CN112388035B - 一种模块化旋转工具及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模块化工具领域，公开了一种模块化旋转工具及其安装方法，包括旋转连接的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和第二连接部均为模块化连接结构；所述第一连接部靠近第二连接部的一端上设置有凸台，所述第二连接部上靠近第一连接部的一端上设置有凹座；所述凹座的内表面与所述凸台的外表面形状相匹配；所述凹座与所述凸台在连接后逐渐共轴；所述凹座具有凹座轴线，所述凹座上设有绕着凹座轴线对称设置的多个凹座螺旋压力面；所述凸台具有凸台轴线，所述凸台上设有绕着凸台轴线对称设置的凸台螺旋压力面；所述螺旋压力面满足以下条件：R_p·sinθ＝c(c为常数且c＞0)——式一。本发明有效解决了现有模块化旋转工具通用性差得问题。

Description

一种模块化旋转工具及其安装方法

技术领域

本发明涉及模块化工具领域，具体涉及一种模块化旋转工具及其安装方法。

背景技术

模块化工具，指的是将常用工具的组件模块化，使不同工具方便进行不同的安装搭配，形成新的组合工具。其中，模块化旋转工具，指的是具有旋转功能的模块化工具。现在，常用的模块化旋转工具，包括铣刀、钻头、铰刀等。

由多个模块化组件在轴向上可更换的连接而成。在切削时，旋转工具按预定的旋转方向旋转。

模块化旋转工具中，在各个组件的端部设置有用来承受压力，通过各种结构间力的相互作用，使各个组件之间保持相对位置不变的接触面，在能够旋转的模块化工具中，这种接触面不仅是用来保证各个组件的相对位置，还用来保证旋转的精准度。

现在常用的旋转模块化工具，各个组件的接触面都是简单地按照规则形状设置接触面，比如圆弧面、规则阶梯面等。然而，现在每组模块化旋转工具，其接触面都是专门设置的，该组模块化旋转工具中的任意一个组件都无法被替换，不同组的模块化旋转工具之间仍然不可共用和替换，这样的模块化旋转工具实际上并没有达到模块化工具的通用性目的。

其中，螺旋压力面，是一种常用的接触表面为螺旋状结构的接触面。现在通用的螺旋压力面有正螺旋面、斜螺旋面(阿基米德螺旋面)、sincos螺旋面、渐开螺旋面等。随着，对加工精度更高的要求，现在的螺旋压力面已经不能满足需求，尤其是当现有螺旋压力面用在旋转结构上时，因为现有螺旋压力面的设置问题，往往会出现某些位置螺旋压力面过度配合，有些螺旋压力面又完全没有接触，整个螺旋压力面受力不均匀，造成整体结构的传递力的能力降低，或者引发局部应力过大而过早失效，影响了螺旋压力面的性能和寿命。

此外，现有螺旋压力面连接时需要考虑轴向支撑稳定性，径向保持的稳定性，扭矩传递能力，制造工艺等多方面问题。现有技术中，存在因为结构的设置不合理，难以有效解决多方面矛盾从而导致出现某方面的性能短板的问题。

发明内容

本发明意在提供一种模块化旋转工具，以解决现有模块化旋转工具通用性差的问题。

为解决以上问题，提供如下方案：

一种模块化旋转工具，包括配合连接的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和第二连接部均为模块化连接结构；所述第一连接部靠近第二连接部的一端上设置有凸台，所述第二连接部上靠近第一连接部的一端上设置有凹座；所述凹座的内表面与所述凸台的外表面形状相匹配；所述凹座具有凹座轴线，所述凹座上设有绕着凹座轴线对称设置的多个凹座螺旋压力面；所述凸台具有凸台轴线，所述凸台周向上设有绕着凸台轴线对称的凸台螺旋压力面，所述凸台螺旋压力面与所述凹座压力面数量对应相等；当所有对应的凸台螺旋压力面与凹座螺旋压力面贴合时，所述凹座与所述凸台形成配合，凸台轴线与凹座轴线共轴，形成公共轴线；

所述凸台螺旋压力面包括用来进行定心和保持定心的第一凸台螺旋压力面、用来实现进行拉紧自锁的第二凸台螺旋压力面、用来进行扭矩传送的第三凸台螺旋压力面或者用来实现胀紧自锁的第四螺旋压力面；一个模块化旋转工具中包括至少一种凸台螺旋压力面；

所有螺旋压力面均满足以下条件：R_p·sinθ＝c(c为常数且c＞0)——式一；

在垂直于中心轴线的任一横截面上，螺旋压力面与该横截面的交线为横截面螺旋线；中心轴线在该横截面上投影的点为该横截面的原点，RP为螺旋线上任一点P到原点O的距离；螺旋线上与原点相距最远的位置为螺旋线大端A，螺旋线大端到原点的距离为大端半径R_A；螺旋线上与原点相距最短的位置为螺旋线小端B，螺旋线小端到原点的距离为小端半径R_B；位置角∠AOP的角度为β，过点P向小端方向做所述螺旋线的切线PM；过点P沿预定旋转方向的反方向做OP的垂线PN，∠MPN为螺旋升角θ；

所述螺旋压力面还包括以下条件：螺旋压力面在垂直于螺旋线的任一截面上的直线为压力螺旋面法截面直线；所述压力螺旋面法截面直线与中心轴线的夹角设为倾斜角α，当倾斜角α开口指向凸台远离凹座一侧时为正，α在[-88°，﹢88°]范围内。

本方案的优点在于：

通过设置具有统一规则的螺旋压力面，使具有相同端部的任一第一连接部和第二连接部都可以相互连接，有效增加了使用该模块化旋转工具的通用性。更重要的是，这样设置的模块化旋转工具，不仅使加工更加简单，还使受力更加均匀，能够有效增加工具的使用寿命，同时提高旋转精准度。

本方案的螺旋压力面优化了装配过程中与工作过程中压力面的受力状态，提升了压力螺旋面的在装配中的稳定性，工作中的综合性能，以及频繁装卸情况下的寿命。能满足在不同应用需求下的定位、受力与自锁的要求。

按式一的规律，当整个螺旋压力面绕其轴线发生旋转时，螺旋压力面上任意一点沿其所在位置螺旋压力面法向的运动速度相同。通过这一特性，可以保证在装配时各点同步接触，同步压缩；也保证了在抵御扭矩时，各点压力相同；并且在存在法向的相同加工误差时，整体螺旋压力面的形状不变。从而产生了后续所述的种种优势。

在垂直于螺旋线的截面内，螺旋压力面呈现为直线结构，即螺旋压力面截面直线，且在螺旋压力面的区域内各点延伸出的直线互不相交。当发生相对转动时，螺旋压力面之间产生正压力和摩擦力。螺旋压力面截面直线与螺旋压力面轴线的夹角为倾斜角α，通过选择倾斜角α，能够调节螺旋压力面上的压力在径向、周向和轴向的分配，以起到不同的作用。使这种统一设置的螺旋压力面能应对多种不同场合的需要。

进一步，单个压力面区域至少覆盖5°的范围。

限制螺旋压力面的区域的中心角度覆盖范围的大小，便于更好地进行连接。

进一步，单个螺旋压力面中，大端半径R_A与小端半径R_B的差值大于R_A的百分之二。

这样设置是为了凸显螺旋面的特征，因为当大端半径和小端半径差异不大时，整个螺旋面就退化成了圆弧，无法表现螺旋压力面的种种优势。

综上，本发明中的模块化旋转工具采用的螺旋压力面结构，相比于现有技术，具有以下特点：

1、绕轴线旋转时，螺旋面上任意一点沿所在位置横截面内的螺旋线法向运动速率均相同。

2、绕轴线旋转时，螺旋面上任意一点沿其所在位置螺旋面法向上的运动速率均相同。

同时，以上两点也是本方案设计的目的。

而根据本发明区别于现有技术的特点，本方案结构具有以下优势：

1、由于螺旋面本身的结构特点，在绕中心旋转装配时，螺旋面的小端从对应螺旋面的大端进入，利用在两者表面间的相互作用形成导向，使得两者的运动方向得以确定，最终能顺利的到达预定的贴合状态，表现出良好的装配导入性。

2、所述螺旋面在贴合后，额外的旋转运动趋势会会造成两螺旋面之间产生相互挤压，从而产生正压力。根据本方案螺旋面的特性，旋转趋势在螺旋面各个位置所产生的挤压量是一致的，从而在较小的运动范围内，各个位置产生的正压力相同。这一点是非常重要的，也是本方案最大的优势。

由于各个位置产生的正压力相同，压力面上将不会因为受力不均匀使得应力过大的位置过早实效，从而整个压力面可以表现出最大的负载能力。

同样的，由于各点受力均匀，也就保证了整个压力面范围内有效的接触，而不会有一些位置虚接触，可增大受力的中心角范围。大角度范围的有效接触对于连接的稳定性起至关重要的作用，同时对于抵抗来自于未知方向的力也是有益的。

3、在需要在螺旋压力面上形成自锁效果时，在对应的螺旋压力面接触后，需要继续相对旋转，使得两个压力面之间相对滑动一段距离。这在装配中是常见的。现有技术采用两个圆弧进行过盈，凹座的圆弧半径略小于凸台的圆弧半径，在旋转装配时，往往需要一端先进入进行过盈配合，然后继续在过盈状态下滑动，直到所有的圆弧都形成了过盈配合。这种情况下，过盈滑动的距离是很长的，且在初期只有少部分的面形成了过盈，此时系统受力是很不稳定的，容易造成歪斜、卡死、甚至损坏压力面。应该注意，模块化工具的安装是一个手动操作的过程，因此结构在装配过程中自身的稳定性非常重要。长距离的过盈滑动对于经常拆卸的结构也是不利的，这会使操作难度加大，同时也降低了压力面的寿命。而本方案的结构在对应的螺旋压力面贴合时，绝大部分中心角范围的螺旋压力面已经接触，在过盈旋转时，所有接触的部位同时受压，且压力均匀，分布范围广，这使得整个系统受力面积大，因而稳定。并且仅需要滑动很小的一段距离就能在整个螺旋压力面范围内形成压力配合。这一点对于经常拆卸的结构可有效提高寿命。消除过盈装配过程中的不确定性。

4、众所周知，表面之间的相互作用包括垂直于表面的正压力和平行与表面摩擦力。在本方案中，螺旋升角θ与倾斜角α共同确定了螺旋压力面的法向。而在这种轴对称结构中一般有以下重要的方向：轴向即平行于中心轴线的方向，径向即垂直于中心轴线的方向，周向即绕中心轴线旋转的切向。正压力在这三个方向的分量大小体现出不同的优势。轴向分力，表现为轴向牵引力的大小，便于与其他轴向约束一起形成自锁。径向分力，在装配中是有益的，表现出保持径向位置的能力，径向分力越大，定心能力就越强。周向分力，影响周向的定位能力和周向负载能力，即保持周向位置的能力和抵御扭矩的能力。因此在具有本方案其他优势的情况下，本结构非常易于应用于多种不同的场合，并发挥其优势。

5、在制造此结构时，往往采用成型铣刀或成型砂轮在数控机床上加工而成。螺旋线的通过机床运动保证，精度较高，但螺旋线法向的绝对尺寸会受到铣刀或砂轮半径误差和测量的准确性的影响，要做到较高精度是有难度的。但这些误差所引起的法向偏差并不会改变本方案螺旋压力面的整体形状，只会造成整个形状一定的旋转位置误差。而不会影响本方案的其他优势的效果。因此，本方案的结构还具有良好的制造容错性，易于制造。

6、本方案能在参数不同时，体现多功能的应用。螺旋线的长短取决于具体的应用要求和限制，但倾斜角α不同时，结构明显表现出不同的功能特点。

a)当α为0°附近时，整个压力面的负载能力基本表现在周向力和径向力上，表现出良好的扭矩传递能力和径向定位能力。

b)当α角较大时，如α>60°或α＜-60°时，整个压力面表现为较大的轴向稳定牵引能力，与另一个方向的轴向约束一起，就能在轴向上形成力的平衡。同时在轴向的相对立的面上，产生较大的摩擦力。易于实现整个结构的自锁。

c)当α角度适中时，如±60°范围时，压力面结构表现为轴向力、径向力和周向力均存在的情况，表象出良好的综合性能优势。

进一步，所述第一连接部远离凸台的一端连接有执行件，所述第二连接部远离凹座的一端连接驱动机构；或者，所述第一连接部远离凸台的一端连接有驱动机构，所述第二连接部远离凹座的一端连接执行件。

通过第一连接部和第二连接部来分别来接执行件或者驱动机构，能够实现各种不同的执行件与驱动机构的模块化更换或者连接，能够增加旋转工具的模块化，增大彼此的适配性，更加有利于各种不同的执行件和驱动机构的相互替换和综合使用，增加工具的灵活性，降低总体成本。

进一步，所述执行件包括铣刀、铰刀或者钻头；所述驱动机构包括电机、气缸或者液压缸。

驱动机构也包括与驱动结构相连接的其他连接件。通过本方案模块化旋转工具连接的螺旋压力面结构，能够实现铣刀、铰刀和钻头等执行件与电机、气缸或者液压缸等驱动机构的连接，做到快速更换和连接，因为模块化的设置，使通用性和匹配性增加。

进一步，所述凸台同一圆周面上至少均匀分布有两个凸台螺旋压力面，所述凹座同一圆周内壁上至少均匀分布有两个对应的凹座螺旋压力面。

通过位于同一圆周凸台外表面上均匀分布的两个凸台螺旋压力面，以及对应两个凸台螺旋压力面设置，位于同一圆周凹座内表面上的两个凹座螺旋压力面，能够在周向上均匀地将实现凸台和凹座上的力传递，尽量达到受力平衡。

进一步，所述凸台上的凸台螺旋压力面沿着凸台轴线方向层状设置，所述凹座上的凹座螺旋压力面沿着凹座轴线方向对应层状设置。

通过凸台螺旋压力面和凹座螺旋压力面的层状结构设置，更够在不同层设置具有不同参数的螺旋压力面，从而获得不同的使用效果，综合各层功能以达到综合性能与制造难度的平衡优化。

进一步，第一凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]；第二凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-88°，-45°]和/或[45°，88°]；第三凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，小端半径为大端半径的85％以下；第四凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，θ范围为[0，10°]。

根据压力螺旋面的参数和用途，可将压力螺旋面归类，第一类凸台螺旋压力面起定心和保持定心的作用，其倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，θ包括范围为[0，﹢30°]；第二类凸台螺旋压力面起轴向牵引并形成摩擦自锁的作用，其倾斜角α范围为[-88°，-65°]和/或[65°，88°]；第三类凸台螺旋压力面其传递扭矩的作用，其倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，小端半径为大端半径的85％以下；第四类凸台螺旋压力面起胀紧自锁的作用，其倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，θ范围为[0，10°]。

所谓定心是指径向位置的保持能力。在连接中，正压力往往是摩擦力的数倍甚至十倍。因此，正压力在连接中起最主要的作用。而正压力是沿压力面法向的，因此当压力面法向在垂直于轴线上的分量较大时，表现出较好的定心能力。同样的，当压力面法向在周向有较大分量时，有较好的扭矩传递能力。当沿轴向分量较大时，有较强的轴向牵引能力。

因此，在压力面的几个主要参数中，α角越大，水平面内的分量越小，扭矩和定心能力越弱，轴向牵引能力越强。θ角怎大时，扭矩传递能力增强，定心能力减弱。

当α较小时，θ角在10°以内，能够在绕中心轴对称的螺旋压力面之间形成胀紧自锁。

当α较大时，如大于65°，能够在旋转运动时形成较大的牵引力，从而在轴向约束面上形成较大的摩擦，从而在旋转方向上形成摩擦自锁。

本发明还提供了一种模块化旋转工具的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，第一连接部的凸台进入第二连接部的凹座；

步骤二，正向转动，使第一连接部的凸台和第二连接部的凹座逐渐共轴，使对应的凸台螺旋压力面和凹座螺旋压力面相互贴合；

步骤三，在凸台和凹座共轴后，按照预定的旋转方向旋转第一连接部和第二连接部。

本方法的优点在于：

采用本方法，能够快速完成螺旋压力面的加工制造，能够节约生产时间，同时使生产出来的模块化旋转工具具有通用性，受力更加均匀，能够有效提高使用寿命。同时，受力均匀也使得连接的刚性得到增强，能有效提高模块化工具在使用时的性能。

进一步，在步骤二中，随着凸台和凹座的相对运动，凸台螺旋压力面与凹座螺旋压力面自动调节相对位置，所有凸台螺旋压力面和所有凹座螺旋压力面受力均匀。

因为采用的螺旋压力面的特殊结构，使凸台和凹座在相对转动的过程中，具有自调节功能。

附图说明

图1为本发明实施例一中一种模块化旋转工具的结构示意图。

图2为本发明实施例一中一种模块化旋转工具中第一连接部的结构示意图。

图3为本发明实施例一中一种模块化旋转工具中第二连接部的结构示意图。

图4为图2的A-A截面放大图。

图5为图4的B-B截面图。

图6为两横截面关系证明示意图。

图7为实施例一中横截面微小转动示意图。

图8为实施例一中横截面转动示意图。

图9为实施例六的结构示意图。

图10为实施例七的结构示意图。

图11为实施例八的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：第一连接部1、第二连接部2、公共轴线3、旋转方向4、凸台5、凸台螺旋压力面7、凹座螺旋压力面8、凸台螺旋线9、转后凸台螺旋线91、第一极轴10、第一横截面螺旋线11、第二横截面螺旋线12、第一台阶底面13、第二台阶周面15、第六一台阶面63、第六二台阶面64、第六三台阶面65、第六四台阶面66、第七上端面73、倒角过渡面74、第七螺旋压力面75、圆弧过渡面78、第八上端面83、第八一台阶面84、第八二台阶面85、第八三台阶面86。

本方案基本如附图1、图2和图3所示：本实施例中的模块化旋转工具，

包括在轴向上联接的第一连接部1与第二连接部2。第一连接部1的端面上具有用于联接的凸台5，第二连接部2的端面上具有用于联接的凹座，凸台5的外表面形状与凹座的外表面形状相匹配。

凸台5的外周面上绕凸台5轴线对称分布有至少一组凸台螺旋压力面7，凸台5轴线为凸台5上各螺旋压力面的母线围绕转动的直线，也是凸台5本身的轴线。

凹座内周面上绕凹座轴线分布有与之对应的至少一组的凹座螺旋压力面8。凹座轴线为凹座上各螺旋压力面的母线围绕转动的直线，也是凹座本身的轴线。

当凸台5和凹座连接后，凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8贴合，在相互运动后，使各组对应的凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8受力均衡，此时，凸台5和凹座同轴，即凸台5轴线和凹座轴线重合为公共轴线3，此时的公共轴线3也为凸台5和凹座的旋转轴线。此时，凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8环绕转动的轴线都为公共轴线3，即凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8同轴，凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8相匹配，通过这两组螺旋压力面使第一连接部1和第二连接部2通过凸台5和凹座，既能够紧密联接在一起，既保证了联接的牢固性，有保证了联接的精准度。

为了方便描述，将形成螺旋压力面时，母线围绕转动的轴线统称为中心轴线，中心轴线具体在凸台5上表现为凸台5轴线，在凹座上表面为凹座轴线，当凸台5和凹座转动时表现为公共轴线3。

在连接螺旋压力面组合时，首先将第一连接部1的凸台5和第二连接部2的凹座对齐，凸台5可以通过一定方式进入所述凹座中，并经过一定的机械运动(可以是转动、也可以是轴向运动、也可以两者均有)使对应的凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8从部分相互贴合甚至相互过盈到各组螺旋压力面均相互贴合，受力均衡，此时所述凸台5轴线与所述凹座轴线重合形成公共轴线3。此时螺旋压力面的状态为模块化旋转工具工作时的状态。模块化旋转工具具有预定的旋转方向4，这个预定旋转方向4为自定义的旋转方向4，本方案中的预定旋转方向4为从螺旋线小端B到螺旋线大端A的旋转方向4。

其中，凸台5进入方式不限，可以是从上下竖直插入，使所有对应的螺旋压力面一开始就保持相同的贴合状态，在有旋转运动趋势时各个螺旋压力面受力均衡；凸台5也可以采用任意角度的斜插入凹座中，虽然一开始某些对应的螺旋压力面先配合，有些螺旋压力面两者完全没有接触，但是随着凸台5和凹座的转动，使先配合的螺旋压力面通过相互作用力等待未接触的螺旋压力面相互接触后，直至所有的螺旋压力面贴合，使凸台5轴线和凹座轴线重合为公共轴线3，使各个螺旋压力面保持相同的接触贴合状态。此刻，若进一步发生相对旋转，压力面上个点在压力面法向上将产生相同大小的挤压运动趋势，也就是说各点受力均衡。

凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8中每组螺旋压力面包括至少两个螺旋压力面。

如图4所示，第一连接部1上垂直于中心轴线(即凸台5轴线，在转动过程中重合为公共轴线3)的A-A截面放大图中，所述凸台螺旋压力面7的形状是绕着预定旋转方向4半径逐渐增大的凸台螺旋线9，凸台螺旋线9为凸台5在该横截面上的横截面螺旋线，与凸台5匹配的凹座在该横截面上具有与凸台螺旋线9相匹配的凹座螺旋线。该截面与中心轴线的交点为第一原点O，所述螺旋线大端A具有第一端点A，OA的长度为大端半径R_A；螺旋线小端具有第二端点B，OB长度为小端半径R_B。以O原点，OA为第一极轴10，以A到B的方向为正方向，建立极坐标系。对于所述螺旋线上任意一点P，形成的位置角∠AOP的角度为β，OP长度为任意半径R_P，R_P为β的函数。过点P沿预定旋转方向4的反方向做所述螺旋线的切线PM。过点P沿预定旋转方向4的反方向做OP的垂线PN。∠MPN为螺旋升角θ，θ为β的函数。对于任意的β，凸台螺旋压力面7的螺旋线应满足：

R_p·sinθ＝c(c为常数且c＞0)——式一

如图2和图3所示，在垂直于横截面螺旋线的任一截面内观察，凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8均为直线结构，即螺旋压力面在垂直于横截面螺旋线的任一截面上的交线为直线结构，我们将这个交线称为压力螺旋面法截面直线。压力螺旋面法截面直线不同螺旋压力面的区域内各点延伸出的直线互不相交，以保证压力螺旋面不发生扭曲。

如图5所示，所述压力螺旋面法截面直线与中心轴线(凸台5轴线、凹座轴线或者公共轴线3)的夹角设为倾斜角α，当开口指向第一连接部1方向时α为正，即当倾斜角α开口指向凸台5一侧时为正，α在[-88°，+88°]范围内。

单个压力面覆盖角度区域的覆盖角度λ至少为5°。在每个螺旋压力面中，大端半径R_A为最大半径，小端半径R_B为最小半径，大端半径和小端半径之间的差值大于大端半径的百分之二。即：R_A-R_B＞2％R_A。

本方案的设计思路为：现有常用的模块化旋转工具，包括铣刀、钻头、铰刀等，由多个模块化组件在轴向上可更换的连接而成。在切削时，旋转工具按预定的旋转方向4旋转。在切削时，各个组件之间通过各种结构间力的相互作用，使各个组件之是保持相对位置不变。为了实现这种功能，在模块化旋转工具的连接结构设计时，主要考虑几种的力的平衡：一、绕轴线与模块化旋转工具预定旋转方向4相反的扭矩。二、向内或向外的轴向力，支点围成的面积越大越好。三、可能来自于各个方向的径向力(垂直于轴线的方向)，绕范围角度范围越大越好。四、与旋转方向4相同的，使两连接部件松脱的扭矩。

本方案，能够完全解决背景技术中(一)至(五)所提到的所有问题，本方案针对具有预定旋转方向4的模块化旋转工具的连接问题，提供一种导入性好、能大范围均匀贴合、受力均匀、耐用性好且易于制造的提供扭矩、大范围径向力或轴向牵引力的螺旋压力面组合。

本方案中讨论的是一种新型压力面结构。这种压力面结构应用于模块化旋转工具中各个组件的连接处，使具有这种压力面结构的组件易于与其他诸如紧固结构、切削结构、定位结构等各种组件相组合，产生可靠的连接效果。

具体地，本方案中的螺旋压力面组合如下：

第一，对螺旋压力面上横截面螺旋线进行如下限定：

如图4和图7所示，在第一连接部1的横截面上(第二连接部2的横截面与第一连接部1的横截面是相匹配的)以第一原点0为中心径向向外伸出，与凸台螺旋压力面7的边缘即凸台螺旋线9上的任一点P形成任一半径OP，任一半径OP当绕第一原点O转动一个微小角度dβ，显然有：

dβ·R_p·tanθ＝dR_p

∵R_p·sinθ＝c

∴

∴

两边积分：

以上就是在横截面上凸台螺旋压力面7的外边缘，即凸台螺旋线9的曲线极坐标方程。根据该方程，可以发现，如果确定了c，R_A以及β的变化范围λ，就能唯一确定一段所述的螺旋线形状。或者，确定了R_AR_B以及覆盖角∠AOB就可以计算出c，从而唯一确定该凸台螺旋线9的形状。因此，给出大端直径，小端直径以及螺旋线的位置角度，或者给出c值，大端直径，螺旋线的范围角度，又或者其他的一些等效情况如确定起止位置的螺旋升角以及中心位置角度等，都可以确定所述螺旋线的形状，在此就不展开说明。

第二，说明整个螺旋压力面任意横截面均为相同的形状

如图6所示，轴向方向上，过螺旋压力面选择轴向相距L的两个不同的横截面。假设第一横截面的第一横截面螺旋线11满足式一。因为在横截面螺旋线的法平面中，所述螺旋压力面呈与轴向方向成α角的直线延伸，又因为两横截面平行，所以第二横截面的横截面螺旋线是由第一横截面的第一横截面螺旋线在法平面内沿与轴线呈相同角度的直线延伸相同的轴向高度L所得；所以，在第二横截面的第二横截面螺旋线12在第一横截面中的投影与第一横截面螺旋线互为法向偏置关系，且法向距离为L·tanα。只要证明第二横截面螺旋线12同样满足式一，就说明本方案所指螺旋压力面所有横截面均满足式一。以下证明第二横截面螺旋线12同样满足式一。

如图6所示，在所述第一横截面内观察，0为中心点，并将第二横截面螺旋线12投影到该截面内，对于第一横截面螺旋线11上任一点P₁，在所述投影的第二横截面螺旋线12上都能找到对应的点P₂，使P₁P₂分别垂直于第一横截面螺旋线11和第二横截面螺旋线12。设OP₁长度为R₁，OP₂长度为R₂。过P₁、P₂分别作各自横截面螺旋线的切线P₁M₁、P₂M₂。过P₁、P₂分别作各自半径的垂线P₁N₁、P₂N₂。过O做P₁P₂的垂线，垂足为Q。

∵∠QP₁O＝∠M₁P₁N₁且∠QP₂O＝∠M₂P₂N₂

∴R₁·sin∠M₁P₁N₁＝R₁·sin∠QP₁O＝OQ

且R₂·sin∠M₂P₂N₂＝R₂·sin∠QP₂O＝OQ

∴R₁·sin∠M₁P₁N₁＝R₂·sin∠QP₂O＝c(c＞0)

以上结果说明，在以上描述的螺旋压力面上不同轴向位置的横截面上均满足式一且具有相同的c值。

三、说明螺旋压力面上任意横截面发生旋转时的特性

如图4和图7所示，本方案中的第一连接部1和第二连接部2连接时，在垂直于中心轴线的截面内观察。假设第一连接部1绕第一原点0相对于第二连接部2旋转了一微小角度dβ，原来的P点移动到P1点位置，则P点沿圆周方向的位移S₁＝R_p·dβ。将该位移正交分解到横截面螺旋线(在凸台5上为凸台螺旋线9，在凹座上为凹座螺旋线)的切向和法向。一方面，该位移在横截面螺旋线切向上的分量S₁₁＝S₁·cosθ＝c·cotθ·dβ；另一方面，该位移在横截面螺旋线法向的分量S₁₂＝S₁sinθ＝c·dβ。可见，在横截面螺旋线法向上的分量与β无关，说明当横截面螺旋线在发生旋转运动时，横截面螺旋线上任意一点沿其所在位置处横截面螺旋线法向的运动速度相等。

如图4和图8所示，在垂直于中心轴线的截面内观察。假设第一连接部1绕第一原点O相对于第二连接部2旋转了较大角度的Δβ。设新得到的转后凸台螺旋线91与原来凸台螺旋线9之间的距离为Δw，有：

以上公式说明，在不考虑横截面螺旋线长度的情况下，此种横截面螺旋线绕中心旋转Δβ，新得到的横截面螺旋线与原横截面螺旋线之间的法向距离处处相等，且旋转角度Δβ与距离差Δw之间呈线性关系。

四、说明整个螺旋压力面发生旋转时的特性

当第一连接部1相对于第二连接部2旋转Δβ时，螺旋压力面各点在横截面上沿所在螺旋线法向的位移为Δw。设各点处沿所在位置螺旋面法向的位移为Δh，则

Δh＝cosα·Δw＝cosα·c·Δβ

在转动时，任意β位置的Δh相同，且Δh和Δβ呈线性关系；在第一连接部1的凸台螺旋压力面7和第二连接部2的凹座螺旋压力面8两个压力面配合时，表现为各点同时接触；在挤压时各点压缩量均匀。此外，在制造时，往往采用铣刀或砂轮的外圆相切于螺旋线运动得到，砂轮直径或铣刀直径的误差只会造成螺旋线法向上的偏移，而法向偏移在本方案的形状上不会影响螺旋线的形状，只会产生一定旋转角度的影响，这不难从上面的说明看出。

五、基本受力分析

在本方案中，倾斜角α角的范围选择在[-88°，88°]的区间内实现。在该范围内，对应螺旋压力面之是都能够实现以下优势：同时接触、均匀压迫。随着α取不同值，所述结构体现为不同的功能和效果。

根据前面的叙述已经说明，在有旋转的压迫位移时，该螺旋压力面上各点的法向变形相同。假设各点的弹性模量相同，则各个点的正压力相同。以第一连接部1为研究对象，设螺旋压力面上单位面积承受的压力为m，在压力面上任选一点P，在P所在区域选择一微小范围，这个范围在垂直于螺旋线的截面上的尺寸为dh，在横截面(沿螺旋线)上的尺寸为d1，则P点正压力F＝m·dl·dh。

将所述正压力分解，在轴向上的分量F_a＝m·dl·dh·sinα；横截面上的分量f_h＝m·dl·dh·cosα。

横截面上的分量方向垂直于螺旋线，将其向径向和周向分解，径向的分量F_hr＝cosθ·F_h，周向的分量F_hc＝sinθ·F_h。

即正压力F最终分解为轴向分量F_a，径向分量F_hr，周向分量F_hc。

综上所述，在螺旋压力面上一点正压力表现为：

轴向的牵引力：F_a＝sinα·m·dl·dh。

径向力：F_hr＝cosθ·cosα·m·dl·dh。

周向力：F_hc＝sinθ·cosα·m·dl·dλ。

六、扭矩的平衡

传统的观念认为：这种各个位置都与半径呈较大角度的面虽具有良好的径向保持能力，但往往不能传递较大的扭矩。这是因为一般的结构诸如直线、偏心圆弧、阿基米德螺旋线等，在传递扭矩时各个位置处的所受压迫不均匀，整个面上只是局部区域起作用，造成过早形成危险点，受力范围减小；导致不能扭矩传递能力减弱或径向保持能力减弱。

本方案的结构解决了受力不均匀的问题，从而在不增加长度的情况下，增大了受力面积，从而增加了扭矩传递能力。而且整个螺旋线区域均接触，扩大了径向保持力的分布范围，提高了径向保持能力。

以下对扭矩传递能力进行类比估算。由于每个dh高度的范围的情况基本相同，在此对单个dh范围的螺旋压力面正压力能提供的扭矩进行描述，即不对dh积分：

T_n＝∫F_hc·R＝∫m·dh·dl·cosα·sinθ·R

∵dl·sinθ＝dR

∴T_n＝∫m·dh·cosα·R·dR＝m·dh·cosα·∫R·dR 式二

∴

根据式二、式三可以看出，本方案所公开的结构其表面正压力所能提供的扭矩相当于半径变化量相同且沿半径呈直线延伸的扭矩面所能提供的扭矩。而后者常作为扭矩传递的结构，因此可以进行类比。另外，本方案的结构各点的静摩擦力也能起到传递扭矩的作用。说明本方案的结构完全可以提供足够的扭矩。

当然若本方案的结构主要设计用来传递扭矩，则α应取较小的绝对值。

七、在装配时提供轴向牵引力。

所述螺旋压力面在轴向上表现出优秀的轴向稳定牵引的能力。在装配时，将第一连接部1绕轴线相对于第二连接部2旋转，则对应的螺旋压力面之间几乎同时接触，且同时压缩，能保证第一连接部1在整个过程中，不发生翘曲、歪斜，体现稳定的牵引特性。

旋转角度与轴向牵引力呈线性关系。本结构易于与其他轴向定位结构之间形成压力配合，优选地，可以形成自锁。

以下积分说明螺旋压力面上所有区域力的作用之和。实际上，假设单位面积上的正压力为m，整个螺旋压力面上由正压力产生的扭矩为

T_n＝∫∫m·dh·dl·cosα·sinθ·R＝∫∫m·c·dh·dl·cosα·sinθ

而在螺旋面上正压力产生的摩擦力的扭矩为

轴向力本身不产生扭矩，但是在轴向方向的定位面，会由于轴向力的原因产生正压力，从而产生摩擦扭矩。假设摩擦系数相同，轴向力在其他面上产生的正压力为轴向力的n倍，其扭矩半径为r，则轴向力在其他结构上产生的摩擦扭矩为

T_fa∫∫n·r·μ·sinα·m·dl·dh

设计时，对其中参数n，r，α以及横截面螺旋线的参数进行优选，使得

即可实现自锁。在实际中，可将以上积分通过离散点的方式进行数值求解进行优化。

自锁使得不用增加额外的紧固装置从而节约了空间，使得这个结构强度更好。也使得操作更方便。一般来讲，当α在60°以上时，都可以自锁。在α较小时，还需要对螺旋线参数进行优化进行较精确的计算。

若螺旋压力面的α＝0°。此时，正压力在轴向方向的分力为0，表现为良好的扭矩传递能力或径向定位能力。

若螺旋压力面的α＝-70°或+70°。此时，螺旋压力面表现主要表现为轴向牵引力，在装配时，由于旋转运动产生的螺旋线法向的运动，有利于对装配状态的精确控制，提高了过盈装配时的稳定性和导入性，由于牵引力分布均匀，不易产生翘曲。易于与其他轴向约束共同实现刀具的自锁，所述自锁是指在不增加额外紧固件(如螺钉等)的情况下保持稳定。

若螺旋压力面的α＝-30°或+30°。此时，兼顾扭矩传递能力、轴向力、径向定位能力的平衡，优选的也能和其他轴向约束之间形成自锁，也是常用的选择之一。

以上方案选用不同的倾斜角α时，其产生的效果相差较大。

实施例一

本实施例中的模块化旋转工具，具有满足以上要求的螺旋压力面。模块化旋转工具，包括具有凸台5的第一连接部1和具有凹座的第二连接部2，凸台5和凹座相匹配。如图1、图2和图3所示，凸台5从上往下层状设置，凹座对应凸台5从上往下也层状设置。凸台5从上往下包括层叠向下凸出的第一台阶、第二台阶和第三台阶，第一台阶底面13和第二台阶底面之间为第一台阶周面7，第二台阶底面和第三台阶底面之间为第二台阶周面15，第三台阶底面和凸台5底面之间为第三台阶周面，本实施例中第一台阶周面上分布有螺旋压力面，在本实施例中，第一台阶周面被设计为用来进行定心和保持定心的第一凸台螺旋压力面7，第一凸台螺旋压力面7的倾斜角α范围为[-15°，+15°]，θ的变化范围为为[5，+20°]。这样的使得该层台阶既有一定的保持定心的作用，同时也可以传递部分扭矩。第二台阶周面被设计为圆柱面，对应的凸台与凹座圆柱面过盈配合，形成自锁。第三台阶的凸台被设计为间隙配合的圆柱型定位销，方便在安装时帮助使用者初步找到位置。

实施例二

相比于实施例一，本实施例中，三个台阶周面中至少两个为满足前述式一要求的螺旋压力面。本实施例中第一台阶周面和第二台阶周面15均为满足式一要求的螺旋压力面，其中第一台阶周面为用来进行定心和保持定心的第一凸台螺旋压力面7，第二台阶周面15为用来进行胀紧自锁的第二凸台螺旋压力面7，第一凸台螺旋压力面7的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，θ范围为[0，﹢30°]；第二凸台螺旋压力面7的倾斜角α范围为[-5°，﹢5°]，θ变化范围为[0，﹢10°]，方便胀紧自锁。同样的第三凸台螺旋压力面被设计为圆柱形定位销。

实施例三

相比于实施例一，本实施例中，三个台阶周面中至少两个为满足前述式一要求的螺旋压力面。本实施例中第一台阶周面和第三台阶周面均为满足式一要求的螺旋压力面，其中第一台阶周面为用来进行扭矩传递与周向定位的的第一凸台螺旋压力面7，第二台阶周面为用来进行自锁和定心的的第二凸台螺旋压力面15。第一凸台螺旋压力面7的倾斜角α范围为[-5°，﹢5°]，小端半径为大端半径的70％以下；第二凸台螺旋压力面7的倾斜角α范围为[-5°，﹢5°]，θ范围为[0,10°]，以实现过盈自锁。在装配时，第二凸台压力面先于第一凸台压力面接触，刀第一凸台压力面接触时，装配完成，第二凸台压力面与对应的第二凹座压力面之间形成摩擦自锁。

实施例四

本实施例中，模块化旋转工具在轴向上的第一连接部1就是硬质合金切削头与第二连接部2就是与硬质合金切削头相匹配的托架，硬质合金切削头和托架具有共同的中心轴线公共轴线3和预定旋转方向4。切削头上具有可用于联接的凸台5，托架上有与之对应的凹座。所述凸台5和凹座均沿轴向分为三个部分，由上至下依次分别描述：第一级凸台5和凹座周面上分别具有凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8，在此处优选α＝0°，螺旋线大端直径约为钻头最大直径的85％，小端直径约为钻头最大直径的60％，单个螺旋面覆盖范围λ约为90°。在该种刀具中，钻头最大直径几乎与托架在螺旋压力面位置的外径相同。这样设计主要考虑在不破坏外围环形轴向支撑面的情况下尽可能保持传递扭矩能力，以及在较大范围内的径向支撑能力。第二级凸台5为圆柱面，其直径约为钻头最大直径的50％。凸台5上的圆柱面直径略大于凹座内的圆柱面，其差值为百分之几毫米。这是为了在配合时，在对应圆柱面间形成过盈配合，从而实现自锁。第三级为圆柱形定位销和销孔，形成较小的间隙配合。这一级的目的在于装配时，起到确定大致旋转中心的作用，避免装配过程的意外。第二台阶底面与第三台阶底面均不发生接触。

在装配时，所述凸台5可在一定角度位置进入凹座内，这个角度是指，凸台5上直径较大的实体对应托架的螺旋槽，从而得以插入。使作为第一台阶底面13的切削头底部平面与作为凹座上的第一台阶顶面的托架顶部平面贴合，且圆柱形定位销进入销孔内。此时，对应的凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8处于相同的轴向位置上，且由于第三级圆柱定位销的作用，切削头与托架的轴线大致重合。然后利用扳手(扳手槽未示出)迫使所述切削头绕中心轴线公共轴线3向预定旋转方向4的反方向旋转。旋转过程中，第二级圆柱面先一步进入彼此区域中，产生压力，继续施加外力迫使其旋转，直到对应的凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8相互靠近，相互贴合，此时各个螺旋压力面的状态为模块化旋转工具的工作状态。按相反的步骤，可以将切削头1从托架2上取下。

装配好的模块化钻还具有互补的螺旋槽，对称的分布在两侧。钻头的其他工作结构和一些细节特征在此没有描述，但这并不影响对本发明应用实施的理解，在此省略。

在工作时，钻削产生较大的轴向力，由第一台阶底面13和凹座上的第一台阶顶面传递给托架。第一台阶底面13和凹座上的第一台阶顶面为在轴向上唯一接触的平面。切削扭矩主要由凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8之间的正压力和轴向支撑的第一台阶底面13和凹座顶面上的摩擦力传递。切削中不稳定的径向力由凸台螺旋压力面7和凹座螺旋压力面8之间的正压力，和第一台阶底面13以及凹座上的第一台阶顶面上的摩擦力传递。这样，切削头被可靠的连接到托架上。

实施例五

与实施例一相比，本实施例中，螺旋压力面中，单个螺旋压力面区域β角至少覆盖20°的范围。这是为了避免在太小的角度范围时，所述螺旋压力面的特征无法明确的体现。

单个螺旋压力面中，最大半径R_A与最小半径R_B的差值大于最大半径R_A的百分之二。即：R_A-R_B>2％R_A。这样做的目的是明显的区别于圆弧，并且充分体现本发明结构的特点。

实施例六

如图9所示，本实施例包括切削头和托架，该结构依然采用自上而下的层级结构。从上往下，凸台包括的第六一台阶面63、第六二台阶面64、第六三台阶面65、第六四台阶面66均为螺旋压力面，第六一台阶面63的α可为[65°，80°]，优选为75°；第六二台阶面64虽然是同样的螺旋压力面结构，但切削头与托架之间的第二台阶面之间存在间隙，在切削工具工作时，两者不接触；第六三台阶面65的α可为[-85°，-65°]，此处优选为-70°；第六四台阶面66是α为0的接触面；切削头凸台的底面69与托架凹座的底面67均为平面，在工作时这两个面之间存在间隙。在装配时，随着相对转动的发生，凸台和凹座上对应的第一台阶面和第三台阶面优先接触，两者产生相反的作用，并在对应的压力螺旋面之间形成摩擦自锁；继续转动，直到对应的第四台阶面接触，装配完成。在本实施例中，所有螺旋压力面满足相同的方程，其横截面螺旋线小端半径为大端半径的70％，以传递足够的扭矩。

本实施例中，第六一台阶面63和第六三台阶面65起到了一个定位和相反方向拉紧锁紧，并且传递扭矩的作用。

实施例七

如图10所示，本实施例中，包括切削头和托架，该结构只有一个第七螺旋压力面75，该压力面配合第七上端面73连接使用，在工作时切削头和托架上的第七螺旋压力面75与第七上端面73均为接触状态，这样不仅能达到传递扭矩的效果，还能实现结构连接的自锁；考虑到制造和装配，切削头第七上端面73和第七螺旋压力面75的连接处为圆弧过渡面78，托架的第七上端面73和第七螺旋压力面75的连接处为倒角过渡面74；该结构的底面为平面，在工作时切削头与托架的底面77为不接触的间隙状态。

本实施例中，为了方便切削头凸台插入到托架凹座中，凸台底部两侧分别延伸有凹槽，使有足够的空间让凸台能够进入到凹座中。

本实施例中，倾斜角α在0-45度范围内，第七螺旋压力面75，既自锁又传递扭矩，方便加工。

实施例八

如图11所示，本实施例包括切削头和托架，该结构依然采用自上而下的层级结构。在使用时切削头和托架上的第八上端面83为接触状态，第八一台阶面84、第八二台阶面85、第八三台阶面86均为螺旋压力面，第八一台阶面84是α为0的螺旋压力面，该结构面虽然是螺旋压力面，但在切削工具工作时，切削头与托架之间是两者不接触的间隙面；第八三台阶面85是α为-70°的接触面；第八四台阶面86是α为0°的接触面；切削头凸台底面与托架凹座底面均为平面，在工作时这两个面之间存在间隙。本实施例中，第八二台阶面85向下拉紧，第八上端面83阻止向下移动，第八上端面83和第八二台阶面85形成自锁，第八一台阶面84可不接触。

实施例九

本实施例中，在凸台螺旋压力面7所设置的凸台5中，或者在凹座螺旋压力面8所设置的凹座中，在其内开设内部空间，内部空间放置有可在内部空间内进行旋转的旋转体。随着凸台5或者凹座的旋转，能够将凸台螺旋压力面7或者凹座螺旋压力面8上受到的旋转力传递到内部空间中，变为内部空间中旋转体转动的动力，从而减少凸台螺旋压力面7或者凹座螺旋压力面8上所受到的扭矩传递力，减少各个螺旋压力面有可能出现的受力不均而导致局部磨损的情况。

实施例十

本实施例中，在凸台螺旋压力面7所设置的凸台5中，或者在凹座螺旋压力面8所设置的凹座中，在其内开设内部空间，内部空间具有通往螺旋压力面的通孔，通过内部空间与能够向外喷气的气管连通，通过在螺旋压力面之间通过通孔喷气的方式，将在旋转中过盈受力的螺旋压力面推过喷气形成的推力减小两个螺旋压力面之间的磨损，使每个螺旋压力面上受到的力被平衡，减少各个螺旋压力面有可能出现的受力不均而导致局部磨损的情况。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种模块化旋转工具，其特征在于，包括配合连接的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和第二连接部均为模块化连接结构；所述第一连接部靠近第二连接部的一端上设置有凸台，所述第二连接部上靠近第一连接部的一端上设置有凹座；所述凹座的内表面与所述凸台的外表面形状相匹配；所述凹座具有凹座轴线，所述凹座上设有绕着凹座轴线对称设置的多个凹座螺旋压力面；所述凸台具有凸台轴线，所述凸台周向上设有绕着凸台轴线对称的凸台螺旋压力面，所述凸台螺旋压力面与所述凹座螺旋压力面数量对应相等；当所有对应的凸台螺旋压力面与凹座螺旋压力面贴合时，所述凹座与所述凸台形成配合，凸台轴线与凹座轴线共轴，形成公共轴线；

所述凸台螺旋压力面包括用来进行定心和保持定心的第一凸台螺旋压力面、用来实现进行拉紧自锁的第二凸台螺旋压力面、用来进行扭矩传送的第三凸台螺旋压力面或者用来实现胀紧自锁的第四螺旋压力面；一个模块化旋转工具中包括至少一种凸台螺旋压力面；

所有螺旋压力面均满足以下条件：

，c为常数且c>0；

在垂直于中心轴线的任一横截面上，螺旋压力面与该横截面的交线为横截面螺旋线；中心轴线在该横截面上投影的点为该横截面的原点，RP为横截面螺旋线上任一点P到原点O的距离；横截面螺旋线上与原点相距最远的位置为螺旋线大端A，螺旋线大端A到原点的距离为大端半径R_A；横截面螺旋线上与原点相距最短的位置为螺旋线小端B，螺旋线小端B到原点的距离为小端半径R_B；位置角∠AOP的角度为β，过点P向螺旋线小端B方向做所述横截面螺旋线的切线PM；过点P沿预定旋转方向的反方向做OP的垂线PN，预定旋转方向为从螺旋线小端B到螺旋线大端A的旋转方向，∠MPN为螺旋升角θ；

所述螺旋压力面还包括以下条件：螺旋压力面在垂直于所述横截面螺旋线的任意截面上的形状是直线，称压力螺旋面法截面直线；所述压力螺旋面法截面直线与中心轴线的夹角设为倾斜角α，当倾斜角α开口指向凸台远离凹座一侧时为正；

中心轴线为在形成螺旋压力面时母线围绕转动的轴线；中心轴线在凸台上表现为凸台轴线，中心轴线在凹座上表面为凹座轴线，中心轴线在凸台和凹座转动时表现为公共轴线；

所述凸台上的凸台螺旋压力面沿着凸台轴线方向层状设置，所述凹座上的凹座螺旋压力面沿着凹座轴线方向对应层状设置；

第一凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]；第二凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-88°，-45°]和/或 [45°，88°]；第三凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，小端半径为大端半径的85%以下；第四凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，θ范围为[0，10°]。

2.根据权利要求1所述的模块化旋转工具，其特征在于，单个螺旋压力面区域至少覆盖5°的范围。

3.根据权利要求1所述的模块化旋转工具，其特征在于，单个螺旋压力面中，大端半径R_A与小端半径R_B的差值大于大端半径R_A的百分之二。

4.根据权利要求1所述的模块化旋转工具，其特征在于，所述第一连接部远离凸台的一端连接有执行件，所述第二连接部远离凹座的一端连接驱动机构；或者，所述第一连接部远离凸台的一端连接有驱动机构，所述第二连接部远离凹座的一端连接执行件。

5.根据权利要求4所述的模块化旋转工具，其特征在于，所述执行件包括铣刀、铰刀或者钻头；所述驱动机构包括电机、气缸或者液压缸。

6.根据权利要求1所述的模块化旋转工具，其特征在于，所述凸台同一圆周面上至少均匀分布有两个凸台螺旋压力面，所述凹座同一圆周内壁上至少均匀分布有两个对应的凹座螺旋压力面。

7.一种模块化旋转工具的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，第一连接部的凸台进入第二连接部的凹座；

步骤二，正向转动，使第一连接部的凸台和第二连接部的凹座逐渐共轴，使对应的凸台螺旋压力面和凹座螺旋压力面相互贴合；

步骤三，在凸台和凹座共轴后，按照预定的旋转方向旋转第一连接部和第二连接部；在步骤二中，随着凸台和凹座的相对运动，凸台螺旋压力面与凹座螺旋压力面自动调节相对位置，所有凸台螺旋压力面和所有凹座螺旋压力面受力均匀；

所述模块化旋转工具，包括配合连接的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和第二连接部均为模块化连接结构；所述第一连接部靠近第二连接部的一端上设置有凸台，所述第二连接部上靠近第一连接部的一端上设置有凹座；所述凹座的内表面与所述凸台的外表面形状相匹配；所述凹座具有凹座轴线，所述凹座上设有绕着凹座轴线对称设置的多个凹座螺旋压力面；所述凸台具有凸台轴线，所述凸台周向上设有绕着凸台轴线对称的凸台螺旋压力面，所述凸台螺旋压力面与所述凹座螺旋压力面数量对应相等；当所有对应的凸台螺旋压力面与凹座螺旋压力面贴合时，所述凹座与所述凸台形成配合，凸台轴线与凹座轴线共轴，形成公共轴线；

所述凸台螺旋压力面包括用来进行定心和保持定心的第一凸台螺旋压力面、用来实现进行拉紧自锁的第二凸台螺旋压力面、用来进行扭矩传送的第三凸台螺旋压力面或者用来实现胀紧自锁的第四螺旋压力面；一个模块化旋转工具中包括至少一种凸台螺旋压力面；

所有螺旋压力面均满足以下条件：

，c为常数且c>0；

在垂直于中心轴线的任一横截面上，螺旋压力面与该横截面的交线为横截面螺旋线；中心轴线在该横截面上投影的点为该横截面的原点，RP为横截面螺旋线上任一点P到原点O的距离；横截面螺旋线上与原点相距最远的位置为螺旋线大端A，螺旋线大端A到原点的距离为大端半径R_A；横截面螺旋线上与原点相距最短的位置为螺旋线小端B，螺旋线小端B到原点的距离为小端半径R_B；位置角∠AOP的角度为β，过点P向螺旋线小端B方向做所述横截面螺旋线的切线PM；过点P沿预定旋转方向的反方向做OP的垂线PN，预定旋转方向为从螺旋线小端B到螺旋线大端A的旋转方向，∠MPN为螺旋升角θ；

所述螺旋压力面还包括以下条件：螺旋压力面在垂直于所述横截面螺旋线的任意截面上的形状是直线，称压力螺旋面法截面直线；所述压力螺旋面法截面直线与中心轴线的夹角设为倾斜角α，当倾斜角α开口指向凸台远离凹座一侧时为正；

中心轴线为在形成螺旋压力面时母线围绕转动的轴线；中心轴线在凸台上表现为凸台轴线，中心轴线在凹座上表面为凹座轴线，中心轴线在凸台和凹座转动时表现为公共轴线；

所述凸台上的凸台螺旋压力面沿着凸台轴线方向层状设置，所述凹座上的凹座螺旋压力面沿着凹座轴线方向对应层状设置；

第一凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]；第二凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-88°，-45°]和/或 [45°，88°]；第三凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，小端半径为大端半径的85%以下；第四凸台螺旋压力面的倾斜角α范围为[-15°，﹢15°]，θ范围为[0，10°]。

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