CN102365150B - 用于刀架的保持把手 - Google Patents

Abstract

一种用于刀架的保持把手，该保持把手不太容易使锥形刀架表面扭曲，尤其在它被过度拧紧的情况下如此。该保持把手包括：把手头；可与刀架杆柄的末端接合的凸缘；引导段，可由所述刀架杆柄所限定的埋头孔加以接纳；和螺纹段，通过凹进段而与所述凸缘分隔开。构造所述螺纹段以使得它具有的长度基本上是实现最大螺纹保持强度所需的最小长度。所述凹进段被构造为把螺纹段与它的头分开，从而使得螺纹段的远端基本上位于形成刀架的一部分的锥形孔的底部附近。

Description

用于刀架的保持把手

技术领域

本发明一般地涉及机床，具体地讲，涉及一种用于刀架的保持把手。

背景技术

机床(诸如，CNC机床)使用多种刀具来生产一种机加工的产品。切削刀具(诸如，端铣刀和钻头)在机加工操作期间自动更换。切削刀具典型地被保持于根据需要自动安装的和从机器主轴移除的刀架中。为了维持精确的公差，刀架必须被刚性地保持于主轴内。如果在主轴和刀架之间发生相对移动，则将会导致机加工误差并且将会损害/危及机加工公差。

本发明所涉及类型的刀架包括一种锥形杆柄，该锥形杆柄被接纳于一种互补形状的主轴窝或主轴套（spindle socket）中。为了维持机器公差，很关键的是，刀架的锥形杆柄应该与主轴窝处于密切的、且基本上完全的接触。如果刀架杆柄未与主轴窝完全接触，则可能发生相对移动，尤其在重型机加工的情况下可能如此，这将会在刀架杆柄或主轴窝或者这二者中产生磨损。

在本发明所涉及类型的刀架中，保持把手被所述杆柄以螺纹方式接纳住。保持把手由一种主轴夹持器接合，并在机加工操作期间把刀架保持在主轴内。已发现，保持把手的安装可在刀架杆柄中产生扭曲或扩大。如果保持把手被过度拧紧，则该扭曲通常增大。这种扭曲可在安装所述刀架时妨碍刀架杆柄与主轴窝完全接合。如果刀架杆柄未与主轴窝完全接触，则在刀架和主轴窝之间可能发生相对移动。这种相对移动将会减小机器公差，增大切削刀具磨损，并在刀架和/或主轴中产生磨损。

发明内容

本发明提供了一种新型的改进的用于刀架的保持把手。根据本发明，该保持把手包括一种保持把手头，所述保持把手头可由一种形成机床的一部分的主轴来加以接合。与保持把手头相邻的是一种可由一种在刀架中所形成的埋头孔来接纳的引导部段。一种螺纹段可由一种被所述刀架所限定的螺纹孔来加以接合，并且在所述引导部段下方与一种凹进或底切（undercut）段分隔开一段预定距离。所述凹进段不接合刀架的螺纹孔，也不把力施加于刀架的螺纹孔。

根据本发明，保持把手的螺纹段被选择为最大螺纹强度所需的最小长度。还布置所述螺纹段以使得它的远端与所述刀架中的所述螺纹孔的一末端分隔开一段微小量的距离以避免所述保持把手的远端和所述刀架中的螺纹孔的所述末端之间的过盈（interference）。在一种较优选的实施例中，设置螺纹段的长度、以及该螺纹段与引导部段的间距，以使得：当安装所述保持把手时，在保持把手的远端与所述刀架中的螺纹孔的所述末端之间确立一种等于一个或两个螺纹的间隙。

根据本发明，所述保持把手不以螺纹方式与位于刀架的驱动端(由拉杆接合着的末端)内的螺纹孔的部分相接合，所述驱动端具有与刀架的容纳着切削刀具的末端相比小得多的直径。已发现：通过避免保持把手与刀架杆柄的较窄端之间的螺纹啮合，很明显减小了刀架的锥形表面的扭曲或扩大的发生率。

根据本发明的特征，通过控制所述保持把手的螺纹段的长度来确保所述螺纹段上的所述螺纹的导入部分和导出部分基本上分隔开180°，从而使所述保持把手的螺纹段得以实现平衡。为了进一步增强保持把手的平衡，位于所述螺纹段的开始和末端处的倒角优选地基本上相同。

利用本发明的保持把手，很明显减小了刀架的锥形表面中的扭曲，因而导致了刀架与机床的主轴之间的更好的配合。在锥形表面中没有扭曲的情况会导致更长的刀架寿命和更好的机加工。本发明的改进保持把手不太可能在机加工操作期间在主轴内“抖动/摇摆（wobble）”，且因此改善了机加工公差并且减少了刀具磨损。还发现：可减少主轴驱动电机的功耗。

根据本发明，希望的是：刀架中的接纳着保持把手的螺纹孔被形成在刀架中较深的位置，从而使得保持把手的螺纹段与刀架杆柄的驱动端或窄直径端分隔开更远。保持把手的螺纹段的位置越深，则在刀架的杆柄的重要的/关键的锥形表面中产生扭曲或扩大的可能性越小。

本发明的另外的特征将会变得显而易见，并且通过阅读结合附图进行的下列详细描述将会获得更充分的理解。

附图说明

图1是显示出刀架如何与主轴保持呈有效工作接合的一种机床主轴的局部视图；

图2图示了具有常规保持把手的刀架；

图3是具有根据本发明优选实施例构造的保持把手的一种常规刀架的局部视图；和

图4是根据本发明优选实施例构造的保持把手的正视图。

具体实施方式

图1图示了刀架12和与刀架12一起使用的主轴14。已知的是，刀架12用于把可替换机加工刀具(诸如，切削刀具、钻头、铣刀等)安装在一种机床(诸如，CNC机床)中。如图1中可见，刀架12以可移除的方式被保持在概括地由附图标记14指示的主轴中，该主轴形成CNC机床的一部分。刀架包括一种保持把手18，保持把手18通常以螺纹方式被接纳在刀架12的杆柄12a中所形成的孔中。主轴14包括一种概括地由附图标记20指示的夹持器机构，该夹持器机构包括了夹持器24，夹持器24可有效操作以用于夹持住保持把手18的头18a。夹持器组件20把刀架12的杆柄12a牵引/拉进到主轴14中，并且刚性地把刀架12耦合联接到主轴14，从而使得主轴的旋转引起刀架的旋转、以及因此引起由刀架12携载的机加工刀具(未示出)的旋转。刀架12通过一种概括地由附图标记30指示的弹簧或弹簧机构而维持着在主轴14里面的它的操作位置。

如图1中可见，刀架杆柄12a包括截头锥体形或锥形安装表面32，安装表面32正面地与一种互补形状的主轴孔或主轴窝34相接合。杆柄12上的锥度角是一种产业标准。应该注意的是，在产业中使用几种尺寸的锥形。在示出的实施例中，锥度角是每侧8.29714度。这也称为每英尺3.500”锥度或者每侧8°17’49.7”或7/24级锥度。

为了提供精确的机器公差，很重要/关键的是，刀架杆柄12a的锥形表面32与由主轴窝34所限定的锥形表面完全接触。如果未建立/确立完全接触，则将会发生刀架12和主轴14之间的相对移动，尤其在重型机加工负荷的情况下如此。这种移动将会产生机加工误差，因此将不会维持机器公差。它还将会引起刀架杆柄12和主轴14中的磨损并减少切削刀具的寿命。

如以上所述，刀架12包括一种可替代的保持把手18，刀架12通过保持把手18而被保持在主轴14中，如图3中所见。保持把手18被以螺纹方式旋入到由刀架杆柄12a限定的螺纹孔40中。通常推荐的是，保持把手18利用特定扭矩而被安装在刀架12中。已发现：一种常规保持把手能够在刀架杆柄12a中产生扭曲或直径扩大，这又特别地使刀架杆柄12a的圆锥形表面32扭曲。如果对保持把手施加过扭矩（over-torqued），则这种扭曲能够进一步增加。

螺纹孔40具有由已制造出的刀架12所依据的标准来确定的预定长度。例如，根据ANSI规范制造的刀架12具有预定结构，所述预定结构包括圆锥形表面12a的锥度、螺纹孔40的长度、螺纹孔40的直径和其形成螺纹的螺距。类似地，预期用于特定刀架的保持把手18也按照某一规范制造，所述某一规范包括保持把手18的总体长度、螺纹段18b的位置和长度、以及保持把手头18a的一种构造，则保持把手18利用保持把手头18a被主轴夹持住。

如以上所述，已发现：根据现有规范制造的常规保持把手能够在刀架杆柄12a中产生扭曲，尤其在未正确安装(即，施加了过扭矩)的情况下如此。杆柄12a中的、或者锥形表面32中的任何扭曲能够在主轴、刀架或切削刀具自身中产生机加工误差和/或磨损。

图3图示了一种新型的改进的预期用于常规刀架12的保持把手50。保持把手50不太容易在刀架12的圆锥形表面32中产生扭曲，即使当施加了过扭矩时也如此。另外，改进的保持把手50在它自身和刀架12之间提供一种更牢固的耦合联接，在机加工操作期间导致保持把手50和刀架12之间的较小的相对移动。结果，利用示出的保持把手，在维持住紧密的机加工公差的同时还改善了刀架、切削刀具和保持把手的寿命。

还参照图4，保持把手50包括一种保持把手头50a，所述保持把手头50a优选地根据一种机加工标准(诸如，ANSI标准)而构造。保持把手头50a包括一体形成的凸缘52，凸缘52在它完全安装时邻靠着刀架杆柄12a的上端(如图3中所见)。凸缘52包括一对平坦部分52a(仅示出一个)，通过平坦部分52a，保持把手50由一种适合用于安装和移除的工具来接合。保持把手50还包括一种在凸缘52下方间隔开一段预定距离的螺纹段50b。

根据本发明的特征，保持把手50包括一种正好就位于凸缘52下方的引导部段50c。如图3中所见，引导部段50c预期要装配一种埋头孔56内，所述埋头孔56形成了常规刀架12的一部分。保持把手50的螺纹段50b由一种凹进部分50d而与引导部段50c间隔开。拒信，该凹进部分的使用减少了当所述保持把手50安装在刀架12中时所述保持把手50使圆锥形表面32扭曲的可能性，即使当对它施加了过扭矩时也如此。如将会在下文中所解释的，与针对相同应用的常规保持把手18相比，该凹进部分设计成使螺纹段50b向下分隔开，而同时不减小它在孔50内的保持强度。换句话说，虽然螺纹段50b的长度小于图2中显示的螺纹段18b的长度(并应符合当前保持把手规范的要求)，但在所述保持把手与刀架之间发生螺纹啮合的失效所需要的力的量值不减小。

如图4中可见，保持把手50具有尺寸“T”、“Y”和“W”。如下根据本发明确定了针对特定应用的尺寸。检查/查询了预期要使用保持把手50的刀架的规范以确定刀架的螺纹孔40的深度。螺纹孔40的深度确定了尺寸“W”。尺寸“W”典型地被选择为比螺纹孔40的规定长度更小，从而使得在保持把手的底部(如图4中可见)或远端和螺纹孔40的底部之间提供间隙。这个间隙可相当于如图3中所示的一个或两个螺纹。如图3中可见，螺纹孔40的总长度为“W”+“X”，并且“X”是所希望的介于保持把手50的底部和螺纹孔40的底部之间的间隙。

螺纹段的最小长度“Y”随后被计算成将会产生螺纹的最大保持强度的最小螺纹长度。这是一种已知的计算，并且能够通过检查机加工手册获得这种已知的计算。应该注意的是，螺纹段50b的长度也受到螺纹类型、以及用于刀架和保持把手的材料影响。附录1图示了用于计算适当螺纹长度的已知方法。也能够查询源自ISO 898, 第一部分的规范(FED-STD-H28/2B 1991)。

引导部段50c的深度尺寸“T”是由形成了所述刀架的一部分的埋头孔56来确定的。如以上所述，埋头孔56的尺寸由已知标准和规范确定。由此选择引导部段的直径和长度“T”，从而使得：当安装了保持把手50时，引导部段50c装配在埋头孔56内、而不会阻碍对保持把手施加扭矩至它的特定扭矩。一旦确立了尺寸“T”、“W”和“Y”，就确定了凹进部段50d的长度、并且该长度等于“W”尺寸减去“T”和“Y”尺寸的总和的差值。

如图3中可见，利用图4中显示的构造，保持把手50的螺纹段位于螺纹孔40中的较低位置，并且由于凹进部分50d而导致了在保持把手与螺纹孔40的上部之间没有螺纹啮合。这种构造减少了当安装所述保持把手时刀架12的上部区域中的扭曲的可能性，尤其是在它被施加了过扭矩的情况下如此。

根据本发明的特征，保持把手50被构造成是平衡的，从而使得在制造期间不需要单独的平衡步骤。为了实现这个特征，构造出螺纹段50b以使得：由附图标记90指示的螺纹的导入部分位于相对于由附图标记92概括地指示的导出部分成180°处。为了实现这个特征，尺寸“Y”可增大以使得螺纹的导入点和导出点相隔180°。在实际的实践中，可设想螺纹段50b的长度“Y”可增加一圈，可导致比理论的长度或计算的长度稍大的长度“Y”。利用这个特征，保持把手50具有“平衡的”螺纹。

为了进一步促进螺纹的平衡，本发明还设想了对位于螺纹段50b的开始和末端处的“倒角”的控制。为了确保平衡，重要的是，螺纹在螺纹段50b上起始的位置处的倒角是与位于螺纹段50b的末端处的倒角相同的或基本上相似的。这将会确保在螺纹段的导入部分和导出部分处限定螺纹的材料基本上是相同的，且因此不影响保持把手的平衡。拒信，为了进一步确保螺纹的平衡，螺纹的导入部分90和导出部分92分隔开180°加或减1°。为了进一步确保平衡，平坦部分52a的形状和位置也必须被仔细地控制，因此它们精确地对称地关于保持把手的中心线分隔开。通过仔细控制以上参数，能够生产出一种平衡的保持把手、而不需要单独的机加工步骤来平衡所述保持把手50。

以上讨论的方法能够用于构造根据本发明用于几乎任何规范的刀架的保持把手。表1包含了这样一种表，其示出了针对具有产业标准锥形尺寸的多种产业标准刀架的、根据本发明的优选实施例构造的保持把手的尺寸。通过使用上述本发明的方法，能够开发表1中未列出的用于其它刀架的保持把手的尺寸。

如以上所讨论，保持把手的安装能够在刀架杆柄12a的锥形表面32中产生扭曲，尤其在施加了过扭矩的情况下如此。一种用于确定通过保持把手的安装而产生的刀架中的扭曲的程度(如果存在扭曲的话)的检验量规被公开于共同待决的美国专利申请序列号61/145,353(代理人文件号JMM-018545USPRO)，其内容通过援引包含于此。附录2包括了显示出安装在刀架12上的检验量规12的附图。

为了进一步提高根据本发明构造的保持把手的性能，推荐的是：正确地对它施加扭矩。对于通常的螺栓，通常推荐的是：不允许螺栓中引起的应力超过屈服强度的80%。已发现：保持把手能够被视为螺栓，因此，应该用于把它拧紧到刀架的杆柄上的扭矩是通过下面的原则来控制的。特别地，施加的扭矩和保持把手中获得的张力之间的数学关系已被如下确定：

T=.2×D×F

其中T是所需要的扭矩；D是标称螺栓直径(保持把手的螺纹段的外径/大直径)，F是所希望的螺栓张力(轴向负荷)。对于这种应用，所希望的螺栓张力是把刀架保持在适当位置的机床的拉杆力。对于机床应用，所计算的扭矩乘以1.2从而使得存在20%的安全因数。使用这些数学关系，基于这个螺纹段50b的外径和将要使用保持把手的机器中的拉杆力，对于给定的保持把手而言能够得到正确的拧紧扭矩。表2显示了基于以上讨论的关系、针对在四种不同刀架中按照多种拉杆力安装的保持把手的推荐的拧紧扭矩。

虽然已在某一程度的特殊性的情况下描述了本发明，但在不脱离下文所主张保护的本发明的精神或范围的情况下本领域技术人员能够对本发明做出多种修改。

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Claims (12)

1.一种用于刀架的保持把手，包括：

a)结构，其限定着一种可由形成机床的一部分的主轴接合的保持把手头和一种与刀架杆柄的一端邻靠着的保持把手凸缘；

b)引导部段，可由所述刀架中的埋头孔接纳；

c)刀架接合构件，从所述保持把手凸缘延伸并适应于被接纳在刀架中所形成的螺纹孔内；

d)所述接合构件，包括可由所述刀架中所限定的所述螺纹孔接合的螺纹段，所述螺纹段与所述保持把手凸缘分隔开预定距离，所述接合构件包括介于所述螺纹段和所述保持把手凸缘之间的凹进段，所述螺纹孔具有螺纹；

e)所述螺纹段，与所述保持把手凸缘分隔开，从而使得所述螺纹段的远端与所述刀架中的所述螺纹孔的一末端分隔开基本上等于所述螺纹孔的两个螺纹或更少的一段距离以避免在所述保持把手的远端和所述螺纹孔的末端之间的粘合，并且所述螺纹段具有所选择的预定长度以使得：所述螺纹段的相反端位于所述螺纹孔中与所述刀架的从动端分隔开一定距离，由此当在所述刀架中安装所述保持把手时不发生所述刀架从动端中的很大的扭曲，并且通过控制所述长度以确保所述螺纹段上的所述螺纹的轴向间隔开的导入部分和导出部分基本上分隔开180°，来使所述螺纹段平衡。

2.根据权利要求1所述的保持把手，其中位于所述螺纹段的开始和末端处的倒角基本上相同。

3.根据权利要求1所述的保持把手，其中所述预定螺纹长度是最大螺纹保持强度所需的最小螺纹长度。

4.根据权利要求1所述的保持把手，其中所述螺纹段的长度至少部分地由公式.2×At/[3.14159/2×(直径-.64952×p)]确定，其中At是张应力面积并且p是螺距。

5.一种用于刀架的保持把手，包括：

a)结构，其限定着一种可由形成机床的一部分的主轴接合的保持把手头和一种与刀架杆柄的一端邻靠着的保持把手凸缘；

b)刀架接合构件，从所述保持把手头延伸并适应于被接纳在刀架中所形成的螺纹孔内；

c)所述接合构件，包括可由所述刀架中所限定的所述螺纹孔接合的螺纹段，所述螺纹段与所述保持把手头分隔开预定距离，所述接合构件包括介于所述螺纹段和所述保持把手头之间的凹进段；

d)所述螺纹段，其选择为具有长度基本上等于最大保持螺纹强度所需的最小长度，且所述螺纹段与所述保持把手头分隔开从而所述螺纹段的远端与所述刀架中的所述螺纹孔的一末端分隔开基本上等于所述螺纹孔的两个螺纹或更少的一段距离以避免所述保持把手的远端和所述螺纹孔的末端之间的粘合；

e)所述凹进段，它布置成使得当安装所述保持把手时不把力施加于所述刀架。

6.根据权利要求5所述的保持把手，还包括：引导部段，与所述保持把手头相邻，所述引导部段可由所述刀架中的埋头孔接纳。

7.根据权利要求5所述的保持把手，其中所述螺纹段的长度至少部分地由公式2×At/[3.14159/2×(直径-.64952×p)]确定，其中At是张应力面积并且p是螺距。

8.一种用于减小刀架杆柄的圆锥形表面中的扭曲的方法，该杆柄具有用于接纳保持把手的螺纹孔，该方法包括下述步骤：

a)提供保持把手，所述保持把手具有一种保持把手凸缘和一种螺纹段，所述保持把手凸缘与刀架杆柄的一端邻靠着，并且当安装所述保持把手时所述螺纹段位于与所述刀架的从动端分隔开一定距离处；

b)选择所述螺纹段的长度基本上为最大螺纹强度所需的最小长度；并且使得所述螺纹段的远端与所述螺纹孔的一末端分隔开基本上等于所述螺纹孔的两个螺纹或更少的一段距离；

c)通过一种凹进段使所述螺纹段与保持把手头分隔开，当安装所述保持把手时所述凹进段不把力施加于刀架孔；

d)把所述保持把手拧紧到至少部分地由关系.2×D×F确定的预定扭矩，其中D是所述螺纹段的外径、并且F是所希望的螺栓张力。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括下述步骤：提供与所述保持把手头相邻的引导部段，所述引导部段可由所述刀架中所形成的埋头孔接纳。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括下述步骤：增大所述刀架中的所述螺纹孔的深度，从而使得所述保持把手的所述螺纹段能够与所述保持把手头分隔开更远。

11.根据权利要求8所述的方法，其中通过控制所述长度以确保所述螺纹段上的所述螺纹的导入部分和导出部分基本上分隔开180°，来使所述螺纹段平衡。

12.一种用于刀架的保持把手，包括：

a)一种可由主轴接合的保持把手头和一种与刀架杆柄的一端邻靠着的保持把手凸缘；

b)引导部段，可由所述刀架中的埋头孔接纳；

c)螺纹段，可由所述刀架所限定的螺纹孔接合，所述螺纹段通过凹进段而与所述引导部段下方分隔开预定距离；

d)所述螺纹段具有的长度为最大螺纹强度所需的最小长度，且所述螺纹段由所述凹进段分隔开从而使得所述螺纹段的远端与所述刀架中的所述螺纹孔的一末端分隔开一段微小量的距离以避免在所述螺纹孔的末端中的所述保持把手和所述末端之间的粘合，所述微小量基本上等于所述刀架中的所述螺纹孔的两个螺纹或更少，由此所述螺纹段与所述引导部段间隔开一段最大量。