内冷却减震热缩刀杆装置

摘要

一种内冷却减震热缩刀杆装置，它涉及切削加工领域。它主要是解决现有热缩刀杆采用传统的向过盈配合区域喷射冷却液不但成本高、且易其造成污染、刀具易产生震动等技术问题。其技术方案要点是：它包括刀柄（5）、热缩刀杆（3）和刀具（1）；刀柄（5）的外端为向外张开的锥度空腔结构；热缩刀杆（3）采用连接螺杆（6）由刀柄（5）内端套入穿过螺杆通孔与热缩刀杆（3）内端设置的螺孔相配合连接；刀具（1）的内端采用过盈密封配合套装在热缩刀杆（3）外端；在连接螺杆（6）与刀具（1）之间的热缩刀杆（3）中空内腔形成冷却液腔（4），在冷却液腔（4）内封装冷却液。本发明安装简易、易拆分、尺寸容易拓展，互换性好，很好地提升了其作为加工装置的适用性。本发明主要是用于切削加工工艺过程中的深型腔加工领域。

权利要求

1.一种内冷却减震热缩刀杆装置，其特征是：它包括刀柄（5）、热缩刀杆（3）和刀具（1）；

刀柄（5）的内端为与加工中心主轴相配合的外形结构，刀柄（5）设计为中空结构，刀柄（5）为中空内腔腰部为内径小于两端内径的与连接螺杆（6）外径相配合的螺杆通孔结构，刀柄（5）的外端为向外张开的锥度空腔结构；热缩刀杆（3）的内端外形为与刀柄（5）外端锥度空腔相配合的锥形结构、且在内端设置有螺孔；热缩刀杆（3）的内端套装在刀柄（5）的外端锥度空腔内，并采用连接螺杆（6）由刀柄（5）内端套入穿过螺杆通孔与热缩刀杆（3）内端设置的螺孔相配合连接，从而使热缩刀杆（3）与刀柄（5）固定连接；刀具（1）的内端采用过盈密封配合套装在热缩刀杆（3）外端；所述热缩刀杆（3）采用中空内腔结构，连接螺杆（6）的中部设置有通孔及与其通孔相配合安装的密封螺钉（9），连接螺杆（6）的通孔与热缩刀杆（3）的中空内腔相连通，在连接螺杆（6）与刀具（1）之间的热缩刀杆（3）中空内腔形成冷却液腔（4），在冷却液腔（4）内封装冷却液；所述刀具（1）内端连接有散热芯（2）；所述刀具（1）内端设置有螺纹孔，散热芯（2）的一端设置有与刀具（1）螺纹孔相配合的螺纹杆，散热芯（2）螺纹杆配合套装在刀具（1）螺纹孔内。

2.根据权利要求1所述内冷却减震热缩刀杆装置，其特征是：所述热缩刀杆（3）采用两端渐小、腰部较粗的双锥形结构。

3.根据权利要求1所述内冷却减震热缩刀杆装置，其特征是：所述散热芯（2）采用导热性能好的铜质散热芯。

4.根据权利要求1所述内冷却减震热缩刀杆装置，其特征是：所述散热芯（2）的尾部设计成翼状结构以增加散热面积。

5.根据权利要求1所述内冷却减震热缩刀杆装置，其特征是：所述密封螺钉（9）的螺帽与连接螺杆（6）通孔之间设置有螺杆密封圈（10）对其进行密封。

6.根据权利要求1所述内冷却减震热缩刀杆装置，其特征是：在热缩刀杆（3）内端与刀柄（5）外端锥度空腔底部之间、位于连接螺杆（6）外周配合套装刀杆密封圈（7），使其对冷却液腔（4）进行密封。

说明书

内冷却减震热缩刀杆装置

技术领域

[0001] 本发明专利涉及切削加工研究领域，特别是涉及一种用于切削加工设备的内冷却减震热缩刀杆装置。

背景技术

[0002] 目前，在高速加工行业中，通常的刀柄-弹性夹头-刀具式刀具系统结构虽能满足一般零件高速铣削加工的要求，但受刀具系统刚度的制约，使得加工时刀具所能接近工件的深度受到很大的限制；热缩刀柄应用比较广泛，热缩刀杆的运用也趋于成熟。在进行高速切削加工时，切削热会沿着刀具向上传递，热缩刀柄（刀杆）接触部分的温度升高。由于热缩刀柄（刀杆）与刀具的配合是采用热缩过盈配合，热缩刀柄（刀杆）热膨胀系数较大，对温度特别敏感，温度升高会引起热缩刀柄（刀杆）接触部分尺寸增大，与刀具之间的过盈量减小，接触应力减小，夹持强度降低，进而影响配合质量，带来严重的事故。采用传统的向过盈配合区域喷射冷却液的方法存在很大不足，由于过盈配合区域温度不是特别高，过多的使用切削液不但增加了成本，而且其造成的污染也很严重，不符合当前节能减排以及绿色制造的趋势。在高速加工的同时，刀具也因切削力等因素的影响而产生震动。因此，需要一种新的方法来解决上述技术问题。

[0003] 相关的发明已有些实例，但与本发明都有很大的不同，在已有的发明中，如黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号哈尔滨理工大学的王志刚；徐雷达；蔡东松发明的“高精度低成本热缩刀柄”（专利申请号：CN201020273544.2，申请日2010.07.28，公开/公告号：CN201776646U，公开/公告日：2011.03.30）高精度低成本热缩刀柄。随着高速切削加工技术的广泛应用及精密加工技术的发展，对高性能数控机床工具系统的要求越来越高。高精度低成本热缩刀柄，其组成包括：锥柄(1)、热缩头(2)，所述的锥柄连接热缩头，在所述的热缩头内加工有过渡孔(3)、退刀槽(4)、限位螺钉孔(5)、退刀槽(6)、热缩孔(7)、减热增胀槽(8)。所述的过渡孔通过退刀槽连接限位螺钉孔，所述的限位螺钉孔通过退刀槽连接热缩孔和减热增胀槽，所述的减热增胀槽开在热缩孔的孔壁上。它用于机床与刀具的连接，尤其适用于精密、高速机床。它所谓的减热，其实是指通过在热缩刀柄内壁的矩形槽减小与刀具的接触受热面积，由于矩形槽的加工精度要求极高，采用此方法会增加刀柄的制造成本，接触面积的减小也会造成夹持强度的减降低和应力集中，而且矩形槽并不能改变散热途径，热量仍然会沿着接触面快速传播。

[0004] 又如黑龙江省哈尔滨市香坊区和平路44号哈尔滨量具刃具集团有限责任公司的刘学发明并申请专利的“热缩刀柄动平衡结构”（专利申请号：CN200720117397.8，申请日：2007.11.13，公开(公告)号：CN201132265， 公开(公告)日：2008.10.15）。它包括主体，主体为中空结构，在主体中间部位圆周上等间距分布有动平衡孔，每个动平衡孔中安装有动平衡螺钉。刀具安装后通过调整动平衡螺钉的旋入和旋出的长度，来调节动平衡量，消除刀具安装产生的不平衡量，使其达到标准要求。这样便可以在高转速下使用。该热缩刀柄能消除安装产生的不平衡，但并没有解决对高速加工中外力引起的不平衡及震动等技术问题，也没有涉及到解决热缩刀柄与刀具冷却等技术问题。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供了一种可通过热缩刀杆内部结构快速疏导热量、降低配合区域温度、并吸收部分震动、且刚性较好的内冷却减震热缩刀杆装置。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括刀柄5、热缩刀杆3和刀具1；刀柄5的内端为与加工中心主轴相配合的外形结构，刀柄5设计为中空结构，刀柄5为中空内腔腰部为内径小于两端内径的与连接螺杆6外径相配合的螺杆通孔结构，刀柄5的外端为向外张开的锥度空腔结构；热缩刀杆3的内端外形为与刀柄5外端锥度空腔相配合的锥形结构、且在内端设置有螺孔；热缩刀杆3的内端套装在刀柄5的外端锥度空腔内，并采用连接螺杆6由刀柄5内端套入穿过螺杆通孔与热缩刀杆3内端设置的螺孔相配合连接，从而使热缩刀杆3与刀柄5固定连接；刀具1的内端采用过盈密封配合套装在热缩刀杆3外端；所述热缩刀杆3采用中空内腔结构，连接螺杆6的中部设置有通孔及与其通孔相配合安装的密封螺钉
9，连接螺杆6的通孔与热缩刀杆3的中空内腔相连通，在连接螺杆6与刀具1之间的热缩刀杆
3中空内腔形成冷却液腔4，在冷却液腔4内封装冷却液。

[0007] 为解决热缩刀杆所遇到的技术问题，本发明所述热缩刀杆3可采用两端渐小、腰部较粗的双锥形结构。

[0008] 为提升散热效果，本发明也可在刀具1内端连接有散热芯2。所述散热芯2采用导热性能好的铜质散热芯。所述散热芯2的尾部设计成翼状结构以增加散热面积。

[0009] 本发明也可在刀具1内端设置有螺纹孔，散热芯2的一端设置有与刀具1螺纹孔相配合的螺纹杆，散热芯2螺纹杆配合套装在刀具1螺纹孔内。

[0010] 为加强密封效果，本发明还可在密封螺钉9的螺帽与连接螺杆6通孔之间设置有螺杆密封圈10对其进行密封。也可在热缩刀杆3内端与刀柄5外端锥度空腔底部之间、位于连接螺杆6外周配合套装刀杆密封圈7，使其对冷却液腔4进行密封。

[0011] 在本发明中的内冷却是将刀具的热量通过与之连接的铜质散热芯快速传递到热缩刀杆内部的冷却液中，由于冷却液具有较大的比热容，可以吸收大量热量，由于热缩刀杆高速旋转，冷却液中热量分布均匀且可随时通过热缩刀杆内壁向外传递，从而使得热缩刀杆与刀具配合部分的温度降低。

[0012] 同时，本发明中冷却液的阻尼很大，可以吸收部分因外力而产生的震动；热缩刀柄-刀具式刀具系统结构虽然也能满足高速铣削加工的要求，但刀柄与刀具配合缺少柔性，模具复杂多型面加工对刀具多样性的要求势必增加刀柄的投入，而使得加工成本大大提高；热缩刀杆的引入很好的解决了上述问题，本发明中的刀柄通过采用标准件，互换性好；热缩刀杆通过螺杆与刀柄连接，结构简单可靠，且热缩刀杆系列化设计可适用于不同加工环境，而且当热缩配合部分有磨损时，更换一个热缩刀杆比更换热缩刀柄的成本低得多。

[0013] 本发明通过采用特殊的设计和创新，如刀柄与热缩刀杆之间采用螺钉连接，并采用密封结构对其密封，防止冷却液腔的冷却液的泄露；它与传统的刀柄-刀具机构相比，本发明中的热缩刀杆的长度和大小是系列化设计的，刚性较好，这使得本发明可很好的根据不同加工环境选用合适尺寸的热缩刀杆；在冷却减震方面，本发明中冷却液腔的冷却液被密封在热缩刀杆内部，节约成本，对环境无污染；通过采用上述设计使得本发明安装简易、易拆分、尺寸容易拓展，互换性好，很好地提升了其作为加工装置的适用性。在进行深型腔加工时刚性较好，并且能使切削过程中传递到刀具与热缩刀杆配合区域的热量经散热芯传入热缩刀杆内部的空腔中，并被空腔中的冷却液腔内的冷却液所吸收，避免热量聚集而引起配合区域温度过高，从而提高热缩刀杆与刀具配合的可靠性；空腔处于封闭状态，且冷却液腔的冷却液也可采用蒸馏水，避免对环境的污染；冷却液腔的冷却液在吸收热量的同时也吸收部分震动，提高加工精度。本发明主要是用于切削加工中的深型腔加工等领域。

附图说明

[0014] 图1是本发明的总装剖视结构示意图。

[0015] 图2是本发明的总装外形结构示意图。

[0016] 图3是连接螺杆的结构示意图。

[0017] 图4是图3的左视结构示意图。

[0018] 图5是刀具与散热芯的装配结构示意图。

[0019] 图6是图5的左视结构示意图。

[0020] 附图标注说明：1-刀具，2-散热芯，3-热缩刀杆，4-冷却液腔，5-刀柄，6-连接螺杆，7-刀杆密封圈，8-垫圈，9-密封螺钉，10-螺杆密封圈。

具体实施方式

[0021] 为了阐明本发明的技术方案以及特点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

[0022] 实施例1，如图1所示，它包括刀柄5、热缩刀杆3和刀具1；刀柄5的内端为与加工中心主轴相配合的外形结构，刀柄5设计为中空结构，刀柄5为中空内腔腰部为内径小于两端内径的与连接螺杆6外径相配合的螺杆通孔结构，刀柄5的外端为向外张开的锥度空腔结构；热缩刀杆3的内端外形为与刀柄5外端锥度空腔相配合的锥形结构、且在内端设置有螺孔；热缩刀杆3的内端套装在刀柄5的外端锥度空腔内，并采用连接螺杆6由刀柄5内端套入穿过螺杆通孔与热缩刀杆3内端设置的螺孔相配合连接，从而使热缩刀杆3与刀柄5固定连接；冷却液可通过连接螺杆6中的通孔注入冷却液腔4内，从而使热缩刀杆3的冷却液腔4内填充冷却液，冷却液可以是水或其它冷却液体，它可以实时地对刀具1进行冷却，致使刀具1温度降低并吸收部分震动；刀具1的内端采用过盈密封配合套装在热缩刀杆3外端；所述热缩刀杆3采用中空内腔结构，连接螺杆6的中部设置有通孔及与其通孔相配合安装的密封螺钉9，使冷却液腔4成为一个完全密封的密闭腔，连接螺杆6的通孔与热缩刀杆3的中空内腔相连通，在连接螺杆6与刀具1之间的热缩刀杆3中空内腔形成冷却液腔4，在冷却液腔4内封装冷却液。在本发明中，刀柄5和刀具1也可选用标准件，在完成上述安装后，将刀柄5主轴与加工中心主轴连接。它通过根据不同切削加工工况选用不同长度和尺寸的热缩刀杆与刀柄配合，增加互换性，从而节省刀柄制造开支。在进行高速加工时，刀具1前端的热量通过刀具1本身向后传递，并被冷却液腔4内的冷却液吸收，在加工过程中的震动也有部分将被冷却液腔4的冷却液吸收，从而减少震动。参阅图1至图6。

[0023] 实施例2，为解决加长热缩刀杆所遇到的技术问题，本发明所述热缩刀杆3可采用两端渐小、腰部较粗的双锥形结构。它与传统的刀柄-刀具机构相比，本发明中的热缩刀杆的长度和大小是系列化设计的，刚性较好，这使得本发明可很好的根据不同加工环境选用合适尺寸的热缩刀杆。参阅图1至图6，其余同实施例1。

[0024] 实施例3，为提升散热效果，本发明也可在刀具1内端连接有散热芯2，所述散热芯2可采用导热性能好的铜质散热芯。也可将散热芯2的尾部设计成翼状结构以增加散热面积。参阅图1至图6，其余同上述实施例1或2。

[0025] 实施例4，为方便安装和加强连接的牢固性，本发明也可在刀具1内端设置有螺纹孔，散热芯2的一端设置有与刀具1螺纹孔相配合的螺纹杆，散热芯2螺纹杆配合套装在刀具1螺纹孔内。参阅图1至图6，其余同上述实施例3。

[0026] 实施例5，为加强密封效果，本发明还可在密封螺钉9的螺帽与连接螺杆6通孔之间设置有螺杆密封圈10对其进行密封。参阅图1至3，其余同上述实施例。

[0027] 实施例6，为加强密封效果，本发明也可在热缩刀杆3内端与刀柄5外端锥度空腔底部之间、位于连接螺杆6外周配合套装刀杆密封圈7，使其对冷却液腔4进行密封。参阅图1至3，其余同上述实施例。