[发明专利]一种机床刀具

说明书

本发明公开了一种机床刀具，包括安装于加工机床上的刀具主体、设于所述刀具主体内部的热交换单元和设于所述加工机床上且与所述热交换单元连通的温度控制单元，所述热交换单元包括设于所述刀具主体内部的冷却循环回路和设于所述冷却循环回路和刀具主体内壁之间的热交换结构。通过在刀具主体内部设置冷却循环回路和热交换结构，实现将刀具主体中的热量及时带出达到降温的效果，避免冷却介质对工件和刀具造成污染，便于工件加工的在线监测以实现闭环反馈的方式提升工件加工精度，与此同时，通过温度控制单元对冷却介质的温度进行精确控制，从而大幅提升对刀具温度的控制精度，本发明的机床刀具具有足够的刚度以满足精密和超精密加工的精度需求。

技术领域

本发明涉及精密机械加工领域，具体涉及一种机床刀具。

背景技术

在机械加工过程中，由于刀具与工件之间的摩擦作用，刀具的温度会不断升高，如在车削加工过程中，刀具温度可能会上升到800℃，而过高的温度将会给刀具和工件带来诸多不好的影响。对于刀具而言，一方面如果工作温度很高，将使刀具磨损加快，严重影响刀具寿命；另一方面极高的工作温度将使刀具发生形变，进而影响加工精度，例如，假设摩擦热对刀具的影响长度为10mm，刀具的热膨胀系数为11ppm，在加工过程刀具的工作温度变化为16℃(温度变化率16/800＝2％)，因此而产生的无法受控误差达到1.8um，该误差对于普通加工可以忽略不计，但对于精密和超精密加工，则无法忽略。对于工件方面，过高的切削温度将会灼烧工件表面，一般来讲车削加工时传给工件的热量为10-30％，传给刀具的热量为1-5％，孔加工时，传给工件的热量为50％左右。而在磨削加工中则大部分热量都会传导给工件，如此，一方面将会形成较大的残余应力最终影响加工精度，另一方面，也会对工件表层材料金相构成影响，从而降低工件的质量和寿命。

目前，产业界对该问题的解决的主流手段包括主动式温控手段和被动式温控手段，主动式温控手段主要采用切削液水冷或者气冷对刀具和工件进行降温，该方法一般是在刀具旁边配置切削液或者冷却气喷嘴，或者高压空气喷嘴，通过向工件和刀具喷射切削液或者高压气体实现对加工温度进行限制的目的，也可以直接通过刀具向工件和刀具喷射切削液或者高压气体，从而精简了结构，且冷却更精准。如现有技术中提供的一种高速切削刀具的散热装置及其散热方法和一种内设切削液喷射通道镗刀，上述两种方法都是对现有通用方法的改进，它们共同的缺点就是喷射的冷却气会对工件和刀具造成污染，无法对工件加工进行在线监测以实现闭环反馈的方式提升工件加工精度，其目标仅仅是限制工件加工温度，避免温度太高影响刀具寿命和工件灼伤，并不能对加工温度实现精确控制，以消除刀具误差。现有技术中还提供一种多面型刀具，它采用多个刀刃刀具设计，通过降低单个刀具的工作时间实现对温度的控制，然而在本质上也不能解决问题。被动式温控手段则是通过各种手段对刀具或者加工温度进行监控，比如现有技术中提供的一种车削温度的红外测量装置，通过红外传感器检测刀具的加工温度，而另一种专用于机加工的感应式冷却水系统则是通过闭环反馈方式控制温度，还有一种智能瞬态切削测温刀具制作方法及测温方法，通过在刀具上制造热电偶传感器对刀具进行温度传感，但其并没有降温措施；另一种车削刀具异常状态自适应智能监测系统则是通过检测刀具的温度和震动来判断是否工作正常，上述方案都只是实现了对刀具和工件的温度检测，并没有实现对刀具和加工温度的控制。

发明内容

本发明提供了一种机床刀具，以解决现有技术中存在的容易对工件和刀具造成污染以及未能实现对刀具和加工温度进行控制的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种机床刀具，包括安装于加工机床上的刀具主体、设于所述刀具主体内部的热交换单元和设于所述加工机床上且与所述热交换单元连通的温度控制单元，所述热交换单元包括设于所述刀具主体内部的冷却循环回路和设于所述冷却循环回路和刀具主体内壁之间的热交换结构。