一种利用液性塑料补偿离心膨胀的高速刀柄的制作方法

本发明属于机械加工领域,特别涉及一种高速刀柄。

背景技术：

高速加工是最近几十年发展起来的一种高效的先进制造技术，由于高速切削加工可以有效地提高加工效率，减小切削力，提高加工精度和表面质量，对机械制造业快速发展有着极其重要的意义。高速加工工具系统是高速切削机床的关键组成部分，工具系统主要指主轴、刀柄、夹头、刀具和夹紧机构组成的主轴与刀柄联接系统。作为联接刀具与主轴的纽带，刀柄发挥了极为重要的作用。

在普通的切削加工中广泛使用的是BT刀柄，BT刀柄是一种靠锥面进行定位的单面定位刀柄，刀柄锥面较长且为实心，在低速时加工效果良好。但随着转速的提高，BT刀柄和主轴锥孔都会发生离心膨胀，由于主轴锥孔的离心膨胀量大于BT刀柄的离心膨胀量，导致刀柄锥面与主轴锥孔之间产生径向间隙，刀柄锥面与主轴锥孔的接触面积下降，接口的刚度和径向定位作用下降，所以BT刀柄不能用于高速加工。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够明显提高极限转速、联接刚度高、结构简单、易于实现、适合于高速加工的利用液性塑料补偿离心膨胀的高速刀柄。

本发明主要是将现有的BT刀柄设计为两段式，一段为夹头，另一段为刀柄主体，夹头与刀柄主体之间通过螺钉联接，刀柄主体前端设有V型退刀槽，刀柄主体为空心结构，在刀柄主体空腔的中部和后端分别设有一段锥形槽，使得刀柄主体外锥面形成两段膨胀壁，在刀柄主体的空腔内部设有芯轴、碟形弹簧和液性塑料，所述芯轴的一端设有拉钉孔，在靠近拉钉孔一侧上设有小凸台，在另一侧设有大凸台，在大、小凸台外曲面的中部设有环形沟槽，沟槽内均设有O型密封圈，在大凸台的径向端面上设有对称布置的两个螺纹通孔，芯轴插入刀柄主体后形成一个封闭的空腔，通过大凸台的螺纹通孔注入液性塑料，两个通孔通过油塞进行密封，密封空腔内充满液性塑料，在刀柄主体后端小凸台旁边设有碟形弹簧，机床上的拉杆通过设在该拉钉孔内的拉钉拉紧刀柄。

静态时芯轴在受到碟形弹簧的弹力、拉刀力、液性塑料对芯轴两端凸台端面的压力共四个力的作用下处于平衡，高速加工时刀柄主体锥面与主轴锥孔之间出现径向间隙，液性塑料所受的压强减小，由于芯轴前端大凸台的直径大于后端小凸台的直径，液性塑料对前端大凸台端面的压力的减小量大于液性塑料对后端小凸台端面的压力的减小量，芯轴原有的平衡被打破，芯轴将向右移动，液性塑料原来所处的密闭空腔体积减小，膨胀壁膨胀，使其在高速加工过程中对主轴锥孔和刀柄主体锥面出现的径向间隙实现补偿。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、保留了BT40刀柄的外形尺寸，与现有的7/24锥度主轴具有良好的互换性能。

2、制造时只要将锥角加工到高精度即可保证联接的精度，所以成本比较低，而且使用可靠。

3、能够弥补刀柄锥面与主轴锥孔出现的径向间隙，保证了刀柄和主轴在高转速下的联接刚度和定位精度，提高了刀柄的极限转速。

4、液性塑料除具有不可压缩、均匀传递压力的特性外，又具有密封性好、抗氧化性能好，能够长期使用的优点。

附图说明

图1为本发明刀柄的示意简图。

图2为本发明芯轴的示意简图。

图中：1-夹头、2-螺钉、3-V型退刀槽、4-油塞、5-O型密封圈1、6-液性塑料、7-芯轴、8-刀柄主体、9-O型密封圈2、10-碟形弹簧、11-拉钉孔、12-螺纹通孔1、13-螺纹通孔2、14-环形沟槽一、15-环形沟槽二。

具体实施方式

在图1和图2所示的一种利用液性塑料补偿离心膨胀的高速刀柄示意图中，刀柄分为两段式，一段为夹头1，另一段为刀柄主体8，夹头与刀柄主体之间通过螺钉2联接，刀柄主体前端设有V型退刀槽3，刀柄主体为空心结构，在刀柄主体空腔的中部和后端分别设有一段锥形槽，使得刀柄主体外锥面形成两段膨胀壁，在刀柄主体的空腔内部设有芯轴7、碟形弹簧10和液性塑料6，所述芯轴的一端设有拉钉孔11，在靠拉钉孔一侧上设有小凸台，在另一侧设有大凸台，在大、小凸台外曲面的中部设有环形沟槽一14和环形沟槽二15，沟槽内均设有O型密封圈5、9，在大凸台的径向端面上设有对称布置的两个螺纹通孔12、13，芯轴插入刀柄主体后形成一个封闭的空腔，通过大凸台的一个螺纹通孔注入液性塑料，另一个螺纹通孔为出气孔，两个螺纹通孔通过油塞4进行密封，碟形弹簧设在刀柄主体后端小凸台旁边,机床上的拉杆通过设在拉钉孔内的拉钉拉紧刀柄。

安装时首先将碟形弹簧、O型密封圈与芯轴进行装配，然后将装配好的芯轴装入刀柄主体内，将液性塑料从一个螺纹通孔注入到刀柄主体与芯轴形成的密闭空腔内，从另一个螺纹通孔可以看出液性塑料是否充满整个密闭空腔，在液性塑料充满整个空腔后，将油塞分别装入两个螺纹通孔内进行密封。芯轴右段设有用于安装拉钉进行拉紧的拉钉孔，机床上的拉杆通过设在该拉钉孔内的拉钉拉动芯轴向右移动，最终使得刀柄主体的外锥面与主轴锥孔接触，再将夹头与刀柄主体之间用螺钉联接，最终完成安装。

静态时芯轴在受到碟形弹簧的弹力、拉刀力、液性塑料对芯轴两端凸台端面的压力共四个力的作用下处于平衡，高速工作时，在离心力的作用下主轴锥孔、刀柄主体发生不同程度的弹性膨胀，其中主轴锥孔的膨胀大于刀柄主体的膨胀。刀柄主体与主轴锥孔之间产生径向间隙，液性塑料所受的压强减小，由于芯轴前端大凸台的直径大于后端小凸台的直径，液性塑料对前端大凸台端面的压力的减小量大于液性塑料对后端小凸台端面的压力的减小量，在拉刀力的作用下使得芯轴向右移动，液性塑料原来所处的空腔体积减小。由于液性塑料具有不可压缩性和均匀传递压力的特性，所以使得刀柄主体膨胀壁均匀膨胀，弥补刀柄锥面与主轴锥孔之间出现的径向间隙，从而保证了刀柄-主轴有更高的联接性能，提高了刀柄的极限转速。