本发明属于切削加工技术领域，涉及一种便携式逆向冷却与除尘一体化装置。
背景技术：
材料是人类生产生活的物质基础，是直接推动社会发展的动力。新材料的出现显著促进了社会的进步，例如无机非金属材料和先进复合材料等新材料由于其优异性能，现在被广泛应用到航空航天和工业机器人生产等高端制造领域的复杂结构件制造当中。由于材料结构的特殊性，这类材料切削加工时，产生的切屑不再是传统带状、挤裂、单元和崩碎大尺寸成型，而往往以粉尘的形式出现，这类加工粉尘对加工设备和操作工人又容易造成不可逆的损耗和损害。例如加工磁性材料、纳米金属材料和复合材料等新材料时，产生粉尘会进入机床主轴造成电路板短路，同时粉尘也会吸附在主轴齿轮上，影响啮合，降低主轴的运动精度。此外这类新材料的加工粉尘有的易从皮肤和呼吸道进入人体且不能排除，并具有一定的毒性或可能致肺纤维化，危害极大。对于如何减少和收集这类材料的加工粉尘的方法和工艺技术已成为工程界急需解决的问题，亦成为学术界研究的热点。
鉴于此，大连理工大学王福吉等人提出了一种“纤维增强复合材料加工随动逆向冷却与除尘系统”，专利号cn201710145631，通过在主轴上固定装置，实现除尘、冷却，达到绿色、高质、高效加工纤维复合材料的目的。但该发明在主轴增加额外装置，使加工能耗变大，同时系统冗杂、成本高、不易更换，只适用于机床加工，不易便携。而目前这种新型材料零件往往应用于复杂结构件中成型加工，无法使用机夹加工，需采取便携式制孔设备进行加工。针对这一问题，重庆大学陈立明等人发明了“一种便携式电钻除尘装置”(cn105642947a)。该发明采用在打孔机头部连接风扇的技术方案，利用空气的流动性，借助吸尘罩实现吸尘。该装置在装夹时要求加工面平行度，对于一些结构复杂、精度要求严苛的构件，由于其往往缺少合适的定位面，使得该装置难以适用其加工过程。另一方面，在打孔机头部安装风扇的方案，会使高速运转的钻产生偏心，使孔径出现偏差，无法保证精密、复杂构件的加工精度要求。而目前已有除尘装置多使用于特定工位、特定直径的孔的加工中，无法适用于特征复杂孔的加工，且由于不具有定位和冷却装置，造成复杂构件加工定位不准，以及热损伤严重，导致成品率低、生产节拍放缓。
技术实现要素：
本发明为克服现有技术的缺陷，发明了一种便携式逆向冷却与除尘一体化装置。该装置通过装置主体b完成各部分的组装和装置的便携移动。装置集吸尘、逆向冷却和快速变换工位等功能于一体，通过对新材料加工粉尘进行高效收集，以及对刀具的充分冷却，有效地减少了粉尘对设备和工人的不可逆损伤。采用螺纹钻套a减少手工加工设备刀具的震颤和偏心，有效降低了长刀具的加工震颤，并延长了刀具的使用寿命。通过多向支撑固定结构d实现了支撑结构角度和长度的独立变化，对复杂结构面进行定位及高质量加工。
本发明的技术方案是一种便携式逆向冷却与除尘一体化装置，其特征是，该装置由螺纹钻套a、装置主体b、密封盖c、多向支撑固定结构d、负压粉尘处理部件与冷却液喷射部件六部分组成；
所述螺纹钻套a的形状下部为大短圆柱形，上部为长圆柱形，并在长圆柱形上加工有外螺纹a2，外螺纹a2的中心加工有直径为d的内孔，在螺纹钻套a底部下端面加工有均匀分布的齿槽a1，控制空气从装置低端进入，保证进气方向一致且进气量均匀，实现对刀具的全方位冷却；螺纹钻套a的底部还加工有空腔a3，空腔a3与直径为d的内孔相通；在螺纹钻套a底部大短圆柱形上部加工有斜孔，喷射管6安装在有斜孔中；
所述装置主体b的基础体为圆柱体，圆柱体具有中心孔b7，底部内螺纹b4与螺纹钻套a的外螺纹a2螺纹连接；中部加工有吸尘连接口b5，吸尘快换接头9安装在吸尘连接口b5上，通过吸尘快换接头9连接负压粉尘处理机构的吸尘导管10，上部加工有对称均布的吊耳19，吊耳19上加工有等间距的凹槽b6和角度调节孔b3，紧固螺栓18通过角度调节孔b3将吊耳19与螺纹套筒16连接固定，装置主体b的顶端为连接台b1，连接台b1上加工有若干个均布的连接孔b2；
所述密封盖c下端加工有与装置主体b内径配合的同轴定位台c1，中段加工有毛毡密封圈固定槽c3，内嵌毛毡密封圈c4安装在固定槽c3中，上部加工有若干个均布的固定连接孔c2，密封盖螺栓c5通过密封盖c的固定连接孔c2与装置主体b的连接孔b2将密封盖c与装置主体b连接固定；
所述多向支撑固定结构d是对称均布结构，由万向调节脚d1和角度调节机构d2构成，万向调节脚d1中，圆头螺栓14一端为球副，与塑料窝垫13相配合，另一端为螺栓，螺栓上装有锁紧螺母15，螺纹套筒16一端为圆筒内螺纹与螺栓14螺纹连接，由锁紧螺母15固定，螺纹套筒16另一端为扁平形状与角度调节机构d2相连，角度调节机构d2由左右两个吊耳19、紧固螺栓18和定位螺栓17构成，吊耳19上加工有等间距的凹槽b6，实现多向支撑固定结构d的角度改变；
所述负压粉尘处理部件中，吸尘接头9与吸尘导管10连接，收集装置12一端与吸尘导管10连接，另一端与负压吸尘器11连接；负压吸尘器11通过吸走空气在装置主体b内形成负压腔，将加工过程中产生的切屑和其他杂质通过吸尘导管10导出到收集装置12中保存，利用空气流动和负压实现吸尘功能；
所述的冷却液喷射部件中，加压器2的一端与冷却液储罐1连接，另一端与气液流量调节装置3相连接，并行双管长导管4一端与气液流量调节装置3连接，另一端与快换接头5连接，快换接头5与喷射管6固定连接；加压器2将储罐1中的冷却液和压缩空气分别输送到流量调节装置3，通过并行双管长导管4输送到喷射管6，并在喷射管6出口处通过射流冲击雾化，喷射在刀具7和复合材料板8的加工位置向加工刀具喷射冷却液，实现对刀具的冷却功能。
本发明的有益效果是该装置集成度高，能适应变直径多类型加工刀具，质量轻，携带方便，能够完全适应手持式设备的加工要求。支撑固定结构可以改变支撑长度和支撑角度，实现对复杂结构面工件的定位加工；冷却气供给机构能够直接将雾化油雾喷射到加工区域，负压粉尘处理及时吸走费屑。只需改变螺纹钻套和密封盖就可实现不同直径刀具的要求，实现对不同直径钻刀和磨刀的适应。有效降低了长刀具的加工震颤，实现了支撑结构角度和长度的独立变化，能够对复杂结构面进行定位及高质量加工。
附图说明
图1为整个系统的示意图，图2为螺纹钻套的主视图，图3为装置主体的主半剖视图，图4为密封盖的主视图，图5为多向支撑固定结构的轴测图。其中：1-冷却液储罐，2-加压器，3-气液流量调节装置，4-并行双管长导管，5-快换接头，6-喷射管，7-刀具，8-复合材料板，9-吸尘快换接头，10-吸尘导管，11-负压吸尘器，12-收集装置，13-塑料窝垫，14-圆头螺栓，15-锁紧螺母，16-螺纹套筒，17-定位螺栓，18-紧固螺栓，19-吊耳；a-螺纹钻套；a1-底端齿形结构，a2-螺纹特征，a3-空腔，d-钻套内径；b-装置主体，b1-连接台，b2-连接孔，b3-角度调节孔，b4-内螺纹，b5-吸尘连接口，b6-凹槽，b7-中心孔；c-密封盖，c1-同轴定位台，c2-固定连接孔，c3-密封圈固定槽，c4-内嵌毛毡密封圈，c5-密封盖螺栓；d-多向支撑固定结构，d1-万向调节脚，d2-角度调节机构。
具体实施方式：
下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。
如图1所示的一种便携式逆向冷却与除尘一体化装置，该装置由螺纹钻套a，装置主体b，密封盖c，多向支撑固定结构d，负压粉尘处理部件与冷却液喷射部件六部分构成；通过装置主体b完成各部分的组装和装置的便携移动。
加工时，刀具7从装置中心轴线穿过装置主体b、密封盖c和螺纹钻套a对材料进行加工，螺纹钻套a与刀具7采用基轴制间隙配合，定位和引导刀具进行加工。利用螺纹钻套a减少手工加工设备刀具的震颤和偏心，低端齿槽结构能够保证气体流通，通过密封盖c保证空气无法从上端流入，通过多向支撑固定结构d实现对复杂结构面的定位和支撑作用，采用负压粉尘处理部件和冷却液喷射部件分别完成对废屑及其他杂质的收集和加工刀具的冷却。
本实例中，如图1、图2所示，螺纹钻套a的形状下部为大短圆柱形，上部为长圆柱形，并在长圆柱形上加工有外螺纹a2，外螺纹a2的中心加工有直径为d的内孔。在螺纹钻套a底部下端面加工有均匀分布的齿槽a1，控制空气从装置低端进入，保证进气方向一致且进气量均匀，实现对刀具的全方位冷却。通过在钻套a外表面加工螺纹，省去了钻模板，减少了频繁更换钻套带来的时间成本浪费。同时，通过钻套引导刀具加工，提高刀具在加工过程中的刚性，防止加工中的震颤和偏心。在螺纹钻套a1上安装有喷射管6，能够将喷射出的冷却液雾化，并引流到刀具加工区域，达到充分快速冷却效果。
如图3所示，装置主体b为各部分连接主体，基础体为圆柱体，底部有内螺纹b4与螺纹钻套a装配连接，中部加工有吸尘连接口b5，通过吸尘快换接头9和吸尘导管10将负压粉尘处理部件连接到装置主体b上，通过空气的流动作用将加工过程中产生的废屑带出装置。吊耳19连接装置主体b与多向支撑固定结构d，通过改变定位螺栓17在凹槽b6中的位置，再加上紧固螺栓18的螺旋紧固作用，实现多向支撑固定结构d在0-180°范围内的稳定旋转定位。连接台b1上加工有连接孔b2与密封盖c通过螺栓连接，保证上端的气密性无法进入空气，促使空气从螺纹钻套a下端流入，经过刀具从负压粉尘处理部件流出，达到带走费屑和冷却刀具的目的。
如图4所示，密封盖c采用毛毡密封圈，下端加工有与主体中心孔b7内径配合的同轴定位台c1，保证同轴度，中段加工有毛毡密封圈固定槽c3，固定内嵌毛毡密封圈的位置，防止上下移动和随刀具转动，同时加工有固定连接孔c2，通过密封盖螺栓c5与装置主体b刚性连接。
如图5所示，多向支撑固定结构d是对称均布结构，由万向调节脚d1、角度调节机构d2构成，万向调节脚d1包括锁紧螺母15、圆头螺栓14和塑料窝垫13。圆头螺栓14一端为球副，与塑料窝垫13相配合，另一端为螺栓，螺栓上依次套装有与其配合的锁紧螺母15和螺纹套筒16，螺纹套筒16和圆头螺栓14通过螺纹连接。锁紧螺母15可以在圆头螺栓14上自由移动，通过调节螺旋深度实现多向支撑固定结构d长度的调节，螺纹套筒16一端为圆筒内螺纹与万向调节脚d1连接，另一端为扁平与角度调节机构d2相连。角度调节机构d2由定位吊耳19、紧固螺栓18和定位螺栓17构成；吊耳19上加工有等间距的凹槽b6，当旋转紧固螺栓18，调整定位螺栓17在凹槽中位置时，实现多向支撑固定结构d的角度改变和脚端固定。
在图1中，负压粉尘处理部件由吸尘接头9、吸尘导管10、负压吸尘器11及收集装置12构成；加工时，在负压吸尘器11的吸尘作用下，将产生的费屑和杂质从吸尘导管10从装置主体b内吸出到收集装置12中，同时只需要改变负压吸尘器11的工作气压就可以实现不同空气流量的变化，即无须改变装置结构特征就可适应不同切削工况要求，装置稳定性较高。
如图1所示，冷却液喷射部件由喷射管6、快换接头5、并行双管长导管4、气液流量调节装置3、加压器2、冷却液储罐1构成；加压器2将储罐1中的冷却液和压缩空气分别输送到流量调节装置3，通过并行双管长导管4输送到喷射管6，并在喷射管6出口处通过射流冲击雾化，直接喷射在刀具7和复合材料板8的加工位置。采用并行双管长导管4实现冷却液和压缩空气的分开输送，能够有效控制冷却液和高压空气的使用量，提高冷却效果，防止浪费。雾化采用对流终端雾化，雾化后的冷却液直接作用到加工位置，提高冷却效果。
刀具加工时只需要单人就可完成装置的加工，质量轻、携带方便，能够完全适应手持式设备的加工要求。在多向支撑固定结构d的作用下实现复杂结构面的定心、高质量加工。该装置能够实现在手工设备上，同时进行除尘和逆向冷却，适应多直径多类型加工刀具，提高了制孔精度和质量。