[发明专利]一种自适应高速刀柄

说明书

技术领域

本发明属于机械加工领域，特指一种能同时适应普通加工和高速加工刀柄，用于机床与刀具之间连接，特别适用于精密、高速加工机床。

背景技术

刀柄的性能对机械加工的精度、表面质量、效率、刀具寿命、加工成本等方面有直接影响。长期以来，BT（7：24锥度）刀柄广泛地应用于各种机床中，取得了良好的效果。随着高速电主轴技术的成熟，机床主轴转速越来越高，传统的机床主轴－刀具接口的设计理论并没有考虑离心力的影响问题，因此将传统的机床BT（7：24锥度）刀柄用于高速加工中，生产了许多预想不到的问题，主要是刀柄轴向内陷主轴孔内导致主轴－刀具接口连接刚度下降，刀具磨损加剧，表面加工质量下降、刀具装卸困难等问题。

为了解决高速加工时离心力刀柄性能的影响，必须解决刀柄轴向内陷主轴孔内所引起的一系列问题，目前有两种解决方法：

（1）改变传统的主轴－刀具接口结构，将传统的实心长锥结构的刀柄改为空心短锥结构，如德国的HSK刀柄，美国KM刀柄，瑞士CAPTO刀柄。这是一种过定位结构，通过刀柄的空心短锥体变形，保证了刀柄锥面和端面与主轴锥面和端面同时定位与夹紧，补偿了由于离心力导致的刀柄与主轴孔的变形差异。

（2）不改变传统的主轴－刀具接口结构，通过提高主轴和刀柄的制造精度，严格控制主轴或刀柄的变形，保证刀柄锥面与端面与主轴孔的锥面和端面同时定位与夹紧，日本的BIG-plus刀柄，AHO刀柄采用了这种方法。

这两种方法都采用了主轴与刀柄的过定位结构。第一种方法存在的问题是刀柄与目前机床主轴不兼容，无法用于普通机床的加工，造成工厂刀柄品种多，增加了刀具的管理费用。第二方法虽然解决了与目前机床主轴兼容性问题，但又大大地提高了主轴和刀柄的加工精度，提高了主轴和刀柄的制造难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自适应能力的高速刀柄，既可用于高速加工，又可与传统的普通机床兼容，用于普通加工，解决目前高速刀柄存在的兼容性差，加工精度高的问题。

实现本发明目的技术方案为：

本发明以高速加工时的离心力为动力，以斜楔增力自锁机构为支承单元，自动实现高速加工时刀柄轴向定位与夹紧。在传统刀柄法兰面上加工3～8个轴向补偿孔，在原刀柄圆柱表面加工与之正交的3～8个径向孔。每个轴向补偿孔内安装一个支承滑柱，每个径向孔内安装一个滑柱斜楔和回位弹簧。利用离心力和斜楔的自锁作用，使支承滑柱与主轴端面可靠地接触，避免高速加工时刀柄径向漂移和内陷，从而解决传统刀柄在高速加工时出现的问题。为了防止支承滑柱从补偿孔脱落，支承滑柱的外侧中部开有一段防脱槽，所述防脱落圈的内侧凸齿位于防脱槽内并用压紧螺钉将防脱落圈固定在刀柄法兰面上。

本发明相关功能参数可在以下范围内选择：

刀柄法兰面上轴向孔3～8个，轴向孔的直径d₁＝4～10mm，深度5~40mm；

刀柄圆柱表面径向孔3～8个，径向孔d₂＝4～10mm，深度5~40mm；

斜楔滑柱的斜楔角度α=4~6°，以保证斜楔机构能够自锁。

为防止斜楔滑柱转动，斜楔滑柱设计为在一个圆柱体表面上加工出一个斜槽的结构，斜槽与支承滑柱下端配合间隙为0.02~0.1mm，装配时将支承滑柱下端装入斜楔滑柱的斜槽内。

刀柄在高速加工中实现自适应功能的作用过程为：

当主轴与刀柄一起高速转动时，由于离心力的作用，径向孔内的斜楔滑柱径向朝外移动，斜楔面推动轴向孔内的支承滑柱向上移动，直到与主轴端面接触，自动实现了主轴端面对刀柄的轴向支承，解决了高速加工时刀柄轴向内陷主轴的问题。当机床主轴停止转动时，径向朝外的离心力消失，径向孔内的斜楔滑柱在弹簧回复力的作用下径向朝内移动，支承滑柱向下移动退回刀柄孔内。

本发明还有另外一个特点，即刀柄工作转速越高，刀柄的轴向支承作用越强。当刀柄工作转速提高时，径向孔内的斜楔滑柱受到的朝外离心力增大，由此产生的推动支承滑柱向上作用于主轴端面的支承力增大，轴向支承作用增强，阻止刀柄轴向内陷主轴的能力增强。

本发明与其它用于高速加工的刀柄相比，具有以下优点：

（1）主轴孔的结构和精度都没有特殊要求，可以同时适用于传统机床和高速机床。

（2）使用前不需要对刀柄进行调整，使用更方便。本发明利用了离心力推动斜楔滑柱，使支承滑柱能自动与主轴可靠地接触并自锁，阻止了刀柄轴向内陷。

（3）对改进的结构和增加的零件都没有特别高的精度要求，制造方便。

附图说明