一種內(nèi)冷式旋轉(zhuǎn)刀柄及冷卻系統(tǒng)

孫 濤，覃曉濤，薛 超，王鳳彪

目前，在加工特殊材料中可以采用多種冷卻方法，液氮作為冷卻介質(zhì)在加工過(guò)程中效果尤為明顯。除此以外，冷卻系統(tǒng)也非常重要。常見(jiàn)冷卻方式有外部冷卻液、外部風(fēng)冷及液氮內(nèi)噴式冷卻等。其中，外部冷卻液應(yīng)用最為廣泛，在數(shù)控銑床加工工件時(shí)主要采用外噴冷卻液加工，但在加工軌跡復(fù)雜或溫度過(guò)高時(shí)無(wú)法及時(shí)冷卻加工表面而造成加工誤差。對(duì)此，采用液氮內(nèi)噴式冷卻方法可以彌補(bǔ)其不足，國(guó)外設(shè)計(jì)過(guò)一種通過(guò)主軸和刀柄中心輸送，由切削刀刃上的冷卻孔輸出液氮冷卻高溫表面，可滿足大多數(shù)加工工況的冷卻要求，缺點(diǎn)是制造成本較高。針對(duì)特殊材料的加工冷卻問(wèn)題，Zurecki Z.等[1]設(shè)計(jì)出液氮內(nèi)噴式車(chē)削刀具，發(fā)現(xiàn)將液氮內(nèi)噴方式用于軸承鋼車(chē)削可提高工件表面質(zhì)量和刀具壽命。王永青等[2]提出一種液氮內(nèi)噴式刀柄，可直接與液氮供給系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)液氮內(nèi)噴式銑削加工。劉博[3]對(duì)刀柄-熱縮刀桿-刀具進(jìn)行結(jié)構(gòu)及振動(dòng)特性分析，著重從SFH 與刀具配合的裝夾溫度、SFH 結(jié)構(gòu)、刀柄-SFH 配合的接觸特性及刀柄-SFH-刀具式刀具系統(tǒng)模態(tài)等方面進(jìn)行研究，并用實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。

1 內(nèi)冷式旋轉(zhuǎn)刀柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在內(nèi)冷式刀柄工作時(shí)，冷卻液通過(guò)環(huán)形冷卻槽進(jìn)入內(nèi)冷銑刀，由彈性支撐架和彈性密封圈確保冷卻液不會(huì)外泄（見(jiàn)圖1）。

圖1 刀具內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

內(nèi)冷銑刀與底部卡環(huán)為配合連接（見(jiàn)圖2），底部卡環(huán)負(fù)責(zé)支撐支撐圓環(huán)，旋轉(zhuǎn)刀柄與底部卡環(huán)連接，工作時(shí)旋轉(zhuǎn)刀柄與底部卡環(huán)及內(nèi)冷銑刀一起旋轉(zhuǎn)。彈性支撐架和彈性密封圈選擇可以整體拆卸結(jié)構(gòu)以提高更換效率，材料根據(jù)旋轉(zhuǎn)刀柄的轉(zhuǎn)速確定。環(huán)形冷卻槽及冷卻液根據(jù)旋轉(zhuǎn)刀柄及待加工件材料確定。

圖2 底座卡環(huán)結(jié)構(gòu)圖

2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了滿足內(nèi)冷式旋轉(zhuǎn)刀柄工作需要，冷卻液流量必須可調(diào)，為此筆者在液壓泵向和旋轉(zhuǎn)刀柄輸送冷卻液的管路上增設(shè)可調(diào)節(jié)流閥，根據(jù)加工情況調(diào)節(jié)冷卻液的流量，最后通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入環(huán)形冷卻槽（見(jiàn)圖3）。

圖3 冷卻系統(tǒng)示意圖

3 結(jié) 語(yǔ)

（1） 本文內(nèi)冷式旋轉(zhuǎn)刀柄的特點(diǎn)是內(nèi)冷式刀柄采用一體化設(shè)計(jì)方案，減少工作中冷卻液的泄漏，冷卻系統(tǒng)可根據(jù)加工零件及刀柄轉(zhuǎn)速選擇冷卻液的種類(lèi)，解決特殊材料冷卻不足的難題。

（2） 通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻液流量大小優(yōu)化加工冷卻效果，通過(guò)可調(diào)節(jié)流閥顯示屏得到的流量數(shù)據(jù)為為后續(xù)試驗(yàn)提供參考。