CN109434143B - 一种头部交换式切削工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种头部交换式切削工具，包括刀头部件和刀杆部件，刀头部件设有变芯锥锁紧外螺纹，刀杆部件设有装配锁紧内孔；装配锁紧内孔内设有变芯锥锁紧内螺纹；变芯锥锁紧外螺纹的螺纹齿顶所在面直径不变，螺纹根部所在面为直径值变化的锥面；变芯锥锁紧内螺纹的螺纹齿顶所在面为直径值变化的锥面，螺纹根部所在面直径不变；头部件通过变芯锥锁紧外螺纹与所述刀杆部件的变芯锥锁紧内螺纹的相互配合，实现与所述刀杆部件的连接和锁紧。本发明能够能更好提升刀头部件在使用过程中的稳定性以及安全性，能够在提升刀头部件与刀杆部件接口处强度的同时，保证刀头部件螺纹预紧力足够大，进一步提升刀头部件与刀杆部件的可换性。
Description
技术领域
本发明涉及刀具技术领域，特别是涉及一种头部交换式切削工具。
背景技术
传统整体硬质合金刀具在实际使用中，仅有刀具刃部参与加工，通常刀具达到报废标准时，刀具柄部仍然完好，硬质合金原材料一定程度上被浪费。随着近年来硬质合金原材料价格不断上涨，整体硬质合金刀具的经济型越来越低，高效利用硬质合金原材料将是硬质合金刀具的发展方向，刃口可拆卸更换的整体合金立铣刀成为当下市场的热门需求。
在能源行业或其他行业，由于零件特别需要大悬伸刀具，传统硬质合金刀具重量大、硬质合金原料棒材磨削成本高没有被广泛使用。使用高速钢刀具虽然解决刀具重量问题，但由于加工零件效率低，行业内提出需求将两者优势结合起来，发明拥有钢制夹持刀柄与硬质合金刃部相结合的刀具。
为了满足实际使用需求，刀具刃部与刀杆部件需要精确的组合装配，同时需要满足在一定范围的轴向与径向的跳动要求。通常采用的是刀头部件上的锥形面与刀杆部件的内凹锥面进行定心配合，并在常规圆柱面上加工螺纹进行锁紧。一方面，这种连接方式必须要有足够的螺纹接触面积来保证足够的夹紧力，通常需要有足够的螺纹深度。另一方面，圆柱面螺纹需要在刀头部件靠近锥形面的位置或刀杆部件靠近锥形内锥面增加内锥面与内螺纹过渡面才可完成锁紧，并且退刀槽深度要大于或等于螺纹深度。这就造成刀头部件或刀杆部件靠近锥形配合面的位置强度下降，并且该位置为刀头部件与刀杆部件所受应力集中的位置，所以退刀槽会降低两者配合面部分的强度，影响刀具寿命以及使用过程中的安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种头部交换式切削工具，通过结构改进，能更好提升刀头部件在使用过程中的稳定性以及安全性，同时保证刀头部件螺纹预紧力足够大，并且能够提升刀头部件与刀杆部件接口处的强度，并提升刀头部件与刀杆部件的可换性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种头部交换式切削工具，包括刀头部件和刀杆部件，其中，所述刀头部件由一端到另一端顺序设有铣刀切削刃、扳手接触面、锥形定位面和变芯锥锁紧外螺纹，所述刀杆部件由一端到另一端顺序设有刀头缩颈和夹持刀柄，且所述刀杆部件的一端还设有装配锁紧内孔；所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹齿顶所在面直径不变，螺纹根部所在面为直径值变化的锥面；所述装配锁紧内孔由一端到另一端顺序设有刀头定位内锥面、内锥面与内螺纹过渡面、变芯锥内螺纹内锥面、变芯锥锁紧内螺纹、变芯锥锁紧内螺纹尾端和螺纹底孔；所述变芯锥锁紧内螺纹的螺纹齿顶所在面为直径值变化的锥面，螺纹根部所在面直径不变；所述刀头部件通过变芯锥锁紧外螺纹与所述刀杆部件的变芯锥锁紧内螺纹的相互配合，实现与所述刀杆部件的连接和锁紧。
所述装配锁紧内孔的内锥面与内螺纹过渡面位于刀头定位内锥面与变芯锥内螺纹内锥面的过渡区域；所述装配锁紧内孔的内锥面与内螺纹过渡面为锥面，其锥度小于刀头定位内锥面的锥度，以用于减小内螺纹末端的应力集中，进而增加接口连接强度。
所述装配锁紧内孔的内锥面与内螺纹过渡面位于刀头定位内锥面与变芯锥内螺纹内锥面的过渡区域；所述装配锁紧内孔的内锥面与内螺纹过渡面为圆柱面，以用于减小内螺纹末端的应力集中，进而增加接口连接强度。
所述变芯锥锁紧外螺纹与所述变芯锥锁紧内螺纹在螺纹上只有单面接触，而另一面留有间隙。
在所述变芯锥锁紧外螺纹与变芯锥锁紧内螺纹的相配合处，所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹齿顶与变芯锥锁紧内螺纹之间具有齿顶间隙，以用于防止过定位。
所述变芯锥锁紧内螺纹的螺纹齿顶具有一定的倾斜度，以构成内螺纹齿顶加强体，在螺纹锁紧情况下，螺纹接触面一侧增加一段与所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹接触面积，增加锁紧力，同时提高螺纹强度。
所述变芯锥锁紧外螺纹的锥面的锥度范围为0.5°～45°；所述变芯锥锁紧外螺纹的齿顶形状为梯型外螺纹，牙型形状为矩形或三角形，牙型角范围为0°～70°。
所述变芯锥锁紧外螺纹为右旋螺纹，螺纹头数范围为1头～4头；所述变芯锥锁紧外螺纹的螺距范围为0.5mm～10mm；所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹长度范围为3mm～30mm；所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹长度范围为3mm～30mm。
所述变芯锥锁紧内螺纹的锥面的锥度范围为0.5°～45°；所述变芯锥锁紧内螺纹外轮廓形状为梯形螺纹，牙型形状为矩形或三角形，牙型角范围为0°～70°。
所述变芯锥锁紧内螺纹为右旋螺纹，螺纹头数范围为1头～4头；所述变芯锥锁紧内螺纹的螺距范围为2mm～5mm；所述变芯锥锁紧内螺纹导程范围0.5mm～10mm；所述变芯锥锁紧内螺纹的螺纹长度范围为3mm～30mm。
所述刀头部件的锥形定位面的锥度范围为1°～10°，长度范围为2mm～20mm，用于刀头部件的径向定位。
所述变芯锥锁紧外螺纹用于刀头部件的轴向定位和锁紧。
所述变芯锥锁紧内螺纹的螺纹根部所在平面与轴线成一定夹角，形成锥面，用于提高螺纹根处的刚性以及减小加工过程中的螺纹根部的应力集中。
所述夹持刀柄为直柄形状的螺纹式接口、BT接口或HSK接口，夹持部分的直径范围为20mm～32mm，长径比范围为0～20，用于连接机床与刀头部件。
所述刀头部件材质为硬质合金材料，刀杆部件材质为工具钢与硬质合金焊接或工具钢或硬质合金。
所述扳手接触面开有扳手槽，用于借助外部扳手来旋紧刀头部件；所述扳手接触面所处台阶外圆直径范围为2mm～40mm；所述扳手槽垂直轴线方向的长宽比范围1～3。
所述刀头缩颈开有装配锁紧内孔，直径范围6mm～40mm，长径比设置范围为0～20，锁紧内孔用于与刀头部件定位和锁紧。
所述铣刀切削刃是用于制造铣刀的工作部分。
所述变芯锥锁紧内螺纹与轴线成一定夹角，用于提高螺纹根处的刚性以及减小加工过程中的螺纹根部的应力集中，刀头缩颈螺纹根部为斜面，与轴线成一定夹角，或平行于轴线。
所述刀头定位内锥面部分与锥面台锥面接触，形成锥面定位，具有自定心的作用。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明将传统可转位刀体接口的连接螺纹和锥形定位面作为主要设计目标，改变传统刀头与刀杆的螺纹结构，独创的变芯锥锁紧外螺纹和变芯锥锁紧内螺纹的配合结构，增加了螺纹间的接触面积，提高了螺纹的安全稳定性。并且在刀杆部件的装配锁紧内孔上增加了内锥面与内螺纹过渡面结构设计，减小刀杆部件靠近柄部的螺纹去除量，进而提高了刀体刚性，延长了刀体寿命。本发明独创的变芯锥锁紧外螺纹和变芯锥锁紧内螺纹的配合结构，增加了螺纹接触面积，提升了刀具接口的可换性。同时，在刀杆部件的装配锁紧内孔上增加了内锥面与内螺纹过渡面的结构设计，减小刀杆部件靠近柄部的螺纹去除量，进而提高了刀体刚性，增加了刀杆部件的稳定性。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种头部交换式切削工具不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明实施例的装配爆炸图。
图2是本发明实施例的刀头部件的结构示意图。
图3是沿图2中的A-A线的剖视图。
图4是本发明实施例的刀杆部件的剖视图。
图5是图4中的B部放大示意图。
图6是本发明实施例的装配半剖视图。
图7是图6中的的D部放大示意图。
图8是图7中的E部放大示意图。
图中，1：刀头部件；2：铣刀切削刃；3：扳手接触面；4：锥面定位台；5：变芯锥锁紧外螺纹；6：装配锁紧内孔；7：刀头缩颈；8：夹持刀柄；9：刀杆部件；2a：铣刀切削刃外圆面；2b：铣刀切削刃倒棱面；3a：扳手槽；3b：扳手接触面外圆面；4a：锥面台倒圆面；4b：锥面台锥面；5a：变芯锥锁紧外螺纹内锥面；5b：梯型外螺纹；5c：梯型外螺纹齿顶间隙；6a：刀头定位内锥面；6b：内锥面与内螺纹过渡面；6c：变芯锥内螺纹内锥面；6d：变芯锥锁紧内螺纹；6e：变芯锥锁紧内螺纹尾端；6f：螺纹底孔；6g：梯型内螺纹齿顶斜面；6h：梯型内螺纹齿顶加强体；7a：刀头缩颈外径面；7b：刀头缩颈倒圆面；8a：夹持刀柄倒圆面；8b：夹持刀柄外圆面；8c：夹持刀柄倒棱面。
具体实施方式
实施例
如图1至图8所示，本发明的一种头部交换式切削工具由刀头部件1和刀杆部件9两个主要部分构成。
如图1所示，刀头部件1由一端到另一端顺序设有铣刀切削刃2、扳手接触面3、锥形定位面4和变芯锥锁紧外螺纹5，刀杆部件9由一端到另一端顺序设有刀头缩颈7和夹持刀柄8，且所述刀杆部件9的一端还设有装配锁紧内孔6。
刀头部件1的材质为硬质合金材料，刀杆部件9的材质为工具钢与硬质合金焊接或工具钢或硬质合金。
刀头部件1与刀杆部件9通过刀头部件1上的锥面定位台4、变芯锥锁紧外螺纹5与刀杆部件9上的装配锁紧内孔6定位连接。
如图2、图3所示，刀头部件1的铣刀切削刃2是用于制造铣刀的工作部分，为通用型铣刀切削刃，其具体结构设计不在本发明范围之内。
扳手接触面3开有扳手槽3a，用于借助外部扳手来旋紧刀头。
扳手接触面3在本实施例中所处台阶外圆直径为20mm。
扳手槽3a垂直轴线方向的长为8.9mm，宽5.2mm，长宽比1.73。
锥形定位面4用于刀头部件1的径向定位。
锥形定位面4在本实施例中锥度为3°，长度4mm。
变芯锥锁紧外螺纹5用于刀头部件1的轴向定位和锁紧。
变芯锥锁紧外螺纹5在本实例中螺距3.5mm。
变芯锥锁紧外螺纹内锥面5a为圆锥面，在本实例中变芯锥锁紧外螺纹内锥面5a的锥度为5°。
变芯锥锁紧外螺纹5的形状为梯型外螺纹5b，在本实例中牙型角为30°。
变芯锥锁紧外螺纹5在本实例中为单头右旋螺纹。
变芯锥锁紧外螺纹5在本实例中螺纹导程为3.5mm。
变芯锥锁紧外螺纹5在本实例中螺纹长度为14.5mm。
如图4所示，刀杆部件9的刀头缩颈7端面上开有装配锁紧内孔6。
装配锁紧内孔6用于与刀头部件1定位锁紧。
刀头缩颈7在本实例中连接杆长度45mm，刀头缩颈外径面7a直径18mm，长径比2.5，在刀头缩颈7的台阶末端开有刀头缩颈倒圆面7b。
夹持刀柄8用于机床夹持，或为螺纹式接口或为B梯接口或为HSK接口。
夹持刀柄8的结构包含夹持刀柄倒圆面8a、夹持刀柄外圆面8b和夹持刀柄倒棱面8c。
夹持刀柄8在本实例中夹持刀柄长度50mm，夹持刀柄直径20，长径比2。
如图5所示，装配锁紧内孔6由一端到另一端顺序设有刀头定位内锥面6a、内锥面与内螺纹过渡面6b、变芯锥内螺纹内锥面6c、变芯锥锁紧内螺纹6d、变芯锥锁紧内螺纹尾端6e和螺纹底孔6f。
变芯锥锁紧内螺纹6d在本实例中与轴线成一定夹角，用于提高螺纹根处的刚性以及减小加工过程中的螺纹根部的应力集中。
刀头定位内锥面6a部分与锥面台锥面4b接触，形成锥面定位，具有自定心的作用。
变芯锥锁紧内螺纹6d在本实例中螺距3.5mm。
变芯锥内螺纹内锥面6c为圆锥面，在本实例中变芯锥内螺纹内锥面6c的锥度为5°。
变芯锥锁紧内螺纹6d外轮廓形状为梯形螺纹，在本实例中牙型角为30°。
变芯锥锁紧内螺纹6d在本实例中为单头右旋螺纹。
变芯锥锁紧内螺纹6d在本实例中螺纹导程为3.5mm。
变芯锥锁紧内螺纹6d在本实例中螺纹长度为14.5mm。
如图6-8所示，刀头部件1与刀杆部件9的接口处主要以变芯锥锁紧外螺纹5和变芯锥锁紧内螺纹6d连接锁紧。
所述变芯锥锁紧外螺纹5的螺纹齿顶所在面直径不变，螺纹根部所在面为直径值变化的锥面；所述变芯锥锁紧内螺纹6d的螺纹齿顶所在面为直径值变化的锥面，螺纹根部所在面直径不变。
在该接口处，以锥面台锥面4b和刀头定位内锥面6a的配合进行定位，通过梯型外螺纹5b和变芯锥锁紧内螺纹6d进行锁紧。
在刀头定位内锥面6a的末端开有内锥面与内螺纹过渡面6b，梯型外螺纹5b与变芯锥锁紧内螺纹6d螺纹上单面接触，而另一面留有较大间隙。
装配锁紧内孔6的内锥面与内螺纹过渡面6b位于刀头定位内锥面6a与变芯锥内螺纹内锥面6c的过渡区域；所述装配锁紧内孔6的内锥面与内螺纹过渡面6b为锥面，其锥度小于刀头定位内锥面6a的锥度，以用于减小内螺纹末端的应力集中，进而增加接口连接强度。
当然，装配锁紧内孔6的内锥面与内螺纹过渡面6b也可以为圆柱面，以用于减小内螺纹末端的应力集中，进而增加接口连接强度。
如图8所示，下面为变芯锥锁紧外螺纹5，上面为变芯锥锁紧内螺纹6d，变芯锥锁紧外螺纹5与变芯锥锁紧内螺纹6d之间留有间隙梯型外螺纹齿顶间隙5c，梯型外螺纹齿顶间隙5c用于防止与锥面台锥面4b产生过定位。
变芯锥锁紧内螺纹6d的齿顶具有一定的倾斜度θ，即梯型内螺纹齿顶斜面6g，从而导致变芯锥锁紧内螺纹6d的齿顶产生了梯型内螺纹齿顶加强体6h，既增加了螺纹接触面积，又增加了螺纹强度；在螺纹锁紧情况下，螺纹接触面一侧增加一段与所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹接触面积，增加锁紧力，同时提高螺纹强度。
本发明将传统可转位刀体接口的连接螺纹和锥形定位面作为主要设计目标，改变传统刀头与刀杆的螺纹结构，独创的变芯锥锁紧外螺纹和变芯锥锁紧内螺纹的配合结构，增加了螺纹间的接触面积，提高了螺纹的安全稳定性。并且在刀杆部件的装配锁紧内孔上增加了内锥面与内螺纹过渡面结构设计，减小刀杆部件靠近柄部的螺纹去除量，进而提高了刀体刚性，延长了刀体寿命。本发明独创的变芯锥锁紧外螺纹和变芯锥锁紧内螺纹的配合结构，增加了螺纹接触面积，提升了刀具接口的可换性。同时，在刀杆部件的装配锁紧内孔上增加了内锥面与内螺纹过渡面的结构设计，减小刀杆部件靠近柄部的螺纹去除量，进而提高了刀体刚性，增加了刀杆部件的稳定性。本发明能够在提升刀头部件与刀杆部件接口处强度的同时，保证刀头部件螺纹预紧力足够大，进一步提升刀头部件与刀杆部件的可换性。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (11)
1.一种头部交换式切削工具，其特征在于：包括刀头部件和刀杆部件，其中，所述刀头部件由一端到另一端顺序设有铣刀切削刃、扳手接触面、锥形定位面和变芯锥锁紧外螺纹，所述刀杆部件由一端到另一端顺序设有刀头缩颈和夹持刀柄，且所述刀杆部件的一端还设有装配锁紧内孔；所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹齿顶所在面直径不变，螺纹根部所在面为直径值变化的锥面；所述装配锁紧内孔由一端到另一端顺序设有刀头定位内锥面、内锥面与内螺纹过渡面、变芯锥内螺纹内锥面、变芯锥锁紧内螺纹、变芯锥锁紧内螺纹尾端和螺纹底孔；所述变芯锥锁紧内螺纹的螺纹齿顶所在面为直径值变化的锥面，螺纹根部所在面直径不变；所述刀头部件通过变芯锥锁紧外螺纹与所述刀杆部件的变芯锥锁紧内螺纹的相互配合，实现与所述刀杆部件的连接和锁紧。
2.根据权利要求1所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述装配锁紧内孔的内锥面与内螺纹过渡面位于刀头定位内锥面与变芯锥内螺纹内锥面的过渡区域；所述装配锁紧内孔的内锥面与内螺纹过渡面为锥面，其锥度小于刀头定位内锥面的锥度，以用于减小变芯锥锁紧内螺纹末端的应力集中，进而增加接口连接强度。
3.根据权利要求1所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述装配锁紧内孔的内锥面与内螺纹过渡面位于刀头定位内锥面与变芯锥内螺纹内锥面的过渡区域；所述装配锁紧内孔的内锥面与内螺纹过渡面为圆柱面，以用于减小变芯锥锁紧内螺纹末端的应力集中，进而增加接口连接强度。
4.根据权利要求1所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述变芯锥锁紧外螺纹与所述变芯锥锁紧内螺纹在螺纹上只有单面接触，而另一面留有间隙。
5.根据权利要求4所述的头部交换式切削工具，其特征在于：在所述变芯锥锁紧外螺纹与变芯锥锁紧内螺纹的相配合处，所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹齿顶与变芯锥锁紧内螺纹之间具有齿顶间隙，以用于防止过定位。
6.根据权利要求1所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述变芯锥锁紧内螺纹的螺纹齿顶具有一定的倾斜度，以构成内螺纹齿顶加强体；在螺纹锁紧情况下，螺纹接触面一侧增加一段与所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹接触面积，增加锁紧力，同时提高螺纹强度。
7.根据权利要求1所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述变芯锥锁紧外螺纹的锥面的锥度范围为0.5°～45°；所述变芯锥锁紧外螺纹的齿顶形状为梯型外螺纹，牙型形状为矩形或三角形，牙型角范围为0°～70°。
8.根据权利要求7所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述变芯锥锁紧外螺纹为右旋螺纹，螺纹头数范围为1头～4头；所述变芯锥锁紧外螺纹的螺距范围为0.5mm～10mm；所述变芯锥锁紧外螺纹的螺纹长度范围为3mm～30mm。
9.根据权利要求1所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述变芯锥锁紧内螺纹的锥面的锥度范围为0.5°～45°；所述变芯锥锁紧内螺纹外轮廓形状为梯形螺纹，牙型形状为矩形或三角形，牙型角范围为0°～70°。
10.根据权利要求9所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述变芯锥锁紧内螺纹为右旋螺纹，螺纹头数范围为1头～4头；所述变芯锥锁紧内螺纹的螺距范围为2mm～5mm；所述变芯锥锁紧内螺纹导程范围0.5mm～10mm；所述变芯锥锁紧内螺纹的螺纹长度范围为3mm～30mm。
11.根据权利要求1所述的头部交换式切削工具，其特征在于：所述刀头部件的锥形定位面的锥度范围为1°～10°，长度范围为2mm～20mm，用于刀头部件的径向定位。
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