CN201970143U - 用于机床的内冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于机床的内冷装置，其包括：具有上部壳体和下部壳体的筒体，上部壳体和下部壳体各具有密封件，轴承，联接部以及穿透孔；该上部壳体和下部壳体通过联接部密封地相联接，从而形成筒腔；具有刀杆腔的刀杆，刀杆腔呈盲孔状，该刀杆还具有刀杆侧孔，通过侧孔，刀杆腔与筒腔流体连通；可密封地容纳在该刀杆腔中的刀头，其具有引导腔和开口，开口、引导腔与该刀杆腔流体连通；与筒体密封相连接且具有管腔的进料管，管腔与筒腔流体连通；刀杆穿过第一和第二穿透孔布置在该筒体中，布置在穿透孔处的密封件对着刀杆密封，并且，轴承可旋转地支承刀杆。

Description

用于机床的内冷装置

技术领域

本实用新型涉及一种机械加工领域的冷却装置，具体而言，涉及一种用于机床的内冷装置。

背景技术

在机械加工工业中，大量使用钻床、铣床等机床来对工件、尤其是金属工件进行加工。在加工过程中，会产生切削热。为了实现更高的加工效率，需要提高机床的转速。但是，随着机床转速的提高，所产生的切削热急剧增加。如果不及时将切削热排出，则可能影响工件的质量，甚至可能损害刀具。为此，在现有技术中设计了多种冷却装置用于对工件和刀具进行冷却。对冷却液进行压缩，并将高压冷却液通过喷嘴冲击到刀具的位于工件之外的部分处，能够在一定程度上实现刀具的冷却，并且，在刀具具有良好的传热性能的情形下，能够在一定程度上实现工件的冷却。

但是，由于冷却液只能作用在刀具的位于工件之外的部分处，而大量的切削热则主要地在位于工件内部的切削部位处产生，因此，现有技术中的冷却方式在日益提高的加工速度下已无法实现充分的冷却。此外，在刀具切削工件的部位处产生大量的切屑，这些切屑一方面通过刀具的旋转而被带出，另一方面则通过切屑自身在工件内的积聚而相互挤压，从而将靠近工件开口附近的部分切屑挤出。但是，这两种排出切屑的方法效率都很低，往往在加工完成之后仍会有大量切屑遗留在工件内，这些高温的切屑一方面可能进一步损伤工件的已加工完成的表面，另一方面需要通过额外的工序来排出，从而造成了加工成本的上升。更不利的是，高压的冷却液在工件的开口附近处作用在刀具上，则在工件的开口处产生了高压区，这进一步地妨碍了切屑的排出。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于，提供一种改进的、能够实现内部冷却的装置，即，一种用于机床的内冷装置。通过内冷装置，一方面大大改善了对刀具和工件的冷却效果，另一方面，该冷却过程不仅不阻碍切屑的排出，而且显著地促进了切屑的排出。并且，该内冷装置能够简便地加装在现有的机床上。

该目的通过根据本实用新型的一种用于机床的内冷装置来实现。本实用新型中所称的机床尤其为、然而不局限于钻床、铣床(包括数控铣床)等。该内冷装置包括：

筒体，该筒体包括上部壳体和下部壳体，该上部壳体具有第一密封件，第一轴承，第一联接部以及第一穿透孔，该下部壳体具有第二密封件，第二轴承，第二联接部以及第二穿透孔；该上部壳体和下部壳体通过第一联接部和第二联接部密封地相联接，从而形成筒体内的筒腔；

刀杆，该刀杆具有刀杆腔，该刀杆腔在轴向上一端敞开而一端封闭；该刀杆还具有刀杆侧孔，通过该刀杆侧孔，该刀杆腔与该筒腔流体连通地相连接；

刀头，该刀头能够密封地容纳在该刀杆腔中并且具有引导腔和开口，该开口、该引导腔和该刀杆腔流体连通地相连接；

进料管，该进料管与该筒体密封地相连接且具有管腔，该管腔与该筒腔流体连通地相连接；

该刀杆穿过该第一穿透孔和第二穿透孔而布置在该筒体中，第一密封件布置在第一穿透孔处且第二密封件布置在第二穿透孔处，其中，第一密封件和第二密封件对着刀杆密封，并且，该第一轴承和该第二轴承可旋转地支承该刀杆。

由此，形成了对外密封的筒腔，该筒腔可用于容纳诸如冷却液或空气等的流体，且在需要时，容纳在筒腔内的流体可被加压。流体从供应装置出发，经由进料管到达筒腔，进而穿过刀杆上的刀杆侧孔到达刀杆腔，并且从刀杆腔流向刀头中的引导腔。最终，流体从刀头处的开口中流出。该流体可以起到冷却的作用，且除此之外还同时具有润滑作用以及促进排屑的作用。由于在加工过程中，刀头深入到工件内部，因此，在冷却过程直接地在切削部位、即最需要冷却的部位处进行，从而，大大提升了冷却的效果，有效地避免了工件和刀具的过热，也就是说，能够在更高的切削速度下进行加工而不会出现过热、工件表面损伤或刀具的寿命缩短。同时，起润滑作用的流体直接到达需润滑的部位，这在保证良好的润滑作用的前提下显著地提高了润滑流体(例如润滑液)的使用效率，从而可以减少用量，降低成本。另外一个重大的优点在于，流体从伸入工件中的刀头中排出至工件中的孔中，从而，在流体流出工件时，将加工产生的切屑也一并地带出，促进了排屑的过程。

在运行中，中空的刀杆进行旋转而该内冷装置通过轴承支承在旋转的刀杆上，即，内冷装置自身不旋转，而只需上下移动。冷却液或压缩空气由内冷装置进入刀杆而从刀头的开口喷出。

根据本实用新型的一个优选实施例，该筒体具有将该第一轴承和第二轴承保持在预定位置中的限位圈，该限位圈布置在第一轴承和第二轴承之间。

通过在筒体中设置限位圈，实现了轴承的相对位置的良好的固定，从而，在较高的旋转速度和较大的切削加工反作用力之下同样能够实现刀杆的稳定旋转。

根据本实用新型的另一优选实施例，该进料管在该下部壳体处与该筒体密封地相连接。

同样可以设想的是，进料管在该上部壳体处与该筒体密封地相连接。通过使进料管布置在筒体的一个壳体部分中，简化了筒体的装配。

根据本实用新型的再一优选实施例，该限位圈具有隔片，该隔片将该筒腔划分为彼此隔绝的第一部分筒腔和第二部分筒腔，并且，该内冷装置具有辅助进料管，该辅助进料管在该上部壳体处与该筒体密封地相连接，该刀杆具有辅助刀杆腔且该刀头具有辅助引导腔和辅助开口，该进料管、第一部分筒腔、刀杆腔、引导腔以及该开口流体连通地相连接，并且，该辅助进料管、第二部分筒腔、辅助刀杆腔、辅助引导腔以及该辅助开口流体连通地相连接。

通过上述结构，可以同时地将两种不同流体供应给刀头。这意味着，两种承担不同功能的流体可单独地受控地被供应。举例而言，可以使该第一流体为冷却液而该第二流体为压缩空气。

在这种情况下，举例而言，冷却液通过引导腔而被供应至刀杆开口，实现对刀头和工件的冷却；压缩空气则通过辅助进料管、第二部分筒腔、辅助刀杆腔以及辅助引导腔而被供应至辅助开口，以促进切屑的排出。冷却液的用量只需根据冷却所需的量来确定，而无需考虑排屑所需的用量，排屑功能主要由压缩空气承担。从而，可节省冷却液的用量，降低生产成本。同样可设想的是，两个部分筒腔分别用于供应冷却液和润滑液，或者分别用于供应润滑液和压缩空气，其中，润滑液和压缩空气各自承担润滑功能和排屑功能，并且同时承担冷却功能。

根据本实用新型的又一优选实施例，该第一联接部和该第二联接部通过管螺纹相拧紧。

通过管螺纹，可以以简单而可靠的方式实现两个壳体部分的联接，这是因为，管螺纹具有良好的密封性，并且，可直接地在壳体部分中被制成，而无需额外的联接部件。这降低了制造成本。

根据本实用新型的又一优选实施例，该第一联接部为第一联接凸缘，该第二联接部为第二联接凸缘，该第一联接凸缘和该第二联接凸缘之间布置有密封垫。通过密封垫，第一联接部和第二联接部能够可靠地密封地相联接。优选地，该第一联接凸缘和该第二联接凸缘通过螺栓相拧紧或通过卡夹扣而被扣紧。

通过在上部壳体和下部壳体处分别成型有凸缘，并使得两者借助于凸缘而相联接，则在装配上部壳体和下部壳体时，两者无需相对转动(举例而言，在采用管螺纹联接时则可能需要通过相对转动来拧紧)。这在某些情况下，例如不便于实现上部壳体和下部壳体的相对旋转的时候，具有显著的优点。凸缘之间的联接可以通过螺栓来实现，也可以通过卡夹扣来实现，其中，卡夹扣的两个弹性臂各搭接一个凸缘的外侧，并使得两个凸缘彼此相向地按压。显然，其它用于实现凸缘之间的联接的器件同样可在本实用新型的装置中被使用。为了实现更好的密封效果，优选地，在两个凸缘之间布置有密封垫，例如胶皮垫。

通常，刀杆侧孔的轴线可与该刀杆横截面的径向方向相一致，这简化了加工。而在一种优选的实施方式中，该刀杆侧孔的轴线与该刀杆横截面的径向方向相错开。

换句话说，优选地，使刀杆侧孔的延伸方向不与刀杆横截面的径向方向相一致。由此，在恰当的旋转方向下，流体，例如冷却液会被自动地带入到、或者说压入到刀杆侧孔中，并被输送到刀头。由此，无需额外的加压装置就可以实现流体的输送。此外，对冷却液的这种“压入”效果随着刀杆转速增大而增大，换句话说，转速越高，被压入的冷却液就越多，冷却效果就越强。从而，以极其节省成本的方式自动地实现了冷却强度与发热量(发热量随转速上升而增大)的匹配。

此外，在一种优选的实施方式中，该刀杆侧孔旁设置有翼片。

通过设置翼片，将流体(例如冷却液)拉入或压入至刀杆侧孔的效果能够更容易地被实现。

根据本实用新型的又一优选实施例，该刀头的开口位于刀头的顶端处，并且，该刀头具有位于刀头的侧壁处的侧向出口，其中，该侧向出口的轴线与该刀头的轴线包夹成锐角且该侧向出口背离该刀头的顶端地指向。

也就是说，在只有一套流体供应系统的情形下，流体同样可以通过多个不同的孔口同时从刀头中流出。可以适当地选择顶端处的开口与侧向出口之间的位置关系和大小比例，从而例如使得大部分的流体从顶端处的开口中流出，直接对切削部位进行冷却，并在工件中的最深处建立起压力，促使切屑被排出。使沿着刀头分布的侧向出口的轴线与刀头的轴线包夹成锐角并使侧向出口背离该刀头的顶端而指向。也就是说，举例而言，在刀头向下地钻入到工件中的情形下，侧向出口斜向上地指向。从而，产生斜向上地指向的流体流，促进了切屑向上地被排出。

根据本实用新型的优选实施例，该筒体靠放在相对于机床固定不动的滑杆上。

通过这种简单的措施，实现了筒体的可靠的装配，确保了内冷装置的正常运行。并且，在需要进行维护时，筒体可以容易地被拆卸，从而，减少了停机时间。

附图说明

下面借助图纸对本实用新型的实施例作说明。其中：

图1 显示根据本实用新型的内冷装置的剖面图；

图2在放大的剖面图中显示了限位圈中的隔片；

图3在示意性的横截面图中示出了刀杆的刀杆侧孔，刀杆侧孔的轴线与刀杆横截面的径向方向成一定夹角；

图4显示了带有翼片的刀杆的横截面；

图5显示了刀头处的侧向出口；

图6显示了利用带有根据本实用新型的内冷装置的机床所加工的零件。

具体实施方式

图1 显示根据本实用新型的内冷装置1的剖面图；其包括：

筒体20，该筒体20分为上部壳体201和下部壳体202，该上部壳体201具有密封件2011，轴承2012，联接部2013以及穿透孔2014，该下部壳体202具有密封件2021，轴承2022，联接部2023以及穿透孔2024；该上部壳体201和下部壳体202在联接部2013和联接部2023处密封地相联接并包绕筒腔210，其中，密封件优选为橡胶密封圈；

刀杆30，该刀杆30具有盲孔状的刀杆腔301，该刀杆腔301在轴向上一端敞开而一端封闭；该刀杆30还具有刀杆侧孔302，通过该刀杆侧孔302，该刀杆腔301与该筒腔210流体连通地相连接；

刀头40，该刀头40密封地插在该刀杆腔301中且具有引导腔401和开口4011，开口4011、引导腔401和刀杆腔301流体连通地相连接；

进料管50，该进料管50与该筒体20密封地相连接且具有管腔501，该管腔501与该筒腔210流体连通地相连接，进料管50可用于供应液体或气体；

该刀杆30穿过该穿透孔2014和穿透孔2024，其中，密封件2011布置在穿透孔2014处且密封件2021布置在穿透孔2024处，并且，密封件2011和密封件2021对着刀杆30密封。此外，该轴承2012和该轴承2022可旋转地支承该刀杆30。

从图1中还可看到，该筒体20具有限位圈220，限位圈220用于将该轴承2012和轴承2022保持在预定位置中。为此，该限位圈220布置在轴承2012和轴承2022之间。

在图1所示的实施例中，进料管50在该下部壳体202处与该筒体20密封地相连接。

在一种未示出的优选实施例中，在上部壳体处可布置有另一进料管，为此，就如图2在放大的剖面图中所显示的，在限位圈中设置有隔片2201；通过隔片2201，筒腔210被划分为彼此隔绝的第一部分筒腔2101和第二部分筒腔2102。在该上部壳体201处与该筒体20密封地相连接的是该另一进料管(下称辅助进料管)。并且，该刀杆30具有辅助刀杆腔而该刀头40具有辅助引导腔和辅助开口。由此，该进料管50、第一部分筒腔2101、刀杆腔301、引导腔401以及该开口4011流体连通地相连接，以用于供应第一流体，并且，该辅助进料管、第二部分筒腔2102、辅助刀杆腔、辅助引导腔以及该辅助开口流体连通地相连接，以用于与第一流体的供应相独立地供应第二流体。

举例而言，该第一流体为冷却液而该第二流体为压缩空气。通过这种措施，可根据实际冷却所需要的量来供应冷却液，而压缩空气的量则根据排屑功能来确定。

为简化筒体的结构，该联接部2013和该联接部2023可各自具有管螺纹，从而，联接部2013和该联接部2023可直接地彼此相拧紧。

在图1所示的优选的实施例中，该联接部2013为第一联接凸缘，该联接部2023为第二联接凸缘。从而，联接部2013和该联接部2023通过凸缘而相连接。为提高密封性能，该第一联接凸缘和该第二联接凸缘之间可布置有密封垫。优选地，该第一联接凸缘和该第二联接凸缘通过螺栓相拧紧或通过卡夹扣而被扣紧。

通常，刀杆的横截面大致为圆形。为简化刀杆侧孔的加工，可使刀杆侧孔的轴线与该刀杆的横截面的径向方向相一致。若刀杆横截面不为圆形，径向方向则理解为横截面边界上的点与横截面面心的连线的方向。

在图3所示的优选实施例中，刀杆侧孔302的轴线则与径向方向不一致，即，与刀杆横截面的径向方向成一定夹角；通过使刀杆侧孔302的轴线与该刀杆30横截面的径向方向相错开，可有利地促进流体、尤其是冷却液的输送。具体而言，在恰当的旋转方向(例如，图3和图4中的旋转方向A)下，流体(例如冷却液)会被自动地压入到刀杆侧孔中，并被输送到刀头。

在另一种优选的实施例中，就如图4所显示的那样，在刀杆处设置有翼片，其中，翼片3021布置在该刀杆侧孔302旁。在刀杆沿适当的旋转方向(例如，图3和图4中的旋转方向A)旋转时，翼片将流体压入刀杆腔中。并且，刀杆转速越高，被压入的流体越多。

在根据图5所显示的优选实施例中，刀头处设置有侧向出口。从图5可见，刀头40的开口4011位于刀头40的顶端处，而侧向出口4012位于刀头40的侧壁处。优选地，该侧向出口4012的轴线与该刀头40的轴线不相垂直，而是包夹成锐角α，且更确切地说，且该侧向出口4012背离该刀头40的顶端地指向。从而，有利地促进了排屑过程。

在一种优选实施例中，该筒体20靠放在相对于机床固定不动的滑杆上。

图6显示了利用装有根据本实用新型的内冷装置的机床所加工的零件。

根据本实用新型的内冷装置可用于现有机床的改装，具体而言，通过所设置的轴承，该内冷装置可固定在现有机床的旋转的刀杆上，而内冷装置自身无需进行旋转，仅需作上下移动，由此，能够实现流体、例如冷却液的简便的引入。通过所设置的密封件，能够将流体可靠地密封在内冷装置的筒腔中，并且仅在预定的位置处、例如在刀头的开口或侧向出口处被排出，而不会在其它部位发生泄漏。在现有的、不带内冷主轴的机床上，通过简便、经济的方式加装本装置之后，在进行加工、例如进行深孔、盲孔及内螺纹切削加工时，刀头有效地被冷却并且切屑高效地被排出，从而，显著地提高了加工效率和产品质量。在图6中显示了利用机床上所加工出的工件G的一个实例，该机床加装了本实用新型的内冷装置。

Claims (9)

1. 一种用于机床的内冷装置，其特征在于，所述内冷装置包括：

筒体(20)，所述筒体(20)包括上部壳体(201)和下部壳体(202)，所述上部壳体(201)具有第一密封件(2011)，第一轴承(2012)，第一联接部(2013)以及第一穿透孔(2014)，所述下部壳体(202)具有第二密封件(2021)，第二轴承(2022)，第二联接部(2023)以及第二穿透孔(2024)；所述上部壳体(201)和下部壳体(202)通过第一联接部(2013)和第二联接部(2023)密封地相联接，从而形成筒体(20)内的筒腔(210)；

刀杆(30)，所述刀杆(30)具有刀杆腔(301)，所述刀杆腔(301)在轴向上一端敞开而一端封闭；所述刀杆(30)还具有刀杆侧孔(302)，通过所述刀杆侧孔(302)，所述刀杆腔(301)与所述筒腔(210)流体连通地相连接；

刀头(40)，所述刀头(40)能够密封地容纳在所述刀杆腔(301)中并且具有引导腔(401)和开口(4011)，所述开口(4011)，所述引导腔(401)和所述刀杆腔(301)流体连通地相连接；

进料管(50)，所述进料管(50)与所述筒体(20)密封地相连接且具有管腔(501)，所述管腔(501)与所述筒腔(210)流体连通地相连接；

所述刀杆(30)穿过所述第一穿透孔(2014)和第二穿透孔(2024)而布置在所述筒体(20)中，第一密封件(2011)布置在第一穿透孔(2014)处且第二密封件(2021)布置在第二穿透孔(2024)处，其中，第一密封件(2011)和第二密封件(2021)对着刀杆(30)密封，并且，所述第一轴承(2012)和所述第二轴承(2022)可旋转地支承所述刀杆(30)。

2. 根据权利要求1所述的内冷装置，其特征在于，所述筒体(20)具有将所述第一轴承(2012)和第二轴承(2022)保持在预定位置中的限位圈(220)，所述限位圈(220)布置在第一轴承(2012)和第二轴承(2022)之间。

3. 根据权利要求1所述的内冷装置，其特征在于，所述进料管(50)在所述下部壳体(202)处与所述筒体(20)密封地相连接。

4. 根据权利要求3所述的内冷装置，其特征在于，所述限位圈(220)具有隔片(2201)，所述隔片(2201)将所述筒腔(210)划分为彼此隔绝的第一部分筒腔(2101)和第二部分筒腔(2102)，并且，所述内冷装置具有辅助进料管，所述辅助进料管在所述上部壳体(201)处与所述筒体(20)密封地相连接，所述刀杆(30)具有辅助刀杆腔且所述刀头(40)具有辅助引导腔和辅助开口，所述进料管(50)、第一部分筒腔(2101)、刀杆腔(301)、引导腔(401)以及所述开口(4011)流体连通地相连接，并且，所述辅助进料管、第二部分筒腔(2102)、辅助刀杆腔、辅助引导腔以及所述辅助开口流体连通地相连接。

5. 根据权利要求4所述的内冷装置，其特征在于，所述进料管(50)、第一部分筒腔(2101)、刀杆腔(301)、引导腔(401)以及所述开口(4011)输送冷却液而所述辅助进料管、第二部分筒腔(2102)、辅助刀杆腔、辅助引导腔以及所述辅助开口输送压缩空气。

6. 根据权利要求1所述的内冷装置，其特征在于，所述第一联接部(2013)和所述第二联接部(2023)通过管螺纹相拧紧。

7. 根据权利要求1所述的内冷装置，其特征在于，所述第一联接部(2013)为第一联接凸缘，所述第二联接部(2023)为第二联接凸缘，所述第一联接凸缘和所述第二联接凸缘之间布置有密封垫，且所述第一联接凸缘和所述第二联接凸缘通过螺栓相拧紧或通过卡夹扣而被扣紧。

8. 根据权利要求1所述的内冷装置，其特征在于，所述刀杆侧孔(302)的轴线与所述刀杆(30)横截面的径向方向相错开。

9. 根据权利要求1至8中任一项所述的内冷装置，其特征在于，所述刀头(40)的开口(4011)位于刀头(40)的顶端处，并且，所述刀头(40)具有位于刀头(40)的侧壁处的侧向出口(4012)，其中，所述侧向出口(4012)的轴线与所述刀头(40)的轴线包夹成锐角且所述侧向出口(4012)背离所述刀头(40)的顶端地指向。

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