本发明专利技术提供了一种适用于低温微量润滑的刀柄，属于数控机床冷却与润滑技术领域。该装置包括刀柄主体、外围静止结构、多层密封结构、隔热结构、以及轴承支撑结构。本发明专利技术解决了微量润滑技术中存在的冷却性能不足、低温冷却加工技术中润滑不充分的问题，综合了超低温介质的隔氧保护作用、超低温介质的冷却作用、微量润滑的减磨润滑作用，因此在难加工材料方面上具有良好加工效果。本发明专利技术可用于传统数控机床加工难加工材料，拓展了外转内刀柄的应用范围，有效地降低了难加工材料在切削加工中的切削热，提高刀具寿命，并代替传统切削液，实现绿色制造。
A tool handle suitable for low temperature micro lubrication
【技术实现步骤摘要】
一种适用于低温微量润滑的刀柄
本专利技术属于数控机床冷却与润滑
，特别涉及一种适用于低温微量润滑的刀柄。
技术介绍
目前，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选用的主要材料。然而，这些难加工材料通常呈现高粘、高韧、各向异性等特性，给切削加工带来了一系列难题：切削区域温度很高，刀具寿命短，零件表面质量一般难以达到目标要求。最新的国内外研究表明，在机床和刀具给定的情况下，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。使用大量切削液冷却的方式对环境污染严重，切削液的使用会造成刀具表面的急冷冲击，引发崩刃、微裂纹等问题，加速刀具破损。为此，研究人员将低温微量润滑技术应用于难加工材料的切削加工中。低温微量润滑技术是将冷风气流与极微量的无公害切削液混合雾化后喷向切削点的冷却润滑方式。在微量切削液和冷风气流的双重作用下，可以有效地降低和控制切削点温度，保持刀具的硬度且不易产生积屑瘤，因此在难加工材料方面上具有良好加工效果，并且可以降低工件表面粗糙度，是一种适用于切削难加工材料的先进制造技术。低温微量润滑冷却技术结合了微量润滑和低温冷却技术。其中微量润滑技术(MQL)属于准干式切削，其原理是利用一定压力的压缩空气与微量的切削液结合成油雾，然后高速喷射到切削区域，发挥润滑和冷却的作用，减少刀具的磨损，降低切削温度，提高工件的质量和加工效率。低温切削是通过对切削区域进行冷却而降低切削温度的一种加工方式。低温切削能够均匀减小工件和刀具的温度，使加工材料的低温脆性增大，有利于切削加工，减少刀具的磨损，增加刀具的使用寿命，提高工件已加工表面的质量，并且对环境几乎无污染。虽然低温冷风技术和微量润滑技术的优势显著，但单独工作时却存在很多限制。在微量润滑加工中引入低温冷却技术，能有效解决常规微量润滑存在的润滑不充分、冷却性能不足等问题实验表明对切削局部区域施以低温微量润滑，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。对于目前的低温切削和微量润滑而言，均有两种介质供给方式，即内喷式和外喷式。外喷式供给由于仅需外加介质供给、喷射装置即可以实现，成为目前低温介质供给的主要方式。但外喷式供给存在冷却润滑效率不高、无法对切削区域准确高效地进行冷却润滑的缺点。因此，在低温微量润滑方式中采用外转内刀柄，即能解决冷却润滑效率低的问题，又能够适用于传统数控机床用于低温微量润滑加工。2012年，孙小明等人在CN201220515154.0中公开了一种外转内冷刀柄，将常规切削液作为内冷介质，经切削液通道流入旋转的刀具中，实现刀具的内冷动作。2019年，王永青等人在CN201910084476.0中公开了一种适用于超低温介质冷却润滑的刀柄，刀柄与液氮供给系统直接相连实现内喷式超低温加工。上述装置均未提及一种适用于低温微量润滑的外转内刀柄。
技术实现思路
本专利技术解决的主要技术问题是解决了现有外转内刀柄不能用于低温微量润滑切削方式的问题，同时克服了现有刀柄装置在绝热、密封性能上的不足，专利技术了一种适用于低温微量润滑的刀柄。本专利技术的技术方案：一种适用于低温微量润滑的刀柄，包括刀柄主体1、外围静止结构、多层密封结构、隔热结构以及轴承支撑结构；所述刀柄主体1的左端为锥面1-d，用于与机床主轴头6.3配合实现刀柄的定位；锥面1-d端部垂直于锥面1-d设有刀柄内螺纹1-f；锥面1-d的延伸处设有法兰盘1-g；刀柄主体1的右端为阶梯轴，从左向右依次设有阶梯轴的轴肩1-h、刀柄外螺纹一1-c和刀柄外螺纹二1-o，用于刀柄主体1与刀柄其他结构之间的定位和安装；介于刀柄外螺纹一1-c和刀柄外螺纹二1-o之间从左向右依次设有环形槽一1-i和环形槽二1-m；环形槽一1-i连通内部流道二1-b，内部流道二1-b的入口与环形槽一1-i连通；环形槽二1-m连通内部流道一1-a，内部流道一1-a为与水平面倾斜角度θ的圆孔流道，内部流道一1-a的入口与环形槽二1-m连通；内部流道一1-a与内部流道三1-p相通，内部流道三1-p为水平方向的圆孔流道，位于刀柄主体1内部的右端，从内部流道三1-p出去的流体介质将进入中空内冷刀具6.7；刀柄主体1内部有刀柄内部轴肩一1-j、刀柄内部轴肩二1-k和刀柄内部轴肩三1-l，其中刀柄内部轴肩一1-j位于内部流道二1-b与内部流道三1-p的交接处、刀柄内部轴肩二1-k和刀柄内部轴肩三1-l则分别位于内部流道一1-a的两侧，用于刀柄主体隔热套4.1及流道分隔套4.2装入刀柄主体1内时的定位；刀柄主体1右侧的内部为刀具定位锥面1-n，用于中空内冷刀具6.7通过弹簧夹头6.8安装时和刀柄主体1之间的定位；所述的外围静止结构主要由金属外壳2.1、隔热外壳2.2和转接套2.3组成；金属外壳2.1安装在内部轴承组件外侧，通过金属外壳2.1内部的定位轴肩2.1-a与轴承一5.2安装定位；隔热外壳2.2采用导热系数较低的材料制成；转接套2.3采用导热系数低的材料制成，套装在刀柄主体1外表面环形槽一1-i和环形槽二1-m所在轴的外侧，转接套2.3外表面开设内螺纹孔一2.3-a和内螺纹孔二2.3-d；内螺纹孔一2.3-a用于和外部超低温介质L1运输系统的隔热软管接头外螺纹6.1-a连接，是超低温介质L1的入口；内螺纹孔二2.3-d用于和外部切削液L2运输系统的软管接头外螺纹6.5-a连接，是切削液L2的入口；所述切削液L2的凝固温度低；转接套2.3内表面设有弧形槽一2.3-b和弧形槽二2.3-g，分别与刀柄主体1外表面的环形槽一1-i和环形槽二1-m相配合；超低温介质L1通过内螺纹孔一2.3-a流入，在弧形槽二2.3-g内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体1的内部流道一1-a中；同时微量切削液L2通过内螺纹孔二2.3-d流入，在弧形槽一2.3-b内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体的内部流道二1-b中；超低温介质L1和切削液L2两种介质在混合区6.6内形成混合介质L进入中空内冷刀具6.7中，最终喷射至切削区域；混合区6.6位于刀柄主体1内部的末端，在流道分隔套4.2的出口处；转接套2.3内表面有外围密封齿一2.3-c、外围密封齿二2.3-e、外围密封齿2.3-f和刀柄主体1的相应表面构成密封结构一3.3-a、密封结构二3.3-b和密封结构三3.3-c；外围密封齿一2.3-c位于弧形槽一2.3-b的左侧，外围密封齿二2.3-e位于弧形槽一2.3-b和弧形槽二2.3-g之间，外围密封齿三2.3-f位于弧形槽二2.3-g的右侧；所述的多层密封结构主要由密封圈左压盖3.1、接触式密封圈一3.2、密封结构3.3、接触式密封圈二3.4、密封圈右压盖3.5、流道内密封圈3.6以及端面密封件3.7组成；迷宫密封结构3.3包含三个密封结构，分别为密封结构一3.3-a、密封结构二3.3-b和密封结构三3.3-c；密封结构一3.3-a由转接套2.3的外围密封齿一2.3-c和刀柄主体1相应轴表面构成，用于增本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于低温微量润滑的刀柄，其特征在于，所述的适用于低温微量润滑的刀柄包括刀柄主体(1)、外围静止结构、多层密封结构、隔热结构以及轴承支撑结构；/n所述刀柄主体(1)的左端为锥面(1-d)，用于与机床主轴头(6.3)配合实现刀柄的定位；锥面(1-d)端部垂直于锥面(1-d)设有刀柄内螺纹(1-f)；锥面(1-d)的延伸处设有法兰盘(1-g)；刀柄主体(1)的右端为阶梯轴，从左向右依次设有阶梯轴的轴肩(1-h)、刀柄外螺纹一(1-c)和刀柄外螺纹二(1-o)，用于刀柄主体(1)与刀柄其他结构之间的定位和安装；介于刀柄外螺纹一(1-c)和刀柄外螺纹二(1-o)之间从左向右依次设有环形槽一(1-i)和环形槽二(1-m)；环形槽一(1-i)连通内部流道二(1-b)，内部流道二(1-b)的入口与环形槽一(1-i)连通；环形槽二(1-m)连通内部流道一(1-a)，内部流道一(1-a)为与水平面倾斜角度θ的圆孔流道，内部流道一(1-a)的入口与环形槽二(1-m)连通；内部流道一(1-a)与内部流道三(1-p)相通，内部流道三(1-p)为水平方向的圆孔流道，位于刀柄主体(1)内部的右端，从内部流道三(1-p)出去的流体介质将进入中空内冷刀具(6.7)；刀柄主体(1)内部有刀柄内部轴肩一(1-j)、刀柄内部轴肩二(1-k)和刀柄内部轴肩三(1-l)，其中刀柄内部轴肩一(1-j)位于内部流道二(1-b)与内部流道三(1-p)的交接处、刀柄内部轴肩二(1-k)和刀柄内部轴肩三(1-l)则分别位于内部流道一(1-a)的两侧，用于刀柄主体隔热套(4.1)及流道分隔套(4.2)装入刀柄主体(1)内时的定位；刀柄主体(1)右侧的内部为刀具定位锥面(1-n)，用于中空内冷刀具(6.7)通过弹簧夹头(6.8)安装时和刀柄主体(1)之间的定位；/n所述的外围静止结构主要由金属外壳(2.1)、隔热外壳(2.2)和转接套(2.3)组成；金属外壳(2.1)安装在内部轴承组件外侧，通过金属外壳(2.1)内部的定位轴肩(2.1-a)与轴承一(5.2)安装定位；隔热外壳(2.2)采用导热系数较低的材料制成；转接套(2.3)采用导热系数低的材料制成，套装在刀柄主体(1)外表面环形槽一(1-i)和环形槽二(1-m)所在轴的外侧，转接套(2.3)外表面开设内螺纹孔一(2.3-a)和内螺纹孔二(2.3-d)；内螺纹孔一(2.3-a)用于和外部超低温介质(L1)运输系统的隔热软管接头外螺纹(6.1-a)连接，是超低温介质(L1)的入口；内螺纹孔二(2.3-d)用于和外部切削液(L2)运输系统的软管接头外螺纹(6.5-a)连接，是切削液(L2)的入口；所述切削液(L2)的凝固温度低；转接套(2.3)内表面设有弧形槽一(2.3-b)和弧形槽二(2.3-g)，分别与刀柄主体(1)外表面的环形槽一(1-i)和环形槽二(1-m)相配合；超低温介质(L1)通过内螺纹孔一(2.3-a)流入，在弧形槽二(2.3-g)内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体(1)的内部流道一(1-a)中；同时微量切削液(L2)通过内螺纹孔二(2.3-d)流入，在弧形槽一(2.3-b)内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体的内部流道二(1-b)中；超低温介质(L1)和切削液(L2)两种介质在混合区(6.6)内形成混合介质(L)进入中空内冷刀具(6.7)中，最终喷射至切削区域；混合区(6.6)位于刀柄主体(1)内部的末端，在流道分隔套(4.2)的出口处；转接套(2.3)内表面有外围密封齿一(2.3-c)、外围密封齿二(2.3-e)、外围密封齿(2.3-f)和刀柄主体(1)的相应表面构成密封结构一(3.3-a)、密封结构二(3.3-b)和密封结构三(3.3-c)；外围密封齿一(2.3-c)位于弧形槽一(2.3-b)的左侧，外围密封齿二(2.3-e)位于弧形槽一(2.3-b)和弧形槽二(2.3-g)之间，外围密封齿三(2.3-f)位于弧形槽二(2.3-g)的右侧；/n所述的多层密封结构主要由密封圈左压盖(3.1)、接触式密封圈一(3.2)、密封结构(3.3)、接触式密封圈二(3.4)、密封圈右压盖(3.5)、流道内密封圈(3.6)以及端面密封件(3.7)组成；迷宫密封结构(3.3)包含三个密封结构，分别为密封结构一(3.3-a)、密封结构二(3.3-b)和密封结构三(3.3-c)；密封结构一(3.3-a)由转接套(2.3)的外围密封齿一(2.3-c)和刀柄主体(1)相应轴表面构成，用于增加泄漏流动的阻力提高对切削液(L2)的密封效果；密封结构二(3.3-b)由转接套(2.3)的外围密封齿二(2.3-e)和刀柄主体(1)相应轴表面构成，用于增加流动的阻力提高对超低温介质(L1)及切削液(L2)的密封效果，防止两种介质过早混...
【技术特征摘要】
1.一种适用于低温微量润滑的刀柄，其特征在于，所述的适用于低温微量润滑的刀柄包括刀柄主体(1)、外围静止结构、多层密封结构、隔热结构以及轴承支撑结构；
所述刀柄主体(1)的左端为锥面(1-d)，用于与机床主轴头(6.3)配合实现刀柄的定位；锥面(1-d)端部垂直于锥面(1-d)设有刀柄内螺纹(1-f)；锥面(1-d)的延伸处设有法兰盘(1-g)；刀柄主体(1)的右端为阶梯轴，从左向右依次设有阶梯轴的轴肩(1-h)、刀柄外螺纹一(1-c)和刀柄外螺纹二(1-o)，用于刀柄主体(1)与刀柄其他结构之间的定位和安装；介于刀柄外螺纹一(1-c)和刀柄外螺纹二(1-o)之间从左向右依次设有环形槽一(1-i)和环形槽二(1-m)；环形槽一(1-i)连通内部流道二(1-b)，内部流道二(1-b)的入口与环形槽一(1-i)连通；环形槽二(1-m)连通内部流道一(1-a)，内部流道一(1-a)为与水平面倾斜角度θ的圆孔流道，内部流道一(1-a)的入口与环形槽二(1-m)连通；内部流道一(1-a)与内部流道三(1-p)相通，内部流道三(1-p)为水平方向的圆孔流道，位于刀柄主体(1)内部的右端，从内部流道三(1-p)出去的流体介质将进入中空内冷刀具(6.7)；刀柄主体(1)内部有刀柄内部轴肩一(1-j)、刀柄内部轴肩二(1-k)和刀柄内部轴肩三(1-l)，其中刀柄内部轴肩一(1-j)位于内部流道二(1-b)与内部流道三(1-p)的交接处、刀柄内部轴肩二(1-k)和刀柄内部轴肩三(1-l)则分别位于内部流道一(1-a)的两侧，用于刀柄主体隔热套(4.1)及流道分隔套(4.2)装入刀柄主体(1)内时的定位；刀柄主体(1)右侧的内部为刀具定位锥面(1-n)，用于中空内冷刀具(6.7)通过弹簧夹头(6.8)安装时和刀柄主体(1)之间的定位；
所述的外围静止结构主要由金属外壳(2.1)、隔热外壳(2.2)和转接套(2.3)组成；金属外壳(2.1)安装在内部轴承组件外侧，通过金属外壳(2.1)内部的定位轴肩(2.1-a)与轴承一(5.2)安装定位；隔热外壳(2.2)采用导热系数较低的材料制成；转接套(2.3)采用导热系数低的材料制成，套装在刀柄主体(1)外表面环形槽一(1-i)和环形槽二(1-m)所在轴的外侧，转接套(2.3)外表面开设内螺纹孔一(2.3-a)和内螺纹孔二(2.3-d)；内螺纹孔一(2.3-a)用于和外部超低温介质(L1)运输系统的隔热软管接头外螺纹(6.1-a)连接，是超低温介质(L1)的入口；内螺纹孔二(2.3-d)用于和外部切削液(L2)运输系统的软管接头外螺纹(6.5-a)连接，是切削液(L2)的入口；所述切削液(L2)的凝固温度低；转接套(2.3)内表面设有弧形槽一(2.3-b)和弧形槽二(2.3-g)，分别与刀柄主体(1)外表面的环形槽一(1-i)和环形槽二(1-m)相配合；超低温介质(L1)通过内螺纹孔一(2.3-a)流入，在弧形槽二(2.3-g)内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体(1)的内部流道一(1-a)中；同时微量切削液(L2)通过内螺纹孔二(2.3-d)流入，在弧形槽一(2.3-b)内得到暂时的储存、缓冲，再流入刀柄主体的内部流道二(1-b)中；超低温介质(L1)和切削液(L2)两种介质在混合区(6.6)内形成混合介质(L)进入中空内冷刀具(6.7)中，最终喷射至切削区域；混合区(6.6)位于刀柄主体(1)内部的末端，在流道分隔套(4.2)的出口处；转接套(2.3)内表面有外围密封齿一(2.3-c)、外围密封齿二(2.3-e)、外围密封齿(2.3-f)和刀柄主体(1)的相应表面构成密封结构一(3.3-a)、密封结构二(3.3-b)和密封结构三(3.3-c)；外围密封齿一(2.3-c)位于弧形槽一(2.3-b)的左侧，外围密封齿二(2.3-e)位于弧形槽一(2.3-b)和弧形槽二(2.3-g)之间，外围密封齿三(2.3-f)位于弧形槽二(2.3-g)的右侧；
所述的多层密封结构主要由密封圈左压盖(3.1)、接触式密封圈一(3.2)、密封结构(3.3)、接触式密封圈二(3.4)、密封圈右压盖(3.5)、流道内密封圈(3.6)以及端面密封件(3.7)组成；迷宫密封结构(3.3)包含三个密封结构，分别为密封结构一(3.3-a)、密封结构二(3.3-b)和密封结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永青，班仔优，刘阔，韩灵生，孔繁泽，王思琪，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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