供液方式從形式上可分為外噴式和內(nèi)噴式兩大類，其中外噴式是當前的主要方式。外噴式液氮供液系統(tǒng)與機床主軸是各自獨立的，在機床切削區(qū)刀具切削同時，外置噴嘴將液氮噴于被切削工件表面。雖然這種方式結構簡單，易于構建，但為了防止噴嘴對切削刃的干涉影響，噴嘴離切削面距離較遠，影響了液氮的冷卻效果和利用率。此外，對于復雜結構工件，分離的噴嘴和刀具不能方便協(xié)同進入內(nèi)部切削區(qū)，噴嘴不能有效供液，也影響了切削效果和液氮利用率，很難達到精密切削和提高刀具利用率的要求。北京金萬眾機械科技有限公司，開發(fā)了包括刀柄本體、連接套筒、軸承和密封圈的外轉(zhuǎn)內(nèi)冷刀柄，并申請了國內(nèi)專利，專利號CN201220515154.0，發(fā)明名稱:“外轉(zhuǎn)內(nèi)冷刀柄”。該裝置能夠克服目前中低端數(shù)控設備不能進行內(nèi)冷卻加工的限制，但是，該裝置只能以常規(guī)切削液作為冷卻液，且密封效果不是很理想，不能夠?qū)崿F(xiàn)液氮冷卻的深冷加工功能，達不到加工難切削材料、保證切削精度、提高刀具壽命的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術問題是克服上述外轉(zhuǎn)內(nèi)冷刀柄的不足，發(fā)明了一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)液氮切削液刀具內(nèi)噴功能，縮小了噴嘴與切削加工區(qū)的距離，提高了加工工件范圍和液氮利用率，實用性強，采用通用數(shù)控機床刀具設計理念，從而保證了刀具裝置在結構和零部件設計上的標準化、通用化，以及后期所開發(fā)系列刀具裝置的系列化。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置，其特征是，刀柄裝置由左刀柄外圍組件I，右刀柄外圍組件II和刀柄組件III組成；其中:
[0006]左刀柄外圍組件I中的軸承1.2、軸承1.3依次由軸承架1.1開放端裝入，最后套入軸承蓋1.4并利用螺釘1.5將其與軸承架1.1固定；將裝好的左刀柄外圍組件I由刀柄組件III中的刀柄3.1右端裝入，并固定于刀柄3.1軸肩處，最后套入軸承壓板1.6并將左刀柄外圍組件I壓緊；[0007]右刀柄外圍組件II中的密封圈左壓板2.1和軸套2.7依次由刀柄3.1右側(cè)裝在其外圓上并固定，同時保證軸套2.7外圓中心上的4個中心孔與刀柄3.1外圓上的相互垂直的兩個通孔a、b相互貫通；將圓周密封圈2.3,2.5，端面密封圈2.2,2.6分別壓入密封圈架2.4的密封圈槽中，并實現(xiàn)密封圈與溝槽的完全接觸；將裝好的密封圈架2.5部件由刀柄
3.1右端裝入到軸套2.7外圓面上；由刀柄3.1的右端依次裝入密封圈右壓板2.8和緊固螺母2.9，旋緊緊固螺母2.9，并具有一定預緊力，將右刀柄外圍組件II固定于刀柄3.1右端外援面上；
[0008]刀柄組件III中，刀柄3.1在右端沿軸心線方向有一細中心孔c與兩細通孔a和b相互貫通，細中心孔右端攻內(nèi)螺紋，細管3.2外螺紋與之相連；用螺栓3.6將刀具支架3.7固定于軸承架1.1和密封圈架2.4的外圓平面上。
[0009]一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置，其特征是，刀柄裝置為降低部件傳熱能力，與液氮接觸的各部件表面做絕熱材料改性處理，即刀柄裝置中的刀柄3.1上具有的相互垂直的三個細通孔a、b、c和細管3.2內(nèi)外表面，以及軸套2.7內(nèi)外表面和刀柄3.1上安裝軸承的軸頸外圓表面都具有一定厚度耐低溫、低導熱系數(shù)的絕熱涂層；軸套2.7具有高硬度的表面；圓周密封圈2.3,2.5和端面密封圈2.2,2.6為耐超低溫密封圈。
[0010]本發(fā)明的有益效果是解決了現(xiàn)有外噴式液氮切削液裝置面對復雜結構工件液氮輸送不便的難題，消除了液氮利用率低的缺陷；解決了普通內(nèi)置式切削液系統(tǒng)實現(xiàn)內(nèi)噴液氮切削液的問題，保證了機床加工難加工材料的加工精度，提高了數(shù)控機床加工范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1一液氮內(nèi)噴刀柄裝置首I]視圖。
[0012]圖2—液氮內(nèi)噴刀柄裝置俯視圖。其中:1.1-軸承架，1.2_軸承，1.3_軸承，
1.4-軸承蓋，1.5-螺釘，1.6-軸承壓板，2.1-密封圈左壓板，2.2-端面密封圈，2.3-圓周密封圈，2.4-密封圈架，2.5-圓周密封圈，2.6-端面密封圈，2.7-軸套，2.8-密封圈右壓板，2.9-緊固螺母，3.1-刀柄，3.2-細管，3.3-彈簧夾頭，3.4-彈簧夾頭螺母，3.5-刀具，
3.6-螺釘，3.7-刀具支架，1-左刀柄外圍組件，2-右刀柄外圍組件，II1-刀柄組件。
[0013]圖3—液氮輸送管路圖。其中:1-杜瓦罐，2-低溫電磁閥，3-低溫流量調(diào)節(jié)閥，4-真空絕熱軟管，5-低溫軟管接頭，6-主軸，7-刀柄，8-刀具。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和技術方案詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】:數(shù)控機床液氮內(nèi)噴式刀柄裝置是在原有傳統(tǒng)刀柄結構的基礎上進行改造，切削液由輸送軟管經(jīng)管接頭進入刀柄內(nèi)孔，經(jīng)細管進入刀具，液氮由刀具切削刃附近細孔噴出。噴嘴與切削面距離可達到Imm以內(nèi)，液氮噴出時大部分還處于液態(tài)，提高了液氮利用率，通過控制液氮流量來控制切削區(qū)瞬間溫度。切削液系統(tǒng)與刀具內(nèi)孔的合并，使得復雜結構工件內(nèi)腔液氮低溫精密切削成為可能。但該裝置中的高速旋轉(zhuǎn)刀柄與靜止的刀柄外設裝置間的協(xié)調(diào)性、動靜密封性及保溫效果對該裝置的可靠運行和切削區(qū)的供液效果有很大的影響。
[0015]圖1刀具安裝如下:將細管3.2有螺紋的一端伸入刀柄3.1右端孔并扭入孔中；將彈簧夾頭3.3裝入彈簧夾頭螺母3.4孔中，合為一體，并將該整體有錐面一側(cè)套入刀柄3.1錐孔中，旋扭彈簧夾頭螺母3.4與刀柄3.1外螺紋扭合固定；將刀具3.5沿彈簧夾頭3.3圓孔插入刀柄3.1中，直到細管3.2外圓肩面，并將細管3.2的細桿插入刀具中心孔中，旋緊旋扭彈簧夾頭螺母3.4，夾緊刀具3.5。
[0016]為了實現(xiàn)液氮內(nèi)噴式刀柄在保證加工精度的前提下，又能夠?qū)η邢鞑牧媳砻鎳娚湟旱禍?，提高工件切削性能，在性能上要求圖1中的密封圈架2.4與刀柄3.1聯(lián)接部位的密封效果達到一定要求，保證最少的液氮泄露量，保證刀具微孔足夠的噴射壓力，保證刀柄上流經(jīng)液氮的零部件表面具有較強的絕熱功能，減輕刀柄其他部位的溫度梯度變化。
[0017]在結構上要求以刀柄軸頸中心連線作為基準，其他如軸承、密封圈架和軸套等都以這一中心線為基準在同一軸線上，確保刀具回轉(zhuǎn)精度，防止刀具徑向跳動，減少加工誤差，采用的實施方法具體步驟如下:
[0018]1、刀柄3.1前后軸頸中心連線作為主軸回轉(zhuǎn)中心線和徑向定位基準線，軸承左側(cè)軸肩面作為軸向定位基準面；
[0019]2、軸承1.2、1.3內(nèi)圓與刀柄3.1軸頸處過渡配合，與軸承架1.1內(nèi)孔圓面過渡配合，實現(xiàn)刀柄3.1軸頸與軸承架1.1的同軸度要求；
[0020]3、密封圈架2.4的軸向位置由刀具支架3.7、密封圈左壓板2.2和端面密封圈2.2確定，并由與密封圈壓板、密封圈內(nèi)、夕卜圓的裝配的關系達到與刀柄3.1裝配軸頸處的同軸度的要求；
[0021]4、利用刀具3.5尾部端面與細管3.2肩部接觸和刀具3.5外圓面與彈簧夾頭3.3內(nèi)孔面的接觸對刀具3.5進行軸向和徑向定位；
[0022]5、為實現(xiàn)刀柄3.1上相互垂直的三個細通孔a、b、c和細管3.2內(nèi)外表面，以及軸套2.7內(nèi)外表面和刀柄3.1上安裝軸承的軸頸外圓表面具有絕熱性能，以上各零件表面需做表面改性處理。
[0023]該裝置操作方式如下:
[0024]1、如圖1、2所示，利用螺釘3.6將刀具支架3.7固定于軸承架1.1和密封圈架2.4上；
[0025]2、如圖1、3所示，將整個刀柄7安裝于主軸錐孔中，并實現(xiàn)夾緊，同時將刀具支架
3.7利用螺栓固定于主軸箱上，將圖3中的低溫絕熱軟管4接頭旋入密封圈架2.4外接錐形圓頭液氮入口中，并擰緊該接頭；
[0026]3、啟動機床，主軸旋轉(zhuǎn)后，除軸承架1.1、軸承外圈、軸承蓋1.4、螺釘1.5、刀具支架3.7、密封圈左壓板2.1、密封圈、密封圈架2.4外，都隨主軸旋轉(zhuǎn)；
[0027]4、液氮由杜瓦罐I出口經(jīng)低溫絕熱軟管4、低溫電磁閥2、低溫流量調(diào)節(jié)閥3后，經(jīng)低溫絕熱軟管4與密封圈架2.4的管接頭進入密封圈架2.4內(nèi)腔，并經(jīng)刀柄3.1內(nèi)孔流入細管3.2，之后流入刀具8內(nèi)孔中，最后由刀具8刀頭附近細孔噴出。
[0028]本發(fā)明提高難切削材料復雜結構工件的切削性能，消除了液氮外噴式切削液系統(tǒng)對于機床切削復雜結構工件的干涉影響，提高了切削精度。采用液氮內(nèi)噴式刀柄裝置，切削冷卻同步性好、液氮利用率高、使用方便、成本低廉。該裝置可以很有效的用于數(shù)控機床主軸切削工作，實現(xiàn)難加工材料典型工件的高效切削加工。
【權利要求】
1.一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置，其特征是，刀柄裝置由左刀柄外圍組件(I)，右刀柄外圍組件(II)和刀柄組件(III)組成；其中: 左刀柄外圍組件(I)中的軸承(1.2)、軸承(1.3)依次由軸承架(1.1)開放端裝入，最后套入軸承蓋(1.4)并利用螺釘(1.5)將其與軸承架(1.1)固定；將裝好的左刀柄外圍組件(I)由刀柄組件(III)中的刀柄(3.1)右端裝入，并固定于刀柄(3.1)軸肩處，最后套入軸承壓板(1.6)并將左刀柄外圍組件(I)壓緊； 右刀柄外圍組件(II)中的密封圈左壓板(2.1)和軸套(2.7)依次由刀柄(3.1)右側(cè)裝在其外圓上并固定，同時保證軸套(2.7)外圓中心上的4個中心孔與刀柄(3.1)外圓上的相互垂直的兩個通孔(a)、(b)相互貫通；將圓周密封圈(2.3)、(2.5)，端面密封圈(2.2)、(2.6)分別壓入密封圈架(2.4)的密封圈槽中，并實現(xiàn)密封圈與溝槽的完全接觸；將裝好的密封圈架(2.5)部件由刀柄(3.1)右端裝入到軸套(2.7)外圓面上；由刀柄(3.1)的右端依次裝入密封圈右壓板(2.8)和緊固螺母(2.9)，旋緊緊固螺母(2.9)，并具有一定預緊力，將右刀柄外圍組件(II)固定于刀柄(3.1)右端外援面上； 刀柄組件(III)中，刀柄(3.1)在右端沿軸心線方向有一細中心孔(c)與兩細通孔(a)和(b)相互貫通，細中心孔右端攻內(nèi)螺紋，細管(3.2)外螺紋與之相連；用螺栓(3.6)將刀具支架(3.7)固定于軸承架(1.1)和密封圈架(2.4)的外圓平面上。
2.依據(jù)權利要求1所述的一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置，其特征是，刀柄裝置為降低部件傳熱能力，與液氮接觸的各部件表面做絕熱材料改性處理，即刀柄裝置中的刀柄(3.1)上具有的相互垂直的三個細通孔(a)、(b)、(c)和細管(3.2)內(nèi)外表面，以及軸套(2.7)內(nèi)外表面和刀柄(3.1) 上安裝軸承的軸頸外圓表面都具有一定厚度耐低溫、低導熱系數(shù)的絕熱涂層；軸套(2.7)具有高硬度的表面；圓周密封圈(2.3)、(2.5)和端面密封圈(2.2)、(2.6)為耐超低溫密封圈。
【文檔編號】B23Q3/12GK104015079SQ201410228633
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權日:2014年5月27日
【發(fā)明者】王永青, 王鳳彪, 張金豹, 劉海波, 李泳臻, 侯博, 張余升, 任斐, 郭東明, 康仁科 申請人:大連理工大學