液氮內(nèi)噴式數(shù)控鉆銑床主軸裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明液氮內(nèi)噴式數(shù)控鉆銑床主軸裝置屬于數(shù)控機(jī)床主軸設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)主軸內(nèi)腔流通液氮直至中空刀具切削刃附近細(xì)孔噴出，實(shí)現(xiàn)深冷低溫切削的數(shù)控鉆銑床主軸裝置。液氮內(nèi)噴式主軸裝置由主軸組件，液氮絕熱管組件，拉釘組件組成。主軸組件中的主軸為中空形狀，液氮絕熱管組件中的兩個(gè)軸承分別套裝到兩個(gè)軸承緊定套上，兩個(gè)緊固螺母分別旋扭到兩個(gè)軸承緊定套錐面外螺紋上。拉釘組件中兩錐齒輪對(duì)稱安裝于刀具連接架兩個(gè)外圓孔中，通過(guò)內(nèi)槽滾珠旋轉(zhuǎn)和限制軸向移動(dòng)；真空絕熱硬管由內(nèi)外兩組鋼管組合而成。該裝置提高了難切削材料的加工精度和刀具耐用度，降低了液氮損耗，拓展了復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件加工范圍，可用于不同工況條件加工，實(shí)用性強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】液氮內(nèi)噴式數(shù)控鉆銑床主軸裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床主軸設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)主軸內(nèi)腔流通液氮直至中空刀具切削刃附近細(xì)孔噴出，實(shí)現(xiàn)深冷低溫切削的數(shù)控鉆銑床主軸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，利用數(shù)控機(jī)床精密加工難加工材料、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件已很普遍，精密加工技術(shù)的重要性日益凸顯。數(shù)控機(jī)床作為制造業(yè)的重要裝備，也面臨了新時(shí)代的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。提高數(shù)控機(jī)床加工精度穩(wěn)定性、加工效率，減少刀具磨損是提高數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在。而控制數(shù)控機(jī)床切削溫度問題成為了其發(fā)展的關(guān)鍵。切削液則是控制切削溫度與改善切削環(huán)境的重要手段。切削液包括水基和油基兩大種類，但對(duì)于難加工材料的精密加工，普通切削液的降溫方式達(dá)不到精密切削的要求。利用低溫下材料物理化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)深冷低溫切削可改變材料切削性能，液氮切削液的應(yīng)用可以達(dá)到難加工材料精密切削、延長(zhǎng)刀具壽命的目的。
[0003]對(duì)于數(shù)控機(jī)床切削液系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液氮供液方式從形式上可分為外噴式和內(nèi)噴式兩大類，其中外噴式是當(dāng)前的主要方式。外噴式液氮供液系統(tǒng)與機(jī)床主軸是各自獨(dú)立的，在機(jī)床切削區(qū)刀具切削同時(shí)，外置噴嘴將液氮噴于被切削工件表面。雖然這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于構(gòu)建，但為了防止噴嘴對(duì)切削刃的干涉影響，噴嘴離切削面距離較遠(yuǎn)，影響了液氮的冷卻效果。此外，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件，分離的噴嘴和刀具不能方便協(xié)同進(jìn)入內(nèi)部切削區(qū)，噴嘴不能有效供液，影響了切削效果和液氮利用率，達(dá)不到精密切削的要求。上海電氣電站設(shè)備有限公司，在原有內(nèi)噴式切削液主軸系統(tǒng)上開發(fā)了包括機(jī)床主軸、刀排套筒和刀具的刀具內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)，并申請(qǐng)了國(guó)內(nèi)專利，申請(qǐng)?zhí)?01020515879，發(fā)明名稱:刀具內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)。該裝置能有效提高刀具加工產(chǎn)品的質(zhì)量、減少刀具的磨損、延長(zhǎng)刀具的使用壽命，提高工作效率，但是該裝置只能以常規(guī)切削液作為冷卻液，達(dá)不到加工難切削材料、保證切削精度、提高刀具壽命的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服上述內(nèi)置式普通切削液系統(tǒng)的不足，發(fā)明了一種高精度數(shù)控機(jī)床液氮內(nèi)噴式主軸裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)液氮切削液刀具內(nèi)噴功能，縮小了噴嘴與切削區(qū)距離，提高了加工工件范圍和液氮利用率，實(shí)用性強(qiáng)，采用通用數(shù)控機(jī)床主軸設(shè)計(jì)理念，從而保證了主軸結(jié)構(gòu)和零部件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、刀具的通用化，以及后期所開發(fā)設(shè)備的系列化。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:液氮內(nèi)噴式數(shù)控鉆銑床主軸裝置，其特征是，主軸裝置由主軸組件I，液氮絕熱管組件II,拉釘組件III組成；其中:
[0006]主軸組件I中的主軸1.1為中空形狀，液氮絕熱管組件II中的兩個(gè)軸承2.3分別套裝到兩個(gè)軸承緊定套2.4上，兩個(gè)緊固螺母2.2分別旋扭到兩個(gè)軸承緊定套2.4錐面外螺紋上，再通過(guò)軸承2.3外圈將這兩個(gè)軸承緊定套2.4的組合件分別安裝在主軸1.1中心孔兩端肩面上；真空絕熱硬管2.1由主軸右端孔插入，貫通兩個(gè)軸承緊定套2.4，并使真空絕熱硬管2.1處于確定的軸向位置，利用緊固螺母2.2內(nèi)螺紋與軸承緊定套2.4外螺紋旋合，將軸承緊定套2.4固定在真空絕熱硬管2.1固定位置上；真空絕熱硬管2.1由內(nèi)外兩組鋼管組合而成，兩者間的空腔做真空處理，并填充起絕熱功能的真空絕熱硬管填充物2.5。
[0007]拉釘組件III中兩錐齒輪3.8對(duì)稱安裝于刀具連接架3.6兩個(gè)外圓孔中，通過(guò)內(nèi)槽滾珠3.9旋轉(zhuǎn)和限制軸向移動(dòng)，兩錐齒輪3.8通過(guò)螺釘和壓蓋3.7與刀具連接架3.6固定；由軸承墊圈3.5分隔開的兩個(gè)同型號(hào)軸承3.4和傘齒輪3.3由拉釘3.1左端順次套入，最后套入緊固螺母3.2，并使其與拉釘3.1外螺紋旋緊固定；兩個(gè)密封圈3.10安裝于拉釘3.1右端內(nèi)孔槽中，拉釘端蓋3.11通過(guò)螺栓固定于拉釘3.1右端面上；將上述拉釘組合體通過(guò)軸承3.4外圈沿刀具連接架3.6右側(cè)裝入刀具連接架3.6內(nèi)孔中；兩錐齒輪3.8與傘齒輪3.3相嚙合，刀具連接架3.6通過(guò)螺栓固定在主軸1.1前端面上，真空絕熱硬管2.1的前端穿過(guò)密封圈3.10插入拉釘3.1的孔中。
[0008]本發(fā)明的有益效果是解決了現(xiàn)有外噴式液氮切削液裝置復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件液氮不便輸送的難題，消除了液氮利用率低的缺陷；解決了普通內(nèi)置式切削液系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)噴液氮切削液的問題，保證了機(jī)床加工難加工材料的加工精度，提高數(shù)控機(jī)床加工范圍。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1一主軸結(jié)構(gòu)圖，其中:1.1-主軸，1.2-前支撐軸承，1.3-主軸套筒，1.4-后支撐軸承，1.5-墊圈，1.6-軸承緊固螺母，1.7-同步帶輪鍵，1.8-同步帶輪，1.9-同步帶緊固螺母，1.10-軸承壓蓋，1.11-主軸箱，2.1-真空絕熱硬管，2.2-緊固螺母，2.3-軸承，
2.4-軸承緊定套，2.5-真空絕熱硬管填充物，3.1-拉釘，3.2-緊固螺母，3.3-傘齒輪，
3.4-軸承，3.5-軸承墊圈，3.6-刀具連接架，3.7-壓蓋，3.8-錐齒輪，3.9-滾珠，3.10-密封圈,3.11-拉釘端蓋。
[0010]圖2—液氮輸送管路圖，其中:1-杜瓦罐，2-低溫電磁閥，3-低溫流量調(diào)節(jié)閥，4-真空絕熱軟管，5-低溫軟硬管接頭，6-支架，7-真空絕熱硬管，8-主軸箱，9-刀具連接架，10-刀柄。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】:數(shù)控機(jī)床液氮內(nèi)噴式供液方法是對(duì)機(jī)床主軸進(jìn)行改造，切削液系統(tǒng)與機(jī)床主軸合為一體，將液氮輸送真空絕熱硬管貫通中空主軸內(nèi)腔，與中空拉釘相連通，拉釘再與中空刀具刀桿相連，液氮由刀具切削刃附近細(xì)孔噴出。噴嘴與切削面距離可達(dá)到Irnm以內(nèi)，液氮噴出時(shí)大部分還處于液態(tài)，提高了液氮利用率，通過(guò)控制液氮流量來(lái)控制切削區(qū)瞬間溫度。切削液系統(tǒng)與主軸的合并，使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件內(nèi)腔液氮低溫精密切削成為可能。但該裝置中的高速旋轉(zhuǎn)主軸與靜止真空絕熱硬管的連接協(xié)調(diào)性、管路動(dòng)密封性、拉釘?shù)侗B接方式及保溫效果對(duì)該裝置可靠運(yùn)行和切削區(qū)供液效果有很大的影響。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)液氮內(nèi)噴式主軸在保證主軸精度的前提下，又能夠?qū)η邢鞑牧媳砻鎳娚湟旱禍?，提高工件切削性能，在性能上要求圖1中真空絕熱硬管2.1與拉釘3.2和拉釘與刀柄聯(lián)接部位的動(dòng)密封要保證最少的液氮泄露量，保證刀具微孔足夠的噴射壓力，保證拉釘在低溫冰凍條件下能夠正常換刀，需要聯(lián)接部位的動(dòng)密封效果達(dá)到一定要求。真空絕熱硬管2.1由內(nèi)外兩組鋼管組合而成，其中，細(xì)管中通液氮，粗管套裝在細(xì)管外部，并保持同軸，兩端封閉留有接頭，同時(shí)兩者間的空腔做真空處理，并填充起絕熱功能的真空絕熱硬管填充物2.5。
[0013]附圖1中的主軸裝置由主軸組件I，液氮絕熱管組件II，拉釘組件III組成；主軸組件I固定于主軸箱上，其他裝置依次安裝在主軸組件I上，主軸組件I中前后支撐軸承1.2,1.4外圓安裝于主軸箱1.11軸承座中，內(nèi)圓安裝在主軸1.1兩軸頸上，中間用主軸套筒1.3限定軸向位置，兩端用軸承緊固螺母1.6和軸承壓蓋1.10固定；兩后支撐軸承1.4間用墊圈1.5間隔；前后軸承壓蓋1.10由螺栓固定于主軸箱上，同步帶輪1.8由同步帶輪鍵1.7與主軸連接，將電機(jī)扭矩傳給主軸，端面由同步帶緊固螺母1.9固定于主軸上，見圖1所示。
[0014]在結(jié)構(gòu)上要求以主軸前后軸頸中心連線作為基準(zhǔn)，其他如真空絕熱硬管、拉釘和回轉(zhuǎn)刀具軸線都以這一中心線為基準(zhǔn)在同一軸線上，確保刀具回轉(zhuǎn)精度，防止刀具徑向跳動(dòng)，減少加工誤差，采用的實(shí)施方法具體步驟如下:
[0015]1、主軸1.1前后軸徑中心連線作為主軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中心線和定位基準(zhǔn)線，刀具連接架
3.6端面與主軸1.1端面面接觸，同時(shí)錐面與主軸1.1錐孔面接觸，實(shí)現(xiàn)過(guò)定位，達(dá)到同軸度要求；
[0016]2、拉釘3.1外圓與軸承3.4內(nèi)圓過(guò)渡配合,軸肩與軸承端面面接觸,外圓與刀具連接架3.6內(nèi)孔面過(guò)渡配合且軸承端面與刀具連接架3.6內(nèi)孔軸肩面接觸，實(shí)現(xiàn)拉釘3.1與刀具連接架3.6同軸度要求；
[0017]3、刀具組件中的刀柄錐面與刀具連接架3.6錐孔面接觸，同時(shí)兩端面接觸，實(shí)現(xiàn)過(guò)定位,達(dá)到同軸度要求；
[0018]4、真空絕熱硬管2.1依靠與主軸1.1保持同軸度的兩軸承2.3，達(dá)到與主軸1.1同軸度要求；
[0019]5、密封圈3.10內(nèi)圓與插入其中的真空絕熱硬管2.1左端細(xì)管外徑緊密貼合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封，并與拉釘3.1孔保持最小間隙。
[0020]該裝置操作方式如下:
[0021]1、如圖1所示,通過(guò)旋扭錐齒輪3.8帶動(dòng)相哨合的傘齒輪3.3驅(qū)動(dòng)拉釘3.1旋轉(zhuǎn)，提拉刀桿軸向移動(dòng)，達(dá)到拉緊刀具目的；反方向旋扭錐齒輪3.8帶動(dòng)相嚙合的傘齒輪3.3驅(qū)動(dòng)拉釘3.1同時(shí)旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)刀桿沿軸向刀頭方向移動(dòng)，達(dá)到拆卸刀具的目的；
[0022]2、主軸電機(jī)經(jīng)皮帶輪帶動(dòng)同步帶輪1.8,后經(jīng)同步帶輪鍵1.7將扭矩傳給主軸
1.1，主軸1.1經(jīng)刀具連接架3.6傳給機(jī)床刀具；
[0023]3、除液氮絕熱管組件II中的軸承2.3外圈隨主軸組件I轉(zhuǎn)動(dòng)外，該組件中其他零件保持靜止?fàn)顟B(tài)；
[0024]4、圖2中液氮由杜瓦罐I出口經(jīng)低溫絕熱軟管4、低溫電磁閥2、低溫流量調(diào)節(jié)閥3后，由安裝在主軸箱8上的支架6上的低溫軟硬管接頭5導(dǎo)入真空絕熱硬管7中，并進(jìn)入主軸內(nèi)腔，之后通過(guò)刀具連接架9進(jìn)入中空刀柄10中，最后由刀具刀頭細(xì)孔噴出。
[0025]本發(fā)明提高難切削材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的切削性能，消除了液氮外噴式切削液系統(tǒng)對(duì)于機(jī)床切削復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的干涉影響，提高了切削精度。采用內(nèi)噴式液氮輸送系統(tǒng)，切削冷卻同步性好、液氮利用率高、成本低廉、使用方便。該裝置可以很有效的用于數(shù)控機(jī)床主軸切削工作，實(shí)現(xiàn)難加工材料典型工件的優(yōu)質(zhì)高效切削加工。
【權(quán)利要求】
1.液氮內(nèi)噴式數(shù)控鉆銑床主軸裝置，其特征是，主軸裝置由主軸組件(I)，液氮絕熱管組件(II)，拉釘組件(III)組成；其中: 主軸組件(I)中的主軸(1.1)為中空形狀，液氮絕熱管組件(II)中的兩個(gè)軸承(2.3)分別套裝到兩個(gè)軸承緊定套(2.4)上，兩個(gè)緊固螺母(2.2)分別旋扭到兩個(gè)軸承緊定套(2.4)錐面外螺紋上，兩個(gè)軸承緊定套(2.4)分別安裝在主軸(1.1)中心孔兩端肩面上；插入到主軸中心孔的真空絕熱硬管(2.1)，貫通兩個(gè)軸承緊定套(2.4)，通過(guò)緊固螺母(2.2)內(nèi)螺紋與軸承緊定套(2.4)外螺紋旋合，將軸承緊定套(2.4)固定在真空絕熱硬管(2.1)固定位置上；真空絕熱硬管(2.1)由內(nèi)外兩組鋼管組合而成，兩者間的空腔做真空處理，并填充有絕熱功能的真空絕熱硬管填充物2.5 ； 拉釘組件(III)中兩錐齒輪(3.8)對(duì)稱安裝于刀具連接架(3.6)兩個(gè)外圓孔中，通過(guò)內(nèi)槽滾珠(3.9)旋轉(zhuǎn)和限制軸向移動(dòng)，兩錐齒輪(3.8)通過(guò)螺釘和壓蓋(3.7)與刀具連接架(3.6)固定；由軸承墊圈(3.5)分隔開的兩個(gè)同型號(hào)軸承(3.4)和傘齒輪(3.3)由拉釘(3.1)左端順次套入，最后安裝緊固螺母(3.2)，并使其與拉釘(3.1)外螺紋旋緊固定；兩個(gè)密封圈(3.10)安裝于拉釘(3.1)右端內(nèi)孔槽中，拉釘端蓋(3.11)通過(guò)螺栓固定于拉釘(3.1)右端面上；將上述拉釘組合體通過(guò)軸承(3.4)外圈沿刀具連接架(3.6)右側(cè)裝入刀具連接架(3.6)內(nèi)孔中；兩錐齒輪(3.8)與傘齒輪(3.3)相嚙合，刀具連接架(3.6)通過(guò)螺栓固定在主軸(1.1)前端面上，真空絕熱硬管(2.1)的前端穿過(guò)密封圈(3.10)插入拉釘(3.1)的孔中。
【文檔編號(hào)】B23B19/02GK103962584SQ201410182721
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】王永青, 王鳳彪, 劉海波, 張金豹, 郭立杰, 張余升, 任斐, 郭東明, 佟宇, 康仁科 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)