CN1268915A - 具有叶轮式冷却剂导流器的刀夹 - Google Patents

Abstract

提供一种刀夹(1),用于接收和加压外部的冷却剂喷流(3)并将该冷却剂引导到转动的切削刀具,而在该刀夹(1)和冷却剂喷流(3)之间不用机械密封装置。刀夹(1)包括:连接柄(9),可固定地连接于转动驱动轴;适配件(11)例如套爪夹头(31),用于使转动切削刀具连接于连接柄(9);装在连接柄(9)和适配件(11)之间的冷却剂导流器(13)。该冷却剂导流器(13)由叶轮组件(15)构成,该叶轮组件沿其外周面具有许多均匀间隔开的用于接收无约束冷却剂喷流的接收冷却剂开口。沿适配件(11)的转动轴线设置通道(16),该通道用于接收由叶轮组件(15)加压的冷却剂并将其引导到固定在适配件(11)上的切削刀具。这种叶轮式导流器使得在转动的刀具和加压冷却剂源之间不再需流体密封装置或其它的产生摩擦的机械连接装置。

Description

具有叶轮式冷却剂导流器的刀夹

发明背景

本发明一般涉及具有无源冷却剂导流器的刀夹，具体涉及具有叶轮式冷却剂导流器的刀夹，该导流器可以接收外来的加压冷却剂流，并将其引入到切削刀具，而不需要在刀夹和冷却剂源之间应用机械密封装置或其它连接装置。

在先有技术中已知具有冷却剂传输系统的刀夹。这种刀夹一般包括：可转动的刀夹主体，该主体具有连接柄，用于使刀夹连接于可转动的驱动轴；适配件，用于使切削刀具例如钻头或铣刀头连接于连接柄；冷却剂通道，用于将加压的冷却剂喷流引到切削刀具和工件的界面上。因为在刀夹主体和加压冷却剂源之间发生相对运动，所以通常用导管将加压冷却剂输送到刀夹，该导管连接于接头的两个相互配接的可相对运动的部件中的一个部件上，而该两个相互配接的可相对运动的部件中的另一个部件则连接于刀夹主体。这种接头在其两个相互配接的部件之间包括动态流体密封装置，以防止在刀夹转动和操作期间加压冷却剂的不需要的渗漏。

尽管已经证明具有这种冷却系统的刀夹可以在各种机加工操作中进行满意的操作，但是申请人发现，由于利用动态的密封接头将静止的冷却剂源发送的冷却剂输送到刀夹的转动主体内，因而引起许多问题。例如在机加工操作期间，将加压冷却剂约束在这样一种接头内所必需的密封装置将产生很大的摩擦力，这样便降低了传动轴和切削刀具之间的动力传输效率。由于现在又不断要求提高机加工操作的速度，因而使这一问题更加恶化，在高速机加工操作时，刀夹以相当高的转速转动。提高刀夹转速到两倍或三倍将使流体密封件之间的摩擦力增加4倍至9倍。这种显著增加的摩擦力不仅妨碍动力传送，而且还大大加速了流体密封装置的磨损，因而需要很频繁地进行更换，这样又造成机加工装置的更多停机时间，造成浪费。另外，用在常规的带冷却剂的刀夹中的流体密封接头是很贵的部件，这种部件必须以很精密的配合公差进行制造。最后，由于需要机械密封，所以必需进行导管的安装以及在冷却剂传送导管和流体密封接头之间进行刚性连接，这样便严重损害了机加工系统的整体灵活性，因为每次将替换刀夹装在驱动轴上时必须折开和重新装上冷却剂的“铅封”装置。

尽管申请人知道美国专利5183363公开的另一种冷却剂系统，这种系统本身不需要动态密封装置，但是这种系统仍要求设置固定的环形部件，该部件与刀具轴的外周面隔得很近(约5/1000英寸)，以便将冷却剂有效地输送到刀具轴的外圆周面上，在该外圆周面上，冷却剂最后可以流入刀具轴主体上的螺旋通道的一端。尽管这种可替代的设计可以消除由更常规的有冷却剂的刀夹中的动态密封部件引起的摩擦力，但是仍需要固定的装得很近的连接部件，而且仍然存在上述的缺乏灵活性的缺点，因为每当更换刀夹时还需要连接和拆卸刚性的冷却剂铅封系统。

很清楚，仍需要一种可以输送冷却剂的刀夹，这种刀夹不仅不再需要密封部件，而且在固定的冷却剂源和刀夹的转动主体之间的界面上也不需要任何机械密封。这种装置最好易于制造，成本低，可以容易地应用于各种安装刀具的适配件。最后，与这种刀夹相关的冷却系统在安装或替换刀夹时不需要在刀夹的主体上进行冷却剂铅封系统的麻烦的费时的连接和折卸。

发明概要

一般地讲，本发明是一种具有叶轮式冷却剂导流器的刀夹，该刀夹克服了所有上述先有技术的缺点。该刀夹包括：连接柄，该柄可折卸地连接于转动的驱动轴；刀具适配件例如套爪式夹头，用于将可转动的切削刀具连接于该柄上；冷却剂导流器，装在刀夹内，包括接收非约束冷却剂喷流的叶轮组件。为此，该叶轮组件在其外周面上具有一个开口，该叶轮组件具有至少一个叶片，以便挡击和加压射向叶轮组件中心的通过该开口接收的冷却剂。冷却剂导流器还包括在适配件中的与刀夹转动轴线准直的通道，该通道用于接收由叶轮组件加压的冷却剂并将其引入到切削刀具，从而可用冷却剂来冷却和润滑刀刃和工件之间的界面。冷却剂导流器的叶轮组件可以接收无约束的冷却剂喷流，这样便可以有利地完全去掉固定的冷却剂源和刀夹的转动部件之间的密封装置。因而便可以有效地除去在此界面上的所有摩擦力，并且不再需要机械加工和安装固定的连接部件、密封装置或紧配合的部件，这些部件不仅增加了装置的成本，而且在车间内还不能方便地装在驱动轴上或从驱动轴上卸下来。

在优选实施例中，叶轮组件装在连接柄和刀具适配件之间，包括盘形的环形固定器。该环形固定器包括圆形侧壁和许多叶轮叶片，前者具有许多均匀间隔开的用于接收冷却剂的开口。叶轮叶片的外端部连接于开口之间圆形壁的内表面上。叶轮叶片的内端部结束于冷却剂导向部件的外周，该导向部件与刀具适配件中的轴向通道准直。该叶轮叶片是凹的，因而在刀夹转动时它可以加压液体冷却剂并将其引向该冷却剂导向件。

连接柄和适配件均包括围绕刀夹转动轴线同心配置的环形肩部，而且该环形固定器可以包括上、下环形壁，该壁结束于一个圆边，以便接收连接柄的和适配件的环形肩部。围绕刀夹的转动轴线同心地配置环形固定器上、下壁的内边缘，使得在组装这三个部件时，连接柄、适配件和叶轮组件的所有转动轴线是共线的。

在操作中，使加压的未约束的冷却剂喷流沿一条线射向叶轮组件的外周开口，该线相对于盘形叶轮组件为一条定向的弦线。叶轮叶片的凹度使得叶片可以对经叶轮开口冲击在叶片上的液体冷却剂施加一个径向压力，该压力又迫使冷却剂流过外接叶轮叶片内端部的居中配置的冷却剂导向件，然后从该导向件流到刀具适配件中的通道。由转动叶轮叶片产生的压力总是大于由于叶轮组件转动产生离心力而成的作用于冷却剂的反压力。因此，叶轮组件即使在很高的转速条件下也可以有效地将冷却剂泵到连接于适配件的转动切削刀具上。

若干附图的简要说明

图1是本发明的具有叶轮式冷却剂导流器的刀夹的侧视图，示出叶轮组件上的开口如何接收无约束的冷却剂流；

图2是图1所示刀夹的分解的局部横截面图，示出连接柄和适配器如何装在叶轮组件的环形固定件上；

图3是沿图2的3-3线看去的叶轮组件的平面图；

图4是沿图3的4-4线切取的叶轮组件侧视横截面图；

图5是本发明刀夹的示意侧视图，示出该刀夹如何与各种刀具适配件配合使用。

优选实施例的详细说明

下面参考图1和图2，在所有附图中相同编号表示相同部件，本发明的刀夹1适合于接收未约束的冷却剂喷流3，而不需要在冷却剂喷流3和转动刀夹1之间安装任何形式的精密配合部件。这种未约束的冷却剂喷流3从喷嘴5喷出，该喷嘴最好装在一个软管7上，以便于相对刀夹1的冷却剂导流器快速而方便地定位喷嘴5。虽然在所有附图中未示出，但软管7最后连接于一个加压冷却剂源，在刀夹1操作期间，该冷却剂源可以连续产生液体喷流3。

刀夹1大体包括使刀夹1可拆卸地连接于驱动轴(未示出)的连接柄、卡紧切削刀具的适配件11和冷却剂导流器13。冷却剂导流器13的主要部件是连接在连接柄9下端部和适配件11上端部之间叶轮组件15和适配件11上的流体通道16，该通道与刀夹1的转动轴线A准直。

连接柄9包括截头圆锥部分18，该部分的底端终止于环形凸部20。该截头圆锥部分18可牢固地固定在驱动轴的互补形状的锥形凹槽内。从连接柄环形凸出部20下面伸出的是圆筒连接部分22，该部分有助于连接柄9与冷却剂导流器13的准直和组装。为此，连接部分22包括底部圆形壁24(示于图2)。该圆形壁24外周缘外接于环形倾斜面26，而其内周缘则外接环形肩部28。下面将详细说明环形肩部28的准直功能。

图1和图2所示本发明实施例中的适配件11是具有圆筒形夹头主体31的套爪式夹头。在该夹头的下端，锁定螺母32套在夹头主体31上。采用相应螺纹33a、33b使主体31和锁定螺母32相连接。圆锥形套爪34配置在相同形状的夹头主体31内部的凹槽内。尽管在附图未具体示出，但是套爪34由许多由纵向槽口分开的弹性指状部件构成，在拧紧锁定螺母32时，该指形件可使其内表面35径向收缩。围住转动切削刀具的轴并卡紧该轴。利用鼻状环36可以控制套爪34的卡紧作用。该鼻状环36具有倾斜的凸轮表面38，该表面压着套爪端部的倾斜随动表面40，以便使构成套爪34的弹性指形件向内弯曲。这种套爪指形件的向内弯曲便使套爪34卡紧转动切削刀具的轴42，该轴具有镗孔43，用于将冷却剂引导到切削刀具和工件(未示出)之间的界面上。夹头主体31的上端部具有上部圆形壁44，该壁的外周缘外接于环形倾斜面46，而其内周缘确定环形肩部47的界线。下面将更详细地说明在使适配件11与叶轮组件15准直时该环形肩部所起的作用。

下面参考图3和图4，冷却剂导流器13的叶轮组件15一般由环形固定件50和许多叶轮叶片58构成。环形固定件50包括圆形侧壁52，该侧壁具有许多均匀间隔开的接收冷却剂的开口或窗口54。优选实施例1包括如图所示的12个这种窗口54。每个窗口的两个侧边由轴向框架部分56形成。在优选实施例中，各个窗口54的圆周长度至少三倍于各个框架部分56的圆周长度。在组件15转动时，这种比例可以确保大约在75％的时间内未约束的冷却剂流3可以射入叶轮组件15内，由此尽量减小了由于圆侧壁52的框架部分56只反弹冷却剂造成的浪费的冷却剂量。

12个叶轮叶片58中的各个叶片既包括凹的内表面60，又包括凸的外表面62。在操作时，各个叶片58的凹的内表面60挡击和引导从未约束的液体喷流3进入窗口54的冷却剂，并使该冷却剂加压。各个叶轮叶片58的外端部紧靠并密封地连接于一个轴向框架部分56的内表面上，而叶片58的内端部则会聚到环形冷却剂导向件72。

环形固定件50还包括下部环形壁68，该壁的外周缘外接于下部倾斜面70。各个叶轮叶片58的下边缘74连接于下部环形壁68的内表面和冷却剂导向部件72。另外，下部环形壁68的内圆周形成内环形边缘75，该内环形边缘同心地套在上述适配件11的环形肩部47上，由此可使叶轮组件15的转动轴线与适配件11的转动轴线对直。

环形固定件50还具有上部环形壁76。和先有说明的壁68一样，壁76的外周缘外接于上部倾斜面78，而其内周缘以内环形边缘82为界。各个叶轮叶片58的上部边缘80如图所示接触上部环形壁76的下表面。另外，壁76的内环形边缘82可同心地接收连接柄9的圆筒连接部分22的环形肩部28，从而可使叶轮组件15的转动轴线与连接柄9的转动轴线对准。当连接柄9、叶轮组件15和适配件11相互嵌合在如图4虚线所示的位置时，最好利用图1所示的上部和下部焊珠85、87将这三个部件连接起来。该焊珠85、87分别充满连接柄9和叶轮组件15的倾斜部分26、27以及适配件11和叶轮组件15的倾斜部分46、70。

参考图1和图3可以更好地理解本发明刀夹的操作。在转动刀夹1之前，利用软管7调节改变冷却剂喷流3方向的喷嘴5的位置，使得冷却剂喷流3沿着一条弦的方向喷入叶轮组件15的窗口54内。从图3可以清楚看出，喷嘴5的弦方向相对于环形冷却剂导向件72的中心点几乎是径向的，但又不完全是径向的。喷嘴5相对于直正的径向形成一个小角度B有利于叶轮叶片58的加压操作，因为叶轮组件15按箭头方向所示顺时针转动。反时针方向转动的镜像叶轮可用于反手的机加工。叶轮叶片58的凹形内表面的渐伸形状与冷却剂喷流3的冲击角相结合可使叶片58挡击的冷却剂被加压并被引向叶片58的内端部66。从图4可以清楚看出，流过内端部66的液体冷却剂除流过环形冷却剂导向件72的中部之外别无其它流路，由于各个叶片的底部和顶部边缘74、80分别紧靠着连接柄9和适配件11的圆形上部和下部表面，所以其它流路被阻塞。从图1可以清楚看出，流过冷却剂导向部件72的加压冷却剂由通道16引入到套爪34的安装轴的内表面35上。加压的冷却剂再由该表面自由地进入并流过刀具轴42上的镗孔43。应当注意到，通道16配置成与适配件11的转动轴线A共线，这样便尽量减小了作用于冷却剂的离心力，这种离心力将以另一种方式产生作用于冷却剂的压力，这种压力会牵引冷却剂远离固定在套爪34上的刀具轴42的镗孔43。

尽管在图1和图2所示的刀夹1实施例中的适配件11是一种套爪式夹头，但图5例示出该适配件可以为各种形式。例如适配件90可以是铣刀头，在其外周缘上装有一个或多个切削硬质合金刀92。侧向冷却剂镗孔94从主冷却剂镗孔94分支出来，以便向硬质合金刀92的刀刃和工件(未示出)之间的界面输送加压的冷却剂。适配件96还可以为快速替换式接头形式，这种适配件具有截头圆锥形凹槽98，用于接收快速分离刀夹100的柄99。在这种情况下，刀夹100包括轴向镗孔102，以便将通道16中的加压冷却剂引入到装在刀夹100上的转动切削刀具(未示出)上。

尽管已参照若干优选实施例说明本发明，但本专业的技术人员可以明显看出对本发明可进行各种改变、改型和添加。所有这些改变、改型和添加预定包含在本发明的范围内，此范围只由权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种可绕轴线转动的刀夹。用于接收、加压和调节外部冷却剂喷流，并将该喷流引导到转动的切削刀具，不需要在上述刀夹具和上述冷却剂喷流之间应用任何机械密封(mechanical containment)装置，该刀夹包括：

连接柄，用于使刀夹连接于可转动的驱动轴；

适配装置，用于使转动的切削刀具连接于上述连接柄；

冷却剂导流器，装在上述刀夹内，包括叶轮组件，该组件在刀夹的外周面上具有至少一个用于接收无约束(uncontained)冷却剂喷流的开口，该叶轮组件还具有至少一个叶片，该叶片用于挡击(impinging)和加压进入上述开口的冷却剂，上述导流器还包括上述适配装置中的通道，该通道与转动轴线准直，用于接收叶轮组件中的已加压冷却剂，并将其引导到切削刀具。

2.如权利要求1所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮组件包括许多冷却剂接收开口和许多叶片，该叶片用于加压射入上述开口的冷却剂并将其导入上述通道。

3.如权利要求1所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮叶片具有凹的侧面，以便收集射入上述开口的冷却剂并将上述收集的冷却剂推压到上述通道。

4.如权利要求2所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮组件包括环形固定件，以便固定上述叶轮叶片。

5.如权利要求4所述的刀夹，其特征在于，上述环形固定件装在上述连接柄和适配装置之间，包括圆形侧壁，上述开口沿上述圆形侧壁的外周面配置，位于上述许多叶轮叶片中的成对叶片之间。

6.如权利要求5所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮叶片分别包括内端部和外端部；上述外端部连接于上述圆形侧壁。

7.如权利要求6所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮组件包括冷却剂导向件，该导向件确定上述叶轮叶片的上述内端部的界限。

8.如权利要求7所述的刀夹，其特征在于，上述冷却剂导向件与上述通道相通，该通道与上述适配装置的转动轴线准直。

9.如权利要求5所述的刀夹，其特征在于，上述连接柄和适配装置中的各个包括围绕上述转动轴线同心配置的环形肩部；上述环形固定件包括上部和下部环形壁，各个环形壁结束于圆形边，以便分别接收上述连接柄和适配装置的环形肩部，从而围绕上述转动轴线同心地对齐上述连接柄、适配装置和冷却剂导流器。

10.如权利要求1所述的刀夹，其特征在于，上述适配装置是由套爪夹头、主铣刀和快速分离接头构成的一组装置中的一种装置。

11.一种可转动的刀夹，用于接收、加压和调节外部的冷却剂喷流，并将该喷流引导到转动的切削刀具，而不需要在上述刀夹和上述冷却剂喷流之间应用任何机械密封装置，该刀夹包括：

连接柄，用于将刀夹连接于转动驱动轴；

适配装置，具有转动轴线，用于将转动切削刀具连接于上述连接柄；

冷却剂导流器，包括装在上述连接柄和上述适配装置之间的叶轮组件，该叶轮组件具有许多沿其外周面配置的用于接收无约束冷却剂喷流的开口，和许多用于挡击和加压射入上述开口的冷却剂的叶片，上述导流器还包括在上述适配装置中的通道，该通道与转动轴线准直，用于接收上述叶轮组件中的已加压的冷却剂并将其引导到装在上述适配装置上的切削刀具。

12.如权利要求11所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮组件包括用于固定上述叶轮叶片的环形固定件；上述环形固定件装在上述连接柄和适配装置之间，包括圆形侧壁，开口沿上述圆形侧壁的外周面配置，位于上述许多叶轮叶片中的成对叶片之间。

13.如权利要求12所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮叶片分别包括内端部和外端部；上述外端部连接于上述圆形侧壁。

14.如权利要求13所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮组件包括冷却剂导向件，该导向件确定上述叶轮叶片的上述内端部的界线。

15.如权利要求14所述的刀夹，其特征在于，使上述冷却剂导向件与上述适配装置中的上述冷却剂通道同心地配置。

16.如权利要求12所述的刀夹，其特征在于，上述连接柄和上述适配装置中的各个包括围绕上述转动轴同心配置的环形肩部；上述环形固定件包括上部和下部环形壁，各个环形壁结束于一个圆形边，以便分别接收上述连接柄和适配装置的肩部，从而围绕上述转动轴线同心地对齐上述连接柄、适配装置和冷却剂导流器。

17.如权利要求14所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮叶片的上述外端部密封地连接于上述环形固定件的上述圆形侧壁的内表面上。

18.如权利要求11所述的刀夹，其特征在于，上述适配装置是由套爪夹头、立铣刀和快速分离接头组成的一组装置中的一种装置。

19。如权利要求11所述的刀夹，其特征在于，上述叶轮叶片具有凹形侧面，该侧面用于收集射入上述开口的冷却剂并将上述收集的冷却剂推压到上述通道。

20.一种将冷却剂输送到转动切削刀具而在冷却剂喷流和转动刀夹之间不用机械密封装置的方法，该刀夹包括：用于将刀夹连接于转动驱动轴的连接柄；用于使转动切削刀具连接于上述柄的适配装置；装在上述刀夹内的冷却剂导流器，该导流器包括叶轮组件，该组件具有至少一个开口和至少一个叶片，前者配置在刀夹的外周面上，用于接收未约束的冷却剂喷流，后者用于挡击和加压射入上述开口的冷却剂，上述导流器还包括上述适配装置内的通道，该通道与转动轴线准直，用于接收叶轮组件中的已加压的冷却剂，并将该冷却剂引导到切削刀具；上述方法包括以下步骤：

使刀夹转动；

将固定的无约束的冷却剂喷流射向上述刀夹的外周面区域上，该区域上包括上述叶轮组件的开口。

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