一种非圆的锥面直拉紧式接口的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于切削加工技术领域，具体涉及一种非圆的锥面直拉紧式接口。
【背景技术】
[0002]装夹系统的选择是数控机床配置中的重要内容之一，它不仅影响数控机床的生产效率，而且直接影响零件的加工质量。合理选用装夹系统，可在经济的条件下取得事半功倍的效果。装夹系统分为整体式与模块式两种:整体式，装夹刀具的工作部分与其在机床上安装定位刀柄部分是一体的，如果所用刀具类型多，则刀柄规格也就多，所以刀柄对机床与零件的变换适应能力较差;模块式，通过各种系列化的模块组装而成，针对不同的加工零件和机床，采取不同的组装方案，从而提高刀柄的适应能力和利用率。模块式装夹系统由直接安装固定在机床主轴上的刀柄模块、中间连接的刀杆模块、头部夹持的刀具模块三部分组成，通过不同规格的刀杆模块即可装夹不同类型的刀具，满足各种加工需求。
[0003]目前，在机械加工领域中，对机床主轴的转速要求逐步提升，进而对工具系统可靠性也提出了进一步的要求，刀柄和刀杆的接口是现代高速机床的重要组成部分，其技术水平的高低决定了工件的加工精度和加工效率。传统的刀杆，一端安装刀具，另一端做成圆柱形或圆锥形，与其连接配合的刀柄也需做成相应的圆柱形或圆锥形;工作时，旋转扭矩的传递通过销连接、驱动键连接或者多角形连接来实现，但是上述连接需要另外设置，增加成本和加工难度，而且上述连接都存在间隙配合，连接精度无法保证，此外这种配合会导致扭矩在传递过程中损失，影响加工精度和生产效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种非圆的锥面直拉紧式接口，能够方便地高精度定心，确保了精确可靠的对中，且无需另外设置驱动键或者多角形来传递扭矩。
[0005]本发明的技术方案为:
一种非圆的锥面直拉紧式接口，包括刀杆和刀柄，所述刀杆前部为非圆椎体、锥度比为1:20的空心短锥结构，所述刀柄的端部设有与刀杆前部相适配的空腔，刀杆前部套接于所述空腔内部。非圆椎体是指截面形状非圆形的椎体，如棱锥体、棱柱体等。
[0006]上述的非圆的锥面直拉紧式接口，还包括拉紧螺钉，所述刀柄的内部沿轴向方向设有用于安装所述拉紧螺钉的阶梯孔和与所述拉紧螺钉相适配的第一螺纹孔，所述第一螺纹孔与所述空腔相连通;所述刀杆前部的内部设有与所述拉紧螺钉相适配的第二螺纹孔，所述拉紧螺钉通过螺纹配合将刀柄和刀杆前部相连接。
[0007]上述的非圆的锥面直拉紧式接口，所述拉紧螺钉为内六角螺钉。
[0008]上述的非圆的锥面直拉紧式接口，所述刀杆前部为三棱锥体或四棱锥体或五棱锥体或六棱锥体或七棱锥体，上述棱锥体均为正棱椎体，并且棱椎体的顶部设计为平行于该棱锥体的底面的平面(棱锥体的底面和平行于底面的一个截面间的部分，也叫做棱台)；刀杆前部的棱、及棱与棱之间的锥面为弧形。
[0009]上述的非圆的锥面直拉紧式接口，所述刀杆前部的横截面廓形曲线为等距曲线，所述刀柄和所述刀杆前部构成等距型面连接。
[0010]上述的非圆的锥面直拉紧式接口，所述刀杆前部与所述空腔之间为紧密配合。
[0011]上述的非圆的锥面直拉紧式接口，所述刀杆前部采用磨床磨削制成。
[0012]本发明的有益效果:
本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口设置了非圆椎体的刀杆前部，刀杆前部可以设计为三棱锥体、四棱锥体、五棱锥体、六棱锥体、七棱锥体等多种棱锥结构，能够方便地实现高精度定心，刀杆和刀柄同时进行锥面和端面配合，采用双面定位夹紧的方式，也正是因为这种定位方式，确保了精确可靠的对中，使得本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口在连接刀杆和刀柄的时候能够完全消除轴向定位误差，该连接结构在空间三个方向的重复定位精度为5M1，跳动精度为8μπι，使得可换式刀杆应用于高精度切削成为可能;更为重要的是，本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口无需另外设置驱动键或者多角形即可传递扭矩，应力集中小，传递扭矩大，也降低了精度损失的风险，减少了生产成本。具体到本发明所采用的技术方案，还有以下多个方面的有益效果:
(I)本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口中，设计了独特的非圆椎体的空心短锥结构，这种结构具有表面积大且精度保持性好的优点，因此在工作时，刀杆前部的表面压力低、不易变形、磨损小，有效地保证了接口的精度和耐用度，进而提高加工精度和生产效率；将非圆椎体的结构设计到刀杆上而非刀柄上，这样便不必受到机床主轴接口的限制，都可随意地更换所使用的刀具类型，而刀柄相对来说是基于机床主轴而确定的，只能使用机床主轴所指定的刀柄；刀杆前部设计为非圆椎体且锥度比为1:20的小锥度，这种空心短锥结构的自锁力远大于其它结构的自锁力，更具可靠性，能够方便地实现高精度定心，而且刀杆前部套接于空腔内，刀杆中部呈圆柱状，其端面与刀柄端部紧密配合，同时构成锥面和端面配合，锥面配合保证了接口的径向定位精度，端面配合保证了接口的轴向定位精度及轴向刚度，由此进一步保证了刀杆和刀柄的同心度。
[0013](2)本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口中，刀柄的内部设有拉紧螺钉，该拉紧螺钉通过螺纹配合将刀柄和刀杆前部相连接，拉紧螺钉的拉紧力可以使呈圆柱状的刀杆中部的端面和刀柄端部靠紧，达到一定的接触应力，从而使锥面和端面同时实现定位和夹紧的功能，保证接口的轴向定位精度和轴向刚度;而且此连接结构因没有销连接、驱动键连接或者多角形连接等部件，因此不存在使用驱动键等引起的扭曲问题，在几乎全部的工具系统连接结构中，通常都是依靠驱动键来传递切削扭矩，这会在驱动键上产生应力集中，而这样就会降低工具系统的使用寿命，驱动键及键槽配合间隙带来的相位误差会使得定位精度下降；而本发明采用非圆椎体的空心短锥结构这种无驱动键和键槽的对称结构，无需驱动键来传递切削扭矩，这样就不会出现常说的“咔哒”声，这对车削工序非常重要，且该类空心短锥结构的切削扭矩分布均匀，有利于提高其扭转刚性。
[0014](3)呈圆柱状的刀杆中部的端面和刀柄端部之间为紧密配合，所述刀杆前部与所述空腔之间也为紧密配合，上述配合方式不仅实现了刀柄和刀杆同时进行锥面和端面配合的双面定位夹紧的方式，也保证了锥面和端面极高的贴合率，可以使刀杆中部与刀柄的端部之间以及刀杆前部和空腔之间形成无间隙定位，避免了间隙的存在导致的接口连接精度的降低，同时避免了扭矩在传递过程中的损失。
[0015](4)本发明中刀柄的内部沿轴向方向设有用于安装所述拉紧螺钉的阶梯孔，这种阶梯孔的设计为拉紧螺钉提供了安装位置，使得接口由内向外夹紧;而且拉紧螺钉的头部内侧靠接所述阶梯孔转折处的阶梯面，这样可以使拉紧螺钉的安装位置更稳固，有利于提供更高的夹紧力，保证接口的稳定连接。
[0016](5)本发明中所用的拉紧螺钉为内六角型，通过六角扳手可以很方便地安装和拆卸本发明的接口，省时省力。
[0017](6)本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口中，所述空心短锥结构的棱、及棱与棱之间的锥面为弧形，此种设计可以使应力分布较为均匀，而且接触面积较大，应力集中情况不明显，无论旋转速度如何都无尖峰，在工作过程中频繁换刀的情况下出现磨损的几率较小，对接口的精度及耐用度都有良好的保护作用。
[0018](7)所述刀杆前部的横截面廓形曲线设计为等距曲线，刀柄和刀杆前部构成等距型面连接，使刀杆前部和刀柄端部的空腔具有完美的定心作用，可以使负荷对称地分布在刀杆前部上，确保了精确对中。
[0019](8)本发明中刀杆前部的内外两个配合面是用磨床磨削而成，在磨床上能够磨削出多边形锥体和接触端面是磨削技术的一大突破，而且磨削可以保证刀杆前部较高的尺寸精度，从而使本发明所述接口的连接配合极好，连接精度高，这种高精度的配合保证了扭矩不会在传递过程中损失，保证加工精度和生产效率。
[0020]此外本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口具有优异的截面强度，可使用更高的夹紧力，从而确保优异的抗弯刚性和使用所述接口的刀具的刃部精度和重复定位精度;本发明也可根据不同的刀具直径来改变自身的尺寸，适用于多种类型的刀具例如普通铣刀、镗刀、球头铣刀等，需要更换刀具时，刀柄不受任何影响，不断变化的刀具仅需通过刀杆的更换，就能实现互换要求，极大地优化了刀具的快速更换操作及调刀时间，缩减了刀柄更换的成本，从而使本发明系列化模块化。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的三棱锥体的刀杆的结构示意图；
图3为四棱锥体的刀杆的主视图；
图4为图3中刀杆的右视图；
图5为图3中的刀杆A-A剖面示意图；
图6为五棱锥体的刀杆的主视图；
图7为图6中刀杆的右视图；
图8为图6中的刀杆A-A剖面示意图；
图9为六棱锥体的刀杆的主视图；
图10为图9中刀杆的右视图；
图11为图9中的刀杆A-A#lj面不意图；
图12为七棱锥体的刀杆的主视图；
图13为图12中刀杆的右视图；
图14为图12中的刀杆A-A剖面示意图； I一一刀杆前部;2一一刀柄;3一一拉紧螺钉;4一一圆柱体;5一一清根槽;6一一第二螺纹孔;7--刀杆。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出具体的说明:
本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口，刀杆前部可以设计为如图2所示的三棱锥体、如图3至5所示的四棱锥体、如图6至8所示的五棱锥体、如图9至11所示的六棱锥体、如图12至14所示的七棱锥体(图4、图7、图10和图13中的虚线仅为展示棱锥体形状，不表示棱锥体的实际结构)，上述棱锥的顶部设计为平行于该棱锥的底面的平面，下面以如图2和3所示的三棱锥体为例进行说明。
[0023]如图1和2所示，本发明所述的一种非圆的锥面直拉紧式接口，包括刀杆7和刀柄2，所述刀杆前部I采用磨床磨削制成，设计为三棱锥体、锥度比为1:20的空心短锥结构，所述刀柄2的端部设有与刀杆前部I相适配的空腔，刀杆前部I套接于所述空腔内部，所述刀杆前部I与所述空腔之间为紧密配合，刀杆中部4呈圆柱状，其端面与刀柄2的端部紧密配合，由此刀杆7和刀柄2同时进行锥面和端面配合，实现了双面定位夹紧的方式。进一步地，所述刀杆前部I的棱、及棱与棱之间的锥面设计为弧形，其中棱的弧度设为R3，弧度半径为3 mm，棱与棱之间的锥面的弧度设为R15，弧度半径为15 mm，其横截面廓形曲线形成等距曲线，所述刀柄2和所述刀杆前部I构成等距型面连接。本发明还包括拉紧螺钉3，所述拉紧螺钉3为内六角螺钉;所述刀柄2的内部沿轴向方向设有用于安装所述拉紧螺钉3的阶梯孔和与所述拉紧螺钉3相适配的第一螺纹孔，所述第一螺纹孔与所述空腔相连通;第一螺纹孔的末端设有清根槽5，以保证拉紧螺钉3与第一螺纹孔的完整配合，这也是螺纹孔加工的常用手段，螺纹加工时，往往在螺纹末端处的螺纹是不能旋入的，为了保证螺纹能旋到底，将螺纹末端处加工一个槽出来，这个槽就叫清根槽;所述刀杆前部I的内部设有与所述拉紧螺钉3相适配的第二螺纹孔6，所述拉紧螺钉3通过螺纹配合将刀柄2和刀杆前部I相连接。
[0024]使用时，将刀杆前部I套接于刀柄2端部的空腔内，使其紧密配合，再将拉紧螺钉3从刀柄2的另一端插入，使用六角扳手旋转拉紧螺钉3使其依次旋入第一螺纹孔和第二螺纹孔6内，刀柄2和刀杆7相连接，同时刀杆中部4的端面与所述刀柄2的端部之间构成紧密配合，由此构成直拉紧式接口。需要更换刀具时，使用六角扳手旋出拉紧螺钉3，更换刀杆7就能实现刀具的更换，极大地优化了刀具的快速更换操作及调刀时间。
[0025]本发明所述的非圆的锥面直拉紧式接口在连接刀杆和刀柄的时候能够完全消除轴向定位误差，该连接结构在空间三个方向的重复定位精度为5μπι，跳动精度为8μπι，而且本发明采用非圆椎体的空心短锥结构这种无驱动键和键槽的对称结构，无需驱动键来传递切削扭矩，应力集中小，无论旋转速度如何都无尖峰，这样就不会出现常说的“咔哒”声，这对车削工序非常重要，使得可换式刀杆应用于高精度切削成为可能。
[0026]最后所应说明的是:上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。
【主权项】
1.一种非圆的锥面直拉紧式接口，包括刀杆和刀柄，其特征在于:所述刀杆前部为非圆椎体、锥度比为1:20的空心短锥结构，所述刀柄的端部设有与刀杆前部相适配的空腔，刀杆前部套接于所述空腔内部。2.根据权利要求1所述的非圆的锥面直拉紧式接口，其特征在于:还包括拉紧螺钉，所述刀柄的内部沿轴向方向设有用于安装所述拉紧螺钉的阶梯孔和与所述拉紧螺钉相适配的第一螺纹孔，所述第一螺纹孔与所述空腔相连通;所述刀杆前部的内部设有与所述拉紧螺钉相适配的第二螺纹孔，所述拉紧螺钉通过螺纹配合将刀柄和刀杆前部相连接。3.根据权利要求2所述的非圆的锥面直拉紧式接口，其特征在于:所述拉紧螺钉为内六角螺钉。4.根据权利要求1或2所述的非圆的锥面直拉紧式接口，其特征在于:所述刀杆前部为三棱锥体或四棱锥体或五棱锥体或六棱锥体或七棱锥体，刀杆前部的棱、及棱与棱之间的锥面为弧形。5.根据权利要求4所述的非圆的锥面直拉紧式接口，其特征在于:所述刀杆前部的横截面廓形曲线为等距曲线，所述刀柄和所述刀杆前部构成等距型面连接。6.根据权利要求1所述的非圆的锥面直拉紧式接口，其特征在于:所述刀杆前部与所述空腔之间为紧密配合。7.根据权利要求1所述的非圆的锥面直拉紧式接口，其特征在于:所述刀杆前部采用磨床磨削制成。
【专利摘要】本发明提供了一种非圆的锥面直拉紧式接口，包括刀杆和刀柄，所述刀杆前部为非圆椎体、锥度比为1：20的空心短锥结构，所述刀柄的端部设有与刀杆前部相适配的空腔，刀杆前部套接于所述空腔内部。本发明所述的接口能够方便地高精度定心，确保了精确可靠的对中，且无需另外设置驱动键或者多角形来传递扭矩。
【IPC分类】B23Q3/12, B23B29/04, B23C9/00
【公开号】CN105710402
【申请号】CN201610232985
【发明人】张鹏飞, 张海斌, 周理根, 常浩涛
【申请人】郑州市钻石精密制造有限公司