一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄制造技术

本发明专利技术提供了一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄，属于数控机床技术领域。该装置包括刀柄主体、内部轴承组件、外围主体结构、多层密封结构、多层隔热结构。刀柄主体外侧的螺纹孔与外部隔热软管连接，实现超低温介质从外部传输系统通入刀柄内部。中空刀柄主体外侧依次有金属外壳和外部隔热外壳，两者之间填充有隔热材料。多层密封结构包括迷宫密封结构、接触式密封圈以及中空内冷刀具与流道接触时的端面密封件，防止由于超低温介质泄漏导致刀柄结霜。本发明专利技术实现了超低温介质从储存罐中通过刀柄内部运输到切削区域，解决了切削过程中超低温介质损耗高的问题，提高了切削的冷却效率,可用于传统数控机床实现超低温切削难加工材料。

A Tool Handle for Cooling and Lubricating Ultra-low Temperature Medium

The invention provides a tool handle suitable for cooling and lubrication of ultra-low temperature medium, belonging to the technical field of numerical control machine tools. The device comprises a tool handle main body, an internal bearing assembly, a peripheral main body structure, a multi-layer sealing structure and a multi-layer heat insulation structure. The threaded hole on the outside of the main body of the tool handle is connected with the external heat insulating hose to realize the ultra-low temperature medium from the external transmission system to the inside of the tool handle. The outer side of the main body of the hollow knife handle is successively provided with a metal shell and an external heat insulation shell, and the heat insulation material is filled between the two. Multilayer seal structure includes labyrinth seal structure, contact seal ring and end face seal when hollow internal cooling tool contacts with runner to prevent frosting of tool handle due to leakage of cryogenic medium. The invention realizes the transportation of ultra-low temperature medium from storage tank to the cutting area through the tool handle, solves the problem of high loss of ultra-low temperature medium in the cutting process, improves the cooling efficiency of cutting, and can be used to realize ultra-low temperature cutting of difficult-to-machine materials by traditional numerical control machine tools.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄
本专利技术属于数控机床
，特别涉及一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄。
技术介绍
目前随着航天工业的发展，人们对航天设备的性能的要求也越来越高，因此钛合金、高温合金等一些具备耐高温、抗腐蚀等优良特性的难加工材料成为航天等高端设备领域零部件制造时的首选材料。然而这些难加工材料通常呈现高粘、高韧、各向异性等特性，最新的国内外研究表明，在机床和刀具的条件给定的情况下，单纯地优化切削参数对难加工材料零件加工质量和效率的提高有限，普通的切削液更是难达到很好的切削效果。实验表明对切削局部区域施以超低温介质如液氮，能够有效降低钛合金等难加工材料在切削加工中极高的切削热，改善材料切削性能、提高刀具寿命，并代替传统切削液，实现绿色制造。这种采用超低温介质作为冷却剂、润滑剂的切削方式称为超低温切削。对于目前的超低温切削而言，主要有两种超低温介质供给方式，内喷式和外喷式。内喷式加工时需要对机床整体进行改造，因此应用范围受到极大的限制。外喷式供给由于仅需对刀柄进行改进设计就可以实现，成为目前超低温介质供给的主要方式。但是，外喷式超低温流体供给系统往往由于流体喷嘴的出口距离切削区域较远，导致实际的超低温介质利用率不高、冷却效果也不理想。北京金万众科技有限公司在技术专利CN201220515154.0中公开了一种外转内冷刀柄，但是只能以常规切削液作为内冷介质。2014年，王凤彪等人在专利技术专利CN201410228633.8公开了一种液氮内喷式刀柄装置，刀柄与液氮供给系统直接相连实现超低温加工。但是该装置不能很好地解决液氮密封问题，容易导致刀柄内轴承润滑冻住以及外表面结霜而使刀柄停转，操作不便。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是克服现有刀柄装置的不足，针对常规外转内冷刀柄绝热、密封性能差导致超低温介质利用率低、刀柄易结霜停转等难题，专利技术了一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄。本专利技术采用以下技术方案：一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄，包括刀柄主体1、内部轴承组件、外围主体结构、多层密封结构和隔热结构；所述刀柄主体1的左端用于与机床主轴配合实现刀柄的定位，其为锥面1-d，锥面1-d端部垂直于锥面1-d设有刀柄内螺纹1-c，锥面1-d延伸处设有法兰盘1-b；刀柄主体1的右端为阶梯轴，设有阶梯轴轴肩1-e，用于刀柄主体1与刀柄其他结构之间的安装、定位；刀柄主体1右端阶梯轴表面设有环形槽1-f；所述环形槽1-f设有内部流道1-a，内部流道1-a为与水平面倾斜角度θ的圆孔流道，其入口与环形槽1-f连通；内部流道1-a的倾斜角度θ用于降低低温介质在流动过程中压降损失；所述内部轴承组件主要由紧定螺母5.1、轴承端盖5.2、轴承一5.3、轴承二5.5和套筒5.4组成；所述轴承二5.5安装在刀柄主体1的阶梯轴轴肩1-e上，从刀柄主体1的右端依次套入套筒5.4、轴承一5.3和轴承端盖5.2，并通过紧定螺母5.1锁紧，产生预紧力，实现内部轴承组件在刀柄主体阶梯轴外表面上的固定；所述外围主体结构主要由金属外壳2.1、刀柄支架2.2和转接套2.3组成；所述转接套2.3采用隔热材料制成，套装在刀柄主体1外表面环形槽1-f所在轴段处，转接套2.3外表面开设螺纹口并设有内螺纹2.3-a用于和外部低温介质运输系统的软管接头螺纹连接，转接套2.3内表面设有弧形槽与刀柄主体1外表面环形槽1-f相配合；低温介质通过螺纹口流入，在弧形槽1-f内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体的内部流道1-a中；所述金属外壳2.1安装在内部轴承组件外侧，通过螺栓与转接套2.3连接；所述多层密封结构主要由迷宫密封结构3.2、接触式密封圈一3.5、接触式密封圈二3.6和端面密封件3.4组成；所述迷宫密封结构3.2位于转接套2.3与刀柄主体1接触面之间，用于增加泄漏流动的阻力提高对低温介质的密封效果；端面密封件3.4位于刀柄主体1中内部流道1-a右侧，用于防止低温介质和中空内冷刀具接触配合时泄漏；密封圈左压盖3.1和密封圈右压盖3.3套设在转接套2.3两侧刀柄主体1的轴段上，密封圈左压盖3.1和密封圈右压盖3.3与转接套2.3之间分别用螺栓连接接触式密封圈一3.5和接触式密封圈二3.6，实现压紧；所述接触式密封圈一3.5和接触式密封圈二3.6采用导热系数较低且耐高温的材料制成，用于防止低温介质泄漏到内部轴承系统，保证轴承组件正常工作；所述隔热结构主要由填充材料4.1、流道隔热衬套4.2、刀柄隔热外壳4.3和刀具内部隔热衬套4.4组成；所述隔热结构均采用低导热系数的材料制成；所述流道隔热衬套4.2包裹在刀柄主体1的内部流道1-a外侧；所述填充材料4.1包裹在金属外壳2.1的外侧；所述刀柄隔热外壳4.3安装在填充材料4.1的外侧，通过螺栓连接金属外壳2.1，实现压实隔热介质；所述刀柄支架2.2通过螺栓固定在刀柄隔热外壳4.3圆周上。本专利技术的有益效果是，解决了现有液氮内喷式刀柄对超低温介质密封、隔热性能不足的问题，提高超低温介质的利用率，减少刀柄表面及轴承因超低温介质泄漏产生的结霜问题。该专利技术涉及的一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄结构，安全性高操作便捷，能够应用于数控机床实现内喷式的超低温切削加工。附图说明图1是适用于超低温介质冷却润滑的刀柄主体内部剖视图；图2是适用于超低温介质冷却润滑的刀柄结构内部剖视图；图3是适用于超低温介质冷却润滑刀柄结构系统装配剖视图；图4是迷宫密封结构设计原理图；图中：1刀柄主体；1-a内部流道；1-b法兰盘；1-c刀柄内螺纹；1-d锥面；1-e阶梯轴轴肩；1-f环形槽；θ流道1-a的倾斜角度；2.1金属外壳；2.2刀柄支架；2.3转接套；2.3-a内螺纹；3.1密封圈左压盖；3.2迷宫密封结构；3.3密封圈右压盖；3.4端面密封件；3.5接触式密封圈一；3.6接触式密封圈二；4.1填充材料；4.2流道隔热衬套；4.3刀柄隔热外壳；4.4刀具内部隔热衬套；5.1紧定螺母；5.2轴承端盖；5.3轴承一；5.4套筒；5.5轴承二；6.1软管接头；6.1-a软管接头外螺纹；6.2运输隔热软管；6.3中空内冷刀具；6.4弹性筒夹；6.5机床主轴；6.6拉钉；L超低温介质；7间隙一；8迷宫小室；9间隙二；s迷宫小室的长度；b0间隙宽度；l迷宫小室的高度；b自由流的宽度。具体实施方式下面结合附图和技术方案详细说明本专利技术的具体实施方式：实施例中，超低温介质采用的是液氮。该适用于超低温介质冷却润滑的刀柄结构是在传统刀柄结构的基础上进行改进的。如图1和图2所示，一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄，包括刀柄主体1、内部轴承组件、外围主体结构、多层密封结构以及隔热结构；所述刀柄主体1左端设有法兰盘1-b、刀柄内螺纹1-c以及锥面1-d，用于与机床主轴配合实现刀柄的定位；刀柄主体1的右端为阶梯轴，设有阶梯轴轴肩1-e，用于刀柄主体1与刀柄其他结构之间的安装、定位；刀柄主体1右端阶梯轴表面设有环形槽1-f；所述环形槽1-f内部设有内部流道1-a，内部流道1-a为具有倾斜角度θ的圆孔流道，入口与环形槽1-f连通；内部流道1-a的倾斜角度θ用于降低低温介质在流动过程中压降损失；所述内部轴承组件主要由紧定螺母5.1、轴承端盖5.2、轴承一5.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄，其特征在于，所述的适用于超低温介质冷却润滑的刀柄包括刀柄主体(1)、内部轴承组件、外围主体结构、多层密封结构和隔热结构；所述刀柄主体(1)的左端用于与机床主轴配合实现刀柄的定位，其为锥面(1‑d)，锥面(1‑d)端部垂直于锥面(1‑d)设有刀柄内螺纹(1‑c)，锥面(1‑d)延伸处设有法兰盘(1‑b)；刀柄主体(1)的右端为阶梯轴，设有阶梯轴轴肩(1‑e)，用于刀柄主体(1)与刀柄其他结构之间的安装、定位；刀柄主体(1)右端阶梯轴表面设有环形槽(1‑f)；所述环形槽(1‑f)设有内部流道(1‑a)，内部流道(1‑a)为与水平面倾斜角度θ的圆孔流道，其入口与环形槽(1‑f)连通；内部流道(1‑a)的倾斜角度θ用于降低低温介质在流动过程中压降损失；所述内部轴承组件主要由紧定螺母(5.1)、轴承端盖(5.2)、轴承一(5.3)、轴承二(5.5)和套筒(5.4)组成；所述轴承二(5.5)安装在刀柄主体(1)的阶梯轴轴肩(1‑e)上，从刀柄主体(1)的右端依次套入套筒(5.4)、轴承一(5.3)和轴承端盖(5.2)，并通过紧定螺母(5.1)锁紧，产生预紧力，实现内部轴承组件在刀柄主体阶梯轴外表面上的固定；所述外围主体结构主要由金属外壳(2.1)、刀柄支架(2.2)和转接套(2.3)组成；所述转接套(2.3)套装在刀柄主体(1)外表面环形槽(1‑f)所在轴段处，转接套(2.3)外表面开设螺纹口并设有内螺纹(2.3‑a)用于和外部低温介质运输系统的软管接头螺纹连接，转接套(2.3)内表面设有弧形槽与刀柄主体(1)外表面环形槽(1‑f)相配合；低温介质通过螺纹口流入，在弧形槽(1‑f)内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体的内部流道(1‑a)中；所述金属外壳(2.1)安装在内部轴承组件外侧，通过螺栓与转接套(2.3)连接；所述多层密封结构主要由迷宫密封结构(3.2)、接触式密封圈一(3.5)、接触式密封圈二(3.6)和端面密封件(3.4)组成；所述迷宫密封结构(3.2)位于转接套(2.3)与刀柄主体(1)接触面之间，用于增加泄漏流动的阻力提高对低温介质的密封效果；端面密封件(3.4)位于刀柄主体(1)中内部流道(1‑a)右侧，用于防止低温介质和中空内冷刀具接触配合时泄漏；密封圈左压盖(3.1)和密封圈右压盖(3.3)套设在转接套(2.3)两侧刀柄主体(1)的轴段上，密封圈左压盖(3.1)和密封圈右压盖(3.3)与转接套(2.3)之间分别用螺栓连接接触式密封圈一(3.5)和接触式密封圈二(3.6)，实现压紧；所述隔热结构主要由填充材料(4.1)、流道隔热衬套(4.2)、刀柄隔热外壳(4.3)和刀具内部隔热衬套(4.4)组成；所述流道隔热衬套(4.2)包裹在刀柄主体(1)的内部流道(1‑a)外侧；所述填充材料(4.1)包裹在金属外壳(2.1)的外侧；所述刀柄隔热外壳(4.3)安装在填充材料(4.1)的外侧，通过螺栓连接金属外壳(2.1)，实现压实隔热介质；所述刀柄支架(2.2)通过螺栓固定在刀柄隔热外壳(4.3)圆周上。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄，其特征在于，所述的适用于超低温介质冷却润滑的刀柄包括刀柄主体(1)、内部轴承组件、外围主体结构、多层密封结构和隔热结构；所述刀柄主体(1)的左端用于与机床主轴配合实现刀柄的定位，其为锥面(1-d)，锥面(1-d)端部垂直于锥面(1-d)设有刀柄内螺纹(1-c)，锥面(1-d)延伸处设有法兰盘(1-b)；刀柄主体(1)的右端为阶梯轴，设有阶梯轴轴肩(1-e)，用于刀柄主体(1)与刀柄其他结构之间的安装、定位；刀柄主体(1)右端阶梯轴表面设有环形槽(1-f)；所述环形槽(1-f)设有内部流道(1-a)，内部流道(1-a)为与水平面倾斜角度θ的圆孔流道，其入口与环形槽(1-f)连通；内部流道(1-a)的倾斜角度θ用于降低低温介质在流动过程中压降损失；所述内部轴承组件主要由紧定螺母(5.1)、轴承端盖(5.2)、轴承一(5.3)、轴承二(5.5)和套筒(5.4)组成；所述轴承二(5.5)安装在刀柄主体(1)的阶梯轴轴肩(1-e)上，从刀柄主体(1)的右端依次套入套筒(5.4)、轴承一(5.3)和轴承端盖(5.2)，并通过紧定螺母(5.1)锁紧，产生预紧力，实现内部轴承组件在刀柄主体阶梯轴外表面上的固定；所述外围主体结构主要由金属外壳(2.1)、刀柄支架(2.2)和转接套(2.3)组成；所述转接套(2.3)套装在刀柄主体(1)外表面环形槽(1-f)所在轴段处，转接套(2.3)外表面开设螺纹口并设有内螺纹(2.3-a)用于和外部低温介质运输系统的软管接头螺纹连接，转接套(2.3)内表面设有弧形槽与刀柄主体(1)外表面环形槽(1-f)相配合；低温介质通过螺纹口流入，在弧形槽(1-f)内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体的内部流道(1-a)中；所述金属外壳(2.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永青，刘阔，班仔优，韩灵生，孔繁泽，刘海波，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21