專利名稱：一種自適應(yīng)高速刀柄的制作方法
一種自適應(yīng)高速刀柄技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于機(jī)械加工領(lǐng)域，特指一種能同時(shí)適應(yīng)普通加工和高速加工刀柄，用于機(jī)床與刀具之間連接，特別適用于精密、高速加工機(jī)床。
背景技術(shù)：
刀柄的性能對(duì)機(jī)械加工的精度、表面質(zhì)量、效率、刀具壽命、加工成本等方面有直接影響。長(zhǎng)期以來，BT (7: 錐度)刀柄廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)床中，取得了良好的效果。隨著高速電主軸技術(shù)的成熟，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速越來越高，傳統(tǒng)的機(jī)床主軸一刀具接口的設(shè)計(jì)理論并沒有考慮離心力的影響問題，因此將傳統(tǒng)的機(jī)床BT (7: 錐度)刀柄用于高速加工中， 生產(chǎn)了許多預(yù)想不到的問題，主要是刀柄軸向內(nèi)陷主軸孔內(nèi)導(dǎo)致主軸一刀具接口連接剛度下降，刀具磨損加劇，表面加工質(zhì)量下降、刀具裝卸困難等問題。
為了解決高速加工時(shí)離心力刀柄性能的影響，必須解決刀柄軸向內(nèi)陷主軸孔內(nèi)所引起的一系列問題，目前有兩種解決方法(1)改變傳統(tǒng)的主軸一刀具接口結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的實(shí)心長(zhǎng)錐結(jié)構(gòu)的刀柄改為空心短錐結(jié)構(gòu)，如德國(guó)的HSK刀柄，美國(guó)KM刀柄，瑞士 CAPTO刀柄。這是一種過定位結(jié)構(gòu)，通過刀柄的空心短錐體變形，保證了刀柄錐面和端面與主軸錐面和端面同時(shí)定位與夾緊，補(bǔ)償了由于離心力導(dǎo)致的刀柄與主軸孔的變形差異。
(2)不改變傳統(tǒng)的主軸一刀具接口結(jié)構(gòu)，通過提高主軸和刀柄的制造精度，嚴(yán)格控制主軸或刀柄的變形，保證刀柄錐面與端面與主軸孔的錐面和端面同時(shí)定位與夾緊，日本的BIG-plus刀柄，AHO刀柄采用了這種方法。
這兩種方法都采用了主軸與刀柄的過定位結(jié)構(gòu)。第一種方法存在的問題是刀柄與目前機(jī)床主軸不兼容，無法用于普通機(jī)床的加工，造成工廠刀柄品種多，增加了刀具的管理費(fèi)用。第二方法雖然解決了與目前機(jī)床主軸兼容性問題，但又大大地提高了主軸和刀柄的加工精度，提高了主軸和刀柄的制造難度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有自適應(yīng)能力的高速刀柄，既可用于高速加工，又可與傳統(tǒng)的普通機(jī)床兼容，用于普通加工，解決目前高速刀柄存在的兼容性差，加工精度高的問題。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案為本發(fā)明以高速加工時(shí)的離心力為動(dòng)力，以斜楔增力自鎖機(jī)構(gòu)為支承單元，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高速加工時(shí)刀柄軸向定位與夾緊。在傳統(tǒng)刀柄法蘭面上加工3 8個(gè)軸向補(bǔ)償孔，在原刀柄圓柱表面加工與之正交的3 8個(gè)徑向孔。每個(gè)軸向補(bǔ)償孔內(nèi)安裝一個(gè)支承滑柱，每個(gè)徑向孔內(nèi)安裝一個(gè)滑柱斜楔和回位彈簧。利用離心力和斜楔的自鎖作用，使支承滑柱與主軸端面可靠地接觸，避免高速加工時(shí)刀柄徑向漂移和內(nèi)陷，從而解決傳統(tǒng)刀柄在高速加工時(shí)出現(xiàn)的問題。為了防止支承滑柱從補(bǔ)償孔脫落，支承滑柱的外側(cè)中部開有一段防脫槽，所述防脫落圈的內(nèi)側(cè)凸齒位于防脫槽內(nèi)并用壓緊螺釘將防脫落圈固定在刀柄法蘭面上。本發(fā)明相關(guān)功能參數(shù)可在以下范圍內(nèi)選擇
刀柄法蘭面上軸向孔3 8個(gè)，軸向孔的直徑Cl1 = 4 10mm，深度5 40mm ； 刀柄圓柱表面徑向孔3 8個(gè)，徑向孔d2 = 4 10mm，深度5 40mm ； 斜楔滑柱的斜楔角度，以保證斜楔機(jī)構(gòu)能夠自鎖。為防止斜楔滑柱轉(zhuǎn)動(dòng)，斜楔滑柱設(shè)計(jì)為在一個(gè)圓柱體表面上加工出一個(gè)斜槽的結(jié)構(gòu)，斜槽與支承滑柱下端配合間隙為0. 02、. 1mm，裝配時(shí)將支承滑柱下端裝入斜楔滑柱的斜槽內(nèi)。刀柄在高速加工中實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功能的作用過程為
當(dāng)主軸與刀柄一起高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力的作用，徑向孔內(nèi)的斜楔滑柱徑向朝外移動(dòng)，斜楔面推動(dòng)軸向孔內(nèi)的支承滑柱向上移動(dòng)，直到與主軸端面接觸，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了主軸端面對(duì)刀柄的軸向支承，解決了高速加工時(shí)刀柄軸向內(nèi)陷主軸的問題。當(dāng)機(jī)床主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 徑向朝外的離心力消失，徑向孔內(nèi)的斜楔滑柱在彈簧回復(fù)力的作用下徑向朝內(nèi)移動(dòng)，支承滑柱向下移動(dòng)退回刀柄孔內(nèi)。本發(fā)明還有另外一個(gè)特點(diǎn)，即刀柄工作轉(zhuǎn)速越高，刀柄的軸向支承作用越強(qiáng)。當(dāng)?shù)侗ぷ鬓D(zhuǎn)速提高時(shí)，徑向孔內(nèi)的斜楔滑柱受到的朝外離心力增大，由此產(chǎn)生的推動(dòng)支承滑柱向上作用于主軸端面的支承力增大，軸向支承作用增強(qiáng)，阻止刀柄軸向內(nèi)陷主軸的能力增強(qiáng)。本發(fā)明與其它用于高速加工的刀柄相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)主軸孔的結(jié)構(gòu)和精度都沒有特殊要求，可以同時(shí)適用于傳統(tǒng)機(jī)床和高速機(jī)床。(2)使用前不需要對(duì)刀柄進(jìn)行調(diào)整，使用更方便。本發(fā)明利用了離心力推動(dòng)斜楔滑柱，使支承滑柱能自動(dòng)與主軸可靠地接觸并自鎖，阻止了刀柄軸向內(nèi)陷。(3)對(duì)改進(jìn)的結(jié)構(gòu)和增加的零件都沒有特別高的精度要求，制造方便。


圖1為本發(fā)明的工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中A部位的放大圖。圖中，1.主軸，2. BT刀柄，3.防松螺釘，4.回位彈簧，5.防脫落圈，6.壓緊螺釘，7.支承滑柱，8.斜楔滑柱，9.徑向孔，10.軸向補(bǔ)償孔。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例詳細(xì)說明如下
如圖2所示，以BT40刀柄為例，本實(shí)施例的相關(guān)功能參數(shù)的具體如下 刀柄法蘭面上軸向孔4個(gè)，軸向孔的直徑Cl1 = 5mm，深度12mm 刀柄圓柱表面徑向孔4個(gè)，徑向孔d2 = 5mm，深度18mm 滑柱斜楔的角度α =5°，斜槽寬度為2mm，與支承滑柱下端的配合間隙0.05mm。其工作過程如圖1所示
當(dāng)主軸1未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀柄2軸向孔10內(nèi)的支承滑柱7與主軸1端面不接觸。當(dāng)主軸1 和刀柄2—起高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力的作用，徑向孔9內(nèi)的斜楔滑柱8徑向朝外移動(dòng)，斜楔面推動(dòng)軸向孔10內(nèi)的支承滑柱7向上移動(dòng)，直到與主軸1端面接觸。由于斜楔滑柱8的斜楔角度α=6°，小于自鎖角，因此能保持自鎖狀態(tài)，進(jìn)而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了主軸1端面對(duì)刀柄2 的軸向支承，解決了刀柄2軸向內(nèi)陷主軸1孔的問題。當(dāng)機(jī)床主軸1停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，徑向朝外的離心力消失，徑向孔9內(nèi)的斜楔滑柱8在回位彈簧4回復(fù)力的作用下徑向朝內(nèi)移動(dòng)，支承滑柱7向下移動(dòng)退回刀柄孔內(nèi)。為了保證支承滑柱7既能夠在軸向孔10內(nèi)移動(dòng)，又不會(huì)因移動(dòng)量過大而從軸向孔 10脫落，在支承滑柱7側(cè)面中部加工了一段導(dǎo)向鍵槽，將防脫落圈5內(nèi)圈的凸齒卡入支承滑柱7側(cè)面的導(dǎo)向鍵槽內(nèi)并用壓緊螺釘6將防脫落圈5固定在刀柄2的端面上。斜楔滑柱8設(shè)計(jì)為在一個(gè)圓柱體表面上加工出一個(gè)斜槽的結(jié)構(gòu)。將支承滑柱7下端裝入斜楔滑柱8的斜槽內(nèi)，可以防止斜楔滑柱8的轉(zhuǎn)動(dòng)，保證斜楔機(jī)構(gòu)工作可靠。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)高速刀柄，其特征是，在傳統(tǒng)刀柄法蘭面上加工多個(gè)軸向補(bǔ)償孔(10)， 在原刀柄圓柱表面加工多個(gè)與軸向補(bǔ)償孔(10)正交的徑向孔(9);每個(gè)軸向補(bǔ)償孔(10)內(nèi)安裝一個(gè)支承滑柱(7)，每個(gè)徑向孔(9)外安裝防松螺釘(3)，每個(gè)徑向孔(9)內(nèi)安裝一個(gè)斜楔滑柱(8)和回位彈簧(4)，回位彈簧(4)處于防松螺釘(3)與斜楔滑柱(8)之間，斜楔滑柱 (8)為在一個(gè)圓柱體表面上加工出一個(gè)斜楔角為α的斜槽，斜楔滑柱(8)的斜槽與支承滑柱(7)下端間隙配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)高速刀柄，其特征是，還包括防脫落圈(5)和壓緊螺釘(6)，所述支承滑柱(7)的外側(cè)中部開有一段防脫槽，所述防脫落圈(5)內(nèi)側(cè)凸齒位于防脫槽內(nèi)防止支承滑柱(7)滑脫，壓緊螺釘(6)將防脫落圈(5)固定在刀柄法蘭面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)高速刀柄，其特征是，所述斜楔角α=Γ6°，斜槽與支承滑柱(7)下端配合間隙為0. 02、. 1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)高速刀柄，其特征是，所述軸向補(bǔ)償孔(10)和外側(cè)要求1所述的一種具有自適應(yīng)能力高的速刀柄，其特征是，所述軸向補(bǔ)償孔(10)和徑向孔(9)的數(shù)量為3 8個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)高速刀柄，是在傳統(tǒng)刀柄法蘭面上加工若干個(gè)軸向補(bǔ)償孔，在其圓柱表面加工與之正交的若干個(gè)徑向孔。每個(gè)軸向補(bǔ)償孔內(nèi)安裝一個(gè)支承滑柱，每個(gè)徑向孔內(nèi)安裝一個(gè)斜楔滑柱和回位彈簧。利用離心力和斜楔的自鎖作用，使支承滑柱與主軸端面可靠地接觸。當(dāng)?shù)侗ぷ鬓D(zhuǎn)速提高時(shí)，徑向孔內(nèi)的斜楔滑柱受到的朝外離心力增大，由此產(chǎn)生的推動(dòng)支承滑柱向上作用于主軸端面的支承力增大，軸向支承作用增強(qiáng)，阻止刀柄軸向內(nèi)陷主軸的能力增強(qiáng)。本發(fā)明能很好的解決傳統(tǒng)刀柄在高速加工時(shí)出現(xiàn)的主軸－刀具接口連接剛度下降，刀具磨損加劇，表面加工質(zhì)量下降、刀具裝卸困難等問題。
文檔編號(hào)B23Q3/12GK102490055SQ20111036751
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者徐宇藍(lán), 沈春根, 王樹林, 王貴成, 陳文華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)