TWI628038B - Hydraulic jet high speed milling cutter - Google Patents

Abstract

本發明係為一種利用加工機高壓之冷卻水為動力來源產生高速旋轉之液壓噴流高速銑刀，主要包含一主軸本體、一捨棄式刀具組合和一端蓋，其中主軸本體，包含一刀柄及一個外套體，外套體內部設有一容置孔，可供捨棄式刀具組合容置，所述的主軸本體設有一入水孔、側分流孔、垂直水孔，該垂直水孔於其適當高度位置由主軸本體之側面設有至少一個以上貫穿至垂直水孔之噴流孔，所述之主軸本體之端面還設有數個固定螺孔，得供端蓋鎖固；加工機之高壓冷卻水由入水孔，經由側分流孔使得冷卻水朝主軸本體側邊引流而流入垂直水孔，最後由不同層的噴流孔分別輪流推動對應之渦旋槽，進而轉動捨棄式刀具組合，產生高速旋轉及銑削加工之功效。

Description

液壓噴流高速銑刀

本發明係為一種使用高壓高速流動之流體作為旋轉動力能量，藉由液壓動能或是氣壓能等推動刀具旋轉產生銑削功能之液壓噴流高速銑刀。

習知液壓能推動刀具旋轉銑削之高速銑削刀具，其具有約33,000rpm之高旋轉速度，惟其渦輪結構複雜，且含刀具夾持設備，因此結構複雜且體積龐大，故其是受價格甚高，約為USD$6,500，致使加工業者之刀具成本墊高，導致加工成本的增加，因此無法廣為推廣使用。

用液壓高速銑刀，由於內部之結構包含渦輪結構及刀具夾持設備以及其他相關設備，導致結構複雜且體積龐大，且市售價格高昂，致使加工業者之刀具成本墊高，導致加工成本的增加，因此無法廣為推廣使用。

本發明液壓噴流高速銑刀，包含一主軸本體、一捨棄式刀具組合和一端蓋，其中主軸本體，包含一刀柄及一個外套體，外套體內部設有一容置孔，可供捨棄式刀具組合容置，所述的主軸本體設有一入水孔、側分流孔、垂直水孔，該垂直水孔於其適當高度位置由主軸本體之側面設有至少一個以上貫穿至垂直水孔之噴流孔，所述之主軸本體之端面還設有 數個固定螺孔，得供端蓋鎖固。

本發明藉由加工機之高壓冷卻水由入水孔，經由側分流孔使得冷卻水朝主軸本體側邊引流而流入垂直水孔，最後由不同層的噴流孔分別輪流推動對應之渦旋槽，進而轉動捨棄式刀具組合，產生高速旋轉及銑削加工之功效，同時藉由捨棄式刀具組合為整組拋棄，一旦更換捨棄式刀片或是捨棄式刀具組合更換，該銑刀之高度皆為固定，不須重新校正銑刀之高度值，可節省銑刀校正之時間，換取更多的加工時間，達到降低成本之能力。

10‧‧‧液壓噴流高速銑刀

20‧‧‧主軸本體

21‧‧‧刀柄

22‧‧‧外套體

220‧‧‧容置孔

221‧‧‧定位端孔

231‧‧‧入水孔

232‧‧‧側分流孔

233‧‧‧垂直水孔

234‧‧‧噴流孔

24‧‧‧固定螺孔

25‧‧‧出水孔

26‧‧‧調整螺孔

261‧‧‧調整螺絲

27‧‧‧鎖固螺孔

271‧‧‧鎖固螺絲

30‧‧‧捨棄式刀具組合

31‧‧‧銑刀

310‧‧‧刀桿

311‧‧‧捨棄式刀片

312‧‧‧環槽

32‧‧‧水輪

321‧‧‧渦旋槽

33‧‧‧上軸承

34‧‧‧下軸承

35‧‧‧止推軸承

36‧‧‧扣環

40‧‧‧端蓋

41‧‧‧貫穿孔

42‧‧‧排水孔

43‧‧‧螺絲孔

50‧‧‧鋼珠

51‧‧‧鋼珠

60‧‧‧螺絲

h‧‧‧深度

C‧‧‧中心線

第一圖系本發明組合剖視圖

第二圖係本發明主軸本體之平面示意圖

第三圖係第二圖中主軸本體之A-A之剖視圖

第四圖係本發明主軸本體之端視圖

第五圖係本發明第二圖中主軸本體之E-E之剖視圖

第六圖係第一圖中之B-B之剖視圖

第七圖係第一圖中之C-C之剖視圖

第八圖係第一圖中之D-D之剖視圖

第九圖係本發明捨棄式刀具組合之平面系統圖

第十圖係本發明捨棄式刀具組合之組合示意圖

第十一圖係本發明端蓋之平面示意圖

第十二圖係第五圖之水輪旋轉40度之示意圖

第十三圖係第六圖之水輪旋轉40度之示意圖

第十四圖係第七圖之水輪旋轉40度之示意圖

第十五圖係第五圖之水輪旋轉80度之示意圖

第十六圖係第六圖之水輪旋轉80度之示意圖

第十七圖係第七圖之水輪旋轉80度之示意圖

第十八圖係本發明之冷卻水流動之示意圖

請參閱第一圖所示，本發明液壓噴流高速銑刀10，包含一主軸本體20、一捨棄式刀具組合30和一端蓋40，其中：主軸本體20，請參閱第一、二圖所示，包含一刀柄21及一個外套體22，所述的刀柄21係供夾持於機器之轉軸，外套體22內部設有一容置孔220，可供捨棄式刀具組合30容置，所述的主軸本體20另端之刀柄21端面設有一入水孔231，請參閱第二、三圖所示，所述的主軸本體20設有側分流孔232，如第三圖所示，所述的側分流孔232係由主軸本體20一側經鑽孔加工貫穿入水孔231且至主軸本體20另側之邊緣附近(即未貫穿主軸本體20)，並將鑽孔之起始位置封閉，本實施例係以鋼珠50密封側分流孔232之孔口，此外，本實施例之側分流孔232考量主軸本體20之大小而得設為3個；請參閱第一、四圖所示，另由所述的主軸本體20之端面設有垂直水孔233，所述的垂直水孔233對應至所述的側分流孔232之末端處(第二圖所示)，藉以導引高壓液體往下引流，所述的垂直水孔233端口處(主軸本體20端面)以鋼珠50密封之(如第一、四圖所示)，依據本實施例所述的垂直水孔233係設為3個環狀排列，所述的垂直水孔233於其適當高度位置由主軸本體20之側面設 有至少一個以上貫穿至垂直水孔233之噴流孔234(如第六圖所示)，依據本實施例之噴流孔234設為3個，配合水輪32之渦旋槽321而設置，所述之噴流孔234之孔口以鋼珠51密封之；所述主軸本體20之容置孔220內端設有一定位端孔221，得以容置一止推軸承35；所述之主軸本體20端面與容置孔220之周緣位置還設有一個以上之出水孔25，所述之出水孔25因其位置部分位於容置孔220處，所以只在主軸本體20處留下具缺口狀態之弧形孔，所述之出水孔25之深度h約與水輪32之高度相當，使得出水孔25與水輪32之渦旋槽321相連通；所述刀柄21之入水孔231與定位端孔221之間設一調整螺孔26(如第二、五圖所示)，供一調整螺絲261螺入，用以微調止推軸承35之位置，所述之調整螺孔26一側設有一鎖固螺孔27，該鎖固螺孔27供一鎖固螺絲271螺入，該鎖固螺絲271之端面嵌設有一彈性體272，所述之主軸本體20之端面還設有數個固定螺孔24，得供端蓋40鎖固；捨棄式刀具組合30，請參閱第一、九圖所示，所述之捨棄式刀具組合30係包含一銑刀31、水輪32、至少一個上軸承33、下軸承34及一止推軸承35，所述之銑刀31為捨棄式結構，其前端裝設有一捨棄式刀片311，所述之銑刀31之另一端設一環槽312，該環槽312內得嵌入一扣環36，該扣環36將刀桿310分隔之末端位置得套置一止推軸承35，所述之銑刀31其刀桿310得分別套置入上軸承33、水輪32及下軸承34，其中之上軸承33之數量至少是一個或是一個以上，藉以增加刀桿310之支撐效果，其組成如第十圖之捨棄式刀具組合30；所述上軸承33、水輪32及下軸承34組合於刀桿310時，得藉由特殊之黏膠加以黏合固定，所述之水輪32，其側緣表面環狀佈設有渦旋槽321，如第六~七圖所示，所述渦旋槽321之數目及位置係與噴流 孔234之數目及位置相對應，因此本實施例渦旋槽321之數目共有9個；端蓋40，請參閱第一、十一圖所示，於其中心位置具有一貫穿孔41，可供所述之捨棄式刀具組合30之銑刀31容伸出，環繞著所述之貫穿孔41周圍不同的節圓直徑分別環設有排水孔42以及螺絲孔43，所述之排水孔42與主軸本體20端面之出水孔25對應(如第四圖所示)，所述之螺絲孔43與主軸本體20端面之螺孔24對應，藉由螺絲60，使得端蓋40鎖固於主軸本體20之端面(如第一圖所示)。

請參閱第一、二圖所示，所述之調整螺絲261主要之功能是為了微調止推軸承35之高度位置，在捨棄式刀具組合30未裝設入主軸本體20內部前適當的調整該調整螺絲261之位置，即可限制該止推軸承35之最高位置，另，所述之調整螺孔26一側所設之鎖固螺絲271，藉由該鎖固螺絲271端面嵌之彈性體272推頂住調整螺絲261達到鎖固調整螺絲261之功能，使得該調整螺絲261部會因加工時產生之震動而鬆動之現象。

請參閱第一、二、六圖所示，依據本實施例所設之3個噴流孔234為等距高度設置，且每個垂直水孔233都與噴流孔234貫通連接，因此本實施例之噴流孔234數目共為9個；請參閱第一及六~八圖所示，本實施例中每個剖視面(B-B(第六圖)、C-C(第七圖)及D-D(第八圖))代表不同高度位置的渦旋槽321，且每個渦旋槽321所設的角度不同，如第六圖所示為B-B層渦旋槽321，所述的渦旋槽321之末端面322與垂直中心線C是呈平行狀態，夾角θ為0度，故第六圖所示的渦旋槽321是位於0度狀態之位置，且末端面322與噴流孔234處於液體可噴流推動之狀態，請參閱第七圖所示為C-C層渦旋槽321，所述的渦旋槽321之末端面322與垂直中心線C夾角θ為40度，渦旋 槽321與噴流孔234是處於逐漸封閉之狀態，請參閱第八圖所示為D-D層渦旋槽321，所述的渦旋槽321之末端面321與垂直中心線C夾角θ為80度，渦旋槽321與噴流孔234是處於封閉之狀態，但是噴流孔234是處於即將與渦旋槽321對應可以產生噴流推動之狀態，因此3個等距的渦旋槽321僅有一層與噴流孔234是處於對應噴流推動之狀態。

請參閱第一、六圖所示，所述之噴流孔234除了與垂直水孔233相連通之外，更與主軸本體20之容置孔220之圓周相切，如第六至八圖所示，其主要之目的係將垂直水孔233所引流至噴流孔234之液體能夠噴流入容置孔220內。

請參閱第十二~十四圖所示，當水輪32旋轉40度時，轉變為D-D層的噴流孔234與渦旋槽321是處於可對應噴流推動狀態，請參閱第十五~十七圖所示，水輪32旋轉80度時，則轉變為轉變為C-C層的噴流孔234與渦旋槽321是處於可對應噴流推動狀態；當水輪32旋轉120度時，則轉變為轉變回為B-B層的噴流孔234與渦旋槽321是處於可對應噴流推動狀態；如此周而復始地由冷卻水推動水輪32高速地旋轉，經實際量測，轉速將可高達33,000RPM。

請參閱第十八圖所示，有關本發明裝設於加工機時即可接受加工機之高壓冷卻水(通常至少為20Bar以上之壓力)並導入主軸本體20之入水孔231，經由側分流孔232使得冷卻水朝主軸本體20側邊引流而流入垂直水孔233，請參閱第六、十八圖所示，最後由不同層的噴流孔234分別輪流推動對應之渦旋槽321，進而轉動捨棄式刀具組合30，產生高速旋轉及銑削加工之功效。

請參閱第六~十四圖所示，當冷卻水經由噴流孔234分別輪流推動對應之渦旋槽321旋轉，當渦旋槽321之末端面322與主軸本體20之出水孔25對應時，該冷卻水將得以經出水孔25朝外側噴流出(如第二、四圖所示)，同時噴向銑刀31及被加工物上，達到冷卻銑刀31、被加工物，將低摩擦及輔助排屑之功能，使得冷卻水除具有原來之冷卻功能之外，更具提供有銑刀高速旋轉之動能。

另，依據本發明實施例之說明，所述動力來源之流體為加工機所具有之高壓冷卻水，本發明除可使用液體外更可進一步使用壓縮空氣作為動力來源，經發明人測試實驗該銑刀之轉速可高達100,000RPM，轉速提高至少3倍，且壓縮空氣取得容易且無汙染，無須回收，提供高轉速、高精度之切銷加工。

由上述之說明，本發明使用加工機具有之高壓冷卻水為動力來源，帶動銑刀產生33,000RPM高轉速及高速切削之功效，使得冷卻水兼具動力來源及冷卻功效，使得刀具可處於高轉速之狀態下加工，增加銑刀切削之移除率，有效提升切削效能，冷卻液同時降低刀具溫度，提升使用壽命，而且本發明為雙重捨棄式之結構設計，除了捨棄式刀片為捨棄式之結構設計，一旦上、下軸承達到使用壽命之期限時，該捨棄式刀具組合亦為整組拋棄，因此，一旦更換捨棄式刀片或是捨棄式刀具組合更換，該銑刀之高度皆為固定，不須重新校正銑刀之高度值，可節省銑刀校正之時間，換取更多的加工時間，達到降低成本之能力，除此之外，本發明之結構設計有效降低刀具之製造成本，為習用價格之十分之一，有效提升市場之競爭力，深具新穎性、進步性及產業利用性。

Claims (3)

1. 一種液壓噴流高速銑刀，包含一主軸本體、一捨棄式刀具組合和一端蓋，其中：主軸本體，包含一刀柄及一個外套體，外套體內部設有一容置孔，可供捨棄式刀具組合容置，所述的主軸本體另端之刀柄端面設有一入水孔，所述的主軸本體設有側分流孔，另由所述的主軸本體之端面設有垂直水孔，所述的垂直水孔對應至所述的側分流孔之末端處，藉以導引液體往下引流，所述的垂直水孔端口處以鋼珠密封之，所述的垂直水孔於其適當高度位置由主軸本體之側面設有至少一個以上貫穿至垂直水孔之噴流孔，並將所述之噴流孔孔口以鋼珠密封之，所述主軸本體之容置孔內部頂端設有一定位端孔，得以容置一止推軸承，所述之主軸本體端面與容置孔之周緣位置還設有一個以上之出水孔，所述之主軸本體之端面還設有數個固定螺孔，得供端蓋鎖固，所述之刀柄之入水孔與定位端孔之間設一調整螺孔，該調整螺孔供一調整螺絲螺入，用以微調止推軸承之位置；捨棄式刀具組合，係包含一銑刀、水輪、上軸承、下軸承及一止推軸承，所述之銑刀為捨棄式結構，其前端裝設有一捨棄式刀片，所述之銑刀另端套置一止推軸承，所述之銑刀其刀桿得分別套置入上軸承、水輪及下軸承組合，所述之水輪，其側緣表面環狀佈設有渦旋槽； 端蓋，於其中心位置具有一貫穿孔，環繞著所述之貫穿孔周圍不同的節圓直徑分別環設有排水孔以及螺絲孔，所述之排水孔與主軸本體端面之出水孔對應，所述之螺絲孔與主軸本體端面之螺孔對應，藉由螺絲，使得端蓋鎖固於主軸本體之端面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液壓噴流高速銑刀，其中所述之出水孔因其位置部分位於容置孔處，在主軸本體處留下具缺口狀態之弧形孔者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液壓噴流高速銑刀，其中所述之出水孔之深度約與水輪之高度相當，使出水孔與水輪之渦旋槽相連通者。