CN1016495B

CN1016495B - 标准连接装置

Info

Publication number: CN1016495B
Application number: CN90101403.6A
Authority: CN
Inventors: 尼古拉·伊万罗维奇·切普里维; 吉那狄亚·米哈依罗维奇·特斯科万; 莱维·普特罗维奇·科兹特索维; 格里高里·依索福罗维奇·普尼克索夫维奇
Original assignee: N I CHEPELEV
Current assignee: N I CHEPELEV
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1990-02-09
Publication date: 1992-05-06
Also published as: DE3991591T1; GB2228060B; CA2009753A1; IT9041521A1; GB9003015D0; WO1990009256A1; GB2228060A; IT9041521A0; SE9003154L; RU1791075C; BR9000583A; FR2643003A1; JPH03503865A; CN1045848A; IT1238818B; SE9003154D0

Abstract

本发明涉及机械制造业。

本发明的标准连接装置具有安装成能在第一个标准件(1)内和第二个标准件的螺孔(8)内轴向移动和转动的螺杆(9)。按照本发明，螺旋付—螺杆(9)和螺孔(8)做成锥形，而尾部(7)做成有弹性的，并且尾部(7)至少有一段截面的外径不小于第一个标准件(1)的配合孔(3)的直径。

Description

本发明涉及机械制造业，更确切地说，是涉及标准连接装置。

本发明用于“加工中心”类型的综合积木式机床和其它数控机床上的装配式工具时效果最好。

此外，本发明还可用于其它需要由几段轴连接成长轴的机械制造业。

专利文件DE，C，3425337和EP，B，0157890中的工具系统标准连接装置是公知的，这种装置的结构比较简单，它是用一个或两个拧入基座标准件外壳径向孔内的紧固螺钉把被连接的标准件压紧在基座标准件上（基座标准件上有用于装入机床主轴锥孔内的外锥面），紧固螺钉的锥形钉头通过不同的垫片压紧开在被连接的（作工具用的）标准件尾部且与紧固螺钉孔偏心的锥形凹槽的表面。

但是这些装置没有消除存在于被连接的标准件的圆柱形尾部与基座标准件配合孔之间的径向间隙，这样就会导致不平衡，降低装配体的刚性和标准件定位精度。

专利文件DE，C，3448009和GB，A，2154479中的工具组件系统也是公知的，这种标准件是靠中心拉杆通过各种楔形构件或球形构件把被连接的标准件压紧在基座标准端面上的。但这些装置制造复杂，有大量的配套零件。此外，这些装置中的拉紧力是通过接触表面圆周上一些特定的点来传递的，因而降低了标准件连接的刚性和可靠性。

一种称作“装配刀具”的标准连接装置也是公知的。这种装置具有带螺孔和装配锥孔的基座标准件，锥孔的表面可以有弹性变形，而在被连接的标准件上加工出外圆柱螺纹。当这两个标准件拧紧时，可以达到径向无间隙的连接，并且被连接的两个标准件相应表面的端部压紧。

但是，上述那种连接方式只能用于向一个方向旋转的工具上，因为当反向旋转时，切削力造成的扭矩会使它拧松。此外，上述连接方式不能用于车刀的切刃必须精确对准车床轴线的积木式工具。

“SANDVIK COROMANT”公司的标准连接装置（DE，C，3340320）也是公知的。这种装置的技术实质与本发明的解决方案最接近，它的特点如下：

这种标准连接装置的一个标准件具有在基准端面开口的配合孔，另一个标准件的基准端面就靠在上述基准端面上，该标准件带有装入第一个标准连接装置配合孔内的尾部，且在尾部开有螺纹孔。此标准连接装置中还有一根螺杆，该螺杆能在第一标准件和第二个标准件尾部的螺纹孔内轴向移动和旋转。

这种装置的缺点是它没有消除被连接标准件圆柱形尾部与基座标准件配合孔之间的径向间隙，而且也是它定位精度不高，装配件的刚性差以及动平衡性能很差的原因。

在所有公知的方法中，当必须用几个（多于两个）标准件装配成安装工具的长杆时，大都采用几种不同类型的连接结构，力图用这种办法来避免已有的径向间隙的线性叠加（累计），避免进一步降低刚性和增大不平衡程度。然而，无论是在一个安装工具组的范围内，还是在一台机床的成套工具的范围内，更不用说在一条可以灵活改变的工艺流水线上所采用的一组机床的范围内，上述解决办法都不能保证连接装置的万能性。

因此，所有已知的连接装置，或者有刚性不足的缺点，或者有标准件定位精度差的缺点，或者兼有上述两种缺点。

本发明的任务就是创造一种标准连接装置，它的结构能消除被连接标准件尾部圆柱表面与基座标准件配合孔表面之间的径向间隙，因而能提高标准之间的定位精度，提高装配好的部件的刚性和降低其动不平衡程度。

本发明的实质是：在标准连接装置中，其中一个标准件具有在基准端面开口的配合孔，另一个标准件带有装入第一个标准件配合孔内的、带螺纹孔的尾部，且它的基准端面靠在第一个标准件的基准端面上，此标准连接装置中还有一根螺杆，此螺杆能在第一个标准件内和第二个标准件尾部的螺纹孔内轴向移动和旋转，形成螺纹付，根据本发明，由螺杆和螺孔所组成的螺旋付做成锥形的，而尾部则做成有弹性的，并且至少有一段截面上的外径不小于第一个标准件装配孔的直径。

由于螺纹付是做成锥形的，而尾部是做成有弹性的，且其外径不小于第一个标准件配合孔的直径，从而提高了装配时的定位精度和连接刚度，因为这时无论在径向还是在基准端面上都能保证连接件之间没有间隙，之所以如此，是因为锥形螺旋付在轴向的拉力转变成了径向的和端面上的压力，亦即实现了有效的中心楔形连接。

用试验研究方法确定的螺旋付的最佳锥度大约在2.5-3.5度之间。

在螺杆上，螺杆的头部和第一个标准件之间配备弹性元件是适宜的，它的作用是当螺杆旋入螺孔时，使得被连接的两个标准件在基准端面上互相压紧。

有了这个弹性件便可保证两个标准件一直到最终拉紧之前都能方便地结合，还可以便于拆卸标准件，因为在弹性件内储存了势能。

弹性件最好做成一组碟形弹簧，这组碟形弹簧的总压紧力要超过两个标准件结合到其基准面互相顶住之前的摩擦力。

这样的弹性件就可以避免两个标准件在开始结合时可能发生的歪斜，并能以紧凑的结构获得所需的压紧力。

在整个装置中还可以有一个刚性地固定在第一个标准件壳体中的套筒，此套筒的内表面与螺杆的圆柱形表面配合，它的一个端面顶住弹性件。

有了这个套筒便可保证很容易地把螺杆装入第一个标准件中去，并可保证螺杆与弹性件之间的作用可靠。

在第二个标准件的尾部开径向槽，使尾部形成带弹性的瓣片是适宜的。

如果尾部的壁很厚，这种结构本身就能保证它具有足够的弹性。

一般情况下，把第一个标准件的配合孔和第二个标准件尾部的外表面做成完全重合的圆柱形是适宜的。

配合孔和尾部的外表面做成圆柱形可以保证两个标准件从开始结合直到最后拉紧的同轴线性。

也可以把第一个标准件的配合孔和第二个标准件尾部的外表面做成重合的圆锥形。

把配合孔和尾部的外表面做成圆锥形时，如果是正锥形，可以使标准件易于结合和拆卸;如果是倒锥形，则可使标准件连接具有，例如端铣时所必需的特别好的刚性。

如果选用正锥形，斜度最好小于1∶10，如果选用倒锥形，斜度最好小于1∶100。

也可以把第一个标准件的配合孔做成圆柱形，而第二个标准件尾部的外表面做成圆锥形。

这种作法既可保证标准件之间结合初期有足够的同轴线性，也便于整套装置的装配和拆卸。

基准（配合）孔和尾部的配合表面究竟选择那一种方案（圆柱形，正锥形或倒锥形）要由具体条件决定，具体条件就是成套工具的工作情况，它即包括切削力的方向和大小，也包括装配成的工具杆的长度和组成工具杆的标准件的数量。

当然，在完全拉紧的状态下，无论采用那一种方案都能保证基准孔的表面与尾部的导向表面的重合性。

为了便于两个标准件的配合表面和螺纹付的装配和拆卸，它们之间的滑动摩擦系数最好不大于0.12。

推荐的摩擦系数是用试验的方法来确定的。如果实际摩擦系数大于0.12，就会使这种装置的装配和拆卸发生困难。

下面通过实施例并结合相应的附图详细说明本发明。

图1是标准连接装置纵剖视图，其基座标准件的配合孔和被连接的标准件尾部的导向表面是圆柱形的;

图2是图1中沿Ⅱ-Ⅱ线的纵剖视图;

图3是另一种标准连接装置装配图的纵剖视图（在两个标准件开始拉紧时），其中的基座标准件的配合孔做成圆柱形，而被连接的标准件尾部的导向表面做成正锥形（为明显起见，锥度夸大了）;

图4是图3中的标准连接装置拉紧过程中的装配图的纵剖视图，此时两个标准件的基准端面已经接触，而弹性件的压缩还没有结束，而且基座标准件的配合孔与被连接标准件尾部的导向表面之间的径向间隙尚未消除;

图5是图3中的标准连接装置拉紧结束后的装配图的纵剖视图，此时径向间隙已完全消除，拉紧螺杆处在最右边的位置上，而弹性件处在压紧状态;

图6是两个标准件都具有重合的锥形接触表面（正锥形）的标准连接装置在完全拉紧后的装配图的纵剖视图;

图7是两个标准件都具有重合的倒锥形接触表面的标准连接装置在完全拉紧后的装配图的纵剖视图。

鉴于本发明的标准连接装置的万能性，在应用本发明时，究竟用上述装置把几个标准件（如基座标准件、中间标准件、工具用的标准件）相互连接在一起，原则上没有什么意义，所以在下面的说明书中将使用这样的一般性术语，例如“一个标准件”和“另一个标准件”;或者“第一个标准件”和“第二个标准件”。

本发明的标准连接装置由下述各构成元件组成（图1-7）。

在一个标准件1（图1）的壳体内加工出带有配合孔3的空腔2，配合孔3在基准端面4是开口的;另一标准件6的基准端面5就靠在上述基准端面上，标准件6有带螺孔8的尾部7。尾部7进入标准件1的配合孔3内。

这一套装置中装有在标准件1内和标准件6尾部7的螺孔8内作轴向移动和转动的螺杆9。

按照本发明，由螺杆9和螺孔8所组成的螺旋付做成锥形，目的是当标准件1和6拉紧时保证端面4和5紧密地压紧，同时保证尾部7的外表面也紧密地压紧配合孔3的表面。

此外，按照本发明，尾部7的外径至少有一段截面的直径不小于配合孔3的直径。同时，螺旋付的锥度大约在2.5-3.5度的范围内。螺纹线的旋转方向（右旋或左旋）则无关紧要。

为了便于装配和消除径向间隙，把尾部7做成有弹性的，方法是把它做成薄壁筒，或者在它上面开出径向槽10（图2），使之成为有弹性的瓣片。

在螺杆上装有与螺杆9的头部12和第一个标准件1相互作用的弹性件11（图1），使得当螺杆9拧入螺孔8时，两个被连接的标准件1和6沿基准面4与5互相压紧。

弹性件11做成一叠靠在刚性地固定在螺杆9上的头部12上的碟形弹簧。弹性件11也可以做成一个或几个有弹性的套管。

同时规定，这些弹簧（或套管）的总压力要超过把标准件1和6吻合到基准端面4和5靠住时所必需的轴向力。

为了保证螺杆9的轴向移动和保证弹性件11能起作用，在第一个标准件1的壳体刚性地固定着套筒13，弹性件11的一端就支承在此套筒的端面14上。同时，套筒13的内表面与螺杆9的圆柱形表面相配合。

为了保证标准件1和6不因切削力而相对转动，还设有键15。

在第一个标准件1的壳体与螺杆头部12之间装有密封环16。

为了通过内六角扳手（图中未示出扳手），在标准件1、6壳体中予先钻有中心通孔17和18，并且在螺杆9的中心通孔的两端加工有插内六角扳手的成形插口。

第一个标准件1的配合孔3和第二个标准件6尾部7的外表面加工成重合的圆柱形，这样就能保证从标准件1和6开始结合一直到最后拉紧（如图1-5所示）为止的同轴线性。

第一个标准件1的配合孔3和第2个标准件6的尾部7的外表面加工成相配合的圆锥形（如图6、7所示），这样，当选择正锥体时（图6），可便于两个标准件最初的结合和拆卸，当选择倒锥体时（图7），则可使标准件的连接具有特别好的-例如端铣时所必需具有的那种刚性。

把第一个标准件1的配合孔3加工成圆柱形（如图3所示），而把第二个标准件6尾部7的外表面加工成正锥形，这样能保证两个标准件在最初结合时具有足够的同轴线性，并且便于整套装置的装卸。

如果配合孔3和尾部7的表面都加工成正锥形，此锥形的斜度取为每侧1∶10以下;如果加工成倒锥形，则此锥形的斜度应取为每侧1∶100以下。

同时，标准件1和6的接触表面以及螺旋付8-9的接触表面之间的滑动摩擦系数应不大于0.12。

上述标准连接装置的工作过程如下（图3、4、5）。

当将尾部7插入基准配合孔3时，最初，螺杆9顶住锥形螺孔8。然后，通过孔17或18从一个方向或另一个方向把内六角扳手（图中未示出）插入插口19，用内六角扳手转动螺杆9，于是锥形螺纹付8-9便开始拧入（图3）。此时，尾部7至少有一个截面的外径d与基准配合孔3的直径一致，于是便产生了一定的装配阻力，并且在端面4与5之间有间隙S。

继续拧动螺旋付，靠在套筒13端面14上的弹性件11开始压缩，并克服尾部7的外表面与基准配合孔3之间的摩擦力，保证两个标准件1和2的基准面4与5接触（图4）。

由于尾部7是有弹性的，所以它不会妨碍原先存在的间隙S的消失，于是两个基准端面4与5便以大小为F₁的力互相压紧。

螺杆9继续向右拧入（图5），使有弹性的尾部7张开（楔开），于是它的外表面就与基准配合孔3紧密地贴合，保证两者重合。到拉紧结束时，标准件1和6沿基准端面4和5上的压紧力已经达到F₂，大于最初的压力F₁（图4）。到了此时，弹性件11完全压紧，并且它的压力使得锥形螺旋付（螺杆9与螺孔8）的螺旋形表面完全接触。

由于上面所列举的表面都完全而且可靠地接触，从而保证了标准件1与6的最佳同心性和连接刚性，以及切削过程中的抗振动性能。

键15保证装配过程方便，并且附带保证标准件1和6不致自发地相对转动。

带有正锥形（图6中的角α）或倒锥形（图7中的β角）的标准件1和6的装配（拉紧）方法也与此相似，不同之处只是在不同的方案中，在尾部7与孔3开始接触的时刻，尾部7与孔3（在自由状态下）的直径相等，或者尾部7的外径甚至略大于基准孔3的直径，是在不同的截面上。

当需要拆开标准件1和6时，也是用内六角扳手向相反的方向转动螺杆9，开始时，尾部7与孔3之间的接触压力减小（弹性件11的势能促进了这一过程），然后基准端面4与5之间的接触压力减小，接着尾部7从孔3中退出来，直至螺孔8与螺杆9的螺纹不再起作用为止。再进一步把标准件1和6拆开就不费力了。

实践检验证明：本发明的标准连接装置可保证更换的标准件在径向和轴向的定位精度平均为±0.0012毫米，这个精度大大超过所有已知结构的标准连接装置所能保证的精度，它们的定位精度平均在±0.003毫米到±0.006毫米之间，其中也包括作为主要比较对象的“SANDVIK COROMANT”的连接装置（±0.006毫米）。

将本发明的装置与直径为160毫米的端铣刀连接进行试验的结果表明，刚性和铣削的质量都很高。

在一根工具用的长刀杆上连接三个甚至四个本发明的标准件，仍能保持足够的刚性和最佳精度。

Claims

1、一种标准连接装置，其中一个标准件(1)上有在基准端面(4)上开口的配合孔(3)，另一个标准件(6)上有可进入第一个标准件(1)的配合孔(3)中且带有螺纹孔(8)的尾部(7)，标准件(6)的基准端面(5)靠在基准端面(4)上，标准件(1)中包含螺杆(9)，螺杆(9)可在第一个标准件(1)内和另一个标准件(6)尾部(7)的螺孔(8)内轴向移动和转动，并组成一个螺旋付，本发明的特征在于：由螺杆(9)和螺孔(8)所组成的螺旋付做成锥形，而尾部(7)做成有弹性的，且尾部(7)至少有一段截面的外径(d)不小于第一个标准件(1)的配合孔(3)的直径。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：螺旋付的锥度大约在2.5-3.5度的范围内。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于螺杆（9）配备有弹性件（11），弹性件（11）在螺杆头部（12）与第一个标准件之间的作用是当螺杆（9）与螺孔（8）旋合时，被连接的两个标准件（1与6）的基准端面（4与5）互相压紧。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于弹性件（11）做成一组碟形弹簧，它的总压力超过标准件（1与6）结合到两个基准端面（4与5）顶住时所必需的轴向力。

5、如权利要求3所述的装置，其特征在于它还有刚性地固定在第一个标准件（1）壳体内的套筒（13），套筒（13）的内表面与螺杆（9）的圆柱形表面配合，它的一个端面（14）与弹性件（11）接触。

6、如权利要求1所述的装置，其特征在于尾部（7）开有径向槽（10），形成有弹性的瓣片。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于第一个标准件（1）的配合孔（3）和第二个标准件（6）的尾部（7）的外表面做成重合的圆柱形。

8、如权利要求1所述的装置，其特征在于第一个标准件（1）的配合孔（3）和第二个标准件（6）尾部（7）的外表面做成重合的圆锥形。

9、如权利要求1所述的装置，其特征在于第一个标准件（1）的配合孔（3）做成圆柱形，而第二个标准件（6）尾部（7）的外表面做成圆锥形。

10、如权利要求2所述的装置，其特征在于当圆锥是正锥体时，圆锥的斜度选为小于1∶10;当圆锥是倒锥度体时，斜度选为小于1∶100。

11、如权利要求1所述的装置，其特征在于标准件（1与6）的配合表面及螺旋付（8、9）的配合表面的滑动摩擦系数不大于0.12。