机床刀具内冷系统连接旋转机构作品说明书

1、机床刀具内冷系统连接旋转机构作品说明书摘要机床刀具内冷系统连接旋转机构的装置，主要包括固定在刀架上的底座、旋转出液孔座及上盖。上盖上有进液孔和空腔。旋转出液孔座内也有空腔，空腔的内壁上有与外部连通的若干出液孔，且空腔内安装有弹性连通装置，连通装置使进液孔与上盖出液孔的位置相互对应，进行工作出液。装置提供了一种结构简单、改造方便、安全可靠、能够适应不同型号的数控车床刀架的连接内冷系统，使经济型数控车床也能够使用刀具内冷系统，解决了传统冷却系统在加工中的弊端。作品的主要创新点机床刀具内冷系统连接旋转机构以数控机床为平台，对刀架旋转机构进行改造，使内冷系统连接在刀架上；该装置能在数控机床上进行自由拆

2、装，利用内冷系统连接刀架上的刀具，来提高工件的加工效率和加工精度以及增长车刀的使用寿命，从而提高工作效率，降低加工成本。关键词：机床 刀具 内冷系统 刀架一、选题背景目前世界上数控设备领域的发展趋势就是使用内冷却循环技术，这种技术多数只使用在比较高端、价格昂贵的数控设备上如图1所示。使用内冷却循环技术需要匹配内冷刀柄，具有排屑通畅、冷却效果好、工件加工精确度高、生产效率高、工件表面光洁度好、刀具的使用寿命长等诸多的优点，我们国内现阶段存在着非常多的数控车床均是采用冷却液外部冲击工件进行冷却如图2所示。现在市场上还没有一种机构或者装置能够快速的将现有的数控机床改装成内冷却循环系统冷却，来提高现有

3、机床的加工效率以及刀具的使用寿命。 图1高端机床的内冷系统 图 2普通机床冷却系统 二、目的与思路2.1设计目的为了解决上述问题，如何能够设计出一种机床刀具内冷系统连接旋转机构，将普通数控机床改装成内冷循环系统冷却来提高现有机床的加工效率以及刀具的使用寿命成为了我们亟待研究的课题。2.2研究思路（1）基于文献及类似产品检索，了解该类产品的已有结构特征和不足。（2）对普通数控机床现有的刀架进行设计改造，设计出一种结构简单、改造方便、安全可靠、能够适应不同型号的数控车床刀架的连接内冷系统。（3）通过查阅相关资料和文献，设计出合适的内冷系统连接旋转机构，并和相关企业配合完成相关的零件设计和制造。三、

4、研究过程在网上查找资料，计算相关数据，绘制装配图，绘制零件图，图纸审核，零件加工与制造，装配，调试，正式应用于生产。3.1发现问题我们在实习数控车时，发现数控车床在车削加工零件时是采用的冷却液外部冲洗工件进行冷却的，冲洗过程中由于机床转速很高致使冷却液四溅。同时发现车削外圆时冷却效果还好，但在车削加工内孔是冷却效果差强人意。所以我们想能不能把高端数控机床上的内冷系统搬到这种普通数控机床上。3.2文献查询通过上网查找相关文献：主轴系统水内冷技术的研究及带自冷系统的车刀，得到了进一步的启发。文献材料主轴系统水内冷技术的研究：其主要说明对主轴系统内部进行通水冷却，能有效地减少系统工作部的热位移和机架

5、的热形。对主轴系统内部进行通水冷却，能有效地减少系统工作部的热位移和机架的热形。但是冷却部位的不同，对系统会产生不同的影响。采用轴承水冷会引起轴承预紧力和摩擦力矩大幅度增加，使系统热耗加大，接触应力增加。这在高速运转时尤为明显。因此，采用这种冷却方式必须慎重，以防轴承过载破坏。但它的导热效果强，隔热作用明显，能大幅度地减少主轴与机架的热变形。文献材料带自冷系统的车刀：其主要说明在毛坯加工过程中由切削区传到车刀上的热量使刀片下的吸热管端发热。在真空状态下部分充满密封吸热管的液体 (载热体)蒸发,热量由蒸汽立即带到吸热管另一端，并经过这里的冷却片散发到周围环境去。同时，蒸汽凝结,所形成的液体自行返

6、回发热区或沿敷在管壁内的材料的毛细管返回发热区。由于液体在封闭空间里循环，所以并无损耗。通过对文献的研究，确立了我们作品的研究思路：（1）使经济型车床也能使用内冷系。（2）刀架旋转机构改造连接内冷系统。（3）提高冷却效率和加工效率。3.3设计方案我们找到了惠山区钱桥兴塘五金加工厂企业负责人，决定联合开发设计创作该产品，符合校企合作的大背景。经过努力，我们完成了产品的设计图，如图3所示。冷却液在连接刀架内流通原理如图4所示。如图3 产品设计图图4 连接刀架内冷却液流通原理图3.4设计制作我们最终确定将该装置的弹性连接模块，上盖，出液孔座等加工完成，其余零部件（弹簧、轴承、进液管、出液管）根据设计

7、要求在市场上购买，如图5所示。安装时，前期可以先将弹性连通装置依次安装在出液孔座内的空腔内。再将上盖合在出液孔座上，调整好出液孔对准进液管的端部，将上盖与出液孔座。最后将出液孔座与底座固定。通常在数控车床刀架的上端有圆锥形的凸起，安装时根据各种型号的不同可以用底座代替原有的安装罩，将底座的空腔设置成与原有的安装罩一致就可以了，这样一系列的难题基本宣告破解，如图6所示。 图5 部分零件 图6 零件装配3.5应用试验作品完成后我们在进行了现场试验，试验非常顺利，总体上达到我们预期的要求，但还有一些小瑕疵还有待完善。作品完成安装出水如图7所示。图7 机床刀具内冷系统连接旋转机构试验四、科学方法和原理

8、4.1使用的主要技术手段机床刀具内冷系统连接旋转机构的装置，主要包括固定在刀架上的底座、旋转出液装置及上盖。上盖通过轴承安装在出液孔座上，上盖上有进液孔和空腔，进液孔最好是设置在上盖的中心，进液孔和空腔连通，其位置与弹性连通装置对应。旋转出液装置的出液孔座内也有几个空腔，空腔的数量根据机床的刀位来定。通常数控车床的刀架上有4个刀位，因此空腔的数量就设4个。空腔底部有与外部连通的出液孔，弹性连通装置安装在空腔内，通过刀架带动出液孔座旋转，使上盖空腔对准弹性连通装置，进而实现刀架旋转时使冷却液切换到所需要的内冷刀柄上，实现对数控车床内冷循环技术的改造。4.2 作品的测试流程和数据分析先将本作品安装

9、在数控车床上，然后进液管与数控车床的冷却管相连接，启动机床车削加工零件时，冷却液通过冷却管进入旋转出液装置，刀架带动出液孔座旋转，使空腔对准弹性连通装置，进行工作出液，出液孔与内冷车刀刀柄管道相连，进而实现刀架旋转时使冷却液切换到所需要的内冷刀柄上。测试流程如图8所示。在测试过程中发现，冷却液所能带走的热量与冷却液流速直接相关，因为在冷却液流速增加的同时，冷却液的进出口温差会减少，所以冷却液带走的热量会有一个极限值，这个极限值是内冷刀具的最大冷却能力。通过计算不同流速下刀具温度场和流体温度场分布可以获得冷却液流速对热场分布的影响。如图9所示分别计算了冷却液入口流速为0.005 m/s，0.03

10、m/s，0.1m/s和1m/s时，刀具和流体的温度场分布情况。改变冷却液入口速度，可以获得流体速度和刀具最高温度的关系曲线，如图10所示。从中可以看出，当冷却液流速大于1m/s时，刀尖的最高温度几乎没有变化，说明冷却液已经达到了其最大制冷能力，根据相关公式计算可知刀具的最大制冷能力为5.6。从测试过程中的一些数据分析可以得出在相同工况下，使得刀具的受力变形减少12%，刀尖最高温度降低了20%。为了使冷却液流速达到这个要求，后期还要继续改进。 图8 机床刀具内冷系统连接旋转机构测试流程图9 不同流速下流体温度场和刀具温度场分布图10 切削温度和冷却液流速关系图4.3作品的主要创新点以数控机床为平

11、台，对刀架旋转机构进行改造，使内冷系统连接在刀架上；该装置能在数控机床上进行自由拆装，利用内冷系统连接刀架上的刀具，来提高工件的加工效率和加工精度以及增长车刀的使用寿命，从而提高工作效率，降低加工成本。4.4 作品今后改进目标作品应用于生产后，加工效率与质量得到了不同程度的提高，但是普通数控机床的水箱容积太小，水泵压力不理想，需要重新制作大容量水箱及更换成高压水泵。上盖与出液旋转装置之间不密封，有渗液现象，需要加装一个耐磨密封圈，进一步完善内冷系统。五、设备的主要操作步骤前期可以先将弹性连通装置依次安装在出液孔座内的空腔内。再将上盖盖合在出液孔座上，调整好出液孔对准进液管的端部，将上盖与出液孔

12、座固定，再将出液孔座与底座固定。通常在数控机床刀架的上端有圆锥形的凸起，可以用各种不同型号的底座代替原有的安装罩，将底座的空腔设置成与原有的安装罩一致即可。六、作品的试验结果和企业使用报告我们对内冷系统连接旋转机构进行试用实验，在试验过程中我们发现：1.分别使用内冷系统和普通冷却系统车削外圆时，加工效率几乎差不多，但刀具使用寿命完全不同，使用内冷系统的刀具寿命比普通冷却系统提高30%左右。2.分别使用内冷系统和普通冷却系统车削孔时，加工效率、刀具使用寿命明显不同。因为普通冷却系统在车削内孔时，冷却液很难进入孔内，只能在外部冲洗冷却，造成车刀刀尖高温损伤，同时孔内排屑困难造成孔壁粗糙，降低加工精

13、度。而使用内冷系统车削内孔，很好的解决了这个问题：首先是由于冷却液的排屑作用，使得切屑不易在加工表面堆积，因此不会在切削刃的带动下对已加工表面造成擦伤；其次，由于冷却液的润滑作用，会在加工表面和刀具之间形成一层润滑薄膜，使切削力减少，有利于降低加工应力；此外，冷却液带走了大量切削热量，降低了切削温度，亦对加工表面的质量改善有积极作用，提升了加工效率和加工精度。3.冷却液的流动速度对降低刀具加工产生的切削热有关，冷却液的流动速度加快时，切削热降低的速度也快。所以我们后续就针对如何提高冷却液的流动速度进行研究，来更好的提高内冷系统的加工效率和提高刀具寿命。4.在试验过程中我们发现上盖和出液孔座旋转机构在较大压力时有漏液情况，准备加装一个耐磨密封垫圈来解决这个问题。5.作品在企业的试用报告见证明材料。七、体会和鸣谢 最后我们要感谢在研发过程中我校师生和企业相关人员给予我们制作该创新产品的帮助，在今后的工作中，我们团队成员将以更加严谨认真的工作态度，脚