一种支持自动换刀功能的外冷转内冷刀柄

技术领域

本发明属于机床刀柄领域，涉及一种支持自动换刀功能的外冷转内冷刀柄。

背景技术

数控机床上刀具的冷却多采用外部冷却，即通过设置在机床主轴上的冷却机构，将冷却液喷淋至刀具，从而达到冷却的目的。但在进行打深孔或平面加工时，冷却液无法充分的喷淋到刀具与工件的接触面上，冷却效果差。为了提升冷却效果，提高生产效率与生产质量，切削加工行业开始使用带有内冷出水功能的内冷刀具，但一般要求机床须具有中心出水功能。在不具备中心出水功能的机床上，内冷刀具的使用受到了极大限制。

针对于无中心出水功能的机床，市场上出现了一些可以将外部冷却转为中心冷却的外转内冷刀柄。如中国专利CN 202668249 U公布了一种内冷转换刀柄装置，该专利通过在刀柄上设置开口并把切削液从外部引入，解决了无中心出水功能机床使用内冷刀具的问题，但该专利中切削液密封部分未和轴承隔开，轴承容易受到切削液的损害，并且该专利不支持自动换刀功能。

中国专利CN 205166543 U公开了一种外冷转内冷刀柄结构，该专利中转动部分与固定部分仅使用密封圈密封，没有设计轴承支撑结构，尽管结构简单，但其同样不支持自动换刀功能。

因此，设计一种能够有效降低刀具温度、延长刀具使用寿命，帮助排出切屑，改善加工效果，同时支持自动换刀功能以适应自动化加工的外冷转内冷刀柄具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支持自动换刀功能的外冷转内冷刀柄，以解决在无中心出水功能的机床上，以及在自动化生产的过程中，使用内冷刀具以提高加工质量与加工效率的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种支持自动换刀功能的外冷转内冷刀柄包括刀柄、轴承部、密封部和ATC换刀部；所述刀柄轴向依次穿过轴承部、密封部，轴承部和密封部通过卡扣连接在一起；所述刀柄与轴承部通过锁紧螺母连接在一起，当刀柄安装在主轴上并高速旋转时，轴承部起支撑作用；所述ATC换刀部侧向固定在轴承部上；所述刀柄一端与机床连接，另一端可以装夹刀具；

所述轴承部包括轴承座、第一轴承、第二轴承和锁紧螺母，第一轴承和第二轴承安装在轴承座中并通过隔套分隔，通过锁紧螺母固定；

所述密封部包括密封中壳、上盖、下盖，三者通过螺钉连接组成密封部的主体，第一密封圈和第二密封圈安装在该主体中；

所述ATC换刀部包括ATC座、高度调节垫、内进水螺柱，高度调节垫放置在ATC座上的通孔中，该通孔上部加工有螺纹，内进水螺柱可与之连接；所述ATC换刀部还包括主轴定位板和进水口固定座，主轴定位板安装在主轴下方，进水口固定座安装在主轴定位板上；所述ATC换刀部还包括一止动机构，包括弹簧、止动销、定位螺钉和推杆，止动销和推杆柔性连接在一起，通过定位螺钉定位，并在弹簧的作用下实现复位。

进一步的，所述第一轴承和第二轴承为一对采用背对背方式配置的角接触球轴承，轴承间隙和预紧力通过隔套和锁紧螺母调节；所述刀柄使用标准的ER规格的止水弹簧夹头和螺帽来安装内冷刀具。

进一步的，刀柄法兰结构的下方设计有4个螺纹孔，挡油罩通过螺钉与刀柄连接在一起，所述挡油罩下方环形均匀设计有4个凹槽，所述止动销可在推杆的带动下伸入或退出该凹槽，从而实现刀柄的锁定和释放，所述定位螺钉用来实现止动销运动时的导向和定位，所述推杆的复位运动通过弹簧实现。

进一步的，所述刀柄法兰结构下方的轴状结构上还设计有刀柄上的导流孔，所述刀柄上的导流孔形状为长条形，数量为5个，并与刀柄中心通孔联通，且中心线与刀柄旋转中心线有一定的偏心量e，偏心量e的取值范围为1-5mm，所述偏心量e的作用是减小切削液在刀柄内部的压力损失。

进一步的，在锁紧螺母的对应位置上也设计有锁紧螺母上的导流孔，其形状也为长条形，且其尺寸比刀柄上的导流大，当锁紧螺母安装到位后，其与刀柄上的导流孔中心对齐。

进一步的，所述轴承座底部环形设计有三个阶梯状凹槽，卡片使用螺钉固定在第一级凹槽上，所述上盖顶部有与卡片配合的上盖卡扣结构，将所述上盖卡扣入第二级凹槽中，然后顺时针旋转即可将所述密封部与轴承部连接在一起；所述轴承座底部的阶梯状凹槽为3个，与之匹配的卡片也为3个，相应的上盖卡扣结构也为3个。

进一步的，内进水螺柱顶面安装后的高度由高度调节垫调节；所述进水口固定座和主轴定位板连接后安装在主轴下方，当将刀柄装入主轴后，内进水螺柱插入进水口固定座上的孔中，切削液便可流入刀柄。

进一步的，所述ATC座通过螺钉侧向固定在轴承座上，在所述密封中壳和ATC座之间还有连接管、第一密封垫和第二密封垫。所述连接管用于连通上述密封中壳与ATC座，第一密封垫和第二密封垫分别安装在连接管两侧，用于防止切削液泄漏。

一种支持自动换刀功能的外冷转内冷刀柄其内部切削液流通顺序为：进水口固定座→内进水螺柱→ATC座→连接管→密封中壳→锁紧螺母→刀柄。

一种支持自动换刀功能的外冷转内冷刀柄，其与机床的接口类型包括BT30、BT40、BT50、HSK A50、HSK A63，可以在配置了这些接口类型的机床上应用。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1）、本发明通过双轴承的支撑结构，大幅提高了外冷转内冷刀柄的结构刚性，使其在使用的过程中可以承载更大的载荷，保持更优异的稳定性，有效改善加工效果；

2）、本发明通过将轴承的支撑结构与切削液的密封结构进行独立分离设计，有效避免了外冷转内冷刀柄在使用过程中，切削液可能发生的泄漏对轴承功能与寿命的损害问题，极大提高了外冷转内冷刀柄的可靠性、提高了刀柄的使用寿命；

3）、本发明的轴承支撑结构和切削液密封结构之间的卡扣设计，不仅巧妙隐藏了这两部分之间的连接结构，使产品外观更加完整和统一，并且使外冷转内冷刀柄的整体结构集成化程度更高，产品整体尺寸更加小巧，占用空间少，有效降低了生产过程中发生干涉的风险，同时也使得结构连接更加稳定可靠；

4）、本发明设计的止动结构，使外冷转内冷刀柄支持在机床内部实现自动换刀功能，不仅使用更加便捷，同时可以支持生产过程实现自动化，提高整个生产过程的生产效率；

5）、本发明设计的止动结构，体积小巧、结构紧凑，并且核心功能实现结构均被隐藏在壳体内部，可以避免切屑和切削液的影响，工作性能稳定、可靠；

6）、本发明包含的特殊流道设计，其导流孔的条形设计与错位设计，使得切削液在外部冷却转换为内部冷却的过程中，有效降低了切削液输出的流量和压力损失，提高了切削液的输出效率；

7）、本发明包含的特殊流道设计，在外冷转内冷刀柄工作过程中，导流孔轴线与刀柄表面线速度之间成一钝角，在运动时形成一种“舀水”的效应，更进一步减小了切削液的流量和压力损失，更加节能高效；

8）、通过产品结构和特殊的流道设计，本发明提高了切削液的输出效率，从而使到达刀具与工件接触面的切削液的流量和速度更大，不仅有效保证了加工时的冷却需求，同时充足的流量也使切屑的排除更加顺畅。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的正视结构剖视图；

图2是本发明的轴承座底部结构示意图；

图3是本发明的上盖结构示意图；

图4是图1中A-A截面示意图；

图5是本发明中锁紧螺母正视结构示意图；

图6是本发明中刀柄下部导流孔示意图；

其中：1-刀柄，2-挡油罩，3-第一轴承，4-第二轴承，5-轴承座，6-隔套，7-上盖，8-第一密封圈，9-密封中壳，10-下盖，11-锁紧螺母，12-第二密封圈，13-第一密封垫，14-连接管，15-第二密封垫，16-ATC座，17-弹簧，18-止动销，19-高度调节垫，20-定位螺钉，21-内进水螺柱，22-推杆，23-进水口固定座，24-主轴定位板，25-卡片，26-第一级凹槽，27-第二级凹槽，28-上盖卡扣结构，29-锁紧螺母上的导流孔，30-刀柄上的导流孔。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

遵从上述技术方案，如图1至图6所示，本实施例给出一种支持自动换刀功能的外冷转内冷刀柄，解决在无中心出水功能的机床使用内冷刀具以提高加工质量以及支持自动换刀以提高加工效率的问题。

本发明一种支持自动换刀功能的外冷转内冷刀柄，如图1所示，刀柄1上安装有挡油罩2，所述挡油罩2下方均布设有4个凹槽；推杆22安装在ATC座16上，其下部有一弹簧17，止动销18中部开有一通孔，定位螺钉20可从中穿过并与推杆一起支撑止动销18做上下运动，止动销18的销部可以伸入所述挡油罩2下方的凹槽中。

进一步的，当将本外冷转内冷刀柄正确安装在具有主轴定向功能的机床上时，推杆22被进水口固定座23压下，推杆22带动止动销向下运动，刀柄被松开，从而可以进行旋转，当停止加工时，由于主轴定向功能，刀柄停止在初始角度，止动销18和所述挡油罩2下方的凹槽对齐，当将本外冷转内冷刀柄从主轴上取下时，推杆22向上带动止动销18插入凹槽中，从而使刀柄1无法旋转。

进一步的，内进水螺柱21和ATC座16通过螺纹连接并通过高度调节垫19调整其安装好后距离进水口固定座23的距离，主轴定位板24安装在主轴下方与进水口固定座23通过螺栓连接在一起；ATC座16与密封中壳9之间通过连接管14使二者内部的切削液通道连通，在连接管14两侧分别有第一密封垫13和第二密封垫15，用以密封切削液防止泄漏。

进一步的，如图2所示为轴承座底部结构示意图，在轴承座5上环形等距的加工有三个阶梯状凹槽，在第一级凹槽26上打有螺纹孔，卡片25即通过螺钉固定在轴承座5上。

进一步的，如图3所示为上盖卡扣结构28及其与卡片25的配合示意图。安装时首先将上盖卡扣结构28放入轴承座5底部阶梯状凹槽的第二级凹槽27中，然后旋转轴承座5即可实现其与上盖7的稳定连接。

进一步的，如图4、图5、图6所示，在刀柄1上设计有刀柄上的导流孔30，在锁紧螺母11上设计有锁紧螺母上的导流孔29，二者可在锁紧螺母旋紧时对齐，并可以使切削液通过，在密封中壳9上开有径向的通孔，该通孔连通了锁紧螺母11至ATC座16之间的这一段空间，实际使用时，切削液从进水口固定座23进入，经过ATC座16、内进水螺柱21、高度调节垫19、连接管14、密封中壳9，最后进入刀柄1中心的通孔中并最终从内冷刀具的出口流出。

进一步的，锁紧螺母上的导流孔29在锁紧螺母11锁紧后，其中心线与刀柄上的导流孔30的中心线刚好对齐，但因锁紧螺母上的导流孔29的宽度比刀柄上的导流孔30长，因此允许二者位置有一定的偏差；图中箭头所示为刀柄旋转方向，锁紧螺母上的导流孔29及刀柄上的导流孔30的轴心线与刀柄旋转中心有一偏心量e，该偏心量的取值范围为1-5mm，从而在刀柄1带着锁紧螺母11转动时形成一种“舀水”效应，使切削液压力损失减小。

进一步的，在整个切削液流动通路中，当切削液经过连接管14时，其左右两侧的第一密封垫13和第二密封垫15可防止切削液从ATC座16、连接管14和密封中壳9之间的缝隙流出；当切削液进入密封中壳9后，第一密封圈8和第二密封圈12可将其密封在所述密封中壳中部的环形凹槽内，防止切削液泄漏。

本发明的工作过程如下：

使用时首先将进水口固定座23与主轴定位板24连接并安装在机床主轴下方合适位置，首先手动将刀柄安装在机床主轴上，并确保内进水螺柱21可以伸入进水口固定座23的孔中且推杆22被压下，刀柄1可以转动，如若刀柄1不能转动则需要调整高度调节垫19的高度。调试完毕后便可以使用自动换刀功能；

然后接通进水口固定座23的切削液通道，此时切削液经过连接管14从ATC座16进入密封中壳9并在第一密封圈8和第二密封圈12的密封作用下从锁紧螺母11与刀柄1上的通孔中流入，最终从内冷刀具的出口中流出，此时可以使主轴旋转进行加工，加工完毕后，自动换刀机构将刀柄从主轴上取下，此时推杆22伸出使止动销18伸入挡油罩2内的销孔中将刀柄与外部结构锁住，确保自动换刀机构再次将其安装在主轴上时内进水螺柱21可以插入进水口固定座23。

以上所述仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明做任何形式上的限定，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的条件下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均会落入由所提交权利要求划定的保护范围之内。