CN218800733U - 一种应用于高速主轴hsk刀具系统的自锁增力型拉爪 - Google Patents

Abstract

一种应用于高速主轴HSK刀具系统的自锁增力型拉爪，所述自锁增力型拉爪结构分为八部分：拉爪轴，六瓣拉爪片，环形弹簧，拉爪分隔环，导向铜螺母，U型油封，通孔无头内六角螺栓，波形弹簧圈；本实用新型与现有技术相比的优点在于：此型拉爪在拉刀状态时，整个自锁增力型拉爪与HSK刀柄都处于是自锁楔紧状态，可获得优异的高速旋转动态平衡特性，且具有增力功能，拉刀机构碟簧可减少，松刀油压可减小，主轴结构可更简单，可有效保护主轴高精密轴承；这是一款自锁增力型拉爪，能有效配合HSK刀具系统，能有效辅助国内高端数控机床高速主轴应用高速切削技术。

Description

一种应用于高速主轴HSK刀具系统的自锁增力型拉爪

技术领域

本实用新型涉及机床零部件领域，具体是指一种应用于数控机床高速主轴HSK刀具系统的自锁增力型拉爪。

背景技术

高速切削主要应用于回转刀具，要求机床主轴有较高的转速。当主轴转速超过10000r/min时，适配BT刀具系统的传统7∶24主轴锥孔的大端会扩大，使刀具发生轴向窜动，有造成主轴抱死锥柄的后果，因此传统的BT刀具系统的加工性能已难以满足高速切削的要求。目前高速切削应用较广泛的有德国的HSK(德文Hohl Shaft Kegel缩写)刀具系统、美国的KM刀具系统、日本的NC5、BIG-PLUS刀具系统等以上皆属于两面拘束刀柄。我国大部分进口高端机床的高速主轴都是应用HSK刀具系统，HSK刀具系统具有以下优点：

1)采用锥面、端面过定位的结合形式，能有效地提高结合刚度,减少高速加工时的刀具系统的振动，提高刀具寿命，能完全消除了轴向定位误差。

2)因锥部长度短和采用空心结构后质量较轻，故自动换刀动作快，有利于实现ATC的高速化。

3)采用1：10的锥度，与7：24锥度相比锥部较短，楔形效果较好，加工中心故有较强的抗扭能力，且能抑制因振动产生的微量位移。

4)采用1：10的锥度远小与7：24锥度，有比较高的重复安装精度。

高速切削技术的优势与发展情况说明，高速切削是一个相对概念，并且随着时代的进步而不断变化。一般认为高速切削或超高速切削的速度为普通切削加工的5～10倍。研究表明：随着切削速度的提高，切削力会降低15～30％以上，切削热量大多被切屑带走，加工表面质量可提高1～2级，生产效率的提高，可降低制造成本20％～40％。所以高速切削意义不仅仅是得到较高的表面切削质量，还有生产效率的提高，制造成本的大幅降低，应用高速切削技术是国家机械加工制造技术水提高的一个重要环节。高速切削技术主要分为两方面，一方面是高速切削刀具技术，包括刀具材料、刀柄和刀夹系统、刀具动平衡技术、高速切削数据库技术、检测与监控系统等；另一方面是高速数控机床技术，包括机床整机结构的静动热态特性、电主轴、直线电机进给系统、数控与伺服系统的高速及高加速度性能、轴承润滑系统、刀具冷却系统等。近年来，我国对高速切削技术已有比较深的认识，进口的部分数控机床和加工中心中也能达到高速切削加工的要求，但国内能自已生产应用高速切速技术的高端数控机床的生产厂家极其稀少，即使有能生产此类高端数控机床的国内生产厂家，但其能适配高速切削刀具系统的高速主轴大多是依赖进口。发展高速切削技术是一个系统的工程，须各方面做出自已的努力与创新来发展。

我们针对HSK刀具系统的应用，首先是开发出适配HSK刀具系统的主轴拉刀机构，主轴拉刀机构最主要的配件是拉爪。我国也有开发适配HSK刀具系统的拉爪专利申请，但都是针对加工拉爪的工艺怎样简单方便的简易型HSK拉爪，而不是针对拉爪的设计能配合HSK刀具系统及高速主轴的装配后拥有卓越的高速切削加工性能，能辅助我国高端精密机床生产技术能获得长足的进步。

因此，一种适配HSK刀具系统能保持稳定自锁状态且增力型拉爪亟待研究。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，为配合HSK刀具系统应用于数控机床高速主轴，提供一种具有良好动态平衡且自锁增力型拉爪。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种在拉刀状态时具有自锁增力功能并能适配HSK刀具系统的拉爪，所述自锁增力型拉爪结构分为八部分：拉爪轴，六瓣拉爪片，环形弹簧，拉爪分隔环，导向铜螺母，U型油封，通孔无头内六角螺栓，波形弹簧圈；所述拉爪轴内径为通孔，内径前端装有U型油封，导向铜螺母，所述导向铜螺母外径有螺纹，与拉爪轴内径前端孔为螺纹联接，所述拉爪轴内径中间有内牙螺纹，装配有通孔无头内六角螺栓，所述六瓣拉爪片，外形分u、v、w三部分，中间为凹槽v，两端外径凸台分别为u、w，右外径凸台w有圆弧槽，装配环形弹簧，环形弹簧把六瓣拉爪片箍扎环绕在拉爪轴外径，所述六瓣拉爪片右端端面径向有凹槽，与拉爪分隔环左端面的径向凸起配合，拉爪分隔环分隔六瓣拉爪片在拉爪轴外径上均匀分布，所述拉爪分隔环内径为通孔，内径中间有台阶，台阶右边大的内径孔内装配有波形弹簧圈，所述拉爪片与拉爪轴的接触斜面H，与轴向的夹角为a,a为小角度的楔紧自锁角度；所述拉爪片与HSK刀柄内径台阶的接触斜面G，与径向的夹角为b,b为小45度的夹角；一种自锁增力型拉爪的拉刀机构在拉紧HSK刀柄使用状态结构如下：主轴旋转轴芯内径孔内依次装配有HSK刀柄，自锁增力型拉爪，拉爪联接轴，拉刀杆，所述主轴旋转轴芯前锥孔装配有HSK刀柄,所述自锁增力型拉爪内撑拉紧HSK刀柄，所述拉爪联接轴左端外径有螺纹与自锁增力型拉爪的拉爪轴内径中间螺纹联接，所述拉刀杆左端外径有螺纹，与拉爪联接轴右端内径螺纹相联接，拉刀杆往主轴旋转轴芯后端拉住拉爪联接轴，拉爪联接轴拉紧自锁增力型拉爪，所述自锁增力型拉爪的六瓣拉爪片，中间凹槽v卡在主轴旋转轴芯内径凸台d上，主轴旋转轴芯的内径台阶面E与六瓣拉爪片右外径凸台w的台阶面相接触，自锁增力型拉爪的波形弹簧圈右端面与主轴旋转轴芯的内径台阶面I相接触，所述HSK刀柄内径有凸起的中心出水导水杆，导水杆穿过导向铜螺母插入自锁增力型拉爪的拉爪轴内径孔，U型油封密封接触导水杆外径。

本实用新型的优点在于：

一，此自锁增力型拉爪在拉刀状态时，六瓣拉爪片的左外径凸台u被夹在拉爪轴斜角面与HSK刀柄的内径台阶面之间，六瓣拉爪片右外径凸台w的左台阶面被主轴旋转轴芯的内径台阶面E轴向卡住，是一种自楔紧自锁稳定状态，HSK刀柄锥柄与主轴旋转轴芯1：10锥孔的拉触面也是小角度自楔紧接触，整个自锁增力型拉爪与HSK刀柄都处于是自锁楔紧状态，并且六瓣拉爪片被拉爪分隔环均匀分隔，可获得优异的高速旋转动态平衡特性，满足高速切削技术动态平衡的要求；

二，此自锁增力型拉爪在拉刀状态时，具有增力功能，主轴拉刀机构被压缩的碟簧组对拉刀杆往主轴旋转轴芯后端的拉力，通过作用力与反作用力，依次拉刀杆到拉爪联接轴，拉爪联接轴到拉爪轴，拉爪轴作用到六瓣拉爪片往锁紧刀方向移动的拉力，相当于一个斜楔楔紧作用，六瓣拉爪片对HSK刀柄的拉刀力却是拉刀杆对拉爪联接轴、拉爪轴对六瓣拉爪片拉力的数倍，六瓣拉爪片对HSK刀柄的拉刀力足够使主轴旋转轴芯前锥孔弹性变形，HSK刀柄轴向往主轴后端微量移动，至HSK刀柄法兰面与主轴旋转轴芯前端面接触，实现HSK刀柄系统的两面接触，从而也产生以下几项优点，1；同等拉爪对刀柄的拉刀力，应用此型拉爪的拉刀机构可减少碟形弹簧数量和拉刀杆长度，从而可使主轴总长减少，使主轴结构更紧凑，方便应用此型拉爪的拉刀机构应用到要求结构紧凑的多轴联动高端数控机床主轴；2；主轴松刀油缸油压可减小，从而使整个机床油压系统不必维持高压运转，节约电力能源，减少损耗，另外还有可使松刀油缸体积减小，方便松刀油缸应用到要求结构紧凑的多轴联动高端数控机床主轴；3；松刀动作的作用力越小，越有利于主轴精密轴承寿命延长，越有利于主轴高速旋转的稳定性，机床主轴松刀，是松刀信号让电磁阀控制油压缸动作，油压缸活塞移动至拉触到拉刀杆后端面，压缩碟形弹簧变形，推动拉刀杆向松刀方向作用拉爪轴移动，而完成松刀动作，压缩碟形弹簧变形力量的支撑点是碟形弹簧外沿卡在主轴旋转轴芯内径台阶上，通过作用力与反作力，松刀力的支撑点依次是主轴旋转轴芯，支撑主轴旋转轴芯的主轴角接触轴轴承内圈，角接触轴承精密钢珠，角接触轴承外圈，再到主轴本体支撑的，松刀油缸也是安装在主轴本体上，完成一个松刀动作，作用力与反作用力的封闭循环，实际松刀动作的作用力越大，对主轴精密轴承损害越大，松刀动作的作用力越小，越有利于主轴精密轴承寿命延长，越有利于主轴高速旋转的稳定性，当然这个优点的前提是拉刀机构没有加装浮动松刀机构(浮动松刀机构是主轴松刀时，松刀油缸的活塞移动接触拉刀机构的拉刀杆后端面后，反作用力让松刀油缸外壳联接到主轴旋转轴芯上，再推动拉刀杆松刀，这种松刀方法是没有反作用力作用到主轴轴承上去)，加装浮动打刀机构会使主轴结构复杂，会制约到多轴联动高端机床主轴须集约电主轴，打刀缸，旋转接头导入高压切削水结构在一起的要求；4；主轴拉刀状态时，拉刀机构碟簧变形量相对普通型拉爪要小，有利于延长拉刀机构使用寿命；

三，此自锁增力型拉爪的松刀动作迅速，松刀行程短，刀柄从拉刀自锁稳定状态到松刀状态可瞬时转换，可以快速换刀，节约加工辅助时间，提高机床加工效率，有实验验证；

四，此自锁增力型拉爪在松刀作完成后，可以有效保持HSK刀柄仍安装在主轴旋转轴芯锥孔的稳定状态，松刀时，拉爪轴前移，六瓣拉爪片从楔紧状态松开，拉爪轴继续前移至顶动HSK刀柄微量前移，脱开HSK刀柄的两面约束状态，但六瓣拉爪片仍会以主轴旋转轴芯的内径台阶面E为支撑点，波形弹簧圈以主轴旋转轴芯的内径台阶面I为支点顶推拉爪分隔环，分隔环顶推六瓣拉爪片呈张开状态，仍能卡住HSK刀柄，保证快速自动换刀的稳定性。

五，此自锁增力型拉爪能导入高压切削水，方便加入高速切削技术应用条件里的提供高压冷却水冷却加工刀具，所述HSK刀柄内径有凸起的中心出水导水杆，装刀时，HSK刀柄中心出水导水杆，经导向铜螺母，插入自锁增力型拉爪的拉爪轴内径孔，U型油封密封接触导水杆外径。

六，此自锁增力型拉爪能很方便安装到主轴旋转轴芯内径孔内的主轴拉刀机构上，安装时先分离六瓣拉爪片与拉爪轴，六瓣拉爪片被环形弹簧箍扎径向收缩，拉爪分隔环分隔，但仍为一整体，把六瓣拉爪片与环形弹簧，拉爪分隔环，波形弹簧圈塞进到主轴旋转轴芯内径孔内，至六瓣拉爪片右外径凸台w、环形弹簧，拉爪分隔环、波形弹簧圈卡进主轴旋转轴芯的E、I两内径台阶面之间，后把拉爪轴通过六瓣拉爪片中心空隙，并径向撑开六瓣拉爪片，至六瓣拉爪片中间凹槽v卡在主轴旋转轴芯内径凸台d上，拉爪轴前端外径有加工对称的卡口位，用开口扳手卡住可旋转拉爪轴，拉爪轴的内径中间螺纹可以联接上拉爪联接轴左外径螺纹，调整到合适的位置后，试主轴装卸HSK刀柄，正常后用六角扳手旋转通孔无头内六角螺栓，到通孔无头内六角螺栓并紧拉爪联接轴端面，至此自锁增力型拉爪安装稳妥，不容易松动。

结论，此自锁增力型拉爪能有效配合HSK刀具系统，能有效辅助国内高端数控机床高速主轴应用高速切削技术。

作为改进，所述六瓣拉爪片与拉爪轴的接触斜面H，与轴向的夹角为a,a为小角度楔紧自锁角度。

作为改进，所述六瓣拉爪片右端端面径向有凹槽，与拉爪分隔环左端面的径向凸起配合，拉爪分隔环分隔六瓣拉爪片在拉爪轴外径上均匀分布。

作为改进，所述拉爪分隔环内径为通孔，内径中间有台阶，台阶右边大的内径孔内装配有波形弹簧圈。

作为改进，所述拉爪轴内径为通孔，内径前端装有U型油封，导向铜螺母，所述铜导向螺母外径有螺纹，与拉爪轴内径前端孔为螺纹联接，所述拉爪轴内径中间有内牙螺纹，装配有通孔无头内六角螺栓。

附图说明

图1是一种适配HSK刀具系统的自锁增力型拉爪结构图，主视图。

图2是一种适配HSK刀具系统的自锁增力型拉爪结构图，C-C剖视图。

图3是一种应用自锁增力型拉爪的拉刀机构结构图。

图4是一种应用自锁增力型拉爪的拉刀机构在拉刀状态的结构图，局部放大图。

图5是一种应用自锁增力型拉爪的拉刀机构在松刀状态的结构图，局部放大图。

图6是一种应用自锁增力型拉爪的拉刀机构在拉刀状态的结构图中分离出的拉爪轴受力分析图。

图7是一种应用自锁增力型拉爪的拉刀机构在拉刀状态的结构图中分离出的拉爪片受力分析图。

图8是一种应用自锁增力型拉爪的拉刀机构在拉刀状态的结构图中分离出的HSK刀柄受力分析图。

图9是一种应用自锁增力型拉爪的拉刀机构在拉刀状态的结构图中分离出的HSK刀柄受力分析图，

受力分析放大图。

如图1所示：1、拉爪轴，2、六瓣拉爪片，3、环形弹簧，4、拉爪分隔环，u、左外径凸台，v、中间凹槽，w、右外径凸台；

如图2所示：5、导向铜螺母，6、U型油封，7、通孔无头内六角螺栓，8、波形弹簧圈,H、拉爪片与拉爪轴的接触斜面，G、拉爪片与HSK刀柄内径台阶的接触斜面，a、拉爪片与拉爪轴的接触斜面H与轴向的夹角，b、拉爪片与HSK刀柄内径台阶的接触斜面G与径向的夹角；

如图4所示：9、HSK刀柄，10、主轴旋转轴芯，11、拉爪联接轴，12、拉刀杆，d、主轴旋转轴芯内径凸台，E、主轴旋转轴芯的内径台阶面；I、主轴旋转轴芯的内径台阶面；

如图6所示：F，为拉爪联接轴对拉爪轴的拉力；N1，为对称的两瓣拉爪片对拉爪轴作用力；N2，为对称的两瓣拉爪片对拉爪轴作用力；F’，为N1,N2的合力，F的反作用力；

如图7所示：N1’，为拉爪轴对拉爪片的作用力，N1的反作用力；Q1，为HSK刀柄对拉爪片作用力；T1，为主轴旋转轴芯的内径台阶面E对拉爪片右外径凸台施加作用力；N1’y，为N1’的y轴向正交分解力；N1’x，为N1’的x轴向正交分解力；Q1y，为Q1的y轴向正交分解力；Q1x，为Q1的x轴向正交分解力；

如图8所示：Q1’，为拉爪片对HSK刀柄作用力，Q1的反作用力；P1，为主轴旋转轴芯锥孔对HSK刀柄的作用力；f，为主轴旋转轴芯锥孔对HSK刀柄锥柄的静摩擦力；M1，为主轴旋转轴芯端面对HSK刀柄法兰面轴向作用力；c,为HSK刀柄锥面与轴向的夹角，也即HSK刀柄1：10锥度角的半角；Q1’y，为Q1’的y轴向正交分解力；Q1’x，为Q1’的x轴向正交分解力；P1y，为P1的y轴向正交分解力；P1x，为P1的x轴向正交分解力；fy，为f的y轴向正交分解力；fx，为f的x轴向正交分解力；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

一种在拉刀状态时具有自锁增力功能并能适配HSK刀具系统的拉爪，如图1、图2所示，所述自锁增力型拉爪结构分为八部分：拉爪轴1，六瓣拉爪片2，环形弹簧3，拉爪分隔环4，导向铜螺母5，U型油封6，通孔无头内六角螺栓7，波形弹簧圈8；所述拉爪轴1内径为通孔，内径前端装有U型油封6，导向铜螺母5，所述导向铜螺母外径有螺纹，与拉爪轴内径前端孔为螺纹联接，所述拉爪轴内径中间有内牙螺纹，装配有通孔无头内六角螺栓7，所述六瓣拉爪片2，外形分u、v、w三部分，中间为凹槽v，两端外径凸台分别为u、w，右外径凸台w有圆弧槽，装配环形弹簧3，环形弹簧3把六瓣拉爪片2箍扎环绕在拉爪轴1外径，所述六瓣拉爪片2右端端面径向有凹槽，与拉爪分隔环4左端面的径向凸起配合，拉爪分隔环分隔六瓣拉爪片在拉爪轴外径上均匀分布，所述拉爪分隔环4内径为通孔，内径中间有台阶，台阶右边大的内径孔内装配有波形弹簧圈8，所述拉爪片2与拉爪轴1的接触斜面H，与轴向的夹角为a,a为小角度的楔紧自锁角度；所述拉爪片2与HSK刀柄内径台阶的接触斜面G，与径向的夹角为b,b为小45度的夹角。

所述自锁增力型拉爪应用实例的拉刀机构图3、图4，在拉紧HSK刀柄状态结构如下：主轴旋转轴芯10内径孔内依次装配有HSK刀柄9，自锁增力型拉爪，拉爪联接轴11，拉刀杆12，所述主轴旋转轴芯10前锥孔装配有HSK刀柄9,所述自锁增力型拉爪内撑拉紧HSK刀柄，所述拉爪联接轴11外径左端有螺纹与自锁增力型拉爪的拉爪轴1内径中间螺纹联接，所述拉刀杆12外径左端外径有螺纹，与拉爪联接轴11右端内径螺纹相联接，拉刀杆12往主轴旋转轴芯10后端拉住拉爪联接轴，拉爪联接轴11拉紧自锁增力型拉爪，所述自锁增力型拉爪的六瓣拉爪片2，中间凹槽v卡在主轴旋转轴芯内径凸台d上，主轴旋转轴芯10的内径台阶面E与六瓣拉爪片2右外径凸台w的台阶面相接触，自锁增力型拉爪的波形弹簧圈8右端面与主轴旋转轴芯的内径台阶面I相接触，所述HSK刀柄内径有凸起的中心出水导水杆，导水杆穿过导向铜螺母插入自锁增力型拉爪的拉爪轴内径孔，U型油封6密封接触导水杆外径。

所述自锁增力型拉爪应用实例的拉刀机构在拉紧刀状态时，图4所示，拉刀机构所有配件都处于完全约束状态，拉爪分隔环内径与拉爪轴外径是过渡配合，拉爪联接轴右端外径与主轴旋旋轴芯中间内径是过渡配合，六瓣拉爪片径向，轴向，都被楔紧完全约束状态，HSK型刀柄也在六瓣拉爪片与主轴旋转轴芯的锥孔及前端面之间被楔紧完全约束状态，拉爪分隔环轴向有波形弹簧顶推约束。

所述自锁增力型拉爪动作原理，松刀时，松刀油缸顶动拉刀杆12前移，拉刀杆顶动拉爪联接轴11，拉爪轴1前移，六瓣拉爪片2从楔紧状态松开，拉爪轴继续前移至顶动HSK刀柄微量前移，脱开HSK刀柄的两面约束状态，但六瓣拉爪片仍会以主轴旋转轴芯的内径台阶面E为支撑点，波形弹簧圈以主轴旋转轴芯的内径台阶面I为支点顶推拉爪分隔环，拉爪分隔环顶推六瓣拉爪片呈张开状态，仍能卡住HSK刀柄，保证快速自动换刀的稳定性，松刀过程是图4所示状态到图5所示状态过程，但HSK刀柄是可以被换刀机械手拔出去的，拔出时HSK刀柄内径锥面径向压缩六瓣拉爪片，六瓣拉爪片仍会以主轴旋转轴芯的内径台阶面E为支撑点，反向推动拉爪分隔环，压缩波形弹簧圈,HSK刀柄被拔出，HSK刀柄被拔出后，六瓣拉爪片又被波形弹簧圈通过拉爪分隔环顶回到张开状态。装刀时，机械手旋转换刀后，机械手卡住HSK刀柄往主轴旋转轴芯前锥孔插入，插入时，HSK刀柄锥柄端内径端口倒角，会压缩六瓣拉爪径向收缩，六瓣拉爪片插入HSK刀柄内径内，HSK刀柄插入主轴旋转轴芯前锥孔到位后，换刀机械手即可快速脱开刀柄，回转到不干涉主轴的待机位置，拉刀杆则拉动拉爪联接轴，拉爪轴轴向后退，拉爪轴外径斜面撑开六瓣拉爪片，至六瓣拉爪片的G面卡上HSK刀柄内径锥面，六瓣拉爪片右外径凸台w的台阶面与主轴旋转轴芯10的内径台阶面E接触，拉爪轴再轴向后移，拉爪轴外径斜角面则楔紧六瓣拉爪片的H面，进入拉爪的自锁增力状态，HSK刀柄被拉紧至与主轴旋转轴芯锥孔及前端面的两面接触状态，自锁增力型拉爪拉紧刀过程，如图5所示状态到图4所示状态过程。

所述自锁增力型拉爪应用实例的拉刀机构在拉紧刀状态时，进行受力分析，以此来验证此型拉爪的自锁增力的原理，首先说明的是在拉紧刀状态，无论是HSK刀柄，还是每一瓣拉爪片，主轴旋转轴芯，拉爪轴，都是处于刚性物体的力学静态平衡状态，根据静力学公理的加减平衡力系原理，环形分布的六瓣拉爪片可以简化为位于对称位置的两瓣拉爪片，从拉紧刀状态的拉刀机构结构图中，逐一分离出，拉爪轴，拉爪片，HSK刀柄，进行受力分析如下：

1)如图6所示，对拉爪轴进行受力分析，拉爪联接轴对拉爪轴的拉力为F,为主动力，对称的两瓣拉爪片对拉爪轴作用力分别为N1与N2，对称状态，N1＝N2数值上相等，为从动力，拉爪片与拉爪轴的接触斜面H与轴向的夹角为a，a小于10度，根据力学的平行四边行法则，N1与N2的合力为F’,拉爪轴处于平衡状态，可得出F’＝F是数值相等方向相反的一对作用力与反作用力；N1的轴向分力，N1sina＝F’/2＝F/2；因为a角度很小，N1、N2数值上是F/2的数倍，主动力转换至方向改变，增力数倍的两个从动力，完成第一次增力。

2)如图7所示，对一瓣拉爪片进行受力分析，拉爪片与拉爪轴的接触斜面H与轴向的夹角为a，拉爪片与HSK刀柄内径台阶的接触斜面G与径向的夹角为b,b角度小于45度，根据作用力与反作用力原理，拉爪轴对拉爪瓣作用力N1’，为主动力，N1＝N1’,数值相等方向相反，HSK刀柄对一瓣拉爪片作用力Q1，为从动力，根据力的平衡原理，与力的正交分解法，径向平衡,数值上，Q1sinb＝N1’cosa,即Q1y＝N1’y，因为a为小于10度的楔角，N1’cosa>N1’sina,即N1’y>N1’x，数值上大数倍；因为b为小于45度角，Q1cosb>Q1sinb，即Q1x>Q1y，此处为第二次增力，且方向转回轴向。综上三项，Q1x>Q1y，Q1y＝N1’y，N1’y>N1’x，得出Q1x>N1’x,数值上大数倍，但拉爪片轴向处于平衡状态，必有第三方对拉爪片轴向施加作用力，拉爪片接触物体有主轴旋转轴芯，拉爪分隔环，拉爪分隔环轴向对拉爪片施力的数值，等于波形弹簧圈对拉爪分隔环的弹性推力，较小可以忽略，且方向与Q1x同向，与N1’x同轴向必为主轴旋转轴芯的内径台阶面E对拉爪片右外径凸台w施加作用力T1,拉爪片处在平衡状态，即有轴向受力在数值上，Q1x＝Q1cosb＝N1’sina+T1＝N1’x+T1。

3)如图8、9所示，对HSK刀柄进行受力分析，HSK刀柄锥度为1：10，锥度远小于BT标准刀柄锥度7：24，c,为HSK刀柄锥面与轴向的夹角，对HSK刀柄与一瓣拉爪片接触的一边进行受力分析，拉爪片对HSK刀柄施力Q1’,为主动力，与HSK刀柄对拉爪片施力Q1，为作用力与反作力关系；主轴旋转轴芯锥孔对刀柄施力P1，为从动力，HSK刀柄径向处于平衡状态，即有P1y＝Q1’y；对HSK刀柄轴向受力分析，同样因为b小于45度，Q1’cosb>Q1’sinb,即Q1’x>Q1’y，综上P1y＝Q1’y；同样得Q1’x>P1y；因为c是很小角度,为1：10锥度角的一半，数值上cosc>sinc，远远大于，同样P1cosc>P1sinc,即P1y>P1x,P1x很小，小到可以忽略，综上结论Q1’x>P1y，同样推得数值上Q1’x>P1x，同样远大于,HSK刀柄轴向受力不平衡，主轴锥孔产生对HSK刀柄锥柄的静摩擦力f,f为从动力，HSK刀柄与主轴旋转轴芯的锥孔均非特殊摩擦性能材质，摩擦系数不可能大于1，得出P1>f，P1cosc>fcosc,即P1y>fx,综上结论Q1’x>P1y，推得Q1’x>fx,上所述P1y>P1x，P1x数值很小，小到可以忽略，综上同样Q1’x>fx+P1x，超过刀柄与主轴锥孔之间的最大静摩擦力，刀柄会往受力大一边移动，移动至HSK刀柄法兰面与主轴旋转轴芯前端面接触，主轴旋转轴芯前端面对刀柄法兰面轴向施力M1，至刀柄轴向处于平衡状态，M1+P1x+fx＝Q1’x,这就使HSK刀柄的锥面与法兰面分别与主轴旋转轴芯的锥孔与前端面两面接触,HSK刀柄法兰面与主轴旋转轴芯前端面间距从大于零到零，图5所示0.3到图4所示的0。

综上三项受力分析的结论：N1sina＝F/2；Q1x>N1’x,数值上大数倍；一瓣拉爪片对HSK刀柄的轴向拉力Q1’x,数值上Q1’x＝Q1x,F/2＝N1sina＝N1’sina＝N1’x,得出Q1’x数倍大于F/2,根据刚性物体静力学公理的加减平衡力系原理，两个平衡力系可以叠加，简化的两瓣拉爪片对HSK刀柄的轴向拉力(2倍Q1’x)数倍大于拉爪联接轴对拉爪轴的拉力F,这就是本实用新型拉刀力倍增的原理。刀柄对主轴锥孔的作用力即P1的反作用力，能让主轴旋转轴芯的锥孔微小量弹性变形，使得刀柄能少量轴向移动到刀柄法兰面与主轴旋转轴芯前端面接触，达到轴向平衡状态，M1+P1x+fx＝Q1’x。本实用新型不但能够拉刀力倍增，且能保证HSK标准刀具使用要求的两面接触。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种应用于高速主轴HSK刀具系统的自锁增力型拉爪，结构分为八部分：拉爪轴(1)，六瓣拉爪片(2)，环形弹簧(3)，拉爪分隔环(4)，导向铜螺母(5)，U型油封(6)，通孔无头内六角螺栓(7)，波形弹簧圈(8)，其特征在于所述拉爪轴(1)内径为通孔，内径前端装有U型油封(6)，导向铜螺母(5)，所述导向铜螺母外径有螺纹，与拉爪轴内径前端孔为螺纹联接，所述拉爪轴内径中间有内牙螺纹，装配有通孔无头内六角螺栓(7)，所述六瓣拉爪片(2)，外形分u、v、w三部分，中间为凹槽v，两端外径凸台分别为u、w，右外径凸台w有圆弧槽，装配环形弹簧(3)，环形弹簧(3)把六瓣拉爪片(2)箍扎环绕在拉爪轴(1)外径，所述六瓣拉爪片(2)右端端面径向有凹槽，与拉爪分隔环(4)左端面的径向凸起配合，拉爪分隔环(4)分隔六瓣拉爪片在拉爪轴外径上均匀分布，所述拉爪分隔环(4)内径为通孔，内径中间有台阶，台阶右边大的内径孔内装配有波形弹簧圈(8)，所述拉爪片(2)与拉爪轴(1)的接触斜面H，与轴向的夹角为a,a为小角度的楔紧自锁角度；所述拉爪片(2)与HSK刀柄内径台阶的接触斜面G，与径向的夹角为b,b为小45度的夹角，所述自锁增力型拉爪的拉刀机构在拉紧HSK刀柄状态结构如下：主轴旋转轴芯(10)内径孔内依次装配有HSK刀柄(9)，自锁增力型拉爪，拉爪联接轴(11)，拉刀杆(12)，所述主轴旋转轴芯(10)前锥孔装配有HSK刀柄(9),所述自锁增力型拉爪内撑拉紧HSK刀柄，所述拉爪联接轴(11)外径左端有螺纹与自锁增力型拉爪的拉爪轴(1)内径中间螺纹联接，所述拉刀杆(12)外径左端外径有螺纹，与拉爪联接轴(11)右端内径螺纹相联接，拉刀杆(12)往主轴旋转轴芯(10)后端拉住拉爪联接轴，拉爪联接轴(11)拉紧自锁增力型拉爪，所述自锁增力型拉爪的六瓣拉爪片(2)，中间凹槽v卡在主轴旋转轴芯内径凸台d上，主轴旋转轴芯(10)的内径台阶面E与六瓣拉爪片(2)右外径凸台w的台阶面相接触，自锁增力型拉爪的波形弹簧圈(8)右端面与主轴旋转轴芯的内径台阶面I相接触，所述HSK刀柄内径有凸起的中心出水导水杆，导水杆穿过导向铜螺母插入自锁增力型拉爪的拉爪轴内径孔，U型油封(6)密封接触导水杆外径。

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