CN1176772C - 工具接头 - Google Patents

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CN1176772C CNB018092357A CN01809235A CN1176772C CN 1176772 C CN1176772 C CN 1176772C CN B018092357 A CNB018092357 A CN B018092357A CN 01809235 A CN01809235 A CN 01809235A CN 1176772 C CN1176772 C CN 1176772C
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Abstract

一包括一凸形构件(22)和一凹形构件(24)的工具接头(20)。凸形构件(22)有一从一主体部(26)向后伸出的连接部(28)。连接部(28)有一截头圆锥形前部(40)和一后螺纹部(38)。螺纹(46)有一深度不变的中间段(45)并终止于前端部和后端部(41)。凹形构件(24)有一从一前面(60)向后延伸的孔(64)。孔(62)有一截头圆锥形前部(70)和一后螺纹部(72)。螺纹(72)有一深度不变的中间段(67)并终止于前端部(66)和后端部(68)。凸形构件(22)和凹形构件(24)螺纹连接成一工具接头(20)时，凸形构件(22)的螺纹部(38)与凹形构件(24)的螺纹部(72)接合。

Description

工具接头
技术领域
本发明涉及一种使用螺纹连接的工具接头，该工具接头特别用于可在单一刀架上使用不同刀头的切削工具组件中。
背景技术
由凸形构件和凹形构件构成并使用螺纹连接的工具接头是公知的。这类凸形构件通常包括一与凹形构件中对应内螺纹部配合的外螺纹部。这种工具接头连接机构例如见美国专利No.5,114,286。如‘286所示，一凸形接头(11)在轴向上与一凹形接头(13)对齐。该凸形接头(11)上有阳螺纹(21)，该阳螺纹的大小和形状与凹形接头(13)中的对应阴螺纹(23)相配。图1简示出(以及如图1和5清楚示出‘286)这类连接机构的一个缺点。该缺点为：凸形构件12最前部螺纹顶部14的前方有一狭窄颈部16使得凸形构件的前端强度降低。“狭窄颈部”一词指其直径等于螺纹根圆直径的一段凸形构件。
涉及这类工具接头的另一个问题是，最前部螺纹顶部和最后部螺纹顶部不完整，其开口端有变窄的尾部。这例如可从Reynolds的美国专利No.1,407,335的图2中清楚看出。这类狭窄端部的强度太低，无法传递凸形构件与凹形构件之间的轴向载荷。
该问题的一种解决方案见Rath的美国专利No.4,735,537，该专利说明了如何减小狭窄颈部。在‘537的凸形构件的螺纹部中，螺纹内端部的尺寸几乎一直到其终止点保持完整，从而使得该过渡段可缩短。
本发明的目的是提供一种由具有相配螺纹的凸形构件和凹形构件构成的工具接头，其中，凸形构件和凹形构件中的螺纹都没有通常的不完整尾部，从而该工具接头可缩短，其强度可提高。
发明内容
按照本发明，提供一种有一轴线A并包括一凸形构件和一凹形构件的工具接头；
该凸形构件有一轴线B，包括：
一凸形主体部；以及
一从该凸形主体部向后伸出的凸形连接部，该凸形连接部有一与该凸形主体部相邻的无螺纹前部和一终止在一后端的后螺纹部；
该凸形连接部的螺纹部有一螺纹，该螺纹终止于一与凸形连接部前部相邻的前端部并终止于一与凸形连接部后部后端相邻的后端部，该螺纹在前端部与后端部之间有一深度不变的中间段；
凸形连接部的螺纹的前端部为一深度可变的螺纹根部，该深度从等于螺纹的不变深度递减到零；
凸形连接部的螺纹的后端部为一高度可变的螺纹顶部，该高度从等于螺纹不变深度递减到零；
该凹形构件有一轴线C，包括：
一凹形主体部；以及
一凹形连接部，包括一容纳凸形连接部的孔，该孔从凹形构件的一前表面向后朝凹形主体部延伸，该孔有一与该前表面相邻的无螺纹前部和一靠近凹形主体部终止的后螺纹部；
凹形连接部的螺纹部有一螺纹，该螺纹终止于一与凹形连接部无螺纹前部相邻的前端部并终止于一与凹形主体部相邻的后端部，该凹形连接部的螺纹在前端部和后端部之间有一中间段，凹形连接部的螺纹的深度等于该不变深度；
凹形连接部的螺纹的前端部为一高度可变的螺纹顶部，该高度从等于螺纹的不变深度递减到零；
凹形连接部的螺纹的后端部为一深度可变的螺纹根部，该深度从等于螺纹不变深度递减到零；
从而，当凸形构件和凹形构件的螺纹连接形成工具接头时，凸形构件的螺纹部与凹形构件的螺纹部接合；
凸形连接部螺纹前端部和凹形连接部螺纹前端部之间具有一第一角度范围(angular extent)的间隙；以及
凸形连接部螺纹后端部和凹形连接部螺纹后端部之间有一第二角度范围的间隙。
按照本发明一优选实施例，凸形主体部进一步包括一与凸形连接部无螺纹前部相邻的面向后环形肩部，凹形构件的前表面为一面向前的环形肩部；以及
从而，当凸形构件和凹形构件螺纹连接形成工具接头时，凸形主体部的环形肩部抵靠凹形主体部的环形肩部。
此外，按照本发明一优选实施例，凸形连接部无螺纹前部呈向凸形连接部后螺纹部向后渐缩的截头圆锥形，凹形连接部的孔的无螺纹前部呈向凹形主体部向后渐缩的截头圆锥形；以及
从而，当凸形构件和凹形构件螺纹连接形成工具接头时，凸形连接部的无螺纹前部抵靠凹形连接部的无螺纹前部。
第一角度范围一般为20°～90°。
第一角度范围最好为70°。
第二角度范围一般为20°～90°。
第二角度范围最好为70°。
按照本发明，凸形构件和凹形构件螺纹部的前端部和后端部具有角度范围各为5°～30°。
凸形构件和凹形构件螺纹部的前端部和后端部具有角度范围最好各为15°。
一般来说，凸形构件用硬质合金制成，凹形构件用钢制成。
按照本发明，在凸形构件和凹形构件螺纹连接时，凸形连接构件的无螺纹前部在凸形主体部的环形肩部邻靠凹形主体部的环形肩部之前邻靠凹形连接构件的无螺纹前部。
最好是，当凸形连接部的无螺纹前部与凹形连接部的无螺纹前部最初接触时，凸形主体部的环形肩部与凹形主体部的环形肩部相距一距离L。
该距离L一般为0.1～0.6mm。
按照本发明一优选实施例，该距离L等于0.3mm。
按照本发明一优选实施例，凸形主体部的环形肩部和凹形主体部的环形肩部与轴线A垂直。
一般来说，凸形主体部的环形肩部和凹形主体部的环形肩部磨削而成。
一般来说，凸形连接部的无螺纹前部和凹形连接部的无螺纹前部磨削而成。
一般来说，凸形构件的螺纹部磨削而成。
最好是，凸形连接部的无螺纹前部相对于轴线B以角度α1渐缩，凹形连接部的无螺纹前部相对于轴线C以角度α2渐缩，角度α1等于角度α2。
角度α1和α2一般为2.5°～3.5°。
角度α1和α2一般为3°。
作为选择，角度α1也可比角度α2大0.25°。
按照一优选实施例，凸形构件的螺纹部和凹形构件的螺纹部为单头螺纹。
附图说明
为更好理解本发明和示出如何实施本发明，下面参见各附图，附图中：
图1为一现有技术连接机构的凸形构件的侧视图；
图2为使用本发明一工具接头的切削工具的立体图；
图3为图2切削工具的分解图；
图4为图3凸形构件的立体图，示出螺纹前端部；
图5为图3凸形构件的立体图，示出螺纹后端部；
图6为图3凹形构件的局部立体图，示出螺纹前端部；
图7为图3凹形构件的局部立体图，示出螺纹后端部；
图8为当凸形连接部的无螺纹前部与凹形连接部的无螺纹前部最初接触时沿一通过凸形构件和凹形构件的轴线A的平面剖取的剖面图；
图9为沿一通过轴线A的平面剖取的图2工具接头的剖面图；
图10为一具有现有技术螺纹的凸形构件的局部侧视图；
图11为一具有本发明螺纹的凸形构件的局部侧视图；
图12为图3所示凸形构件的后视图；
图13为图3所示凹形构件的前视图；
图14为沿图9中平面XIV-XIV剖取的凸形构件与凹形构件接合的剖面图；以及
图15为沿图9中平面XV-XV剖取的凸形构件与凹形构件接合的剖面图。
具体实施方式
参见图2～11。如图所示，一有一纵向轴线A的工具接头20包括一凸形构件22和一凹形构件24。按照本发明一具体应用，工具接头20构成一切削工具组件，其凸形构件22用硬质合金制成而用作切削头部，凹形构件24用工具钢制成而用作保持柄部。
凸形构件22有一纵向轴线B、一主体部26和一从主体部26后端30向后伸出的连接部28。主体部26的结构由于它不是本发明主要部件从而不予说明，它可呈任何所需形状。主体部26后端30包括一面向后的环形肩部表面32。该面向后环形肩部32相对于轴线B轴对称并与其垂直。
连接部28有一与主体部26相邻的无螺纹前部36和一终止于一后端39的后螺纹部38。凸形连接部的无螺纹前部36包括一向后螺纹部38向后渐缩的截头圆锥表面40，并相对于轴线B以角度为α1倾斜。α1一般为2.5°-3.5°。按照本发明一优选实施例，α1为3°。
连接部28的后螺纹部38有一螺纹46，该螺纹终止于一与凸形连接部28前部36相邻的前端部41并终止于一与凸形连接部28的后部38的后端39相邻的后端部43。螺纹46在前端部41与后端部43之间有一深度不变的中间段45。同样，中间段45有一等于不变深度的不变高度h，该高度限定为螺纹顶部与根部的半径差。螺纹46具有相对于一与轴线B垂直的平面测量的螺旋升角α。该螺旋升角一般为4°～5°。螺纹46的横截面呈其边缘为圆形的梯形。为了避免与凸形连接部28的前部相邻从而降低凸形构件22的强度的狭窄颈部，如图4和5清楚所示，螺纹46的前端部41为一深度可变的螺纹根部48，该深度从等于螺纹的不变深度递减到零。同样，螺纹46后端部43为一高度可变的螺纹顶部50，该高度从等于不变深度递减到零。
与本发明有关的另一螺纹特性为螺纹厚度T。螺纹厚度T这里限定为一齿部沿一与轴线B相交成α角的直线测量的最大厚度。
图10示出一凸形主体80上的一现有技术螺纹。该螺纹的厚度在螺纹到达凸形主体80后端82一点P1前保持不变。从点P1开始，螺纹的厚度T递减，在点P2变成零。螺纹在点P1与P2之间的部分88沿其大部分上的高度为h，该部分88不能看成是有效螺纹，由于该部分螺纹不完整，因此无法如完整螺纹那样传递载荷。该部分88如在使用通常螺旋角的螺纹的端视图所示具有角度范围θ(未示出)并在120°～270°范围内。所涉及的术语“有效螺纹”、“不完整螺纹”和“完整螺纹”的定义见“Machinery′s Handbook 25 twenty fifthedition”，1996，Industrial Press Inc.，New York，pp.1631-1634。
尽管部分88无法如完整螺纹的其他部分那样传递载荷而可有可无，但它在其大部分上的高度仍为h。这意味着，当凸形主体80接合在对应凹形主体(未示出)内时，必需留有一段阴螺纹用来容纳部分88。该段阴螺纹不传递载荷也可有可无，会降低凹形主体的强度。
为了克服上述缺点，本发明的螺纹如图11所示没有部分88。从齿部50上点P1开始，螺纹经中间部分92递减到点P3。点90离轴线B的距离与根部48离轴线B的距离相同。中间部分92具有通常小于30°的角度范围θ1，一般为15°值。按照本发明一优选实施例，凸形构件用硬质合金制成，螺纹磨削而成。中间部分92角度范围θ1决定于所使用磨削轮的半径。
上述原理以及必需作出的改变适用于本发明凸形构件和凹形构件中的螺纹的两端。
按照本发明一优选实施例，面向后环形肩部32、截头圆锥表面40和螺纹46磨削而成。
凹形构件24包括一纵向轴线C、一侧部周边表面58和与该侧部周边表面58连接的前表面60。前表面60有一环形轴向抵靠表面62，该抵靠表面相对于轴线C轴对称并与之垂直。
一孔64从前表面60向后延伸。该孔64构成凹形构件的连接部59而向前到凹形主体部61。孔64有一前部66和一后部68。前部66包括一向凹形主体部61向后渐缩的截头圆锥表面70，并相对于轴线C以角α2倾斜。角α2为2.5°～3.5°。按照本发明，角α2最好为3°。后部68有一螺纹72。螺纹72的横截面呈与凸形构件螺纹46相配的其边缘为圆形的梯形。螺纹72终止于一与凹形连接部59前部66相邻的前端部63并终止于一与凹形主体部61相邻的后端部65。螺纹72在前端部63和后端部65之间有深度不变的中间段67。螺纹72的螺旋升角α与凸形构件螺纹46的螺旋升角相同。如图6和7清楚所示，螺纹72前端部63为一高度可变的螺纹顶部74，该高度从等于螺纹不变深度递减到零。螺纹72后端部65为一深度可变螺纹根部，该深度从等于螺纹不变深度递减到零。
为组装该工具接头，凸形构件22装在凹形构件24中并相对其转动，使得阳螺纹46与阴螺纹72接合。阳螺纹46和阴螺纹72自由转动，直到截头圆锥表面40与截头圆锥表面70最初接触。在该位置，面向后环形肩部32与抵靠表面62(见图8)相距距离L。长度L一般为0.1～0.6mm。按照本发明一优选实施例，长度L等于0.3mm。
按照本发明一实施例，截头圆锥表面40的倾斜角α1等于截头圆锥表面70的倾斜角α2。从而确保两截头圆锥表面40和70完全接触。按照本发明另一实施例，截头圆锥表面40的斜角α1比截头圆锥表面70的斜角α2大0.25°。按照该实施例，确保截头圆锥表面40和70的最初接触发生在它们的前部，从而提高工具接头在凸形构件22和凹形构件24之间靠近肩部表面32和抵靠表面62的前连接部的刚性。
截头圆锥表面最初接触后，在凹形构件24中旋紧凸形构件22，直到距离L减小成零，凸形构件的环形肩部32抵靠凹形构件的抵靠表面62。随着两表面32和62抵靠在一起，凸形构件的截头圆锥表面40造成凹形构件截头圆锥面70的径向向外微小变形。由于凹形构件的壁在截头圆锥表面70区域相对薄，因此可发生这一变形。
当凸形构件与凹形构件完全接合时，轴线A、B和C重合，凸形连接部螺纹的前端部41和凹形连接部螺纹的前端部63之间具有第一角度范围θ2的间隙94。此外，凸形连接部螺纹的后端部43和凹形连接部螺纹的后端部65之间具有第二角度范围θ3的间隙95。两螺纹设计成确保角度范围θ2和角度范围θ3都小于90°，从而确保牢固、刚性连接而不存在一较弱横截面。第一和第二角度范围一般为20°～90°，第一和第二角度范围最好为70°。
表面32与62之间的抵靠确保凸形构件与凹形构件接触区域的周边的刚性。截头圆锥表面40与70之间的抵靠确保凸形构件与凹形构件同心，此外，在切削过程中它还承受凹形构件作用在凸形构件上的大部分转矩。凸形构件和凹形构件之间完全接合的特殊设计消除了较弱横截面，从而提高整个工具接头的强度。
本发明工具接头用于切削头部直径为6～20mm的切削工具。需要时，为提高切削工具的刚性，凹形主体部侧部周边表面相对于轴线C以锐角β向前渐缩，β一般为0°～5°。例如，当要切削加工深槽的壁时，凹形构件的侧部周边表面58制成直径小于凸形主体部周边34直径的圆柱形，使得切削加工深度不受保持柄部的限制。
应该明白，上述切削工具组件的工具接头不限于一切削头部和一

Claims (23)

1.一种有一轴线A并包括一凸形构件(22)和一凹形构件(24)的工具接头(20)；
该凸形构件有一轴线B并包括：
一凸形主体部(26)；以及
一从该凸形主体部向后伸出的凸形连接部(28)，该凸形连接部有一与该凸形主体部相邻的无螺纹前部(36)和一终止于一后端(39)的后螺纹部(38)；
该凸形连接部的螺纹部有一螺纹(46)，该螺纹终止于一与凸形连接部前部相邻的前端部(41)并终止于一与凸形连接部后部后端相邻的后端部(43)，该螺纹在前端部与后端部(41、43)之间有一深度不变的中间段(45)；
凸形连接部的螺纹的前端部(41)为一深度可变的螺纹根部(48)，该深度从等于螺纹的不变深度递减到零；
凸形连接部的螺纹的后端部(43)为一高度可变的螺纹顶部(50)，该高度从等于螺纹的不变深度递减到零；
该凹形构件有一轴线C并包括：
一凹形主体部(61)；以及
一凹形连接部(59)，包括一容纳凸形连接部的孔(64)，该孔从凹形构件的一前表面(60)向后朝该凹形主体部延伸，该孔有一与该前表面相邻的无螺纹前部(66)和一靠近该凹形主体部终止的后螺纹部(68)；
凹形连接部的螺纹部有一螺纹(72)，该螺纹终止于一与凹形连接部的无螺纹前部相邻的前端部(63)并终止于一与凹形主体部相邻的后端部(65)，该凹形连接部的螺纹在前端部和后端部之间有一中间段(67)，凹形连接部的螺纹的深度等于该不变深度；
凹形连接部的螺纹的前端部(63)为一高度可变的螺纹顶部(74)，该高度从等于螺纹的不变深度递减到零；
凹形连接部的螺纹的后端部(65)为一深度可变的螺纹根部(76)，该深度从等于螺纹不变深度递减到零；
其中，当凸形构件和凹形构件的螺纹连接成工具接头时，凸形构件的螺纹部(38)与凹形构件的螺纹部(68)接合；
凸形连接部螺纹前端部(41)和凹形连接部螺纹前端部(63)之间具有一第一角度范围(θ2)的间隙(94)；以及
凸形连接部螺纹后端部(43)和凹形连接部螺纹后端部(65)之间具有一第二角度范围(θ3)的间隙(95)。
2.如权利要求1所述的工具接头，其特征在于，该凸形主体部还包括一与该凸形连接部无螺纹前部相邻的面向后环形肩部(32)，并且凹形构件的前表面(60)为一面向前的环形肩部；以及
其中，当该凸形构件和凹形构件螺纹连接成工具接头时，该凸形主体部的环形肩部抵靠凹形主体部的环形肩部。
3.如权利要求1所述的工具接头，其特征在于，该凸形连接部无螺纹前部(36)呈向该凸形连接部后螺纹部向后渐缩的截头圆锥形，凹形连接部的孔的无螺纹前部(66)呈向该凹形主体部向后渐缩的截头圆锥形；以及
其中，当该凸形构件和凹形构件螺纹连接成工具接头时，该凸形连接部的无螺纹前部抵靠该凹形连接部的无螺纹前部。
4.如权利要求1所述的工具接头，其特征在于，第一角度范围为20°～90°。
5.如权利要求4所述的工具接头，其特征在于，第一角度范围为70°。
6.如权利要求1所述的工具接头，其特征在于，第二角度范围为20°～90°。
7.如权利要求6所述的工具接头，其特征在于，第二角度范围为70°。
8.如权利要求1所述的工具接头，其特征在于，该凸形构件和凹形构件螺纹部的前端部和后端部(41、63；43、65)具有在5°～30°范围内的角度范围。
9.如权利要求8所述的工具接头，其特征在于，该凸形构件和凹形构件螺纹部的前端部和后端部具有15°的角度范围。
10.如权利要求1所述的工具接头，其特征在于，该凸形构件由硬质合金制成，该凹形构件由钢制成。
11.如权利要求2所述的工具接头，其特征在于，在该凸形构件和凹形构件螺纹连接时，该凸形连接部的无螺纹前部抵靠该凹形连接部的无螺纹前部，然后该凸形主体部的环形肩部抵靠该凹形主体部的环形肩部。
12.如权利要求11所述的工具接头，其特征在于，当该凸形连接部的无螺纹前部与该凹形连接部的无螺纹前部最初接触时，该凸形主体部的环形肩部与该凹形主体部的环形肩部相距一距离L。
13.如权利要求12所述的工具接头，其特征在于，该距离L在0.1～0.6mm的范围内。
14.如权利要求13所述的工具接头，其特征在于，该距离L等于0.3mm。
15.如权利要求2所述的工具接头，其特征在于，该凸形主体部的环形肩部和该凹形主体部的环形肩部与轴线A垂直。
16.如权利要求2所述的工具接头，其特征在于，该凸形主体部的环形肩部和该凹形主体部的环形肩部磨削而成。
17.如权利要求2所述的工具接头，其特征在于，该凸形连接部的无螺纹前部和该凹形连接部的无螺纹前部磨削而成。
18.如权利要求1所述的工具接头，其特征在于，凸形构件的螺纹部磨削而成。
19.如权利要求3所述的工具接头，其特征在于，该凸形连接部的无螺纹前部相对于轴线B以角度α1渐缩，该凹形连接部的无螺纹前部相对于轴线C以角度α2渐缩，角度α1等于角度α2。
20.如权利要求19所述的工具接头，其特征在于，角度α1和α2在2.5°～3.5°范围内。
21.如权利要求20所述的工具接头，其特征在于，角度α1和α2为3°。
22.如权利要求19所述的工具接头，其特征在于，角度α1比角度α2大0.25°。
23.如权利要求1所述的工具接头，其特征在于，凸形构件的螺纹部和凹形构件的螺纹部为单头螺纹。
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