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      一種bt刀柄高速切削機(jī)構(gòu)及使用方法

      文檔序號:9208577閱讀:1349來源:國知局
      一種bt刀柄高速切削機(jī)構(gòu)及使用方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床切削加工技術(shù)領(lǐng)域,更具體地說,涉及一種BT刀柄高速切削 機(jī)構(gòu)及使用方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 高速切削加工是21世紀(jì)的一種集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進(jìn)制造技術(shù),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(yīng)用得到了解決。高速切削加 工不僅僅是主軸轉(zhuǎn)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(shí),對刀具系統(tǒng)與機(jī)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(dǎo)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(jī)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(jī)構(gòu)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(kuò)張,當(dāng)錐柄擴(kuò)張量小于主軸錐孔擴(kuò)張量時(shí),錐柄與主軸錐 孔之間出現(xiàn)配合間隙,于是,在拉緊螺釘拉力的作用下,錐柄帶動刀具軸向位移,導(dǎo)致刀具 在高速加工時(shí)軸向定位精度降低;同時(shí),高速切削時(shí),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(jié)果將導(dǎo)致被加工零件質(zhì)量降低,甚至導(dǎo)致刀具損壞。
      [0003] 如中國專利公開號CN201239805,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(shè)有拉桿,拉桿上設(shè)置碟形彈簧,拉桿前端設(shè)置在 卡爪中,并與卡爪拉緊式接合,一個(gè)拉釘?shù)暮蠖嗽O(shè)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(shí)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(shí),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CN203779180U,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(jī)構(gòu),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(shè) 有前后貫通的軸孔,所述抽桿、錐套、拉釘和套筒均設(shè)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(shè)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(cè)壁上設(shè)置有至少兩個(gè)可轉(zhuǎn)動 的鋼球,該鋼球的直徑大于錐套側(cè)壁的厚度,且貫穿錐套側(cè)壁設(shè)置,所述拉釘?shù)暮蠖嗽O(shè)有可 卡設(shè)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(jī)構(gòu)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(qiáng)了 機(jī)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(shí),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(zhuǎn)速,但它們的結(jié)構(gòu) 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(shù)中, 也有人設(shè)法采用中間轉(zhuǎn)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(jī)械加工制造技術(shù)重要的環(huán)節(jié),傳統(tǒng)的BT刀柄機(jī)構(gòu)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(shè)備的前提下,急需設(shè)計(jì)一種BT 刀柄高速切削機(jī)構(gòu),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(shù)中BT刀柄在高速加工時(shí)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(jī)構(gòu)及使用方法,使BT刀柄實(shí)現(xiàn)高速 切削,且高速切削加工時(shí),BT刀柄的接觸剛度和重復(fù)定位精度高,高速切削加工性能可靠; 同時(shí),封閉結(jié)構(gòu)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(jī)床使用壽命。
      [0009] 2、技術(shù)方案
      [0010] 為解決上述問題,本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
      [0011] -種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu),包括BT刀柄、主軸、拉刀機(jī)構(gòu)、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(shè)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(shè)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(shè)置于刀柄后端面和主軸前端面之間;所述的拉刀機(jī)構(gòu)安裝于主軸中 心空腔內(nèi),拉刀機(jī)構(gòu)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,0為圓錐臺的錐度,F(xiàn)max為拉刀機(jī)構(gòu)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 0 = 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] -種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu)的使用方法,其步驟如下:
      [0018] (a)將拉釘安裝到BT刀柄上,并將BT刀柄裝入主軸的錐孔內(nèi),拉刀機(jī)構(gòu)通過拉釘 拉動BT刀柄沿主軸軸線方向移動,使BT刀柄上圓錐臺的錐面與主軸錐孔的錐面相貼合;
      [0019] (b)測量和記錄刀柄后端面到主軸前端面的間距,然后松開拉刀機(jī)構(gòu),并取出BT 刀柄;
      [0020] (C)計(jì)算墊套的厚度L,
      1L>k,其中,E為墊套的彈性模 量,A為墊套的端面面積,0為圓錐臺的錐度,k為步驟(b)中刀柄后端面和主軸前端面的 間距,為拉刀機(jī)構(gòu)的工作拉力;
      [0021] (d)根據(jù)步驟(c)的計(jì)算結(jié)果加工墊套;
      [0022] (e)將步驟⑷中墊套套裝到BT刀柄的圓錐臺中,并使墊套端面與BT刀柄的刀柄 后端面相貼合;
      [0023] (f)將步驟(e)中BT刀柄安裝到主軸的錐孔內(nèi),拉刀機(jī)構(gòu)通過拉釘拉動BT刀柄 沿主軸軸線方向移動,使墊套端面與主軸前端面相貼合,BT刀柄上圓錐臺的錐面與主軸錐 孔的錐面相貼合,其中,拉刀機(jī)構(gòu)的拉力F隨時(shí)間t的變化規(guī)律為
      0 ^ t ^ 2s;
      [0024] (g)保持拉刀機(jī)構(gòu)的拉力F=Fmax,并調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速到40000r/min,使用千分表測 量刀柄的徑向跳動小于〇. 001mm;
      [0025] (h)主軸停轉(zhuǎn),等待切削加工。
      [0026] 優(yōu)先地,所述的步驟(b)中測量工具為塊規(guī)。
      [0027] 優(yōu)先地,所述的步驟(c)和步驟(f)中拉刀機(jī)構(gòu)的工作拉力Fmax= 9000~12000N。
      [0028] 優(yōu)先地,所述的拉刀機(jī)構(gòu)的工作拉力F_= 10000N。
      [0029] 3、有益效果
      [0030] 相比于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明的有益效果為:
      [0031] (1)本發(fā)明的一種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu)的BT刀柄與主軸采用錐面和端面同時(shí)定 位連接的方式,提高了BT刀柄的接觸剛度和重復(fù)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(jié)構(gòu)的徑向定位刀柄機(jī)構(gòu),在拉刀機(jī)構(gòu)的拉力作用下,刀柄和主 軸之間在整個(gè)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(shí),降低了刀具磨損,提高刀具和機(jī)床使用壽命;
      [0032] (2)本發(fā)明的一種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu),我們意外的發(fā)現(xiàn),當(dāng)墊套厚度為L在特殊 情況下,即
      -時(shí),在加工中心一定的拉刀機(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)了錐面與端面的同 時(shí)定位,機(jī)構(gòu)的剛性和定位精確性在上述情況下達(dá)到最好,使刀柄能很好的適應(yīng)高速切削 加工,且刀柄和刀具的使用壽命長;
      [0033] (3)本發(fā)明的一種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu)的墊套材料采用40CrNi,在采用本發(fā)明特 定的拉刀機(jī)構(gòu)工作拉力情況下,該材料的硬度和彈性模量恰好滿足本發(fā)明的厚度公式,同 時(shí)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(zhuǎn)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;
      [0034] (4)本發(fā)明的一種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu)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(yīng)設(shè)定的拉刀機(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)BT刀柄與主軸的錐面和端面同時(shí)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(shí),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;
      [0035] (5)本發(fā)明的一種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu)的拉釘與圓錐臺通過螺紋連接,拆裝方 便;
      [0036] (6)本發(fā)明的一種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu)可替代HSK型刀柄使用,降低了貴重刀柄 使用成本,結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)計(jì)合理,易于制造。
      [0037] (7)本發(fā)明的一種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu)的使用方法,保證了墊套的正確安裝,使 刀柄高速運(yùn)轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定,更有效保證了機(jī)構(gòu)整體剛性和切削精度,其中,安裝刀柄時(shí)拉刀機(jī) 構(gòu)的拉力F隨時(shí)間t
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