一种网状锥套自补偿离心膨胀高速刀柄的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械加工领域，尤其是一种应用于高速切削的刀柄。
【背景技术】
[0002]已知，高速工具系统是由主轴、刀柄、夹头、刀具和夹紧机构组成的联接系统，用于主轴与刀具的联接。工具系统包括主轴-刀柄接口和刀具-刀柄接口，其核心是刀柄。目前，传统的BT工具系统在高速条件下，由于离心力的作用，导致定位精度和联接刚度明显下降。在拉刀力的作用下，刀具的轴向位置发生变化，影响加工精度，无法满足高速加工的要求。
[0003]为了适应高速切削加工对工具系统的要求，人们设计出各种先进的高速刀柄和工具系统，例如:HSK刀柄和SHOWA D-F-C刀柄，其中，HSK刀柄采取锥面和端面双面定位、中空薄壁、1:10小锥度短锥结构，并利用中空柄内部使用外涨式夹紧机构将离心力转化为夹紧力。一定程度上提高了高速时刀柄与主轴之间的联接刚度，但仍然存在以下问题:(1)极限转速仍偏低；(2)强度刚度低，易变形断裂，不如具有坚硬表面和韧性心部的实心刀柄；(3)外胀式夹紧机构使锥面接触不均匀，导致锥柄局部磨损严重；(4)中空结构使刀柄夹头部分前移，刀具悬伸量大。
[0004]另外，SHOWA D-F-C刀柄将锥柄分为了圆柱柄体和锥套两部分，锥套端面设有碟形弹簧。高速转动下，锥套沿轴向运动来弥补锥套与主轴之间的径向间隙。但是高速转动下，由于锥套与圆柱柄之间出现新的间隙，所以这种刀柄在高速加工下径向刚度仍然较差。
[0005]综合所述，要解决主轴-刀柄的接口问题，不仅要保证主轴-刀柄之间的联接性能，还要保证高速下的动平衡精度，显然现有的刀柄并不能很好的解决此类问题。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供一种极限转速明显提高、刚度高、强度大的网状锥套自补偿离心膨胀高速刀柄。
[0007]为实现上述目的，采用了以下技术方案:本发明主要包括刀柄柄体，所述刀柄柄体是由前端柄体和后端柄体组成的整体实心结构，前端柄体和后端柄体为同轴圆柱体，且前端柄体的直径小于后端柄体，在后端柄体的端面上围绕前端柄体的连接处加工一圈沟槽，在沟槽中安装碟形弹簧；从前端柄体的端面向沿着轴线向后端柄体方向开设螺纹槽；在前端柄体的前端加工轴肩并设有细牙螺纹和螺纹退刀槽；在前端柄体外壁上套接网状锥套，在网状锥套前方的前端柄体的细牙螺纹上安装细牙锁母，网状锥套的前后端分别与细牙锁母、碟形弹簧接触；从后端柄体的端面上沿轴线向内开设圆柱形卡槽，在后端柄体的外壁上加工V型换刀槽。
[0008]进一步地，所述刀柄柄体的后端柄体与DIN 69893-HSK-E40 1996-01刀柄外形尺寸一致。
[0009]进一步地，所述细牙锁母整体为圆台状环体结构，内环为带有螺纹的圆柱槽并与前端柄体的细牙螺纹相配套，细牙锁母的外锥面锥度为1:10。
[0010]进一步地，在所述网状锥套的表面间隔开缝并撑开形成网孔形状。
[0011]进一步地，所述网状锥套的外锥面锥度为1:10。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0013]1、刀柄柄体采用实心结构，增强抗高频颤振能力。
[0014]2、网状锥套结构的使用，能达到更高的极限转速，更适合于高速加工。
[0015]3、保留HSKE-40刀柄的外形尺寸，与现有的1/10锥度主轴具有良好的互换性能。
[0016]4、网状锥套与碟形弹簧形成组合式结构，可有效吸收锥部基准圆的微量轴向位置误差，以便缓和刀柄的制造难度，实现可靠地双向约束；弹簧的预压作用还能衰减切削时的微量振动，有益于提高刀柄耐用度、改善加工表面粗糙度。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的刀柄柄体轴侧示意图。
[0018]图2为本发明的网状锥套轴侧示意图。
[0019]图3为本发明的网状锥套主视示意图。
[0020]图4为本发明的轴侧示意图。
[0021]图5为本发明与主轴连接的主视示意图。
[0022]附图标号:1为刀柄柄体、1-1为前端柄体、1-2为后端柄体、2为沟槽、3为碟形弹簧、4为螺纹槽、5为细牙螺纹、6为螺纹退刀槽、7为网状锥套、8为细牙锁母、9为圆柱形卡槽、10为V型换刀槽、11为主轴、12为拉钉。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0024]如图1和4所示，本发明主要包括刀柄柄体1，所述刀柄柄体是由前端柄体1-1和后端柄体1-2组成的整体实心结构，后端柄体与DIN 69893-HSK-E401996-01刀柄外形尺寸一致，前端柄体和后端柄体为同轴圆柱体，且前端柄体的直径小于后端柄体，在后端柄体的端面上围绕前端柄体的连接处加工一圈沟槽2，在沟槽中安装碟形弹簧3 ;从前端柄体的端面向沿着轴线向后端柄体方向开设螺纹槽4，用于与拉钉拉紧连接；在前端柄体的前端加工轴肩并设有细牙螺纹5和螺纹退刀槽6，细牙螺纹和螺纹退刀槽用于细牙锁母的安装和定位；在前端柄体外壁上套接网状锥套7，在网状锥套前方的前端柄体的细牙螺纹上安装细牙锁母8，网状锥套的前后端分别与细牙锁母、碟形弹簧接触；所述细牙锁母整体为圆台状环体结构，内环为带有螺纹的圆柱槽并与前端柄体的细牙螺纹相配套，细牙锁母的外锥面锥度为1:10，用于与主轴内孔配合；从后端柄体的端面上沿轴线向内开设圆柱形卡槽9 ;在后端柄体的外壁上加工V型换刀槽10，用于自动换刀。
[0025]蝶形弹簧不仅可以很容易地实现刀柄与主轴的双面定位还具有缓冲吸振的作用。
[0026]如图2、3所示，网状锥套上开缝的形式为间隔开缝，然后将锥套沿径向慢慢撑开，使锥套上的开缝慢慢张开成网孔的形状。此时锥套的内、外径都会增大，增大了锥套圆周方向上的弹性。最后对锥套内孔和外锥面进行磨削加工，保证其内圆柱面和外锥面的尺寸精度和粗糙度的要求。所述网状锥套的外锥面锥度为1:10。
[0027]具体安装时，如图5所示，首先将刀柄柄体装入主轴11，刀柄柄体上的网状锥面与主轴锥面重合，后端柄体与前端柄体的相接处形成法兰端面，法兰端面与主轴端面之间依然留有部分间隙。在拉钉12的拉刀力作用下刀柄柄体部分继续向主轴内部移动。此时碟形弹簧受到刀柄柄体和网状锥套的两侧压力，在此压力作用下发生弹性变形，储存一定的弹力，碟形弹簧的预压作用可以削减切削时的微量振预紧力，有利于提高刀具的耐用度，改善加工表面质量。这时网状锥套前端面和细牙锁母后端面分开，二者之间出现一定的间隙。在拉钉的拉紧力作用下，最终刀柄柄体的法兰端面和主轴的端面接触，完成安装。
[0028]刀柄采用网状锥套和碟形弹簧的组合式结构，通过网状锥套的轴向位移，可以有效地吸收锥部基准圆的微量轴向位置误差，减小刀柄的制造难度，且不存在互换性的问题，能可靠地实现双向约束。
[0029]高速加工时，在离心力的作用下主轴内锥面、网状锥套、刀柄柄体都发生不同程度的弹性膨胀，其中主轴内锥面的膨胀大于网状锥套大于刀柄柄体的膨胀。因此在主轴内锥面和网状锥套外锥面之间、网状锥套内孔和前端柄体之间产生间隙。由于碟形弹簧之前储存弹性力的作用下，网状锥套发生轴向移动，补偿主轴内锥面和网状锥套外锥面之间的间隙。在碟形弹簧的作用下，主轴内锥面与网状锥套之间产生接触力，在接触力的作用下网状锥套发生收缩，网孔变小，网状锥套内径收缩来弥补网状锥套内孔和前端柄体产生的间隙。从而保证了刀柄-主轴更高的联接性能，能实现在更高转速下的加工。相对于HSK工具系统，本刀柄-主轴具有更大的径向过盈量，是HSK的2?5倍。
[0030]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种网状锥套自补偿离心膨胀高速刀柄，主要包括刀柄柄体，其特征在于:所述刀柄柄体是由前端柄体和后端柄体组成的整体实心结构，前端柄体和后端柄体为同轴圆柱体，且前端柄体的直径小于后端柄体，在后端柄体的端面上围绕前端柄体的连接处加工一圈沟槽，在沟槽中安装碟形弹簧；从前端柄体的端面向沿着轴线向后端柄体方向开设螺纹槽；在前端柄体的前端加工轴肩并设有细牙螺纹和螺纹退刀槽；在前端柄体外壁上套接网状锥套，在网状锥套前方的前端柄体的细牙螺纹上安装细牙锁母，网状锥套的前后端分别与细牙锁母、碟形弹簧接触；从后端柄体的端面上沿轴线向内开设圆柱形卡槽，在后端柄体的外壁上加工V型换刀槽。2.根据权利要求1所述的一种网状锥套自补偿离心膨胀高速刀柄，其特征在于:所述刀柄柄体的后端柄体与DIN 69893-HSK-E40 1996-01刀柄外形尺寸一致。3.根据权利要求1所述的一种网状锥套自补偿离心膨胀高速刀柄，其特征在于:所述细牙锁母整体为圆台状环体结构，内环为带有螺纹的圆柱槽并与前端柄体的细牙螺纹相配套，细牙锁母的外锥面锥度为1:10。4.根据权利要求1所述的一种网状锥套自补偿离心膨胀高速刀柄，其特征在于:在所述网状锥套的表面间隔开缝并撑开形成网孔形状。5.根据权利要求1所述的一种网状锥套自补偿离心膨胀高速刀柄，其特征在于:所述网状锥套的外锥面锥度为1:10。
【专利摘要】一种网状锥套自补偿离心膨胀高速刀柄，所述刀柄柄体是由前端柄体和后端柄体组成的整体实心结构，前端柄体和后端柄体为同轴圆柱体，且前端柄体的直径小于后端柄体，在后端柄体的端面上围绕前端柄体的连接处加工一圈沟槽，在沟槽中安装碟形弹簧；从前端柄体的端面向沿着轴线向后端柄体方向开设螺纹槽；在前端柄体的前端加工轴肩并设有细牙螺纹和螺纹退刀槽；在前端柄体外壁上套接网状锥套，在网状锥套前方的前端柄体的细牙螺纹上安装细牙锁母，网状锥套的前后端分别与细牙锁母、碟形弹簧接触；从后端柄体的端面上沿轴线向内开设圆柱形卡槽，在后端柄体的外壁上加工V型换刀槽。本发明具有极限转速大、动平衡型性好、刚度和位置精度高强度大等优点。
【IPC分类】B23Q3/12
【公开号】CN105312943
【申请号】CN201510846514
【发明人】王军, 马灿, 范运杰, 赵连松, 唐海洋, 李现华
【申请人】燕山大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月27日