一种bt刀柄高速切削机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于数控机床切削加工技术领域，更具体地说，涉及一种BT刀柄高速 切削机构。
【背景技术】
[0002] 高速切削加工是21世纪的一种集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术，在常 规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用得到了解决。高速切削加 工不仅仅是主轴转速的提高，而且要求切削刀具系统具有很高的刚性、安全性、柔性、动平 衡特性和操作方便性；同时，对刀具系统与机床接口的连接刚度、精度以及刀柄对刀具的夹 持力与夹持精度等都提出了很高的要求，刀柄系统刚性不足将导致刀具系统振动或倾斜， 使加工精度和加工效率降低，而系统振动又会使刀具磨损加剧，降低刀具和机床使用寿命。 目前国内的立式加工中心主轴刀柄均采用BT刀柄，BT刀柄装入主轴锥孔内，拉刀机构通过 与BT刀柄固连的拉钉将BT刀柄拉紧，使BT刀柄的锥面紧紧压在主轴锥孔面上，从而使得 BT刀柄在主轴上定位夹紧，但随着加工中心切削速度的不断提高，由于离心力的作用，主轴 锥孔与刀柄的锥柄均发生径向扩张，当锥柄扩张量小于主轴锥孔扩张量时，锥柄与主轴锥 孔之间出现配合间隙，于是，在拉紧螺钉拉紧力的作用下，锥柄带动刀具轴向位移，导致刀 具在高速加工时轴向定位精度降低；同时，高速切削时，刀柄会产生很大的离心力，会引起 刀杆弯曲并产生震动，其结果将导致被加工零件质量降低，甚至导致刀具损坏。
[0003] 如中国专利公开号CN 201239805,公开日2009年5月20日，公开的一种拉钉式通 用主轴，其包括主轴体，主轴体中央孔中设有拉杆，拉杆上设置碟形弹簧，拉杆前端设置在 卡爪中，并与卡爪拉紧式接合，一个拉钉的后端设置在卡爪中，并与卡爪拉紧式接合，拉钉 前端与刀柄螺纹连接，刀柄与主轴体连接。该申请案改变了主轴与拉钉的连接方式，使主轴 可以同时与JT刀柄、BT刀柄等的拉钉配套使用，增大了刀柄互换性，减少了零部件数量，但 该申请案的刀柄与主轴依然是通过锥面压紧连接，刀柄高速切削加工时，存在上述刀具轴 向定位精度低，刀杆弯曲震动和加工零件质量低的问题。
[0004] 又如中国专利公开号CN 203779180 U，公开日2014年8月20日，公开的一种卧式 加工中心刀柄夹紧机构，其包括空心轴、抽杆、锥套、拉钉、套筒和驱动源，所述空心轴开设 有前后贯通的轴孔，所述抽杆、锥套、拉钉和套筒均设置在所述轴孔内，所述抽杆、锥套和拉 钉由后至前依次连接，所述的套筒设置在空心轴的前端，刀柄通过套筒定位后与拉钉的前 端连接，抽杆的后端伸出空心轴与驱动源连接，锥套前端的侧壁上设置有至少两个可转动 的钢球，该钢球的直径大于锥套侧壁的厚度，且贯穿锥套侧壁设置，所述拉钉的后端设有可 卡设在钢球处的定位凸环，拉钉的后端通过该定位凸环卡接在锥套前端的钢球上。该申请 案是通过改变刀柄夹紧机构与拉钉的连接方式，提高刀柄夹紧的可靠性和灵活性，增强了 机械零部件的互换性能，但同样，刀柄与主轴的配合方式依然是通过锥面压紧配合，刀具轴 向定位精度低，在高速切削加工时，刀杆弯曲震动和加工零件质量低等的问题无法避免。
[0005] HSK刀柄与BT刀柄相比，能承受的更大的弯矩、扭矩以及最高转速，但它们的结构 不同，与主轴的连接方式也不同，所以无法在采用BT刀柄的加工中心上使用。现有技术中， 也有人设法采用中间转换装置，使采用BT刀柄的加工中心能够使用HSK刀柄，如中国专利[0006] 高速切削加工已成为机械加工制造技术重要的环节，传统的BT刀柄机构的加工 性能已难以满足高速切削的要求，在不更换目前加工中心设备的前提下，急需设计一种BT 刀柄高速切削机构，满足BT刀柄高速切削加工的需求。
【发明内容】
[0007] 1、要解决的问题
[0008] 针对现有技术中BT刀柄在高速加工时轴向定位精度低、加工零件质量差以及刀 具易损坏的问题，本发明提供了一种BT刀柄高速切削机构，使BT刀柄实现高速切削，且高 速切削加工时，BT刀柄的接触刚度和重复定位精度高，高速切削加工性能可靠；同时，封闭 结构的径向刀柄定位系统避免了刀杆振动和倾斜，提高了加工精度和效率，降低了刀具磨 损，提高刀具和机床使用寿命。
[0009] 2、技术方案
[0010] 为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
[0011] -种BT刀柄高速切削机构，包括BT刀柄、主轴、拉刀机构、拉钉，和垫套，所述的BT 刀柄的非刀具安装端的端面为刀柄后端面，刀柄后端面的中心位置设有圆锥台，所述的拉 钉安装于圆锥台端面的中心位置；所述的主轴为空心轴，主轴靠近刀柄后端面一端的端面 为主轴前端面，主轴前端面中心部位设有锥孔，锥孔的形状与圆锥台相匹配，圆锥台安装于 锥孔内；所述的垫套设置于刀柄后端面和主轴前端面之间；所述的拉刀机构安装于主轴中 心空腔内，拉刀机构与拉钉相卡接。
[0012] 优先地，所述的垫套的厚度为]
L>k，其中，E为垫套的 弹性模量，A为垫套的端面面积，k为刀柄后端面和主轴前端面的间距，β为圆锥台的锥度， Fniax为拉刀机构的工作拉力。
[0013] 优先地，所述的垫套的材料为40CrNi。
[0014] 优先地，所述的 L_k = 0· 006 ~0· 009mm。
[0015] 优先地，所述的 β = 7:24, F_= 9000 ~12000N。
[0016] 优先地，所述的拉钉与圆锥台通过螺纹连接。
[0017] 3、有益效果
[0018] 相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
[0019] (1)本实用新型的一种BT刀柄高速切削机构的BT刀柄与主轴采用锥面和端面同 时定位连接的方式，提高了 BT刀柄的接触刚度和重复定位精度，夹紧可靠性，使得BT刀柄 可用于高速切削加工；此种封闭结构的径向定位刀柄机构，在拉刀机构的拉力作用下，刀柄 和主轴之间在整个锥面和支承端面上产生摩擦，削除了刀杆振动和倾斜问题，提高了加工 精度和加工效率，同时，降低了刀具磨损，提高刀具和机床使用寿命；
[0020] (2)本实用新型的一种BT刀柄高速切削机构，我们意外的发现，当垫套厚度为L在 特殊情况下，即
1寸，在加工中心一定的拉刀机构工作拉力下，既保 证足够的刀柄端面压紧力，也恰好能够保证足够的BT刀柄锥面压紧力，实现了锥面与端面 的同时定位，机构的刚性和定位精确性在上述情况下达到最好，使刀柄能很好的适应高速 切削加工，且刀柄和刀具的使用寿命长；
[0021] (3)本实用新型的一种BT刀柄高速切削机构的垫套材料采用40CrNi，在采用本实 用新型特定的拉刀机构工作拉力情况下，该材料的硬度和弹性模量恰好满足本实用新型的 厚度公式，同时在此拉力下，BT刀柄、垫套和主轴前端面间的面摩擦力，在重量最轻的情况 下正好能够满足BT刀柄高速切削加工的刚度和转速的要求，减少垫套承受的剪切力，尤其 是能避免垫套的疲劳，而且成本最低；
[0022] (4)本实用新型的一种BT刀柄高速切削机构的垫套厚度比刀柄后端面和主轴前 端面的间距大0. 006~0. 009mm，此过盈量是在相应设定的拉刀机构的工作拉力下得到的， 可很好的在保证剪切力最小的情况下实现BT刀柄与主轴的锥面和端面同时定位连接的 方式，保证BT刀柄有足够的接触刚度，BT刀柄晃动小，加工精度高，同时，圆锥台的锥度为 7:24,与现有BT刀柄锥度相同，保证刀柄的通用性；
[0023] (5)本实用新型的一种BT刀柄高速切削机构的拉钉与圆锥台通过螺纹连接，拆装 方便；
[0024] (6)本实用新型的一种BT刀柄高速切削机构可替代HSK型刀柄使用，降低了贵重 刀柄使用成本，结构简单，