刀具装置和用于这种刀具装置的刀架的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有刀架(1)和刀具(2)的刀具装置，其中在所述刀具装置中设有至少一个用于输送流体到刀具(2)的流体通道(24)。为了能够改进地把交替的流体输送到刀具，流体通道(24)具有至少一个节流位置(49)，用于保持在流体通道(24)内部在节流位置(49)上游的压力，该节流位置适用于，使流体的压力保持足够高，以使得不发生过多提前的流体汽化。
【专利说明】刀具装置和用于这种刀具装置的刀架
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种刀具装置和用于这种刀具装置的刀架/刀夹。
【背景技术】
[0002]现代机床通常具有在内部输送冷却剂的可能性。这些可能性一般包括冷却剂输送，通过冷却剂输送可以将冷却剂穿过机床的主轴和刀架中的中心冷却剂通道输送到刀具。
[0003]由DE 10 2005 013 483 Al已知这种刀架，其中在刀架体中设有流体输送结构，用于输送冷却流体和/或润滑流体到安装在刀具体的接纳孔中的刀具。在这种已知的刀架中，该流体输送通过设置在刀架体中的管状转送部件中的通道、通过设置在刀架体中的止挡套筒中的通道并且通过在转送部件与止挡套筒之间的连接管形成。该刀架设计用于输送传统的冷却润滑剂。
[0004]除了传统的冷却润滑剂以外，尤其对于高要求的材料的处理而言越来越多地使用可选择的冷却方案。在低温过程冷却中，在压力下把例如液氮或液态的CO2穿过刀架导引到一个或多个穿过刀具延伸的冷却孔。在所谓的雪喷射冷却工艺中，把液态的CO2导引到作用点，在那里液态的CO2膨胀并且形成干冰与冷气体的混合物。但是在这个冷却方案中不应出现提前汽化。因此必须专门为这种冷却方案设计刀架。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是，实现一种刀具装置和用于这种刀具装置的刀架，它们能够更好地输送可选择的流体到刀具。
[0006]该目的通过具有权利要求1特征的刀具装置和具有权利要求7特征的刀架得以实现。在从属权利要求中给出本发明的适宜的改进方案和有利的设计方案。
[0007]在按照本发明的刀具装置中，在穿过刀架和刀具延伸的流体通道中设有至少一个节流位置，用于保持在流体通道内部在节流位置上游的压力。由此可以保证，使流体的压力尽可能长时间地保持足够高，并因此不发生提前的流体汽化/蒸发。由此例如可以使液态的CO2在刀架或刀具内部的压力保持在5.2bar以上，更好地还在10或20bar以上，并且在那里使汽化保持微少并且避免结冰。以理想的方式使所述压力保持接近这样高，使它位于各自环境温度的沸点曲线上，即，例如在20°C时约57bar。当然，仅仅由于功率损失和与此相关的部分液态的CO2汽化已经不可避免地引起一定的压力降。主要在实际的作用点、即尽可能靠近刀具切削刃，要使保留的液态的CO2膨胀并且通过吸收来自外界环境的汽化能量来冷却刀具切削刃。在此可以未冷却地输送液态的CO2—即在室温下，因为只有通过气体的汽化和膨胀才导致温度降。
[0008]所述节流位置可以设置在刀架的流体输送结构中和/或刀具内部的另一流体输送结构中。适宜地，节流位置可以设置在从刀架到刀具的过渡部上和/或在另一流体输送结构在刀具内部在切削刃区域中的出口上。特别适宜地，所述节流位置可以与流体通道到外界环境的出口位置之间具有一距离，该距离近似相当于刀具的直径。这能够实现(部分)汽化并由此已经在刀具内部实现有针对性的冷却作用，由此实现了在刀具上、尤其在切削刃区域中特别良好且均匀的冷却作用。其结果是，刀具上的热负荷由于更小的温度梯度而减小。“近似”意味着，节流位置与切削刃之间的距离也包括20%的偏差。
[0009]但是也可以根据刀具和所期望的冷却轮廓使所述节流位置更远离出口位置设置。
[0010]如果在刀具中设有流体输送的分支，所述节流位置还不仅可以设置在分支前面，而且可以设置在分支后面，由此需要多个节流位置。
[0011]概念“节流位置“不一定指唯一一个地点。所述节流也可以台阶式地在多个前后衔接的地点上沿着流体通道实现。也能够实现逐渐的横截面缩小一例如通过在一定长度上锥形收缩的流体通道。
[0012]所述节流位置在刀架内部适宜地尽可能接近刀柄设置。节流位置例如可以设置在布置在刀架中的止挡部件中或者设置在贴靠刀具的刀柄上的密封体中。
[0013]与所述密封体是否具有节流功能无关，贴靠在刀具的刀柄上的密封体适宜地是弹性屈服的/回缩的或者围绕纵轴线摆动地设置在止挡部件中。由此也可以在刀柄端部不平时实现对于密封连接的补偿。所述密封体可以具有不同的形状，用于最佳地适配于各种刀具。
[0014]所述节流位置可以具有固定的或者能够变化的节流横截面。在刀架体中的流体输送结构可以通过止挡部件中的通孔、设置在刀架体中的转送部件中的另一通孔和设置在刀架体中的用于连接两个通孔的连接管形成。
[0015]优选地，所述节流位置具有小于0.5、优选0.2且特别优选0.1的横截面比。这种横截面比能够特别好地使例如液态的CO2那样的流体的压力保持足够高，以使得在流体输送中不发生过多提前的汽化。作为一个或多个节流位置上的横截面比，指的是节流位置后面所有横截面的和与节流位置前面所有横截面的和的比例。
[0016]在所述转送部件与止挡部件之间适宜地设置有通过密封件径向相对于刀架体支承的密封套筒。通过所述密封件实现减振和定心的密封套筒结构。
[0017]在所述转送部件中可以设置一密封体，用于与机床侧的传输枪密封地连接。这个密封体可以通过密封件相对于转送部件密封和/或通过卡接件与转送部件连接。
[0018]在所述刀架体中也可以有一与所述流体输送结构分开的且不与该流体输送结构流体连接的另一流体通道延伸。由此通过所述流体输送结构可以使例如液态的CO2在压力下穿过刀架导引到一个或多个穿过刀具延伸的冷却孔，而通过另一流体通道可以使油雾或者其它传统的冷却润滑剂导引到刀柄的外侧并且沿着刀柄导引到刀具切削刃。也能够使两个流体通过刀具中的独立流体通道分开地输送。由此可以扩大刀架的使用领域。两个流体输送结构完全相互分开并且在刀架上具有分开的入口和出口。通过两个流体输送结构导入的流体在刀架内部不发生混合。
[0019]所述另一流体通道通过止挡部件中的至少一个与通孔分开的通道、转送部件中的至少一个与另一通孔分开的另一通道和设置在刀架体中的用于连接所述通道的连接通道形成。
[0020]为了沿着刀柄外侧输送流体，可以使另一流体通道通到纵向缝中，该纵向缝设置在刀架体前端夹紧区域中的接纳孔的内侧上。这些纵向缝可以锥形地延伸，由此在这里也可以实现加速和对准的射流导向。
[0021]所述刀架优选地设计成收缩夹头，其具有可通过加热扩大的前端夹紧区域。但是它也可以设计成夹紧钳夹头，具有夹紧钳和夹紧螺母，设计成伸缩夹紧夹头或者设计成旋转力夹紧夹头或者类似夹头。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明的其它特点和优点由下面借助于附图的优选实施例描述给出。附图示出:
[0023]图1刀具装置的第一实施例的纵剖面图，该刀具装置具有刀架和刀具；
[0024]图2图1中局部的放大细节图；
[0025]图3密封件和刀架第二实施例的放大细节纵剖面图；
[0026]图4按照另一实施例的密封件放大细节图。
【具体实施方式】
[0027]在图1中示出刀具装置的一个实施例，该刀具装置具有刀架I和刀具2。在这里例如设计为HSK(空心锥柄，Hohlschaftkegel)刀架的刀架I包括能够围绕中心轴线转动的旋转对称的刀架体3，该刀架体在刀具侧的端部上具有用于例如设计为钻头、铣刀或类似刀具的刀具2的刀柄5的接纳孔4，并且在机床侧的端部上包括夹紧锥形件6，该夹紧锥形件具有空腔7，该空腔用于啮入钳形的夹紧部件8。刀架I通过夹紧锥形件6安装到机床主轴10的相应锥形接纳体9中并且通过集成在机床主轴10中的夹紧装置的钳形夹紧部件8夹紧。
[0028]在所示实施例中，刀架I设计成收缩夹头并且包括前端的夹紧区域11，在该夹紧区域中设置有与刀架体3的中心轴线同心的用于刀具2的刀柄5的接纳孔4。在这种刀架I中，刀架体4的前端的夹紧区域11例如通过感应热量加热，由此使接纳孔4的内径加大。在前端的夹紧区域11的加热状态中，刀具2的刀柄5被安装到接纳孔4中，其中这样设计接纳孔4的内径与刀柄5的外径的比例，使得刀具2在接着冷却夹紧区域11时牢固地固定在刀架I中。
[0029]尤其如图2所示，刀架体3包括中心的通孔12，该通孔从刀架体3的机床侧端部上的扩大的空腔7中心地穿过刀架体3 —直延伸到用于刀柄5的接纳孔4。在从空腔7到通孔12的过渡部上在刀架体3中设置有管状的转送部件13。管状的转送部件13通过螺纹套管14以台阶形的扩大部15在从空腔7到通孔12的过渡部上通过密封件16和17径向密封地固定。为此，管状的转送部件13具有环形凸缘18并且螺纹套管14以锁紧螺母的形式通过外螺纹旋入到台阶形的扩大部15的相应的内螺纹中。
[0030]在从通孔12到用于刀柄5的接纳孔4的过渡部上，在通孔12中轴向可调整地设置有套筒状的止挡部件19。为此，套筒状的止挡部件19通过外螺纹20旋入到在中心通孔12的通到接纳孔4中的端部上的相应的内螺纹21中。套筒状的止挡部件19在其面对刀柄6的端部上具有抵罪在刀柄5的后端面23上的S封体22。
[0031]如图2所示，套筒状的止挡部件19包括中心的通孔24和多个与其分开的通道25，该通道相对于通孔24径向向外错开并且沿周向等角地间隔沿纵向穿过止挡部件19延伸。围绕中心通孔24设置的通道25例如可以具有环扇形的横截面。在止挡部件19的面对刀柄3的端部上设置配有通孔的密封体22，用于在中心通孔24与穿过刀柄6延伸的中心冷却孔26之间的密封连接。
[0032]设置在刀架体3的前端夹紧区域11中的接纳孔4在内端部上径向扩展，由此在刀柄6的内端部与接纳孔5之间形成用于通过通道25输送的冷却润滑剂的分配室27。为了连接通道25与分配室27，在套筒状的止挡部件19的内端部上设有通到通道25中的径向缺口 28。在前端夹紧区域11中，在接纳孔4的内侧上可以设有多个相互间隔的纵向缝，通过它们可以使通过止挡部件19中的通道25导引的冷却润滑剂沿着刀柄5的外侧导引到刀架体3的前端侧29。纵向缝也可以锥形地收缩，即具有向着前端收缩的横截面。由此可以使通过通道25导入的冷却润滑剂对准刀具2。由此还可以实现冷却润滑剂射流的加速。由此得到在夹头外部更少的泄漏损失并且可以实现更好地分隔润滑剂与空气。
[0033]在刀架体3的前端侧29上的相应凹处中可以设置有在图1中所示的分配盘30，该分配盘具有用于有针对性地分配通过纵向孔导引到前端侧29的流体的分配孔或分配缝。
[0034]由图2可以看出，管状的转送部件13也包括中心通孔31和多个与这个通孔分开的其它通道32，该通道相对于中心通孔31径向向外错开并且沿周向等角地间隔沿纵向穿过转送部件13延伸。在这里，围绕中心通孔31设置的通道32也可以具有环扇形的横截面。在止挡部件19中的通孔24与转送部件19中的通孔31之间的连接通过连接管33实现，该连接管以其端部配合安设在止挡部件19的通孔24和转送部件13的通孔31中。
[0035]在所示的实施例中，连接管33的、配合安设在转送部件13的通孔31中的端部轴向固定地设置在转送部件13中，而连接管33的、伸入到止挡部件19的通孔24中的端部相对于止挡部件19轴向可移动地且通过密封件34密封地配合安设在通孔24中。由此，止挡部件19为了调整可以轴向运动。但是连接管33当然也可以轴向固定在止挡部件19中并且可以在转送部件13中移动。在转送部件13的指向机床主轴10的转送部件端部上，通孔31具有直径扩大的区域。在这个区域中，传输枪36的密封体35通过O形环37径向密封地设置。同样可以由此实现密封，使密封体35通过其端侧顶压在密封部件上。O形环或密封部件优选地由塑料制成，该塑料在低温时也还具有足够的弹性。
[0036]在刀架体3的通孔12中，在转送部件13与止挡部件19之间设置有密封套筒38。密封套筒38支承在通孔12内部，用于通过密封环39减振。密封套筒38还可以沿纵向是弹性的，由此该密封套筒在轴向调整止挡部件19时也通过其两个端部密封地与转送部件13和止挡部件19保持接触。但是在一个优选的实施例中，该密封套筒轴向地与止挡部件19搭接，由此在调整止挡部件19时密封套筒也与止挡部件19保持密封接触。密封套筒38具有用于连接管33的中心通孔40和多个与通孔40分开的其它连接通道41。在从转送部件13到密封套筒38和从密封套筒38到止挡部件19的过渡位置上存在空腔，在该空腔中可以分配流体并由此找到通到后续的通道的路径。
[0037]通过能够插到转送部件13上的、具有通孔43和中心传输枪36的耦合部件42实现流体从机床主轴10到管状的转送部件13的传输，中心传输枪通过密封体35相对于管状的转送部件13密封。通过耦合部件42中的通孔43可以使流体通过转送部件13的通道32、密封套筒38的连接通道41和止挡部件19中的通道25导引到刀具2的刀柄5。而通过中心传输枪36可以使液态的CO2或者其它种类的流体通过转送部件13、连接管33和止挡部件19导引到在这里设计为中心冷却孔的、在刀具2中的流体输送结构44。如图1所示，设计为冷却剂孔的流体输送结构44在通向切削刃45的出口上具有节流位置46。
[0038]在图3中以放大图示出在图1和2中所示实施例中在止挡部件19与刀柄5之间的过渡区域。在止挡部件19的、面对刀柄5的端部上设置配有通道47的密封体22，用于在中心通孔24与穿过刀柄6延伸的中心流体输送结构44之间的密封连接。例如由金属制成的密封体22沿纵向是弹性的并且具有盘形的止挡部件48，该盘形的止挡部件具有金属的密封边棱。盘形的止挡部件48这样构成，它遮盖在刀具2中在这里设计为冷却剂孔的流体输送结构44。止挡部件48可以这样构成，它可以遮盖在刀柄5中多个偏心安置的冷却孔26。密封体22可以固定地或者围绕纵轴线摆动地设置在止挡部件19中。摆动的布置例如可以由此实现，使密封体22弹性地构成或者通过球冠可摆动地设置在止挡部件19中。通过摆动的布置可以使密封体22更好地匹配刀柄5端部上的可能的不精确性或者不平度。在密封体22的通道47中设有节流位置49，用于保持在节流位置49上游的压力。通过节流位置减小流体通道的直径，由此可以保持高压力。
[0039]图4示出密封体22的另一实施例，它设置在止挡部件19的、面对刀柄5的端部上。这个密封体22用于相对于刀柄5进行密封，该刀柄在其后端部上具有尖部50。密封体22在这里包括锥形的止挡部件48，它遮盖刀柄5的后端部上的尖部50。在这里在密封体22的通道47中也设有节流位置49，用于保持在节流位置49上游的压力。密封体22在这里也可以固定地或者围绕纵轴线摆动地设置在止挡部件19上。
【权利要求】
1.一种具有刀架(I)和刀具(2)的刀具装置，其中，在所述刀具装置中设有至少一个用于输送流体到刀具(2)的流体通道(24、31、33)，其特征在于，所述流体通道(24、31、33)具有至少一个节流位置(49)，用于保持在流体通道(24、31、33)内部在节流位置(49)上游的压力，该节流位置(49)适用于，使流体的压力保持足够高，以使得不发生过多提前的流体汽化。
2.根据权利要求1所述的刀具装置，其特征在于，所述流体通道(24、31、33、44)具有在刀架(I)内部的流体输送结构(24、31、33)和在刀具(2)内部的另一流体输送结构(44)。
3.根据权利要求2所述的刀具装置，其特征在于，所述节流位置(49)设置在刀具(2)内部的所述另一流体输送结构(44)中。
4.根据权利要求3所述的刀具装置，其特征在于，所述节流位置(49)与流体通道到外界环境的出口位置之间具有一距离，该距离至少近似相当于刀具(2)的直径。
5.根据权利要求2所述的刀具装置，其特征在于，所述节流位置(49)设置在所述刀架(I)的流体输送结构(24、31、33)中。
6.根据权利要求5所述的刀具装置，其特征在于，所述刀架(I)的节流位置(49)设置在布置在刀架中的止挡部件(19)中或者设置在贴靠在刀具(2)的刀柄(5)上的密封体(22)中。
7.根据权利要求5所述的刀具装置，其特征在于，所述流体输送结构(24、31、33)通过止挡部件(19)中的通孔(24)、设置在刀架体(3)中的转送部件(13)中的另一通孔(31)和设置在刀架体(3)中的、用于连接两个通孔(24、31)的连接管(33)形成。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的刀具装置，其特征在于，在所述刀具(2)内部的所述另一流体输送结构(44)设计为中心冷却剂孔或者设计为多个彼此分开导引的孔。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的刀具装置，其特征在于，所述节流位置(49)具有小于0.5、优选0.2且特别优选0.1的横截面比。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的刀具装置，其特征在于，所述流体是液态的CO2。
11.一种刀架(I)，具有刀架体(3)，该刀架体包括用于刀具(2)的刀柄(5)的接纳孔(4)和穿过刀架体(3)延伸的、用于输送流体到刀具的流体输送结构(24、31、33)，其特征在于，在所述流体输送结构(24、31、33)中设置有至少一个节流位置(49)，该节流位置适用于，使流体的压力保持足够高，以使得不发生过多提前的流体汽化。
12.根据权利要求11所述的刀架，其特征在于，所述节流位置(49)设置在布置在刀架中的止挡部件(19)中或者设置在贴靠在刀具(2)的刀柄(5)上的密封体(22)中。
13.根据权利要求12所述的刀架，其特征在于，所述密封体(22)是弹性屈服的和/或围绕纵轴线摆动地设置在止挡部件(19)中。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的刀架，其特征在于，所述节流位置(49)具有固定的或者能够变化的节流横截面。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的刀架，其特征在于，所述流体输送结构(24、31,33)通过止挡部件(19)中的通孔(24)、设置在刀架体(3)中的转送部件(13)中的另一通孔(31)和设置在刀架体(3)中的用于连接两个通孔(24、31)的连接管(33)形成。
16.根据权利要求15所述的刀架，其特征在于，在所述转送部件(13)与止挡部件(19)之间设置有通过密封件(39)径向相对于刀架体(3)支承的密封套筒(38)。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的刀架，其特征在于，不与流体输送结构(22、33,35)连接的、用于与第一流体输送结构(22、33、35)分开输送流体的另一流体通道(25、32,41)穿过刀架体(3)延伸到刀具。
18.根据权利要求17所述的刀架，其特征在于，所述另一流体通道(25、32、41)通过止挡部件(19)中的至少一个与通孔(24)分开的通道(25)、转送部件(13)中的至少一个与另一通孔(31)分开的另一通道(32)和至少一个设置在刀架体中的用于连接所述通道的连接通道(41)形成。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的刀架，其特征在于，所述节流位置(49)具有小于0.5、优选0.2且特别优选0.1的横截面比。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的刀架，其特征在于，所述流体是液态的C02。
21.一种刀具(2)，具有至少一个切削刃(45)和至少一个用于输送流体到切削刃(45)的流体输送结构(44)，其特征在于，在流体输送结构(44)内部设有至少一个节流位置(49)，用于保持在流体输送结构(44)内部在节流位置(49)上游的压力，该节流位置适用于，使流体的压力保持足够高，以使得不发生过多提前的流体汽化。
22.根据权利要求21所述的刀具，其特征在于，所述节流位置(49)与流体通道到外界环境的出口位置之间具有一距离，该距离至少近似相当于刀具(2)的直径。
23.根据权利要求21或22中任一项所述的刀具，其特征在于，所述节流位置(49)具有小于0.5、优选0.2且特别优选0.1的横截面比。
【文档编号】B23C5/26GK104368850SQ201410399798
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2013年8月14日
【发明者】F·海莫 申请人:弗兰茨海莫机械制造两合公司