JP7450282B2 - 内部及び外部冷却のインテリジェントスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム - Google Patents

Description

本発明は、機械加工設備の技術分野、具体的に、内部及び外部冷却のインテリジェントスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システムに関する。

本明細書の記載は、本発明に関連する背景技術を提供するだけであり、必ずしも先行技術を構成するものではない。

フライス加工装置など、カッターが主な動きとなる既存の加工装置では、カッターやワークピースから熱を取り除くために、切削液を使用して加工領域を冷却する必要がある。不適切な冷却は、加工品質とカッター寿命を低下させる可能性がある。切削液の冷却効果は、切削によって加熱されるカッター、切りくず、及びワークピースとの間の対流及び気化によって、カッター及びワークピースから切削熱を取り除き、それによって切削温度を効果的に低減し、ワークピースとカッターの熱変形を低減し、カッターの硬度を維持し、加工精度とカッター耐久性を向上させることである。切削液の潤滑効果は、すくい面と切りくず、逃げ面と加工面との間の摩擦を減らして潤滑膜の一部を形成することで、切削力、摩擦、消費電力を減らし、カッターとワークピースブランク間の摩擦部の表面温度とカッター摩耗を低減し、ワークピース材料の切削加工性能を向上させることである。また、切削液は加工領域の洗浄にも役割を果たし、発生した切りくず、砥石、鉄粉、油汚れ、砂粒を除去し、カッターの切削刃先を鋭利に保つことができ、切削効果には影響しない。

現在、マシニングセンターの工作機械で使用されている冷却と潤滑の方法には、内部冷却の冷却と潤滑の方法と、外部冷却の冷却と潤滑の方法がある。内部冷却の冷却と潤滑の方法は、一般に、切削液が切削液供給システムによって供給され、切削液パイプラインを通って工作機械主軸の回転継手に流れ込み、回転継手から工作機械主軸の内部冷却パイプラインに流れ、そして切削液をカッターの内部冷却パイプラインに送り、切削加工プロセス中のカッターの冷却と潤滑を実現することである。内部冷却の冷却と潤滑の方法は、より深い穴と溝のフライスなどの加工条件の冷却と潤滑に対応できる。しかし、発明者は、その欠点が特定の加工条件での切削加工にしか適さず、内部冷却システムが工作機械に付属するシステムであるため、価格が比較的高く、内部冷却を必要としない加工条件の場合、経済的な無駄が発生することにあることを発見した。また、内部冷却の冷却と潤滑の方法でクーラントをリサイクルする場合、カッターや柄に螺旋状流路などの複雑な流路を開く必要があり、製造が困難であり、不合理な流路設計は、カッターの強度に影響を与え、さらには放熱効率を低下させ、外部冷却の冷却と潤滑の方法では、切削液は一般的に切削液供給システムから供給され、外部冷却パイプラインを通って外部冷却ノズルに流入し、カッターとワークピースの加工領域を外部から冷却及び潤滑することである。この冷却と潤滑の方法は、加工領域を効果的に冷却して潤滑することができ、切りくずの除去とカッターの洗浄の役割を果たすこともできる。発明者は、この冷却と潤滑の方法では、内部冷却の冷却と潤滑の方法と比較して、より深い穴と溝のフライスなどの加工条件の冷却と潤滑に対応できないことを発見した。

現在、実際の加工プロセスでは、複数の冷却方法に対応できる工作機械の場合、方法を切り替えるように、この時点での加工条件にどの冷却方法が必要かをオペレーターが常に自分の経験で判断する必要があり、大きな限界があり、判断を間違え、切削領域で効果的に放熱できないという状況が起こりやすく、冷却方法のインテリジェントな切り替えができず、より大きな人的資源の浪費にもなる。

本発明は、従来技術の欠点を克服し、カッターが主な動きであり、改造に便利であり、製造コストが低い加工装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の技術的解決手段を採用する。

第１の態様では、本発明の実施例は、内部及び外部冷却のインテリジェントスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システムを提供し、作業台及び主軸を含み、主軸は、動力システムに接続され、
主軸の外周に嵌設され、主軸との相対回転が可能で、媒体流入口及び媒体流出口が設置された固定リングと、
主軸に接続され、内部に貯蔵空洞が設置され、貯蔵空洞は第１の流路と第２の流路の一端に連通し、第１の流路と第２の流路の他端は、主軸に設置された貫通穴と連通し、内部には貯蔵空洞と連通している集熱穴も設置され、集熱穴は止まり穴であり、カッターアセンブリの刃先まで伸びるカッターアセンブリと、をさらに含む。

第１の流路及び第２の流路は、固定リングと主軸の相対回転の下で、第１の流路が媒体流入口と連通すると同時に、第２の流路が媒体流出口と連通し、第２の流路が媒体流入口と連通すると同時に、第１の流路が媒体流出口と連通するように構成される。

任意選択で、前記カッターアセンブリには、固定接続された柄及びカッターが含まれ、カッターの直径が柄の直径よりも小さく、前記貯蔵空洞は柄の内部に開かれ、第１の流路及び第２の流路は柄の内部に開かれ、集熱穴はカッターの内部に開かれる。

任意選択で、前記カッターアセンブリには、固定接続された柄及びカッターが含まれ、前記カッターの直径が柄の直径よりも大きく、前記貯蔵空洞はカッターの内部に開かれ、前記第１の流路及び第２の流路は両方とも、柄内に設置された主流路部と、カッター内に設置された拡張流路部とを含む。

任意選択で、シーリングフランジアセンブリも含まれ、前記シーリングフランジアセンブリには、上部フランジ及び下部フランジが含まれ、上部フランジは固定リングの上端面とシールして合わせられ、下部フランジは固定リングの下端面とシールして合わせられ、上部フランジと下部フランジは伝送キーベースを介して接続され、前記伝送キーベースは、伝送キーを介してカッターアセンブリに接続されている。

任意選択で、前記固定リングは、第１の固定リング部と第２の固定リング部とを接合することによって形成され、第１の固定リング部には流入ガイド溝が設置され、流入ガイド溝は、媒体流入口と連通し、第２の固定リング部には流出ガイド溝が設置され、流出ガイド溝は媒体流出口と連通している。

任意選択で、第１の固定リング部及び／又は第２の固定リング部と主軸との間にブロッキングストリップが設置され、流入ガイド溝と流出ガイド溝を隔離するために使用される。

任意選択で、切削液供給機構、クーラント供給機構も含み、切削液供給機構は、スイッチングバルブグループを介してカッターアセンブリの周囲に設置された切削液ノズルに接続され、クーラント供給機構は、スイッチングアセンブリを介して固定リングの媒体流入口に接続され、固定リングの媒体流出口は放熱装置の入口に接続され、放熱装置の出口はクーラント回収タンクに接続され、スイッチングバルブグループは、切削液供給機構とクーラント供給機構の動作の切り替えを実現するために使用される。

任意選択で、カッターアセンブリの動作中に切削力を検出するための検出要素も含まれ、前記検出要素は、カッターアセンブリ及び主軸と同期して回転できる無線伝送装置を介して制御システムに接続され、制御システムは、スイッチングアセンブリに接続され、制御システムは、検出要素で検出して得られた切削力情報に基づいてスイッチングバルブグループの動作を制御し、切削液供給機構とクーラント供給機構の切り替えを実現できる。

任意選択で、前記媒体出口は、スイッチングバルブグループを介して真空発生器にも接続され、真空発生器はクーラント回収タンクに接続される。

任意選択で、前記固定リングには磁石も設置され、磁石の片側には、カッターアセンブリ及び主軸と同期して移動できるコイルが設置され、前記コイルは、検出要素及び無線伝送モジュールに接続されており、検出要素及び無線伝送モジュールに電力を供給するために使用される。

本発明の有益な効果は以下のとおりである。
１．本発明の加工システムでは、カッターアセンブリ内に貯蔵空洞、第１の流路、第２の流路及び集熱穴が設置され、ヒートパイプの原理によってカッターを冷却し、熱対流によって熱交換を行い、熱交換効率が高く、固定リングの設置により、クーラントの流入・流出を実現し、他の設備と組み合わせてクーラントをリサイクルするのに便利であり、クーラントを確実にリサイクルできることを前提として、カッターアセンブリに螺旋状の複雑な流路を加工する必要はなく、カッターアセンブリの冷却効果を確保することを前提として、カッターアセンブリの加工と改造のコストが削減される。
２．本発明の加工システムでは、スイッチングバルブグループを備えて、切削液供給機構とクーラント供給機構の動作の切り替えを実現し、外部冷却と内部冷却の潤滑の方法の切り替えを実現でき、同時に、検出要素及び制御システムと連携して、冷却方法のインテリジェントな切り替えが実現され、人的資源を節約し、オペレーターが自分の経験に応じて冷却方法を切り替えるという制限を回避する。
３．本発明の加工システムでは、磁石とコイルを有し、追加の電源なしで検出要素と無線伝送モジュールにセルフパワーを供給することができる。

本出願の一部を形成する明細書の図面は、本出願のさらなる理解を提供するために使用され、本出願の例示的な実施例及びその説明は、本出願を説明するために使用され、本出願の制限を構成しない。

ヒートパイプ技術の原理図である。 本発明の実施例１における媒体循環放熱の概略図である。 本発明の実施例１の全体の概略図である。 本発明の実施例１におけるスリップリングの三次元図である。 本発明の実施例１におけるスリップリングの正面片側断面図である。 本発明の実施例１におけるスリップリングの上面図である。 本発明の実施例１におけるシーリングフランジの３次元図である。 本発明の実施例１におけるシーリングフランジの正面図である。 本発明の実施例１における工作機械主軸の端部の三次元概略図である。 本発明の実施例１における工作機械主軸の端部の正面図である。 本発明の実施例１における接続装置のアセンブリの分解図である。 本発明の実施例１における接続装置の部分断面図である。 本発明の実施例１における接続装置のＡ－Ａ方向図である。 本発明の実施例１における接続装置のシール原理図１である。 本発明の実施例１における接続装置のシール原理図２である。 本発明の実施例１における接続装置のシール原理図３である。 本発明の実施例１における吸熱装置ＩＩの柄及びカッター構造図１である。 本発明の実施例１における吸熱装置ＩＩの柄及びカッター構造図２である。 本発明の実施例１における吸熱装置ＩＩの動作原理図である。 本発明の実施例１における吸熱装置ＩＩＩの柄構造図である。 本発明の実施例１における吸熱装置ＩＩＩのカッター構造図である。 本発明の実施例１におけるパイププラグの構造図である。 本発明の実施例１における吸熱装置ＩＩＩの組立図である。 本発明の実施例１における吸熱装置ＩＩＩの動作原理図である。 本発明の実施例１における媒体供給及び切り替え装置の動作原理図である。 本発明の実施例１における伝送キーの変形の概略図である。 本発明の実施例１におけるひずみゲージのフルブリッジ回路図である。 本発明の実施例１における無線伝送装置の組立図である。 本発明の実施例１におけるデータ取得装置のエネルギー供給の概略図である。 本発明の実施例１におけるシステムの全体的な制御フローチャートである。

物体の吸熱と放熱は相対的であり、温度差があると、高温から低温への熱伝達の現象が必然的に発生する。熱伝達の３つの方法（輻射、対流、伝導）から、対流伝導が最速である。ヒートパイプは、媒体がホットエンドで蒸発し、次にコールドエンドで凝縮する相転移プロセスを利用して（つまり、液体の蒸発潜熱と凝縮潜熱を利用して）熱をすばやく伝導するものである。一般的なヒートパイプは、シェル、芯、エンドキャップで構成される。ヒートパイプの内部は負圧状態にポンプで送られ、適切な液体が充填され、この液体は沸点が低く、揮発しやすい。図１に示すように、ヒートパイプの一端は蒸発端で、他端は凝縮端であり、ヒートパイプの一端が加熱されると、パイプ内の液体は急速に気化し、蒸気は熱拡散の動力で他端に流れ、低温端で凝縮して熱を放出し、液体は多孔質材料に沿って毛細管作用によって蒸発端に戻り、ヒートパイプの両端の温度が等しくなるまで（このとき、蒸気の熱拡散は停止する）サイクルが続く。このサイクルは速く、熱を継続的に伝導することができる。

加熱ヒートパイプの蒸発セクションでは、管芯内の作動液体が加熱されて蒸発し、熱を取り除き、この熱は、作動液体の蒸発潜熱であり、蒸気は中央通路からヒートパイプの凝縮セクションに流れ、凝縮して液体になり、同時に潜熱を放出し、毛細管力の作用下で、液体は蒸発セクションに逆流する。このようにして閉ループが完成し、加熱セクションから放熱セクションに大量の熱を伝達する。加熱セクションが下、冷却部が上、ヒートパイプが垂直に配置されている場合、毛細管構造の管芯がなくても、重力によって作動液体の逆流を満足させることができ、多孔質の管芯のないこのようなヒートパイプは、熱サイフォンと呼ばれる。熱サイフォンは構造が単純で、エンジニアリングで広く使用されている。

したがって、柄またはカッター内には、図２に示すような凝縮液を貯蔵するための貯蔵空洞が設置され、貯蔵空洞と連通する集熱穴が設置され、集熱穴はカッターの切削刃先まで伸びており、カッターの切削熱は集熱穴内の凝縮液に吸収された後、熱対流が発生し、熱は貯蔵空洞内に伝達され、貯蔵空洞内の凝縮液が循環に関与し、低温のが流入し、高温のが流出して熱を放散し、カッターを冷却する目的を達成する。

本出願の典型的な実施形態の実施例１では、図３に示されるように、内部及び外部冷却のインテリジェントスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システムは、接続装置Ｉ、カッターアセンブリＩＩ（ＩＩＩ）、媒体供給及び切り替え装置ＩＶ、及びデータ取得装置Ｖを含む。カッターアセンブリＩＩ（ＩＩＩ）には、固定接続された柄及びカッターが含まれ、柄を介して工作機械の主軸に取り付けられた。工作機械本体の片側に取り付けられた媒体供給及び切り替え装置ＩＶは、パイプラインを介して工作機械主軸の端部に取り付けられた接続装置Ｉに接続され、媒体供給及び切り替え装置ＩＶは、最初にクーラントを接続装置Ｉにポンプで送り、次に、柄と一緒に高速で回転するカッターアセンブリＩＩ（ＩＩＩ）に伝送した。カッターアセンブリＩＩ（ＩＩＩ）は、ワークピースを切削するカッターによって生成された熱を冷却媒体に伝達し、冷却媒体は循環に関与して、熱を取り除いてカッターを冷却する目的を達成する。この冷却方法は、工作機械の既存の注入式冷却と連携して、媒体供給及び切り替え装置ＩＶを介して冷却方法を切り替えることができる。注入式冷却における注入切削液のノズル２７を媒体供給及び切り替え装置ＩＶに連通し、データ取得装置Ｖを主軸の端部に取り付け、加工プロセスの各種パラメータを収集し、工作機械制御センターに送信し、制御センターは、データ処理を行って切削パラメータを調整し、そして、設定されたしきい値に従って媒体供給と切り替え装置ＩＶを制御して、２つの冷却方法を切り替えた。

加工プロセス中にさまざまなカッターを交換する必要があり、さまざまなカッターが柄内の流体通路の配置方向に影響を与える。カッターのサイズ仕様により、カッターを２つのカテゴリーに分類し、１つはカッターの切削刃先の直径が柄の直径よりも小さいこと、もう１つはカッターの切削刃先の直径が柄の直径以上であることである。この点に関して、異なるタイプの柄及びカッターに従って吸熱装置ＩＩ及び吸熱装置ＩＩＩを設計した。 前記柄はすべて、既存の柄構造に基づいて改造及び設計されている。

前記接続装置Ｉは、工作機械の主軸Ｉ－３の端部外周に嵌設された固定リングＩ－１と、シーリングフランジアセンブリＩ－２を含む。媒体供給及び切り替え装置ＩＩＩの２つの搬送パイプは、固定リングＩ－１に接続され、工作機械主軸Ｉ－３の端部にある貫通穴から柄ＩＩ－１にタイムシェアリングに注入される。加工中に主軸が高速回転し、固定リングＩ－１は固定されたままになり、冷却媒体は、柄ＩＩ－１に送り込むプロセスで、シーリングフランジＩ－２と固定リングＩ－１の間に形成されたガス膜によってシールされる。

前記固定リングは、工作機械主軸の端部にある動力システムのハウジングに固定されており、工作機械主軸に対して回転することができ、冷却媒体は、固定リングＩ－１を介してカッターアセンブリＩＩに注入する。図４～６に示すように、固定リングＩ－１には、上端面Ｉ－１－１、下端面Ｉ－１－２、媒体流入口Ｉ－１－３、媒体流出口Ｉ－１－４、流入ガイド溝Ｉ－１－５、流出ガイド溝Ｉ－１－６、ボスＩ－１－７、取付穴Ｉ－１－８、突合せ穴Ｉ－１－９、対称面Ｉ－１－１０、螺旋溝Ｉ－１－１１、ブロッキング溝Ｉ－１－１２が含まれる。固定リングＩ－１は円形リング状であり、その上端面Ｉ－１－１と下端面Ｉ－１－２はシール端面であり、２つのシール端面に円周に沿って均等に分布する、シール作用がある螺旋溝Ｉ－１－１１が設置され、２つの螺旋溝Ｉ－１－１１の間の領域は、シーリング堰Ｉ－１－１３であり、固定リングＩ－１の内周面の近くの環状領域はシールダムＩ－１－１４である。固定リングＩ－１の内周面には流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝Ｉ－１－６が設置され、両方とも同じサイズである。固定リングＩ－１の両側には、それぞれ流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝 Ｉ－１－６に連通する媒体流入口Ｉ－１－３と媒体流出口Ｉ－１－４が設置され、両方とも同じ孔径を持っている。上端面Ｉ－１－１の両側、すなわち媒体流入口Ｉ－１－３と媒体流出口Ｉ－１－４の位置に対称ボスＩ－１－７が設置され、ボスＩ－１－７の中央部は取付穴Ｉ－１－８であり、固定リングＩ－１は取付穴Ｉ－１－８を介して工作機械主軸Ｉ－３の端部にある動力システムのハウジングに固定接続されている。具体的な実施プロセスにおける固定リングＩ－１の設置を容易にするために、中央の対称面Ｉ－１－１０を分割面として固定リングＩ－１を左右の２つの部分、即ち第１の固定リング部と第２の固定リング部に分け、流入ガイド溝は第１の固定リング部に開けられ、流出ガイド溝は第２の固定リング部に開けられ、固定リングＩ－１の中央にある２つの突合せ穴Ｉ－１－９を介して一つの全体として接続され、接続方法はボルト接続である。流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝Ｉ－１－６の間の内周面に、対称面Ｉ－１－１０に対して対称な４つの半円形ブロッキング溝Ｉ－１－１２が、設置され、ブロッキング溝Ｉ－１－１２は、プラギングストリップを取り付けることにより、流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝Ｉ－１－６内の媒体を分離する。

図７－８は、シーリングフランジアセンブリの構造の概略図である。図に示すように、シーリングフランジアセンブリＩ－２には、上部フランジＩ－２－１、下部フランジＩ－２－２、上部シール端面Ｉ－２－３、下部シール端面Ｉ－２－４、伝送キーＩ－２－５、伝送キーベースＩ－２－６、取付穴Ｉ－２－７が含まれる。工作機械主軸の端部のスペースは限られるため、部品の干渉を避けるために、シーリングフランジアセンブリＩ－２と、工作機械の主軸と柄の間でトルクを伝達するための伝送キーは、一体構造として設計される。上部フランジＩ－２－１と下部フランジＩ－２－２は、フランジの内周面に設置され対称に配置された伝送キーベースＩ－２－６を介して全体として接続され、上部フランジＩ－２－１の下端面と下部フランジＩ－２－２の上端面は、それぞれ上部シール端面Ｉ－２－３と下部シール端面Ｉ－２－４のスリップリングＩ－１取り付け用ギャップリングとして形成され、伝送キーベースＩ－２－６には、シーリングフランジＩ－２を固定するための取付穴Ｉ－２－７が設置され、伝送キーベースＩ－２－６の下部は伝送キーＩ－２－５であり、これは工作機械主軸から柄までのトルクを伝達するために使用される。

工作機械の主軸アセンブリＩ－３の端部には、固定リングＩ－１とシーリングフランジアセンブリＩ－２が取り付けられ、既存の主軸構造に基づいて変更する必要があり、ここで、簡単に説明するだけである。図９～図１０に示すように、主軸Ｉ－３－７はハウジングＩ－３－８内に取り付けられ、エンドキャップＩ－３－６によって固定され、主軸Ｉ－３－７はハウジングＩ－３－８に対して回転できる。主軸Ｉ－３－７の端部両側にそれぞれ貫通穴Ｉ－３－１と貫通穴Ｉ－３－２が設置され、その孔径は、固定リングＩ－１の媒体流入口Ｉ－１－３及び媒体流出口Ｉ－１－４の孔径と同じであり、エンドキャップＩ－３－６の両側にスリップリング取付穴Ｉ－３－９が設置される。主軸Ｉ－３－７の端部には、キー溝Ｉ－３－３、伝送キー取付穴Ｉ－３－４、及びテーパー穴Ｉ－３－５も含まれる。

接続装置Ｉには、ネジＩ－４、ネジＩ－５、ネジＩ－６、ブロッキングストリップＩ－７等の要素も含まれる。

接続装置Ｉの組み立て関係を図１１～図１３に示す。シーリングフランジアセンブリＩ－２は、主軸Ｉ－３－７の端部の外周面に嵌め込まれ、シーリングフランジアセンブリＩ－２の伝送キーベースＩ－２－６は、主軸Ｉ－３－７の端部のキー溝Ｉ－３－３内に係入され、シールフランジアセンブリＩ－２の取付穴Ｉ－２－７は、伝送キーの取付穴Ｉ－３－４に対応し、ネジＩ－４がその中に取り付けられ、シーリングフランジアセンブリＩ－２を固定接続し、シーリングフランジアセンブリＩ－２は、主軸Ｉ－３－７と共に回転させることができ、固定リングＩ－１は対称構造の２つの部分に分かれており、シーリングフランジアセンブリＩ－２の上部フランジＩ－２－１と下部フランジＩ－２－２の間に取り付けられ、そして、突合せ穴Ｉ－１－９内に取り付けられているネジＩ－５で突合せ、固定リングＩ－１の取付穴Ｉ－１－８は、工作機械主軸Ｉ－３端部のスリップリング取付穴Ｉ－３－９に対応し、ネジＩ－６で固定接続され、主軸Ｉ－３－７は固定リングＩ－１に対して回転でき、回転プロセスでは、主軸Ｉ－３－７の端部の貫通穴Ｉ－３－１、貫通穴Ｉ－３－２は、固定リングＩ－１の内側における同一平面内にある流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝Ｉ－１－６に周期的に貫通する。スリップリングＩ－１の４つのブロッキング溝Ｉ－１－１２内には、ゴム製の円筒形のブロッキングストリップＩ－７も取り付けられ、流入ガイド溝Ｉ－１－５、流出ガイド溝Ｉ－１－６内の媒体を分離し、冷却媒体がスリップリングＩ－１と主軸Ｉ－３－７の間の隙間から直接、流入ガイド溝Ｉ－１－５から流出ガイド溝Ｉ－１－６に入って柄に入る冷却媒体を減らして放熱に影響を与えることを防止する。

接続装置Ｉでは、主軸Ｉ－３－７が固定リングＩ－１に対して回転する必要があり、冷却媒体は固定リングＩ－１を介してカッターアセンブリＩＩ（ＩＩＩ）に注入され、乾式ガスシールでシールされ、つまり、２つの端面の間に一定の圧力のガス膜を形成して２つの端面を分離し、非接触の端面シールにし、そのシール面間の摩擦は、流体間の内部摩擦のみであり、端面シールの寿命を大幅に延ばす。図１４～図１６に示すように、シーリングフランジアセンブリＩ－２の上部シール端面Ｉ－２－３と固定リングＩ－１の上部シール端面Ｉ－１－１との間、シーリングフランジＩ－２の下部シール端面Ｉ－２－４と固定リングＩ－１の下端面Ｉ－１－２との間にはそれぞれ隙間があり、主軸Ｉ－３－７がシーリングフランジアセンブリＩ－２を駆動して、固定リングＩ－１に対して回転すると、固定リングＩ－１の２つの端面にある螺旋溝Ｉ－１－１１が回転中心にガスをポンプで送入し、隙間内にガス膜Ｉ－９を形成し、ガス膜Ｉ－９には一定の圧力があり、この圧力により、ガスガイド溝Ｉ－１－５と液体ガイド溝Ｉ－１－６内の流体が溢れるのを防いでシールの役割を果たす。ガス膜Ｉ－９の気密性は、螺旋溝Ｉ－１－１１の数、幾何学的関係、及び主軸の回転速度に関係している。この図で、ｒ_Ｉ、ｒ_ｏ、ｒ_ｇはそれぞれ端面の内半径、外半径、溝底半径、βは螺旋角、θ_ｌとθ_ｇは、それぞれ１サイクルでの螺旋溝Ｉ－１－１１と対応するシール堰Ｉ－１－１３の外径での周方向夾角であり、ｈ_０は、非スロット領域のガス膜厚、つまり、シーリングフランジアセンブリＩ－２の上部シール端面Ｉ－２－３と固定リングＩ－１の上端面Ｉ－１－１の間（またはシーリングフランジアセンブリＩ－２の下部シール端面Ｉ－２－４と固定リングＩ－１の下端面Ｉ－１－２との間）の隙間のサイズ、ｈｇは螺旋溝Ｉ－１－１１の溝深さである。螺旋溝Ｉ－１－１１の基本的な幾何学的パラメータには、溝長比α、溝幅比δ、螺旋角β、溝深さ比Ｈ、溝数Ｎｇが含まれ、ここで、溝長比αと溝幅比δは、それぞれ、螺旋溝の半径方向及び円周方向のスロット幅比を特徴付けるために使用される。溝長比α、溝幅比δ、溝深さ比Ｈはそれぞれ次のように表すことができる。

シーリング端面の間に層流、等温及び等粘度ガスがあると仮定すると、端面のガス膜圧力を計算するためのレイノルズ方程式は
であり、
式の各パラメータは、それぞれ次のように定義され
ここで、ｐは端面間のガス膜圧力、ｐ_Ｉは内径での圧力、ｈは端面の任意の点でのガス膜の厚さ、Λはシール圧縮数、μはガス粘度、ωは角速度である。方程式を解くための必須の圧力境界条件は
周期的な圧力境界条件は
Ｐ（θ＋２π／Ｎｇ，Ｒ）＝Ｐ（θ，Ｒ）であり、
方程式を解くと、シール端面にかかる軸方向力Ｆｏと軸方向ガス膜剛性ｋｚが得られる。

十分な軸方向のガス膜の剛性は、乾燥ガスシールが外部の外乱に抵抗し、装置の長期的な安定した動作を保証するための鍵である。冷却媒体を効果的にシールできる臨界ガス膜剛性を最も低い優先ターゲットとして採用し、スリップリングＩ－１の構造と組み合わせて螺旋溝Ｉ－１－１１の幾何学的関係を設定する。

前記カッターアセンブリＩＩには、柄ＩＩ－１、エンドミルＩＩ－２、及び止めネジＩＩ－３が含まれ、カッターアセンブリＩＩでは、カッターの直径が柄の直径よりも小さく、ロッドフライスカッターとクランプロッドフライスカッターの側面固定式柄を例として、図１７～１８に示すように、エンドミルＩＩ－２は柄ＩＩ－１に取り付けられ、止めネジＩＩ－３で固定される。柄ＩＩ－１内には、冷却媒体を貯蔵するための貯蔵空洞ＩＩ－１－１が設置され、柄ＩＩ－１の円錐面ＩＩ－１－５に柄ＩＩ－１内に延在し、貯蔵空洞ＩＩ－１－１と貫通する第１の流路ＩＩ－１－２及び第２の通路ＩＩ－１－３が設置され、２つの流体通路は同じ構造であり、中心線に対して対称である。エンドミルＩＩ－２には、切削熱を集めるための集熱穴ＩＩ－２－１が設置され、集熱穴ＩＩ－２－１は止まり穴であり、エンドミルＩＩ－２の底部の刃先まで延在し、柄ＩＩ－１内の貯蔵空洞ＩＩ－１－１と連通する。集熱穴ＩＩ－２－１の出口には面取りＩＩ－２－２が設置され、貯蔵空洞ＩＩ－１－１と集熱穴ＩＩ－２－１内の冷却媒体の循環を促進する。柄ＩＩ－１内の段付面ＩＩ－１－３は、エンドミルＩＩ－２の軸方向の位置決めに使用される。

柄ＩＩ－１は、主軸Ｉ－３－７の端部にあるテーパー穴Ｉ－３－５内に取り付けられ、柄ＩＩ－１内の第１の流路ＩＩ－１－２と第２の流路ＩＩ－１－３は、それぞれ主軸Ｉ－３－７の端部にある貫通穴Ｉ－３－１と貫通し、伝送キーＩ－２－５は柄ＩＩ－１のキー溝ＩＩ－１－６に係入されており、第１の流路ＩＩ－１－２と第２の流路ＩＩ－１－３が貫通穴Ｉ－３－１とずれていないことを保証する。その動作プロセスを図１９に示すように、冷却媒体の入力管は、媒体流入口Ｉ－１－３に接続され、戻り管は媒体流出口Ｉ－１－４に接続され、固定リングＩ－１は、工作機械主軸アセンブリＩ－３の端部にあるエンドキャップＩ－３－６に接続され、固定され、工作機械主軸アセンブリＩ－３の主軸Ｉ－３－７は、固定リングＩ－１に対して回転し、流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝Ｉ－１－６は、同じ平面内であり、互いに独立し、主軸Ｉ－３－７の回転中に、貫通穴Ｉ－３－１と貫通穴Ｉ－３－２を、それぞれ流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝Ｉ－１－６に周期的に貫通させる。主軸Ｉ－３－７を１回転させると、サイクルの前半で、貫通穴Ｉ－３－１は流入ガイド溝Ｉ－１－５に貫通し、貫通穴Ｉ －３－２は流出ガイド溝Ｉ－１－６に貫通し、低温の冷却媒体は、貫通穴Ｉ－３－１から第１の流路ＩＩ－１－２を通って貯蔵空洞ＩＩ－１－１に入り、次に、高温の冷却媒体は、順番に第２の流路ＩＩ－１－３、貫通穴Ｉ－３－２、流出ガイド溝Ｉ－１－６から流出し、サイクルの後半で、貫通穴Ｉ－３－２は流入ガイド溝Ｉ－１－５に貫通し、貫通穴Ｉ－３－１は流出ガイド溝Ｉ－１－６に貫通し、低温の冷却媒体は、貫通穴Ｉ－３－２から第１の流路ＩＩ－１－３を通って貯蔵空洞ＩＩ－１－１に入り、次に、高温の冷却媒体は、順番に第１の流路ＩＩ－１－２、貫通穴Ｉ－３－１、流出ガイド溝Ｉ－１－６から流出し、このように繰り返す。冷却媒体の循環中、貯蔵空洞ＩＩ－１－１及び集熱穴ＩＩ－２－１内の冷却媒体は、対流熱交換を行う。

さまざまなカッター仕様に従ってカッターアセンブリＩＩＩは、設計されている。カッターアセンブリＩＩＩと接続装置Ｉでは、冷却媒体供給及び放熱装置ＩＩＩの組み立て関係は、カッターアセンブリＩＩと同じである。前記カッターアセンブリＩＩＩには、柄ＩＩＩ－１、エンドミルＩＩＩ－２、パイププラグＩＩＩ－３、パイププラグＩＩＩ－５、バルブコアＩＩＩ－６及びネジＩＩＩ－７が含まれる。カッターアセンブリＩＩＩでは、カッターの直径が柄の直径以上であり、エンドミルとエンドミル柄を例として使用する。

柄ＩＩＩ－１の構造を図２０に示すように、柄の直径はエンドミルの直径よりも小さいため、貯蔵空洞はエンドミルの内部に設置され、前記第１の流路及び第２の流路は両方とも、柄の内部に設置された主流路部と、エンドミルの内部に設置された拡張流路部とを含み、柄ＩＩＩ－１内には、垂直方向に対称な２つの流路、つまり冷却媒体としての流入通路ＩＩＩ－１－１と冷却媒体としての流出通路ＩＩＩ－１－６が設置され、且つ柄ＩＩＩ－１の底部端面ＩＩＩ－１－５に貫通し、流入通路ＩＩＩ－１－１の入口ＩＩＩ－１－２と流出通路ＩＩＩ－１－６の出口ＩＩＩ－１－７は、柄ＩＩＩ－１の円錐面ＩＩＩ－１－３、端面ＩＩＩ－１－４に近い箇所に設置され、流体の局所的な圧力損失を減らすために、その間にはすべて丸い角でスムーズな移行である。冷却媒体流入通路は第１の流路の主流路部であり、冷却媒体流出通路は第２の流路の主流路部である。

摩擦圧力損失
を考慮すると、柄ＩＩＩ－１の流入通路ＩＩＩ－１－１と流出通路ＩＩＩ－１－６は、柄ＩＩＩ－１の外周面に近くて直径調整範囲が制限され、通路断面形状を非円形（ノッチ形状など）に設定することを考慮する。断面の流速変化は主に管壁付近領域に集中しているため、摩擦による機械的エネルギー損失もここに集中し、境界壁面に沿って損失が分布していると考えられる。長さがすべて１であるパイプラインが２つあり、１つは円形断面パイプライン１で、もう１つは非円形断面パイプライン２であると仮定する。２つのパイプラインは、断面形状と面積が異なる以外、他の幾何学的パラメータと流体物理的パラメータはすべて同じである。円形パイプライン１の場合、パイプライン壁面の単位面積によって引き起こされるエネルギー損失は
であり、
同様に、非円形パイプライン２のパイプライン壁面の単位面積によって引き起こされるエネルギー損失は
Δｈ_２ＡＶρｇ／ｌＣであり、
２つのパイプラインの壁面の単位面積によって引き起こされるエネルギー損失が同じである場合、２つのパイプラインはほぼ同じ摩擦損失係数を持ち、したがって
であり、
Ａは非円形パイプラインの断面積、Ｃは非円形パイプラインの断面周長、Ｖはパイプライン内の流体の流速、Δｈはパイプラインの単位長さである。
即ちΔｈ_１＝Δｈ_２である場合、円形パイプライン１は非円形パイプライン２の等価パイプラインになり、
は非円形パイプラインの等価直径である。

等価直径及び柄ＩＩＩ－１の構造によって非円形パイプライン断面の形状とサイズを設定でき、等価直径は大きすぎないように設定し、そうしないと、パイプラインの断面積が大きすぎることになる。流体が外部導管から柄に流入すると、経路の突然の拡張、流体速度の一部は、渦流れの形成、流体の撹拌、発熱などで消費され、大きな追加の局所的な圧力損失を生み出す。工作機械主軸アセンブリＩ－３の端部にある貫通穴Ｉ－３－１の孔径と同じサイズに等価直径を設定して、流体が柄ＩＩＩ－１に入るときの速度変化を減らすことができ、このとき、流速はほぼ一定とみなすことができる。

フライスの直径が柄の直径よりも大きいため、カッターの体積が大きくなり、図２１に示すように、冷却媒体の貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３をエンドミルＩＩＩ－２の内部に設置し、且つエンドミルＩＩＩ－２内に、柄ＩＩＩ－１内の流入通路ＩＩＩ－１－１及び流出通路ＩＩＩ－１－６と貫通できる拡張通路ＩＩＩ－２－１及び拡張通路ＩＩＩ－２－２を設置し、それぞれ第１の流路の拡張通路部及び第２の流路の拡張通路部として、拡張通路ＩＩＩ－２－１と拡張通路ＩＩＩ－２－２は中心軸に対して対称であり、その底部はすべて貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３に貫通し、貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３には一定のテーパーがあり、その下半部にはパイプスレッドＩＩＩ－２－４が設置され、エンドミルＩＩＩ－２内には、切削刃先と同数の一方向伝導集熱穴ＩＩＩ－２－５も設置され、集熱穴ＩＩＩ－２－５は、貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３の側壁に接続されており、貫通して切削刃先の近くまで外側に伸びている。集熱穴ＩＩＩ－２－５の公共性を考慮して、製造するとき、まずエンドミルＩＩＩ－２の切削刃先から内部貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３まで貫通する貫通穴を加工し、切削刃先に位置する貫通穴の出口にネジ山を設置し、ネジプラグＩＩＩ－４をネジ山を介して貫通穴の出口に取り付けると、貫通穴は、貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３と貫通する集熱穴ＩＩＩ－２－５として使用できる。拡張通路ＩＩＩ－２－２は、上端面ＩＩＩ－２－６の開口部にザグリＩＩＩ－２－７を備えており、ザグリＩＩＩ－２－７内にバルブコアを配置すると一方向伝導装置を形成できる。

図２２にパイププラグの機構の概略図である。図２２に示すように、パイププラグＩＩＩ－３には、パイプスレッドＩＩＩ－３－１及び締付け溝ＩＩＩ－３－２が含まれる。パイププラグＩＩＩ－３の形状は、上部が狭く下部が広い、テーパーが設定された円錐台であり、側壁にはパイプスレッドＩＩＩ－３－１が設置され、パイププラグＩＩＩ－７の底部には２つの対称的な円形の締め付け溝ＩＩＩ－３－２が設置され、締め付け溝ＩＩＩ－３－２により、パイププラグＩＩＩ－３を締めたり緩めたりする。

図２３に示すように、ディスクフライスＩＩＩ－２と柄ＩＩＩ－１は、ネジＩＩＩ－６で一体に固定接続され、エンドミルＩＩＩ－２と柄ＩＩＩ－１が組み立てられた後、柄ＩＩＩ１５内の流入通路ＩＩＩ－１－１とエンドミルＩＩＩ－２内の拡張通路ＩＩＩ－２－１が貫通し、流出通路ＩＩＩ－１－６と拡張通路ＩＩＩ－２－２は貫通し、流出通路ＩＩＩ－１－６と拡張通路ＩＩＩ－２－２の間のザグリＩＩＩ－２－７内にバルブコアＩＩＩ－５が配置され、バルブコアＩＩＩ－５とザグリＩＩＩ－２－７は一方向伝導装置を形成し、パイププラグＩＩＩ－３は、貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３の底部に取り付けられることにより、貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３を密閉し、且つパイプスレッドＩＩＩ－２－４とパイプスレッドＩＩＩ－３－１を介して互いにねじ込んで接続される。

前記カッターアセンブリＩＩＩの動作プロセスを図２４に示すように、冷却媒体供給・放熱装置の入力管は媒体流入口Ｉ－１－３に接続され、戻り管は媒体流出口Ｉ－１－４に接続され、固定リングＩ－１は、工作機械主軸アセンブリＩ－３の端部にあるエンドキャップＩ－３－６に接続され、固定され、工作機械主軸アセンブリＩ－３の主軸Ｉ－３－７は、固定リングＩ－１に対して回転し、流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝Ｉ－１－６は、同じ平面内であり、互いに独立し、主軸Ｉ－３－７の回転中に、貫通穴Ｉ－３－１と貫通穴Ｉ－３－２を、それぞれ流入ガイド溝Ｉ－１－５と流出ガイド溝Ｉ－１－６に周期的に貫通させる。主軸Ｉ－３－７を１回転させると、サイクルの前半で、貫通穴Ｉ－３－１は流入ガイド溝Ｉ－１－５に貫通し、貫通穴Ｉ－３－２は流出ガイド溝Ｉ－１－６に貫通し、低温の冷却媒体は、貫通穴Ｉ－３－１から流入通路ＩＩＩ－１－１及び拡張通路ＩＩＩ－２－１を順番に流れ、貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３に入り、次に、高温冷却媒体は、拡張通路ＩＩＩ－２－２、流出通路ＩＩＩ－１－６、貫通穴Ｉ－３－２、及び流出ガイド溝Ｉ－１－６を通って流出する。サイクルの後半で、貫通穴Ｉ－３－２は流入ガイド溝Ｉ－１－５に貫通し、貫通穴Ｉ－３－１は流出ガイド溝Ｉ－１－６に貫通し、低温の冷却媒体が貫通穴Ｉ－３－２から流出通路ＩＩＩ－１－６を通過し、ザグリＩＩＩ－２－７に入った後、バルブコアＩＩＩ－５は、それ自体の重力と冷却媒体の圧力の下で拡張通路ＩＩＩ－２－２をブロックし、媒体の流れを妨げ、一方向伝導装置を形成する。エンドミルと柄内に設置された流体通路が長すぎるため、一方向伝導装置が設置されていない場合、単位体積の冷却媒体が貫通穴Ｉ－３－１から流入して貫通穴Ｉ－３－２から流出する時間は、主軸が半回転するのに必要な時間より大きい場合、主軸回転の後半で、該単位冷却媒体が柄の流体通路内に逆流し、熱を効果的に伝達できなくなる。主軸の１回転中、前半では、媒体が流れて放熱し、後半では、通路が遮断され、媒体が流れず、このように繰り返す。冷却媒体の循環中、貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３と集熱穴ＩＩＩ－２－５内の冷却媒体は、対流熱交換を継続的に行う。

工作機械の既存の注入式冷却装置と組み合わせると、媒体供給及び切り替え装置ＩＶを介して２つの冷却方法を切り替えることができる。

前記媒体供給及び切り替え装置は、切削液供給機構ＩＶ－５、クーラント供給機構ＩＶ－１、及びスイッチングバルブグループを含む。

前記スイッチングバルブグループには、２位置２方向電磁弁３、３位置３方向電磁弁１、及び３位置３方向電磁弁２が含まれる。

前記切削液供給機構は、切削液貯蔵タンク２１を含み、前記切削液貯蔵タンクの出口は、パイプラインを介して切削液ポンプ２２の入口に接続され、切削液ポンプの出口は、パイプラインを介して２位置２方向電磁弁３の片側インターフェースに接続され、切削液ポンプと２位置２方向電磁弁との間のパイプラインには、圧力調整弁２３及び絞り弁２４が順次設置され、２位置２方向電磁弁の他側インターフェースは、パイプラインを介してノズル２７に接続される。前記絞り弁と圧力調整弁との間のパイプラインにはオーバフローパイプが接続され、オーバフローパイプに溢出弁２５が取り付けられ、オーバフローパイプの端部は切削液回収タンク２６と連通する。

前記クーラント供給機構は、クーラント貯蔵タンク４を含み、前記クーラント貯蔵タンクの出口は、パイプラインを介して媒体ポンプ５の入口に接続され、媒体ポンプの出口は、パイプラインを介して３位置３方向電磁弁１の片側のインターフェースに接続され、また、接続パイプラインには、圧力調整弁６と絞り弁７が順番に取り付けられ、絞り弁と圧力調整弁との間のパイプラインにはオーバフローパイプが接続され、オーバフローパイプに溢出弁８が取り付けられ、前記オーバフローパイプの端部はクーラント回収タンク９と連通する。３位置３方向電磁弁１の該側のもう一方のインターフェースは濾過器に接続される。３位置３方向電磁弁１の他側のインターフェースは、パイプラインを介して固定リングの媒体流入口に接続されている。

前記固定リングの媒体流出口は、パイプラインを介して３位置３方向電磁弁２の片側のインターフェースに接続され、３位置３方向電磁弁２の他側のインターフェース放熱装置ＩＶ－２に接続され、前記放熱装置はラジエーターを採用し、３位置３方向電磁弁２のインターフェースはラジエーターの入口に接続され、ラジエーターの出口は、パイプラインを介してクーラント回収タンクに接続される。

３位置３方向電磁弁２の他側のもう一方のインターフェースは、パイプラインを介して媒体回収装置ＩＶ－３に接続され、前記媒体回収装置には真空発生器が含まれ、３位置３方向電磁弁２のインターフェースは真空発生器１２の入口に接続され、真空発生器の出口は、パイプラインを介してクーラント回収タンクに接続される。

前記真空発生器は圧縮空気発生装置ＩＶ－４に接続され、圧縮空気発生装置は、真空発生器を作動させるために使用される。

前記圧縮空気発生装置は、空気圧縮機１３を含み、前記空気圧縮機は、パイプラインを介してガス貯蔵タンク１５の入口に接続され、且つ空気圧縮機とガス貯蔵タンクとの間に濾過器１４が設置され、前記ガス貯蔵タンクには、ガス貯蔵タンク内の空気圧を検出するための圧力計１６が取り付けられる。前記ガス貯蔵タンクの出口は、パイプラインを介して真空発生器に接続され、且つガス貯蔵タンクと真空発生器１２との間のパイプラインに圧力調整弁１７及び絞り弁１８が設置され、前記圧力調整弁１７と絞り弁１８との間のパイプラインは、オーバフローパイプに接続され、溢水管の端部は、圧縮空気回収タンク２０と連通し、溢水管に溢出弁１９が取り付けられる。

媒体供給及び切り替え装置の動作原理は次のとおりである。

クーラントをカッターアセンブリに注入して循環放熱を行う冷却方法で動作する場合、ＫＭ２が電力を得て、３位置３方向電磁弁１が左位相に当たる場合、ＫＭ４が通電し、３位置３方向電磁弁２が左位相に当たる場合、クーラント供給機構ＩＶ－１は、クーラントをカッターアセンブリＩＩ（カッターアセンブリＩＩＩ）にポンプで送り込み、熱を吸収し、その中で、対流熱交換が実行され、より高温のクーラントを交換し、交換されたクーラントは、放熱装置ＩＶ－２に流れ込み放熱冷却を行って及び次の放熱サイクルを準備する。該冷却方法の動作が終了すると、クーラント供給機構ＩＶ－１はクーラントのポンピングを停止し、ＫＭ２、ＫＭ４は電力を失い、ＫＭ１、ＫＭ３は電力を取得し、３位置３方向電磁弁１、３位置３方向電磁弁２が右位相に当たる場合、カッターアセンブリＩＩ（カッターアセンブリＩＩＩ）のクーラント入口端は大気と連通し、出力端は媒体回収装置ＩＶ－３と連通し、パイプライン内の残留凝縮液を回収して、カッター交換プロセス中にパイプライン内のクーラントが主軸位置から流出して加工プロセスに影響を与えるのを防ぐ。回収が完了すると、ＫＭ１とＫＭ５は電力を失い、３位置３方向電磁弁１と２は中間位相に戻る。媒体回収装置ＩＶ－３は圧縮空気発生装置ＩＶ－４によって駆動されて負圧効果を生み出し、パイプライン内の媒体を回収タンクに吸い込む。回収プロセス中、カッターアセンブリＩＩ（カッターアセンブリＩＩＩ）のクーラント入口端はエアフィルター１１を介して大気に連通し、負圧の作用下でほこり等の不純物をパイプラインに吸い込むのを防ぐ。

工作機械の既存の注入式冷却方法で動作する場合、ＫＭ５が通電し、２位置２方向電磁弁３がオンになり、切削液供給機構ＩＶ－４は、切削液をノズル２７に送り、切削領域を冷却する。該冷却方法の動作が終了すると、切削液供給装置ＩＶ－４は動作を停止し、ＫＭ７は電力を失い、２位置２方向電磁弁３は初期位相に戻る。

媒体供給及び切り替え装置ＩＶのトリガー方法には、アクティブトリガーとパッシブトリガーの２つのトリガーモードがある。
（一）アクティブトリガー
あらかじめ設定されたワークピース加工プログラムにより制御する。ワークピースの構造や加工条件に応じて、必要なカッターや各工程の冷却方法を設定し、対応する工程に達すると、プログラム制御により自動的に切り替わる。
（二）パッシブトリガー
切削データ取得装置Ｖを設定して、切削プロセスのさまざまなパラメータをリアルタイムで分析し、対応するパラメータが設定されたしきい値を超える場合、媒体供給及び切り替え装置ＩＶをトリガーして、冷却方法を切り替える。ワークピース切削工程の各項パラメータは、最終的に切削力の大きさに反映されるため、切削力のデータを収集することで各項パラメータを分析できる。

前記データ取得装置Ｖは、ひずみゲージＶ－１、無線伝送装置Ｖ－２、コイルＶ－３、及び磁石Ｖ－４を含む。

ワークピースを加工するプロセス中に、工作機械の主軸は、柄の端部にある円錐面と主軸のテーパー穴の内側面との間の摩擦力と、主軸の端部に取り付けられた伝送キーを使用してトルクを柄に伝達し、カッターを駆動してワークピースを切削する。柄の端部の円錐面と主軸のテーパー穴の内側面との間の摩擦力は、一般に一定の値である。本出願では、伝送キーＩ－２－５は、伝送キーベースＩ－２－６を介してシーリングフランジＩ－２に接続され、一体に結合され、伝送キーＩ－２－５がトルクを柄に伝達するプロセス中に、図２６に示すような変形が発生し、一方の側が引き伸ばされ、もう一方の側が圧縮される。任意の伝送キーＩ－２－５の両側にひずみゲージを設置してその変形量を測定することで、単一の伝送キーＩ－２－５にかかる力の大きさを求めることができ、摩擦力とさらに統合することで、対応する切削力の大きさを得ることができる。

ある種類の材料の抵抗については、次の式で計算でき
ここで、Ｌは長さ、ｒは材料の断面の半径、ρは材料の抵抗率である。

導体が何らかの理由で変形した場合、その長さＬ、断面積Ａ、抵抗率ρの変化はｄＬ、ｄＡ、ｄρであり、対応する抵抗変化はｄＲである。上記の式の全微分から、得られる抵抗変化率
は
であり、
は導体材料の軸方向ひずみであり、
は導体材料の横方向ひずみである。

材料力学から、ε_ｒ＝－με_Ｌ、ε_ｒは導体材料の横方向ひずみ、ε_Ｌは導体材料の軸方向ひずみ、μは材料のポアソン比である。整理して
を得る。

抵抗ひずみ効果は主に材料の幾何学的ひずみに依存するが、変形量が比較的小さい場合、抵抗率の変化の影響は無視でき、即ち

図２７に示す回路に従って、伝送キーＩ－２－５の両側にある４つのひずみゲージＶ－１を接続し、同じ側の２つのひずみゲージを反対側のブリッジアームに接続し、電圧Ｕ_０の大きさは
であり、
Ｒ _１ ＝ Ｒ _２ ＝ Ｒ _３ ＝ Ｒ _４、且つ
と仮定すると、
変形変数と電圧の関係
が得られ
アナログ電圧Ｕ_０を、無線伝送装置Ｖ－２を介して工作機械の制御システムに送信してデータ分析を行って現在の切削力の大きさを取得する。

前記無線伝送装置Ｖ－２は工作機械の主軸の端部位置に取り付けられており、その組立図を図２８に示すように、無線伝送装置Ｖ－２の取付穴は、シーリングフランジアセンブリＩ－２の取付穴Ｉ－２－７に対応し、ネジＩ－４を介してシーリングフランジアセンブリＩ－２とともに回転軸Ｉ－３－７に固定接続されている。無線伝送装置Ｖ－２は、インターネットやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線技術を使用して送信でき、現在、成熟した技術であり、すべてが完全な動作モジュールを備えて直接使用でき、その動作原理をさらに詳細に説明しない。

前記ひずみゲージＶ－１と無線伝送装置Ｖ－２は、工作機械の主軸の回転を利用して自己エネルギー供給を実現する。図２９に示すように、上部フランジＩ－２－１の外周面に均一に分布するコイルＶ－３が設置され、固定リングＩ－１の２つのボスＩ－１－７の内側面にそれぞれ磁石Ｖ－４が設置され、コイルＶ－３と磁石Ｖ－４は、接着剤接続の方法で上部フランジＩ－２－１の外周面とボスＩ－１－７の内側面に固定できる。主軸が回転すると、固定リングＩ－１は固定されたままになり、シーリングフランジアセンブリＩ－２は主軸とともに固定リングＩ－１に対して回転し、このとき、コイルＶ－３も磁石Ｖ－４に対して回転し、コイルＶ－３の磁束が変化すると起電力が発生し、発生した起電力を利用して、ひずみゲージＶ－１と無線伝送装置Ｖ－２に電力を供給する。コイルＶ－３の間には導線で直列に接続され、コイルＶ－３の巻数と数は、工作機械主軸の最低速度ひずみゲージＶ－１と無線伝送装置Ｖ－２が必要とする最小電圧に応じて決定できる。

工作機械の制御システムは、無線伝送装置Ｖ－２から送信された情報を受信した後、データ処理とデジタルからアナログへの変換を行い、リアルタイムの切削力を取得する。切削力の大きさを通して、加工プロセスのさまざまなパラメータを分析する。パッシブトリガーモードでは、温度をしきい値設定パラメータとして使用し、さまざまなしきい値範囲内でさまざまな冷却方法に調整する。

逃げ面の熱源を無視する場合、切削領域には２つの主要な熱源があり、１つはせん断領域にあり、もう１つはくず接触領域にあり、近似的な条件下で、次の仮定を行うことができる。１つ目は、せん断領域とくず接触領域で消費されるすべてのエネルギーが熱エネルギーに変換される。２つ目は、せん断領域とくず接触領域のエネルギーをそれぞれ１つの平面に集中する。３つ目は、せん断領域とくず接触領域のエネルギー集中平面でのエネルギー分布が均一である、つまり熱流束密度が変化しないことである。せん断領域で発生した熱の一部は、切りくずに流れ込み、一部は、ワークピースに流れ込み、カッターとくずの接触領域で発生した熱も一部は、切りくずに流れ込み、一部はカッターに流れ込み、チップ形成の過程で周囲の環境に熱が伝達されない、即ち断熱プロセスであると仮定すると、せん断領域で発生する熱がチップに流れ込む比率はＲ_Ｓ－Ｃ、カッターとチップの接触領域で発生する熱がチップに流れ込む比率はＲ_Ｔ－Ｃであると設定できる。

せん断面の塑性変形電力が完全に熱に変換されると仮定すると、単位時間あたりに発生する熱Ｑ_Ｓは

すくい面の切りくず摩擦によって発生する熱Ｑ_Ｔは
であり、
熱がカッターに導入された後、その温度は
であり、

媒体供給及び切り替え装置ＩＶの冷却方法切り替えプロセスとデータ取得装置Ｖとの間の関係を図３０に示す。データ取得装置Ｖは、収集したアナログ量をデータ処理のために制御センターに送信して現在の切削力の大きさを取得し、力と熱の関係を変換して現在の切削領域の発熱量を計算し、カッターとワークピースの温度を決定する。冷却方法を切り替える前に、次のような優先関係を設定でき、つまり、内部循環＜注入式、異なる冷却方法は異なる温度レベルに対応する。カッターとワークピースの温度を決定した後、温度しきい値を比較し、それが所定のしきい値範囲を超えている場合、つまり、現在の冷却方法ではカッターの温度をしきい値以下に維持するのに十分ではない場合、媒体供給及び切り替え装置ＩＶをトリガーし、冷却方法を切り替え、より高い段階の冷却方法に切り替える。切削熱はカッターだけでなくワークピースにも伝わり、温度が高すぎるとワークピースの材料特性に影響を与える。また、加工プロセスでの送り異常、カッター摩耗、工作機械の故障なども切削力に反映され、それを急激に変化させて加工効率や精度に影響を与える。制御センターは切削力をリアルタイムに監視して比較し、切削力が異常であるか、ワークピースの温度が高すぎる場合、加工効率と精度を制御するために切削パラメータを調整する。

上記は図面を参照しながら本発明の発明を実施するための形態を説明したが、本発明の保護の範囲を限定するものではないが、当業者は、本発明の技術的解決手段に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって行うことができる様々な修正または変形が依然として本発明の保護範囲内にあることを理解すべきである。

接続装置Ｉ、
カッターアセンブリＩＩ
カッターアセンブリＩＩＩ
媒体供給及び切り替え装置ＩＶ
データ取得装置Ｖ
固定リングＩ－１
上端面Ｉ－１－１
下端面Ｉ－１－２
媒体流入口Ｉ－１－３
媒体流出口Ｉ－１－４
流入ガイド溝Ｉ－１－５
流出ガイド溝Ｉ－１－６
ボスＩ－１－７
取付穴Ｉ－１－８
突合せ穴Ｉ－１－９
対称面Ｉ－１－１０
螺旋溝Ｉ－１－１１
ブロッキング溝Ｉ－１－１２
シーリングフランジアセンブリＩ－２
上部フランジＩ－２－１
下部フランジＩ－２－２
上部シーリング端面Ｉ－２－３
下部シーリング端面Ｉ－２－４
伝送キーＩ－２－５
伝送キーベースＩ－２－６
取付穴Ｉ－２－７
工作機械主軸アセンブリＩ－３
貫通穴Ｉ－３－１
貫通穴Ｉ－３－２
キー溝Ｉ－３－３
伝送キー取付穴Ｉ－３－４
テーパー穴Ｉ－３－５
エンドキャップＩ－３－６
回転軸Ｉ－３－７
ハウジングＩ－３－８
スリップリング取付穴Ｉ－３－９
ネジＩ－４
ネジＩ－５
ネジＩ－６
ブロッキングストリップＩ－７
ガス膜Ｉ－９
柄ＩＩ－１
貯蔵空洞ＩＩ－１－１
第１の流路ＩＩ－１－２
第２の流路ＩＩ－１－３
段付面ＩＩ－１－４
円錐面ＩＩ－１－５
キー溝ＩＩ－１－６
エンドミルＩＩ－２
集熱穴ＩＩ－２－１
面取りＩＩ－２－２
締め付けネジＩＩ－３
柄ＩＩＩ－１
流入通路ＩＩＩ－１－１
入口ＩＩＩ－１－２
円錐面ＩＩＩ－１－３
端面ＩＩＩ－１－４
底部端面ＩＩＩ－１－５
流出通路ＩＩＩ－１－６
出口ＩＩＩ－１－７
エンドミルＩＩＩ－２
拡張通路ＩＩＩ－２－１
拡張通路ＩＩＩ－２－２
貯蔵空洞ＩＩＩ－２－３
パイプスレッドＩＩＩ－２－４
集熱穴ＩＩＩ－２－５
上端面ＩＩＩ－２－６
ザグリＩＩＩ－２－７
パイププラグＩＩＩ－３
パイプスレッドＩＩＩ－３－１
締め付け溝ＩＩＩ－３－２
パイププラグＩＩＩ－４
バルブコアＩＩＩ－５
ネジＩＩＩ－６
クーラント供給機構ＩＶ－１
放熱装置ＩＶ－２
媒体回収装置ＩＶ－３
圧縮空気発生装置ＩＶ－４
切削液供給機構ＩＶ－５
２位置２方向電磁弁１
３位置３方向電磁弁２
３位置３方向電磁弁３
クーラント貯蔵タンク４
媒体ポンプ５
圧力調整バルブ６
絞り弁７
溢出弁８
クーラント回収タンク９
放熱器１０
濾過器１１
真空発生器１２
空気圧縮機１３
濾過器１４
ガス貯蔵タンク１５
圧力計１６
圧力調整バルブ１７
絞り弁１８
溢出弁１９
圧縮空気回収タンク２０
切削液貯蔵タンク２１
切削液ポンプ２２
圧力調整バルブ２３
絞り弁２４
溢出弁２５
切削液回収タンク２６
ノズル２７
ひずみゲージＶ－１
無線伝送装置Ｖ－２
コイルＶ－３
磁石Ｖ－４

Claims (10)

1. 内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システムであって、
   作業台及び主軸を含み、前記主軸は、動力システムに接続され、
   さらに、前記主軸の外周に嵌設され、前記主軸との相対回転が可能で、媒体流入口及び媒体流出口が設置された固定リングと、前記主軸に接続され、内部に貯蔵空洞が設置され、前記貯蔵空洞は第１の流路と第２の流路の一端に連通し、前記第１の流路と前記第２の流路の他端は、前記主軸に設置された貫通穴と連通し、その内部には前記貯蔵空洞と連通している集熱穴も設置され、前記集熱穴は止まり穴であり、カッターアセンブリの刃先まで伸びるカッターアセンブリと、を含み、前記第１の流路及び前記第２の流路は、前記固定リングと前記主軸の相対回転の下で、前記第１の流路が前記媒体流入口と連通すると同時に、前記第２の流路が前記媒体流出口と連通し、前記第２の流路が前記媒体流入口と連通すると同時に、前記第１の流路が前記媒体流出口と連通するように構成されることを特徴とする内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
2. 前記カッターアセンブリには、固定接続された柄及びカッターが含まれ、カッターの直径が柄の直径よりも小さく、前記貯蔵空洞は柄の内部に開かれ、前記第１の流路及び前記第２の流路は柄の内部に開かれ、前記集熱穴はカッターの内部に開かれることを特徴とする請求項１に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
3. 前記カッターアセンブリには、固定接続された柄及びカッターが含まれ、前記カッターの直径が柄の直径よりも大きく、前記貯蔵空洞はカッターの内部に開かれ、前記第１の流路及び前記第２の流路は両方とも、柄内に設置された主流路部と、カッター内に設置された拡張流路部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
4. シーリングフランジアセンブリも含まれ、前記シーリングフランジアセンブリには、上部フランジ及び下部フランジが含まれ、前記上部フランジは前記固定リングの上端面とシールして合わせられ、下部フランジは前記固定リングの下端面とシールして合わせられ、上部フランジと下部フランジは伝送キーベースを介して接続され、前記伝送キーベースの下部は伝送キーであり、前記伝送キーベースは、前記伝送キーを介して前記カッターアセンブリに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
5. 前記固定リングは、第１の固定リング部と第２の固定リング部とを接合することによって形成され、第１の固定リング部には流入ガイド溝が設置され、流入ガイド溝は、前記媒体流入口と連通し、第２の固定リング部には流出ガイド溝が設置され、流出ガイド溝は前記媒体流出口と連通していることを特徴とする請求項１に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
6. 前記流入ガイド溝と前記流出ガイド溝の間の内周面に、対称面に対して対称する４つの半円形ブロッキング溝が設置され、前記半円形ブロッキング溝には、プラギングストリップを取り付けることにより、流入ガイド溝と流出ガイド溝内の媒体を隔離することを特徴とする請求項５に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
7. 切削液供給機構、クーラント供給機構も含み、切削液供給機構は、スイッチングバルブグループを介して前記カッターアセンブリの周囲に設置された切削液ノズルに接続され、クーラント供給機構は、スイッチングアセンブリを介して前記固定リングの前記媒体流入口に接続され、前記固定リングの前記媒体流出口は放熱装置の入口に接続され、放熱装置の出口はクーラント回収タンクに接続されることを特徴とする請求項１に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
8. 前記カッターアセンブリの動作中に切削力を検出するための検出要素も含まれ、前記検出要素は、前記カッターアセンブリ及び前記主軸と同期して回転できる無線伝送装置を介して制御システムに接続され、制御システムは、スイッチングアセンブリに接続され、制御システムは、検出要素で検出して得られた切削力情報に基づいてスイッチングバルブグループの動作を制御し、切削液供給機構とクーラント供給機構の切り替えを実現できることを特徴とする請求項７に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
9. 前記媒体流出口は、スイッチングバルブグループを介して真空発生器にも接続され、真空発生器はクーラント回収タンクに接続されることを特徴とする請求項７に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。
10. 前記固定リングには、磁石も設置され、
    前記上部フランジの外周面には、均一に分布し、前記カッターアセンブリ及び前記主軸と同期して移動できるコイルが設置され、
    前記コイルは、検出要素及び無線伝送モジュールに接続されており、検出要素及び無線伝送モジュールに電力を供給するために使用されることを特徴とする請求項４に記載の内部冷却及び外部冷却のスイッチングに基づく媒体循環放熱フライス加工システム。