CN207981462U - 主轴环状喷水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主轴环状喷水装置，属于机械加工类机床主轴领域，包括环形端盖主体、齿环、喷水装置，齿环与环形端盖主体配合且齿环能够相对环形端盖主体共轴转动，环形端盖主体内设有内部水槽，环形端盖主体上设有与内部水槽连通的进水口，环形端盖主体上沿内部水槽设有若干喷水装置，喷水装置具有喷嘴，且喷嘴通过喷水装置与内部水槽连通，各喷水装置随齿环相对环形端盖主体共轴转动时，各喷水装置均同时且一致地相对齿环在轴向上来回角度摆动。本实用新型结构紧凑不占用主轴附近的外部空间，完全可省去外部喷水管，喷嘴位置可以实现自动化调节更加方便准确，改善刀具切削条件，减少人工逐一调整的弊端，提高机床的自动化程度和加工效率。

Description

主轴环状喷水装置

技术领域

本实用新型属于机械加工类机床主轴领域，尤其涉及机械加工主轴、刀具冷却领域，用于机械加工机床配套部件。

背景技术

在机械加工行业的数控铣床、数控加工中心、数控钻攻中心，主轴冷却和刀具冷却的结构形式主要有3种：

1、如图17，通过加装在靠近主轴附近的骨节水管15喷冷却水，或气管吹冷却风等的方式。

2、如图1，冷却液通过喷嘴进水孔18通过主轴内部从主轴附近的喷嘴出水口19喷出的方式。

3、如图1，冷却液通过主轴进水孔20通过主轴中心至刀柄，再从刀柄中的主轴出水孔 21喷出。

第一种方式的机床由于骨节水管数量少，一般2-3根，在实际加工中更换刀具刀柄，刀具的长度发生变化后每根水管又都需重新手动调整。

第二种方式喷嘴采用万向球头结构，虽然结构紧凑，但随着刀具长度变化同样需要手动调整喷嘴位置。

第三种方式的主轴虽然不受刀具长度变化，但是为了保证主轴与刀具的安装面精度，不能有杂质进入主轴，所以需要外加过滤净化冷却液的外部设备，造成维护成本增加，机床整体价格偏高，要实现理想的冷却效果，还必须采用配套的专用中心出水刀柄、刀具、造成刀具成本增加。

此外，第一种和第三种的结构由于每个喷嘴独立的，都需要逐个手工调整，这两种方式还存在重大缺陷：由于调整位置离高速旋转的主轴非常近，在手工调节时操作人容易碰到高速旋转的刀具，非常容易造成人员伤亡；而在加工中刀具更换后，由于刀具长度变化，必须重新对喷嘴的角度进行人工手动调整，繁琐的调整造成效率低下，由于是人工手动调整，不能保证每次冷却液准确的喷在切削区域，刀具冷却不好，排屑不顺畅，从而造成刀具磨损加快，刀具使用寿命缩短，加工精度不稳定，加工成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提出一种主轴环状喷水装置，解决实际机械加工中刀具长度的变化后需要逐一对骨节水管、喷嘴等进行繁琐的手动调整，调整喷嘴时对人员造成的伤害，调试阶段效率低下、刀具冷却不均匀等问题。

本实用新型目的通过下述技术方案来实现：

一种主轴环状喷水装置，包括环形端盖主体、齿环、喷水装置，齿环与环形端盖主体配合且齿环能够相对环形端盖主体共轴转动，环形端盖主体内设有内部水槽，环形端盖主体上设有与内部水槽连通的进水口，环形端盖主体上沿内部水槽设有若干喷水装置，喷水装置具有喷嘴，且喷嘴通过喷水装置与内部水槽连通，各喷水装置均与齿环连接，并随齿环相对环形端盖主体共轴转动时，各喷水装置均同时且一致地相对齿环在轴向上来回角度摆动。

本实用新型中，通过齿环相对环形端盖主体共轴来回顺逆时针转动带动各喷水装置来回角度摆动，即仅需转动齿环可实现各喷水装置一致、统一的调整，而无需现有技术中逐一对骨节水管、喷嘴等进行繁琐的手动调整。冷却水通过进水口经内部水槽由各喷水装置的喷嘴集中喷向主轴刀具切削区域实现精准冷却。本实用新型调试阶段效率高、刀具冷却均匀，有效避免调整喷嘴时对人员造成的伤害。

作为选择，齿环上沿圆周向设有若干螺旋槽，各螺旋槽与喷水装置一一对应，喷水装置一端卡入该螺旋槽内，并随齿环的顺或逆时针转动而相对齿环在轴向上来回角度摆动，且喷水装置的喷嘴指向齿环的轴芯。该方案中，通过在齿环上设置螺旋槽，齿环来回转动时带动喷水装置卡入该螺旋槽内的端头上下起伏动作，由此实现喷水装置的来回角度摆动调节。

作为进一步选择，喷水装置包括双球头，双球头包括大球头、小球头和连接杆，小球头卡入齿环上的螺旋槽内，连接杆沿大小球头的球心连接大小球头，喷嘴设于大球头上并通过大球头内部的流道与内部水槽连通，且喷嘴与小球头及连接杆位于过大球头球心的同一面上。该方案中，通过特殊设计的双球头，通过螺旋槽带动小球头上下起伏动作，进而由连接杆带动大球头及其上喷嘴来回角度摆动。喷嘴与小球头及连接杆位于过大球头球心的同一面上，确保小球头上下起伏动作准确转化为喷嘴对准齿环轴芯在轴向上的来回角度摆动。

作为进一步选择，环形端盖主体上设有若干喷嘴组安装孔，喷水装置安装于该喷嘴组安装孔内，喷嘴组安装孔内壁设有限位卡槽，双球头的大球头上设有与限位卡槽相对应的扁方形结构，限位卡槽和扁方形结构配合约束大球头只能在环形端盖主体的轴向限定平面上来回转动。该方案中，限位卡槽和扁方形结构用以约束大球头的自由度，当没有安装在喷嘴组安装孔中的时候，大球头可以上下360°自由旋转，当安装在喷嘴组安装孔内后，大球头扁方形结构与限位卡槽配合后，大球头就只能在约束的平面上转动，实现喷水装置的来回角度摆动。

作为进一步选择，双球头的大球头上下分别设有密封环，其中下固定密封环安装在喷嘴组安装孔的底部密封封堵喷嘴组安装孔底部开孔，上固定密封环由拧入喷嘴组安装孔内的锁紧螺套压紧固定，喷嘴组安装孔开口处由堵头密闭封堵喷嘴组安装孔；内部水槽沿各喷嘴组安装孔的侧壁与各喷嘴组安装孔的内腔连通，并进而与大球头内部的流道连通。该方案中，下固定密封环有两个作用：第一是防止外部杂物进入，第二是固定大球头的轴向位置；上固定密封环在锁紧螺套的压力作用下阻隔外部切削液进入，让切削液从大球头的内部流道通过至喷嘴喷出。

作为选择，环形端盖主体上设有齿环安装槽，齿环安装在齿环安装槽内，并在齿环安装槽内绕着齿环的中心转动。该方案中，齿环安装槽用于让齿环在槽内平顺的绕着环的中心转动。

作为进一步选择，还包括安装在齿环安装槽槽口的调整环，调整环限位调整齿环在齿环安装槽内的轴向窜动量。该方案中，此调整环的作用是调整齿环在齿环安装槽内的轴向窜动量，此环的厚度在装配时根据配合情来调整。

作为选择，还包括驱动机构，驱动机构与齿环连接驱动齿环自转。该方案中，可以进一步通过驱动机构实现对齿环的手动或电动驱动。

作为进一步选择，驱动机构包括齿环上沿周向设置的传动齿，设于环形端盖主体内与该传动齿啮合的齿轮组，以及驱动齿轮组的电机。该方案中，通过电机、齿轮组和传动齿实现对齿环的电动驱动。

作为进一步选择，还包括控制装置，控制装置与驱动机构电连接控制驱动机构驱动齿环及其各喷水装置进行全自动的动作。该方案中，可以进一步通过控制装置与驱动机构配合，实现喷水装置摆动角度的全自动调节，无需手动调节，减少人工调整的弊端，提高机床的自动化程度和加工效率。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；且本实用新型，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本实用新型的有益效果：结构紧凑不占用主轴附近的外部空间，完全可省去外部喷水管，喷嘴位置可以实现自动化调节更加方便准确，改善刀具切削条件，减少人工逐一调整的弊端，提高机床的自动化程度和加工效率。

附图说明

图1是现有技术的主轴和刀具冷却的结构示意图；

图2为本实用新型实施例以背面为主视角的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例以正面为主视角的立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例的环形端盖主体的结构示意图；

图5是图4的B-B剖视图；

图6是图4的H部分局部放大图；

图7为本实用新型实施例的喷水装置安装在端盖主体中的结构图；

图8是图7的C-C剖视图；

图9是图8的D部分局部放大图；

图10是图8的E-E剖视图；

图11为本实用新型实施例的整个机构的传动示意图；

图12是图7的F-F剖视图；

图13为本实用新型实施例的喷水装置的结构示意图；

图14为图13的右视图；

图15是图13的G-G剖视图；

图16为本实用新型实施例的齿环的结构示意图；

图17为此实用新型实施例应用在实际当中的整体安装图；

其中1-环形端盖主体，2-调整环，3-齿轮箱盖，4-堵头，5-喷嘴，6-电机盖，7-齿环，8-锁紧螺套，9-上固定密封环，10-下固定密封环，11-双球头，12-电机，13-齿轮组，14- 主轴箱，15-骨节水管，16-高压管，17-主水管，18-喷嘴进水口，19-喷嘴出水口，20-主轴进水口，21-主轴出水口，22-第一进水口，23-第二进水口，24-齿轮安装槽，25-齿环安装槽，26-限位卡槽，27-喷嘴组安装孔，28-内部水槽，29-限位扁方，30-小球头，31-大球头，32-连接杆，33-螺旋槽，34-传动齿，35-安装孔，36-电器线路。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本实用新型。

参考图1-17所示，图2、3主要体现了本实用新型的外形整体结构；图4-6主要体现了整体的内部水路的结构，齿轮箱安装槽24、喷嘴组安装孔27、切削液进口的位置，限位卡槽结构；图7-9体现了喷水装置的各个零件与环形端盖主体1的配合结构关系；图10进一步体现了内部水槽28的分布情况与形状，与每个喷水装置的联通方式，和齿环7与齿轮组13的传动方式与安装位置；图11体现了从驱动电机12至最终喷嘴5的所有部件的传动关系与传动原理；图12体现了限位卡槽26的结构；图13-15体现了喷水装置中每个零部件的安装位置关系与作用。一种主轴环状喷水装置，包括环形端盖主体1、齿环7、喷水装置，齿环7与环形端盖主体1配合且齿环能够相对环形端盖主体1共轴转动，环形端盖主体1 内设有内部水槽28，环形端盖主体1上设有与内部水槽28连通的第一进水口22，环形端盖主体1上沿内部水槽28设有若干喷水装置，喷水装置具有喷嘴5，且喷嘴5通过喷水装置与内部水槽28连通，各喷水装置均与齿环7连接，并随齿环7相对环形端盖主体1共轴转动时，各喷水装置均同时且一致地相对齿环7在轴向上来回角度摆动。

本实用新型中齿环7的驱动方式有多种，可以手动也可以电动，作为示例，如本实施例所示，还包括驱动机构，驱动机构与齿环7连接驱动齿环自转，作为优选，参考图11，驱动机构包括齿环7上沿周向设置的传动齿34，设于环形端盖主体1内与该传动齿34啮合的齿轮组13，以及驱动齿轮组13的电机12。还可以进一步全自动，此时还包括控制装置，控制装置与驱动机构电连接控制驱动机构驱动齿环7及其各喷水装置进行全自动的动作。例如通过私服控制技术和PLC控制技术，通过控制装置设置的参数，驱动机构驱动控制喷水装置对准刀具中心做来回转动，电机部分采用伺服电机、步进电机、直流普通直流电机来控制，从而达到让切削液准确快速的喷洒在刀具切削区域、改善刀具切削条件，减少人工调整的弊端，提高机床的自动化程度和加工效率。作为示例，例如控制装置通过读取存储在机床存储器内的主轴上刀具的长度等信息(该信息可以是更换刀具时选择的机床本身存储有的信息，也可以是更换刀具时手动录入的信息等等)，并根据该信息进行运算控制驱动机构使得喷水装置的喷嘴转动合适的角度。

而作为手动的方式，驱动机构可以不设置电机12，直接手动驱动齿轮组13或其他传动机构使得齿环7转动，例如在齿环7上设置拨杆，将环形端盖主体1开设一个开口，拨杆从该开口伸出，方便手指拨动拨杆带动齿环7转动即可。

此外，本实用新型中齿环7也可以不需要额外的驱动机构，直接人工手动拨动齿环7转动，此时只需将环形端盖主体1开设一个开口，将齿环7部分暴露出来，方便手指直接拨动齿环7转动即可。

本实用新型中齿环7与环形端盖主体1配合方式有多种，只需满足齿环7能够相对环形端盖主体1共轴转动即可，各种配合方式均为本实用新型保护的方式。作为示例，参考图 7-10，如本实施例所示，环形端盖主体1上设有齿环安装槽25，齿环安装槽25槽口安装有调整环2，齿环7安装在齿环安装槽25内，并在齿环安装槽25内绕着齿环7的中心转动，而调整环2则限位调整齿环7在齿环安装槽25内的轴向窜动量。

而本实用新型中喷水装置与齿环7连接匹配的方式同样有多种，只需满足喷水装置随齿环7相对环形端盖主体1共轴转动时，各喷水装置均同时且一致地相对齿环7在轴向上来回角度摆动即可，各种配合方式均为本实用新型保护的方式。作为示例，参考图11，如本实施例所示，齿环7上沿周向设有若干螺旋槽33，各螺旋槽33与喷水装置一一对应，喷水装置一端卡入该螺旋槽33内，并随齿环7的顺或逆时针转动而相对齿环7在轴向上来回角度摆动，且喷水装置的喷嘴5指向齿环7的轴芯。

参考图2-10所示，环形端盖主体1上设有若干喷嘴组安装孔27，喷水装置安装于该喷嘴组安装孔27内，参考图8、9，13-15所示，喷水装置包括双球头，双球头包括大球头31、小球头30和连接杆32，小球头31卡入齿环7上的螺旋槽33内，连接杆32沿大小球头30、 31的球心连接大小球头30、31，喷嘴5设于大球头31上并通过大球头31内部的流道与内部水槽28连通，且喷嘴5与小球头30及连接杆32位于过大球头31球心的同一面上。参考图12-14所示，喷嘴组安装孔27内壁设有限位卡槽26，双球头的大球头31上设有与限位卡槽26相对应的限位扁方29结构，限位卡槽26和限位扁方29配合约束大球头31只能在环形端盖主体1的轴向平面上来回转动。参考图8、9，13-15所示，双球头的大球头31 上下分别设有密封环，其中下固定密封环10安装在喷嘴组安装孔27的底部密封封堵喷嘴组安装孔27底部开孔，上固定密封环9由拧入喷嘴组安装孔27内的锁紧螺套8压紧固定，喷嘴组安装孔27开口处由堵头4密闭封堵喷嘴组安装孔27；内部水槽28沿各喷嘴组安装孔27的侧壁与各喷嘴组安装孔27的内腔连通，并进而与大球头31内部的流道连通。

本实用新型主轴环状喷水装置在具体使用时，参考图17所示，主轴箱14根据机床类型而定，可以是立式的也可以上卧式或者其他结构，只要能安装上主轴的箱体都可以。环形端盖主体1是此实用新型最后安装在主轴上实际应用时的安装和使用状态。因主轴的型号和类型各有不同，环形端盖主体1可以根据实际的主轴参数加大内外径和厚度的尺寸，但内部结构不变。

本实用新型的水路过程为：机床主水管17中的切削液进入水排18，一部分流至骨节水管15。当此实用新型安装在具有图1中喷嘴进水口18的内部水路的主轴上时，切削液还可以通过连接在水排18上的高压管16至喷嘴进水口18经过内部水路到达图2中本实用新型的第一进水口22，经过环形端盖主体1中的内部水槽28分散至图10中的若干喷水装置，再从喷嘴5喷出。当此实用新型安装在不具有图1中那样的内部水路的时候，可以选采取切削液通过连接在水排上的高压管16到达第二进水口23，再进入环形端盖主体1中的内部水槽28分散至图10中的若干的喷水装置，再从喷嘴5喷出。为了增加出水量，两种方式也可以同时采用互不干涉。这是整个水路的传输方式。

如下是机械结构的传动方式与相互关系的阐述：

如图10环形端盖主体1内部的内部水槽28可以是整体铸造，也可以用整个的毛坯后期加工，再加上密封盖。如图10安装在环形端盖主体1上的喷水装置根据配套主轴的规格可以是若干个，相应图11中齿环7上分布的螺旋槽也与喷水装置的数量对应，数量增加但是结构不会有任何变化，不得以因为此数量来限制保护的范围。

图2中的环形端盖主体1整体为圆环形，所有的零部件均安装在上面，环形端盖主体1 的尺寸也是会根据配套主轴的参数变化的，环形端盖主体1上设计有安装孔35，安装孔35 的数量尺寸可以根据配套的主轴参数增加或者减少。环形端盖主体1端面设计有如图4电机安装槽、齿轮安装槽24、齿环安装槽25，喷嘴组安装孔27，电机12通过螺栓锁紧在环形端盖主体1上，电机12转动带动依次安装在齿轮安装槽24内的齿轮组13，齿轮组13 带动齿环7顺逆时针转动，为了保证齿环7在环形端盖主体1的齿环安装槽25内灵活转动，采用间隙配合的方案，其中径向配合可采用齿环7内孔与齿环安装槽25内侧间隙配合，还可采用齿环7外径与齿环安装槽25外侧间隙配合。其中轴向配合采用齿环7的下端面与齿环安装槽25的底面接触，两者的间隙通过如图9中调整环2来调整，轴向间隙调整好后调整环2可以采用过盈配合加固定胶的方式固定，也可采用激光或TIG自动焊接。齿环7转动的同时，其上圆周向上分布的螺旋槽33跟着旋转，由于阿基米德原理卡在齿环7上螺旋槽33内的双球头11的小球头30就会绕着大球头摆动，为了保证灵活运行小球头30与螺旋槽33同样采用间隙配合，在喷嘴组安装孔27与齿环安装槽25之间开有可通过小球头30 的孔，以保证顺利安装。双球头11大球头部分上下设有密封环，其中下固定密封环10安装在环形端盖主体1中的喷嘴组安装孔27的底部，此密封环有两个作用：第一是防止外部杂物进入，第二是固定大球头的轴向位置：而上固定密封环9则在锁紧螺套8的压力作用下阻隔外部切削液进入，让切削液从大球头中间的孔内通过喷嘴5喷出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主轴环状喷水装置，其特征在于：包括环形端盖主体、齿环、喷水装置，齿环与环形端盖主体配合且齿环能够相对环形端盖主体共轴转动，环形端盖主体内设有内部水槽，环形端盖主体上设有与内部水槽连通的进水口，环形端盖主体上沿内部水槽设有若干喷水装置，喷水装置具有喷嘴，且喷嘴通过喷水装置与内部水槽连通，各喷水装置均与齿环连接，并随齿环相对环形端盖主体共轴转动时，各喷水装置均同时且一致地相对齿环在轴向上来回角度摆动。

2.如权利要求1所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：齿环上沿圆周向设有若干螺旋槽，各螺旋槽与喷水装置一一对应，喷水装置一端卡入该螺旋槽内，并随齿环的顺或逆时针转动而相对齿环在轴向上来回角度摆动，且喷水装置的喷嘴指向齿环的轴芯。

3.如权利要求2所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：喷水装置包括双球头，双球头包括大球头、小球头和连接杆，小球头卡入齿环上的螺旋槽内，连接杆沿大小球头的球心连接大小球头，喷嘴设于大球头上并通过大球头内部的流道与内部水槽连通，且喷嘴与小球头及连接杆位于过大球头球心的同一面上。

4.如权利要求3所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：环形端盖主体上设有若干喷嘴组安装孔，喷水装置安装于该喷嘴组安装孔内，喷嘴组安装孔内壁设有限位卡槽，双球头的大球头上设有与限位卡槽相对应的扁方形结构，限位卡槽和扁方形结构配合约束大球头只能在环形端盖主体的轴向平面上来回转动。

5.如权利要求4所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：双球头的大球头上下分别设有密封环，其中下固定密封环安装在喷嘴组安装孔的底部密封封堵喷嘴组安装孔底部开孔，上固定密封环由拧入喷嘴组安装孔内的锁紧螺套压紧固定，喷嘴组安装孔开口处由堵头密闭封堵喷嘴组安装孔；内部水槽沿各喷嘴组安装孔的侧壁与各喷嘴组安装孔的内腔连通，并进而与大球头内部的流道连通。

6.如权利要求1所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：环形端盖主体上设有齿环安装槽，齿环安装在齿环安装槽内，并在齿环安装槽内绕着齿环的中心转动。

7.如权利要求6所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：还包括安装在齿环安装槽槽口的调整环，调整环限位调整齿环在齿环安装槽内的轴向窜动量。

8.如权利要求1所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：还包括驱动机构，驱动机构与齿环连接驱动齿环自转。

9.如权利要求8所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：驱动机构包括齿环上沿圆周向设置的传动齿，设于环形端盖主体内与该传动齿啮合的齿轮组，以及驱动齿轮组的电机。

10.如权利要求9所述的主轴环状喷水装置，其特征在于：还包括控制装置，控制装置与驱动机构电连接控制驱动机构驱动齿环及其各喷水装置进行全自动的动作。