專利名稱：刀架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刀架，更具體地，涉及一種用于可釋放地夾持回轉(zhuǎn)刀具以精確地進(jìn)行切割或磨削操作的回轉(zhuǎn)刀架。
背景技術(shù)：
通常稱為“陡錐(steep taper)”刀架的回轉(zhuǎn)錐形刀架是本領(lǐng)域公知的。陡錐刀架具有從V形法蘭部起延伸的陽錐形部。V形法蘭部具有V形槽以幫助機(jī)床變換器機(jī)構(gòu)夾持刀具。在美國，最普通的陡錐刀架設(shè)計(jì)之一是一般稱為“CV”刀架的履帶式V形法蘭刀架。CV刀架是若干用于非常類似刀架設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)之一，所有這些設(shè)計(jì)都具有7/24錐形(每24英寸長度7英寸的直徑變化)。另一通常的7/24錐形刀架標(biāo)準(zhǔn)是“BT”刀架。
陡錐刀架的錐形柄部保持在轉(zhuǎn)軸的對(duì)應(yīng)陰錐形部內(nèi)。刀架經(jīng)由轉(zhuǎn)軸保持且以高速轉(zhuǎn)動(dòng)。一般有兩種陡錐刀架(1)僅錐部接觸刀架，其中，僅刀架的錐形面與轉(zhuǎn)軸的錐形內(nèi)表面接觸；以及(2)面-錐部接觸刀架，其中，除了刀架的錐形部和轉(zhuǎn)軸的錐形部之間的表面接觸以外，刀架法蘭的面與該轉(zhuǎn)軸的面接觸。表面-錐部接觸式刀架需要專門設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸，其中，對(duì)該轉(zhuǎn)軸的配合面進(jìn)行更精確地機(jī)械加工，以便與刀架V形法蘭部的表面接觸。
兩種類型的傳統(tǒng)陡錐刀架都遇到某些問題。例如，在標(biāo)準(zhǔn)陡錐刀架中，刀架錐部和轉(zhuǎn)軸錐部的錐部公差產(chǎn)生這樣一種情況，其中，相鄰錐部在前部處硬接觸，但在后部處不接觸。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，錐角的這種分歧會(huì)產(chǎn)生刀架的“搖動(dòng)”，導(dǎo)致精確性和平衡性降低。當(dāng)轉(zhuǎn)軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在離心力的作用下，轉(zhuǎn)軸錐部直徑和刀架錐部直徑都增大。然而，轉(zhuǎn)軸錐部直徑增大得比刀架錐部直徑快。此外，直徑增大通常沿著轉(zhuǎn)軸錐部的長度不均勻，而是在該錐部的前部處最大。結(jié)果，轉(zhuǎn)軸錐角改變，錐形面甚至變成凸面。如果轉(zhuǎn)軸錐部均勻擴(kuò)張(維持相同錐角)，就可經(jīng)由刀具軸向移入轉(zhuǎn)軸來在高速下維持該轉(zhuǎn)軸與刀架之間的良好配合。不幸地，由于轉(zhuǎn)軸錐角改變，刀架與轉(zhuǎn)軸之間的配合在高速下降低。結(jié)果是標(biāo)準(zhǔn)刀架雙卷(two-fold)。首先，由于轉(zhuǎn)軸錐部的總直徑增大得比刀架錐部直徑快且沒有任何面接觸，該刀架被拉入轉(zhuǎn)軸內(nèi)(軸向移動(dòng))。第二，由于錐角改變，最初位于錐部的前部處的初始接觸移動(dòng)到該錐部的中間或者后部，導(dǎo)致刀架在轉(zhuǎn)軸內(nèi)的“搖動(dòng)”增強(qiáng)。在高速下，刀架錐部也增大直徑和改變角度，但改變量與轉(zhuǎn)軸相比相當(dāng)小，因?yàn)榈都艿钠骄睆较喈?dāng)小。
現(xiàn)有的面-錐部接觸式陡錐刀架還具有缺陷。例如，“搖動(dòng)”可大幅減小。然而，盡管由于面接觸而維持軸向定位，但當(dāng)?shù)都芨咚俎D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸錐部直徑仍然增大得比刀架錐部直徑快。但是，由于刀架不能被拉入轉(zhuǎn)軸，在錐部之間產(chǎn)生徑向間隙，其允許該刀架的徑向運(yùn)動(dòng)且導(dǎo)致精確性和平衡性降低。
另一現(xiàn)有類型的面-錐部接觸式刀架利用柄部上的錐形套筒，該套筒隨著轉(zhuǎn)速增大而軸向移動(dòng)，以使刀架保持與轉(zhuǎn)軸接觸?？梢苿?dòng)套筒能夠降低公差要求，但當(dāng)?shù)都芨咚俎D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該套筒軸向移動(dòng)以保持與轉(zhuǎn)軸接觸。然而，套筒的直徑也由于離心力而增大。因此，即便套筒維持與轉(zhuǎn)軸接觸，該套筒也會(huì)喪失與刀架柄的接觸，導(dǎo)致徑向間隙，從而導(dǎo)致不平衡和精確性的降低。
另一現(xiàn)有類型的面-錐部接觸式刀架利用一種被對(duì)開的套筒，以便該套筒能夠周向撓曲且因而改變直徑。由此，當(dāng)轉(zhuǎn)軸錐部直徑改變時(shí)，套筒能夠保持同時(shí)與刀架柄和轉(zhuǎn)軸錐部接觸。然而，套筒仍然不適于改變錐角，使得接觸仍然位于錐部的前部或后部。同時(shí)，摩擦限制了套筒總是維持刀架與錐部之間的剛性接觸的能力，必然存在一些“污水坑(slop)”，降低了刀架剛性。對(duì)開套筒還易于出現(xiàn)污染問題，因?yàn)榇嬖谟谔淄才c刀架柄之間的任何物質(zhì)將降低設(shè)計(jì)的有效性，且密封性也無法實(shí)現(xiàn)。
因此，現(xiàn)有的面-錐部接觸式刀架能夠提供對(duì)標(biāo)準(zhǔn)刀架的改進(jìn)，但它們也具有各種高速限制、機(jī)械復(fù)雜性增大且都需要面接觸。
因此，需要這樣一種改進(jìn)的陡錐刀架，其能夠克服已知陡錐刀架的限制并減少或者消除與錐部相關(guān)的精確性和平衡性問題。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明，提供一種用于把回轉(zhuǎn)刀具可拆卸地固定在轉(zhuǎn)軸的錐形孔內(nèi)的回轉(zhuǎn)刀架，其中，該回轉(zhuǎn)刀架包括具有錐形外表面和前后接觸部的柄部。柄部還具有與轉(zhuǎn)軸的錐形孔對(duì)應(yīng)的錐形外表面以及靠近前接觸部的V形法蘭。為在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中保持與錐形孔接觸，撓性圓形懸臂部設(shè)在后接觸部附近。圓形懸臂具有固定端和自由端，其中，回轉(zhuǎn)刀架在轉(zhuǎn)軸孔內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致圓形懸臂的自由端在離心力的作用下徑向擴(kuò)張，以致該自由端保持與錐形孔后部接觸，該錐形孔在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中也在離心力的作用下徑向擴(kuò)張。
在另一實(shí)施例中，刀架具有靠近前后接觸部的圓形懸臂，其中優(yōu)選地，位于前接觸部附近的圓形懸臂的自由端伸向法蘭，以及位于后接觸部附近的圓形懸臂的自由端伸向柄部的后表面。在此情況中，刀架在轉(zhuǎn)軸內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致每個(gè)圓形懸臂的自由端在離心力的作用下徑向擴(kuò)張，從而該自由端在前、后接觸部處保持與錐形孔接觸。
柄部的錐形外表面優(yōu)選具有位于前、后接觸部中間、尤其圓形懸臂中間的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域。
刀架的柄部可以包括內(nèi)件和設(shè)在該內(nèi)件上的外套筒件。套筒件具有與轉(zhuǎn)軸的錐形孔對(duì)應(yīng)的錐形外表面，且還包括靠近前后接觸部之一或兩者的端部。該端部包括上述圓形懸臂。前述環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域設(shè)在套筒件的錐形外表面內(nèi)、柄部的前后接觸部中間。
在另一實(shí)施例中，圓形懸臂利用形成在柄部后表面內(nèi)的空腔生成，其中，空腔的外表面形成該圓形懸臂的至少部分。拉柱具有接收在空腔內(nèi)的第一端和位于其外部的第二端，其中，拉力作用于該第二端上以把刀架拉入轉(zhuǎn)軸孔內(nèi)。拉柱的第二端上的拉力使第一端給空腔上施加徑向朝外力，該空腔沿徑向朝外方向把外表面即圓形懸臂推向錐形孔。更具體地，空腔具有從較寬底部區(qū)域逐漸縮小至其開口附近形成瓶頸的較窄區(qū)域的內(nèi)表面。拉柱的第一端從接收在空腔的較寬區(qū)域內(nèi)的較大末端部逐漸縮小至穿過該空腔的較窄區(qū)域的較窄頸部。由此，當(dāng)施加拉力時(shí)，拉柱的第二端用于把較大末端部拉離空腔，該空腔徑向朝外推壓空腔的較窄區(qū)域。
本發(fā)明的另一實(shí)施例包括這樣一種刀架，該刀架具有為特定速度或者速度范圍優(yōu)化的錐部。轉(zhuǎn)軸的錐形孔具有由前直徑和后直徑限定的錐部，其中，后直徑小于前直徑。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，前后直徑在離心力的作用下以不同速率變化，以使錐形孔在不同轉(zhuǎn)速下具有不同錐部。依據(jù)本發(fā)明，最佳錐形刀架的實(shí)施例包括具有錐形外表面的柄部，其中，錐部由第一直徑和小于該第一直徑的第二直徑限定。類似于轉(zhuǎn)軸的錐形孔，當(dāng)?shù)都茉谵D(zhuǎn)軸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀架柄部的第一和第二直徑也在離心力的作用下以不同速率變化。結(jié)果，錐形外表面也在不同轉(zhuǎn)速下具有不同錐部，但該錐部被優(yōu)化以在一定速度范圍內(nèi)近似與孔的錐部匹配。當(dāng)?shù)都芎娃D(zhuǎn)軸處于靜止時(shí)，柄部的第一直徑一般與錐形孔的前直徑相同(最小公差)。然而，選擇第二直徑以當(dāng)柄部以特定速度或者在特定速度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使柄部的錐形外表面具有最佳錐部。最佳錐部設(shè)計(jì)用以基本與此速度或者其范圍下的轉(zhuǎn)軸的錐形孔的錐部對(duì)應(yīng)。按照這種方式，柄部的錐部變化以在預(yù)定速度或者速度范圍下提供相對(duì)于錐形孔的改進(jìn)接觸。
自以下詳細(xì)說明以及其附圖和具體實(shí)施例，本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


圖1a和1b是現(xiàn)有僅錐部接觸式標(biāo)準(zhǔn)陡錐刀架的圖示。
圖2a和2b是現(xiàn)有面-錐部接觸式標(biāo)準(zhǔn)陡錐刀架的圖示。
圖3a和3b是第二現(xiàn)有面-錐部接觸式標(biāo)準(zhǔn)陡錐刀架的圖示。
圖4a和4b是第三現(xiàn)有面-錐部接觸式標(biāo)準(zhǔn)陡錐刀架的圖示。
圖5表示依據(jù)本發(fā)明的陡錐刀架的一種實(shí)施例。
圖6a和6b表示依據(jù)本發(fā)明的陡錐刀架的另一實(shí)施例。
圖7a和7b表示依據(jù)本發(fā)明的陡錐刀架的再一實(shí)施例。
圖8表示依據(jù)本發(fā)明的陡錐刀架的再一實(shí)施例。
圖9a和9b表示依據(jù)本發(fā)明的陡錐刀架的再一實(shí)施例。
圖10提供現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)刀架的尺寸信息。
圖11是本發(fā)明一種實(shí)施例的剖視圖。
圖12a和12b表示依據(jù)本發(fā)明的陡錐刀架的再一實(shí)施例。
圖13表示與圖12a和12b所示的本發(fā)明實(shí)施例相比較的傳統(tǒng)陡錐刀架的變化錐角。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖，現(xiàn)有陡錐刀架(tool holder)表示在圖1a至4b中。僅錐部接觸式標(biāo)準(zhǔn)陡錐刀架20(圖1a和1b)具有從V形法蘭部24起延伸的陽錐形部22。錐形部22保持在轉(zhuǎn)軸28的對(duì)應(yīng)陰錐形部26內(nèi)。刀架20利用拉柱(pull stud)(參見圖5)保持在轉(zhuǎn)軸28內(nèi)，且經(jīng)由驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)軸28的電機(jī)(未示出)高速轉(zhuǎn)動(dòng)。
如前所述，標(biāo)準(zhǔn)陡錐刀架具有某些缺陷。如刀架處于靜止的圖1a所示，刀架錐部(taper)在通常稱為“前規(guī)線”的前部接觸區(qū)域處與轉(zhuǎn)軸錐部接觸。這是由于刀架錐部與轉(zhuǎn)軸錐部的錐部公差導(dǎo)致的。當(dāng)?shù)都?0如圖1b所示高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，錐角的這種分歧會(huì)產(chǎn)生該刀架20的“搖動(dòng)”，從而導(dǎo)致精確性和平衡性降低。當(dāng)轉(zhuǎn)軸28高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸錐部直徑和刀架錐部直徑都在離心力的作用下增大。然而，轉(zhuǎn)軸錐部直徑增大得比刀架錐部直徑快。此外，直徑增大通常沿著轉(zhuǎn)軸錐部的長度不均勻，且在錐部的前部處最大。結(jié)果，轉(zhuǎn)軸錐角改變，且錐形面甚至變成凸面。結(jié)果是標(biāo)準(zhǔn)刀架20雙卷。首先，由于轉(zhuǎn)軸錐部的總直徑增大得比刀架錐部直徑快且沒有任何面接觸，刀架20被拉入轉(zhuǎn)軸28內(nèi)(軸向移動(dòng))，如自圖1a中尺寸A與圖1b中尺寸B的差異可見。第二，由于錐角改變，最初位于錐部的前部即前規(guī)線處的初始接觸移動(dòng)到該錐部的中間或者后部，導(dǎo)致刀架20在轉(zhuǎn)軸28內(nèi)的搖動(dòng)增強(qiáng)。
現(xiàn)有面-錐部接觸式陡錐刀架的一些具體例子是Daishowa SeikiBig-PlusTM，Showa D-F-CTM以及Nikken 3LockTM。僅一般表示在圖2a和2b中的Big-PlusTM刀架33被制造成具有相當(dāng)精密的尺寸公差，以便同時(shí)產(chǎn)生面接觸的錐部接觸，然而由于高組件剛性和較低的保持力，錐部之間存在僅極微的干涉。然而，如圖2a所示，由于各錐部之間的公差，錐部接觸仍然最初位于前規(guī)線處。因?yàn)槊娼佑|，對(duì)于靜止時(shí)的刀架33而言，“搖動(dòng)”極大地減小。當(dāng)此刀架33高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸錐部直徑再次增大得比刀架錐部快，如圖2b所示。因?yàn)榈都?3由于面接觸而不能被拉入轉(zhuǎn)軸28內(nèi)，于是錐部之間產(chǎn)生徑向間隙。此間隙允許刀架33徑向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致精確性和平衡性降低。然而，軸向定位利用面接觸維持。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3a和3b，Showa D-F-CTM陡錐刀架36具有彈簧加載的錐形套筒38，該套筒38位于圓柱柄40上且與面接觸相結(jié)合。套筒38的預(yù)期目的是當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)軸向移動(dòng)，以使刀架33保持與轉(zhuǎn)軸28接觸。可移動(dòng)套筒38的使用還降低了對(duì)Big-PlusTM刀架相當(dāng)苛刻的公差要求。在靜止時(shí)，主接觸仍然位于前規(guī)線處，如圖3a所示。當(dāng)D-F-CTM刀架高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，套筒38軸向移動(dòng)以保持與轉(zhuǎn)軸28接觸，如圖3b所示。然而，套筒38的直徑也由于離心力而增大。因此，即便套筒38維持與轉(zhuǎn)軸28接觸，該套筒38仍然會(huì)喪失與刀架柄40的接觸，導(dǎo)致徑向間隙。結(jié)果，情況類似于刀架33能夠徑向移動(dòng)的Big-PlusTM刀架，產(chǎn)生不平衡性和精確性的降低。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4a和4b，Nikken 3LockTM刀架43類似于D-F-CTM刀架33，只是套筒46被對(duì)開，以便其能夠周向彎曲且因而改變直徑。可彎曲套筒46克服了D-F-CTM刀架的一個(gè)限制，因?yàn)樵撎淄?6現(xiàn)在能夠在轉(zhuǎn)軸錐部直徑改變時(shí)保持同時(shí)與刀架柄48和轉(zhuǎn)軸錐部接觸。然而，套筒46仍然不適于改變錐角，使得接觸仍然位于錐部的前部或后部，如圖4b所示。同時(shí)，摩擦的存在限制了套筒46總是維持刀架43與錐部之間的剛性接觸的能力，必然存在一些“污水坑”，降低了刀架剛性。對(duì)開套筒46還易于出現(xiàn)污染問題，因?yàn)榇嬖谟谠撎淄?6與刀架柄48之間的任何物質(zhì)將降低設(shè)計(jì)的有效性，且密封性也無法實(shí)現(xiàn)。
一般按照所列順序的上述現(xiàn)有刀架設(shè)計(jì)中的每個(gè)都能夠提供對(duì)以往設(shè)計(jì)的日益改進(jìn)。然而，每種設(shè)計(jì)也具有相應(yīng)增大的機(jī)械復(fù)雜性，且都需要面接觸來進(jìn)行操作。此外，盡管每種設(shè)計(jì)在靜止時(shí)似乎都有效，但它們?cè)诟咚傧戮哂懈鞣N各樣的限制。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5和6a-6b，表示一種用于把回轉(zhuǎn)刀具可拆卸地保持在轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53內(nèi)的回轉(zhuǎn)陡錐刀架50?；剞D(zhuǎn)刀架50包括柄部58，該柄部58具有前接觸部60、后接觸部62和與轉(zhuǎn)軸的錐形部53對(duì)應(yīng)的錐形外表面64。刀架50還具有位于其前接觸部60附近的普通法蘭件66，且錐形柄58的前接觸部60設(shè)計(jì)用以與轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53接觸，以致沒有任何面接觸。依據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例，單個(gè)圓形懸臂70設(shè)在柄部58的前接觸部60或后接觸部62附近上。在此特定實(shí)施例中，圓形懸臂70設(shè)在柄部的后接觸部62附近，如圖5-6a所示。如術(shù)語“懸臂”所暗示的，圓形懸臂具有固定端73和自由端76，該自由端76設(shè)計(jì)用以當(dāng)?shù)都?0在轉(zhuǎn)軸55內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在離心力的作用下徑向朝外移動(dòng)。
如以前所說明的，當(dāng)轉(zhuǎn)軸55和刀架50高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心力使該轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53和該刀架50的柄部58徑向朝外擴(kuò)張。當(dāng)?shù)都?0在轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，懸臂70、具體地其自由端76與朝外擴(kuò)張的錐形孔53一起徑向朝外擴(kuò)張，以便該自由端76保持與錐形孔53的后部接觸。同時(shí)，當(dāng)錐形孔53的前部徑向擴(kuò)張時(shí)，刀架50被軸向拉入該錐形孔53內(nèi)，于是維持該錐形孔53前部處的硬接觸。按照這種方式，刀架50適應(yīng)錐角失配和以高速變化的錐角。結(jié)果，盡管刀架50軸向移動(dòng)，也能在所有操作條件下維持錐部的前部和后部處的硬接觸。這兩位置的接觸消除了刀架50的搖動(dòng)和徑向運(yùn)動(dòng)，從而消除了相關(guān)的精確性和平衡性問題。
另外，柄部58的錐形外表面64提供有位于前接觸部60與后接觸部62之間的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域80。按照這種方式，錐形柄58裝配到錐形孔53內(nèi)，以便僅在前接觸區(qū)域60和后接觸區(qū)域62處接觸。柄部58上的后接觸區(qū)域62未被支承，換句話說，其位于懸臂70的自由端76上。因此，可通過控制懸臂70的自由端76的長度和厚度來調(diào)節(jié)接觸區(qū)域62處的變形彎曲量。
環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域80還允許圓形懸臂70的自由端76徑向移動(dòng)而不給錐形柄部58的外表面施壓或者使該錐形柄部58的外表面變形。環(huán)形凹進(jìn)80還便于把柄部58的錐形外表面制造成合適公差，以在轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好配合。
如所示，刀架50的錐形柄部58包括內(nèi)件83和設(shè)在該內(nèi)件83上的套筒件85。套筒件85的外表面包括柄部58的錐形外表面64。套筒件85還具有第一端和該第一端的第一部分，該第一部分形成位于柄部58的后接觸部62處的圓形懸臂70。圓形懸臂70實(shí)質(zhì)上是在后接觸部62附近的內(nèi)件83上軸向延伸的套筒件85的第一端的一部分，狹窄間隙88設(shè)在該圓形懸臂70與內(nèi)件83之間。
更特別地，內(nèi)件83形成有外配合面，該外配合面具有錐形部90和位于圓形懸臂70的自由端76附近的近似圓柱部93。套筒件85具有內(nèi)配合面，該內(nèi)配合面具有與內(nèi)件83的外配合面的錐形部90對(duì)應(yīng)的錐形部96。套筒件85的形成圓形懸臂70、更具體地該懸臂70的自由端76的那部分與外配合面的近似圓柱部93間隔開，從而提供在其間的前述間隙88。
位于圓形懸臂70的自由端76與內(nèi)件83之間的間隙88允許當(dāng)?shù)都?0設(shè)置并保持在轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53內(nèi)時(shí)該自由端76被部分地徑向朝內(nèi)壓向該內(nèi)件83。通常，通過在刀架50轉(zhuǎn)動(dòng)之前給拉柱59(圖5中所示)施加拉力，該刀架50被緊緊地拉入錐形孔53中。一般，經(jīng)由拉柱59施加約5000或6000磅的軸向力以把刀架50拉入轉(zhuǎn)軸55內(nèi)，這將減小圓形懸臂70的直徑。由此，迫使圓形懸臂70的自由端76徑向朝內(nèi)，這將在該懸臂70內(nèi)儲(chǔ)存彈性能。然后，當(dāng)?shù)都?0高速轉(zhuǎn)動(dòng)且轉(zhuǎn)軸孔53徑向張開時(shí)，自由端76將朝向未加載位置返回即徑向朝外擴(kuò)張，在這樣做的同時(shí)將保持與轉(zhuǎn)軸孔53接觸。這改進(jìn)了圓形懸臂70的設(shè)計(jì)，因?yàn)槠錅p小了另外由自由端76所要求的徑向朝外彎曲的范圍。
套筒件85可被壓向或者收縮到、裝配到內(nèi)件83上。套筒件85的圓形懸臂70的底切部即自由端76利用固有(但是可控制的)撓曲性允許錐部在選定位置(在此例中后接觸部62)接觸，且以合理的制造公差這樣接觸。此外，因?yàn)樽杂啥?6的撓曲性允許相當(dāng)大的徑向變形，此設(shè)計(jì)適于高速工作而不降低徑向精確性。圓形懸臂70可補(bǔ)償轉(zhuǎn)軸55與刀架50之間的錐角差異。其還可補(bǔ)償轉(zhuǎn)軸孔53與刀架50的柄部58之間的徑向擴(kuò)張率差異，包括錐部的前部和后部處的不同擴(kuò)張率。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7a和7b，表示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的刀架100。此刀架100類似于上述刀架50，只是第二圓形懸臂103設(shè)在柄部58的前接觸部60處。此實(shí)施例的刀架100的不同之處還在于V形法蘭66與轉(zhuǎn)軸55的面56之間被設(shè)計(jì)成發(fā)生面接觸。由此，阻止刀架100軸向移入轉(zhuǎn)軸55的孔53內(nèi)。然而，在此刀架100中，類似具有自由端106和固定端109的第二圓形懸臂103設(shè)在柄部58的前接觸部60處。自由端106位于前接觸部60附近且朝向法蘭66延伸。在此實(shí)施例中，刀架100在轉(zhuǎn)軸55內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致第一圓形懸臂70和第二圓形懸臂103中每個(gè)的自由端76和106在離心力的作用下徑向擴(kuò)張，以便當(dāng)錐形孔53也在離心力的作用下擴(kuò)張時(shí)使該自由端76和106保持與該錐形孔53接觸。因?yàn)槊娼佑|阻止刀架100被軸向拉入轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53內(nèi)，前接觸部60處的圓形懸臂103用于允許刀架100的前接觸部60在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中保持與轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53接觸。
由此，刀架100避免了上述所有誤差源。刀架100將不使刀具搖動(dòng)、徑向運(yùn)動(dòng)或者軸向運(yùn)動(dòng)。然而，刀架100需要與轉(zhuǎn)軸55面接觸，因而不可直接與所有現(xiàn)行工具和機(jī)械互換。然而，較易于變換現(xiàn)行轉(zhuǎn)軸以允許面接觸，經(jīng)變換轉(zhuǎn)軸仍然可與傳統(tǒng)非面接觸刀具兼容。
同樣地，類似于單圓形懸臂刀架50，雙圓形懸臂刀架100的柄部58由內(nèi)件113和設(shè)在該內(nèi)件113上的外套筒件115構(gòu)成。此套筒件115類似于結(jié)合單圓形懸臂刀架50所述的套筒件85，其包括錐形外表面和位于柄部58的后接觸部62附近的其第一端處的第一圓形懸臂70。然而，此套筒件115還包括在柄部58的前接觸部60附近的其第二端處利用該套筒件的第二部分形成的第二圓形懸臂103。第二圓形懸臂103的自由端106在柄部58的前接觸部60附近朝向法蘭66延伸，且該自由端106與柄部的內(nèi)件113之間具有間隙120。
類似于內(nèi)件83，內(nèi)件113具有位于后接觸部62附近的近似圓柱部93和錐形部90。然而，內(nèi)件113還具有位于前接觸部60附近的第二近似圓柱部123，以使錐形部90位于前接觸部60和后接觸部62附近的兩近似圓柱部123，93之間。類似于套筒件85，套筒件115形成有內(nèi)配合面96，該內(nèi)配合面96具有與內(nèi)件113的外配合面90的錐形部對(duì)應(yīng)的錐形部。形成圓形懸臂70，103、更具體的其自由端76，106的套筒件115的第一和第二部分與內(nèi)件113的近似圓柱部93，123間隔開，以使每個(gè)自由端76，106與相鄰的近似圓柱部93，123之間具有間隙88，120。間隙88，120提供用于同先前結(jié)合單圓形懸臂刀架50所述相同的原因。
在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，第一圓形懸臂70的自由端76擴(kuò)張以在后接觸區(qū)域62處保持與錐形孔53接觸且第二圓形懸臂103的自由端106擴(kuò)張以在前接觸區(qū)域60處保持與錐形孔53接觸，同時(shí)法蘭66與轉(zhuǎn)軸面56之間的面接觸阻止刀架100被軸向拉入轉(zhuǎn)軸55內(nèi)。按照這種方式，消除了所有前述誤差源即搖動(dòng)、徑向運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)。
另外，類似于單懸臂刀架50，套筒件115的錐形外表面具有位于兩圓形懸臂70，103之間的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域80，該環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域80提供用于同前述相同的原因。
參照?qǐng)D8，表示另一實(shí)施例的雙圓形懸臂刀架200，其中，柄部203包括階梯狀內(nèi)件206和設(shè)在該內(nèi)件206上的套筒件209。在此實(shí)施例中，內(nèi)件206具有由多個(gè)近似圓柱部214，215，216和217形成的階梯狀外表面212，每個(gè)近似圓柱部都具有從位于柄部203的后部210處的較小直徑至位于其前部211處的較大直徑逐漸增大的直徑。套筒件209具有由多個(gè)近似圓柱區(qū)域222，223和224形成且形狀互補(bǔ)的階梯狀孔220，每個(gè)近似圓柱區(qū)域的直徑從位于柄部203的后部210處的較小直徑增大至位于其前部211處的較大直徑。套筒件209的多個(gè)近似圓柱區(qū)域中的兩個(gè)，即區(qū)域223和224與內(nèi)件206的近似圓柱部中的兩個(gè)，即部分215和216配合。如所示，圓柱區(qū)域223和224和圓柱部215和216僅當(dāng)套筒件209設(shè)在內(nèi)件206上時(shí)經(jīng)由例如壓配合而部分重疊。在一個(gè)當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)件206具有四個(gè)近似圓柱部214-217，套筒件209具有三個(gè)近似圓柱區(qū)域222-224。
圖9a和9b表示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的刀架250，其中，類似于圖5-6b所示的單懸臂刀架50，該刀架250具有錐形柄部253和位于該柄部253的后接觸部259附近的單圓形懸臂256。然而，此實(shí)施例的刀架250具有形成在柄部253的后表面264內(nèi)的空腔260，其中，該空腔260的側(cè)壁、特別其外表面形成位于后接觸面259處的圓形懸臂256。類似于上述刀架50，此實(shí)施例刀架250中的圓形懸臂256朝向柄部253的后表面263延伸。不像先前即結(jié)合圖5-7b所示的刀架50，100中的任一者，此刀架250的柄部253不由內(nèi)件和具有形成一個(gè)或多個(gè)圓形懸臂的端部的外套筒構(gòu)成。相反，此刀架250的圓形懸臂256是通過在柄部253的后表面263內(nèi)生成空腔260以使該空腔260的側(cè)壁成為圓形懸臂256形成的，其中，固定端267位于空腔260的底部261附近而自由端270位于該空腔260的開口處。
刀架250利用一種多件楔鎖緊系統(tǒng)來生成錐形柄部253后部上的圓形懸臂256與轉(zhuǎn)軸55的孔53之間的接觸。在此設(shè)計(jì)中，當(dāng)?shù)都?50被拉入轉(zhuǎn)軸孔53內(nèi)后，經(jīng)由楔鎖緊作用迫使圓形懸臂256的自由端270與該轉(zhuǎn)軸孔53接觸。楔鎖緊和圓形懸臂256的組合允許柄部253與轉(zhuǎn)軸孔53接觸，盡管存在錐角誤差且錐部尺寸在操作過程中變化。
通常，拉柱59具有容納在柄部內(nèi)的螺紋孔中的螺紋軸部，例如圖5所示。在這種接合方式中，拉柱59上的拉力將不對(duì)柄部58的后接觸面62產(chǎn)生任何顯著的徑向朝外力。然而，如圖9a和9b所示，形成在柄部253的后表面263中的空腔260被特別地構(gòu)造用于接收拉柱275的特別構(gòu)造末端273，使作用于該拉柱275的拉力對(duì)該空腔260的側(cè)壁以及由此圓形懸臂256的自由端270產(chǎn)生徑向朝外力。結(jié)果，當(dāng)?shù)都?50位于轉(zhuǎn)軸孔53內(nèi)且拉力作用于拉柱275時(shí)，此拉力將進(jìn)一步欲促使圓形懸臂256的自由端270徑向朝外擴(kuò)張，從而把該自由端270推向轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53。
更特別地，空腔260具有這樣一種內(nèi)側(cè)壁面，此內(nèi)側(cè)壁面從位于該空腔260的底部261處的較寬區(qū)域至位于該空腔260的開口262處且形成瓶頸的較窄區(qū)域逐漸縮小。接收在空腔260內(nèi)的拉柱275的末端273具有互補(bǔ)形狀，該互補(bǔ)形狀具有逐漸縮小至較窄軸277的較寬端部，該較窄軸277穿過空腔260的開口262。空腔260的內(nèi)表面的錐部對(duì)應(yīng)于位于拉柱275的末端273上的錐部。因?yàn)楸?53的前接觸面258和后接觸面259阻止刀架250軸向移入轉(zhuǎn)軸55的孔53內(nèi)，作用于拉柱275的拉力試圖把較寬末端273拉出空腔260?？涨?60內(nèi)側(cè)的錐部和接收在該空腔260內(nèi)的拉柱275的末端273的對(duì)應(yīng)錐部相互協(xié)作，以致為把該拉柱275的較寬末端273移出空腔260，作為圓形懸臂256的自由端270的空腔260的側(cè)壁必須徑向朝外擴(kuò)張。結(jié)果，拉柱275上的拉力進(jìn)一步促使圓形懸臂256徑向朝外擴(kuò)張，推動(dòng)其至與轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53接觸。
因此，刀架250提供了與圖5-6b中所示的前述單懸臂刀架100相同的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)?shù)都?50在轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓形懸臂256、特別其自由端270將與朝外擴(kuò)張的錐形孔53一起徑向朝外擴(kuò)張，以使該自由端270保持與錐形孔53的后部接觸。此外，由于此刀架250沒有任何面接觸，當(dāng)錐形孔53在前接觸區(qū)域258附近徑向擴(kuò)張時(shí)，刀架250將被軸向拉入該錐形孔53中。因此，還在錐形孔的前接觸區(qū)域258附近維持硬接觸。按照這種方式，刀架250類似地適應(yīng)錐角失配和以高速變化的錐角。因此，盡管刀架250軸向移動(dòng)，但在所有工作條件下都在前接觸部258和后接觸部259處維持硬接觸。結(jié)果，消除刀架250的搖動(dòng)和徑向運(yùn)動(dòng)以及伴隨的精確性和平衡性問題。
另外，除了薄實(shí)心懸臂環(huán)以外，圓形懸臂256可選擇性地為具有多個(gè)徑向開口的開口環(huán)以增強(qiáng)撓曲性。拉柱的設(shè)計(jì)能夠采取各種構(gòu)造來匹配開口環(huán)的設(shè)計(jì)。然而，在任一情況下都這樣設(shè)計(jì)懸臂256的尺寸，使自由端270與轉(zhuǎn)軸孔53之間不發(fā)生硬接觸直至刀架250軸向就位之后。如果不這樣，楔鎖緊作用將阻礙刀架250進(jìn)一步軸向進(jìn)入轉(zhuǎn)軸55內(nèi)。此設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是較小的刀架250釋放力，因?yàn)樵诘都苕i緊力即拉柱275上的拉力被解除后，圓形懸臂256將不與轉(zhuǎn)軸孔53接觸。
同時(shí)，類似于前述刀架50，100，在位于前接觸部258與后接觸部259之間的柄部253的錐形外表面內(nèi)，此實(shí)施例的刀架250具有環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域280。環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域280提供用于同先前就刀架50和100的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域80所述相同的原因。應(yīng)理解的是，不需要在所有刀具實(shí)施例上都包括環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域280。
圖10顯示了現(xiàn)有僅錐部接觸式陡錐刀架295的尺寸細(xì)節(jié)。如所示，標(biāo)準(zhǔn)陡錐刀架具有2.750英寸的錐部大直徑(前接觸區(qū)域)和4.00英寸的錐長。其以通常的7/24錐角(16度35分40秒)轉(zhuǎn)變?yōu)?.583英寸的小直徑(后接觸區(qū)域)。在圖10中，表示了錐部半角(8度17分50秒)。16度35分40秒的角度是7/24錐角的“基本”角尺寸。換句話說，陽刀架錐部具有從此基本角起的“正”公差而陰轉(zhuǎn)軸具有從此基本角起的“負(fù)”公差。各自公差量是錐部的配合級(jí)別的函數(shù)。例如，通常刀架為“AT3”公差，此公差是16度35分40秒/16度35分46秒。通常轉(zhuǎn)軸為“AT2”公差，此公差是16度35分36秒/16度35分40秒。
圖11是一種用于刀架的套筒件300的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖，此套筒件300具有兩個(gè)分別位于柄部(未示出)的前接觸部306和后接觸部308附近的圓形懸臂302，304。套筒件300可以與結(jié)合圖7a-7b所述的刀架50和100用套筒件85和115相同。套筒件300特別類似于刀架100的套筒件115，在該套筒件115中，內(nèi)件113具有位于一對(duì)近似圓柱部93與123之間的錐形配合面90，該近似圓柱部93和123在柄部58的前接觸部60和后接觸部62附近、具體地套筒件115端部上的兩圓形懸臂73，103的自由端76，106附近。
根據(jù)一種當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例，套筒件300的外表面310具有如半角α(8度17分50秒)表示的前述7/24錐部，內(nèi)配合面具有如半角β(1度30分0秒)表示的錐部。內(nèi)件(未表示)的外配合面將具有與套筒件300的內(nèi)配合面312相同的錐部，即，1度30分0秒。環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域314設(shè)在圓形懸臂302，304之間且具有約0.020英寸的深度ω。
在套筒件300的內(nèi)配合面312上且每個(gè)圓形懸臂302，304附近，提供較大半徑孔以生成位于內(nèi)件的近似圓柱部與該套筒件端部之間的預(yù)期間隙，從而產(chǎn)生圓形懸臂304和302的自由端321和322。在前接觸部306處，圓形懸臂302的自由端322的外徑dfo約2.750英寸、內(nèi)徑(對(duì)應(yīng)于在內(nèi)件的近似圓柱部的前部處的套筒件300的直徑dbf)約1.650英寸、以及圓形懸臂302的自由端322的內(nèi)徑dfi約2.460英寸。dfi與dBf之間的差異限定了在前接觸部306附近處自由端322與內(nèi)件的近似圓柱部之間的間隙gf為約0.405英寸。在后接觸部308處，圓形懸臂304的自由端321的外徑dro約1.659英寸、后部處的套筒件300的內(nèi)徑dbr(對(duì)應(yīng)于內(nèi)件的近似圓柱部的后部的直徑)可略小于1.650英寸(由于錐角β的原因)、以及圓形懸臂304的自由端321的內(nèi)徑dri約1.556英寸。這限定了在后接觸部308附近處圓形懸臂304的自由端與內(nèi)件的近似圓柱部的后部之間的間隙為略小于0.0515英寸。
圓形懸臂302的自由端322的形成轉(zhuǎn)軸的錐形孔附近的前接觸面306的那部分可具有約0.460英寸的長度lfc，以及圓形懸臂304的自由端321的形成轉(zhuǎn)軸的錐形孔附近的后接觸面308的那部分可具有約0.380英寸的長度lrc。前圓形懸臂302處的自由端322的總長度lf約0.580英寸，而后圓形懸臂304處的自由端321的總長度lr約0.747英寸。套筒件300的總長度lo約3.740英寸，內(nèi)件(未示出)的總長度通常約4.0英寸。
上述用于后接觸部308附近的圓形懸臂304的當(dāng)前優(yōu)選尺寸可以與圖5-6b和9a-9b中所示的單懸臂刀架50，100的后接觸部附近的圓形懸臂的尺寸相同。
如這里所述的，依據(jù)本發(fā)明的刀架能降低標(biāo)準(zhǔn)錐部(非面接觸)刀架的制造成本。經(jīng)預(yù)熱處理的鋼可用作刀架柄部的內(nèi)件，避免了需要在機(jī)械加工機(jī)體零件之后進(jìn)行熱處理。套筒件可在組裝之前進(jìn)行機(jī)械加工和熱處理。錐部的精磨可在組裝之后進(jìn)行。通過避免需要在機(jī)械加工刀架“前端”之后進(jìn)行熱處理，此方法顯著縮短周期。
采用單圓形懸臂刀架例如具有套筒件和僅位于柄部的后部處的圓形懸臂的刀架，可實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)(非面接觸)刀具的改進(jìn)配合。位于前部處的硬錐部接觸將確保正確的刀具軸向定位，同時(shí)可撓曲的圓形懸臂后接觸部將補(bǔ)償錐部公差錯(cuò)配，消除系統(tǒng)中的“搖晃”。此設(shè)計(jì)將避免當(dāng)前用于標(biāo)準(zhǔn)錐部刀架的多級(jí)錐部精度，因?yàn)榫哂泻髨A形懸臂的刀架能夠調(diào)節(jié)柄部與轉(zhuǎn)軸之間的錐角差異。
因此，依據(jù)本發(fā)明的圓形懸臂刀架能夠提高標(biāo)準(zhǔn)非面接觸陡錐刀架的裝配性且因而平衡性、精確性以及剛性、可降低標(biāo)準(zhǔn)非面接觸刀架的制造成本、以及還改進(jìn)當(dāng)前現(xiàn)有面接觸陡錐刀架的性能。
對(duì)現(xiàn)有面接觸刀架的性能改進(jìn)可通過提供三點(diǎn)接觸即面接觸、前圓形懸臂和后圓形懸臂的雙圓形懸臂刀架實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)。提供此三點(diǎn)接觸而無需活動(dòng)部件或者格外精密的公差，且盡管由于裝配時(shí)產(chǎn)生的高干涉在高轉(zhuǎn)速下導(dǎo)致錐角錯(cuò)配，也維持此三點(diǎn)接觸。
圓形懸臂可以被設(shè)計(jì)成使它們具有最佳刀架性能的構(gòu)造。例如，剛性懸臂將使刀架剛性最大化。撓性懸臂將更適應(yīng)錐角錯(cuò)配，也將在高轉(zhuǎn)速下保持與轉(zhuǎn)軸接觸。懸臂可在繞圓周的兩個(gè)或多個(gè)對(duì)稱位置處開槽，以增強(qiáng)徑向撓曲性。然而，這種槽將降低刀架的橫向剛性。
還應(yīng)理解的是，考慮了前述說明，本發(fā)明的其它變化或變更對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見。例如，代替刀架上的撓性懸臂的撓性區(qū)域可設(shè)置在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)軸套筒內(nèi)而不是柄部上的套筒件內(nèi)。此撓性部將給刀架提供相同的配合優(yōu)點(diǎn)，從而提高精確性和平衡性。給轉(zhuǎn)軸提供撓曲性的優(yōu)點(diǎn)是僅需要變更一個(gè)零件，導(dǎo)致所有刀架的配合優(yōu)點(diǎn)。然而，給轉(zhuǎn)軸提供撓曲性的缺點(diǎn)是所有刀架的連接剛性都將減小以及粗加工刀具的不希望的變化。
現(xiàn)在參照?qǐng)D12a和12b，表示另一實(shí)施例的改進(jìn)刀架400，其中，刀架400的柄部403具有特殊錐部Φ1，此錐部被優(yōu)化以在特殊轉(zhuǎn)速或者預(yù)定速度范圍內(nèi)提供與轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53的增強(qiáng)前后接觸。如圖12a所示，在靜止(不動(dòng))狀態(tài)下柄部403的錐部Φ1與錐形孔53之間具有較大的差異，導(dǎo)致該柄部403的后部404與該轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53之間具有較大間隙413。然而，如圖12b所示，在預(yù)定轉(zhuǎn)速下，柄部的錐部Φ1略微變化至“最佳”錐部Φ2，該最佳錐部在預(yù)定轉(zhuǎn)速或者預(yù)定速度范圍內(nèi)與孔53的錐部(也已從其靜態(tài)錐角起變化)緊密配合。
如前所述，轉(zhuǎn)軸的錐形孔53具有由前直徑和比該前直徑小的后直徑限定的錐部。在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，孔53的前后直徑在離心力的作用下以不同速率變化。結(jié)果，錐形孔53在不同轉(zhuǎn)速下具有不同錐部。
在最佳錐形刀架400中，柄部403的錐形外表面類似于轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53也由位于該柄部403的前接觸部407處的第一直徑Df和位于該柄部403的后接觸部410處且小于該第一直徑Df的第二直徑Dr限定。同樣類似于轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53，當(dāng)柄部403在該轉(zhuǎn)軸55內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一和第二直徑Df和Dr在離心力的作用下以不同速率變化。因此類似于錐形孔53，錐形柄部403也在不同轉(zhuǎn)速下具有不同錐部?？紤]到公差，當(dāng)柄部403處于靜止且由此與錐形孔53面接觸時(shí)，該柄部403的前接觸部407的直徑Df一般等于(考慮了公差)該前接觸部407附近的錐形孔53的直徑。然而依據(jù)本發(fā)明，選擇后接觸部410處的柄部403的直徑Dr，以當(dāng)該柄部403以預(yù)定速度或者速度范圍轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)錐形外表面具有最佳錐部Φ2。最佳錐部Φ2被設(shè)計(jì)成在預(yù)期速度范圍內(nèi)基本對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53的錐部，以改進(jìn)錐形柄部403的兩前后接觸部407和410與該錐形孔53之間的接觸。由于沒有任何面接觸，刀架400將軸向移入錐形孔53內(nèi)。由此，在錐形孔53的前部處維持硬接觸，且柄部403的變化錐部將在預(yù)定速度或者速度范圍下適應(yīng)與該孔53的錐角錯(cuò)配。結(jié)果，盡管刀架403不軸向移動(dòng)，仍然在適宜操作速度或者速度范圍下于前后接觸部407和410處實(shí)現(xiàn)硬接觸。結(jié)果，消除刀架400的搖動(dòng)和徑向運(yùn)動(dòng)以及相關(guān)的精確性和平衡性問題。
最佳錐形刀架400不包括撓性懸臂，而是被特別地設(shè)計(jì)用于以預(yù)定最佳速度或者最佳速度范圍工作。換句話說，其設(shè)計(jì)用于在一定的變形狀態(tài)下配合轉(zhuǎn)軸55的孔53的錐部，該變形狀態(tài)與用于最佳刀架400的錐部的特殊轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)。最佳錐部設(shè)計(jì)與當(dāng)前現(xiàn)有刀架相同，只是錐角存在相當(dāng)小的變化，這在預(yù)期操作速度或者操作速度范圍下導(dǎo)致最佳錐部。因此，不需要任何額外的制造操作。最佳錐形刀架400可包括位于前后接觸部407和410之間的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域480。如前所述，環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域480便于把柄部403的錐形外表面制造成適當(dāng)公差，以實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)軸55的錐形孔53內(nèi)的良好配合。
現(xiàn)有陡錐(7/24)刀架被制造成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)錐角和公差，其目的是產(chǎn)生盡可能好的配合。如果錐角不同，刀架會(huì)在轉(zhuǎn)軸內(nèi)“搖動(dòng)”，導(dǎo)致精確性和平衡性的誤差。用于刀架和轉(zhuǎn)軸的通常公差范圍基于“AT”分級(jí)。對(duì)于轉(zhuǎn)軸而言最頻繁使用的等級(jí)是AT2，對(duì)于刀架而言最頻繁使用的等級(jí)是AT3。對(duì)于50錐部刀架，這些等級(jí)的角度公差為最小最大轉(zhuǎn)軸AT216°35′36″16°35′40″刀具AT316°35′40″16°35′46″采用這些分級(jí)，50錐部刀架的最好可能狀態(tài)是轉(zhuǎn)軸與刀架之間完全配合，最壞情況是10″的差。
類似的公差用于其它錐部尺寸。例如，對(duì)于40錐部刀架。
最小最大轉(zhuǎn)軸AT216°35′35″16°35′40″刀具AT316°35′40″16°35′48″采用這些分級(jí)，40錐部刀架的最壞情況是13″的差。
當(dāng)?shù)都芎娃D(zhuǎn)軸以逐漸加快的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們?cè)陔x心力的作用下變形和擴(kuò)張。具有較大平均直徑的轉(zhuǎn)軸比刀架經(jīng)歷顯著更大的擴(kuò)張。此外，位于最大錐部直徑處的轉(zhuǎn)軸前部比后部更大地?cái)U(kuò)張。這種不定變形改變了轉(zhuǎn)軸錐角，因而與刀架配合。
由于轉(zhuǎn)軸錐部前部的直徑增大得比后部快，刀架與該轉(zhuǎn)軸之間的配合實(shí)際上隨著轉(zhuǎn)速開始增大而增強(qiáng)，直至錐部恰好配合的那點(diǎn)。速度取決于錐角之間的原始錯(cuò)配以及轉(zhuǎn)軸的構(gòu)造細(xì)節(jié)。然后，速度的進(jìn)一步加快開始增大錐部錯(cuò)配量，且此錯(cuò)配現(xiàn)在于轉(zhuǎn)軸錐部前部處而不是轉(zhuǎn)軸錐部后部產(chǎn)生間隙，如同轉(zhuǎn)軸和刀架處于靜止時(shí)的情況。
依據(jù)本發(fā)明，初始柄部錐部Φ1被設(shè)計(jì)成以預(yù)期操作速度(或者速度范圍)變化為最佳錐角Φ2，以在此預(yù)定操作速度或者速度范圍下提供轉(zhuǎn)軸錐部與刀架錐部的最好可能匹配。由此，當(dāng)?shù)都芎娃D(zhuǎn)軸處于靜止時(shí)匹配錐部不一定是最佳設(shè)計(jì)目標(biāo)。相反，設(shè)計(jì)目標(biāo)是在刀架操作速度下獲得轉(zhuǎn)軸錐部與該刀架錐部之間的最好可能匹配。由于多數(shù)刀架可在廣速度范圍上操作，所以不可能為所有速度優(yōu)化錐部配合。然而，可在通常的操作速度范圍、尤其預(yù)定操作速度下改進(jìn)當(dāng)前設(shè)計(jì)的配合。
作為一例，對(duì)陡錐轉(zhuǎn)軸和刀架進(jìn)行近似計(jì)算，假定轉(zhuǎn)軸外徑為100mm且刀架沒有任何徑向擴(kuò)張(刀架徑向擴(kuò)張與轉(zhuǎn)軸相比相當(dāng)小)。計(jì)算表明在20000rpm下，轉(zhuǎn)軸錐角將變化且增大近似0°0′26.7″。因此，如果轉(zhuǎn)軸錐部和刀架錐部在靜止時(shí)完全匹配，它們?cè)?0000rpm下將錯(cuò)配0°0′26.7″。然而，如果刀架和轉(zhuǎn)軸在靜止時(shí)都處于它們公差范圍的極限即0°0′10″錯(cuò)配，那么在20000rpm下將僅錯(cuò)配0°0′16.7″。
相反，如果刀具錐角公差范圍從16°35′40″-16°35′46″變化為16°36′00″-16°36′06″，那么20000rpm下的誤差范圍將從先前的0°0′16.7″-0°0′26.7″范圍減小至-0°0′3.3″-0°0′6.7″范圍，最大可能錐角誤差減小75％。當(dāng)前轉(zhuǎn)軸和刀具公差方案的反常情況是在靜止時(shí)位于公差配合范圍極限的轉(zhuǎn)軸/刀架的組合實(shí)際上在高速下具有最佳配合。
盡管任何特定刀架公差范圍都可以是適宜操作速度，但采用這樣一種速度范圍，其中，誤差將落在一些預(yù)定范圍內(nèi)。刀架或轉(zhuǎn)軸的錐部公差可以被改變以影響以上變化。然而，優(yōu)選保持轉(zhuǎn)軸公差標(biāo)準(zhǔn)而僅改變?cè)O(shè)計(jì)用于高速操作的刀架用刀架錐角。否則，改變轉(zhuǎn)軸錐部將導(dǎo)致設(shè)計(jì)用于低速操作的刀架的誤差增大。通過改變刀架錐部公差，可以依據(jù)預(yù)期操作速度范圍為不同刀架采用不同公差。
注意上例不采用緊密公差，而僅轉(zhuǎn)移公差帶。因此，對(duì)制造成本的影響可忽略不計(jì)。
圖13中的示圖表示標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)有刀架(左側(cè))與具有依據(jù)本發(fā)明的最佳錐部的刀架(右側(cè))的比較。此圖表示標(biāo)準(zhǔn)刀架錐角(左)與最佳錐形刀架錐角(右)相比，轉(zhuǎn)軸錐部在不同轉(zhuǎn)速下如何經(jīng)歷錐角變化。
顯示了當(dāng)?shù)都芴幱陟o止時(shí)示圖兩側(cè)最上的尺寸即0.0000。刀架每側(cè)前后部處的每條垂直線往外表示刀架增大10000轉(zhuǎn)/分(rpm)。由此，此圖表示在柄部的前后接觸部處從0至40000rpm的直徑變化。
在圖中，最佳錐形刀架已經(jīng)優(yōu)化以30000rpm操作，在此速度下可見最佳刀架的前后接觸部的尺寸為0.00031。如可見，當(dāng)最佳錐形刀架處于靜止時(shí)后接觸部處的配合不像標(biāo)準(zhǔn)刀架那樣緊密。然而，在30000rpm下，后接觸部處的間隙現(xiàn)在一般與前接觸部處的間隙匹配，導(dǎo)致錐部相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的錐形孔具有改進(jìn)的配合。
盡管已結(jié)合本發(fā)明的某些具體實(shí)施例具體描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，其是示意性的而不是限制性的，所附權(quán)利要求書的范圍應(yīng)被解釋為現(xiàn)有技術(shù)所允許的那樣寬。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)刀架，用于把回轉(zhuǎn)刀具可拆卸地固定在轉(zhuǎn)軸的錐形孔內(nèi)，所述回轉(zhuǎn)刀架包括柄部，具有與所述錐形孔對(duì)應(yīng)的錐形外表面，所述柄部具有前接觸部和后接觸部；法蘭，鄰近所述前接觸部；第一圓形懸臂，鄰近所述前接觸部和后接觸部中的一個(gè)，所述第一圓形懸臂具有固定端和自由端；以及其中，當(dāng)所述回轉(zhuǎn)刀架設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)時(shí)，所述回轉(zhuǎn)刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致所述第一圓形懸臂的所述自由端在離心力的作用下徑向擴(kuò)張，從而所述自由端保持與所述錐形孔接觸，所述錐形孔在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中也在離心力的作用下徑向擴(kuò)張。
2.權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)刀架，其特征在于，所述圓形懸臂可彈性變形以保持與所述錐形孔接觸。
3.權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括在所述錐形外表面內(nèi)的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域，所述環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域位于所述前、后接觸部中間。
4.權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括空腔，形成在所述柄部的后表面內(nèi)，所述空腔具有形成所述第一圓形懸臂的至少部分的外表面；拉柱，具有接收在所述空腔內(nèi)的第一端和位于所述空腔外部的第二端，所述第二端適于在所述回轉(zhuǎn)刀架位于所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)后具有作用于其上的拉力；以及其中，所述第二端上的拉力使所述第一端在所述空腔上施加朝外的徑向力，當(dāng)所述柄部位于所述錐形孔內(nèi)時(shí)，所述空腔沿徑向朝外方向把所述外表面推向所述錐形孔。
5.權(quán)利要求4所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括在所述錐形外表面內(nèi)的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域，所述環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域位于所述前、后接觸部中間。
6.權(quán)利要求4所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括空腔，具有從所述空腔的較寬區(qū)域至該空腔的形成瓶頸的較窄區(qū)域逐漸縮小的內(nèi)表面部；所述拉柱的第一端從接收在所述空腔的較寬區(qū)域內(nèi)的較大末端部至穿過所述空腔的較窄區(qū)域延伸的較窄頸部逐漸縮?。灰约捌渲?，作用于所述第二端的拉力用于把所述較大末端部拉出沿所述徑向朝外方向推壓所述較窄區(qū)域的所述空腔。
7.權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括第二圓形懸臂，具有自由端和固定端，所述第二圓形懸臂位于所述前接觸部附近，且其自由端伸向所述法蘭；第一圓形懸臂位于所述后接觸部附近，且其自由端伸向所述柄部的后表面；以及其中，所述回轉(zhuǎn)刀架在所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致所述第一和第二圓形懸臂中每個(gè)的所述自由端在離心力的作用下徑向擴(kuò)張，從而使所述自由端保持與所述錐形孔接觸，所述錐形孔在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中也在離心力的作用下擴(kuò)張。
8.權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)刀架，其中，所述柄部還包括內(nèi)件；以及套筒件，設(shè)在所述內(nèi)件上，所述套筒件具有錐形外表面和第一端，所述第一端的第一部分形成具有所述自由端和固定端的所述第一圓形懸臂，所述自由端與所述內(nèi)件間隔開。
9.權(quán)利要求8所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括在所述柄部的所述前、后接觸部中間位于所述套筒件的所述錐形外表面內(nèi)的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域。
10.權(quán)利要求8所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括所述套筒件具有第二端，所述第二端的第二部分形成具有所述自由端和固定端的第二圓形懸臂，所述自由端與所述內(nèi)件間隔開；所述套筒件的所述第二部分位于所述柄部的所述前接觸部附近，且所述第二圓形懸臂的所述自由端伸向所述法蘭；所述套筒件的所述第一部分位于所述柄部的所述后接觸部附近，且所述第一圓形懸臂的所述自由端伸向所述柄部的后表面；以及其中，所述回轉(zhuǎn)刀架在所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致所述第一和第二圓形懸臂中每個(gè)的所述自由端在離心力的作用下徑向擴(kuò)張，從而使所述自由端保持與所述錐形孔接觸，所述錐形孔在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中也在離心力的作用下擴(kuò)張。
11.權(quán)利要求10所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括在所述套筒件的第一和第二部分中間位于該套筒件的所述錐形外表面內(nèi)的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域。
12.權(quán)利要求8所述的刀架，還包括內(nèi)件具有外配合面，所述外配合面具有錐形部和近似圓柱部；以及套筒件具有內(nèi)配合面，所述內(nèi)配合面具有與所述外配合面的所述錐形部對(duì)應(yīng)的錐形部，所述第一圓形懸臂的所述自由端與所述外配合面的所述近似圓柱部間隔開。
13.權(quán)利要求10所述的刀架，還包括內(nèi)件具有外配合面，所述外配合面具有位于所述柄部的所述前、后接觸部中的每個(gè)處的近似圓柱部和位于所述近似圓柱部中間的錐形部；以及套筒件具有內(nèi)配合面，所述內(nèi)配合面具有與所述外配合面的所述錐形部對(duì)應(yīng)的錐形部，所述第一和第二圓形懸臂中的每個(gè)的所述自由端與所述外配合面的所述近似圓柱部間隔開。
14.權(quán)利要求8所述的刀架，還包括內(nèi)件具有階梯狀外表面，所述階梯狀外表面具有多個(gè)近似圓柱部，所述多個(gè)近似圓柱部中的每個(gè)的直徑從位于所述柄部的所述后接觸部處的較小直徑增大至位于該柄部的前接觸部處的較大直徑；所述套筒件具有階梯狀孔，所述階梯狀孔具有多個(gè)近似圓柱區(qū)域，所述多個(gè)近似圓柱區(qū)域中的每個(gè)的直徑從位于所述柄部的所述后接觸部處的較小直徑增大至位于該柄部的前接觸部處的較大直徑；以及其中，當(dāng)所述套筒件設(shè)在所述內(nèi)件上時(shí)，所述階梯狀外表面的所述近似圓柱部的至少一部分與所述階梯狀孔的所述多個(gè)近似圓柱區(qū)域的至少部分配合。
15.權(quán)利要求14所述的回轉(zhuǎn)刀架，其中，所述多個(gè)近似圓柱部還包括四個(gè)近似圓柱部，所述多個(gè)近似圓柱區(qū)域還包括三個(gè)近似圓柱區(qū)域，以及所述階梯狀外表面的所述四個(gè)近似圓柱部中的兩個(gè)的至少部分與所述階梯狀孔的所述三個(gè)近似圓柱區(qū)域中的兩個(gè)的至少部分配合。
16.一種回轉(zhuǎn)刀架，用于把回轉(zhuǎn)刀具可拆卸地固定在轉(zhuǎn)軸的錐形孔內(nèi)，所述回轉(zhuǎn)刀架包括柄部，具有與所述錐形孔對(duì)應(yīng)的錐形外表面，所述柄部具有前接觸部和后接觸部；法蘭，鄰近所述前接觸部；第一圓形懸臂，鄰近所述前接觸部，所述第一圓形懸臂具有固定端和自由端，所述自由端延伸向所述法蘭；第二圓形懸臂，鄰近所述后接觸部，所述第二圓形懸臂具有自由端和固定端，所述自由端延伸向所述柄部的后表面；以及其中，當(dāng)所述回轉(zhuǎn)刀架設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)時(shí)，所述回轉(zhuǎn)刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致所述第一和第二圓形懸臂中的每個(gè)的所述自由端在離心力的作用下徑向擴(kuò)張，從而所述自由端保持與所述錐形孔接觸，所述錐形孔在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中也在離心力的作用下擴(kuò)張。
17.權(quán)利要求16所述的回轉(zhuǎn)刀架，其中，所述圓形懸臂在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中可在離心力的作用下彈性變形，從而所述自由端在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中徑向擴(kuò)張，以保持與錐形孔接觸。
18.權(quán)利要求16所述的回轉(zhuǎn)刀架，其中，所述柄部還包括內(nèi)件；以及套筒件，設(shè)在所述內(nèi)件上，所述套筒件具有錐形外表面、第一端和第二端；所述第一端具有形成所述第一圓形懸臂的第一部分，所述第一圓形懸臂具有所述自由端和固定端，所述自由端與所述內(nèi)件間隔開；以及所述第二端具有形成所述第二圓形懸臂的第二部分，所述第二圓形懸臂具有所述自由端和固定端，所述自由端與所述內(nèi)件間隔開。
19.權(quán)利要求18所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括在所述柄部的所述前、后接觸部中間位于所述套筒件的所述錐形外表面內(nèi)的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域。
20.一種回轉(zhuǎn)刀架，用于把回轉(zhuǎn)刀具可拆卸地固定在轉(zhuǎn)軸的錐形孔內(nèi)，其中，所述錐形孔具有由前直徑和小于所述前直徑的后直徑限定的錐部，以及當(dāng)所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述前、后直徑各自在離心力的作用下以不同速率變化，從而所述錐形孔在不同轉(zhuǎn)速下具有不同的錐部，所述回轉(zhuǎn)刀架包括柄部，具有錐形外表面，所述錐形外表面具有由第一直徑和小于所述第一直徑的第二直徑限定的錐部，當(dāng)所述柄部在所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述第一和第二直徑各自在離心力的作用下以不同速率變化，從而所述錐形外表面在不同轉(zhuǎn)速下具有不同的錐部；當(dāng)所述第一直徑設(shè)在所述錐形孔內(nèi)且所述轉(zhuǎn)軸靜止時(shí)，該第一直徑近似對(duì)應(yīng)于所述錐形孔的所述前直徑；以及其中，選擇所述第二直徑以便當(dāng)所述柄部設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)且在一定速度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使所述錐形外表面具有最佳錐部，所述最佳錐部在所述一定速度范圍內(nèi)基本對(duì)應(yīng)于所述錐形孔的錐部，從而在所述一定速度范圍內(nèi)導(dǎo)致改進(jìn)了所述錐形外表面與所述錐形孔之間的接觸。
21.權(quán)利要求20所述的回轉(zhuǎn)刀架，其中，所述圓形懸臂可彈性變形以保持與所述錐形孔的接觸。
22.權(quán)利要求20所述的回轉(zhuǎn)刀架，還包括在所述刀架的所述前、后接觸部中間位于所述刀架的所述錐形外表面內(nèi)的環(huán)形凹進(jìn)區(qū)域。
全文摘要
一種回轉(zhuǎn)刀架(20)，包括具有法蘭(66)、錐形外表面(64)和前、后接觸部(60)的柄部(58)。錐形外表面(64)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸的錐形孔，撓性圓形懸臂(70，103)設(shè)在接觸部之一或兩者處，以使該懸臂的自由端(76，105)由于離心力徑向擴(kuò)張，從而維持與錐形孔(53)接觸。柄部(58)可由內(nèi)件(113)和設(shè)在該內(nèi)件上的套筒件(115)形成，其中，該套筒件(115)的部分形成圓形懸臂。圓形懸臂(256)也可由在柄部(253)內(nèi)生成的空腔(260)形成。選擇性地，刀架的柄部可具有為特定速度優(yōu)化的錐部以代替圓形懸臂(256)，其中，柄部(403)的錐部在靜止時(shí)具有第一錐部且在預(yù)期速度下具有不同錐部(&PHgr；2)。
文檔編號(hào)B23C1/00GK1910009SQ200580002943
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月21日
發(fā)明者T·R·馬薩, R·A·埃里克森, D·R·西德爾 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司