CN1327404A - 机床内的冷却液喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种机床内的冷却液喷嘴(3),其包括:a)内周壁体(15);b)在内周壁体(15)上形成的支撑内侧通道的内部凸缘(23),c)上部框架,该框架包括使通过内侧通路向上流出的冷却液以放射状地方式在平面上流动的天花板表面,及外周壁体(17)其使流动的液体向下转弯从而使液体向下流动并与凸缘(23)的外表面共同形成外侧通路,至少在一部分壁体表面上设置有流动搅乱凹陷(27)及d)下部框架(19),其构成了一个流动导向台用于向心地导引经过凸缘下面的至少一个落差达到外周壁体下端的冷却液;e)由此将该流动导向台用作瀑布(28)的环形顶部通过使冷却液向下流动从而形成包围着所述刀具的圆柱形或倒立的锥形瀑布状冷却液幕。

Description

机床内的冷却液喷嘴

本发明涉及车床或磨床等机床内的一种冷却液供给装置，尤其是涉及一种用于将冷却液供给到刀具等物与工件之间接触位置的喷嘴。

在机加工中，使加工时间和加工导致的变形最小化的主要因素就是加强刀刃或磨具与工件之间的接触润滑及摩擦热的消散或冷却。尤其是，从给予少量的表面弱化能够改善切削条件来看，如果冷却液能够从所有方向进入切削的主剪切区并被产生的细微裂缝或空隙吸收，那么冷却液将降低表面能量以免再压缩。剪切区内的这种脆性效果非常有用，其增加了剪切角，降低了切屑的厚度并节省了切削力。另一方面，由于刀具在工件表面会重复瞬时地形成塑性变形和剪切区域，因此对于每个瞬时塑性变形和剪切区域进行有效的冷却和润滑是非常重要的，其中刀具与这些塑性变形和剪切区域相接触。

然而，在传统的机床中，通过喷嘴直接供给到瞬时区域(刀具接触区)的冷却液由于刀具或工件的旋转被甩出并且与刀具和工件的表面只是肤浅的轻微接触，因此不能说它起到了有效的冷却或润滑作用。

为了使冷却液在机床内一直运行直到其到达刀具/工件接触区，冷却液在接触区形成薄膜，同时具有足够的流动性并抵抗着旋转表面产生的离心力以便能够成功地进入剪切区域，通过试验已经产生出并观察到了冷却液不同阶段的状态。

结果发现，给加工区供给充足的冷却液不是通过将冷却液从喷嘴直接喷射到加工区实现的，而是通过将其作为流体供给到加工区实现的。为此设计了一种喷嘴，该喷嘴在内部将冷却液形成为一组紊流并将该紊流以圆柱形或圆锥形的瀑布幕形式送到旋转刀具的周围，同时所述瀑布的下端撞在围绕着加工区的工件圆周线上，并且还观察到较大一部分到达圆周线的冷却液好像爬到了包括旋转刀具在内的中心部分。

根据上述发现，在喷嘴设计的初期阶段，考虑到加工区周围螺旋转动的瀑布幕状的冷却液撞击在工件表面然后形成放射状的内螺旋流到达加工区内刀具和工件的接触面以及接触面的附近，将喷嘴制成环形其能够将螺旋旋转的冷却液通过向下导引的圆形喷嘴口排出，同时将该喷嘴进行了国际申请(PCT/JP/9700373，国际出版号No.WO97/29882)。

同传统简单的喷嘴结构相比，尽管国际申请97/373所述的喷嘴结构提供了划时代的加工速度，加工精度，以及节省了大量的劳动和能量，但是经过对撞击在工件表面上之后的瀑布幕状冷却液的特性做进一步观察发现还能进一步提高供给方法。尤其是，撞击在工件表面上的冷却液幕的下端具有相当一部分冷却液由于离心力变为外螺旋流，剩余的大约50％～60％的冷却液流为内螺旋流并且在工件表面上形成的厚度大约为20mm。在这种情况下，即使用相同的喷嘴提高了流速，由于离心力的增加所以内螺旋流的量也保持不变。

当内螺旋流到达中心并撞击在旋转的刀具上时，其仍有一大部分在各个方向上流动，尽管这部分比传统单口喷嘴情况下要少，在此期间能够防止切屑卡在构成空隙的刀具/工件接触区内。因此如果冷却液能够大量地从冷却液幕的下端进入其中，那么就能够将刀具包在增厚的内螺旋流的中心并使切屑从工件漂浮到螺旋流中心的上部区域。

另一方面，通过消除螺旋转动能够降低冷却液幕的离心力。因此，如果使用的喷嘴设计成通过其循环喷嘴口向下排出冷却液并且没有圆周扭转角，那么喷嘴口和喷嘴口周围的杂质阻塞将导致排出的冷却液形成液体幕，该液体幕到达工件的表面并由于阻塞在液体幕中形成了切口或裂口。(在这方面，如果液体幕螺旋转动，由于喷嘴结构内的混合螺旋流，裂口将消失或立刻位于喷嘴口的下面。)

因此，本发明的目的在于提供一种喷嘴结构，即使瀑布状排出的冷却液幕是螺旋转动的，该喷嘴也能够减小离心力以保证更大一部分到达工件表面的冷却液被导引到中心。

为实现上述目的，本发明提供一种用于冷却液的环形或多边框架形喷嘴，其能够安装在铣刀，磨具或钻头等刀刃的上面，其中铣刀，磨具或钻头固定在垂直的主轴上同时喷嘴与所述主轴同轴放置并朝向下方，所述喷嘴包括：

a)内周壁体；

b)用于内侧廊道支撑的内部凸缘，该凸缘包括廊道，利用该廊道，经过在内周壁体上或其附近直接形成的进口流入的冷却液能够基本上放射状流动，中间壁体，其从所述廊道的外边缘向上延伸以使放射状流动的冷却液向内转，及转向天花板，其具有与所述内周壁体边缘相对的内边缘以便形成开口，通过该开口所述向内转的流动液体沿所述内周壁体向上流出；

c)上部框架，该框架包括在所述顶板上面形成的用作导向表面的天花板，该导向表面使通过开口向上流出的冷却液以平面放射状的方式流动，及用作外部导向平面的外周壁体，该外部导向平面使平面放射状流动的液体向下转并在所述凸缘的周边上向下流动，所述上部框架与所述凸缘的外周壁体表面共同形成外部通道，其中形成外部通道的壁体表面至少在一个位置上形成有凹陷或凹凸不平的表面用于搅动流体；

d)下部框架，其包括外周边缘和内周边缘，外周边缘和内周边缘与位于内部凸缘下面的外周壁体的下端相连，外周边缘和内周边缘之间的中间至少有一个落差，所述下部框架构成流动导向地板，通过该导向地板已经到达外周壁体下端的冷却液通过所述落差被导引着成放射状向内，其中

e)冷却液被导引着向下流动，同时流动导向地板的内周边缘被用作环形瀑布排出边缘以便形成包围所述刀具的瀑布状冷却液幕。

根据上述结构，冷却液流从喷嘴的内侧通道流向外侧通道，所述通道具有弯管或钩形结构由此冷却液流形成为细的紊流或微粒流同时穿过液体导向地板并且落下用于通过其中的内周边缘(喷嘴口)流出。在这种情况下，冷却液流通过流体导向地板的落差使其速度(包括旋转速度)降低以便增加厚度，因此，从喷嘴口排出的冷却液流被厚的流体从后面有效地推动(放射状向内)，并在根据流速降低流体幕直径的同时落到工件的表面同时大部分朝着中心流动；因此，如上所述，形成了有效覆盖刀具的中心流体层。

图1为根据本发明采用用于机床的冷却液喷嘴构成冷却液循环供给系统的原理示意图；

图2为根据本发明基本实施例的冷却液喷嘴结构的局部剖视图；

图3为图2沿线A—A，B—B，C—C，D—D，E—E，F—F的局部剖视组合图；

图4为从图2和图3所示冷却液供给喷嘴中出来的冷却液的圆柱形幕和螺旋表面流的侧视示意图；

图5为图4所示工件表面上的圆柱形幕和表面流的平面示意图；

图6为根据本发明第二实施例的冷却液喷嘴结构的局部剖视图；

图7为在用于排出冷却液幕的喷嘴与刀具/工件接触位置之间具有较长主轴的实施例的主视图；

图8为不同框架类型的冷却液喷嘴的外形与喷嘴口之间关系的平面图；

图9为第一和第二实施例中冷却液喷嘴的内侧通道和外侧通道不同

实施例的局部剖视图；

图10为图1中所示辅助冷却液喷嘴的典型使用状态的平面示意图；及

图11A和图11B分别为利用本发明喷嘴加工出来的具有薄的侧壁和底部的中空加工件的平面示意图和纵向剖视图。

图1为本发明机床内冷却液循环供给系统的基本构成图，标号1表示盛放冷却液的大容量主冷却液箱；标号2表示冷却液泵P，在该例中，冷却液泵P用于将具有气泡的冷却液供给到环形喷嘴3，其中气泡是通过空气压缩作用引入冷却液内的；冷却液喷嘴3为环形，之所以这样设计是为了从泵P1供给的冷却液以螺旋流圆柱形或倒立圆锥形的包围幕4形式向下流动形成瀑布，其中螺旋流为精细紊流的集合并且最好具有轻微的扭转角，由此撞击在工件5的表面。在可移动工作台6上，利用铣刀7对工件5进行切削，铣刀7包括强力切削刀具和支撑铣刀7并穿过环形喷嘴3沿其轴线延伸的主轴8。冷却液包围幕4被导向中心，其下端撞击在工件的表面上，并且大部分是以放射状向内运动的表面流形式撞击在工件表面上的，同时对铣刀7与工件5之间的接触位置(加工区)提供了有效的冷却液供给。由此供给到加工区并在包围幕4内形成凸出液体层的冷却液使切屑从加工区浮起并随其一起流出包围幕4，同时结合最初向外的部分冷却液并移过工件5和可移动工作台6流入槽形的外周底盘9内，然后由第二冷却液泵2’(P2)通过抽吸口10抽吸，并最终到达分离回液箱11。分离回液箱11的详细信息参考国际申请(PCT/JP/97/000373)。在该箱体11内，所述冷却液内含有杂质，如油质成分和切屑，在将杂质分离除去后，冷却液通过喷管12返回到大容量冷却液箱1。在冷却液幕下端的一点上，如果需要，从其相邻的位置上可以将线性冷却液喷流供给到该点，因此在冷却液幕4完成其任务后增强了排泄。标号13表示辅助喷嘴。

在上述冷却液循环供给系统的实例中，如果需要，以包围幕4形式供给的冷却液可以通过冷却液泵2的空气压缩作用导入气泡。这种情况下，供给到铣刀7与工件5之间接触区的冷却液质量小，因此其从刀具旋转接收的离心力也小，这意味着冷却液更容易渗透进刀具/工件接触区；这种情况下，由于气泡破裂产生的飞溅加快以便容易地渗透到显微裂缝中。另外，由于气泡破裂实现的散热也是极佳的，如上所述，润滑，散热和冷却增强了刀具的切削功能，因此可以使用硬质合金刀具实现高速切削。当然，加工区排出冷却液的流动也连续地除去切削产生的热量。另外，将气泡导入冷却液的操作不但能够通过泵2的空气压缩作用实现，还可以通过倾注的冲击实现，例如这种冲击可以通过充分增加从回液喷管14到分离回液箱11之间的落差及从喷管12在分离回液箱11的出口处与大容量冷却液箱1液面之间的落差来实现。

图2为冷却液环形喷嘴3第一实施例的剖视图。在该例中，环形喷嘴3的外露内表面15a支撑在机床主轴罩16的外表面上。环形喷嘴3包括具有所述外露内表面15a的内周壁体15；由内周壁体15包围的环形金属结构，外周壁体17，顶壁18和下部框架壁体19。内周壁体15相对薄的上端部分15b与紧挨在顶壁18下面的外周壁体17之间的空隙为冷却液提供了进口室20，来自泵2的冷却液通过与顶壁18相连的进口导管21流入进口室20。

构成进口室20底面的上层地板22具有下部表面，该下部表面构成了喷嘴3主结构的天花板。上层地板22下面形成的是从内周壁体下部伸出的内部凸缘23。在内周壁体15的高度区域形成有垂直的导向通路24，其用于将冷却液从进口室20导引到内部凸缘23上面的区域。内部凸缘23包括一个廊道，中间壁体25和转向的天花板26，该廊道用于使冷却液经进口24a基本上以放射状的方式流入其中，进口24a从垂直导向通路24的下端向外延伸穿过内周壁体15，中间壁体25从廊道的外边缘笔直地向上伸出用于使放射状流动的冷却液转向，天花板26具有与内周壁体15的外缘相对的内周边缘26a，内部凸缘支撑着限于转向剖面结构内的内侧通道。该内侧通道是在使冷却液转向并导引其向上的过程中最初将细粒和紊流作用施加给冷却液的部分。

由上层地板22下部表面确定的天花板用作导向表面，该表面使流出开口的冷却液以平面放射状的方式流到天花板26上面，同时外周壁体17用作外部导向表面用于使平面放射状流动的冷却液向下转以绕着内部凸缘23向下流动。由这些导向表面构成的上部结构和内部凸缘23的外周壁体表面一起形成了外侧通道。其中一个形成外侧通道的表面，其上至少一个位置上，该例中是在天花板的外端，形成有循环凹陷27用于搅动冷却液流。如下所述，凹槽的截面形状并不限于图中所示的矩形，其可以是任何凹陷或凹凸不平的形状。

外侧通道以下部框架壁体19的上阶梯表面19a作为下端终止，并且与流动导向地板上向内的通道连接，该流动导向地板包括所述表面19a和内侧下阶梯表面19b。内部凸缘23下部表面的终止位置与下部框架壁体19下阶梯表面19b的中间部分相一致，并且与内周壁体15的下端15c相连，所述下端15c具有某种程度减少的外缘。如图所示，内部凸缘23的下部表面和内周壁体的下端15c分别与下部框架壁体的上阶梯表面19a和下阶梯表面19b相对以确定通道高度，同时下端15c的外周表面用作与下部框架壁体的落差19a/19b相一致的上部导流板以便抑止向内流动的冷却液的流速。

下部框架壁体的下阶梯表面19b的前端例如内周端部为朝着最低前边缘(最低的内周边缘)倾斜的喷嘴口28；功能上，其用作瀑布开口，冷却液通过该开口向下流动。喷嘴口28上面为延伸到主轴罩16的充足空间，因此不存在向下流动的瀑布状冷却液被阻止的危险。

图3为显示上述环形喷嘴内冷却液流动的水平剖面组合图。首先，截面A表示通过进口导管21流入进口室20的冷却液是怎样流入一个垂直导向通道24并向下运动的，导向通道24从进口室的地板22向下延伸。截面B表示冷却液是怎样流出垂直导向通道24的下端并流入紊流进口24a的，在该例中紊流进口24a扭转60度的角度，从紊流进口24a冷却液流入内部凸缘23上面的中间壁体25里面的内侧通道(第一紊流形成区域)。截面C表示冷却液流动的方式，从第一紊流形成区域向上流动的冷却液以该方式从内部凸缘23的上面穿过第二紊流形成区域沿着蜿蜒向外的路线流动。截面D表示在第二紊流形成区域的外侧有一个向上的紊流形成凹陷27。因此，完全成为微粒和紊流的冷却液通过位于外周壁体17和凸缘壁体25之间的外侧通道向下朝着下部框架壁体的上阶梯表面19a流动，如截面B所示。另外，如截面E所示，冷却液从上阶梯表面19a向下阶梯表面19b流动，并且如上所述，冷却液撞击在内周壁体(图2)的下端15c由此减速，同时通过喷嘴口28以瀑布形式向下流动，如截面F所示。

图4和图5详细显示了图2和图3所示环形喷嘴内排出的瀑布状冷却液形成的圆锥形/包围幕4，并显示了形成所述包围幕的大部分稍微螺旋和放射状向内的表面流的状态。如图4所示，即使以包围幕形式排出的冷却液从喷嘴口28以近似直接向下的方式排出，当冷却液沿着喷嘴下部框架具有落差19a/19b的流动导向地板向内流动时，其也具有离心力，该离心力通过内周壁体的下端15c(图2)将循环成分减速的作用而减小，并且在放射状向内的方向上，在喷嘴28之前受到来自周围(后部)流体的推出作用，因此在下落期间包围幕的直径朝着中心逐渐减小。冷却液的流速越大，这种减小越多。因此，如图4所示，包围幕沿着主轴端部上刀具固定件29的周围下落，同时逐渐改变其形状，从碗形变为倒立锥体形并直接包围着刀具7。

以这样向内的角度撞击在工件5表面上的冷却液根据所述表面的入射角度大部分朝着中心区域流动并形成包围刀具7主体下端部分的中心液层30。因此，刀刃和工件的压力接触点浸没在中心液层30内，由此产生的切屑通过液层的液体流动而浮起并被带离液体幕4。图5中，从液体幕4朝着中心流动的液体流31以实线表示，而在与刀具7接触后浮起并从液体幕移出的液体流32用虚线表示。另外，在液体幕4内，实线表示的放射状向内的液体流31在方向上与虚线表示的放射状液体流32相反。然而，如上所述，当冷却液流通过位于喷嘴上两处的紊流区域时完全成为微粒，假定后者液体层32转向时就像滑过前者液体层31，由此形成转向的流通量。另外，由于冷却液为相对较厚的流层，因此不会出现传统喷嘴的缺点，冷却液撞击在刀具7的刀刃上并被弹回，同时将切屑留在后面以允许切入正在加工的部分。

图6为根据本发明另一个实施例的喷嘴局部剖视图。除了下部框架34为多阶梯型且内周壁体15'与内部凸缘23的下端平齐外，该环形喷嘴33与图2和图3所示喷嘴3的结构相同。下部框架34包括架子形的上部阶梯部分34a，其从外周壁体17的下端放射状向内伸出并会聚于一点，同样放射状向内伸出的下部阶梯部分34b，其与上部阶梯部分34a向下隔开并会聚于一点，及中间板34c，该中间板34c包括外周部分和内周部分，外周部分间隔在上下部阶梯部分34a和34b之间，内周部分从所述间隔伸出并会聚于一点。中间板34c为一块独立的环形板并通过平头螺钉35悬挂在上部阶梯部分34a上。

作为通道导向地板的下部框架34通过上部阶梯部分34a的内边缘到中间板34c的落差形成了第一落差，并通过中间板34c的内边缘到下部阶梯部分34b的落差形成了第二落差，同时通过中间板34c的内边缘形成了循环瀑布的开口，另外下部框架34将所述下部阶梯部分34b作为流动导向地板用于冷却液从第二落差向内回转，并将其内周端沿作为第二循环瀑布开口，该第二循环瀑布开口比第一循环瀑布开口更靠外面。

在具有这样下部框架34的喷嘴33内，从上部阶梯部分34a的内边缘经第一落差下落到中间板34c上的冷却液中，保持离心力的部分向外流到板34c上，沿外周壁体17的内侧穿过外边缘落到下部阶梯部分34b上然后向内回转。另一方面，落到中间板34c上的冷却液中，一部分从中间板34c的内终端以瀑布形成向内向下流动，其中中间板34c作为第一瀑布开口或喷嘴口。另外，由于下部阶梯部分34b内终端的放射状方向终止位置比中间板34c的内终端靠前，因此其形成了较大直径的喷嘴口，通过该喷嘴口冷却液也以瀑布的形式向下流动。当外侧下落部分在经过中间板34c的外边缘改变其路线向内时消耗了其离心力并且向内加速；因此，在冷却液变为瀑布状的下落幕之后，使该幕截面直径减小的作用更强。由此，本实施例的喷嘴33比基本实施例的喷嘴3具有更大的能力使倒立锥体形的冷却液会聚于一点。

图7所示为从喷嘴出来的冷却液包围幕显示了怎样的特性，其中这种情况下伸出并固定着刀具7的相对长的主轴36伸出足够长的长度如600mm到图1和图4所示工件并且没有直接面对图2，图3或图6所示具有内部结构的喷嘴3或33。在这样情况下，冷却液包围幕4通过会聚成倒立的锥体形式撞击在主轴36的中间圆柱形表面上，并围绕着主轴沿圆柱形表面向下流动。冷却液向下的流动基本上保持了其精细微粒状的紊流和中心包围的能力，即使它已经落出了主轴36的下端并冲入刀具和工件接触位置前面的空间内。因此可以确信冷却液有效供给到了刀具与工件的接触位置。可以断定的是主轴36从喷嘴伸出的长度可以向上1—1.5mm。因此，如上所述，本发明可以应用于主轴附件系统以便有效地加工多种产品，如加工具有深孔的产品。

图8A和图8B所示为图2，3和6所示内部喷嘴结构在正方形框架37内制成具有相似形状的两种形式；其中一个最终喷嘴口为圆形38，另一个为正方形39。测试结果表明，如果冷却液瀑布状的包围幕能够以合适的量有效地朝着工件会聚，那么冷却，润滑和切屑回收就能够实现，因此加工精度，速度和刀具寿命等的提高就基本上与上述环形喷嘴相同。另外，图8C所示的喷嘴的变型包括椭圆形框架40，同框架40的形状基本相同的内部结构，及环形38'的框架最终喷嘴口。该变型中也可以实现与环形喷嘴基本相同的效果。因此，椭圆形的框架也具有相同的效果。

图9所示为在上述环形和正方形的框架中，图2和图6所示截面结构中第二紊流形成部分的不同变型。在变型A中，在流体搅动循环凹槽区域内，例如在上述实施例中矩形截面的凹陷27内(图2和图6)，内部凸缘23上面的天花板形成有波浪形的三角形突起。在变型B中，在没有到达外周壁体17的中间位置上，天花板形成有与凹陷27相似的凹陷27b。在变型C中，天花板形成有与内周壁体15接触的凹陷27c。在变型D中，外周壁体17的上部顶端形成有凹陷27d，在变型E中，在低于外周壁体17上部顶端的位置上形成有凹陷27e。另外，在变型F中，凹陷27的位置与基本实施例相同，到内部凸缘23上面空间内的冷却液入口是由垂直导向通道24的下端提供的，并且开口朝向内部凸缘23上面的天花板。

在上述A—E的变型中，流体搅动凹陷的位置和截面形状发生了变化，但是只要它们形成在天花板内，其中天花板为上层地板22的背面，或者形成在外周壁体的内表面内并且与所述循环凹陷27具有基本相同的凹陷深度和容积，那么它们就能产生相同的流体搅动效果。通过类比可以认为即使凹陷形成在周壁体内(内部凸缘23的中间壁体25内)也可以得到相同的效果。另外，冷却液入口在内部凸缘23上面开口的情况下，如变型F所示，即从喷嘴设计的角度看，尽管紊流形成效果有某种程度的降低，这种结构也能满足内周部分厚度不能增加的限制。

在本发明上述实施例中发现的效果和可能性如下：

①在第二紊流形成部分，在内部凸缘上面的天花板内形成凹陷(图2和图6中的“27”)加速了将经过内部凸缘中第一紊流形成部分(图2和图6中的“23”)的冷却液制成紊流/微粒的过程，因此，即使冷却液从喷嘴口以瀑布的形式下落，也能够形成分散较少，振动较少，流动性好及稳定的刀具包围流。

②喷嘴最终流动导向地板的阶梯状结构在未到达喷嘴口的位置降低了冷却液上的离心力但是增加了其上的向心力，因此能够将瀑布状下落的冷却液幕压缩为集中的锥体形状并具有大约700—800mm的高度，同时将它应用于长刀具，如端铣刀和钻头，或将该结构用于冲头。

③一般而言，当包围刀具端部的流动液体层的厚度为40—50mm或更厚时，通过控制喷嘴头的冷却液供给来增加流速能够增加倒立锥体的压缩效果，并且也能增加切屑的浮起效果。流速的应用范围大约为60—100L/min，并且在自动机床内，流速可以通过开关阀在大流速，高速加工操作与正常流速，普通加工操作之间进行切换。

④术语“高速加工”是指在刀具的转动线速度为900—1000m/min时工件的进给速度(工作台移动速度)大约为10—20m/min。在本发明者利用图2和图3所示基本形式喷嘴的加工试验中，在加工速度为1000m/min，进给速度为15m/min时得到了足够的加工精度和冷却效果。另外，以这样高的进给速度进行每次切削还提高了生产率。

在刀具为端铣粗加工刀具时，能够在刀具转速高的情况下保证粗加工刀具的大切削能力，其中刀具的线速度大约为80—100m/min并且通常使用的是超硬刀具，同时还能够延长一个切削刀刃的进给间距及切削深度。

⑤如上所述改善切削性能的原因不是别的而是用于将冷却液从本发明喷嘴供给到刀具前端的系统产生了极佳的冷却和润滑效果。就冷却效果而言，即使是热量聚集加工，如钻孔加工，已经加工的工件表面也可以用手触摸并且不会感觉到热。另外，至于润滑效果的提高，没有必要通过控制冷却液的成分来保证润滑，可以通过将冷却液特别地供给到刀刃和工件之间的压力接触区域且没有飞溅实现。

因此，使用的冷却液的成分可以只包括水和防锈剂而不必要包括对环境有害的润滑剂。由此，利用上述国际专利申请(PCT/JP/97/000373)中所述的分离回收泵11的效果加倍，本发明使得5年时间内不必要进行废液处理。

⑥由于本发明喷嘴的结构不但为圆形或正方形并且相对于其中心线对称，而且还可以为椭圆形或半圆形，因此该喷嘴可以制成适用于多种刀具固定架和刀具驱动件的附件型，同时可更换地固定在主轴罩或加工中心上。由于其能够自然地形成流动性好稳定的刀具包围流并且没有飞溅和振动，因此即使是五面的机床从上面施加的冷却液包围幕也能够应付。

⑦作为应用的特殊方式，在增强切屑消除和水的效果的同时，该喷嘴能够应用于深切削机床或车床。

⑧一般而言，图6所示的2阶混合流动地板型喷嘴提供了更大的压缩倒立锥体效果，冷却液飞溅更少的效果，并比图2和图3所示基本形式的喷嘴具有更大的可切削性。

例如，材料SS400能够成功地以高速进行加工，尤其是以2500m/min的加工速度和90—100m/min进给速度，利用高速钢端铣刀(Φ25)并利用该混合流动地板型喷嘴进行加工，及以1200m/min和800m/min的进给速度利用钻头(Φ22)进行加工。

⑨图1所示辅助喷嘴13的排出口放置的位置与包围幕的尺寸和切屑的体积有关。如果冷却液包围幕下端的直径足够大，那么辅助喷嘴13可以插入幕4内，如图10所示。这种情况下，喷嘴13不但可以放置的使其直接喷射在刀具7下面的部分，如图中实线所示，还可以放置的使其偏离地喷射过刀具7的旁边，如图中虚线所示的喷嘴13'。因此，在连续供给幕4的作用下排出的排出流被确定在图中4a的位置并且被排出和除去同时其中没有切屑停滞。

⑩利用本发明喷嘴供给合适的冷却液将会使工件的变形最小，因此图11A所示的金属工件5可以通过切削出外周长槽41并将其作为一个单元从中取出从而加工成壁厚和底板厚度为1—2mm的薄的产品5a，如图11B所示。可以确定的是单元产品5a根本没有变形。

本发明提供了一种具有上述结构的喷嘴，其作用于冷却液的供给从而保证了极佳的润滑和冷却，并具有好的切屑排出特性，并使得在供给的冷却液平稳流动的同时进行高速和高精度的切削和车削操作。加工的速度可以提高3—7倍，在端铣刀的情况下最好为利用传统喷嘴时的速度的5—25倍；因此具有很大的经济效果。另外，还可以降低切削油的成本并大大降低清洗储液箱和处理排放废物的成本；由此本发明大大地提高了效率，降低了对环境的污染，节省了劳动力等。另外，典型的是可以单独使用水与防锈剂的混合物作为冷却液进行切削操作。

Claims (5)

1.一种机床内的环形或多边框架形冷却液喷嘴，其安装在铣刀，磨具或钻头等加工工具的上面，其中加工工具与垂直的主轴连接以便喷嘴与所述主轴同轴并朝向下方，所述喷嘴包括：

a)内周壁体；

b)用于内侧通道支撑的内部凸缘，该凸缘包括廊道部分，该廊道部分使通过内周壁体上或其附近直接形成的进口流入的冷却液能够基本上放射状地流动，中间壁体，其从所述廊道部分的外边缘向上延伸以使放射状流动的冷却液向内转向，及转向顶板，其具有与所述内周壁体周边相对的内周边缘以确定开口从而使所述向内转向的流动液体沿所述内周壁体向上流出；

c)上部框架，该框架包括在所述顶板上面形成的用作导向表面的天花板，该导向表面使通过所述开口向上流出的冷却液以平面放射状的方式流动，及用作外部导向平面的外周壁体，该外部导向平面使平面放射状流动的液体向下转弯并使后者绕所述凸缘的周边向下流动，及所述上部框架与所述凸缘的外周壁体表面共同确定了外侧通道，其中形成外侧通道的壁体表面上至少在一个位置上形成有流体搅动凹陷或突起/凹陷的结合；

d)下部框架，其包括外周边缘和内周边缘，外周边缘和内周边缘与位于内部凸缘下面的外周壁体的下端相连，外周边缘和内周边缘之间的中间至少有一个落差，所述下部框架形成流动导向地板，通过该导向地板到达外周壁体下端的冷却液通过所述落差被导引着向内放射状，

e)这种结构能够使冷却液向下流动，同时流动导向地板的内周边缘确定了环形瀑布开口，由此形成包围着所述刀具的圆柱形或向下逐渐变细的锥形瀑布状冷却液幕。

2.根据权利要求1所述的冷却液喷嘴，其特征在于：在所述内周壁体内或其附近直接形成的进口适应于沿着所述放射状托架的廊道部分排放冷却液，其中排放的方式不是纯粹的放射状而是带有预定的横向扭转角。

3.根据权利要求1或2所述的冷却液喷嘴，其特征在于：所述流体搅动凹陷或突起/凹陷的结合至少形成在所述上部框架的天花板或外周壁体上的一个位置上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却液喷嘴，其特征在于：所述内部凸缘背面的根部构成一个从属部分，该从属部分至少与所述流动导向地板的落差中的一个相一致，所述从属部分能够用作上部堤堰，该上部堤堰使得经过所述落差的放射状向内的冷却液被迫下落。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却液喷嘴，其特征在于：所述下部框架的流动导向地板包括上部阶梯部分，其从外周壁体的下端边缘放射状向内伸出并会聚于一点，放射状向内伸出并会聚于一点的下部阶梯部分，其与上部阶梯部分向下间隔开，及中间板，该中间板包括外周部分和内周部分，外周部分放置在上下部阶梯部分之间的间隔内，内周部分从所述间隔伸出并会聚于一点，其中从上部阶梯部分的内周端沿到中间板的落差确定了第一落差，而从中间板的外周端沿到下部阶梯部分的落差确定了第二落差，中间板的内周端沿确定了第一循环瀑布开口，所述下部阶梯部分能够作为流动导向地板用于从第二落差向内回转的冷却液，其内周终端边沿用于确定第二循环瀑布开口，第二循环瀑布开口位于第一循环瀑布开口的外面。

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