背景技術：

心軸組件可以被組裝在諸如車床、銑床、鉆床等的加工裝置上。例如，心軸組件可以被組裝在加工裝置的工具保持器的錐形插槽處，并且可以使用通過主心軸提供的高壓流體。這種心軸組件可以提供高旋轉(zhuǎn)速度。到目前為止，這種高速心軸的利用由于阻礙其廣泛的商業(yè)應用的技術問題而受到限制。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供心軸組件，該心軸組件被構(gòu)造成組裝在加工裝置中，該心軸組件具有后端和前端，其中，前端靠近心軸組件的工具夾持系統(tǒng)，而后端與工具夾持系統(tǒng)相對，該組件可以包括：旋轉(zhuǎn)軸；軸承組件，該軸承組件包括前端軸承組件和后端軸承組件，被構(gòu)造成在心軸組件內(nèi)支撐旋轉(zhuǎn)軸并且使得旋轉(zhuǎn)軸能夠高速旋轉(zhuǎn)；在前端軸承組件和后端軸承組件之間放置在前端軸承組件的前面并與旋轉(zhuǎn)軸操作地連接的渦輪，該渦輪被構(gòu)造成使旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；機械地支撐心軸組件的部件的中空殼體，該中空殼體可以包括允許由加工裝置提供的高壓流體流動的多個通道；以及位于中空殼體的前面的前蓋，該前蓋可以包括：第一組通道，該第一組通道流體地連接至中空殼體的多個通道，以允許高壓流體從中空殼體的通道流向渦輪的葉片并且使渦輪旋轉(zhuǎn)；中空空間，該中空空間基本上位于前蓋的中心處以為渦輪的葉片提供自由空間；開口，該開口位于前蓋的前端處以允許低壓流體從中空空間流出心軸組件；第二組通道，該第二組通道在渦輪的葉片和前端軸承組件之間從葉片的后面延伸至前蓋的前端以允許收集在撞擊渦輪的葉片之后流向心軸組件的后端的流體，并且引導這些流體朝向前蓋的前端并離開心軸組件；

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，心軸組件可以被構(gòu)造成組裝在工具保持器的內(nèi)錐形插槽處，并且至少后端軸承組件可以被放置在心軸組件的一部分中，該部分被構(gòu)造成位于由工具保持器的錐形插槽和前端夾持螺母限定的空間內(nèi)。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，殼體可以包括被構(gòu)造成組裝至加工裝置上的后部。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，前蓋的中空空間可以包括后部和前部，其中，中空空間的后部可以被構(gòu)造成為渦輪葉片提供自由空間，中空空間的后部的直徑大于渦輪的直徑，并且其中，中空空間的前部在渦輪的前面延伸并且具有比中空空間的后部的直徑更大的直徑，以允許在撞擊渦輪的葉片之后收集流體。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，前蓋可以包括能調(diào)節(jié)噴灑器，該噴灑器被組裝在第二組通道處并且被構(gòu)造成能夠調(diào)節(jié)引導從心軸組件排出的低壓流體。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，第一組通道中的每個通道可以包括錐形部分，其中，錐形部分的窄端面向渦輪的葉片。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，第一組通道的朝向渦輪的葉片的開口是橢圓形的。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，葉片的壓力表面在徑向方向上成凹形。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，葉片的壓力表面包括在葉片的后端處的靠近葉片與渦輪的基部的連接處的凹形部分，以及在葉片的前端處的與渦輪的基部的連接處有一定距離的基本上筆直部分，并且其中，第一組通道被構(gòu)造成朝向凹形部分和筆直部分的連接線注射高壓流體。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，渦輪可以包括基部，葉片在葉片的后端處附接至基部，并且第二組通道的開口可以面向基部。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可以在渦輪的葉片的內(nèi)側(cè)和旋轉(zhuǎn)軸之間設置有間隙。

附圖說明

在說明書的結(jié)論部分中特別指出并清楚要求保護被認為是本發(fā)明的主題。然而，關于操作的組織和方法以及其目的、特征和優(yōu)點，當與附圖一起閱讀時，可以參考以下詳細描述而最好地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例性心軸組件的示意性截面圖；

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例性心軸組件的中空殼體的正視圖；

圖2b是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的殼體沿bb平面的示意性截面圖；

圖3a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例性心軸組件的前蓋的正視圖；

圖3b是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的前蓋沿dd平面的示意性截面圖；

圖3c是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例性心軸組件的前蓋的側(cè)視圖；

圖3d是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的前蓋沿jj平面的示意性截面圖；

圖3e是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖3d的前蓋的示意性截面圖的圓圈區(qū)域k的放大圖；

圖4a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例性心軸組件的渦輪的3d圖；

圖4b是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的渦輪的正視圖；

圖4c是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的渦輪沿aa平面的示意性截面圖；

圖4d是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖4b的渦輪的示意性截面圖的圓圈區(qū)域b的放大圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件的示意性局部等距截面圖；

圖6a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的渦輪和旋轉(zhuǎn)軸的3d圖；

圖6b是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的渦輪和旋轉(zhuǎn)軸的正視圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例性心軸組件的示意性截面圖，其被組裝在工具保持器上并且由前夾持螺母固定；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的帶有能調(diào)節(jié)噴灑器的心軸組件的示意性截面圖；

圖9a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖8的心軸組件的前蓋的3d圖；

圖9b是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖9a的前蓋的正視圖；

圖9c是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖9a的前蓋沿dd平面的示意性截面圖；

圖9d是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖9c的前蓋的示意性截面圖的圓圈區(qū)域j的放大圖；

圖10a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖8的心軸組件的渦輪的3d圖；

圖10b是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖8的心軸組件的渦輪的正視圖；

圖10c是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖8的沿cc子午平面的心軸組件的渦輪的示意性截面圖。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖8的心軸組件的3d圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的內(nèi)置心軸組件的示意性截面圖；以及

圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖12的內(nèi)置心軸組件的示意性局部等距截面圖。

應當理解，為了說明的簡單和清楚，附圖中所示的元件不一定按比例繪制。例如，為了清楚起見，一些元件的尺寸可以相對于其他元件被放大。此外，在認為適當?shù)那闆r下，附圖標記可以在圖中重復以指示相應的或類似的元件。

具體實施方式

在下面的詳細描述中，闡述了許多具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，本領域技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其他情況下，未詳細描述已知的方法、過程和組件，以免模糊本發(fā)明。

盡管本發(fā)明的實施方式在這方面不受限制，但是本文使用的術語“許多”和“多個”可以包括例如“很多”或“兩個或更多個”。術語“許多”或“多個”可以在整個說明書中使用以描述兩個或更多個部件、裝置、元件、單元、參數(shù)等。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，心軸組件可以被構(gòu)造成組裝在加工裝置的主心軸的工具保持器的內(nèi)錐形插槽處。貫穿本申請，術語“主心軸”可以指與加工裝置成一體的心軸。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件可以代替工具被安裝在加工裝置的主心軸的工具保持器處。根據(jù)一些實施方式，心軸組件的殼體可以包括被構(gòu)造成組裝至加工裝置上的后部，消除了使用單獨的工具保持器的需要。

心軸組件被設計成使得當心軸組件被安裝在工具保持器上時，心軸組件可以被設置在或位于由工具保持器的錐形插槽和前夾持螺母限定的空間中。心軸組件可以沿心軸組件的縱向尺寸被劃分為第一部分和第二部分。例如，當心軸組件被安裝在工具保持器上時，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件的縱向尺寸的至少一半可以被設置在或位于由工具保持器的錐形插槽和前端夾持螺母限定的空間中。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，心軸組件的第一部分至少包括心軸的后端軸承組件。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件的主要部件可以包括殼體和前蓋、被構(gòu)造成圍繞旋轉(zhuǎn)軸線r在殼體和工具保持器內(nèi)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸、被構(gòu)造成在心軸組件內(nèi)在徑向和軸向上支撐旋轉(zhuǎn)軸并且使得旋轉(zhuǎn)軸能夠高速旋轉(zhuǎn)的軸承組件以及被放置在與旋轉(zhuǎn)軸操作地連接的前端軸承組件的前面的渦輪。渦輪可以被構(gòu)造成響應于流體(諸如由加工裝置通過心軸組件供應的高壓冷卻劑流體)的流動來旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸。殼體和前蓋可以包括多個通道，該多個通道被構(gòu)造成允許高壓冷卻劑流體從加工裝置流過心軸組件以驅(qū)動渦輪。至少一個軸承(例如，心軸的后端軸承組件)位于或被設置在錐形腔中，該錐形腔是由工具保持器的插槽和前夾持螺母限定的空間。工具保持器的插槽可以是具有錐形形狀的漸縮的。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸可以達到例如40krpm的旋轉(zhuǎn)速度，具有0.2nm的力矩。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸可以達到更高或更低的旋轉(zhuǎn)速度以及其他大小的力矩。應當注意，當與根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的心軸一起工作時，加工裝置的主心軸通常不旋轉(zhuǎn)。這可以消除由于工具保持器和心軸中的公差的累積效應而導致的公差誤差的疊加，并且提高了心軸性能的總體精度。然而，本發(fā)明的實施方式不限于此；因此，根據(jù)一些實施方式，加工裝置的主心軸可以與心軸一起旋轉(zhuǎn)，從而達到高工作速度，其是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸和主心軸的特定旋轉(zhuǎn)速度的代數(shù)和。

旋轉(zhuǎn)軸線r可以是位于心軸組件和工具保持器的中心的縱向軸線。貫穿本申請使用的描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸中的元件的位置的術語是沿旋轉(zhuǎn)軸線r的相對于根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件的工具夾持系統(tǒng)的。向前或前方向指的是工具夾持系統(tǒng)的方向，或者可能具有接近該工具夾持系統(tǒng)的含義。類似地，相反的向后方向指的是相反的方向，心軸的與工具夾持系統(tǒng)相對的端部，或者可能具有接近與工具夾持系統(tǒng)相對的端部的含義。類似地，術語“在前方”或“在前面”可能涉及沿旋轉(zhuǎn)軸線r相對于另一元件更靠近工具夾持系統(tǒng)放置的元件，并且術語“在后方”可能涉及沿旋轉(zhuǎn)軸線r相對于另一元件更遠離工具夾持系統(tǒng)放置的元件。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，工具保持器可以是諸如bt30、bt40、bt50、cat40、cat50、hsk-a、hsk-e、hsk-f、iso26623等的標準工具保持器，或?qū)Ｓ霉ぞ弑３制?。工具保持器的后錐形端可以使得能夠牢固地安裝在諸如車床、銑床、鉆床等的加工裝置(未示出)上。工具保持器的內(nèi)錐形插槽可以符合并遵守涉及將心軸附接至旋轉(zhuǎn)工具保持器上的任何已知的相關標準。例如，工具保持器的內(nèi)錐形插槽可以符合er40或er32、tg100、sc、r8、mt2夾頭標準。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，心軸的渦輪可以操作地與旋轉(zhuǎn)軸連接。渦輪可以使用任何合適的技術(諸如螺紋連接、膠合等)安裝在旋轉(zhuǎn)軸上?；蛘?，渦輪和軸可以一體設置。渦輪可以是沖擊式渦輪、反動式渦輪或其任意組合。渦輪可以在前端軸承和工具夾持系統(tǒng)之間位于軸的前端。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，軸承組件可以包括前端軸承組件和后端軸承組件。前端軸承組件和后端軸承組件中的每一個都可以包括一個或多個軸承。軸承組件可以包括支撐徑向和軸向載荷的任何類型的軸承。軸承組件的公差范圍可以從低精度(諸如abec標度的abec1級或iso492標準的標準級6x)直至高精度(諸如abec標度的abec9p級或iso492標準的正常2級)。例如，軸承組件可以包括球軸承，諸如深溝球軸承、角接觸球軸承、四點接觸球軸承、陶瓷軸承或磁軸承?？梢愿鶕?jù)具體設計要求使用帶卡環(huán)槽的軸承、接觸密封型、非接觸密封型、屏蔽型或開口型軸承。

前端軸承組件和后端軸承組件可以以背靠背(btb)、面對面(ftf)或串聯(lián)構(gòu)造被安裝。

軸承預載可以通過任何合適的預載技術來實現(xiàn)。預載旨在通過施加負載來消除軸向和徑向兩個方向上的間隙以推動軸承，使得軸承被固定至軸承軌道。例如，前端軸承和后端軸承可以使用恒壓技術進行預載。例如，可以使用彈簧來實現(xiàn)軸承預載，該彈簧抵靠剛性止動器元件(諸如預載螺釘、螺絲帽、渦輪等)向前端軸承組件和后端軸承組件施加一致的(恒定的)壓力?？梢允褂萌魏晤愋偷暮线m的彈簧(諸如o形環(huán)、螺旋彈簧、碟形彈簧、波形彈簧和/或指狀彈簧)用于預載前端軸承組件和后端軸承組件。根據(jù)前端軸承組件和后端軸承組件的構(gòu)造，可以將預載施加在前端軸承組件和后端軸承組件的內(nèi)軌道或外軌道上?；蛘?，也可以使用定位預載。定位預載可以通過在軸向負載下將前端軸承和后端軸承機械鎖定就位來實現(xiàn)。

高壓流體可以是由工具保持器附接至的加工裝置供應的任何流體，諸如冷卻劑流體。通常，冷卻劑流體是約95％的水和5％的油的乳液。高壓冷卻劑流體通常由加工裝置在12巴的壓力下供應，并且可以達到由加工裝置供應的90巴或更高。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在被用于驅(qū)動渦輪之后，應當特別注意流體排出。例如，流體排出可以包括被設置在心軸組件的前端處的開口，開口允許流體從心軸流走。另外，可以提供第二組通道，其從渦輪的后面延伸至心軸組件的前端，以允許收集在撞擊渦輪的葉片之后流向心軸組件的后端的流體，并且引導這些流體離開心軸組件。另外，為渦輪葉片提供自由空間的中空空間可以在渦輪的前面在直徑上延伸，以允許在撞擊渦輪的葉片之后收集流體。

本發(fā)明的實施方式不限于特定的工具夾持系統(tǒng)或特定的工具。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，任何合適的工具(諸如任何切割工具、研磨工具、珩磨工具等)都可以被安裝在心軸組件上。另外，可以使用任何合適的工具夾持系統(tǒng)和技術，諸如夾持夾頭、熱收縮夾持、彈性變形夾持、液壓或鎳鈦(鎳鈦諾)形狀記憶合金(niti)夾持等。類似地，本發(fā)明的實施方式不限于用于在組裝和拆卸工具期間防止心軸軸轉(zhuǎn)動的任何特定的轉(zhuǎn)子保持方法。例如，在心軸中可以包括用于轉(zhuǎn)子保持的準備措施，諸如兩個平坦區(qū)域(適用于平鍵)、多個孔、六個平坦區(qū)域、特殊槽等。如本文所使用的，轉(zhuǎn)子可以指心軸的旋轉(zhuǎn)部件，諸如軸和附接至軸的部件。

本發(fā)明的實施方式可以包括用于測量軸的旋轉(zhuǎn)速度的手段?？梢允褂萌魏魏线m的旋轉(zhuǎn)速度測量方法和技術。例如，可以將磁體安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，并且可以使用包括霍爾效應傳感器的旋轉(zhuǎn)速度測量系統(tǒng)來進行旋轉(zhuǎn)速度測量。

現(xiàn)在將通過示例性設計來說明本發(fā)明的實施方式。應當注意，本發(fā)明不限于所示的具體實例，并且本文所描述的原理的實現(xiàn)可以根據(jù)特定設計要求的需要而改變。

參考圖1，其是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例性心軸組件100的示意性截面圖。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，心軸組件100可以被構(gòu)造成組裝在工具保持器(例如，圖7中的工具保持器700)的內(nèi)錐形插槽(例如，圖7中的插槽710)處。諸如工具保持器700的工具保持器根據(jù)標準制造并且廣泛普及。因此，許多已經(jīng)擁有工具保持器的用戶可能僅必須購買可以適合于現(xiàn)有工具保持器的心軸組件100。

后端和前端被限定為用于心軸組件100，其中前端靠近心軸組件100的工具夾持系統(tǒng)120，而后端與工具夾持系統(tǒng)120相對。心軸組件100可以包括旋轉(zhuǎn)軸110、軸承組件103、105、渦輪107、中空殼體101和前蓋102。心軸組件100的后端可以包括后蓋117和螺栓108，而前端可以包括前螺母106。應當注意，本發(fā)明的實施方式不限于特定的工具夾持布置和方法，并且可以使用任何合適的工具夾持布置和技術，諸如收縮、液壓或形狀記憶允許單元。

旋轉(zhuǎn)軸110可以被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線r上在中空殼體101和工具保持器內(nèi)旋轉(zhuǎn)。軸承組件103、105可以包括前端軸承組件105和后端軸承組件103，前端軸承組件和后端軸承組件被構(gòu)造成在殼體101和工具保持器700(圖7中所描繪的)內(nèi)在徑向和軸向上支撐旋轉(zhuǎn)軸110并且使得旋轉(zhuǎn)軸110能夠在工具保持器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，至少后端軸承組件103可以被設置在心軸組件100的一部分中，該部分被構(gòu)造成位于由工具保持器700的錐形插槽710和前端夾持螺母720限定的空間內(nèi)。

渦輪107可以被放置在前端軸承組件105的前面，并且可以與旋轉(zhuǎn)軸110操作地連接，以便使旋轉(zhuǎn)軸110旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，不希望使來自加工裝置的流體到達后端和前端軸承組件103、105。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使少量的這些流體到達軸承，后端和前端軸承組件103、105的使用壽命也會被縮短。將渦輪107放置在前端軸承組件105的前面使得能夠設計出基本上防止任何機器流體流入軸承內(nèi)地有效的流體排出系統(tǒng)。這里將詳細描述流體排出系統(tǒng)。

前端軸承組件105和后端軸承組件103可以分別包括一個或多個軸承。軸承可以包括角接觸球軸承或其他合適類型的軸承。前端軸承105和后端軸承103可以以背靠背(btb)構(gòu)造或者可選地以面對面(ftf)或串聯(lián)構(gòu)造安裝，如在本領域中已知的。前端軸承105和后端軸承103相對于彼此的安裝的具體類型可以選擇成滿足特定的設計要求。

前端軸承105和后端軸承103可以通過使用恒定壓力技術來預載，例如，后蓋117和螺栓108可以抵靠前螺母106經(jīng)由波形彈簧109向前端軸承105和后端軸承103施加一致的壓力?？梢允褂闷渌愋偷膹椈?諸如螺旋彈簧、碟形彈簧，o形環(huán)和指狀彈簧)用于預載前端軸承105和后端軸承103。

前蓋102可以位于中空殼體101的前面，并且可以通過任何適用的裝置(例如，使用被插入到匹配孔122、121中的螺釘或銷)連接至中空殼體101。應當注意，主要由于加工過程的制造考慮，中空殼體101和前蓋102在本文中被描述為兩個分開的部件。然而，本發(fā)明的實施方式在這方面是不受限制的。中空殼體101和前蓋102可以被制造為單個部件，例如使用模制技術或三維(3d)打印。下面將詳細討論前蓋102。

現(xiàn)在參考圖2a和圖2b，圖2a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件100的中空殼體101的正視圖，圖2b是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的中空殼體101沿bb平面的示意性截面圖。

中空殼體101可以機械地支撐心軸組件100的部件。中空殼體101可以包括多個內(nèi)部通道111，以允許高壓流體從工具保持器朝向前蓋102處的通道301流動。在圖2a所描繪的實例中具有三個內(nèi)部通道111。本發(fā)明的實施方式不限于特定數(shù)量的通道111，并且通道的數(shù)量可以變化以適合設計考慮。

現(xiàn)在參考圖3a、圖3b、圖3c、圖3d和圖3e，圖3a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件100的前蓋102的正視圖，圖3b是前蓋102沿dd平面的示意性截面圖，圖3c是前蓋102的側(cè)視圖，圖3d是前蓋102沿jj平面的示意性截面圖，圖3e是圖3d的前蓋的示意性截面圖的圓圈區(qū)域k的放大圖。

前蓋102可以包括多個高壓通道301，高壓通道流體地連接至中空殼體101的多個內(nèi)部通道111，以允許高壓流體從中空殼體101的內(nèi)部通道111流向渦輪107的葉片400(圖4中所描繪的)并且使渦輪107旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，高壓通道301可以包括錐形部分302，其中錐形部分302的窄端303面向渦輪107。窄端303的直徑可以被調(diào)節(jié)以控制流體流的速度和壓力，窄端的直徑與其他參數(shù)(諸如渦輪107的尺寸)一起可以控制旋轉(zhuǎn)的速度和力矩。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，朝向渦輪107的葉片400的第一組通道301的開口304是橢圓形的。本發(fā)明的實施方式不限于特定數(shù)量和構(gòu)造的高壓通道301，然而其數(shù)量應當?shù)扔谥锌諝んw101的內(nèi)部通道111的數(shù)量，并且它們的位置應當對應于中空殼體101的內(nèi)部通道111的位置，使得它們將流體連接或形成單個通道?？梢允褂每梢允垢邏毫黧w能夠以足夠的速度和壓力到達渦輪107并且使渦輪107以期望的速度和力矩以適當?shù)慕嵌刃D(zhuǎn)的任何通道設計。例如，通道301的流體注入開口304可以是水平的，即平行于jj平面，或者可以相對于jj平面和渦輪107的葉片400以一定角度設置。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，可以從前蓋102的外周緣鉆出水平截面的通道301。因此，可以通過任何可適用的方式(例如，使用螺栓或螺釘)在前蓋102的外周緣處密封通道301。

中空空間310、311可以基本上位于前蓋102的中心處。中空空間可以具有后部310，以為渦輪葉片400提供空間。因此，中空空間的后部310的直徑可以充分地大于渦輪葉片400的直徑，以允許渦輪葉片400在中空空間的后部310內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。中空空間可以朝向前蓋102的前端330延伸到前部311中。前部311可以基本上位于渦輪107的前面。前部311可以具有比中空空間的后部310的直徑更大的直徑，以允許在撞擊渦輪107的葉片400之后收集流體。流體在撞擊渦輪107的葉片400之后的壓力可能比在撞擊葉片400之前低得多，因此，在本文中，流體在撞擊渦輪107的葉片400之后可以被稱為低壓流體。

前蓋102可以包括流體排出系統(tǒng)，該流體排出系統(tǒng)包括前開口312和后排出通道320。開口312可以位于前蓋102的前端330處，以允許低壓流體從中空空間的前部311流出心軸組件100。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，開口312可以允許流體朝向安裝在心軸組件100上的工具的工作點流動?？梢栽陂_口312處設置噴嘴或噴灑器，以引導至少一些流體朝向工具的工作點離開渦輪區(qū)域，從而冷卻并且從工作點清除碎屑。開口312可以朝向工作點指向一角度。工具的工作點可以是工具與工件接觸的點或區(qū)域。

本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，前開口312可能不足以排出全部流體。發(fā)明人已經(jīng)注意到，一些流體在撞擊渦輪107的葉片400之后流向心軸組件100的后端。向后流動的流體可能進入前端軸承組件105和后端軸承組件103并且對這些軸承造成損壞。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，前蓋102可以包括后排出通道320，該后排出通道從渦輪107的后面延伸至前蓋102的前端330，以允許收集在撞擊渦輪107的葉片400之后流向心軸組件100的后端的低壓流體，并且將這些流體引向前蓋102的前端330并離開心軸組件100。

例如，后排出通道320可以沿前蓋102的后端331從前蓋102的位于渦輪107的基部430附近的內(nèi)徑340朝向后端331的中圓(mid-circle)341延伸，并且從那里處于從前蓋102的后端331到前端330的基本上狹窄通路處。

參考圖4a、圖4b、圖4c和圖4d，圖4a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件100的渦輪107的3d圖，圖4b是渦輪107的正視圖，圖4c是渦輪107沿aa子午平面的示意性截面圖；圖4d是圖4b的渦輪的示意性截面圖的圓圈區(qū)域b的放大圖。渦輪107具有8個葉片400。渦輪107的葉片400可以是豎直的，即平行于aa子午平面。因此，如果通道301的流體注入開口304是水平的，則流體可以以最大功率以直角撞擊葉片400以使渦輪107旋轉(zhuǎn)。在撞擊渦輪107的葉片400之后，流體可以擴散到前蓋102的中空空間310、311內(nèi)的所有方向，并且通過前蓋102的排出系統(tǒng)從心軸組件100中排出。應當注意，本發(fā)明的實施方式不限于與通道301組合的渦輪107的具體設計。例如，可以使用其他數(shù)量的葉片400和/或通道301。附加地或替代地，葉片400可以相對于aa平面具有角度，和/或通道301可以相對于jj平面具有角度。葉片400可以被組裝在基部430上，該基部的外周緣對應于前蓋102的后端331的內(nèi)周緣，使得當心軸組件100被組裝時，基部430可以裝配到前蓋102的后端331中，并且通道320的開口可以在葉片400和前端軸承組件105之間面向基部430，以收集流向心軸組件100的后端的流體。

現(xiàn)在參考圖5，該圖是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件100的示意性局部等距截面圖。該圖提供了心軸組件100的各部件的相對位置的清楚呈現(xiàn)。在該圖中，呈現(xiàn)了本發(fā)明的實施方式的另一特征。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可以在渦輪107的葉片400的內(nèi)側(cè)和旋轉(zhuǎn)軸110之間設置間隙500。對于被設計用于標準工具保持器(諸如bt40或hsk40)的心軸組件，間隙500可以在1mm或更小的范圍內(nèi)。間隙500可以向朝向心軸組件100的中心擴散的流體提供路徑，因此可以幫助排出流體并且使得渦輪107能夠平滑旋轉(zhuǎn)。然而，間隙500可以減小渦輪107的力矩，因此，可以消除間隙500。

參考圖6a，該圖是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的渦輪107和旋轉(zhuǎn)軸110的示意性局部等距截面圖，再次呈現(xiàn)了在渦輪107的葉片400和旋轉(zhuǎn)軸110之間形成的間隙500。旋轉(zhuǎn)軸110可以與渦輪107操作地連接，使得渦輪107的旋轉(zhuǎn)可以使旋轉(zhuǎn)軸110旋轉(zhuǎn)。例如，渦輪107可以通過螺紋連接、膠合、焊接或任何其他可適用的方法機械地連接至旋轉(zhuǎn)軸110，或者渦輪107和旋轉(zhuǎn)軸110可以使用任何可適用的制造方法(例如使用模制技術或3d打印)被一體制造。

參考圖7，該圖是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例性心軸組件100的示意性截面圖，該心軸組件被組裝在工具保持器700上并且由前夾持螺母720固定。

心軸組件100可以沿心軸組件100的縱向尺寸被劃分為具有表示為l1的縱向尺寸的第一部分710和具有表示為l2的縱向尺寸的第二部分720。心軸組件100被設計成使得當心軸組件100被安裝在工具保持器700上時，心軸組件100的第一部分被設置在或位于由工具保持器700的錐形插槽710和前夾持螺母720限定的空間中。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，心軸組件100的第一部分可以至少包括后端軸承103。因此，至少后端軸承103可以被設置在錐形腔中，該錐形腔是由工具保持器700的錐形插槽710的內(nèi)表面和前夾持螺母720限定的空間。

參考圖8，該圖是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的帶有能調(diào)節(jié)噴灑器816的心軸組件800的示意性截面圖。與心軸組件100的相應元件相同的心軸組件800的部件被賦予相同的附圖標記，并且參考心軸組件100給出的這些元件的描述也與心軸組件800相關。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，心軸組件800可以被構(gòu)造成組裝在工具保持器(例如，圖7中的工具保持器700)的內(nèi)錐形插槽(例如，圖7中的插槽710)處。后端和前端被限定為用于心軸組件800，其中前端靠近心軸組件800的工具夾持系統(tǒng)120，而后端與工具夾持系統(tǒng)120相對。心軸組件800可以包括旋轉(zhuǎn)軸110、軸承組件103、105、渦輪804、中空殼體101和前蓋802。心軸組件800的后端可以包括后蓋117和螺栓108，而前端可以包括前螺母106。應當注意，本發(fā)明的實施方式不限于特定的工具夾持布置和方法，并且可以使用任何合適的工具夾持布置和技術，諸如收縮、液壓或形狀記憶允許單元。

圖8還描繪了可選的在中空殼體101的外周緣的專用凹部處組裝的o形環(huán)814和在中空殼體101和前蓋102的連接點處圍繞高壓通道301組裝的o形環(huán)813。可以設置o形環(huán)814、813以防止高壓流體的泄漏。

旋轉(zhuǎn)軸110可以被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線r上在中空殼體101和工具保持器內(nèi)旋轉(zhuǎn)。軸承組件103、105可以包括前端軸承組件105和后端軸承組件103，前端軸承組件和后端軸承組件被構(gòu)造成在殼體101和工具保持器700(圖7中所描繪的)內(nèi)在徑向和軸向上支撐旋轉(zhuǎn)軸110并且使得旋轉(zhuǎn)軸110能夠在工具保持器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，至少后端軸承組件103可以被設置在心軸組件100的一部分中，該部分被構(gòu)造成位于由工具保持器700的錐形插槽710和前端夾持螺母720限定的空間內(nèi)。

渦輪804可以被放置在前端軸承組件105的前面，并且可以與旋轉(zhuǎn)軸110操作地連接，以便使旋轉(zhuǎn)軸110旋轉(zhuǎn)。例如，渦輪804可以通過螺紋連接、膠合、焊接或任何其他可適用的方法機械地連接至旋轉(zhuǎn)軸110，或者渦輪804和旋轉(zhuǎn)軸110可以使用任何可適用的制造方法(例如使用模制技術或3d打印)被制造為單個部件。

類似于前蓋102，前蓋802可以位于中空殼體101的前面并且可以通過任何可適用的手段(例如，使用被插入匹配孔的螺釘或銷1130(圖11中所描繪的))連接至中空殼體101。應當注意，主要由于加工過程的制造考慮，中空殼體101和前蓋802在本文中被描述為兩個分開的部件。然而，本發(fā)明的實施方式在這方面是不受限制的。中空殼體101和前蓋802可以被制造為單個部件，例如使用模制技術或3d打印。下面將詳細討論前蓋802。套筒807可以位于旋轉(zhuǎn)軸110和中空殼體101之間，以支撐軸承103和105。

現(xiàn)在參考圖9a、圖9b、圖9c和圖9d，圖9a是根據(jù)本發(fā)明實施方式的心軸組件800的前蓋802的3d圖，圖9b是前蓋802的正視圖，圖9c是前蓋802沿dd平面的示意性截面圖，圖9d是圖9c的前蓋的示意性截面圖的圓圈區(qū)域j的放大圖。與前蓋102的相應元件相同的前蓋802的元件被賦予相同的附圖標記，并且參考前蓋102給出的這些元件的描述也與前蓋802相關。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，前蓋802的后排出通道920可以包括位于前蓋802的前端930附近的能調(diào)節(jié)噴灑器816。能調(diào)節(jié)噴灑器816可以具有球體(具有中心通路912)914的總體形狀。球體914可以被放置在前蓋802的前端930附近設置的相應凹口910中。球體914可以在凹口910內(nèi)滑動以使直接中心通路912到達期望的方向。例如，加工裝置的操作者可以朝向被安裝在心軸組件800上的特定工具的工作點調(diào)整能調(diào)節(jié)噴灑器816的注射方向。如果更換工具并且改變工作點，則操作者可以通過在凹口910內(nèi)滑動球體914來朝向新工作點調(diào)整能調(diào)節(jié)噴灑器816的注射方向。由于球體914和凹口910之間的摩擦，能調(diào)節(jié)噴灑器816可以在心軸組件800的操作期間保持在適當位置。

參考圖10a、圖10b和圖10c，圖10a是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的心軸組件800的渦輪804的3d圖，圖10b是渦輪804的正視圖，圖10c是渦輪107沿cc子午平面的示意性截面圖。渦輪804具有八個葉片1010。渦輪804的葉片1010可以是豎直的，即基本上平行于cc子午平面。在撞擊渦輪804的葉片1010之后，流體可以擴散到前蓋802的中空空間310、311內(nèi)的所有方向，并且通過前蓋802的排出系統(tǒng)從心軸組件800中排出。應當注意，本發(fā)明的實施方式不限于與通道301組合的渦輪804的具體設計。例如，可以使用其他數(shù)量的葉片1010和/或通道301。

在本文中，面向被注入流體的表面將被稱為壓力表面。葉片1010的壓力表面1020可以在徑向方向上成凹形。在本文中，豎直方向被定義為從渦輪804的基部1030朝向渦輪804的前端的方向。在豎直方向上，葉片1010的壓力表面可以包括在葉片1010的后端處的凹形部分1040(靠近葉片與渦輪804的基部1030的連接處)和在葉片1010的前端處的基本上狹窄的部分1050(與渦輪804的基部1030的連接處有一定距離)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，第一組通道301可以被構(gòu)造成將高壓流體的流的中心基本上引向凹形部分1040和筆直部分1050的連接線1060。

葉片1010可以位于圓形基部1030上，該圓形基部的外周緣對應于前蓋802的后端1031的內(nèi)周緣，使得基部1030可以配合在前蓋802的后端931中，并且通道920的開口可以在葉片1010和前端軸承組件105之間基本上面向基部1030定位，以收集流向心軸組件800的后端的流體。

現(xiàn)在參考圖11，該圖是包括帶有能調(diào)節(jié)噴灑器816的前蓋802的心軸組件800的3d圖。圖11描繪了分別被插入前蓋802和中空殼體101的匹配孔122、121中以將前蓋802連接至中空殼體101的螺釘或銷1130以及用于密封通道301的螺釘1120。

應當注意，心軸組件100和800可以包括前蓋102、802和渦輪107、804的任意組合。例如，心軸組件100、800中的每一個都可以包括前蓋102與渦輪804或前蓋802與渦輪107。

參考根據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖12和圖13，圖12是內(nèi)置心軸組件1200的示意性截面圖，圖13是圖12的內(nèi)置心軸組件的示意性局部等距截面圖。與心軸組件100和800的相應部件相同的心軸組件1200的部件被賦予相同的附圖標記，并且參考心軸組件100和800給出的這些部件的描述也與心軸組件1200相關。此外，心軸組件1200可以包括前蓋102、802和渦輪107、804的任意組合。例如，心軸組件1200可以包括前蓋102與渦輪107，前蓋802與渦輪107，前蓋102與渦輪804以及前蓋802與渦輪804。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，心軸組件1200的殼體1201包括被構(gòu)造成組裝至加工裝置上的后部1202，消除了使用單獨的工具保持器的需要。后部1202可以符合工具保持器的任何可適用的標準，諸如bt30、bt40、bt50、cat40、cat50、hsk-a、hsk-e、hsk-f、iso26623等。

殼體1201可以包括內(nèi)部通道1211，以允許高壓流體從加工裝置流向前蓋802的通道301。圖12還描繪了拉釘(pullstud)1209。

與單獨的心軸組件和工具保持器相比，內(nèi)置心軸組件1200可以提供以下優(yōu)點：

-內(nèi)置心軸組件1200包括較少的部件-現(xiàn)在工具保持器700和殼體101是單個聯(lián)合部件1201。因此，不需要前端夾持螺母720和后蓋117。這可以降低總體成本。另外，不需要將殼體101安裝到工具保持器700。因此，消除了可能由公差誤差(由工具保持器700和殼體101的制造所引起的，或者由于使用這些部件而造成的腐蝕所引起的)導致的不精確，并且可以提高內(nèi)置心軸組件1200的總體精度。

-因為不需要前端夾持螺母720，所以減少了內(nèi)置心軸組件1200的總重量。此外，在遠離機器插槽的點處減少了重量，從而減少了不精確。

-心軸的直徑不受標準工具保持器700的設計限制，特別是不受夾持螺母720的直徑限制。可以減小直徑以使工具更容易接近被加工部件的邊緣，或者可以增加直徑以使得能夠使用更大的渦輪和/或提供更高的力矩。

-這種構(gòu)造可以允許在內(nèi)置心軸組件1200上安裝用于測量旋轉(zhuǎn)速度的裝置。用于測量旋轉(zhuǎn)速度的磁性和光學裝置通常需要接近旋轉(zhuǎn)軸110。在內(nèi)置心軸組件1200中，這可以由殼體101處的孔提供。如果使用單獨的工具保持器和心軸，這是不可行的。

雖然本文已經(jīng)描繪和描述了本發(fā)明的某些特征，但是現(xiàn)在本領域普通技術人員將想到許多修改、替換、改變和等同物。因此，應當理解，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有這樣的修改和改變。