CN106334807A - 一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统 - Google Patents

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丁辉
程凯
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Abstract

本发明涉及的是集成车刀的技术领域，尤其是一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统。其包括刀杆、刀头、刀片、刀垫、压板和设置在刀头内部的冷却组件，所述刀头设置在刀杆的端部，所述刀垫固定设置在刀头上，所述刀片通过压板嵌入式固定在刀垫上；所述冷却组件包括进液口、进液管、出液口、出液管和冷水机。该内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，结构简单，刀杆内置冷却循环组件，通过冷却循环组件实现切削温度的实时监测，保证产品加工质量的同时，延长刀具的使用寿命。

Description

一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统
技术领域
本发明涉及的是集成车刀的技术领域，尤其是一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统。
背景技术
随着社会的不断发展，机械加工业得到了迅速的发展。机械加工的产品质量的好坏很大程度上取决于加工的工具。现有的加工工具很多，其中车刀是其中最为普通的加工工具。车刀在正常的加工过程中会产生很大的切削热，使得车刀钝化而影响产品的加工质量。后来人们通常采用切削液或冷却液进行配合加工，这样可以给刀具进行充分的降温，但是也带来了很大的负面影响，如污染环境，危害操作人员的健康，增加了加工成本，有的时候加工一些特殊的产品还会影响到道具的使用寿命和工件表面的质量。现有的车削加工都是依靠人为的加工经验来判断刀具的刃磨效果，没有具体设置监控组件进行很好的全程监控，所以整体上耗费很大的人力物力，生产效率不高。
综上所述，现有的车刀装置在结构和设计上还存在很大的缺陷，不能满足现代实际生产的需要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对上述技术问题提出的一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，结构简单，刀杆内置冷却循环组件，通过冷却循环组件实现切削温度的实时监测，保证产品加工质量的同时，延长刀具的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，包括刀杆、刀头、刀片、刀垫、压板和设置在刀头内部的冷却组件，所述刀头设置在刀杆的端部，所述刀垫固定设置在刀头上，所述刀片通过压板嵌入式固定在刀垫上；所述冷却组件包括进液口、进液管、出液口、出液管和冷水机；所述进液口和出液口均平行设置在刀杆的一侧，所述进液口的一侧和出液口的一侧均通过软管连接冷水机，所述进液口的另一侧连接进液管，所述进液管穿过刀头后连接垂直设置在刀垫上的进液管，所述出液口的另一侧连接出液管，所述出液管穿过刀头后连接垂直设置在刀垫上的出液管。
具体的，所述刀垫中部设置安装孔，所述刀垫通过固定螺栓安装在刀头上，这样可以方便刀垫固定安装在刀头上。
进一步地限定，上述技术方案中，所述刀头上对应刀垫下端进液管的位置和出液管的位置处均设置密封圈，可以防止冷却液在进液管和出液管中流通过程中出现溢流现象。
进一步地限定，上述技术方案中，所述刀垫上端中部设置环形凸起，所述刀垫的四周设置框形凸起，这样是为了在刀垫上端面上形成冷却液的循环区域，对嵌入在刀垫上的刀片实现冷却降温。
进一步地限定，上述技术方案中，所述刀垫上垂直设置的进液管和出液管呈对角位置设置，所述刀垫上的进液管和出液管均设置在环形凸起和框形凸起之间，这样可以满足最大面积的冷却空间对刀片背部进行降温冷却。
进一步地限定，上述技术方案中，所述环形凸起的高度为3～5mm,所述框形凸起的高度为6～8mm，可以方便刀片的嵌入式安装，又可以保证在刀垫、刀片之间形成冷却循环区域进行刀片的冷却降温。
进一步地限定，上述技术方案中，所述冷却组件还外接监控组件，所述监控组件包括温度传感器和CPU，所述进液管与冷水机连接的软管和出液管与冷水机连接的软管上均连接温度传感器，所述温度传感器的输出端连接CPU，所述CPU的输出端连接冷水机，通过CPU进行冷水机的流量控制，，可以通过温度传感器对进液口的液体温度和出液口的液体温度进行测量，可以清楚的计算出切削区域的温度，方便操作人员及时作出相对的冷却措施。
采用上述结构后，结构简单，刀杆内置冷却循环组件，通过冷却循环组件实现切削温度的实时监测，保证产品加工质量的同时，延长刀具的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明的连接示意图；
图2是本发明刀头部分的安装结构示意图；
图3是本发明中刀垫的结构示意图。
图中：1为刀杆，2为刀头，3为刀片，4为刀垫，5为压板，6为进液口，7为进液管，8为出液口，9为出液管，10为冷水机，11为安装孔，12为密封圈，13为环形凸起，14为框形凸起，15为温度传感器，16为CPU，17为热像仪。
具体实施方式
如图1～3所示的是一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，包括刀杆1、刀头2、刀片3、刀垫4、压板5和设置在刀头2内部的冷却组件，刀头2设置在刀杆1的端部，刀垫4固定设置在刀头2上，刀片3通过压板5嵌入式固定在刀垫4上；冷却组件包括进液口6、进液管7、出液口8、出液管9和冷水机10；进液口6和出液口8均平行设置在刀杆1的一侧，进液口6的一侧和出液口8的一侧均通过软管连接冷水机10，进液口6的另一侧连接进液管7，进液管7穿过刀头2后连接垂直设置在刀垫4上的进液管7，出液口8的另一侧连接出液管9，出液管9穿过刀头2后连接垂直设置在刀垫4上的出液管9。
其中，刀垫4中部设置安装孔11，刀垫4通过固定螺栓安装在刀头2上。刀头2上对应刀垫4下端进液管7的位置和出液管9的位置处均设置密封圈12。刀垫4上端中部设置环形凸起13，刀垫4的四周设置框形凸起14。刀垫4上垂直设置的进液管7和出液管9呈对角位置设置，刀垫4上的进液管7和出液管9均设置在环形凸起13和框形凸起14之间。环形凸起13的高度为3～5mm,框形凸起14的高度为6～8mm。冷却组件还外接监控组件，所述监控组件包括温度传感器15和CPU 16，进液管7与冷水机10连接的软管和出液管9与冷水机10连接的软管上均连接温度传感器15，温度传感器15的输出端连接CPU 16，CPU 16的输出端连接冷水机10。
进液口6和出液口8均平行设置在刀杆1的一侧，可以方便后续管件的安装和固定，不会对加工造成干涉现象。
该内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统中冷却组件的操作原理如下：首先通过冷水机10将冷却液从进液口6输送进入进液管7，由于进液管7穿过刀头2连接刀垫4，刀垫4上垂直设置有进液管7进行连通，冷却液到达如图3所示的阴影区域，由于刀片3是嵌入式设置在刀垫4的上方，所以冷却液可以对刀片3背部进行冷却降温，经过冷却后的冷却液从刀垫4上垂直设置的出液管9流出，出液管9中的冷却液通过出液口8流出，这样就完成了一次车刀冷却循环，由于采用的是冷水机，可以进行反复循环冷却，保证刀片3加工时的切削温度。
该内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统中监控组件的操作原理如下：操作人员可以对进入进液口6的冷却液温度和流出出液口8的冷却液温度进行测量，通常由设置的温度传感器进行温度的测量，将测量的数据及时的传送到CPU，CPU可以根据情况对冷水机10进行流量的调节，保证切削区域的切削温度。
CPU 16的输出端还连接热像仪17。CPU 16还可以控制热像仪17不断的输出切削区域的温度曲线，方便操作人员的随时控制。
切削区域温度的监测如下：由于出液口8温度相对切削温度有较大的延迟，在未达到稳态时，它们之间的关系和时间、刀-屑接触面面积、热流率和流速都有关，很难用一个简单的函数描述，但是达到稳态后，在相同刀-屑接触面面积下它们之间呈线性关系，随着刀-屑接触面面积的增加直线斜率变小，随着入口流速的增加而增加。切削温度与刀-屑接触面积、热流率、冷却液流速的关系表达式为：
Tc＝[(51.26Vi+3.59)-(21.83Vi+0.89)lnAc]·(To-Ti)+Ti （1）
式中Tc——切削温度(℃)；
Vi——冷却液入口流速(m/s)；
Ti——冷却液在进口处的温度(℃)；
To——冷却液在出口处的温度(℃)。
Ac——刀-屑接触面面积(mm2)
上面的公式中，除了进出口温度外，还包括冷却液入口流速和刀-屑接触面面积两个变量。在实际切削过程中，进口温度和冷却液流速是预先给定的，刀-屑接触面面积可通过计算得到，将这些已知量代入式（1）中即可对切削温度进行预测。因此，根据切削液在进口与出口处的温度差值，可以实现切削温度的实时监测。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，其特征在于：包括刀杆(1)、刀头(2)、刀片(3)、刀垫(4)、压板(5)和设置在刀头(2)内部的冷却组件，所述刀头(2)设置在刀杆(1)的端部，所述刀垫(4)固定设置在刀头(2)上，所述刀片(3)通过压板(5)嵌入式固定在刀垫(4)上；所述冷却组件包括进液口(6)、进液管(7)、出液口(8)、出液管(9)和冷水机(10)；所述进液口(6)和出液口(8)均平行设置在刀杆(1)的一侧，所述进液口(6)的一侧和出液口(8)的一侧均通过软管连接冷水机(10)，所述进液口(6)的另一侧连接进液管(7)，所述进液管(7)穿过刀头(2)后连接垂直设置在刀垫(4)上的进液管(7)，所述出液口(8)的另一侧连接出液管(9)，所述出液管(9)穿过刀头(2)后连接垂直设置在刀垫(4)上的出液管(9)。
2.根据权利要求1所述的一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，其特征在于：所述刀垫(4)中部设置安装孔(11)，所述刀垫(4)通过固定螺栓安装在刀头(2)上。
3.根据权利要求1所述的一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，其特征在于：所述刀头(2)上对应刀垫(4)下端进液管(7)的位置和出液管(9)的位置处均设置密封圈(12)。
4.根据权利要求1所述的一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，其特征在于：所述刀垫(4)上端中部设置环形凸起(13)，所述刀垫(4)的四周设置框形凸起(14)。
5.根据权利要求4所述的一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，其特征在于：所述刀垫(4)上垂直设置的进液管(7)和出液管(9)呈对角位置设置，所述刀垫(4)上的进液管(7)和出液管(9)均设置在环形凸起(13)和框形凸起(14)之间。
6.根据权利要求4所述的一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，其特征在于：所述环形凸起(13)的高度为3～5mm,所述框形凸起(14)的高度为6～8mm。
7.根据权利要求1所述的一种内循环冷却与切削温度实时监测的集成车刀系统，其特征在于：所述冷却组件还外接监控组件，所述监控组件包括温度传感器(15)和CPU(16)，所述进液管(7)与冷水机(10)连接的软管和出液管(9)与冷水机(10)连接的软管上均连接温度传感器(15)，所述温度传感器(15)的输出端连接CPU(16)，所述CPU(16)的输出端连接冷水机(10)。
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