一种内冷式旋转刀柄及冷却系统

孙 涛，覃晓涛，薛 超，王凤彪

目前，在加工特殊材料中可以采用多种冷却方法，液氮作为冷却介质在加工过程中效果尤为明显。除此以外，冷却系统也非常重要。常见冷却方式有外部冷却液、外部风冷及液氮内喷式冷却等。其中，外部冷却液应用最为广泛，在数控铣床加工工件时主要采用外喷冷却液加工，但在加工轨迹复杂或温度过高时无法及时冷却加工表面而造成加工误差。对此，采用液氮内喷式冷却方法可以弥补其不足，国外设计过一种通过主轴和刀柄中心输送，由切削刀刃上的冷却孔输出液氮冷却高温表面，可满足大多数加工工况的冷却要求，缺点是制造成本较高。针对特殊材料的加工冷却问题，Zurecki Z.等[1]设计出液氮内喷式车削刀具，发现将液氮内喷方式用于轴承钢车削可提高工件表面质量和刀具寿命。王永青等[2]提出一种液氮内喷式刀柄，可直接与液氮供给系统连接，实现液氮内喷式铣削加工。刘博[3]对刀柄-热缩刀杆-刀具进行结构及振动特性分析，着重从SFH 与刀具配合的装夹温度、SFH 结构、刀柄-SFH 配合的接触特性及刀柄-SFH-刀具式刀具系统模态等方面进行研究，并用实验方法验证模型的准确性。

1 内冷式旋转刀柄的结构设计

在内冷式刀柄工作时，冷却液通过环形冷却槽进入内冷铣刀，由弹性支撑架和弹性密封圈确保冷却液不会外泄（见图1）。

图1 刀具内部结构设计图

内冷铣刀与底部卡环为配合连接（见图2），底部卡环负责支撑支撑圆环，旋转刀柄与底部卡环连接，工作时旋转刀柄与底部卡环及内冷铣刀一起旋转。弹性支撑架和弹性密封圈选择可以整体拆卸结构以提高更换效率，材料根据旋转刀柄的转速确定。环形冷却槽及冷却液根据旋转刀柄及待加工件材料确定。

图2 底座卡环结构图

2 冷却系统设计

为了满足内冷式旋转刀柄工作需要，冷却液流量必须可调，为此笔者在液压泵向和旋转刀柄输送冷却液的管路上增设可调节流阀，根据加工情况调节冷却液的流量，最后通过旋转接头进入环形冷却槽（见图3）。

图3 冷却系统示意图

3 结 语

（1） 本文内冷式旋转刀柄的特点是内冷式刀柄采用一体化设计方案，减少工作中冷却液的泄漏，冷却系统可根据加工零件及刀柄转速选择冷却液的种类，解决特殊材料冷却不足的难题。

（2） 通过调节冷却液流量大小优化加工冷却效果，通过可调节流阀显示屏得到的流量数据为为后续试验提供参考。