本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種主軸直連傳輸式采用超低溫介質(zhì)的中空刀柄。

背景技術(shù)：

對切削局部區(qū)域施以超低溫冷卻，如用液氮，其常壓下沸點為-196℃，能夠有效降低鈦合金等難加工材料在切削加工中極高的切削熱，改善材料切削性能、提高刀具壽命，并代替?zhèn)鹘y(tǒng)切削液，實現(xiàn)綠色制造。內(nèi)噴式冷卻是一種較為先進(jìn)的超低溫介質(zhì)施加方式，其加工機(jī)床需將超低溫介質(zhì)通過主軸、刀柄及其內(nèi)的中空通道噴至刀刃-工件接觸區(qū)，直接冷卻切削局部。由于超低溫介質(zhì)的溫度極低，給傳輸通路的結(jié)構(gòu)絕熱、密封防護(hù)等方面提出了很高的要求。

目前，為滿足常規(guī)溫度冷卻液的中空噴射要求，bt、hsk等標(biāo)準(zhǔn)類型數(shù)控刀柄已配有可選的內(nèi)冷功能。由于常規(guī)數(shù)控刀柄不具備超低溫絕熱與密封等功能，若將該類型刀柄直接用于超低溫介質(zhì)的輸送，將存在如下幾個方面的問題：一是，超低溫傳導(dǎo)致使材料不協(xié)調(diào)形變，勢必會破壞刀柄與主軸間的精密定位關(guān)系；二是，超低溫度致使軸承潤滑因被凍住而失效，甚至造成主軸停轉(zhuǎn)；三是，超低溫度導(dǎo)致刀柄及與主軸的連接部位“結(jié)霜”，造成刀柄難以拆卸，安裝操作存在危險；四是，超低溫介質(zhì)易在刀柄通道中汽化，浪費(fèi)汽化潛熱，降低冷卻效果。2008年，秦曉帆在實用新型專利cn200720086218.9中公開了一種孔加工內(nèi)冷卻、防刃具打滑彈簧卡套刀柄，刀柄本體內(nèi)設(shè)有冷卻通道，通過密封圈密封冷卻介質(zhì)，可實現(xiàn)常規(guī)冷卻溫度切削液的內(nèi)噴功能。2014年，王永青等人在發(fā)明專利cn201410228633.8公開了一種液氮內(nèi)噴式刀柄裝置，需要與液氮供給系統(tǒng)直接相連，通過與液氮接觸的各部件表面做絕熱材料改性處理，降低了各部件的傳熱能力。然而，該裝置無法實現(xiàn)液氮從主軸中心直接傳輸至刀柄。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有刀柄裝置的不足，針對常規(guī)內(nèi)冷式數(shù)控刀柄絕熱、密封性能差導(dǎo)致其無法適于超低溫介質(zhì)中空傳輸?shù)碾y題，發(fā)明了一種超低溫介質(zhì)主軸直連傳輸式中空刀柄。該刀柄設(shè)計為中空式結(jié)構(gòu)，并通過與主軸的中空通道直連，實現(xiàn)超低溫介質(zhì)從主軸和刀柄的中空通道直接輸送至刀具末端；刀柄的中空通道采用有高性能隔熱套和多層次密封結(jié)構(gòu)，有效阻隔超低溫介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，同時保證了超低溫介質(zhì)冷卻效能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種超低溫介質(zhì)主軸直連傳輸式中空刀柄，其特征是，該中空刀柄由刀柄主體、高性能隔熱部件、多層次密封結(jié)構(gòu)組成；所述高性能隔熱部件中，隔熱套2與導(dǎo)管4均采用耐低溫、低導(dǎo)熱系數(shù)材料制成，隔熱套2與導(dǎo)管4均為中空結(jié)構(gòu)，依次安裝在刀柄主體中，形成刀柄裝置的超低溫介質(zhì)中空通路，隔絕超低溫介質(zhì)與刀柄主體1的熱傳導(dǎo)；多層次密封結(jié)構(gòu)中，三個左、中、右o型密封圈3、5、6與泛塞封7均為耐低溫密封圈，形成多層次超低溫密封，實現(xiàn)超低溫介質(zhì)的徑向密封；

所述刀柄主體1為階梯中空結(jié)構(gòu)，左部加工有左內(nèi)螺紋d，右端內(nèi)錐孔為7:24錐度，與錐孔相連接的是右內(nèi)螺紋b；泛塞封7安裝在隔熱套2的溝槽a內(nèi)，隔熱套2安裝在刀柄主體1的左內(nèi)螺紋的右面并與刀柄內(nèi)孔定位面e接觸，由安裝在刀柄本體1的右內(nèi)螺紋b中的螺母8軸向定位；裝有三個左、中、右o型密封圈3、5、6的導(dǎo)管4安裝在隔熱套2左部內(nèi)孔中，導(dǎo)管4右側(cè)軸肩與隔熱套左內(nèi)孔底面f接觸軸向定位導(dǎo)管4。

加工時，將內(nèi)冷刀具11沿er彈性筒夾9的中心孔插入，直至隔熱套右孔底面c與隔熱套2接觸，旋緊er夾頭螺母10，完成刀具安裝；將裝有刀具的刀柄安裝至主軸12的錐孔內(nèi)，拉釘13螺紋旋入拉緊刀柄，使刀柄主體1的錐面與主軸12的錐面緊密配合，完成刀柄安裝定位。打開外部控制系統(tǒng)超低溫介質(zhì)自動輸送功能，超低溫介質(zhì)14從主軸12的中空通道經(jīng)過拉釘13和導(dǎo)管4，最終在內(nèi)冷刀具11端部噴出。

本發(fā)明的有益效果是：中空刀柄與中空式主軸直連，功能集成性好，實現(xiàn)了超低溫介質(zhì)中空傳輸；高性能超低溫隔熱和密封功能，消除了超低溫?zé)醾鲗?dǎo)對刀柄-主軸配合精度的影響，同時降低了超低溫介質(zhì)在刀柄中的汽化率，提高冷卻效能；刀柄無結(jié)霜，便于拆卸，操作安全可靠。

附圖說明

附圖1-中空式刀柄剖視圖，附圖2-采用中空刀柄加工刀具安裝剖視圖，其中：1-刀柄主體，2-隔熱套，3-左o型密封圈，4-導(dǎo)管，5-中o型密封圈，6-右o型密封圈，7-泛塞封，8-螺母，9-er彈性筒夾，10-er夾頭螺母，11-內(nèi)冷銑刀，12-主軸，13-拉釘，14-超低溫介質(zhì)，a-溝槽，b-右內(nèi)螺紋，c-隔熱套右孔底面，d-左內(nèi)螺紋，e-刀柄內(nèi)孔定位面，f-隔熱套左內(nèi)孔底面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式：

實施例中，超低溫介質(zhì)為液氮，隔熱套2與導(dǎo)管4均采用耐低溫、低導(dǎo)熱系數(shù)材料制成，隔熱套2、導(dǎo)管4結(jié)構(gòu)材料的熱導(dǎo)率均小于0.23w/(m·k)。刀柄與主軸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)按bt標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、7:24錐度精度為at3、硬度hrc55以上。多層次密封結(jié)構(gòu)中，三個左、中、右o型密封圈3、5、6與泛塞封7均為耐低溫密封圈，形成多層次超低溫密封，并能承受2mpa左右的壓力，實現(xiàn)超低溫介質(zhì)的徑向密封。

中空刀柄的設(shè)計組裝如圖1所示。首先，將隔熱套2從刀柄主體1右端裝入；將泛塞封7按圖中方向放入溝槽a內(nèi)，螺母8通過螺紋旋入右內(nèi)螺紋b中，壓緊泛塞封7。將左、中、右o型密封圈3、5、6安裝到導(dǎo)管4的溝槽中，并將導(dǎo)管4裝有中、右o型密封圈5、6一側(cè)沿刀柄主體1左側(cè)內(nèi)孔裝入，使導(dǎo)管4右側(cè)軸肩接觸隔熱套左內(nèi)孔底面f并定位。

加工時，將中空刀柄同刀具和主軸連接起來，如圖2所示。將內(nèi)冷銑刀11沿er彈性筒夾9的通孔插入，直至內(nèi)冷銑刀底端面與隔熱套右孔底面c接觸定位。將er夾頭螺母10扭緊，完成內(nèi)冷銑刀11與刀柄裝置的連接。將裝有內(nèi)冷銑刀的中空刀柄安裝至主軸12的錐孔內(nèi)，拉釘13螺紋旋入拉緊刀柄，使刀柄主體1的錐面與主軸12的錐面緊密接觸配合，完成中空刀柄安裝定位。打開外部控制系統(tǒng)使超低溫介質(zhì)進(jìn)入，自動輸送超低溫介質(zhì)14，超低溫介質(zhì)14從主軸12的中空通道經(jīng)過拉釘13和導(dǎo)管4內(nèi)孔，最終在內(nèi)冷銑刀11端部噴出。

本發(fā)明的中空刀柄超低溫絕熱、密封等功能集成性好，結(jié)構(gòu)簡單，超低溫介質(zhì)利用率高，操作安全可靠。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種超低溫介質(zhì)主軸直連傳輸式中空刀柄屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種主軸直連傳輸式采用超低溫介質(zhì)的中空刀柄。該中空刀柄由刀柄主體、高性能隔熱部件、多層次密封結(jié)構(gòu)組成；在高性能隔熱部件中，隔熱套與導(dǎo)管均采用耐低溫、低導(dǎo)熱系數(shù)材料制成，隔熱套與導(dǎo)管均為中空結(jié)構(gòu)，依次安裝在刀柄主體中，形成刀柄裝置的超低溫介質(zhì)中空通路，隔絕超低溫介質(zhì)與刀柄主體的熱傳導(dǎo)；多層次密封結(jié)構(gòu)中，三個密封圈與泛塞封均為耐低溫密封圈，形成多層次超低溫密封，實現(xiàn)超低溫介質(zhì)的徑向密封。中空刀柄與中空式主軸直連，功能集成性好，降低了超低溫介質(zhì)在刀柄中的汽化率，提高冷卻效能。刀柄無結(jié)霜，便于拆卸，操作安全可靠。

技術(shù)研發(fā)人員：劉海波;李寬;郭立杰;任斐;韓靈生;袁凱;劉闊;王永青;郭東明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.01
技術(shù)公布日：2017.07.21