一種bt刀柄高速切削機構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于數(shù)控機床切削加工技術領域，更具體地說，涉及一種BT刀柄高速 切削機構。
【背景技術】
[0002] 高速切削加工是21世紀的一種集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進制造技術，在常 規(guī)切削加工中備受困擾的一系列問題，通過高速切削加工的應用得到了解決。高速切削加 工不僅僅是主軸轉速的提高，而且要求切削刀具系統(tǒng)具有很高的剛性、安全性、柔性、動平 衡特性和操作方便性；同時，對刀具系統(tǒng)與機床接口的連接剛度、精度以及刀柄對刀具的夾 持力與夾持精度等都提出了很高的要求，刀柄系統(tǒng)剛性不足將導致刀具系統(tǒng)振動或傾斜， 使加工精度和加工效率降低，而系統(tǒng)振動又會使刀具磨損加劇，降低刀具和機床使用壽命。 目前國內(nèi)的立式加工中心主軸刀柄均采用BT刀柄，BT刀柄裝入主軸錐孔內(nèi)，拉刀機構通過 與BT刀柄固連的拉釘將BT刀柄拉緊，使BT刀柄的錐面緊緊壓在主軸錐孔面上，從而使得 BT刀柄在主軸上定位夾緊，但隨著加工中心切削速度的不斷提高，由于離心力的作用，主軸 錐孔與刀柄的錐柄均發(fā)生徑向擴張，當錐柄擴張量小于主軸錐孔擴張量時，錐柄與主軸錐 孔之間出現(xiàn)配合間隙，于是，在拉緊螺釘拉緊力的作用下，錐柄帶動刀具軸向位移，導致刀 具在高速加工時軸向定位精度降低；同時，高速切削時，刀柄會產(chǎn)生很大的離心力，會引起 刀桿彎曲并產(chǎn)生震動，其結果將導致被加工零件質(zhì)量降低，甚至導致刀具損壞。
[0003] 如中國專利公開號CN 201239805,公開日2009年5月20日，公開的一種拉釘式通 用主軸，其包括主軸體，主軸體中央孔中設有拉桿，拉桿上設置碟形彈簧，拉桿前端設置在 卡爪中，并與卡爪拉緊式接合，一個拉釘?shù)暮蠖嗽O置在卡爪中，并與卡爪拉緊式接合，拉釘 前端與刀柄螺紋連接，刀柄與主軸體連接。該申請案改變了主軸與拉釘?shù)倪B接方式，使主軸 可以同時與JT刀柄、BT刀柄等的拉釘配套使用，增大了刀柄互換性，減少了零部件數(shù)量，但 該申請案的刀柄與主軸依然是通過錐面壓緊連接，刀柄高速切削加工時，存在上述刀具軸 向定位精度低，刀桿彎曲震動和加工零件質(zhì)量低的問題。
[0004] 又如中國專利公開號CN 203779180 U，公開日2014年8月20日，公開的一種臥式 加工中心刀柄夾緊機構，其包括空心軸、抽桿、錐套、拉釘、套筒和驅(qū)動源，所述空心軸開設 有前后貫通的軸孔，所述抽桿、錐套、拉釘和套筒均設置在所述軸孔內(nèi)，所述抽桿、錐套和拉 釘由后至前依次連接，所述的套筒設置在空心軸的前端，刀柄通過套筒定位后與拉釘?shù)那?端連接，抽桿的后端伸出空心軸與驅(qū)動源連接，錐套前端的側壁上設置有至少兩個可轉動 的鋼球，該鋼球的直徑大于錐套側壁的厚度，且貫穿錐套側壁設置，所述拉釘?shù)暮蠖嗽O有可 卡設在鋼球處的定位凸環(huán)，拉釘?shù)暮蠖送ㄟ^該定位凸環(huán)卡接在錐套前端的鋼球上。該申請 案是通過改變刀柄夾緊機構與拉釘?shù)倪B接方式，提高刀柄夾緊的可靠性和靈活性，增強了 機械零部件的互換性能，但同樣，刀柄與主軸的配合方式依然是通過錐面壓緊配合，刀具軸 向定位精度低，在高速切削加工時，刀桿彎曲震動和加工零件質(zhì)量低等的問題無法避免。
[0005] HSK刀柄與BT刀柄相比，能承受的更大的彎矩、扭矩以及最高轉速，但它們的結構 不同，與主軸的連接方式也不同，所以無法在采用BT刀柄的加工中心上使用?，F(xiàn)有技術中， 也有人設法采用中間轉換裝置，使采用BT刀柄的加工中心能夠使用HSK刀柄，如中國專利[0006] 高速切削加工已成為機械加工制造技術重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的BT刀柄機構的加工 性能已難以滿足高速切削的要求，在不更換目前加工中心設備的前提下，急需設計一種BT 刀柄高速切削機構，滿足BT刀柄高速切削加工的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 1、要解決的問題
[0008] 針對現(xiàn)有技術中BT刀柄在高速加工時軸向定位精度低、加工零件質(zhì)量差以及刀 具易損壞的問題，本發(fā)明提供了一種BT刀柄高速切削機構，使BT刀柄實現(xiàn)高速切削，且高 速切削加工時，BT刀柄的接觸剛度和重復定位精度高，高速切削加工性能可靠；同時，封閉 結構的徑向刀柄定位系統(tǒng)避免了刀桿振動和傾斜，提高了加工精度和效率，降低了刀具磨 損，提高刀具和機床使用壽命。
[0009] 2、技術方案
[0010] 為解決上述問題，本實用新型采用如下的技術方案。
[0011] -種BT刀柄高速切削機構，包括BT刀柄、主軸、拉刀機構、拉釘，和墊套，所述的BT 刀柄的非刀具安裝端的端面為刀柄后端面，刀柄后端面的中心位置設有圓錐臺，所述的拉 釘安裝于圓錐臺端面的中心位置；所述的主軸為空心軸，主軸靠近刀柄后端面一端的端面 為主軸前端面，主軸前端面中心部位設有錐孔，錐孔的形狀與圓錐臺相匹配，圓錐臺安裝于 錐孔內(nèi)；所述的墊套設置于刀柄后端面和主軸前端面之間；所述的拉刀機構安裝于主軸中 心空腔內(nèi)，拉刀機構與拉釘相卡接。
[0012] 優(yōu)先地，所述的墊套的厚度為]
L>k，其中，E為墊套的 彈性模量，A為墊套的端面面積，k為刀柄后端面和主軸前端面的間距，β為圓錐臺的錐度， Fniax為拉刀機構的工作拉力。
[0013] 優(yōu)先地，所述的墊套的材料為40CrNi。
[0014] 優(yōu)先地，所述的 L_k = 0· 006 ~0· 009mm。
[0015] 優(yōu)先地，所述的 β = 7:24, F_= 9000 ~12000N。
[0016] 優(yōu)先地，所述的拉釘與圓錐臺通過螺紋連接。
[0017] 3、有益效果
[0018] 相比于現(xiàn)有技術，本實用新型的有益效果為：
[0019] (1)本實用新型的一種BT刀柄高速切削機構的BT刀柄與主軸采用錐面和端面同 時定位連接的方式，提高了 BT刀柄的接觸剛度和重復定位精度，夾緊可靠性，使得BT刀柄 可用于高速切削加工；此種封閉結構的徑向定位刀柄機構，在拉刀機構的拉力作用下，刀柄 和主軸之間在整個錐面和支承端面上產(chǎn)生摩擦，削除了刀桿振動和傾斜問題，提高了加工 精度和加工效率，同時，降低了刀具磨損，提高刀具和機床使用壽命；
[0020] (2)本實用新型的一種BT刀柄高速切削機構，我們意外的發(fā)現(xiàn)，當墊套厚度為L在 特殊情況下，即
1寸，在加工中心一定的拉刀機構工作拉力下，既保 證足夠的刀柄端面壓緊力，也恰好能夠保證足夠的BT刀柄錐面壓緊力，實現(xiàn)了錐面與端面 的同時定位，機構的剛性和定位精確性在上述情況下達到最好，使刀柄能很好的適應高速 切削加工，且刀柄和刀具的使用壽命長；
[0021] (3)本實用新型的一種BT刀柄高速切削機構的墊套材料采用40CrNi，在采用本實 用新型特定的拉刀機構工作拉力情況下，該材料的硬度和彈性模量恰好滿足本實用新型的 厚度公式，同時在此拉力下，BT刀柄、墊套和主軸前端面間的面摩擦力，在重量最輕的情況 下正好能夠滿足BT刀柄高速切削加工的剛度和轉速的要求，減少墊套承受的剪切力，尤其 是能避免墊套的疲勞，而且成本最低；
[0022] (4)本實用新型的一種BT刀柄高速切削機構的墊套厚度比刀柄后端面和主軸前 端面的間距大0. 006~0. 009mm，此過盈量是在相應設定的拉刀機構的工作拉力下得到的， 可很好的在保證剪切力最小的情況下實現(xiàn)BT刀柄與主軸的錐面和端面同時定位連接的 方式，保證BT刀柄有足夠的接觸剛度，BT刀柄晃動小，加工精度高，同時，圓錐臺的錐度為 7:24,與現(xiàn)有BT刀柄錐度相同，保證刀柄的通用性；
[0023] (5)本實用新型的一種BT刀柄高速切削機構的拉釘與圓錐臺通過螺紋連接，拆裝 方便；
[0024] (6)本實用新型的一種BT刀柄高速切削機構可替代HSK型刀柄使用，降低了貴重 刀柄使用成本，結構簡單，