CN109352054B - 一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀。其包括刀柄、齿轮铣刀本体以及铣刀刀片；铣刀刀片为多个，且分别安装在齿轮铣刀本体的齿部；还包括冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道；冷却润滑液副流道数量与所述铣刀刀片数量一致；冷却润滑液主流道沿轴向设置在刀柄内；多条冷却润滑液副流道沿着圆周均匀设置在齿轮铣刀本体内，且每条冷却润滑液副流道入口均与冷却润滑液主流道垂直连通，每条冷却润滑液副流道出口朝向铣刀刀片；齿轮铣刀本体、冷却润滑液主流道以及冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。该齿轮铣刀不仅能使冷却润滑液均匀的作用于加工区域，冷却效果显著且冷却成本低。

Description

一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀

技术领域

本发明涉及一种机械加工刀具，具体涉及一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀。

背景技术

切削加工过程按加工类型主要分为：车削、钻削、铣削、镗削以及磨削加工；

车削是指利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸；钻削是指利用刀具在工件上加工孔的工艺方法；铣削是指将毛坯固定，利用旋转的多刃刀具在毛坯上走刀，将工件切出需要的形状和尺寸；镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的切削工艺；磨削是指用磨料切除工件上多余材料的加工方法，属于机械加工的精加工；

齿轮传动是指由齿轮副传递运动和动力的装置，它是现代各种设备中应用最广泛的一种机械传动方式。它的传动比较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。齿轮作为齿轮传动的核心部件，其制造精度严重影响齿轮传动的效率与结果，故齿轮加工精度往往要求很高，且齿轮加工质量也会影响齿轮的使用寿命。

齿轮加工的方式主要有：铣齿、成形磨齿、滚齿、剃齿以及插齿等加工方式。铣齿采用盘形模数铣刀或指状铣刀铣齿属于成形法加工，铣刀刀齿截面形状与齿轮齿间形状相对应，此种方法适用于单件小批生产，传统铣齿过程加工分为干式加工以及湿式加工方式，干式加工由于加工温度的影响往往会影响刀具的使用寿命，湿式加工方式则采用大量润滑液浇注在加工区域的方式，实现刀具的与被加工区域的润滑与冷却，提升加工质量以及刀具使用寿命。但是此种润滑冷却方式会出现润滑液无法均匀冷却到的各个加工区域，另外大量使用润滑液对生态环境以及操作人员的身体健康有所影响，且会导致加工成本上升。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种冷却润滑液能均匀的作用于加工区域，冷却效果显著且冷却成本低的一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀。

本发明的基本原理是：

本发明基于3D打印技术，在进行铣齿过程中在刀柄和齿轮铣刀本体内部分别制造出冷却润滑液主流道与多条冷却润滑液副流道，从而在确保了切削刃过程能够保证在适宜的温度下进行加工，同时大大提升了铣刀在铣齿过程中的冷却效率。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，包括刀柄、齿轮铣刀本体以及铣刀刀片；铣刀刀片为多个，且分别安装在齿轮铣刀本体的齿部；

其改进之处是：

还包括冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道；冷却润滑液副流道数量与所述铣刀刀片数量一致；

冷却润滑液主流道沿轴向设置在刀柄和齿轮铣刀本体内；

多条冷却润滑液副流道沿着圆周均匀设置在齿轮铣刀本体内，且每条冷却润滑液副流道入口均与冷却润滑液主流道垂直连通，每条冷却润滑液副流道出口朝向铣刀刀片；

所述刀柄、齿轮铣刀本体、冷却润滑液主流道以及冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式一体成型。

为了提高各个冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液更加均匀，该齿轮铣刀还设置有冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在齿轮铣刀本体内的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙，多个孔隙将冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道连通；所述基体通过3D打印的方式成型，且基体的材质与所述齿轮铣刀本体或刀柄的材质一致。

进一步地，受到3D打印技术的影响，为了满足润滑流道通畅，冷却润滑主流道的直径为1mm-1.2mm，冷却润滑副流道直径为0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于冷却润滑副流道直径。

进一步地，为了进一步的提高刀柄处的冷却效果，所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

进一步地，所述铣刀刀片包括外刀片以及内刀片，外刀片安装在靠近所述齿部的齿顶位置，内刀片安装在靠近所述齿部的齿根位置；由于冷却润滑液副流道数量与所述铣刀刀片数量一致，且每条冷却润滑液副流道出口朝向铣刀刀片，相对应的，在内、外铣刀片的这种结构下，多条冷却润滑液副流道分为对外刀片进行冷却的外刀片冷却润滑液副流道，为对内刀片进行冷却的内刀片冷却润滑液副流道，

进一步地，所述铣刀刀片通过螺钉连接或者焊接的方式固定安装在所述齿部上。

同时，根据上述齿轮铣刀本发明还提供了一种数控铣床，包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，刀柄夹持部上安装上述的齿轮铣刀，齿轮铣刀内的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部上的内冷却流道连通。

另外，本发明还提供了一种刀柄和齿轮铣刀刀体分体式结构，具体结构包括刀柄、齿轮铣刀本体以及铣刀刀片；铣刀刀片为多个，且分别安装在齿轮铣刀本体的齿部；齿轮铣刀本体沿中轴线开设有一台阶通孔，刀柄插装在所述台阶通孔的小径孔内，一螺钉从所述台阶通孔的大径孔内穿过并与减振刀柄螺纹连接，从而在刀柄、齿轮铣刀本体大径孔以及螺钉之间形成一个封闭的腔室；

刀柄内部设置冷却润滑液主流道，且沿轴向布置；刀柄内还设有将冷却润滑液主流道和所述腔室连通的多条第一中间冷却润滑液流道；

齿轮铣刀本体内设置包括第二中间冷却润滑液流道、多条冷却润滑液副流道以及设置在第二中间冷却润滑液流道和多条冷却润滑液副流道之间的冷却润滑液暂存区；

第二中间冷却润滑液流道至少为一条，并与所述腔室连通；

冷却润滑液副流道的数量与铣刀刀片数量一致，且每条冷却润滑液副流道入口均与冷却润滑液暂存区连通，每条冷却润滑液副流道出口朝向铣刀刀片；

冷却润滑液暂存区包括设置在齿轮铣刀本体内的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙；

所述齿轮铣刀本体、冷却润滑液主流道、第一中间冷却润滑液流道、第二中间冷却润滑液流道、基体、冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。

进一步地，受到3D打印技术的影响，为了满足润滑流道通畅，冷却润滑主流道的直径为1mm-1.2mm，冷却润滑副流道直径为0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于冷却润滑副流道直径。

进一步地，为了进一步的提高刀柄处的冷却效果，所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

进一步地，所述铣刀刀片包括外刀片以及内刀片，外刀片安装在靠近所述齿部的齿顶位置，内刀片安装在靠近所述齿部的齿根位置；由于冷却润滑液副流道数量与所述铣刀刀片数量一致，且每条冷却润滑液副流道出口朝向铣刀刀片，相对应的，在内、外铣刀片的这种结构下，多条冷却润滑液副流道分为对外刀片进行冷却的外刀片冷却润滑液副流道，为对内刀片进行冷却的内刀片冷却润滑液副流道，

进一步地，所述铣刀刀片通过螺钉连接或者焊接的方式固定安装在所述齿部上。

同时，根据上述齿轮铣刀本发明还提供了一种数控铣床，包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，刀柄夹持部上安装上述的齿轮铣刀，齿轮铣刀内的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部上的内冷却流道连通。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用3D打印技术制造出一种一体式齿轮铣刀，且在内部分别设有冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道的冷却润滑机构，不仅降低了铣齿加工过程的冷却润滑成本，并且该冷却润滑机构冷却均匀，冷却效果显著，同时还减低了冷却润滑过程中环境污染。

2、本发明的一体式齿轮铣刀内设置冷却润滑液暂存区，使得冷却润滑液在刀具准备加工之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，刀具开始进行加工后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够均匀通过冷却润滑液副流道向外流出，使得每条冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液流量一致，进一步地提升了冷却均匀性，确保了冷却效果。

3、本发明的分体式齿轮铣刀，能满足一些不同模数齿轮铣削要求场景，并且内部在齿轮铣刀刀体内直接设置冷却润滑液暂存区不仅使得冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液更加均匀，并且还确保了齿轮铣刀刀体整体强度不变的情况下，减轻了齿轮铣刀刀体的质量。

4、本发明将冷却润滑液主流道设计成螺旋状，由于增加了刀柄处的冷却面积，使得加工所产生的热量对刀柄和与其配合零件的影响极小，确保了刀具以及与其配合零件的使用寿命。

5、本发明的铣刀刀片设置有外刀片和内刀片组合的结构时，冷却润滑液副流道可设置为外刀片冷却润滑液副流道和内刀片冷却润滑液副流道，冷却润滑液针对性的直接作用在外刀片和内刀片上，冷却效果更佳。

附图说明

图1为实施例1一体式齿轮铣刀不带冷却润滑液暂存区的结构示意图。

图2为实施例1一体式齿轮铣刀带冷却润滑液暂存区的结构示意图。

图3为实施例1中多条冷却润滑液副流通的结构图；

图4为实施例2分体式齿轮铣刀的结构示意图。

图5为实施例2中多条冷却润滑液副流通的结构图；

附图标记如下：

1-冷却润滑液主流道、2-冷却润滑液副流道、21-外刀片冷却润滑液副流道、22-内刀片冷却润滑液副流道、3-冷却润滑液暂存区、31-基体、4-腔室

01-刀柄、02-齿轮铣刀本体、03-铣刀刀片、031-外刀片、032-内刀片。

具体实施方式

下面利用两个实施例以及附图对本发明提供的齿轮铣刀做进一步的介绍。

实施例1(一体式结构)

如图1-3所示，一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，包括刀柄01、齿轮铣刀本体02以及铣刀刀片03；铣刀刀片03为多个，且分别安装在齿轮铣刀本体02的齿部；还包括冷却润滑液主流道1和多条冷却润滑液副流道2；冷却润滑液副流道2数量与所述铣刀刀片03数量一致；冷却润滑液主流道1沿轴向设置在刀柄01内；多条冷却润滑液副流道2沿着圆周均匀设置在齿轮铣刀本体02内，且每条冷却润滑液副流道2入口均与冷却润滑液主流道1垂直连通，每条冷却润滑液副流道2出口朝向铣刀刀片03；齿轮铣刀本体02、冷却润滑液主流道1以及冷却润滑液副流道2均采用3D打印的方式加工成型。

工作时，冷却润滑液通过冷却润滑液主流道进入，从多条冷却润滑液副流道流向铣刀刀片，实现了铣刀刀片的冷却润滑。

本实施例还有更进一步的优化设计：

1、该齿轮铣刀还设置有冷却润滑液暂存区3；冷却润滑液暂存区3包括设置在齿轮铣刀本体02内或刀柄01内的基体31，基体31上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙，多个孔隙将冷却润滑液主流道1和多条冷却润滑液副流道2连通；基体通过3D打印的方式成型，且基体的材质与所述齿轮铣刀本体或刀柄的材质一致。冷却润滑液通过冷却润滑液主流道流向冷却润滑液暂存区，使得冷却润滑液在刀具准备铣齿之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，齿轮铣刀开始进行铣齿后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够通过多条冷却润滑液副流道流向铣刀刀片，实现冷却润滑。这种设计的目的是：1、使得多条冷却润滑液副流道流出的冷却润滑液流量更加均匀，提升冷却效果。2、减少刀具的质量。

2、另外，由于受到3D打印制造技术的限制，冷却润滑副流道2直径为0.5mm至0.75mm，在加上由于常规刀柄夹持部内冷却流道孔径尺寸的影响，为了保证冷却润滑液出口压力，保证冷却润滑液能够作用在加工区域，冷却润滑液主流道的直径应该控制在1.2mm以内。具体尺寸以加工时，不同直径下加工量的不同，产生的热不同而决定。

3、为了进一步的避免，加工过程中刀头的热量传递至刀柄或与刀柄连接的其他零件上，导致刀具或其他零件的损坏，所述冷却润滑液主流道1设置为螺旋状，以增大冷却面积，提高冷却效率。

4、齿轮铣刀的铣刀刀片03还可以设计为外刀片031和内刀片032的组合形式，外刀片031安装在靠近齿部的齿顶位置，内刀片032安装在靠近齿部的齿根位置；由于冷却润滑液副流道2数量与铣刀刀片03数量一致，且每条冷却润滑液副流道2出口朝向铣刀刀片03；相对应的，在内、外铣刀片的这种结构下，外刀片031的冷却依靠外刀片冷却润滑液副流道21，内刀片032的冷却依靠内刀片冷却润滑液副流道22。

本发明的齿轮铣刀在制造时采用3D打印技术，主要包括以下步骤：

【1】利用三维建模软件对刀柄和齿轮铣刀本体进行三维建模设计；

【2】利用流体仿真软件对冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道的参数进行设计优化；保证润滑冷却流道在刀具加工过程中，润滑冷却液流量满足刀具的整体冷却要求，能够将润滑冷却液顺利输送至加工区域；

【3】采用切片处理软件对刀柄和齿轮铣刀本体的模型进行分层切片处理，并对冷却润滑液暂存区域添加支撑，保证旋转基体整体刚性的同时，润滑冷却液能够顺利进入、流出暂存区域，后导入到3D打印设备中，利用3D打印技术对旋转基体进行制造。

【4】再将铣刀刀片通过螺钉或焊接的方式安装到齿轮铣刀本体各齿部。

实施例2(分体式结构)

如图4和5所示，一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，包括刀柄01、齿轮铣刀本体02以及铣刀刀片03；铣刀刀片03为多个，且分别安装在齿轮铣刀本体02的齿部；齿轮铣刀本体02沿中轴线开设有一台阶通孔04，刀柄01插装在所述台阶通孔04的小径孔内，一螺钉05从所述台阶通孔04的大径孔内穿过并与刀柄01螺纹连接，从而在刀柄01、齿轮铣刀本体02大径孔以及螺钉05之间形成一个封闭的腔室4；

刀柄01内部设置冷却润滑液主流道1，且沿轴向布置；刀柄01内还设有将冷却润滑液主流道1和所述腔室4连通的多条第一中间冷却润滑液流道5；

齿轮铣刀本体02内包括第二中间冷却润滑液流道6、多条冷却润滑液副流道5以及设置在第二中间冷却润滑液流道6和多条冷却润滑液副流道2之间的冷却润滑液暂存区3；

第二中间冷却润滑液流道6至少为一条(图中为4条)，并与所述腔室5连通；

冷却润滑液副流道6的数量与铣刀刀片03数量一致，且每条冷却润滑液副流道6入口均与冷却润滑液暂存区3连通，每条冷却润滑液副流道6出口朝向铣刀刀片3；

冷却润滑液暂存区3包括设置在齿轮铣刀本体02内的基体31，基体31上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙；

齿轮铣刀本体02、冷却润滑液主流道1、第一中间冷却润滑液流道5、第二中间冷却润滑液流道6、基体31、冷却润滑液副流道2均采用3D打印的方式加工成型。

工作时，冷却润滑液通过冷却润滑液主流道进入，依次通过第一中间冷却润滑流道、腔室、第二中间冷却润滑流道、基体、多条冷却润滑液副流道流向铣刀刀片，实现了铣刀刀片的冷却润滑。

本实施例还有更进一步的优化设计：

1、另外，由于受到3D打印制造技术的限制，冷却润滑副流道2直径为0.5mm至0.75mm，在加上由于常规刀柄夹持部内冷却流道孔径尺寸的影响，为了保证冷却润滑液出口压力，保证冷却润滑液能够作用在加工区域，冷却润滑液主流道的直径应该控制在1.2mm以内。具体尺寸以加工时，不同直径下加工量的不同，产生的热不同而决定。

2、为了进一步的避免，加工过程中刀头的热量传递至刀柄或与刀柄连接的其他零件上，导致刀具或其他零件的损坏，所述冷却润滑液主流道1设置为螺旋状，以增大冷却面积，提高冷却效率。

3、齿轮铣刀的铣刀刀片03还可以设计为外刀片031和内刀片032的组合形式，外刀片031安装在靠近齿部的齿顶位置，内刀片032安装在靠近齿部的齿根位置；由于冷却润滑液副流道2数量与铣刀刀片03数量一致，且每条冷却润滑液副流道2出口朝向铣刀刀片03；相对应的，在内、外铣刀片的这种结构下，外刀片031的冷却依靠外刀片冷却润滑液副流道21，内刀片032的冷却依靠内刀片冷却润滑液副流道22。

该实施例齿轮铣刀的制造主要包括以下步骤：

【1】利用冲压方式在刀柄内设置冷却润滑液主流道和第一中间冷却润滑液流道；

【2】利用三维建模软件对齿轮铣刀刀体进行三维建模设计；

【3】利用流体仿真软件对第二中间冷却润滑液流道、冷却润滑液副流道的参数进行设计优化；保证润滑冷却流道在刀具加工过程中，润滑冷却液流量满足刀具的整体冷却要求，能够将润滑冷却液顺利输送至刀具切削加工区域；

【4】采用切片处理软件对面铣刀刀体模型进行分层切片处理，并对冷却润滑液暂存区域添加支撑，保证齿轮铣刀刀体的整体刚性的同时润滑冷却液能够顺利进入、流出暂存区域，后导入到3D打印设备中，利用3D打印技术对齿轮铣刀刀体进行制造。

【5】通过螺钉将刀柄和齿轮铣刀刀体固定装配。

Claims (12)

1.一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，包括刀柄、齿轮铣刀本体以及铣刀刀片；铣刀刀片为多个，且分别安装在齿轮铣刀本体的齿部；

其特征在于：

还包括冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道；冷却润滑液副流道数量与所述铣刀刀片数量一致；

冷却润滑液主流道沿轴向设置在刀柄和齿轮铣刀本体内；

多条冷却润滑液副流道沿着圆周均匀设置在齿轮铣刀本体内，且每条冷却润滑液副流道入口均与冷却润滑液主流道连通，每条冷却润滑液副流道出口朝向铣刀刀片；

所述刀柄、齿轮铣刀本体、冷却润滑液主流道以及冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式一体成型；

齿轮铣刀还包括冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在齿轮铣刀本体内的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙，多个孔隙将冷却润滑液主流道和多条冷却润滑液副流道连通，孔隙的直径小于冷却润滑副流道直径；所述基体通过3D打印的方式成型，且基体的材质与所述齿轮铣刀本体或刀柄的材质一致。

2.根据权利要求1所述的具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，其特征在于：冷却润滑主流道的直径为1mm-1.2mm，冷却润滑副流道直径为0.5mm至0.75mm。

3.根据权利要求2所述的具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

4.根据权利要求3所述的具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，其特征在于：所述铣刀刀片包括外刀片以及内刀片，外刀片安装在靠近所述齿部的齿顶位置，内刀片安装在靠近所述齿部的齿根位置，相对应的，多条冷却润滑液副流道分为对外刀片进行冷却的外刀片冷却润滑液副流道，为对内刀片进行冷却的内刀片冷却润滑液副流道。

5.根据权利要求4所述的具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，其特征在于：所述铣刀刀片通过螺钉连接或者焊接的方式固定安装在所述齿部上。

6.一种数控铣床，包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，刀柄夹持部上安装如权利要求5的齿轮铣刀，齿轮铣刀内的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部上的内冷却流道连通。

7.一种具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，包括刀柄、齿轮铣刀本体以及铣刀刀片；铣刀刀片为多个，且分别安装在齿轮铣刀本体的齿部；

其特征在于：

齿轮铣刀本体沿中轴线开设有一台阶通孔，刀柄插装在所述台阶通孔的小径孔内，一螺钉从所述台阶通孔的大径孔内穿过并与减振刀柄螺纹连接，从而在刀柄、齿轮铣刀本体大径孔以及螺钉之间形成一个封闭的腔室；

刀柄内部设置冷却润滑液主流道，且沿轴向布置；刀柄内还设有将冷却润滑液主流道和所述腔室连通的多条第一中间冷却润滑液流道；

齿轮铣刀本体内设置包括第二中间冷却润滑液流道、多条冷却润滑液副流道以及设置在第二中间冷却润滑液流道和多条冷却润滑液副流道之间的冷却润滑液暂存区；

第二中间冷却润滑液流道至少为一条，并与所述腔室连通；

冷却润滑液副流道的数量与铣刀刀片数量一致，且每条冷却润滑液副流道入口均与冷却润滑液暂存区连通，每条冷却润滑液副流道出口朝向铣刀刀片；

冷却润滑液暂存区包括设置在齿轮铣刀本体内的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙，孔隙的直径小于冷却润滑副流道直径；

所述齿轮铣刀本体、冷却润滑液主流道、第一中间冷却润滑液流道、第二中间冷却润滑液流道、基体、冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。

8.根据权利要求7所述的具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，其特征在于：冷却润滑主流道的直径为1mm-1.2mm，冷却润滑副流道直径为0.5mm至0.75mm。

9.根据权利要求8所述的具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

10.根据权利要求9所述的具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，其特征在于：所述铣刀刀片包括外刀片以及内刀片，外刀片安装在靠近所述齿部的齿顶位置，内刀片安装在靠近所述齿部的齿根位置，相对应的，多条冷却润滑液副流道分为对外刀片进行冷却的外刀片冷却润滑液副流道，为对内刀片进行冷却的内刀片冷却润滑液副流道。

11.根据权利要求10所述的具有自冷却润滑结构的齿轮铣刀，其特征在于：所述铣刀刀片通过螺钉连接或者焊接的方式固定安装在所述齿部上。

12.一种数控铣床，包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，刀柄夹持部上安装如权利要求11的齿轮铣刀，齿轮铣刀内的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部上的内冷却流道连通。

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