一種利用螺旋錐套自動補償離心膨脹的高速刀柄的制作方法

本實用新型屬于機械加工領域，特別涉及一種應用于高速加工的刀柄。

背景技術：

高速加工技術可有效的提高加工表面質量和刀具壽命、減小切削力、降低切削溫度、提高加工效率以及可加工各種難加工材料等特性，對機械制造業快速發展有著極其重要的意義。高速加工工具系統主要是指機床主軸與刀具的連接系統，由主軸、刀柄、刀具、夾頭和夾緊機構等組成，其核心是連接刀柄。傳統的BT工具系統多年來應用廣泛。但是在高速條件下，由于離心力的作用，BT工具系統的定位精度和聯接剛度明顯下降。在拉刀力的作用下，刀具的軸向位置發生變化，因而影響加工精度，無法滿足高速加工的要求。為了適應高速切削加工對工具系統的要求，美國、德國、日本等發達國家先后開發出了各種先進的高速刀柄和工具系統。主要分為兩種類型，一種是替代型設計，一種是改進型設計。替代型設計主要有：德國HSK刀柄、美國KM刀柄、瑞典CAPTO刀柄、日本NC5刀柄等。改進型設計主要有：日本的BIG-PLUS刀柄、SHOWA D-F-C刀柄和3LOCK刀柄等。

SHOWA D-F-C刀柄將錐柄分為了圓柱柄體和錐套兩部分，錐套端面設有碟形彈簧。高速轉動下，錐套沿軸向運動來彌補錐套與主軸之間的徑向間隙。但是高速轉動下，由于錐套與圓柱柄之間出現新的間隙，所以這種刀柄在高速加工下徑向剛度仍然較差。

為了解決這一問題，日本的株式會社日研所開發了3LOCK刀柄，柄體為圓柱體和錐套的組合，柄體外配有開縫錐套，錐套端面與柄體法蘭面之間設有碟形彈簧，并使用鎖母，對錐套進行定位與鎖緊。3LOCK刀柄不但具有SHOWA D-F-C刀柄的優點，在碟形彈簧的作用下，由于錐套開有縫隙，錐套內徑會收縮，因此消除了高速下錐套與柄體之間產生的間隙。

但3LOCK在高速加工時，由于錐套開有直縫，無法保證動平衡精度。動平衡精度過低，會影響工件的加工精度和表面質量，也會影響主軸軸承和刀具的使用壽命。

針對這一問題，本實用新型結合3LOCK刀柄的結構特點，改變錐套縫隙的形狀，解決3LOCK刀柄在高速下動平衡精度低的問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種螺旋錐套自動補償離心膨脹高速刀柄，錐套開有整周螺旋縫，可在周向方向上進行收縮和擴張。相比于3LOCK刀柄，動平衡精度明顯提高，更適合高速加工。

本實用新型刀柄與3LOCK刀柄結構相同，不同點在于錐套開縫形狀：該刀柄錐套開縫形式為整周螺旋縫，而3LOCK刀柄錐套的開縫形式為直縫。該刀柄采用的是7/24的長錐實心設計，刀柄分為刀柄本體1-6和螺旋錐套1-4兩個部分。夾緊時端面和錐面同時接觸實現兩面夾緊。

本實用新型刀柄主要由細牙鎖母1-2、螺旋錐套1-3、碟形彈簧1-4以及刀柄本體1-6四部分組成(如圖1所示)。刀柄本體柄部為圓柱體和錐體的組合，在該復合體上安裝的帶外錐面的錐套開有整周螺旋縫，錐套大端與刀柄本體的法蘭端面之間設有蝶形彈簧，錐套小端通過擰在刀柄本體柄部上的細牙鎖母定位和夾緊。刀柄本體柄部部分采用實心結構，并且根據標準拉釘結構設置安裝拉釘的螺紋孔。在刀柄本體的法蘭端面上，加工有用于安放碟形彈簧的溝槽。碟形彈簧采用非標準件，需保證具有足夠的彈性模量。細牙鎖母也同樣采用非標準件，細牙鎖母內孔有和刀柄本體柄部部分配合的螺紋，外圓具有7:24錐度，用于與主軸內孔配合。

當高速旋轉因離心力致使錐孔擴張時，在碟形彈簧的作用下，錐套產生軸向位移，補償錐套外錐面與主軸錐孔之間的徑向間隙，確保徑向精度。同時由于離心力的作用錐套和刀柄本體柄部之間也會出現間隙，在碟形彈簧的軸向作用下，錐套發生徑向收縮來補償錐套內孔和刀柄本體柄部之間出現的間隙。

安裝好碟形彈簧以后，將螺旋錐套和細牙鎖母先后安裝。細牙鎖母的目的在于對螺旋錐套的定位與鎖緊。

本發明專利具有如下優點：

1.本發明保留了3LOCK刀柄的結構特點，與現有的7：24錐度主軸具有良好的互換性能。

2.本發明為實心結構，實心結構可以使得本刀柄的抗高頻顫振能力優于短錐空心結構刀柄。

3.螺旋錐套結構的使用，不僅解決了SHOWA D-F-C刀柄和3LOCK刀柄的缺點，更兼具有二者的優點，能達到更高的動平衡精度，更適合于高速加工。

附圖說明

圖1為本實用新型刀柄-主軸主視示意圖。

圖2為本實用新型螺旋錐套的右視示意圖。

圖3為本實用新型螺旋錐套的主視示意圖。

具體實施方式

如圖1所示分別為主軸1-1、拉釘1-2、細牙鎖母1-3、螺旋錐套1-4、碟形彈簧1-5和刀柄柄體1-6。具體安裝時，首先將刀柄裝入主軸1-1，刀柄錐面(螺旋錐套1-4)與主軸錐面重合，此時刀柄本體法蘭端面與主軸端面之間依然留有部分間隙。在拉釘1-2的拉刀力作用下刀柄本體繼續向主軸內部移動。此時碟形彈簧1-5受到刀柄本體柄部和螺旋錐套1-4的兩側壓力，在此壓力作用下發生彈性變形，儲存一定的彈性勢能。這時螺旋錐套1-4和細牙鎖母1-3接觸端分開，二者之間出現一定的間隙。在拉釘拉緊力作用下，最終刀柄本體的法蘭端面和主軸的端面接觸，完成安裝。

如圖2、圖3所示分別為螺旋錐套的右視、主視示意圖。錐套上開縫的形式為整周螺旋縫，裝入刀柄后，將錐套沿徑向慢慢撐開。此時錐套的內、外徑都會增大，增大了錐套圓周方向上的彈性。最后對錐套內孔和外錐面進行磨削加工，保證其內孔、外錐面的尺寸精度和粗糙度的要求。

高速加工時，在離心力的作用下主軸內孔、螺旋錐套、刀柄本體柄部都發生不同程度的彈性膨脹，其中主軸內錐面的膨脹量大于螺旋錐套的膨脹量大于刀柄本體柄部的膨脹量。因此在主軸內孔和螺旋錐套外錐面之間、螺旋錐套內孔和刀柄本體柄部之間產生間隙。此時，由于之前碟形彈簧儲存一定的彈性勢能，碟形彈簧推動螺旋錐套軸向移動來補償主軸內錐面與螺旋錐套外錐面的間隙，保證螺旋錐套與主軸的緊密接觸，確保一定的接觸應力。同時，螺旋錐套在此接觸應力下發生徑向收縮，內徑減小，補償螺旋錐套內孔與刀柄本體柄部之間的間隙。因為錐套開有整周螺旋縫，縫隙大小可在整周變化，相比于3LOCK刀柄開有直縫的錐套，有更高的動平衡精度，更適合高速加工。