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CN1372499A - 用于切削机加工的机床及配套切削刀具 - Google Patents

用于切削机加工的机床及配套切削刀具 Download PDF

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CN1372499A CN00812380A CN00812380A CN1372499A CN 1372499 A CN1372499 A CN 1372499A CN 00812380 A CN00812380 A CN 00812380A CN 00812380 A CN00812380 A CN 00812380A CN 1372499 A CN1372499 A CN 1372499A
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Abstract

一种切削刀具(2),具有一个包含切削刀片(6)的前部(5),以及一个可拆卸地安装在一个配套机床的刀夹(3)中的后部(7)。所述切削刀具(2)包括若干喷嘴(13),用于向切削刀片(6)喷射高压冷却液射流(4)。通过一个位于刀具内部的管道系统来保证将冷却液输送至这些喷嘴,所述管道系统包括若干与喷嘴同样多数量的间隔开的管道(15),所述喷嘴被调节以便将液体射流导向同一个切削刀片上的不同作用点。从而,刀具中的各个管道可以被单独关闭以便能够朝向切削刀片上的相应的作用点一次仅喷射一条射流。

Description

用于切削机加工的机床及配套切削刀具
技术领域
本发明涉及一种用于切削机加工、尤其是金属加工用的机床，该机床包括一个或多个切削刀具，所述切削刀具具有一个前部以及一个后部，该前部至少有一个切削刀片，该后部可拆卸地固定在机床的一个固定刀夹中，所述切削刀具包含多个喷嘴，用于向切削刀片喷射高压冷却液射流，高压冷却液射流来自至少一个冷却液供应源，更精确地说，通过切削刀具中的一个管道系统。
发明的一般背景和现有技术
很久以来人们就知道，不仅对切削刀具如车刀的切削刀片进行冷却，而且对通常由金属所构成的工件进行冷却，该金属由刀具进行加工。当今切割和切削加工技术的一个主要目的就是使用尽可能高压的冷却液，并将它以一个或多个紧密聚集的细的射流的形式供应，主要喷向切削刀片以及所排出的切屑。冷却液喷射流的压力越高，则以一种更有利的方式应用喷射液流的可能性就越大，不仅仅用于单纯的冷却，而且能机械地作用于从工件上排出的切屑(通过将射流力作用于切屑上)。更精确地说，是将切屑粉碎为更小的碎屑和/或以一种可控制的方式将切屑从刀具上清除。对本领域的普通技术人员而言，他们对低压和高压的划分有各种不同的观点。一般来说，可以使用下面的间隔来划分：
低压＜10巴，
中间压10-100巴，和
高压＞100巴
本发明主要与高压液体冷却技术相关，更精确地说，是在单个切削刀具中使用多个喷嘴。
这种类型的用于机床的切削刀具最初是在WO99/39852中被揭示。在这个专利中，切削刀具包括多个喷嘴，其中一个喷嘴由低压液体喷嘴构成，而一组两个或多个喷嘴由高压液体喷嘴构成。低压液体喷嘴的冷却液由机床中独立的冷却液供应源提供，更精确地说，是通过一个延伸穿过切削刀具并穿过与刀具相配合的夹紧件的导管，该夹紧件被固定地安装在机床上并作为一个刀夹，其中刀具可拆卸地安装在该刀夹中。高压液体喷嘴通过另一个延伸穿过夹紧件和切削刀具的导管与另一个冷却液供应源连通，更精确地说，直通一个切削刀具中所有高压液体喷嘴所共有的腔。具体应用中，腔位于一个可分离的板的后部，高压液体喷嘴就固定在该板中。提供高压冷却液到高压液体喷嘴中的管道通向这些喷嘴的一个公共空间，这说明在具体应用中，当冷却液流入公共空间时，所有的高压液体喷嘴都处于工作状态。换言之，所有的高压液体喷嘴将同时向切削刀片喷射相应于喷嘴数量的射流。由于这些在不同位置上的喷嘴是可以调节的，所以这些射流将对切削刀片上的不同点产生作用。
作为该发明的基础，最近的改进工作表明：与刀刃相关的每个高压液体射流的方向不仅对冷却效果重要，而且更重要的是提供了以优化的方法粉碎和/或清除切屑的可能性。更精确地说，已经证明：如果高压液体射流被沿着垂直于刀刃(对于四边形切削刀片而言指的是每个直边，对于圆形切削刀片而言，指的是沿着圆边上任意点切线的垂直方向)的方向喷射，则能够得到冷却和切屑导引方面的最佳效果。从直角开始，射流角度越尖锐，切屑导引效果越是降低，直至角度接近零。但是，当这种对喷射角度重要性的认识被付诸实际时，一个难以控制的现象产生了，即切削刀片的工作部分在机加工过程中会发生“移动”。例如在车削加工中，当切削刀片沿着对工件不同切削深度的路径而运动时，起初是四边形切削刀片的一边然后是另一边起作用。对于具有圆形边的圆形切削刀片而言，根据机加工过程中切削刀片的运动形式，刀刃的一个有限的作用部分沿着刀刃前后移动。
虽然WO99/39852中揭示的切削刀具所包含的高压液体喷嘴可在不同的位置进行调节以便将高压液体射流喷射到切削刀片上的不同的作用点，但是这种切削刀具不适于控制上述移动现象。在操作过程中，喷嘴因此在预定的固定位置被调节，射流同时从所有的喷嘴中射出。如果单个喷嘴要被调节以便得到相对于刀刃的最大的角度，即一个尽可能地接近90°的角度，那么就会有射流相互交叉的危险。这在某种程度上意味着刀刃上不会有密集地聚集的射流，而是在到达刀刃之前瀑布式地碰撞。另一方面，如果喷嘴被如此地安装以便避免碰撞的发生，则单个射流和刀刃之间的角度就必须变小。
发明的目的和特征
本发明的目的在于解决上述问题，并提供一种改进的机床以及一种用于这种机床中的改进的切削刀具。因此，本发明的主要目的是提供一种切削刀具，通过这种切削刀具，高压冷却液射流能够指向同一个切削刀片上的一个或多个刀刃，同时能够获得一个喷射角度，这种喷射角度对于给定的集合形状而言是最佳的，并与机加工中哪部分刀刃起作用无关。另一个目的是提供一种具有最大可能的冷却和切屑粉碎效果的切削刀具，同时最大限度地降低冷却液的消耗。还有一个目的是提供一种结构简单的切削刀具，它在工作中能够针对冷却液射流而被有效地调节。
根据本发明，通过权利要求4中所确定的特征，至少能够实现本发明的主要目的。本发明的切削刀具的一个优选实施例被进一步描述在附属权利要求5中。
除了这种切削刀具，本发明还涉及一种机床，它用于切削机加工中，并包括一个或多个上述类型的切削刀具。根据本发明的这种机床的特征被描述在权利要求1中。这种机床的优选实施例进一步被描述在附属权利要求2和3中。
关于上述两组权利要求，应当指出的是：用于切削机加工的机床中的各种切削刀具通常被特定的制造商生产和销售，而机床本身，即不包括切削刀具的机床被另外的制造商生产和销售，后者从前面所述的制造商那里购买刀具并将刀具安装到机床上以进行最终的销售。但是，在特殊情况下，也会有同一个制造商生产机床并在机床中带有切削刀具的情况。现有技术的其他启示
以前已经知道形成包括两个或多个间隔开的切削刀片的这种切削刀具，其中切削刀片的数目对应于喷嘴的数目，喷嘴通过单独的管道而供应有冷却液，有时候仅有一个喷嘴工作，这时除了一个管道外所有的管道都关闭。但是，在这种情况下，单个喷嘴被调节以便将液体向着相应切削刀片上的唯一给定的点喷射。
附图的简单描述
图1为示出了机床一部分的局部分解透视图，以及它所带有的根据本发明的一个切削刀具；
图2为局部切削侧视图，示出了包含在切削刀具中的切削组件；
图3是沿图2中A-A剖面的剖视图；
图4是在应用根据本发明的切削刀具的车削加工中通过工件的一个示意性的局部纵向剖视图；
图5示意性地示出了包含在切削刀具中的四个喷嘴是如何被供应来自机床中的一个液体供应源的高压冷却液；
图6为一个平面图，示出了根据本发明另一个实施例的切削刀具。
优选实施例的详细描述
在图1中，符号1表示一个用于切削机加工的机床。更精确地说，机床表示为一个可旋转的转塔板的一部分，实际上转塔板包括若干不同的切削刀具。其中一个这样的切削刀具用符号2表示，并形成为与夹紧件形式的刀夹3相配合的所谓的切削组件。切削组件2可拆卸地夹紧在夹紧件3的一个固定位置。
切削组件2包括一个前部5，它带有一个可拆卸的切削刀片6，在根据图1-2的实施例中为一个圆形切削刀片的形式。切削组件2的后部7为一个插入件，它可插入夹紧件3的一个腔8中。切削组件和夹紧件之间的配合可以有利地为COROMANT CAPTO形式，插入件7以及腔8具有多边形，虽然具有平缓地圆整的剖面形状并且插入件沿着向后的方向逐渐变细。在腔8的内部，有一个未示出的夹紧机构，它可与插入件7内部的配合机构(未示出)相啮合，以便当安装时将插入件固定在腔中，当拆卸时将插入件分离。插入件7的包络面用9表示，而限定出腔8的内表面用10表示。
当上述切削刀具以切削组件的形式，并可插入具有夹紧机构的夹紧件中时，该装置被本领域的一般技术人员称为“组合刀具装置”。如下面将要看到，本发明还适用于一种更简单的切削刀具。
切削组件2的前部5和后部7被一个横向的板状部件11间隔开。在板状部件的前侧设有一个所谓的喷嘴板12，即一个可拆卸的板，上面安装有若干喷嘴13，用于向着切削刀片6喷射液体流4。在所示的例子中，板12包括四个喷嘴。用于螺钉的孔(未示出)用符号14表示，喷嘴板通过螺钉孔而安装在板状部件11的前侧。
综上所述的图1和图2所示的切削刀具，其本质上与上述专利WO99/39852所描述的相同。
本发明的特点是管道系统，它用于向喷嘴13输送冷却液，并包括与喷嘴数目相同的相互间隔开的管道，可以单独地关闭各个管道以便使得一次只有一条射流。因此，从图2和图3中可以看出，切削组件2除了包括切削刀片6和喷嘴板12，还包含一个连续的坚固金属体，以及四个相互间隔开的管道15。每个管道的其中一端通向板状部件11的前表面，更确切地说，通向喷嘴13后端的空间16。该通孔用符号17表示。位于管道相反端的第二通孔18设置在插入件7的包络面9上。管道的四个通孔18沿着包络面9而设置在预定的相互间隔开的位置。夹紧件3中的相应数目的第二管道与切削组件2中的管道相配合。图5中用符号19表示的这些第二管道具有前侧通孔20，它们敞开于腔8的内部限定表面10上。这些通孔20的位置对应于第一管道15中的通孔18的位置，更确切地说，当切削刀具的插入件7移至夹紧件后侧的一个固定端部时，这些通孔彼此对置。
根据本发明的一个优选实施例，管道通孔18、20中的每一个相对于切削刀具的纵轴大致径向地延伸。通过这种方式，可以保证高压冷却液沿着径向从夹紧件3中的每个管道19输送到切削组件2中的相应管道15中，而不会向切削组件施加轴向力，该轴向力会使切削组件从夹紧件中脱落。
夹紧件3中管道19的每个单独的连续的管道和切削组件中的管道15能够通过一个截止阀21而被单独关闭。虽然可以将这些阀门安置在夹紧件3(或者甚至切削组件2)中，但是优选将这些阀门以一个适当的方式定位在机床1的内部后者毗邻机床1。因此，从图5中可以看出阀门21远离夹紧件3。最好由电磁阀构成的所述阀门21被设置在一个主管道23的支管道22中，主管道23与泵24以及液体罐25相连接。另外，这些阀门与一个普通的控制装置26电气相连，即一个应用适当程序的计算机系统，该程序用于以一个传统的方式控制机床中切削刀具的操作。任意每个阀门用于将相应的支管道22开启，同时其它的阀门用于将剩余的支管道关闭。有时，截止阀21可位于相应的切削刀具的较远距离处，也就是说，在单个阀门和夹紧件3之间延伸的每个支管道部分(例如软管)可以相对较长。为了使在一个阀门关闭时该支管道不会空，一个由弹簧驱动的阀门27被设置在每个支管道中，该阀门在一个预定的相对较低的液压下开启。如图5所示，这些阀门27位于夹紧件的一个邻近位置以保证阀门和喷嘴13之间的最短的可能路径。这反过来又保证了当每个电磁阀21开启时冷却液体能够尽可能快地输送给喷嘴。
关于喷嘴13，它们可以以专利WO99/39852所描述的方式构成，即可以被再调节以便能够对所涉及液体射流的作用点进行细微地调节。如图2所示，来自空间16的液体通过喷嘴中细孔28，从而使液体射流发生作用。但是，也可以使用一种更简单形式的固定喷嘴，即射流方向在喷嘴板的制造中一次性永久地被设定。在这一点上，应当指出喷嘴13不一定必须如图1所示那样放置在一个公共的水平面上。因此，某些喷嘴，例如那些中央设置的喷嘴，可以被放置在一个比外侧喷嘴更高的水平面上。换而言之，沿着喷嘴板表面的喷嘴的准确位置是不重要的。但是重要的时，喷嘴中的孔28可以被调节，使得相对于喷嘴板中喷嘴的位置，不同的射流能够指向切削刀片的刀刃区域中的不同作用点。本发明的作用和优点
在图4中，示意性地示出了切削刀片6在对旋转工件29，例如轴或者类似物的车削过程的运动路径。在图4右侧示出了轴向进给过程中的切削刀片，确切地说，向着工件的左侧。根据切削深度，切削刀片刀刃的一个较长的部分可以接触工件并对其进行加工。在这种情况下，两条高压液体射流4可指向切削刀刃的工作部分。这在某种程度上可通过以下事实来实现，通过使相应的阀门开启，同时使另外两个阀门关闭，从而使切削刀具的两个右侧喷嘴(从上面和从后侧看)被供应冷却液。接着切削刀片将被径向进给，在这一过程中只有切削刀刃的一小段起作用，该刀刃部分沿着刀刃“移动”，如图4的中部所示。在这个情况下仅通过一条液体射流就足以使切削刀片冷却。为了使该液体射流具有相对于刀刃的最佳角度，即相对于加工点处的刀刃的切线接近于90°，四个横向间隔开的喷嘴中的另外一个被驱动，例如最左侧(从上面和后侧看)的那个喷嘴。这时，液体射流4大约为“2点钟”。在图4的左侧，示出了另外一种情况，来自右侧喷嘴的一个液体射流作用在一个极限刀刃部分，大约为“10点钟”。
本发明的一个主要优点是，高压冷却液可以被分别射向同一切削刀片上的不同作用点，而不会相互干扰，同时相对于用于加工工件的反复移动的刀刃的工作部分的射流角度变得最佳。由于一次只有一条射流，所以冷却液的消耗进一步被降到最低，这是因为除了一个或多个喷嘴作用以外，其它所有的喷嘴都不起作用。
图6示出了另外一个实施例，其中切削刀片6为多边形，尤其是菱形，其中具有两个暴露的彼此成锐角的切削刀刃。在这种情况下，所示切削刀具仅有两个喷嘴13。它们被装在喷嘴板12`上，喷嘴板12`部分为楔形，其前侧具有两个相互成钝角延伸的部分表面30，两个喷嘴中的每个都安装在一个部分表面上。通过这种方式，喷嘴将喷射彼此成锐角的冷却液射流，更确切地说，左边的喷嘴向着切削刀片的右侧刀刃喷射，反之亦然。虽然在该实施例中只示出了两个喷嘴，但是也可以包括更多喷嘴。本发明的可行性修改
本发明并不局限于以上结合附图所描述的实施例。因此，本发明适用于不同类型的切削刀具，而不管它们是否包括在一个组合切削刀具装置中并与一个特定的夹紧件相配合，或者为一个更简单的类型。因此，切削刀具可以有一个简单的后侧柄部，该柄部作用在一个相应的机床的一个简单的传统刀夹上。另外，喷嘴的数目和位置可以在附属的权利要求的范围内进行各种变化。还应当指出，切削刀片的形状和数目是不重要的。还可以将本发明应用于只有两个或多个切削刀片的刀具中。在这一点上，切削刀具形成有若干对应于切削刀片数目的喷嘴组，该喷嘴组分别包括两个或多个可单独作用的喷嘴。

Claims (5)

1、一种用于切削机加工的机床，包括一个或多个切削刀具(2)，所述切削刀具具有一个包含至少一个切削刀片(6)的前部(5)，以及一个可拆卸地安装在机床的固定刀夹(3)中的后部(7)，所述切削刀具(2)包括若干喷嘴(13)，用于向切削刀片(6)喷射高压冷却液射流(4)，喷嘴(13)从至少一个液体供应源(24)，通过一个切削刀具内部的管道系统而获得高压冷却液，其特征在于，所述管道系统包括若干与喷嘴(13)同样多数量的间隔开的管道(15)，所述喷嘴—至少在切削刀具的工作状态下—被调节以便将液体射流(4)导向同一个切削刀片(6)上的不同作用点，各个管道(15)可以被单独关闭以便能够朝向相应的作用点一次仅喷射一条射流。
2、如权利要求1所述的机床，其特征在于，相应于管道数目的、用于关闭和开启切削刀具(2)中的所述液体管道(15)的若干阀门(21)被设置在机床(1)中或毗邻机床(1)，并位于切削刀具和用作液体供应源的泵(24)之间。
3、如权利要求2所述的机床，其特征在于，所述阀门由电磁阀(21)构成，电磁阀(21)由用于控制单个切削刀具(2)的工作状况的同一个控制装置(26)所控制。
4、用于切削机加工的机床中的切削刀具，具有一个包括至少一个切削刀片(6)的前部(5)，以及一个可拆卸地安装在一个配套机床(1)的固定刀夹(3)中的后部(7)，所述切削刀具(2)包括若干喷嘴(13)，用于向切削刀片(6)喷射高压冷却液射流(4)，以及一个管道系统，用于将高压冷却液从一个液体供应源输送至所述喷嘴，其特征在于，所述管道系统包括若干与喷嘴(13)同样多数量的间隔开的管道(15)，所述喷嘴—至少在切削刀具的工作状态下一被调节以便将液体射流(4)导向同一个切削刀片(6)上的不同作用点，各个管道(15)可以被单独关闭以便能够朝向相应的作用点一次仅喷射一条射流。
5、如权利要求4所述的切削刀具，它与一个用作刀夹并具有一个用于接受插入件(7)的腔(8)的夹紧件(3)相配合，所述插入件(7)构成切削刀具(2)的所述后部，其特征在于，夹紧件(3)中具有若干第二管道(19)，其对应于切削刀具中的若干第一管道(15)，所述第一和第二管道成对的相互配合，更确切地说，使切削刀具中的每个第一管道(15)的末端为一个大致径向敞开的通孔(18)，所述通孔沿着插入件(7)的包络面(9)而位于一个预定位置，同时夹紧件(3)中的一个相配合的第二管道(19)的末端为一个通孔(20)，所述通孔(20)在一个限定了所述腔的内表面(10)上大致径向地敞开并沿着该表面而位于一个对应位置。
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