一种微伸缩结构的攻丝刀柄的制作方法

本实用新型涉及机械加工领域，具体涉及数控机床使用的一种微伸缩结构的攻丝刀柄。

背景技术：

随着机械自动化水平的提升，机械加工行业信息化覆盖，对加工产品的精度也逐渐提升，以确保产品保质保量。现有攻丝刀柄,例如市场上通用的刚性攻丝刀柄、然而在丝攻过程中，很难保证数控系统脉冲命令下丝锥正反转的同步零误差，故导致攻牙出现牙薄、牙烂或根切等现象。

然而，现有的攻丝刀柄微补偿结构主要有下列方案。

案例1、采用轴向浮动机构和滑动摩擦离合机构混合的刀柄

该结构的攻丝刀柄在功能上满足了丝攻的要求，但是对于小径螺纹孔而言，加工效果不能保证丝攻的精度要求。由于丝锥在加工小径螺纹孔时，丝锥传动的扭矩较小，而该结构中滑动摩擦离合，产生的摩擦系数较大，对于小扭矩，无法灵敏的感知，便形成了对小直径丝攻的过载保护；而此刀柄传动结构较为单一，受外界环境营较大，容易失效；另一方面，刀柄结构件连接配合面未使用密封件，故导致刀柄整体结构密封性很差，由于没有径向和偏角浮动，同时结构件防锈功能差，配合精度较低，导致丝攻磨损很快，小丝攻很容易断裂，卡在螺纹孔中，不能保证螺纹的精度要求。也同时造成了对加工产品的报废和丝锥更换的频繁性，使生产成本大幅度提高。

案例2、使用刚性结构的攻丝刀柄

该结构的刀柄结构简单、单一，功能上基本满足攻牙需求，保证攻牙的完成。而在整个攻牙工序过程中，由于主轴单元连接刀柄，刀柄连接夹头，夹头夹持丝锥，整个过程数控系统给定命令控制，但数控系统给出信号进行进刀、退刀，使丝锥由正传转变为反转，脉冲信号由于自身存在短暂的延迟，致使丝锥继续保持了原有的运动工序，而主轴的反向转动和丝锥的短暂正传形成了反向对立的运动，便形成两个不同反向的力，刀柄在带动丝锥退刀时拉住丝锥，与攻牙时牙型啮合面不完全贴合，造成原有牙型的破坏，导致对牙的磨损、破坏。同时丝锥刃也加速钝化，丝锥磨损，甚至断裂。

案例3、采用弹性大位移补偿结构

相对于刚性攻丝刀柄，该结构有效保护丝锥在攻牙时出现断裂的情况，然而刀柄在攻丝小径螺纹孔时，产生的扭矩较小，故此结构刀柄无法感知小扭矩，所以过载保护对容易断裂的小直径丝攻无法得到有效保护。在一定攻牙范围内，展现出的不良性和刚性结构丝攻刀柄一致，而对于刚性丝攻刀柄，此刀柄制造成本更高，装配难度更大。故丝攻依旧磨损很快，小攻丝也很容易折断，对攻牙精度很难保证。

综上，现有攻丝刀柄结构单一、简单，对攻丝尤其对于小直径攻丝采用单一的保护措施，并未做到对于任何直径的螺纹孔的补偿缓冲，尤其是对于小直径螺纹孔不能保证牙型正反面的啮合，对丝锥造成破坏，同时也不能保证螺纹精度，因此导致攻丝刀柄使用寿命低，加工产品精度低。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种微伸缩结构的攻丝刀柄，其能解决小直径攻丝工艺补偿不及时导致倒牙、破牙甚至断刀的问题。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种微伸缩结构的攻丝刀柄，攻丝刀柄包括拉钉结构、刀柄本体单元、冷却芯、固定套、芯棒、带通水孔的调节螺钉、夹头和锁紧螺母，拉钉结构通过外螺纹与刀柄本体单元内空腔的内螺纹连接，并采用弹性挡圈定位。

刀柄本体单元的下端通过阶梯孔的上段抵靠冷却芯的上端头和上端面，具有中空导流通孔的冷却芯的下段抵靠固定套上段内孔并插入芯棒的上段的内孔中，带通水孔的调节螺钉设置于固定套的下段的内孔中并上段的大孔内套接冷却芯的下段部分。

芯棒的下段呈类锥形腔体，在类锥形腔体内设置倒锥形的丝锥夹持件；丝锥的上段插入芯棒的下段类锥形腔体内的丝锥夹持件中，并通过锁紧螺母螺纹配合拧紧固定丝锥。

刀柄结构还包括轴向微伸缩结构、径向强扭矩传递机构和密封结构。

进一步的，轴向微补偿结构为设置在固定套下段大的内孔与与芯棒外周壁之间的空腔内的微伸缩弹簧，并可由下面的调节螺钉支撑并调节微伸缩弹簧的初始量，并且可由微伸缩弹簧的伸长压缩量抵消刀柄本体单元反转和丝锥惯性产生的扭矩。

进一步的，径向强扭矩传递机构包括使刀柄本体单元螺纹连接面贴合抵靠在固定套上，固定套通过螺钉紧固连接微伸缩弹簧，保持轴向的相对位置不变；使微伸缩弹簧与固定套的端面面贴合紧靠；使微伸缩弹簧与芯棒通过径向定位销穿入使得微伸缩弹簧的旋转时带动芯棒旋转；夹头为弹性夹头，通过螺纹将夹头挤压并夹紧丝锥。

进一步的，密封结构包括在铝套和芯棒配合接触面内设置O形圈形成弹性阻隔。

进一步的，攻丝刀柄的内部采用中心水冷密封结构，在攻丝刀柄的轴心设置中心水冷管道，通过其内部输送的冷却液将攻丝刀柄工作时产生的热量疏散。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：所以对于该行业攻丝刀柄现有技术不足，故在技术结构上进行新的结构创新，以达到攻丝刀柄在丝攻时轴向力传递均匀，避免攻丝刀柄在丝锥瞬间修正啮合螺纹牙或反转时产生的同步误差，防止丝锥在攻牙时被折断等不良情况，保证丝锥的使用寿命，确保了加工螺纹孔的精度。因而在结构上必须保证轴向力传递的均匀性以及对丝锥运动的补偿效果。该刀柄连接主轴的工作条件下攻丝，且具有高负载高灵敏度的微量补偿(轴向补偿量为±0.15mm)，以及刀柄夹持丝锥且展现出较高的组合精度(装丝锥后偏摆精度保证在0.005mm内)。缩小了丝锥攻牙时的间隙偏摆量，保证了螺纹的加工精度，刀柄本体连接拉钉，数控主轴拉动拉钉，刀柄内部微补偿传动夹持机构通过螺纹连接刀柄，同时靠紧刀柄端面定位。通过此配合方式保证了数控主轴、刀柄本体、微补偿机构的组合精度，而微补偿机构内部装有微伸缩感应弹簧能够缓冲由于在数控系统给出指令正反转时脉冲信号的延缓导致丝锥短暂的正传，保证了攻丝刀柄通过微小的伸缩瞬间修正啮合或者反转时产生的信号脉冲误差，防止丝锥在攻牙过程中与螺纹牙产生的磨损，从而提高螺纹精度以及螺纹表面质量，避免螺纹出现牙薄、牙磨损、牙不均的不良加工问题，此过程同时对小直径螺纹孔的小扭矩依旧感应灵敏；同时达到良好的密封和冷却效果。

附图说明

图1为本实用新型的微伸缩结构的攻丝刀柄结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中F-F处的截面图；

图4为图1中B处的放大图；

图5为图1中E-E处的截面图。

图中：101、拉钉结构；102、刀柄本体单元；103、冷却芯；104、径向定位销；105、定位钢珠；106、固定套；107、微伸缩弹簧；108、芯棒；109、轴向定位销；110、锁紧螺钉；111、铝套；112、弹性夹头；113、锁紧螺母；114、丝锥；115、丝锥出水孔；116、调节螺钉；401、中心水冷管道；402、O形圈。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参阅图1-图5，攻丝刀柄包括拉钉结构101、刀柄本体单元102、冷却芯103、固定套106、芯棒108、带通水孔的调节螺钉116、弹性夹头112和锁紧螺母113，拉钉结构101通过外螺纹与刀柄本体单元102内空腔的内螺纹连接，并采用弹性挡圈定位；刀柄本体单元102的下端通过阶梯孔的上段抵靠冷却芯103的上端头和上端面，具有中空导流通孔的冷却芯103的下段抵靠固定套106上段内孔并插入芯棒108的上段的内孔中，带通水孔的调节螺钉116设置于固定套106的下段的内孔中并上段的大孔内套接冷却芯103的下段部分；芯棒108的下段呈类锥形腔体，在类锥形腔体内设置倒锥形的丝锥夹持件；丝锥114的上段插入芯棒108的下段类锥形腔体内的丝锥夹持件中，并通过锁紧螺母113螺纹配合拧紧固定丝锥114；刀柄结构还包括轴向微伸缩结构、径向强扭矩传递机构和密封结构。

具体的实施例描述如下：

1、轴向微补偿结构

拉钉结构101连接刀柄本体单元102。数控主轴拉紧拉钉结构101使刀柄本体单元102锥面完全贴合主轴面并完成定位，刀柄本体单元102与芯棒108间接连接并夹持ER16弹性夹头112，以此夹持丝锥114，整个过程完全依靠轴向扭矩力的传动带动丝锥114旋转攻牙。

在此工作中，刀柄本体单元102下端内腔通过内螺纹连接冷却芯103下端外螺纹，并通过轴向定位销109穿入刀柄本体单元102和固定套106中，保证刀柄本体单元102与固定套106轴向位置的绝对性，通过调整调节螺钉116的螺纹旋入量，挤压芯棒108并调整微伸缩弹簧107初始量，使微伸缩弹簧107感应更灵敏。

在丝锥114旋转攻牙时，数控系统给定一个深度，完成该深度攻牙后数控系统给定丝锥114退牙即反转的信号。在脉冲缓冲的该段时间，微伸缩弹簧107通过微小的伸长压缩量抵消由于刀柄本体单元102反转和丝锥114惯性而产生的强扭矩力，将刀柄本体单元102与丝锥114通过柔性缓冲的微伸缩弹簧107连接，这样通过微伸缩弹簧107的微型补偿保证丝锥惯性运动的绝对静止。

由于连接件轴向相对位置固定，且不能被水、尘、气等污染，故弹簧轴向伸收缩能保持绝对顺畅的运动效果。因此微伸缩结构修正了丝锥114与螺纹的啮合，弥补了数控主轴反转时产生的同步误差，延长了丝锥114的使用寿命，保证了螺纹的加工精度。

2、径向强扭矩传递机构

丝锥114旋转攻牙必定需要强力的扭矩，攻牙深度越深扭矩传递阻力越大，故需刀柄本体单元102以最小损耗传递扭矩至丝锥114。

刀柄本体单元102通过螺纹连接固定套106，并依靠端面贴近刀柄本体单元102端面保证定位，数控主轴转动带动刀柄转动，并将扭矩传递给固定套106进行旋转，固定套106通过锁紧螺钉110紧固连接微伸缩弹簧107，保持轴向的相对位置不变，另外微伸缩弹簧107与固定套106端面贴合靠紧，依靠平面位贴合，避免了刀柄本体单元102在旋转过程中发生径向窜动，微伸缩弹簧107与芯棒108通过径向定位销104穿入配合定位钢珠105实现径向定位。

微伸缩弹簧107旋转并带动芯棒108转动，保证刀柄本体单元102扭矩传递到芯棒108。

弹性夹头112具有高弹性性能，通过高强度的螺纹将弹性夹头112挤压并夹紧丝锥114，保证了最大摩擦力，故数控主轴能够将扭矩最大化传递到丝锥114，完成丝锥114旋转位置的绝对数值。固定套106与刀柄本体单元102通过螺纹连接，故保证刀柄本体单元102不变的情况下，可快拆更换内部微伸缩结构体，且依旧保持高定位精度。

3、结构密封功能

刀柄本体单元102内部结构件配合安装，为防止接触位置铝套111和芯棒108配合存在间隙，故面接触位使用O形圈402，形成阻尼体弹性阻隔。由于O形圈的自然弹性属性，铝套111和芯棒108装配将O形圈挤压，将存在的装配缝隙进行面补偿而达到密封，有效阻挡刀柄外部切削液的渗入。O形圈402的本身弹性特性，会随装配结构件铝套111和芯棒108配合接触面缝隙的变化而调整，故达到零件装配配合面的完全贴合，保证刀柄内部结构完全密封的效果。

4、冷却结构

攻丝刀柄的内部采用中心水冷密封结构，在攻丝刀柄的轴心设置中心水冷管道401，通过其内部输送的冷却液将攻丝刀柄工作时产生的热量疏散，冷却液从中心水冷管道401末端附近设置的丝锥出水孔115排出并回收循环利用。

常规攻丝刀柄在攻牙时丝锥达到设定的深度，由于机器控制的公差，使得此时主钻攻单元-由攻丝刀柄及其所夹持的丝锥组成-发生累计转角误差导致一定的回转误差及轴向误差，由此在丝锥正反转轴向进给运动时产生的扭矩激增的情况，使得丝锥负载突变，发生剪切或断裂现象，并导致加工螺纹质量不均，被加工螺纹牙薄、牙烂或根切等现象。在数控机床控制单元给出信号进行退丝，由于丝锥缓冲效果，会保留短暂性的攻牙进程。此结构中微补偿机构-微伸缩弹簧107连接弹性夹头112，并传递于丝锥114，直至削减保留的扭矩力；另外此刀柄的接口为BT系列高密封性刀柄，刀柄结构紧凑且长锥面定位系统，通过拉钉结构101与机床主轴的拉刀系统配合连接到静止的主轴或主轴箱，机床主轴旋转带动刀柄旋转，刀柄本体单元102连接固定套106，再连接微伸缩弹簧107、芯棒108、最后装夹丝锥114，固定套106与刀柄本体单元102通过螺纹连接，并依靠端面和轴向定位销保证刀柄本体单元102与固定套106的位置的绝对性，固定套106通过螺钉连接微伸缩弹簧107，通过径向定位销104的装配定位与微伸缩弹簧107与固定套106端面贴合靠紧，依靠平面位贴合，避免了刀柄本体单元102在旋转过程中发生径向窜动，保证了扭矩传动的最大值；刀柄内部结构采用中心水冷密封性结构，中心水冷管道401输送冷却液保证刀柄旋转时产生的热量，刀柄本体单元102和冷却芯103装配，为避免冷却液渗出，故在装配面处安装O形圈402，O形圈的自然弹性属性使其具有弹性阻尼阻隔效果，保证刀柄本体单元102压住冷却芯103时O形圈过盈挤压，使冷却液不能进入。从结构设计功能上保证攻牙的精度，防止丝锥与螺纹牙发生故障，延长丝锥的使用寿命。

该微补偿刀柄相对常规刀柄有着在攻牙下通过微小的伸缩量±0.15mm修正牙型啮合和退牙反转时产生的同步误差，且具有高动平衡性能、对丝锥磨损得到强力保护，攻牙螺纹精度高、此款刀柄自动化程度高、寿命长、可靠性高，直接提高了机械加工行业的高精度攻牙效果，推动了机械加工行业升级。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。