一种BT刀柄高速切削机构及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种BT刀柄高速切削机构及使用方法，属于数控机床切削加工技术领域。它包括BT刀柄、主轴、拉刀机构、拉钉和垫套，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，拉钉安装于圆锥台端面的中心位置，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，垫套设置于刀柄后端面和主轴前端面之间，拉刀机构安装于主轴中心空腔内，拉刀机构与拉钉相卡接。本发明专利技术使BT刀柄实现了高速切削，BT刀柄的接触刚度和重复定位精度高，高速切削加工精度和效率高，提高刀具和机床使用寿命，并能替代HSK刀柄使用。

【技术实现步骤摘要】
一种BT刀柄高速切削机构及使用方法
本专利技术属于数控机床切削加工
，更具体地说，涉及一种BT刀柄高速切削机构及使用方法。
技术介绍
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。如中国专利公开号CN201239805，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。又如中国专利公开号CN203779180U，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。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，如中国专利公开号CN204019226U，公开日2014年12月17日公开的一种HSK刀柄接头万能转换装置的专利，就实现了上述转换，但是该转换装置的接头转换套与机床主轴依然是通过锥面配合压紧连接，此种连接方式对高速切削加工时刀柄带来的问题依然无法避免，另外，转换装置的使用还减小了刀具的切削刚度和位置精度，也增加了不必要零部件的数量。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。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有技术中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，本专利技术提供了一种BT刀柄高速切削机构及使用方法，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。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种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。优先地，所述的垫套的厚度为L，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，Fmax为拉刀机构的工作拉力。优先地，所述的垫套的材料为40CrNi。优先地，所述的L-k＝0.006～0.009mm。优先地，所述的β＝7:24，Fmax＝9000～12000N。优先地，所述的拉钉与圆锥台通过螺纹连接。一种BT刀柄高速切削机构的使用方法，其步骤如下：(a)将拉钉安装到BT刀柄上，并将BT刀柄装入主轴的锥孔内，拉刀机构通过拉钉拉动BT刀柄沿主轴轴线方向移动，使BT刀柄上圆锥台的锥面与主轴锥孔的锥面相贴合；(b)测量和记录刀柄后端面到主轴前端面的间距，然后松开拉刀机构，并取出BT刀柄；(c)计算垫套的厚度L，L>k，其中，E为垫套的弹性模量，A为垫套的端面面积，β为圆锥台的锥度，k为步骤(b)中刀柄后端面和主轴前端面的间距，Fmax为拉刀机构的工作拉力；(d)根据步骤(c)的计算结果加工垫套；(e)将步骤(d)中垫套套装到BT刀柄的圆锥台中，并使垫套端面与BT刀柄的刀柄后端面相贴合；(f)将步骤(e)中BT刀柄安装到主轴的锥孔内，拉刀机构通过拉钉拉动BT刀柄沿主轴轴线方向移动，使垫套端面与主轴前端面相贴合，BT刀柄上圆锥台的锥面与主轴锥孔的锥面相贴合，其中，拉刀机构的拉力F随时间t的变化规律为0≤t≤2s；(g)保持拉刀机构的拉力F＝Fmax，并调整主轴转速到40000r/min，使用千分表测量刀柄的径向跳动小于0.001mm；(h)主轴停转，等待切削加工。优先地，所述的步骤(b)中测量工具为块规。优先地，所述的步骤(c)和步骤(f)中拉刀机构的工作拉力Fmax＝9000～12000N。优先地，所述的拉刀机构的工作拉力Fmax＝10000N。3、有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的一种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，提高了加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种BT刀柄高速切削机构，包括BT刀柄(1)、主轴(3)、拉刀机构(4)和拉钉(5)，其特征在于：还包括垫套(2)，所述的BT刀柄(1)的非刀具安装端的端面为刀柄后端面(7)，刀柄后端面(7)的中心位置设有圆锥台(8)，所述的拉钉(5)安装于圆锥台(8)端面的中心位置；所述的主轴(3)为空心轴，主轴(3)靠近刀柄后端面(7)一端的端面为主轴前端面(6)，主轴前端面(6)中心部位设有锥孔，锥孔的形状与圆锥台(8)相匹配，圆锥台(8)安装于锥孔内；所述的垫套(2)设置于刀柄后端面(7)和主轴前端面(6)之间；所述的拉刀机构(4)安装于主轴(3)中心空腔内，拉刀机构(4)与拉钉(5)相卡接。

【技术特征摘要】
1.一种BT刀柄高速切削机构，包括BT刀柄(1)、主轴(3)、拉刀机构(4)和拉钉(5)，其特征在于：还包括垫套(2)，所述的BT刀柄(1)的非刀具安装端的端面为刀柄后端面(7)，刀柄后端面(7)的中心位置设有圆锥台(8)，所述的拉钉(5)安装于圆锥台(8)端面的中心位置；所述的主轴(3)为空心轴，主轴(3)靠近刀柄后端面(7)一端的端面为主轴前端面(6)，主轴前端面(6)中心部位设有锥孔，锥孔的形状与圆锥台(8)相匹配，圆锥台(8)安装于锥孔内；所述的垫套(2)设置于刀柄后端面(7)和主轴前端面(6)之间；所述的拉刀机构(4)安装于主轴(3)中心空腔内，拉刀机构(4)与拉钉(5)相卡接；所述的垫套(2)的厚度为L，L>k，其中，E为垫套(2)的弹性模量，A为垫套(2)的端面面积，k为刀柄后端面(7)和主轴前端面(6)的间距，β为圆锥台(8)的锥度，Fmax为拉刀机构(4)的工作拉力，L-k＝0.006～0.009mm；所述的垫套(2)的材料为40CrNi；所述的β＝7:24，Fmax＝9000～12000N。2.根据权利要求1所述的一种BT刀柄高速切削机构，其特征在于：所述的拉钉(5)与圆锥台(8)通过螺纹连接。3.根据权利要求1所述的一种BT刀柄高速切削机构的使用方法，其步骤如下：(a)将拉钉(5)安装到BT刀柄(1)上，并将BT刀柄(1)装入主轴(3)的锥孔内，拉刀机构(4)通过拉钉(5)拉动BT刀柄(1)沿主轴(3)轴线方向移动，使BT刀柄...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立民，袁旎，呼如亮，吴亚辉，朱云云，杨凡，
申请(专利权)人：江苏元利数控机床有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32