背景技術：
傳統的BT工具系統多年來應用廣泛。但是在高速條件下，由于離心力的作用，主軸內孔和BT刀柄之間出現徑向間隙，使BT工具系統的定位精度和聯接剛度明顯下降。在夾緊機構拉力的作用下，刀柄將內陷主軸孔內，軸向精度下降，加工尺寸無法控制，無法滿足高速加工的要求。

為了適應高速切削加工對工具系統的要求，美國、德國、日本等發達國家先后開發出了各種先進的高速刀柄和工具系統。主要分為兩種類型，一種是替代型設計，一種是改進型設計。替代型設計主要有：德國HSK刀柄、美國KM刀柄、瑞典CAPTO刀柄、日本NC5刀柄等，改進型設計主要有：日本的BIG-PLUS刀柄、SHOWA D-F-C刀柄和3LOCK刀柄等。

SHOWA D-F-C工具系統中的刀柄是屬于7：24錐度的雙面定位型結構，在柄部為圓柱形的刀柄本體上安裝帶外錐面的錐套，并在錐套大端與刀柄法蘭端面之間安裝碟形彈簧，以便在高速下起到緩沖抑振的作用。當高速旋轉在離心力的作用下主軸錐孔發生擴張時，碟形彈簧會推動錐套軸向移動，補償間隙，保證錐面良好的接觸。但這種刀柄的主要缺點是當高速旋轉因離心力致使刀柄上錐套孔擴張時，與柄部圓柱體出現間隙，從而降低了徑向剛度和徑向位置精度，限制了刀柄的極限轉速。

3LOCK工具系統也采用錐面和端面兩面定位夾緊的聯接方式，刀柄采用7:24錐度，結構與SHOWA D-F-C刀柄類似，都采用在刀柄本體上安裝錐套的方式，提高接口的性能，并在錐套大端與刀柄本體的法蘭端面之間設有碟形彈簧，不同的是3LOCK本體柄部為圓柱體和錐體的組合體，并且在該復合體上安裝的帶外錐面的錐套錐面開有縫，通過擰在刀柄本體上的細牙螺母對錐套小端進行定位和夾緊。其補償原理為：當錐孔發生擴張時，碟形彈簧會推動錐套軸向移動，補償主軸錐孔與錐套外錐面的間隙，同時由于錐套開有縫隙錐套內徑會收縮，因此消除了高速下錐套與柄體之間產生的間隙。3LOCK開縫的設計雖然克服了錐套當高速旋轉因離心力擴張時，與其柄部體出現的間隙，從而降低了徑向剛度和徑向位置精度的缺點。但正是由于錐套有開口縫，動平衡精度無法得到很好的保證，極限轉速受到限制。

綜合以上，本發明提出利用波紋錐套自動補償離心膨脹的高速刀柄，旨在提高刀柄的極限轉速，同時解決SHOWA D-F-C工具系統高速下錐套孔與刀柄本體柄部之間出現間隙的問題，而且相比于3-LOCK工具系統來說具有更高的動平衡性。

技術實現要素：
本發明專利的目的在于提供一種能夠提高刀柄的極限轉速、錐套孔與刀柄本體柄部之間不會出現間隙、具有更高的聯接剛度、更適合高速加工的波紋錐套自補償離心膨脹高速刀柄。

本發明包括細牙鎖母、波紋錐套、碟形彈簧以及刀柄本體，刀柄本體柄部為實心圓柱結構，刀柄的一端與拉釘螺紋連接，在刀柄的后端設有細牙螺紋和螺紋退刀槽，細牙螺紋和螺紋退刀槽用于細牙鎖母的安裝與定位，細牙鎖母的外圓具有1:10錐度，用于與主軸內孔配合，在刀柄本體的后端套有波紋錐套，波紋錐套外錐面與主軸內圓具有1:10錐度，波紋錐套錐面與主軸錐面重合，在刀柄本體的法蘭端面上設有環形溝槽，碟形彈簧設在環形溝槽中，波紋錐套大端端面抵在碟形彈簧上，其小端抵在細牙鎖母上。

所述波紋錐套選用彈簧鋼65Mn的材料，經淬硬后(HRC45～50)磨削,該錐套內外面的波峰、波谷分別為不同半徑的圓弧，波峰圓弧半徑為4mm～5mm,波谷圓弧半徑為1.5mm～2mm；為了與主軸錐孔和刀柄配合，增加工具系統的聯接剛度，內、外圓弧面為平面，外表面小端處去除厚度為0.2～0.5mm,在此基礎上將外表面修磨成錐度為1:10的虛擬錐面，與主軸配合。內表面去除厚度與錐套小端處相同，將內表面修磨成虛擬圓柱面，與刀柄配合。因錐套外表面為錐面，在軸向方向上去除量不等，所導致錐套厚度在軸向方向上不等，錐套小端處厚度為3mm～5mm。

在拉刀力的作用下，刀柄向主軸內移動的過程中，波紋錐套受到徑向力的作用，波紋錐套產生彈性變形，軸向長度增加，外徑減小，內徑增大，既便于安裝刀柄，也可增大錐面配合過盈量。同時碟形彈簧受到刀柄本體和波紋錐套大端兩側的壓力，在此壓力作用下發生彈性變形，儲存一定的彈性勢能。當高速旋轉時因離心力的作用致使錐孔擴張時，波紋錐套在碟形彈簧的軸向推力下產生彈性變形，外徑增大，內徑減小，補償徑向間隙。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、保留了HSK-E63刀柄的外形尺寸，與現有的1/10錐度主軸具有良好的互換性能。

2、不僅解決了SHOWA D-F-C刀柄和3LOCK刀柄的缺點，更兼具有二者的優點，能達到更高的極限轉速，更適合于高速加工。

3、彈簧的預壓作用還能衰減切削時的微量振動，有利于提高刀柄耐用度、改善加工表面粗糙度。

附圖說明

圖1為本發明刀柄的示意圖。

圖2為本發明刀柄與主軸連接的示意圖。

圖中：1-細牙螺母、2-波紋錐套、3-碟形彈簧、4-刀柄本體、5-主軸、6-拉釘。

具體實施方式

在圖1所示的波紋錐套自補償離心膨脹高速刀柄示意圖中，刀柄本體4柄部為實心圓柱結構，刀柄的一端與拉釘螺紋連接，在刀柄的后端設有細牙螺紋和螺紋退刀槽，細牙螺紋和螺紋退刀槽用于細牙鎖母1的安裝與定位，細牙鎖母的外圓具有1:10錐度，用于與主軸內孔配合，在刀柄本體的前端套有波紋錐套2，波紋錐套外錐面與主軸內孔具有1:10錐度，波紋錐套錐面與主軸錐面重合，在刀柄本體的法蘭端面上設有環形溝槽，環形溝槽中設有碟形彈簧3，波紋錐套大端端面抵在碟形彈簧上，其小端抵在細牙鎖母上。

所述波紋錐套選用彈簧鋼65Mn的材料，經淬硬后(HRC45～50)磨削,該錐套內外面的波峰、波谷分別為不同半徑的圓弧，波峰圓弧半徑為4mm～5mm,波谷圓弧半徑為1.5mm～2mm；為了與主軸錐孔和刀柄配合，增加工具系統的聯接剛度，內、外圓弧面為平面，外表面小端處去除厚度為0.2～0.5mm，在此基礎上將外表面修磨成錐度為1:10的虛擬錐面，與主軸配合。內表面去除厚度與錐套小端處相同，將內表面修磨成虛擬圓柱面，與刀柄配合。因錐套外表面為錐面，在軸向方向上去除量不等，所導致錐套厚度在軸向方向上不等，錐套小端處厚度為3mm～5mm。

具體安裝時，如圖2所示，首先將刀柄裝入主軸5，波紋錐套2錐面與主軸錐面重合，此時刀柄本體法蘭端面與主軸端面之間依然留有部分間隙。在拉釘6拉刀力的作用下刀柄本體部分繼續向主軸內部移動。此時波紋錐套在主軸錐孔徑向力的作用下軸向長度增加，外徑減小，內徑增大，同時碟形彈簧3受到刀柄本體4和波紋錐套兩側的壓力，在此壓力作用下發生彈性變形，儲存一定的彈性勢能。在拉緊力的作用下，最終刀柄柄體的法蘭端面和主軸的端面接觸，完成安裝。

高速加工時，在離心力的作用下主軸內孔、波紋錐套、刀柄本體柄部都發生不同程度的離心膨脹，其中主軸內孔的膨脹量大于波紋錐套的膨脹量大于刀柄本體柄部的膨脹量。因此在主軸內孔和波紋錐套外錐面之間、波紋錐套內孔和刀柄本體柄部之間產生間隙。同時主軸孔對波紋錐套的徑向力減小，波紋錐套釋放一定的過盈量，同時在碟形彈簧之前儲存的彈性勢能的作用下，使波紋錐套進一步產生彈性變形，外徑增大，內徑減小，補償主軸內孔和波紋錐套外錐面、波紋錐套內孔和刀柄本體柄部之間的間隙，從而保證刀柄-主軸具有更高的聯接性能，提高極限轉速。