CN109465481B - 一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀 - Google Patents

一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机械加工刀具，具体涉及一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀。该铣刀包括铣刀刀柄以及铣刀刀头，铣刀刀头上设有多条螺旋形切削刃，还包括冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道；冷却润滑液主流道设置在铣刀刀柄内；多条冷却润滑液副流道分别设在所述多条螺旋形切削刃内，且冷却润滑液副流道的形状与螺旋形切削刃相适配；冷却润滑液副流道的入口与冷却润滑液主流道连通，冷却润滑液副流道的出口与切削区域连通；铣刀刀柄、铣刀刀头、冷却润滑液主流道以及冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。该铣刀不仅能够对刀柄、刀头以及切削区域进行均匀冷却，冷却均匀性好，冷却成本低。

Description

一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀
技术领域
本发明涉及一种机械加工刀具，具体涉及一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀。
背景技术
切削加工过程按加工类型主要分为：车削、钻削、铣削、镗削以及磨削加工；
车削是指利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸；钻削是指利用刀具在工件上加工孔的工艺方法；铣削是指将毛坯固定，利用旋转的多刃刀具在毛坯上走刀，将工件切出需要的形状和尺寸；镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的切削工艺；磨削是指用磨料切除工件上多余材料的加工方法，属于机械加工的精加工；
整体式铣刀一般的加工对象是孔或者一些轮廓平面。
整体式铣刀加工过程都会对铣刀进行冷却，传统的冷却方式是主要采用浇注式(外冷)的方式，这种方式采用大量切削液浇注在技工区域保证实际加工需要，但是此种方式明显导致加工成本的上升，并且在深孔加工等特殊加工方式时效果不佳，大量切削液的使用易造成环境污染，对设备操作人员身体健康有害。
目前，为了降低生成成本，还提出了一种在铣刀自身采用冲孔工序加工出润滑冷却流道(该润滑冷却流道主要采用直孔)，冷却液从该通道流向加工区域，但是这种方式的缺陷是冷却不均匀，在铣削加工时一定形式上阻碍刀具润滑液流出，铣刀的前、后刀面无法同时进行冷却，冷却效果不佳。中国专利，申请号201410703368.4以及申请号201810735938.6这两份专利文件记载了这种具有上述冷却流道的铣刀以及安装该铣刀的加工设备。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种能够对铣刀刀柄、铣刀刀头以及切削区域进行均匀冷却，冷却效果显著且冷却成本低的一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀。
本发明的基本原理是：
本发明基于3D打印技术，在进行铣削加工制造过程中在铣刀内部分别制造出冷却润滑液主流道与冷却润滑液副流道，从而在确保了切削过程能够保证在适宜的温度下进行加工，大大提升了铣刀在加工过程中的冷却效率。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀，铣刀包括铣刀刀柄以及铣刀刀头，铣刀刀头上设有多条螺旋形切削刃，其改进之处是：
还包括冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道；冷却润滑液主流道设置在铣刀刀柄内；
多条冷却润滑液副流道分别设在所述多条螺旋形切削刃内，且冷却润滑液副流道的形状与螺旋形切削刃相适配；冷却润滑液副流道的入口与冷却润滑液主流道连通，冷却润滑液副流道的出口与切削区域连通；所述铣刀刀柄、铣刀刀头、冷却润滑液主流道以及冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。
进一步地，由于铣刀刀头的特殊性(包括前刀面和后刀面)，因此为了进一步提升冷却润滑的效果，冷却润滑液副流道上设有至少一条前刀面冷却润滑液流道和至少一条后刀面冷却润滑液流道；前刀面冷却润滑液流道的入口与所述冷却润滑液副流道连通，前刀面冷却润滑液流道的出口正对切削刃的前刀面；后刀面冷却润滑液流道的入口与所述冷却润滑液副流道连通，后刀面冷却润滑液流道的出口正对切削刃的后刀面。(前刀面冷却润滑液流道和后刀面冷却润滑液流道同样采用3D打印的方式加工成型)。
针对上述铣刀，本发明还做出了一下优化设计：
为了提高各个冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液更加均匀，上述铣刀还包括设置在铣刀刀柄内的冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道之间的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通的多个孔隙，所述多个孔隙将冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道连通；所述基体通过3D打印的方式成型，且基体的材质与所述刀头的材质一致。
进一步地，为了进一步的提高铣刀刀柄处的冷却效果，所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。
进一步地，受到3D打印技术的影响，为了满足润滑流道通畅，冷却润滑液主流道的直径为1mm-1.2mm，冷却润滑液副流道直径为 0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于冷却润滑液副流道的直径。
同时，本发明还提供了一种数控铣床，包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，刀柄夹持部上安装上述的具有自冷却润滑结构的铣刀，铣刀内的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部上的内冷却流道连通。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用3D打印技术制造出一种在铣刀内部分别设有冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道的冷却润滑机构，不仅降低了铣刀加工过程的冷却润滑成本，并且该冷却润滑机构冷却均匀，冷却效果显著，同时还降低了冷却润滑过程造成的环境污染。
2、本发明还设计了前刀面冷却润滑液流道和后刀面冷却润滑液流道用于对铣刀前、后刀面进行冷却润滑，另外位于铣刀刀头最底部的后刀面冷却润滑液流道不仅能对后刀面进行冷却润滑，并且可以去除已加工表面的碎屑，保证加工面成型质量。
3、本发明的铣刀内设置冷却润滑液暂存区，使得冷却润滑液在刀具准备切削之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，刀具开始进行切削后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够均匀通过冷却润滑液副流道向外流出，使得每条冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液流量一致，进一步地提升了冷却均匀性，确保了冷却效果。
4、本发明将铣刀刀柄处的冷却润滑液主流道设计成螺旋状，由于增加了刀柄处的冷却面积，使得切削所产的热量对刀柄或主轴的影响极小，确保了铣刀以及与其配合零件的使用寿命。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
图2为实施例2的结构示意图。
附图标记如下：
1-冷却润滑液主流道、2-冷却润滑液副流道、21-前刀面冷却润滑液流道、22-后刀面冷却润滑液流道、3-冷却润滑液暂存区、31- 基体。
01-铣刀刀柄、02-铣刀刀头。
具体实施方式
下面利用两个实施例以及附图对本发明提供的整体式铣刀做进一步的介绍。
实施例1
如图1所示，一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀，其包括铣刀刀柄01和铣刀刀头02；铣刀刀头02上设有多条螺旋形切削刃03，冷却润滑液主流道1设置在铣刀刀柄01内，多条冷却润滑液副流道 2分别设在多条螺旋形切削刃03内，且冷却润滑液副流道2的形状与螺旋形切削刃03相适配；冷却润滑液副流道2的入口与冷却润滑液主流道1连通，冷却润滑液副流道2的出口与切削区域连通；铣刀刀柄01、铣刀刀头02、冷却润滑液主流道1以及冷却润滑液副流道 2均采用3D打印的方式加工成型。
冷却润滑液通过冷却润滑液主流道1流向各个切削刃内的冷却润滑液副流道2，从冷却润滑液副流道2流向切削区域，实现铣刀的冷却润滑。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，本发明还有更进一步的优化设计：
1、铣刀刀头02中每个切削刃均设有前刀面和后刀面，因此在每条冷却润滑液副流道上还分别设置有流向朝向前刀面和后刀面的前刀面冷却润滑液流道21和后刀面冷却润滑液流道22。
2、在铣刀刀柄01内设置有冷却润滑液暂存区3，冷却润滑液暂存区3包括设置在冷却润滑液主流道1和冷却润滑液副流道2之间的基体31，基体31上设有由其中心向全部外表面连通的多个孔隙(孔隙的直径小于冷却润滑液副流道的直径)，多个孔隙将冷却润滑液主流道1和多条冷却润滑液副流道2连通；基体31通过3D打印的方式成型，且基体的材质与所述刀头的材质一致。冷却润滑液通过冷却润滑液主流道1流向冷却润滑液暂存区3，使得冷却润滑液在刀具准备切削之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，铣刀开始进行切削后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够通过多条冷却润滑液副流道2 向每个切削区域，实现铣刀的冷却润滑。这种设计的目的是：1、使得各条冷却润滑液副流道流出的冷却润滑液流量更加均匀，提升冷却效果。2、减少刀具的质量。
3、并且为了进一步的避免，切削过程中铣刀刀头的热量传递至铣刀刀柄或与铣刀刀柄连接的其他零件上，导致刀具或其他零件的损坏，所述冷却润滑液主流道1设置为螺旋状，以增大冷却面积，提高冷却效率。
4、由于受到3D打印制造技术的限制，冷却润滑液副流道孔径为 0.5-0.75mm，在加上由于刀柄夹持部内冷却流道孔径尺寸的影响，为了保证冷却润滑液出口压力，保证冷却润滑液能够作用在加工区域，冷却润滑液主流道的直径应该控制在1.2mm以内。具体尺寸以加工时，不同直径下加工量的不同，产生的热不同而决定。
本发明的铣刀在制造时采用3D打印技术，主要包括以下步骤：
1、利用三维建模软件对铣刀刀柄和铣刀刀头进行三维建模设计；
2、利用流体仿真软件对冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道的参数进行设计优化；保证润滑冷却流道在刀具加工过程中，润滑冷却液流量满足刀具的整体冷却要求，能够将润滑冷却液顺利输送至刀具切削加工区域；
3、采用切片处理软件对铣刀刀柄和铣刀刀头模型进行分层切片处理，并对冷却润滑液暂存区域添加支撑，保证刀柄和刀头的整体刚性的同时，润滑冷却液能够顺利进入、流出暂存区域，后导入到3D打印设备中，利用3D打印技术对刀柄和刀头进行制造。

Claims (3)

1.一种具有自冷却润滑结构的整体式铣刀，铣刀包括铣刀刀柄以及铣刀刀头，铣刀刀头上设有多条螺旋形切削刃，其特征在于：
还包括冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道；冷却润滑液主流道设置在铣刀刀柄内；
多条冷却润滑液副流道分别设在所述多条螺旋形切削刃内，且冷却润滑液副流道的形状与螺旋形切削刃相适配；冷却润滑液副流道的入口与冷却润滑液主流道连通，冷却润滑液副流道的出口与切削区域连通；所述铣刀刀柄、铣刀刀头、冷却润滑液主流道以及冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型；
所述冷却润滑液副流道上设有至少一条前刀面冷却润滑液流道和至少一条后刀面冷却润滑液流道；前刀面冷却润滑液流道的入口与所述冷却润滑液副流道连通，前刀面冷却润滑液流道的出口正对切削刃的前刀面；后刀面冷却润滑液流道的入口与所述冷却润滑液副流道连通，后刀面冷却润滑液流道的出口正对切削刃的后刀面；
所述铣刀还包括设置在刀柄内的冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道之间的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通的多个孔隙，所述多个孔隙将冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道连通；所述基体通过3D打印的方式成型，且基体的材质与所述铣刀刀柄的材质一致；
冷却润滑液主流道的直径为1mm-1.2mm，冷却润滑液副流道直径为0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于冷却润滑液副流道的直径。
2.根据权利要求1所述的具有自冷却润滑结构的整体式铣刀，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。
3.一种数控铣床，其特征在于：包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，刀柄夹持部上安装如权利要求1-2任一权利要求所述的铣刀，铣刀内的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部上的内冷却流道连通。
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