CN210475573U - 一种集成车刀系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种集成车刀系统，包括：车刀组件、冷却组件和监控组件，所述车刀组件内置有冷却水通道，所述冷却组件与所述冷却水通道连接，用于向所述冷却水通道输送冷却液以实现对车刀组件的热交换，所述监控组件与所述冷却组件电性连接，用于实时监测冷却组件输出的冷却液温度及热交换后回流的冷却液温度。通过上述方式，本实用新型采用内循环冷却方式制冷，安全环保，达到车刀降温的同时可以实现切削温度的实时监测，从而能准确得知车刀的磨损情况，有效控制车削加工精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及车削加工技术领域，特别是涉及一种集成车刀系统。
背景技术
随着社会的不断发展和对高精度产品依赖度的不断提高，车削加工的地位越来越重要。不同于其他的加工刀具的多刀刃交替加工，车刀通过单刀刃对工件的连续切削，从而可以获得高尺寸精度和高表面光洁度的产品。同时，由于车刀是利用单刀刃连续切削，加工工程中会产生切削热，使得车刀钝化加快，从而影响产品的加工精度和刀具的使用寿命，特别是对高硬度材料的加工。
因此需要对车削加工过程中的车刀进行降温，现有常用的车刀降温方法通常为外循环冷却，即在车削加工过程中，切削液或冷却液被喷射到车刀外部，通过热传递实现对车刀的降温作用。
外循环冷却方法带来了很多负面影响，如冷却液污染环境和危害操作人员健康等；同时，外循环冷却方式不利于实现实时车刀磨损监测，当车刀在车削加工过程中出现磨损或者破损等情况时，车刀与工件的摩擦会增大，车削加工精度会大幅降低，车刀的温度会急剧上升，只有准确检测车刀表面的变化可以有效判断车刀的磨损情况，才能有效控制车削加工精度。
综上所述，由于外循环冷却是将冷却液直接喷射到车刀外部，不仅污染环境、危害操作人员健康，尤其是不能实时准确监测车刀温度的变化，而无法准确得知车刀的磨损情况，导致不能有效控制车削加工精度。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种集成车刀系统，能够解决现有外循环制冷方式所存在的上述缺陷。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种集成车刀系统，包括：车刀组件、冷却组件和监控组件，所述车刀组件内置有冷却水通道，所述冷却组件与所述冷却水通道连接，用于向所述冷却水通道输送冷却液以实现对车刀组件的热交换，所述监控组件与所述冷却组件电性连接，用于实时监测冷却组件输出的冷却液温度及热交换后回流的冷却液温度。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述冷却组件包括冷水机与分别与所述冷水机连接的出液管和回流管。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述车刀组件包括：刀杆、刀头、刀垫、刀片和压杆，所述刀头固定在所述刀杆的一端，所述刀垫固定在刀头上，所述刀片由所述压杆固定在刀垫上。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述刀头的两侧壁上分别开设有进液口和出液口，所述冷却水通道开设在刀垫内，所述出液管贯穿于所述进液口与所述冷却水通道的一端进口连接，所述回流管贯穿于所述出液口与所述冷却水通道的另一端出口连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述冷却水通道沿着刀垫相邻两边呈V字型。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述冷却水通道为单通道。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述监控组件包括温度传感器和CPU，所述温度传感器分别与所述出液管和回流管连接，分别采集所述出液管内冷却液的温度、回流管内冷却液的温度，并将相关数据实时传输至CPU。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述CPU还电性连接热像仪，所述热像仪用于输出切削区域的温度曲线。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用内循环冷却方式制冷，安全环保，达到车刀降温的同时可以实现切削温度的实时监测，从而能准确得知车刀的磨损情况，有效控制车削加工精度。
附图说明
图1是本实用新型一种集成车刀系统一较佳实施例的原理图；
图2是图1所示的车刀系组件的结构示意图；
图3是图2所示的刀垫的剖视图；
附图中各部件的标记如下：1、车刀组件，11、刀杆，12、刀头，122、出液口，13、刀片，14、刀垫，141、冷却水通道，142、安装孔，15、压杆，2、冷却组件，21、冷水机，22、出液管，23、回流管，3、监控组件，31、温度传感器，32、CPU，33、热像仪。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1～3，本实用新型实施例包括：
一种集成车刀系统，包括：车刀组件1、冷却组件2和监控组件3，所述车刀组件1内开设有冷却水通道141，所述冷却组件2与所述冷却水通道141连接，用于向所述冷却水通道141输送冷却液以实现对车刀组件1的热交换，所述监控组件3与所述冷却组件2电性连接，用于实时监测冷却组件2输出的冷却液温度及热交换后回流的冷却液温度。
具体地，所述冷却组件2包括冷水机21与分别与所述冷水机21连接的出液管22和回流管23。
本实施例中，所述车刀组件1包括：刀杆11、刀头12、刀垫14、刀片13和压杆15，所述刀头12固定在所述刀杆11的一端，所述刀垫14的中部开设有安装孔142，所述刀头12上一体成型有定位销，所述安装孔142穿入所述定位销使刀垫14固定安装在所述刀头12上，所述刀片13安装在所述刀垫14的上端面上，所述压杆15的下端穿透所述刀头12的上端面将刀片13压紧固定在刀垫14上。
其中，所述刀头12的一侧壁上开设有进液口(位于出液口122的对称面上，图中未标注)，对称的另一侧壁上开设有出液口122，所述刀垫14内部开设有冷却水通道141，所述出液管22贯穿于所述进液口与所述冷却水通道141的一端进口连接，所述回流管23贯穿于所述出液口122与所述冷却水通道141的另一端出口连接，同时为了避免冷却液在所述冷却水通道141的进口或出口处出现溢流现象，在出液管22与冷却水通道141的一端进口连接处、在回流管23与冷却水通道141的另一端出口连接处均安装有密封圈。
进一步地，所述冷却水通道141沿着刀垫14相邻两边呈V字型，能够减少冷却液在转弯处产生的涡流，保证冷却液的流速和压力，同时所述冷却水通道141为单通道，经过冷水机21冷却可以保证所有的低温冷却液全部流经刀片13的高温区，通过热传递，能够最大限度对刀片13进行降温冷却。
本实施例中，所述监控组件3包括温度传感器31和CPU 32，所述温度传感器31分别安装在所述出液管22和回流管23内，分别用于采集所述出液管22内冷却液的温度、回流管23内冷却液的温度，并将相关数据实时传输至CPU32。
所述CPU 32还电性连接热像仪33，所述热像仪33用于输出切削区域的温度曲线，当温度曲线出现异常时说明刀片13出现磨损，需要及时更换刀片13。
进一步参考图1，所述集成车刀系统的工作原理为：
冷水机21将冷却液从出液管22传输至刀垫4内的冷却水通道141内，冷却液在所述冷却水通道141对切削区域刀片13处的热量进行交换，然后再从回流管23回流至冷水机21内，形成一次车刀冷却内循环；
实际操作中，温度传感器31分别采集出液管22内位于刀头12进液口处的的冷却液温度，回流管23内位于刀头12出液口122处的冷却液温度，即分别采集冷却液在进口处的温度、冷却液在出口处的温度，并将相关数据实时传输至CPU 32，CPU 32可以根据情况对冷水机21进行流量的调节，保证切削区域的切削温度。
其中切削区域的监测如下：
由于回流管23内位于刀头12出液口122处的冷却液温度相对切削温度有较大的延迟，在未达到稳态时，它们之间的关系和时间、刀-屑接触面面积、热流率和流速都有关，很难用一个简单的关系式描述，但是达到稳态后，在相同刀-屑接触面面积下它们之间呈线性关系，随着刀-屑接触面面积的增加直线斜率变小，随着入口流速的增加而增加。切削温度与刀-屑接触面积、热流率、冷却液流速的关系表达式为：
Tc＝[(51.26Vi+3.59)-(21.83Vi+0.89)lnAc]·(To-Ti)+Ti (1)
式中Tc——切削温度(℃)；
Vi——冷却液入口流速(m/s)；
Ti——冷却液在进口处的温度(℃)；
To——冷却液在出口处的温度(℃)。
Ac——刀-屑接触面面积(mm2)
上面的公式中，除了进出口温度外，还包括冷却液入口流速和刀-屑接触面面积两个变量。在实际切削过程中，进口温度和冷却液流速是预先给定的，刀-屑接触面面积可通过计算得到，将这些已知量代入式(1)中即可对切削温度进行预测。因此，根据切削液在进口与出口处的温度差值，可以实现切削温度的实时监测。
切削温度实时监测系统的另一个作用是间接检测车刀磨损情况。车刀在使用的情况下，当系统达到稳态后，上述关系仍然不能呈线性关系或者存在温度突变，这就表明车刀出现巨大磨损或者破损，需要换刀或者再刃磨。
综上所述，本实用新型区别于现有外循环制冷方式，采用内循环冷却方式制冷，安全环保，达到车刀降温的同时可以实现切削温度的实时监测，从而能准确得知车刀的磨损情况，有效控制车削加工精度。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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实用新型的限制。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种集成车刀系统，包括设置于机床上的车刀组件(1)，其特征在于，还包括：冷却组件(2)和监控组件(3)，所述车刀组件(1)内置有冷却水通道(141)，所述冷却水通道(141)沿着刀垫(14)相邻两边呈V字型，所述冷却组件(2)与所述冷却水通道(141)连接，用于向所述冷却水通道(141)输送冷却液以实现对车刀组件(1)的热交换，所述监控组件(3)与所述冷却组件(2)电性连接，用于实时监测冷却组件(2)输出的冷却液温度及热交换后回流的冷却液温度。
2.根据权利要求1所述的集成车刀系统，其特征在于，所述冷却组件(2)包括冷水机(21)与分别与所述冷水机(21)连接的出液管(22)和回流管(23)。
3.根据权利要求2所述的集成车刀系统，其特征在于，所述车刀组件(1)包括：刀杆(11)、刀头(12)、刀垫(14)、刀片(13)和压杆(15)，所述刀头(12)固定在所述刀杆(11)的一端，所述刀垫(14)固定在刀头(12)上，所述刀片(13)由所述压杆(15)固定在刀垫(14)上。
4.根据权利要求3所述的集成车刀系统，其特征在于，所述刀头(12)的两侧壁上分别开设有进液口和出液口(122)，所述冷却水通道(141)开设在刀垫(14)内，所述出液管(22)与所述冷却水通道(141)的一端进口连接，所述回流管(23)与所述冷却水通道(141)的另一端出口连接。
5.根据权利要求4所述的集成车刀系统，其特征在于，所述冷却水通道(141)为单通道。
6.根据权利要求2～5之一所述的集成车刀系统，其特征在于，所述监控组件(3)包括温度传感器(31)和CPU(32)，所述温度传感器(31)分别设置在所述出液管(22)和回流管(23)内，分别用于采集所述出液管(22)内冷却液的温度、回流管(23)内冷却液的温度，并将相关数据实时传输至CPU(32)。
7.根据权利要求6所述的集成车刀系统，其特征在于，所述CPU(32)还电性连接热像仪(33)，所述热像仪(33)用于输出切削区域的温度曲线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920966284.8U CN210475573U (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种集成车刀系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201920966284.8U CN210475573U (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种集成车刀系统 |
Publications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN210475573U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112593954A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-02 | 武汉大学 | 高磨蚀性硬岩地层tbm滚刀刀圈冷却降温磨损监测综合系统 |
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2019
- 2019-06-25 CN CN201920966284.8U patent/CN210475573U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112593954A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-02 | 武汉大学 | 高磨蚀性硬岩地层tbm滚刀刀圈冷却降温磨损监测综合系统 |
| CN112593954B (zh) * | 2020-12-18 | 2022-07-15 | 武汉大学 | 高磨蚀性硬岩地层tbm滚刀刀圈冷却降温磨损监测综合系统 |
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