CN113118796A - 一种外转内冷刀柄 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外转内冷刀柄，包括：机体组件；刀柄本体，通过轴承支承于所述机体组件，所述刀柄本体下端设有内腔，所述内腔的腔壁开设进水孔；液静压轴套，连接于所述机体组件，并套设于所述刀柄本体的外周面，所述液静压轴套与所述刀柄本体间隙配合，所述液静压轴套设有与所述进水孔连接的第一过水孔，所述液静压轴套的内壁面设有多个截面腔，多个所述截面腔沿周向间隔分布，所述液静压轴套设有与所述截面腔连接的第二过水孔，所述第一过水孔和第二过水孔均与机体组件的水道连接。采用外接供水系统，保证刀柄内冷切削功能，打破了主轴必带中心出水功能的限制，使刀柄使用范围增广，从另一方面保证数控机床的使用性，从而节约了加工成本。

Description

一种外转内冷刀柄

技术领域

本发明用于机床附件领域，特别是涉及一种外转内冷刀柄。

背景技术

纵观整个机械行业，尤其是涉及到3C行业的机加工产品，随着消费群对加工产品高精、高光、高亮的追求，故而首要保证加工设备的高精度性。而机械行业信息化的快速覆盖及革新，致使老、旧设备逐渐淘汰，需要更换更专一的高端数控设备，但由此造成固有设备的大批量浪费及产品加工成本的急剧增加，使企业缺乏市场竞争优势。高效的机加工，如钻、铣、磨等工序，需使用高速切削模式的湿式加工且中心内冷功能，而现传统数控设备上一般未设置内冷装置，且钻孔转速低，切磨进给量小，导致产品加工慢，合格率低。

此外，现有技术中，刀柄末端的支撑刚性不足，容易导致轴芯变形，以及刀柄末端振动等异常。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种外转内冷刀柄。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种外转内冷刀柄，包括：

机体组件；

刀柄本体，通过轴承支承于所述机体组件，所述刀柄本体下端设有内腔，所述内腔的腔壁开设进水孔；

液静压轴套，连接于所述机体组件，并套设于所述刀柄本体的外周面，所述液静压轴套与所述刀柄本体间隙配合，所述液静压轴套设有与所述进水孔连接的第一过水孔，所述液静压轴套的内壁面设有多个截面腔，多个所述截面腔沿周向间隔分布，所述液静压轴套设有与所述截面腔连接的第二过水孔，所述第一过水孔和第二过水孔均与机体组件的水道连接。

在一些实施例中，所述液静压轴套外周面设有第一环槽，所述液静压轴套和所述机体组件之间通过所述第一环槽限定出环形腔体，所述环形腔体中设有节流凸块，所述液静压轴套和所述机体组件的间隙于所述节流凸块处减小，所述第二过水孔由所述节流凸块延伸至所述截面腔。

在一些实施例中，所述液静压轴套设置于所述轴承的下方，所述液静压轴套上部设有多个与所述刀柄本体配合的节流面，由下到上多个所述节流面与所述刀柄本体的间隙逐渐减小。

在一些实施例中，所述节流面包括第一节流面，所述第一节流面设有溢流孔。

在一些实施例中，所述节流面包括位于所述第一节流面上方的第二节流面，所述第二节流面设有防倒流孔，所述防倒流孔与机体组件的气道连接。

在一些实施例中，所述轴承与所述液静压轴套之间设有弹性旋转动密封组件，所述弹性旋转动密封组件包括轴承内圈锁紧套、轴承外圈锁紧套和密封环，所述轴承内圈锁紧套连接于所述刀柄本体，并锁紧所述轴承的内圈，所述轴承外圈锁紧套连接于所述机体组件，并锁紧所述轴承的外圈，所述密封环设置轴承内圈锁紧套、轴承外圈锁紧套之间，密封环旋转后通过离心力作用增大轴向宽度和径向厚度，从而轴承内圈锁紧套和轴承外圈锁紧套的旋转间隙。

在一些实施例中，所述机体组件与所述刀柄本体之间于所述轴承的上方形成配合间隙，所述机体组件于所述配合间隙处设有第二环槽，所述第二环槽与所述机体组件的气道连接形成气体吹尘结构。

在一些实施例中，所述机体组件的水道外接进水定位销，所述机体组件的气道外接进气定位销。

在一些实施例中，所述机体组件包括上机体和下机体，所述上机体和下机体连接形成整体，所述轴承支承于所述上机体，所述液静压轴套设置于所述下机体。

在一些实施例中，所述刀柄本体上端设有锥面接口和拉钉。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

通过机体组件的水道和第一过水孔，可以在未有中心内冷的数控设备中依旧完成内冷工序的加工，且可进行高复合材料(如手机背壳)叠层钻孔加工，刀刃出水，可快速冷却刀具及润滑材料表面，实现产品的高精、高效加工。

通过第二过水孔将高压水进入到各截面腔中，刀柄本体高速旋转后，沿截面腔切线方向形成反方向支撑液膜，环四周分布的多个截面腔使其支撑刚性足，且轴芯不变形，保证刀柄本体末端高速旋转的高支撑性和低振动性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例水道结构示意图；

图2是图1中B处局部放大图；

图3是图2中A-A处截面图；

图4是图1所示的一个实施例液静压轴套结构示意图；

图5是图1中C处局部放大图；

图6是图1所示的一个实施例气道结构示意图；

图7是图1所示的一个实施例进水定位销、进气定位销结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

其中，图1和图6给出了本发明实施例的参考方向坐标系，以下结合图1和图6所示的方向，对本发明的实施例进行说明。

参见图1、图2、图3，本发明的实施例提供了一种外转内冷刀柄，包括机体组件1、刀柄本体2和液静压轴套3。

刀柄本体2上端设有锥面接口21和拉钉22。刀柄采用锥面接口21形式，通过拉钉22连接电主轴单元，刀柄锥面与主轴内锥孔高度紧密贴合定位，有效的保证主轴的扭矩传递及刀柄的刚度、精度，并与主轴相互保持一致，从而提高整机的加工精度。

参见图1、图2、图3，刀柄本体2通过轴承4支承于机体组件1，刀柄本体2下端设有内腔23，内腔23的腔壁开设进水孔24。液静压轴套3连接于机体组件1，并套设于刀柄本体2的外周面，以为刀柄本体2提供非接触式旋转支撑，液静压轴套3与刀柄本体2间隙配合，液静压轴套3设有与进水孔24连接的第一过水孔31，液静压轴套3的内壁面设有多个截面腔32，多个截面腔32沿周向间隔分布，液静压轴套3设有与截面腔32连接的第二过水孔33，第一过水孔31和第二过水孔33均与机体组件1的水道13连接。

其中，机体组件1可采用一体式结构或分体式结构，例如在图1所示的一些实施例中，机体组件1包括上机体11和下机体12，上机体11和下机体12连接形成整体，轴承4支承于上机体11，液静压轴套3则设置于下机体12，采用分体式结构更方便轴承4等结构在机体组件1中的安装。

液静压轴套3与机体组件1和刀柄本体2形成非接触式液压旋转支撑结构，其能够提供足够的液压刚性支撑、高速减振的功能。

1)液压刚性支撑：依非接触式旋转支撑结构可看，外部设定一定压力的流动水，通过机体组件1的水道13进入产品结构内部，最终高压水通过第一过水孔31、进水孔24进入刀柄本体2的内腔23之中，安装止水夹头及中心孔刀具，即可实现刀具中心出水的加工功能。同时，结合图1、图3，高压水通过机体的水道13、第二过水孔33进入到各截面腔32中，刀柄本体2高速旋转后，沿截面腔32切线方向形成反方向支撑液膜，环四周均匀分布使其支撑刚性足，且轴芯不变形。

2)高速减振：参见图2、图3，沿第二过水孔33向刀柄本体2外旋转面均匀提供切向支撑力，避免刀柄本体2在高速旋转状态下出现扭转。在进水通道中通入高压水入第一过水孔31进入刀柄本体2内腔23中，由于相对水压较大，易形成刀柄本体2末端振动等异常，而第二过水孔33不但可提供足够的切向支撑力，同时也具备可调的柔性支撑力，最终高速旋转下保持极低的振动。

为了进一步提升截面腔32的支撑刚性，参见图3、图4，在一些实施例中，液静压轴套3外周面设有第一环槽34，液静压轴套3和机体组件1之间通过第一环槽34限定出环形腔体，环形腔体中设有节流凸块35，节流凸块35可设计呈圆形、方形等形状，液静压轴套3和机体组件1的间隙于节流凸块35处减小，起到节流作用。第二过水孔33由节流凸块35延伸至截面腔32。高压水通过机体的水道13充满液静压轴套3的环形腔体，并通过节流凸块35阻流进入到各截面腔32中。通过节流凸块35的节流、阻流作用，使环形腔体的水压大于截面腔32的水压，从而大大提升各截面腔32的支撑刚性。

在一些实施例中，非接触式液压旋转支撑结构还具有旋转密封功能，参见图1、图2，液静压轴套3设置于轴承4的下方，液静压轴套3上部设有多个与刀柄本体2配合的节流面，由下到上多个节流面与刀柄本体2的间隙逐渐减小，逐次递减以避免水流进入轴承4。

进一步的，参见图2，节流面包括第一节流面，第一节流面设有溢流孔36，通过第一过水孔31的水流有微量的水经过回流面上渗，此时在上一级节流面设计溢流孔36，将部分水排除。

进一步的，参见图6，节流面还包括位于第一节流面上方的第二节流面，第二节流面设有防倒流孔37，防倒流孔37与机体组件1的气道14连接。从外界接气通过该孔环形吹气彻底杜绝水的上渗。再加上弹性旋转密封结构可二次保证轴承4旋转环境的绝对密封。

在一些实施例中，参见图1、图5，轴承4与液静压轴套3之间设有弹性旋转动密封组件，弹性旋转动密封组件具有极佳的防水特性，弹性旋转动密封组件用于轴承4下端的密封。弹性旋转动密封组件包括轴承内圈锁紧套51、轴承外圈锁紧套52和密封环53，轴承内圈锁紧套51连接于刀柄本体2，并锁紧轴承4的内圈，轴承外圈锁紧套52连接于机体组件1，并锁紧轴承4的外圈，密封环53设置轴承内圈锁紧套51、轴承外圈锁紧套52之间，密封环53可采用金属叠片或橡胶圈，密封环53随刀柄本体2高速旋转时，通过离心力作用增大轴向宽度和径向厚度，从而轴承内圈锁紧套51和轴承外圈锁紧套52的旋转间隙，使其可形成接触式密封件，进而达到止屑的效果。

轴承4的上端采用气体吹尘结构进行防尘，在一些实施例中，参见图6，机体组件1与刀柄本体2之间于轴承4的上方形成配合间隙，机体组件1于配合间隙处设有第二环槽15，第二环槽15与机体组件1的气道14连接形成气体吹尘结构。气道14通入一定压强的气体，并随着气道14进入上第二环槽15中，依次分上下排除，从上吹尘排除达到轴承4上端除尘和冷却效果。

在一些实施例中，参见图1、图6、图7，机体组件1的水道13外接进水定位销16，机体组件1的气道14外接进气定位销17。并通过双定位销与数控主轴连接定位，定位销外设计弹性圈，使刀柄拉紧接触时降低负载且定位精准，此设计既减少结构件的种类的设计，避免加工、装配误差，又使结构紧凑，拆修维护方便，从而降低了成本。

本发明的实施例采用水道13和气道14结构，将两种结构和轴承4部件分离，且最后充分利用气吹原则，实现极佳的非接触式液压旋转支撑密封结构，既解决了冷却液可能进入轴承4的问题，同时也提供了柔性的液态支撑，降低了高速振动。

本发明的实施例采用外接供水系统，保证刀柄内冷切削功能，打破了主轴必带中心出水功能的限制，使刀柄使用范围增广，从另一方面保证数控机床的使用性，从而节约了加工成本，间接提高了机械加工行业的产品升级，推动了工业时代的升级步伐。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种外转内冷刀柄，其特征在于，包括：

机体组件；

刀柄本体，通过轴承支承于所述机体组件，所述刀柄本体下端设有内腔，所述内腔的腔壁开设进水孔；

液静压轴套，连接于所述机体组件，并套设于所述刀柄本体的外周面，所述液静压轴套与所述刀柄本体间隙配合，所述液静压轴套设有与所述进水孔连接的第一过水孔，所述液静压轴套的内壁面设有多个截面腔，多个所述截面腔沿周向间隔分布，所述液静压轴套设有与所述截面腔连接的第二过水孔，所述第一过水孔和第二过水孔均与机体组件的水道连接。

2.根据权利要求1所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述液静压轴套外周面设有第一环槽，所述液静压轴套和所述机体组件之间通过所述第一环槽限定出环形腔体，所述环形腔体中设有节流凸块，所述液静压轴套和所述机体组件的间隙于所述节流凸块处减小，所述第二过水孔由所述节流凸块延伸至所述截面腔。

3.根据权利要求1所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述液静压轴套设置于所述轴承的下方，所述液静压轴套上部设有多个与所述刀柄本体配合的节流面，由下到上多个所述节流面与所述刀柄本体的间隙逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述节流面包括第一节流面，所述第一节流面设有溢流孔。

5.根据权利要求4所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述节流面包括位于所述第一节流面上方的第二节流面，所述第二节流面设有防倒流孔，所述防倒流孔与机体组件的气道连接。

6.根据权利要求3所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述轴承与所述液静压轴套之间设有弹性旋转动密封组件，所述弹性旋转动密封组件包括轴承内圈锁紧套、轴承外圈锁紧套和密封环，所述轴承内圈锁紧套连接于所述刀柄本体，并锁紧所述轴承的内圈，所述轴承外圈锁紧套连接于所述机体组件，并锁紧所述轴承的外圈，所述密封环设置轴承内圈锁紧套、轴承外圈锁紧套之间，密封环旋转后通过离心力作用增大轴向宽度和径向厚度，从而轴承内圈锁紧套和轴承外圈锁紧套的旋转间隙。

7.根据权利要求1所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述机体组件与所述刀柄本体之间于所述轴承的上方形成配合间隙，所述机体组件于所述配合间隙处设有第二环槽，所述第二环槽与所述机体组件的气道连接形成气体吹尘结构。

8.根据权利要求1所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述机体组件的水道外接进水定位销，所述机体组件的气道外接进气定位销。

9.根据权利要求1所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述机体组件包括上机体和下机体，所述上机体和下机体连接形成整体，所述轴承支承于所述上机体，所述液静压轴套设置于所述下机体。

10.根据权利要求1所述的外转内冷刀柄，其特征在于，所述刀柄本体上端设有锥面接口和拉钉。

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