專利名稱：用于刀架的保持把手的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及機床，具體地講，涉及一種用于刀架的保持把手。
背景技術：
機床(諸如，CNC機床)使用多種刀具來生產(chǎn)一種機加工的產(chǎn)品。切削刀具(諸如，端銑刀和鉆頭)在機加工操作期間自動更換。切削刀具典型地被保持于根據(jù)需要自動安裝的和從機器主軸移除的刀架中。為了維持精確的公差，刀架必須被剛性地保持于主軸內(nèi)。如果在主軸和刀架之間發(fā)生相對移動，則將會導致機加工誤差并且將會損害/危及機
加工公差。本發(fā)明所涉及類型的刀架包括一種錐形桿柄，該錐形桿柄被接納于一種互補形狀的主軸窩或主軸套(spindle socket)中。為了維持機器公差，很關鍵的是，刀架的錐形桿柄應該與主軸窩處于密切的、且基本上完全的接觸。如果刀架桿柄未與主軸窩完全接觸，則可能發(fā)生相對移動，尤其在重型機加工的情況下可能如此，這將會在刀架桿柄或主軸窩或者這二者中產(chǎn)生磨損。在本發(fā)明所涉及類型的刀架中，保持把手被所述桿柄以螺紋方式接納住。保持把手由一種主軸夾持器接合，并在機加工操作期間把刀架保持在主軸內(nèi)。已發(fā)現(xiàn)，保持把手的安裝可在刀架桿柄中產(chǎn)生扭曲或擴大。如果保持把手被過度擰緊，則該扭曲通常增大。這種扭曲可在安裝所述刀架時妨礙刀架桿柄與主軸窩完全接合。如果刀架桿柄未與主軸窩完全接觸，則在刀架和主軸窩之間可能發(fā)生相對移動。這種相對移動將會減小機器公差，增大切削刀具磨損，并在刀架和/或主軸中產(chǎn)生磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新型的改進的用于刀架的保持把手。根據(jù)本發(fā)明，該保持把手包括一種保持把手頭，所述保持把手頭可由一種形成機床的一部分的主軸來加以接合。與保持把手頭相鄰的是一種可由一種在刀架中所形成的埋頭孔來接納的引導部段。一種螺紋段可由一種被所述刀架所限定的螺紋孔來加以接合，并且在所述引導部段下方與一種凹進或底切(undercut)段分隔開一段預定距離。所述凹進段不接合刀架的螺紋孔，也不把力施加于刀架的螺紋孔。根據(jù)本發(fā)明，保持把手的螺紋段被選擇為最大螺紋強度所需的最小長度。還布置所述螺紋段以使得它的遠端與所述刀架中的所述螺紋孔的一末端分隔開一段微小量的距離以避免所述保持把手的遠端和所述刀架中的螺紋孔的所述末端之間的過盈 (interference)。在一種較優(yōu)選的實施例中，設置螺紋段的長度、以及該螺紋段與引導部段的間距，以使得當安裝所述保持把手時，在保持把手的遠端與所述刀架中的螺紋孔的所述末端之間確立一種等于一個或兩個螺紋的間隙。根據(jù)本發(fā)明，所述保持把手不以螺紋方式與位于刀架的驅(qū)動端(由拉桿接合著的末端)內(nèi)的螺紋孔的部分相接合，所述驅(qū)動端具有與刀架的容納著切削刀具的末端相比小得多的直徑。已發(fā)現(xiàn)通過避免保持把手與刀架桿柄的較窄端之間的螺紋嚙合，很明顯減小了刀架的錐形表面的扭曲或擴大的發(fā)生率。根據(jù)本發(fā)明的特征，通過控制所述保持把手的螺紋段的長度來確保所述螺紋段上的所述螺紋的導入部分和導出部分基本上分隔開180°，從而使所述保持把手的螺紋段得以實現(xiàn)平衡。為了進一步增強保持把手的平衡，位于所述螺紋段的開始和末端處的倒角優(yōu)選地基本上相同。利用本發(fā)明的保持把手，很明顯減小了刀架的錐形表面中的扭曲，因而導致了刀架與機床的主軸之間的更好的配合。在錐形表面中沒有扭曲的情況會導致更長的刀架壽命和更好的機加工。本發(fā)明的改進保持把手不太可能在機加工操作期間在主軸內(nèi)“抖動/搖擺(wobble)”，且因此改善了機加工公差并且減少了刀具磨損。還發(fā)現(xiàn)可減少主軸驅(qū)動電機的功耗。根據(jù)本發(fā)明，希望的是刀架中的接納著保持把手的螺紋孔被形成在刀架中較深的位置，從而使得保持把手的螺紋段與刀架桿柄的驅(qū)動端或窄直徑端分隔開更遠。保持把手的螺紋段的位置越深，則在刀架的桿柄的重要的/關鍵的錐形表面中產(chǎn)生扭曲或擴大的可能性越小。本發(fā)明的另外的特征將會變得顯而易見，并且通過閱讀結(jié)合附圖進行的下列詳細描述將會獲得更充分的理解。


圖1是顯示出刀架如何與主軸保持呈有效工作接合的一種機床主軸的局部視圖； 圖2圖示了具有常規(guī)保持把手的刀架；
圖3是具有根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例構(gòu)造的保持把手的一種常規(guī)刀架的局部視圖；和圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例構(gòu)造的保持把手的正視圖。
具體實施例方式圖1圖示了刀架12和與刀架12 —起使用的主軸14。已知的是，刀架12用于把可替換機加工刀具(諸如，切削刀具、鉆頭、銑刀等)安裝在一種機床(諸如，CNC機床)中。 如圖1中可見，刀架12以可移除的方式被保持在概括地由附圖標記14指示的主軸中，該主軸形成CNC機床的一部分。刀架包括一種保持把手18，保持把手18通常以螺紋方式被接納在刀架12的桿柄12a中所形成的孔中。主軸14包括一種概括地由附圖標記20指示的夾持器機構(gòu)，該夾持器機構(gòu)包括了夾持器M，夾持器M可有效操作以用于夾持住保持把手 18的頭18a。夾持器組件20把刀架12的桿柄1 牽引/拉進到主軸14中，并且剛性地把刀架12耦合聯(lián)接到主軸14，從而使得主軸的旋轉(zhuǎn)引起刀架的旋轉(zhuǎn)、以及因此引起由刀架12 攜載的機加工刀具(未示出)的旋轉(zhuǎn)。刀架12通過一種概括地由附圖標記30指示的彈簧或彈簧機構(gòu)而維持著在主軸14里面的它的操作位置。如圖1中可見，刀架桿柄1 包括截頭錐體形或錐形安裝表面32，安裝表面32正面地與一種互補形狀的主軸孔或主軸窩34相接合。桿柄12上的錐度角是一種產(chǎn)業(yè)標準。 應該注意的是，在產(chǎn)業(yè)中使用幾種尺寸的錐形。在示出的實施例中，錐度角是每側(cè)8.四714 度。這也稱為每英尺3. 500”錐度或者每側(cè)8° 17，49.7”或7/ 級錐度。
為了提供精確的機器公差，很重要/關鍵的是，刀架桿柄12a的錐形表面32與由主軸窩；34所限定的錐形表面完全接觸。如果未建立/確立完全接觸，則將會發(fā)生刀架12 和主軸14之間的相對移動，尤其在重型機加工負荷的情況下如此。這種移動將會產(chǎn)生機加工誤差，因此將不會維持機器公差。它還將會引起刀架桿柄12和主軸14中的磨損并減少切削刀具的壽命。如以上所述，刀架12包括一種可替代的保持把手18，刀架12通過保持把手18而被保持在主軸14中，如圖3中所見。保持把手18被以螺紋方式旋入到由刀架桿柄12a限定的螺紋孔40中。通常推薦的是，保持把手18利用特定扭矩而被安裝在刀架12中。已發(fā)現(xiàn)一種常規(guī)保持把手能夠在刀架桿柄12a中產(chǎn)生扭曲或直徑擴大，這又特別地使刀架桿柄1 的圓錐形表面32扭曲。如果對保持把手施加過扭矩(over-torqued)，則這種扭曲能夠進一步增加。螺紋孔40具有由已制造出的刀架12所依據(jù)的標準來確定的預定長度。例如，根據(jù)ANSI規(guī)范制造的刀架12具有預定結(jié)構(gòu)，所述預定結(jié)構(gòu)包括圓錐形表面12a的錐度、螺紋孔40的長度、螺紋孔40的直徑和其形成螺紋的螺距。類似地，預期用于特定刀架的保持把手18也按照某一規(guī)范制造，所述某一規(guī)范包括保持把手18的總體長度、螺紋段18b的位置和長度、以及保持把手頭18a的一種構(gòu)造，則保持把手18利用保持把手頭18a被主軸夾持住。如以上所述，已發(fā)現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范制造的常規(guī)保持把手能夠在刀架桿柄12a中產(chǎn)生扭曲，尤其在未正確安裝(即，施加了過扭矩)的情況下如此。桿柄12a中的、或者錐形表面32中的任何扭曲能夠在主軸、刀架或切削刀具自身中產(chǎn)生機加工誤差和/或磨損。圖3圖示了一種新型的改進的預期用于常規(guī)刀架12的保持把手50。保持把手50 不太容易在刀架12的圓錐形表面32中產(chǎn)生扭曲，即使當施加了過扭矩時也如此。另外，改進的保持把手50在它自身和刀架12之間提供一種更牢固的耦合聯(lián)接，在機加工操作期間導致保持把手50和刀架12之間的較小的相對移動。結(jié)果，利用示出的保持把手，在維持住緊密的機加工公差的同時還改善了刀架、切削刀具和保持把手的壽命。還參照圖4，保持把手50包括一種保持把手頭50a，所述保持把手頭50a優(yōu)選地根據(jù)一種機加工標準(諸如，ANSI標準)而構(gòu)造。保持把手頭50a包括一體形成的凸緣52， 凸緣52在它完全安裝時鄰靠著刀架桿柄12a的上端(如圖3中所見)。凸緣52包括一對平坦部分52a (僅示出一個)，通過平坦部分52a，保持把手50由一種適合用于安裝和移除的工具來接合。保持把手50還包括一種在凸緣52下方間隔開一段預定距離的螺紋段50b。根據(jù)本發(fā)明的特征，保持把手50包括一種正好就位于凸緣52下方的引導部段 50c。如圖3中所見，引導部段50c預期要裝配一種埋頭孔56內(nèi)，所述埋頭孔56形成了常規(guī)刀架12的一部分。保持把手50的螺紋段50b由一種凹進部分50d而與引導部段50c間隔開。拒信，該凹進部分的使用減少了當所述保持把手50安裝在刀架12中時所述保持把手50使圓錐形表面32扭曲的可能性，即使當對它施加了過扭矩時也如此。如將會在下文中所解釋的，與針對相同應用的常規(guī)保持把手18相比，該凹進部分設計成使螺紋段50b向下分隔開，而同時不減小它在孔50內(nèi)的保持強度。換句話說，雖然螺紋段50b的長度小于圖2中顯示的螺紋段18b的長度(并應符合當前保持把手規(guī)范的要求)，但在所述保持把手與刀架之間發(fā)生螺紋嚙合的失效所需要的力的量值不減小。
如圖4中可見，保持把手50具有尺寸“T”、“Y”和“W”。如下根據(jù)本發(fā)明確定了針對特定應用的尺寸。檢查/查詢了預期要使用保持把手50的刀架的規(guī)范以確定刀架的螺紋孔40的深度。螺紋孔40的深度確定了尺寸“W”。尺寸“W”典型地被選擇為比螺紋孔40 的規(guī)定長度更小，從而使得在保持把手的底部(如圖4中可見)或遠端和螺紋孔40的底部之間提供間隙。這個間隙可相當于如圖3中所示的一個或兩個螺紋。如圖3中可見，螺紋孔40的總長度為“W” + “X”，并且“X”是所希望的介于保持把手50的底部和螺紋孔40的底部之間的間隙。螺紋段的最小長度“Y”隨后被計算成將會產(chǎn)生螺紋的最大保持強度的最小螺紋長度。這是一種已知的計算，并且能夠通過檢查機加工手冊獲得這種已知的計算。應該注意的是，螺紋段50b的長度也受到螺紋類型、以及用于刀架和保持把手的材料影響。附錄 1圖示了用于計算適當螺紋長度的已知方法。也能夠查詢源自ISO 898，第一部分的規(guī)范 (FED-STD-H28/2B 1991)。引導部段50c的深度尺寸“Τ”是由形成了所述刀架的一部分的埋頭孔56來確定的。如以上所述，埋頭孔56的尺寸由已知標準和規(guī)范確定。由此選擇引導部段的直徑和長度“Τ”，從而使得當安裝了保持把手50時，引導部段50c裝配在埋頭孔56內(nèi)、而不會阻礙對保持把手施加扭矩至它的特定扭矩。一旦確立了尺寸“T”、“W”和“Y”，就確定了凹進部段50d的長度、并且該長度等于“W”尺寸減去“T”和“Y”尺寸的總和的差值。如圖3中可見，利用圖4中顯示的構(gòu)造，保持把手50的螺紋段位于螺紋孔40中的較低位置，并且由于凹進部分50d而導致了在保持把手與螺紋孔40的上部之間沒有螺紋嚙合。這種構(gòu)造減少了當安裝所述保持把手時刀架12的上部區(qū)域中的扭曲的可能性，尤其是在它被施加了過扭矩的情況下如此。根據(jù)本發(fā)明的特征，保持把手50被構(gòu)造成是平衡的，從而使得在制造期間不需要單獨的平衡步驟。為了實現(xiàn)這個特征，構(gòu)造出螺紋段50b以使得由附圖標記90指示的螺紋的導入部分位于相對于由附圖標記92概括地指示的導出部分成180°處。為了實現(xiàn)這個特征，尺寸“Y”可增大以使得螺紋的導入點和導出點相隔180°。在實際的實踐中，可設想螺紋段50b的長度“Y”可增加一圈，可導致比理論的長度或計算的長度稍大的長度“Y”。 利用這個特征，保持把手50具有“平衡的”螺紋。為了進一步促進螺紋的平衡，本發(fā)明還設想了對位于螺紋段50b的開始和末端處的“倒角”的控制。為了確保平衡，重要的是，螺紋在螺紋段50b上起始的位置處的倒角是與位于螺紋段50b的末端處的倒角相同的或基本上相似的。這將會確保在螺紋段的導入部分和導出部分處限定螺紋的材料基本上是相同的，且因此不影響保持把手的平衡。拒信，為了進一步確保螺紋的平衡，螺紋的導入部分90和導出部分92分隔開180°加或減1°。為了進一步確保平衡，平坦部分52a的形狀和位置也必須被仔細地控制，因此它們精確地對稱地關于保持把手的中心線分隔開。通過仔細控制以上參數(shù)，能夠生產(chǎn)出一種平衡的保持把手、而不需要單獨的機加工步驟來平衡所述保持把手50。以上討論的方法能夠用于構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明用于幾乎任何規(guī)范的刀架的保持把手。 表1包含了這樣一種表，其示出了針對具有產(chǎn)業(yè)標準錐形尺寸的多種產(chǎn)業(yè)標準刀架的、根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)造的保持把手的尺寸。通過使用上述本發(fā)明的方法，能夠開發(fā)表 1中未列出的用于其它刀架的保持把手的尺寸。
如以上所討論，保持把手的安裝能夠在刀架桿柄12a的錐形表面32中產(chǎn)生扭曲， 尤其在施加了過扭矩的情況下如此。一種用于確定通過保持把手的安裝而產(chǎn)生的刀架中的扭曲的程度(如果存在扭曲的話)的檢驗量規(guī)被公開于共同待決的美國專利申請序列號 61/145，353(代理人文件號JMM-018M5USPR0)，其內(nèi)容通過援引包含于此。附錄2包括了顯示出安裝在刀架12上的檢驗量規(guī)12的附圖。為了進一步提高根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的保持把手的性能，推薦的是正確地對它施加扭矩。對于通常的螺栓，通常推薦的是不允許螺栓中引起的應力超過屈服強度的80%。已發(fā)現(xiàn)保持把手能夠被視為螺栓，因此，應該用于把它擰緊到刀架的桿柄上的扭矩是通過下面的原則來控制的。特別地，施加的扭矩和保持把手中獲得的張力之間的數(shù)學關系已被如下確定
T=. 2XDXF
其中T是所需要的扭矩；D是標稱螺栓直徑(保持把手的螺紋段的外徑/大直徑)，F(xiàn) 是所希望的螺栓張力(軸向負荷)。對于這種應用，所希望的螺栓張力是把刀架保持在適當位置的機床的拉桿力。對于機床應用，所計算的扭矩乘以1. 2從而使得存在20%的安全因數(shù)。使用這些數(shù)學關系，基于這個螺紋段50b的外徑和將要使用保持把手的機器中的拉桿力，對于給定的保持把手而言能夠得到正確的擰緊扭矩。表2顯示了基于以上討論的關系、 針對在四種不同刀架中按照多種拉桿力安裝的保持把手的推薦的擰緊扭矩。雖然已在某一程度的特殊性的情況下描述了本發(fā)明，但在不脫離下文所主張保護的本發(fā)明的精神或范圍的情況下本領域技術人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明做出多種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于刀架的保持把手，包括a)保持把手頭，可由主軸接合；b)引導部段，可由刀架中的埋頭孔接合；c)螺紋段，可由所述刀架所限定的螺紋孔接合，所述螺紋段在所述引導部段下方通過一種凹進段而分隔開預定距離；d)所述螺紋段具有的長度是最大螺紋強度所需的最小長度，且所述螺紋段由所述凹進段分隔開，從而使得所述螺紋段的遠端與所述刀架中的所述螺紋孔的一末端分隔開一段微小量的距離以避免在所述螺紋孔的末端中的所述保持把手和所述末端之間的粘合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持把手，其中通過控制所述長度以確保所述螺紋段上的所述螺紋的導入部分和導出部分基本上分隔開180°，來使得所述螺紋段平衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保持把手，其中位于所述螺紋段的開始和末端處的倒角基本上相同。
4.一種用于刀架的保持把手，包括a)限定著一種可由形成機床的一部分的主軸接合的保持把手頭的結(jié)構(gòu)；b)刀架接合構(gòu)件，從所述頭延伸并適應于被接納在刀架中所形成的螺紋孔內(nèi)；c)所述接合構(gòu)件，包括可由所述刀架中所限定的所述螺紋孔接合的螺紋段，所述螺紋段與所述保持把手頭分隔開預定距離，所述接合構(gòu)件包括介于螺紋段和所述保持把手頭之間的凹進段；d)所述螺紋段，其選擇為具有長度是最大螺紋強度所需的最小長度，且所述螺紋段與所述保持把手頭分隔開從而使得所述螺紋段的遠端與所述刀架中的所述螺紋孔的一末端分隔開以避免所述保持把手的遠端和所述螺紋孔的末端之間的粘合；e)所述凹進段，它布置成使得當安裝所述保持把手時不把力施加于所述刀架。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保持把手，還包括引導部段，與所述保持把手頭相鄰，所述弓I導部段可由所述刀架中的埋頭孔接納。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保持把手，其中所述螺紋段的長度至少部分地由公式2XAt/ [3. 14159/2X (直徑-· 64952Xρ)]確定，其中At是張應力面積并且ρ是螺距。
7.一種用于減小刀架桿柄的圓錐形表面中的扭曲的方法，該桿柄具有用于接納保持把手的螺紋孔，該方法包括a)提供保持把手，所述保持把手具有一種螺紋段，當安裝所述保持把手時所述螺紋段位于與所述刀架的驅(qū)動端分隔開一定距離處；b)選擇所述螺紋段的長度為最大螺紋強度所需的最小長度；c)通過一種凹進段使所述螺紋段與保持把手頭分隔開，所述凹進段在安裝所述保持把手時不接觸刀架孔、或者不把力施加于所述刀架孔；d)把所述保持把手擰緊到一種至少部分地由關系.2XDXF確定的預定扭矩，其中D是所述螺紋段的外徑并且F是所希望的螺栓張力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括下述步驟提供與所述保持把手頭相鄰的引導部段，所述引導部段可由所述刀架中所形成的埋頭孔接納。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括下述步驟增大所述刀架中的所述螺紋孔的深度，從而使得所述保持把手的所述螺紋段能夠與所述保持把手頭分隔開更遠。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的保持把手，其中通過控制所述長度以確保所述第三部分上的所述螺紋的導入部分和導出部分基本上分隔開180°，使所述螺紋段平衡。
全文摘要
一種用于刀架的保持把手，該保持把手不太容易使錐形刀架表面扭曲，尤其在它被過度擰緊的情況下如此。該保持把手包括把手頭；可與刀架桿柄的末端接合的凸緣；引導段，可由所述刀架桿柄所限定的埋頭孔加以接納；和螺紋段，通過凹進段而與所述凸緣分隔開。構(gòu)造所述螺紋段以使得它具有的長度基本上是實現(xiàn)最大螺紋保持強度所需的最小長度。所述凹進段被構(gòu)造為把螺紋段與它的頭分開，從而使得螺紋段的遠端基本上位于形成刀架的一部分的錐形孔的底部附近。
文檔編號B23Q3/12GK102365150SQ201080012296
公開日2012年2月29日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者約翰·韋恩·斯通貝克 申請人:約翰·韋恩·斯通貝克