CN104582882B - 刀具布置组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种刀具布置结构，其具有旋入刀具(1)和刀具接纳部(7)，其中，所述旋入刀具(1)具有用于与刀具接纳部(7)上的对应螺纹(11)啮合的螺纹(4)。按照本发明，所述对应螺纹(11)和所述螺纹(4)具有不同的螺纹轮廓，它们在旋紧状态下通过弹性变形相互适配。

Description

刀具布置组件
技术领域
本发明涉及一种刀具布置组件，其具有旋入刀具和刀具接纳部，其中，所述旋入刀具具有用于与刀具接纳部上的对应螺纹啮合的螺纹。
背景技术
由US 2,328,602已知这种刀具布置组件，该刀具布置组件由一旋入刀具和一被构造成设备主轴的刀具接纳部组成。在旋入刀具上设置有由锯齿螺纹构成的外螺纹，该外螺纹啮合到刀具接纳部上的相应内螺纹里面。在刀具接纳部的端侧上还设有锥形支承面，用于同心地贴靠旋入刀具上的互补的对应面。
在通过螺纹连接旋入刀具与刀具接纳部时可能产生如下问题：由于螺纹牙侧在旋拧和夹紧时弹性变形，在所布置的夹紧面附近只有很少的螺纹线/螺纹导程承担承载功能。由此可能未充分利用螺纹的抗拉强度以及连接达不到最大稳定性。尤其当外螺纹和/或内螺纹由脆性材料、例如硬金属或陶瓷制成时，更是这种情况。
发明内容
本发明的目的是，实现一种刀具布置组件，其具有刀具接纳部和旋入刀具，该刀具布置组件能够实现旋入刀具在刀具接纳部里的稳定且位置准确的布置。
这个目的通过具有下述特征的刀具布置组件、旋入刀具和刀具接纳部得以实现。
在按照本发明的刀具布置组件中，所述螺纹和与之对应的对应螺纹具有不同的螺纹轮廓，它们在旋紧状态中通过弹性变形相互适配。其优点是，在旋拧时所述螺纹通过弹性变形在部分螺纹上产生预应力/预紧，并且在夹紧时实现螺纹在其整个长度上的均匀的承载图/齿面接触区(Tragbild)。由此可以利用整个螺纹的抗拉强度。关于螺纹轮廓不是指螺纹牙侧的轮廓，而是指整个螺纹在纵剖面中的轮廓。
在有利的第一实施例中，所述螺纹和对应螺纹具有不同的螺距。在此这样选择螺纹连接结构，使得被构造成外螺纹的螺纹部件具有比与之对应的内螺纹小的螺距。这能够使得螺纹牙侧通过旋拧被弹性地延展或压缩成，使得螺纹轮廓相互适配。由此使整个螺纹线相互顶靠并且能够实现均匀的承载图。
在有利的第二实施例中，所述螺纹和对应螺纹被构造成具有不同锥角的锥形的内螺纹和外螺纹。由此同样可以实现一定的螺纹区域的延展或压缩并由此实现螺纹连接结构的均匀的承载图。在一特别优选的实施例中，所述内螺纹的锥角大于外螺纹的锥角。通过这种特殊的扩展结构，使外螺纹的螺纹线具有比相应的内螺纹的螺纹线更大的直径。由此通过优选倾斜的螺纹牙侧使这部分外螺纹首先与内螺纹接触，并由此也首先夹紧。在螺纹夹紧时这个部位弹性变形并且螺纹轮廓相互适配。通过这种方式可以实现均匀的承载图。
外螺纹和相应的内螺纹宜具有向着螺纹杆自由端部或向着内螺纹内端部减小的螺纹深度/牙型高度。但是这些螺纹也可以具有恒定的螺纹深度。
在另一有利的扩展结构中，所述刀具接纳部含有嵌置套，在该嵌置套中设置有内螺纹。通过选择合适的嵌置套材料可以实现减振。由此还可以使刀具接纳部由硬的、但是脆的硬金属制成，并且使具有螺纹的嵌置套由较软的、但是为此明显弹性的钢制成，这对于螺纹连接结构的可靠止动是有利的。此外所述刀具接纳部还可以通过不同的嵌置套适配于接纳不同几何形状的旋入刀具。所述嵌置套可以由一个部件或者由多个部件组成，它们也可以由不同的材料组成。当然，所述内螺纹也可以以嵌置套的形式安置在刀具上。
在一有利的实施例中，在所述旋入刀具和刀具接纳部上皆设置有至少一支承部位，所述支承部位通过具有不同锥角的两个锥形接触面形成，或通过具有不同锥角的两个锥形支承面形成。在所述旋入刀具和刀具接纳部上可以通过两个具有不同锥角的锥形接触面或通过两个具有不同锥角的锥形支承面形成夹紧面。由此实现具有双锥的支承部位，它与平面接触或者直接触面相比实现了加大的支承面积和改善的对中心和支承效果。但是也能够设置平面的支承面或者在使用锥形螺纹时不设置支承面。在一优选的扩展结构中，两个锥形接触面直接相互邻接，和/或两个锥形支承面直接相互邻接。在另一优选的扩展结构中，所述支承部位通过邻接刀具头的第一锥形接触面和第二锥形接触面形成，或通过邻接刀具头的第一锥形支承面和第二锥形支承面形成。
旋入刀具的邻接刀具的刀具头的第一锥形接触面和在刀具接纳部端侧上的与该第一锥形接触面相对应的第一锥形支承面优选具有相对较大的锥角。在这里已经证实170°的锥角是有利的。在一优选的扩展结构中，在旋入刀具上在这个第一锥形接触面上连接着第二锥形接触面，而在刀具接纳部上在这个第一锥形支承面上连接着与该第二锥形接触面相对应的第二锥形支承面。这个第二接触面和与之对应的第二支承面优选具有相对较小的锥角。在这里已经证实10°锥角是有利的。但是也能够在两个锥形面之间设有例如圆柱形的中间区域。所述形式的具有两个不同锥角的双锥的优点是，小的锥角能够实现旋入刀具在刀具接纳部里面的良好对中心，而大的锥角能够在刀具接纳部上实现附加的定心，但具有大大减小的扩张力。此外，锥形的第一接触面提高了刀具刚性，因为刀具在受到径向负荷时不会如在平面接触面时的情况那样滑离。
在此针对锥形第一接触面和所配属的锥形第一支承面的取向提供两种实施例。在第一优选扩展结构中，这些锥形面的直径在刀具旋入方向上减小，也就是说，基于形成双锥的两个锥面的锥体指向同一方向。在这个实施例中刀具接纳部通过锥形面能够略微扩张。在此，与平面的轴向接触面相比，螺纹预应力随着旋入角很少增大，并因此能够在装配旋入刀具时更精确地调整预应力。因为旋入刀具大多一件式地由非常硬的材料制成，因此，用于螺纹止动所必需的螺纹弹性变形大部分局限于刀具接纳部内螺纹的变形。因此在这种刀具接纳部尽可能长的使用寿命方面精确地调整螺纹预应力是极其重要的。通过所述形式的双锥能够实现精确的、可更好调整的螺纹预应力。在另一可能的扩展结构中，锥形第一接触面和所配属的锥形第一支承面的直径在刀具旋入方向上加大，即，以形成双锥的两个锥面为基础的锥体指向相反的方向。通过双锥的这种扩展结构抵制了刀具接纳部的扩张，这是因为通过锥形面引起的径向力相反地起作用。这个扩展结构的特殊优点是，通过减小具有内螺纹的套筒的扩张，可以实现较高的起动转矩，同时不会损伤螺纹套。
在另一有利的方式中，在螺纹杆的自由端部上并且相应地也在内螺纹的内端部上设有另一支承部位，该另一支承部位具有另一接触面和与该另一接触面对应的另一支承面。在螺纹杆上的这个另一接触面例如可以是球形的，而所配属的另一支承面可以是圆柱形的。通过球形的接触面和圆柱形的支承面，在这个部位实现旋入刀具与刀具接纳部之间的仅局部的接触。所述球形接触面宜具有与圆柱形支承面相比过大的尺寸，由此使预应力在这个另一支承部位中与旋入深度无关。但是也可以设想所述另一支承部位的其他设计方案。在刀具和刀具接纳部上也可以以任意的组合设有球形、锥形或圆柱形的接触面或支承面。
所述螺纹可以设计成外螺纹或内螺纹，因此对应螺纹相应地设计成对应的内螺纹或外螺纹。
所述刀具接纳部例如可以由钢、硬金属、铝或纤维复合材料、尤其是具有玻璃纤维或碳纤维的纤维复合材料制成。
根据本发明的另一方面，旋入刀具用于按照本发明的刀具布置组件。
根据本发明的另一方面，刀具接纳部用于按照本发明的刀具布置组件。
附图说明
本发明的其它特点和优点由下面借助于附图对优选实施例的描述给出。附图示出：
图1示出旋入刀具的纵剖面图；
图2示出刀具接纳部的纵剖面图，和
图3示出刀具布置组件的纵剖面图。
具体实施方式
在图1中示出刀具布置组件的旋入刀具1的剖面图。旋入刀具1具有在这里被设计成球头铣刀的刀具头2和锥形地向后逐渐变细的刀具柄3。刀具柄3在这里所示的实施例中分成具有外螺纹4的螺纹部位X、设置在刀具头2与外螺纹4之间的第一外部支承部位Y和在刀具柄3自由端部上的第二内部支承部位Z。但是刀具柄3也可以设计成没有附加的外部支承部位Y和/或没有内部支承部位Z。
螺纹部位X中的外螺纹4以锥角α锥形地逐渐变细。第一外部支承部位Y具有第一锥形接触面5和第二锥形接触面8，第一锥形接触面用于贴靠在刀具接纳部7前端侧上的对应锥形的支承面6上，第二锥形接触面用于贴靠在刀具接纳部7内部的第二锥形支承面9上。由此在刀具头2与外螺纹4之间的过渡部上得到双锥，该双锥负责更好的对中心和增大的支承效果。
在图2中示出对应于旋入刀具1的刀具接纳部7。这个刀具接纳部具有接纳孔10，该接纳孔具有内螺纹11。内螺纹11设计成锥形的并且与旋入刀具1的外螺纹4相对应，但是具有比锥角α大的锥角β。外螺纹4和内螺纹11的螺距可以设计成相同的。在刀具接纳部7的前端侧上，外部支承部位Y配备有用于贴靠在旋入刀具1的第一接触面5上的第一支承面6和用于贴靠在旋入刀具的第二接触面8上的第二锥形支承面9。在刀具接纳部7里面还设置有与其中轴线12同轴的输入孔13，该输入孔用于将工作流体输送给旋入刀具1的通孔14。
如果旋入刀具1安装入刀具接纳部7的接纳孔10里面，则外螺纹4的靠近刀具柄自由端部的螺纹线首先与内螺纹11啮合。在旋拧时螺纹连接结构的这个部分也首先被压缩或延展，由此在这个部位使螺纹连接结构的螺纹牙侧相互顶靠。在螺纹连接结构夹紧时螺纹连接结构的其余螺纹线也相互啮合并产生均匀的承载图。通过刀具头施加在这个螺纹连接结构上的负荷均匀地分布在不同的螺纹牙侧上，并且导入到刀具接纳部里面。由此这个刀具布置组件的螺纹连接结构是极其稳定且高效的。具有倾斜表面的螺纹、即尖角螺纹、圆螺纹、锯齿螺纹或者类似螺纹尤其适用于这个螺纹连接结构。
但是所述优点也可以通过在图3中示出的另一实施例实现。在这个另一实施例中，外螺纹4和内螺纹11的不同螺纹轮廓通过不同的螺距实现。在这个螺纹连接结构中在旋拧时产生螺纹牙侧的压缩或延展。压缩或延展的程度可以通过螺距的差来调整。由此能够有针对性地在螺纹连接结构内部产生确定的预应力，以便实现螺纹牙侧的均匀的承载图。图3中的外螺纹4具有比内螺纹11小的螺距。由此实现，外螺纹4在旋拧时通过内螺纹11拉伸，而内螺纹11被压缩。如果夹紧这个螺纹连接结构，则通过在旋拧时的压缩和延展使所有螺纹线相互顶靠并且得到均匀的承载图和非常稳定的连接。对于外螺纹和相应的内螺纹，不仅可以使用锥形的而且可以使用圆柱形的螺纹形状，这些螺纹形状被设计成梯形螺纹、方螺纹、尖角螺纹、圆螺纹、锯齿螺纹或类似螺纹。
在图3中所示的刀具布置组件的实施例中旋入刀具1的外螺纹4和与之对应的刀具接纳部7的内螺纹11被设计成具有30°螺纹牙型角的梯形螺纹。但是旋入刀具1的外螺纹4和与之对应的刀具接纳部7的内螺纹11也可以设计成具有不同螺纹牙型角的梯形螺纹。在常见的螺纹中螺纹线具有相同的螺纹深度，与常见的螺纹相比，在这里所使用的外螺纹4具有从刀具头2向着刀具柄3的自由后端部减小的螺纹深度。在刀具接纳部7的内螺纹11中螺纹深度也从第二支承面9向着第二支承部位Z减小。由此考虑了在螺纹长度上不同的负荷。
由图3可以看出，旋入刀具1的第一接触面5和刀具接纳部7相应的第一支承面6分别以垂直于中轴线12的平面为基准朝向刀具头2的前端部的方向倾斜了5°。由此，第一锥形接触面5和第一锥形支承面6都具有至少140°且最大179°、但是优选170°的锥角。旋入刀具1的第二锥形接触面8的直径和刀具接纳部7的第二锥形支承面9的直径在旋入方向上逐渐变小，由此得到至少1°且小于90°、但是优选10°的锥角，这意味着锥面相对于中轴线12成5°角度。
在附图中还示出第二支承部位Z。这个第二支承部位通过旋入刀具1的另一球形接触面15和在接纳孔10的端部上的与该另一球形接触面对应的圆柱形支承面16形成。球形接触面15负责使旋入刀具1与刀具接纳部7之间仅局部接触。球形接触面15与圆柱形支承面16相比宜具有过大尺寸，由此在这个第二支承部位Z中的预应力与旋入深度无关。第二支承部位通过该另一支承点提高了刀具布置组件的稳定性和同轴度精度/径向振摆精度。
在图3所示的实施例中，旋入刀具1的锥形的第一接触面5的直径和刀具接纳部7的与第一接触面对应的锥形的第一支承面6的直径在旋入刀具1的旋入方向上扩大。第一接触面5和相应的第一支承面6分别基于垂直于中轴线12的平面在刀具柄3的方向上倾斜了5°。由此第一锥形接触面5和第一锥形支承面6与在图1和2的实施例中一样具有170°的锥角。第二锥形接触面8和第二锥形支承面9以相对于中轴线12成5°的角度逐渐变窄，由此得到10°锥角。与图1和2的实施例不同，基于形成双锥的两个锥面的锥体指向相反方向。
本发明不局限于上述的和在附图中示出的实施例。例如也能以与所述不同的形式实现在外螺纹与内螺纹之间的不同螺纹轮廓。此外，代替旋入刀具通过双锥定心面的对中心，也可以使用平面的接触面。在具有锥形螺纹连接结构的实施例中，也可以完全省去附加的接触面。但是也能够，使所述实施例的特征相互组合。例如可以有利地使，锥形螺纹连接结构通过不同的锥角和不同的螺距形成，以便在螺纹连接结构中实现特别高的预应力或夹紧。

Claims (17)

1.一种刀具布置组件，具有旋入刀具(1)和刀具接纳部(7)，其中，所述旋入刀具(1)具有用于与刀具接纳部(7)上的对应螺纹(11)啮合的螺纹(4)，其特征在于，所述对应螺纹(11)和所述螺纹(4)具有不同的螺纹轮廓，所述螺纹轮廓在旋紧状态下通过弹性变形相互适配，其中，所述对应螺纹(11)的螺纹牙侧和所述螺纹(4)的螺纹牙侧能通过旋拧被弹性地压缩和延展成，使得所有螺纹线相互顶靠，从而能实现螺纹连接结构的均匀的承载图。
2.根据权利要求1所述的刀具布置组件，其特征在于，所述螺纹(4)和所述对应螺纹(11)具有不同的螺距。
3.根据权利要求1所述的刀具布置组件，其特征在于，所述螺纹(4)和所述对应螺纹(11)被构造成具有不同锥角(α；β)的锥形的内螺纹和外螺纹。
4.根据权利要求3所述的刀具布置组件，其特征在于，内螺纹(11)的锥角(β)大于外螺纹(4)的锥角(α)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的刀具布置组件，其特征在于，所述螺纹(4)或所述对应螺纹(11)设置在螺纹杆上，所述螺纹(4)或所述对应螺纹(11)含有向着螺纹杆自由端部减小的螺纹深度。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的刀具布置组件，其特征在于，所述刀具接纳部(7)或旋入刀具(1)包含嵌置套，在该嵌置套中设置有内螺纹。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的刀具布置组件，其特征在于，在所述旋入刀具(1)和刀具接纳部(7)上皆设置有至少一支承部位(Y)，所述支承部位通过具有不同锥角的两个锥形接触面(5，8)形成，或通过具有不同锥角的两个锥形支承面(6，9)形成。
8.根据权利要求7所述的刀具布置组件，其特征在于，两个锥形接触面(5，8)直接相互邻接，和/或两个锥形支承面(6，9)直接相互邻接。
9.根据权利要求7所述的刀具布置组件，其特征在于，所述支承部位(Y)通过邻接刀具头(2)的第一锥形接触面(5)和第二锥形接触面(8)形成，或通过邻接刀具头的第一锥形支承面(6)和第二锥形支承面(9)形成。
10.根据权利要求9所述的刀具布置组件，其特征在于，所述第一锥形接触面(5)具有170°的锥角，而所述第二锥形接触面(8)具有10°的锥角，和/或第一锥形支承面(6)具有170°的锥角，而第二锥形支承面(9)具有10°的锥角。
11.根据权利要求9所述的刀具布置组件，其特征在于，所述第一锥形接触面(5)的直径在旋入刀具的旋入方向上增大或者减小，和/或第一锥形支承面(6)的直径在旋入刀具的旋入方向上增大或者减小。
12.根据权利要求7所述的刀具布置组件，其特征在于，在所述旋入刀具和刀具接纳部上设有另一支承部位(Z)，该另一支承部位配备有用于贴靠在另一接触面(15)上的另一支承面(16)。
13.根据权利要求12所述的刀具布置组件，其特征在于，所述另一接触面(15)与所述另一支承面(16)相比具有过大尺寸，并因此在装配旋入刀具(1)和刀具接纳部(7)时产生在所述另一接触面(15)与所述另一支承面(16)之间的压配合。
14.根据权利要求12所述的刀具布置组件，其特征在于，所述另一支承面(16)被构造成圆柱形的、球形的或锥形的支承面，所述另一接触面(15)被构造成圆柱形的、球形的或锥形的接触面。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的刀具布置组件，其特征在于，所述螺纹(4)是内螺纹，相应地所述对应螺纹(11)是外螺纹，或者所述螺纹是外螺纹，相应地所述对应螺纹是内螺纹。
16.一种旋入刀具，用于根据权利要求1至15中任一项所述的刀具布置组件。
17.一种刀具接纳部，用于根据权利要求1至15中任一项所述的刀具布置组件。
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