CN109465482B - 一种具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具。其包括刀具柄部和刀头；刀具柄部内沿轴向设置有冷却润滑液主流道；刀头包括沿轴向依次设置的磨刀刀头以及铣刀刀头；磨刀刀头的磨削区域附着有磨粒以及容屑槽；磨刀刀头内沿轴向方向设置有多组第一冷却润滑液副流道；每组第一冷却润滑液副流道由沿圆周方向均匀分布的多条分支冷却润滑液流道组成；多条分支冷却润滑液流道将冷却润滑液主流道与磨削区域连通；铣刀刀头内设置有与铣刀刀头中切削刃形状、数量相适配的第二冷却润滑液副流道；第二冷却润滑液副流道将冷却润滑液主流道与铣削区域连通。该刀具不仅兼备铣磨一体功能，并且能够对刀具柄部、刀头以及加工区域同时进行均匀冷却润滑。

Description

一种具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具
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铣磨一体式刀具。
背景技术
铣刀是机械加工中用于对零件进行切削加工的工具，又称铣刀。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；
在目前，在对被加工对象进行加工时，铣削和磨削分别是采用铣刀或者磨刀两种刀具分别进行，这种加工方式加工效率比较低，并且冷却方面存在问题。
铣刀和磨刀在进行加工过程都会需要对刀具进行冷却，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环境污染，对设备操作人员身体健康有害。铣、磨往往在不同设备上进行加工，受到装夹的影响成形孔的精度。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种兼备铣刀刀头和磨刀刀头的铣磨一体式刀具，其能够对铣刀柄部、磨刀刀头、铣刀刀头以及加工区域进行均匀冷却润滑，冷却成本低。
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铣磨一体式刀具，
包括刀柄和刀头；
刀柄内沿轴向设置有冷却润滑液主流道；
刀头包括沿轴向依次设置的磨刀刀头以及铣刀刀头；磨刀刀头的磨削区域附着有磨粒；
磨刀刀头内沿轴向方向设置有多组第一冷却润滑液副流道；每组第一冷却润滑液副流道由沿圆周方向均匀分布的多条分支冷却润滑液流道组成；多条分支冷却润滑液流道将冷却润滑液主流道与磨削区域连通；
铣刀刀头内设置有与铣刀刀头中切削刃形状、数量相适配的第二冷却润滑液副流道；第二冷却润滑液副流道将冷却润滑液主流道与铣削区域连通；
所述刀具柄部、刀头、冷却润滑液主流道、第一冷却润滑液副流道以及第二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，第二冷却润滑液副流道上设有与第二冷却润滑液副流道连通的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)。
针对上述铣磨一体式刀具，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，上述还包括磨刀刀头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、多组第一冷却润滑液副流道以及多条第二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多个孔隙，多个孔隙分别将冷却润滑液主流道与多组第一冷却润滑液副流道、多条第一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，分支冷却润滑液流道直径和第二冷却润滑液副流道直径均为0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于分支冷却润滑液流道和第二冷却润滑液副流道的直径。
进一步地，为了保证在磨削加工过程中不会出现堵塞以及烧伤现象，所述每组第二冷却润滑液副流道中的多条分支冷却润滑液流道出口均低于磨刀刀头的磨粒表面，从而形成一个容屑槽。
进一步地，为了使该磨刀能适用不同的加工要求，所述磨刀刀头为圆柱状或圆柱状加圆锥状。
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具柄部夹持部，刀柄夹持部上安装上述的铣磨一体式刀具，铣磨一体式刀具内的冷却润滑液主流道与刀具柄部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同时兼备铣刀刀头和磨刀刀头的铣磨一体式刀具，且在内部分别设有冷却润滑液主流道、第一冷却润滑液副流道、第二冷却润滑液副流道的冷却润滑机构，不仅降低了铣、磨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，同时还降低冷却润滑过程中的环境污染。
2、本发明在铣刀刀头上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以及刀具使用寿命。
3、本发明的刀具内设置冷却润滑液暂存区，使得冷却润滑液在刀具准备加工之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，刀具开始进行加工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，使得每组第一冷却润滑液副流道和每条第二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、本发明将冷却润滑液主流道设计成螺旋状，由于增加了刀具柄部的冷却面积，使得加工所产生的热量对刀具柄部和与其配合连接的刀柄影响极小，确保了刀具以及与其配合零件的使用寿命。
5、本发明在磨刀刀头上设计有容削槽，避免了磨削加工过程中出现的砂轮堵塞以及烧伤现象，提高了加工过程的可靠性。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
图2为图1的C部放大图。
图3为实施例2的结构示意图。
图4为图3的C部放大图。
附图标记如下：
1-冷却润滑液主流道、2-第一冷却润滑液副流道、21-分支冷却润滑液流道、3-第二冷却润滑液副流道、31-前刀面冷却润滑液流道、32-后刀面冷却润滑液流道、4-冷却润滑液暂存区、41-基体。
01-刀柄、02-刀头、021-磨刀刀头、022-铣刀刀头、023-容削槽、024-磨粒
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做进一步的介绍。
实施例1
如图1和图2所示，一种具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具，其包括刀具柄部01和刀头02；刀柄01内沿轴向设置有冷却润滑液主流道1；刀头02包括沿轴向依次设置的磨刀刀头021以及铣刀刀头022；磨刀刀头021的表面附着有磨粒024；
磨刀刀头021内沿轴向方向设置有多组第一冷却润滑液副流道2；每组第一冷却润滑液副2流道由沿圆周方向均匀分布的多条分支冷却润滑液流道021组成；多条分支冷却润滑液流道021将冷却润滑液主流道1与磨削区域连通；
铣刀刀头022内设置有与铣刀刀头022中切削刃形状、数量相适配的第二冷却润滑液副流道3；第二冷却润滑液副流道3将冷却润滑液主流道1与铣削区域连通；
刀具柄部01、刀头02、冷却润滑液主流道1、第一冷却润滑液副流道2以及第二冷却润滑液副流道3均采用3D打印的方式加工成型。
需要强调的是：
铣刀刀头022中有3-6个切削刃，且切削刃为螺旋状结构，因此第二冷却润滑液副流道3也为3-6个，且第二冷却润滑液副流道3的形状也为螺旋状结构；
实施例2
如图3和图4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、设置在磨刀刀头021内的冷却润滑液暂存区4，冷却润滑液暂存区4包括设置在冷却润滑液主流道1、多组第一冷却润滑液副流道2以及多条第二冷却润滑液副流道3之间的基体41，基体41上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙，多个孔隙分别将冷却润滑液主流道1与多组第一冷却润滑液副流道2、多条第一冷却润滑液副流道3连通；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磨削或铣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组第一冷却润滑液副流道2或者多条第二冷却润滑液副流道3流向磨削区域或铣削区域，实现冷却润滑。这种设计的目的是：1、使得各组第一冷却润滑液副流道和多条第一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。
为了保证铣刀的整体稳定性，因此基体41的材质与磨刀刀头021的材质一致。
2、另外，由于受到3D打印制造技术的限制，分支冷却润滑液流道21和第二冷却润滑液副流道3直径均为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1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。
3、铣刀刀头022中每个切削刃均设有前刀面和后刀面，因此在每条第二冷却润滑液副流道3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31和后刀面冷却润滑液流道32。
4、为了进一步的避免，加工过程中刀头的热量传递至刀柄或与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。
5、每组第一冷却润滑液副流道2中的多条分支冷却润滑液流道21出口均低于磨刀刀头的磨粒024表面，从而形成一个容屑槽023，确保在磨削加工过程中不会出现砂轮堵塞以及烧伤现象。
本发明的铣磨一体式刀具在制造时采用3D打印技术，主要包括以下步骤：
【1】利用三维建模软件对刀柄和刀头进行三维建模设计；
【2】利用仿真软件对冷却润滑液主流道、第一冷却润滑液副流道、第二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加工区域；
【3】采用切片等处理软件对刀柄和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；
【4】最后通过增材制造(同轴送粉)或者电镀将磨粒024结合在磨刀刀头的磨削区域。

Claims (6)

1.一种具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具，其特征在于：
包括刀具柄部和刀头；
刀具柄部内沿轴向设置有冷却润滑液主流道；刀头包括沿轴向依次设置的磨刀刀头以及铣刀刀头；磨刀刀头的表面附着有磨粒；
磨刀刀头内沿轴向方向设置有多组第一冷却润滑液副流道；每组第一冷却润滑液副流道由沿圆周方向均匀分布的多条分支冷却润滑液流道组成；多条分支冷却润滑液流道将冷却润滑液主流道与磨削区域连通；
铣刀刀头内设置有与铣刀刀头中切削刃形状、数量相适配的第二冷却润滑液副流道；第二冷却润滑液副流道将冷却润滑液主流道与铣削区域连通；
所述刀具柄部、刀头、冷却润滑液主流道、第一冷却润滑液副流道以及第二冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型；
第二冷却润滑液副流道上设有与第二冷却润滑液副流道连通的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第二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第二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；
所述铣磨一体式刀具还包括设置在磨刀刀头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、多组第一冷却润滑液副流道以及多条第二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，多个孔隙分别将冷却润滑液主流道与多组第一冷却润滑液副流道、多条第二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。
2.根据权利要求1所述的具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。
3.根据权利要求2所述的具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具，其特征在于：冷却润滑液主流道的直径为1mm-1.2mm，分支冷却润滑液流道直径和第二冷却润滑液副流道直径均为0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于分支冷却润滑液流道和第二冷却润滑液副流道的直径。
4.根据权利要求3所述的具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具，其特征在于：所述每组第一冷却润滑液副流道中的多条分支冷却润滑液流道出口均低于磨刀刀头的磨粒附着表面，从而形成一个容屑槽。
5.根据权利要求4所述的具有自冷却润滑结构的铣磨一体式刀具，其特征在于：所述磨刀刀头为圆柱状结构或圆柱状加圆锥状结构。
6.一种机床，其特征在于：包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，刀具柄部夹持部上安装如权利要求5所述的铣磨一体式刀具，铣磨一体式刀具内的冷却润滑液主流道与刀具柄部夹持部上的内冷却流道连通。
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