CN101774033B - 装配刀片用紧固结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配刀片用紧固结构，包括紧固栓和与该紧固栓相配合的刀座，紧固栓主要由与刀片安装孔相配合的上工作部、中间的连接部和与刀座相配合的下工作部组成，下工作部呈腰圆台状，过下工作部的旋转轴线且与其横截面腰圆长轴垂直的方向开设有一锁紧力缓冲槽；紧固栓顶面开设有一力矩驱动腔；刀座上开设有一与紧固栓相配合的辅助锁紧型腔，辅助锁紧型腔主要由容置紧固栓连接部的上部直槽腔和与紧固栓下工作部相配合的下部锥槽工作腔组成。本发明的紧固结构具有自锁紧功能，且具有拆装快速、加工效率高、生产成本低、能够量化锁紧力等优点。

Description

装配刀片用紧固结构

技术领域

本发明涉及一种切削刀具用的附属零件，尤其涉及一种用于紧固刀片的零件。

背景技术

在金属切削加工行业中，切削刀具的加工效率对公司的利润往往产生较大的影响，提高切削加工效率是整个制造行业不断追求的目标。可转位数控刀具受刀片与刀体的配装形式的限制，在刀片需要更换时多采用人工进行手动更换，更换的时间势必要记入到产品的加工时间，因此减少刀片的装卸时间可以间接地减少产品的加工时间，从而提高产品的加工效率。

目前切削刀具的锁紧方式多为直接或间接地采用螺纹结构，对刀片进行锁紧程度的验证多采用力矩扳手，但大多数制造厂家都是采用人工锁紧，锁紧程度也多因人而异，对刀片产生的预紧力也就无法进行量化，刀具实际应用的效果与刀具的设计意图就会产生一定的偏差，甚至会影响刀具加工的稳定性。尤其在大型模具行业的机械加工中，由于大型工件连续加工时间较长，对刀具可使用时间的预测必须非常精确，在加工过程中如果发生刀片崩刃，更换刀片势必会影响被加工工件的加工精度，因此刀具的稳定性也就尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种拆装快速、具有自锁紧功能、加工效率高、生产成本低、且能够量化锁紧力的装配刀片用紧固结构。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种装配刀片用紧固结构，包括紧固栓和与该紧固栓相配合的刀座，其特征在于：

所述紧固栓主要由与刀片安装孔相配合的上工作部、中间的连接部和与所述刀座相配合的下工作部组成，所述下工作部呈腰圆台状(也可为椭圆台或其他与椭圆台近似的长条形状)，过该下工作部的旋转轴线且与其横截面腰圆长轴垂直(无需严格垂直，可偏离一定角度)的方向开设有一锁紧力缓冲槽；所述紧固栓顶面开设有一力矩驱动腔，该力矩驱动腔主要用于定位力矩扳手，以便于旋紧该紧固栓；

所述刀座上开设有一与所述紧固栓相配合的辅助锁紧型腔，所述辅助锁紧型腔主要由容置所述紧固栓连接部的上部直槽腔和与所述紧固栓下工作部相配合的下部锥槽工作腔组成。

上述的装配刀片用紧固结构中，所述紧固栓上工作部的形状并无严格限制，只需满足其与刀片的安装孔能够相配合即可，但考虑一般刀片的安装孔为圆孔，为保证紧固栓的上工作部能够有效、稳固地作用于刀片上，该上工作部优选设置为倒圆台状，这样上工作部便能有效压紧于刀片的安装孔中。如果上工作部设为倒圆台状，则紧固栓的连接部优选设置为圆柱状，该圆柱状的横截面不应过大，以能够刚好通过刀片安装孔和所述辅助锁紧型腔的直槽腔为宜。所述下工作部可以设置为一规则的椭圆台或与椭圆台近似的长条形腰圆台状，但从加工、应用方便的角度考虑，该下工作部优选为两平行避空面对称截去一圆台两侧后的剩余体，该平行避空面则可以是与所述连接部的圆柱面相切的两平面。

上述改进后的装配刀片用紧固结构中，考虑到所述直槽腔应当能够容置所述紧固栓的连接部，且还应当能够供紧固栓的下工作部通过，因此所述直槽腔优选设置为一腰圆柱状型腔(即直槽腔的横截面为一腰圆形)。当下工作部优选设置为一两平行避空面对称截去一圆台两侧后的剩余体时，所述直槽腔的侧面则可以是由两平行对称的侧平面和两对称分布的圆弧柱面光滑连接而成，这样便能使所述紧固栓在安装时顺利通过直槽腔，而在旋紧后却不会从直槽腔中滑出。所述锥槽工作腔为所述直槽腔向下带一锥度延伸后形成的腔体，其截面轮廓线也相应为腰圆形，这样该锥槽工作腔便能与所述紧固栓下工作部形成配合，紧固栓旋紧后，刀座便能有效压紧在紧固栓的下工作部上。

上述的各装配刀片用紧固结构中，紧邻所述的锥槽工作腔下方还可设置一锥槽避空腔，该锥槽避空腔的锥度应大于所述锥槽工作腔的锥度。通过增设一锥槽避空腔是为了减少紧固栓的下工作部与锥槽工作腔的接触面积，进而降低转动紧固栓所需的力矩。

上述的各装配刀片用紧固结构中，当旋紧紧固栓完成刀片的安装后，考虑到紧固栓的下工作部与锥槽工作腔之间可能是曲面与曲面或平面与曲面的接触，这种接触的稳定性较差，刀片在恶劣工况条件下，有可能因紧固栓反转失控而致使刀片弹出，影响加工时的稳定性，因此所述锥槽工作腔中与工作状态下所述紧固栓下工作部相接触的工作面(即相对距离较短的侧面)上对称开设有两个反转限定腔。在该反转限定腔的棱边处能够形成应力集中，从而起到限制反转的作用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、能够实现刀片的快速拆卸：采用现有的螺钉压紧的方式，一般螺钉与刀座的连接在五个螺距以上，即拆装刀片时扳手需转动1800°(即5圈)以上；而如果采用本发明所述的紧固结构，力矩扳手转动的角度可以在不超过90°(即1/4圈)的条件下即可完成刀片的锁紧工作；

2、对刀片具有自锁紧的功能：在切削力较大的工作条件下，刀片有脱离刀座而向外飞弹的趋势，由于本发明紧固栓下工作部的工作面为一锥面，当紧固栓在高度方向上随刀片有一上升趋势时，作用在紧固栓下工作部上的作用力也随之加大，即锁紧力不断增大；同时，由于紧固栓锁紧力缓冲槽的作用，在高度方向上发生微小位移的情况下，紧固栓有自动恢复的效果，从而防止紧固栓飞出，提高了刀片使用过程中的稳定性和安全性；

3、刀片的预紧力能够量化：目前能够对刀片预紧力进行间接量化的只有力矩扳手，但机床操作人员在更换刀片时，很少会采用力矩扳手，从而间接导致刀片切削性能不稳定；而本发明的紧固结构是通过机械定位的方式确定了紧固栓的最终位置，其预紧力的作用效果完全可由刀具厂家的设计决定，不会受机床操作人员更换操作的影响，从而有效提高了刀具加工的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中紧固栓的立体图；

图2为本发明实施例中紧固栓的主视图；

图3为图2的右视图；

图4为图2中A-A处剖视图；

图5为本发明实施例中辅助锁紧型腔的结构示意图(立体图)；

图6为本发明实施例中辅助锁紧型腔的仰视图；

图7为图6中B-B处剖视图；

图8为本发明实施例中的紧固结构在安装前的初始状态图；

图9为图8在C-C处的剖视图；

图10为本发明实施例中的紧固结构在安装后的工作状态图；

图11为图10在D-D处的剖视图。

图例说明：

1、紧固栓                11、上工作部

12、连接部               13、下工作部

131、平行避空面          132、子工作面

133、半圆形锥面          14、帽盖

15、力矩驱动腔           16、锁紧力缓冲槽

2、刀座                  21、辅助锁紧型腔

211、直槽腔              212、锥槽工作腔

213、锥槽避空腔          214、反转限定腔

215、半圆弧柱面          216、侧平面

217、斜平面              3、刀片

具体实施方式

实施例：

一种如图1～图11所示的本发明的紧固结构，包括一个紧固栓1和与该紧固栓1相配合的刀座2。

如图1～图4所示，该紧固栓1呈一类哑铃状(并不是严格意义上的哑铃状，近似于上、下两头相对粗大、中部细长的形状均可)，其主要由一倒圆台状的上工作部11、中间呈圆柱状的连接部12和呈腰圆台状的下工作部13组成。上工作部11的上方为帽盖14，帽盖14的顶面(即紧固栓1的顶面)开设有一复杂的力矩驱动腔15以容置力矩扳手，便于旋紧紧固栓1，该力矩驱动腔15受配用力矩扳手的形式所限制。上工作部11的侧面为一倒锥面，该倒锥面主要作用于刀片3的安装孔中，以便于压紧刀片3，因此该倒锥面的锥角受刀片3的安装孔的形式及尺寸的限制。腰圆台状的下工作部13实质上是两平行避空面131对称截去一圆台两侧后的剩余体，且两平行避空面131与连接部12的圆柱形侧面相切。同时，在垂直于两平行避空面131方向且过下工作部13的旋转轴线方向开设有一锁紧力缓冲槽16，该锁紧力缓冲槽16向上延伸至连接部12中，向两侧则一直贯穿下工作部13，将下工作部13分为对称的两个子部分，锁紧力缓冲槽16主要是防止紧固栓1在锁紧过程中由于刚性接触产生过大的阻力，而为锁紧动作提供一个弹性储备。可见，下工作部13的工作面实质上是由对称的两个子工作面132组成，每个子工作面132又是由一个半圆形锥面133和两个对称分布的平行避空面131组成。下工作部13的特殊设计主要是为与刀座2上开设的辅助锁紧型腔21相配合。

如图5～图7所示，刀座2上开设有一与紧固栓1相配合的辅助锁紧型腔21，该辅助锁紧型腔21由上往下依次由直槽腔211、锥槽工作腔212和锥槽避空腔213组成。直槽腔211外轮廓线为一腰圆形，由对称的两半圆弧线和两平行直线组成，相应的，直槽腔211的侧面则是两平行对称的侧平面216和两对称分布的圆弧柱面光滑连接而成。两对称侧平面216的间距略大于紧固栓1连接部12的截面直径，由于紧固栓1下工作部13的两平行避空面131与连接部12的圆柱侧面相切，因此直槽腔211不仅能够容紧固栓1的连接部12通过，同时能够容下工作部13的通过进入到如图8所示的安装前的初始状态(只需将紧固栓1的两平行避空面131平行于直槽腔211的侧平面216进行安装即可)。直槽腔211向下带一锥度延伸后形成锥槽工作腔212，锥槽工作腔212的外轮廓线形状与直槽腔211相同，因此锥槽工作腔212的侧面实质上是由两端的锥面(锥度与下工作部13的半圆形锥面133的锥度基本相同)和中间两侧的斜平面217组成，这样便能与紧固栓1下工作部13的侧面形成配合，当紧固栓1旋紧后，刀座2便能产生向下的压力压紧紧固栓1的下工作部13，进而固定住刀片3。锥槽工作腔212下方继续进行扩张性延伸，从而形成一锥槽避空腔213，该锥槽避空腔213的锥度应大于锥槽工作腔212的锥度，从而减少紧固栓1的下工作部13与锥槽工作腔212的接触面积，进而降低转动紧固栓1所需的力矩。

在锥槽工作腔212中的两相对斜平面217上还对称开设有两个反转限定腔214，反转限定腔214的侧面为一半圆弧柱面215，该半圆弧柱面215的中心线平行于锥槽工作腔212中的两相对斜平面217，当紧固栓1的下工作部13旋转到反转限定腔214时，原本平面与曲面的接触便转化为两棱边与曲面的接触，这样集中于两棱边上的应力便能更稳固地固定紧固栓1，限制紧固栓1反转，防止刀片3弹出。

工作原理：如图8、图9所示所示，首先将紧固栓1穿过刀片3的安装孔，然后使紧固栓1下工作部13的平行避空面131平行于直槽腔211的两侧平面216插入到辅助锁紧型腔21中，由于直槽腔211中两侧平面216的距离略大于紧固栓1两平行避空面131之间的距离，同时也略大于紧固栓1连接部12的截面直径，因此紧固栓1的下工作部13可以直达辅助锁紧型腔21的锥槽工作腔212中，从而达到如图8、图9所示的工作状态；然后用力矩扳手插入到力矩驱动腔15中开始旋拧紧固栓1，由于紧固栓1的下工作部13为长条形的腰圆台状，而锥槽工作腔212也为一长条状型腔，且锁紧状态前锥槽工作腔212的斜平面217在紧固栓1的轴线方向上略低于紧固栓1下工作部13的半圆形锥面133(也可设计成斜平面217的倾斜角度略小于紧固栓1下工作部13的半圆形锥面133的倾斜角度)，在紧固栓1的旋转过程中，紧固栓1下工作部13的半圆形锥面133不断挤压锥槽工作腔212的斜平面217，锥槽工作腔212的斜平面217必然会发生微小弹性形变，进而产生对下工作部13的下压力(锁紧力缓冲槽16可缓解一部分的压力)，从而实现二者之间的紧密配合，直到下工作部13旋转90°达到图10、图11所示的反转限定腔214所在的位置，此时压力达到最大；同时由于反转限定腔214的几何结构作用，下工作部13的工作面会微小外扩，锁紧力缓冲槽16释放一部分锁紧力，迫使下工作部13与反转限定腔214的充分接触，反转限定腔214的棱边将紧固栓1固定住，刀片3也随之固定。

Claims (6)

1.一种装配刀片用紧固结构，包括紧固栓(1)和与该紧固栓(1)相配合的刀座(2)，其特征在于：

所述紧固栓(1)主要由与刀片(3)安装孔相配合的上工作部(11)、中间的连接部(12)和与所述刀座(2)相配合的下工作部(13)组成，所述下工作部(13)呈腰圆台状，过该下工作部(13)的旋转轴线且与其横截面腰圆长轴垂直的方向开设有一锁紧力缓冲槽(16)；所述紧固栓(1)顶面开设有一力矩驱动腔(15)；

所述刀座(2)上开设有一与所述紧固栓(1)相配合的辅助锁紧型腔(21)，所述辅助锁紧型腔(21)主要由容置所述紧固栓(1)连接部(12)的上部直槽腔(211)和与所述紧固栓(1)下工作部(13)相配合的下部锥槽工作腔(212)组成。

2.根据权利要求1所述的装配刀片用紧固结构，其特征在于：所述紧固栓(1)的上工作部(11)呈倒圆台状，所述紧固栓(1)的连接部(12)呈圆柱状，所述腰圆台状的下工作部(13)为两平行避空面(131)对称截去一圆台两侧后的剩余体。

3.根据权利要求2所述的装配刀片用紧固结构，其特征在于：所述直槽腔(211)、锥槽工作腔(212)的截面均为腰圆形；所述锥槽工作腔(212)为所述直槽腔(211)向下带一锥度延伸后形成的腔体。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的装配刀片用紧固结构，其特征在于：紧邻所述的锥槽工作腔(212)下方还设有一锥槽避空腔(213)，所述锥槽避空腔(213)的锥度大于所述锥槽工作腔(212)的锥度。

5.根据权利要求4所述的装配刀片用紧固结构，其特征在于：所述锥槽工作腔(212)中与所述紧固栓(1)下工作部(13)相接触的工作面上对称开设有两个反转限定腔(214)。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的装配刀片用紧固结构，其特征在于：所述锥槽工作腔(212)中与所述紧固栓(1)下工作部(13)相接触的工作面上对称开设有两个反转限定腔(214)。

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