专利名称：两面约束夹持状态的工具系统的制作方法
技术领域：
本实用新型与工具系统与机床主轴的连接装置有关。
背景技术：
为了适应高速重载切削加工的需求，工具系统和机床主轴的连接，已由单锥面约束定位夹持方式，向锥面和端面同时接触的两面约束过定位夹持方式快速转变。近年国际标准推行的德国HSK工具系统、日本大昭和的BIG-PLUS工具系统、美国肯纳的KM工具系统以及瑞典山特维克的CAPTO工具系统等(如图I和图2所示)，均采用了两面约束过定位夹持工作方式即在机床主轴刀柄拉杆拉紧力的作用下,机床主轴锥孔的内锥面和端面， 分别与工具系统柄部的外锥面和法兰端面同时接触，实现两面约束过定位夹持，并提高了系统的刚性。为了实现机床主轴和工具系统的可靠两面约束过定位夹持，无论是机床主轴锥孔的内锥面和端面，还是工具系统锥柄的外锥面和法兰端面，不但要求有很高的几何尺寸和形状精度，同时还要求有很高的位置精度，即锥面大端测量平面和端面之间距离的精度要求很 高。因此，用于两面约束过定位夹持的机床主轴和工具系统，与传统的单锥面约束定位夹持的机床主轴和工具系统相比，在设计、加工以及检测上的技术指标要求增多、精度要求更高、加工难度加大。如上所述，为了实现机床主轴和工具系统的可靠两面约束过定位夹持，机床主轴锥孔的内锥面和端面、以及它的配偶件一工具系统锥柄的外锥面和法兰端面，都需规定严格的设计公差，制定严谨的加工工艺，添置昂贵的加工设备，即使这样，加工制造误差不可避免，加工质量保证仍然困难。事实上，要进行高精度内、外锥面的加工，得到高精度的锥角公差和母线直线度等已非易事；而同时还要求获得锥面和端面间高精度的位置公差，这就更增加了加工制造的难度。由于主轴锥孔和工具系统锥柄难免有多种单项几何和形位制造误差的存在和变化，在机床主轴刀柄拉杆实施夹紧时，机床主轴和工具系统的锥面和端面之间所呈现的两面约束过定位夹持状态，也就有可能会产生较大的变化；这就难以保证工具系统和机床主轴间的连接精度、刚度和可靠性达到预期要求，从而影响到机床切削刀具系统的整体性能，影响到切削加工的质量和效率。这是一个问题。从机械制造业来看，大量已有的和正在生产的数控机床，仍然主要采用传统的单面约束定位夹持的工具系统，如BT (7:24)系列工具系统；如何提高这些传统机床工具系统的连接刚性，改善系统切削加工性能，是另一个问题。实用新型内容本实用新型的目的是提供一种保证工具和机床主轴连接的刚性，精度高，夹紧的可罪性闻的两面约束夹持状态的工具系统。本实用新型是这样实现的 本实用新型两面约束夹持状态的工具系统，包括工具I和主轴10，有柱面4，工具I 有旋力构件，主轴10有内锥面12与工具I的锥面2接触，主轴10的端面7与工具I的端面3之间有修正环6，修正环6上有对称的径向凹槽14或对称的径向的凸耳15。[0012]工具I的旋カ构件为与其端面固连的具有法兰盘的柱体5。工具I的施力构件有爪形组件9，爪形组件9的外壁13与工具I的锥面2的内法兰盘8接触，锥形组件11的锥面与爪形组件9的内锥面接触。为解决两面约束过定位夹持和关键零部件高精度加工制造困难之间的矛盾，以及解决提升现有单面约束定位夹持工具系统的连接刚性及切削加工性能，提出ー种‘修磨环厚可控式’工具系统的设计理念。其结构简单，它是在机床主轴锥孔的外端面和工具系统锥 柄法兰端面之间，増加ー个‘环’一修正环，其名义厚度为= L21^- l2$_;所用环的实际厚度h $，则是根据机床主轴锥孔内锥面的測量平面和端面之间实际測量得到的距离(L2 )，和所用工具系统锥柄锥面的測量平面和端面之间实际測量得到的距离(L2ェ$)，按照公式h$= L21i- L2iw，进行高精度的修磨而得到(尺寸精度和两端面的平面度及平行度，均不难达到微米级)。而在生产现场也可以采用塞尺，直接測量机床主轴端面和所用工具系统刀柄法兰端面之间的间隙来确定。这样在保证ニ锥面直接接触可靠约束定位的同时，借助厚度已精确修磨过的修正环，同时实现ニ端面的轴向约束定位，使机床主轴和工具系统达到预期的锥-端两面约束过定位夹持要求，满足高速重载切削要求；简而言之，新的‘修正环厚可控式’工具系统，可以借助修磨修正环的厚度，来控制并实现机床主轴和工具系统获得最佳两面约束过定位夹持状态；而工具系统锥柄及机床主轴锥孔的设计要求将可以适当降低，加工エ艺性也将得到改善。可以这样理解为了实现机床主轴和工具系统的可靠两面约束过定位夹持，现在是完全依赖于主轴锥孔及工具系统锥柄的高精度加工，两者相关的锥面和端面都必须具有很高的尺寸-位置组合精度要求；而本实用新型将其改变为分别对锥面及端面的单项精度要求，而通过对修正环厚度的精确修磨来实现尺寸-位置组合精度的要求。从而改善了エ艺性，也实现了两面约束过定位夹持状态的可控(即锥面和端面所承受的夹紧カ之比例可以人为控制调节)。本实用新型有如下优点1，按照‘两面约束过定位夹持’原理工作的机床主轴和工具系统，在确保具有等同的连接刚度、精度和夹紧可靠性的前提下，由于采用了修正环，在机床主轴锥孔和工具系统锥柄设计与制造中，降低了锥面和端面之间轴向位置的精度要求，降低了制造难度。2，根据实际測量得到的机床主轴锥孔的锥面和端面之间的轴向位置尺寸，以及实际测量得到的工具系统锥柄的锥面和端面的轴向位置尺寸，优化选择并确定修正环的厚度，从而能高质量控制并满足两面约束过定位夹持要求的最佳化，进ー步提高了系统连接刚度和可靠性。3，对于现有的及大量生产的‘单面约束定位夹持’工具系统和机床主轴，加上相应的、适当厚度尺寸的修正环，就可以实现‘两面约束过定位夹持’，提高‘主轴刀具系统’的整体刚性。这样就可以有效、简便地提高这类量大面广的装备的切削性能和加工质量。
图I为本实用新型的结构图之一。图2为本实用新型的结构图之ニ。图3为修正环的结构图之一。图4为修正环的结构图之ニ。
具体实施方式
本实用新型的工具系统如图I所示，工具I有接触锥面2和接触端面，锥面2和端面3之间有柱面4。如图I所示，锥面2的顶端有轴向施カ构件5。修正环6与柱面4配合并位于主轴10接触端面7与工具接触端面3之间。主轴10有内锥面12与锥面2接触。本实用新型的工具系统也可如图2所示，工具I的接触锥面2有端有内法兰盘8与主轴内轴向施力构件的爪形组件9的外壁13接触，锥形组件11的锥面与爪形组件9接触对工具I施加轴向力。按照设计要求加工工具I和主轴10的锥面基准直径处至主轴夹紧端面的距离和至工具锥柄夹紧端面的距离。
由于工具I上有键，因此修正环6与键连接部分有凹槽14或凸耳15作为键通过的位置。修正环6凹槽和凸耳的作用①可以保证修正环6在工具I的端面3和主轴10的端面7的定位精度薄壁处在受力时能够有一定的变形量，可以保证工具I的端面3和主轴10的端面7可靠接触工具I和修正环6做动平衡吋，只要修正凹槽和凸耳即可，不需要在工具I上进行动平衡。
权利要求1.两面约束夹持状态的工具系统，包括工具(I)和主轴(10)，其特征在于有柱面(4)， 工具(I)有施力构件，主轴(10)有内锥面(12)与工具(I)的锥面(2)接触，主轴(10)的端面(7 )与工具(I)的端面(3 )之间有修正环(6 )，修正环(6 )上有对称的径向凹槽(14)或对称的径向的凸耳(15)。
2.根据权利要求I所述的工具系统，其特征在于工具(I)的施力构件为与其端面固连的具有法兰盘的柱体(5)。
3.根据权利要求I所述的工具系统，其特征在于工具(I)的施力构件有爪形组件(9)， 爪形组件(9)的外壁(13)与工具(I)的锥面(2)的内法兰盘(8)接触，锥形组件(11)的锥面与爪形组件(9)的内锥面接触。
专利摘要本实用新型为两面约束夹持状态的工具系统，解决已有的工具系统刚性和精度差，夹持中可靠性不高的问题。包括工具(1)和主轴(10)，工具(１)有锥面(２)和端面(３)，两者之间有柱面(4)，工具(1)有施力构件，主轴(10)有内锥面(12)与工具(1)的锥面(2)接触，主轴(10)的端面(7)与工具(1)的端面(3)之间有修正环(6)，修正环(6)上有对称的径向凹槽(14)或对称的径向凸耳(15)。
文档编号B23Q3/12GK202447947SQ20122003840
公开日2012年9月26日 申请日期2012年2月7日 优先权日2012年2月7日
发明者巫兴胜, 朱洪, 许刚, 谢华锟 申请人:成都工具研究所有限公司