CN100546744C - 工具缩回接收件和对此进行定位的接合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工具缩回接收件，它包括用于缩回工具(15)的接收部分(3)和用于将工具缩回接收件(1)夹紧在工具接收支架内的夹紧部分(9)。所述工具缩回接收件的特征在于，工具(15)的接收部分(3)和工具缩回接收件(1)的夹紧部分(9)在纵向互相重叠。本发明还涉及一种用于对一个这种工具缩回接收件定位的接合器。

Description

工具缩回接收件和对此进行定位的接合器
技术领域
本发明涉及一种工具缩回接收件，它带有用于工具缩回的接收部分和用来将工具缩回接收件夹紧在工具接收支架中的夹紧部分。本发明还涉及一种对工具缩回接收件定位的接合器。
背景技术
在传统的收缩配合工具夹中，用于工具收缩配合的保持部分设置在收缩配合工具夹的一端。用于将收缩配合工具夹夹紧在工具夹支撑件上的夹紧部分则沿工具保持部分间隔开的纵向设置在工具夹的另一端。当把收缩配合工具应用到机床上，如应用到铣床、车床或钻床上时，工件表面特别是被切削加工的表面经常不具有想要得到的品质。
发明内容
本发明的目的是提供一种上述类型的收缩配合工具夹及其相关的用来调节收缩配合工具夹的接合器，通过该接合器能够克服现有技术中存在的缺陷，尤其是能够使已加工工件获得良好的表面质量。
在带有保持部分和夹紧部分的收缩配合工具夹中，可实现本发明的目的，其中，使收缩配合工具夹的工具保持部分和夹紧部分在纵向重叠，其中所述保持部分用于工具的收缩配合，而夹紧部分用于将收缩配合工具夹夹紧在工具夹支撑件中。通过工具保持部分与夹紧部分在轴向的重合，能够形成较短的、紧凑的收缩配合工具夹，且这种工具夹尤其在其径向上具有较高的刚度。如此使得加工工件产生良好的表面质量。此外，由于缩短了收缩配合工具夹的结构长度，还能延长工具的使用寿命。
收缩配合工具夹的一优选实施方案的特征在于，重叠部分超过了收缩配合工具夹总长度的50％；在多种用途中，重叠部分超过30％就足够了。这样，就能够在操作中避免收缩配合工具夹产生径向偏差。
收缩配合工具夹的另一优选实施例的特征在于，重叠部分基本在用以将收缩配合工具夹夹紧在工具夹支撑件中的夹紧部分的整个长度上延伸。至少具有占收缩配合工具夹总长度5％左右的延伸长度的部分区段没有被覆盖。
根据本发明，用于工具收缩配合的保持部分由一在收缩配合工具夹整个长度上延伸的通孔形成。该通孔优选具有圆形截面，当然也可以具有多边形截面。
根据本发明，通孔在其与夹紧部分相对的端部上具有一内径变宽的定心部分。该定心部分用于在收缩配合前对所要收缩配合的工具的一端进行保持和定心。所述定心部分具有圆柱形外部形状，其从所述收缩配合工具夹的端部处将锥形部分分开，所述锥形部分朝着所述定心部分变细。
收缩配合工具夹的另一优选实施方案的特征在于，与夹紧部分相邻之处，形成一带有特别为矩形截面的圆周槽。该圆周槽与一配置在夹紧螺母上、并且能够在加工后释放工具夹的凸轮相互作用。
收缩配合工具夹的另一优选实施方案，其特征在于收缩配合工具夹在其与夹紧部分相对的端部上邻接圆周槽的位置处形成一向着圆周槽方向变宽的锥形部分。该锥形部分更易于布置张紧螺母。
收缩配合工具夹的另一优选实施方案，其特征在于夹紧部分为锥形。所述锥形的尺寸优选为符合标准化的，例如可以按照DIN6499标准。
收缩配合工具夹的另一优选实施方案，其特征在于夹紧部分为圆柱形。该夹紧部分的结构应当与工具夹支撑件的形状匹配。
与前述收缩配合工具夹一起使用的接合器，其特征在于其凹入部分具有与收缩配合工具夹的夹紧部分端部相匹配的尺寸。该凹入部分可被构造为圆锥或圆柱形凹入部分，并且能够确保收缩配合工具夹的几乎整个外圆周表面都可以由外部接近，以便向收缩配合工具夹传递热量。凹入部分的深度可以被选定成能够可靠地防止工具夹在适当位置的倾斜。由于使用感应加热和导电的、特别是金属的接合器，凹入部分的垂直尺寸应当相对较小，例如可以是1至5mm，优选为2mm左右。
接合器的一优选实施方案，其特征在于所述接合器在向着收缩配合工具夹的方向逐渐变细。这种锥形简化了将加热元件在接合器上的放置。
接合器的另一优选实施方案，其特征在于所述接合器可设置成两个部分，它包括底部接合器和其上形成有凹入部分和/或锥形的接合器插入件。这样就便于底部接合器用于各种尺寸的收缩配合工具夹。带有相应接合器插入件的各种收缩配合工具夹可以与一种相同的底部接合器配合使用。所述底部接合器还应与所使用的加热装置相匹配。
接合器的另一优选实施方案，其特征在于一种中心螺纹孔，在该中心螺纹孔中，保持有一具有旋转能力的螺栓，该螺栓具有一自由端，当收缩配合工具夹定位在接合器上时，所述自由端可形成工具的止动件。通过旋转螺栓可连续调节工具收缩配合的深度。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节将在下面进行说明，其中将结合附图对一实施方案进行详细说明。权利要求和说明书中所公开的特征的每一个或任何组合对本发明来说都是必不可少的。
图1示出了本发明所要求保护的收缩配合工具夹的纵向剖面图；
图2示出了图1中的收缩配合工具夹在工具收缩配合前的情形；
图3示出了图1中的收缩配合工具夹在工具被定心时的情形；
图4示出了图1中的收缩配合工具夹在工具收缩配合时的情形；
图5示出了用于对图1中的收缩配合工具夹定位的接合器插入件的纵向剖面图；
图6示出了与图5中所示接合器插入件一起使用的底部接合器的纵向剖面图；
图7示出了沿图6中VII的放大图；
图8示出了在适当位置带有接合器插入件的图6中的底部接合器；
图9示出了在适当位置带有收缩配合工具夹的图8中的接合器；
图10示出了本发明所要求保护的收缩配合工具夹第二实施方案的纵向剖面图；
图11示出了图10所示第二实施方案的透视图；
图12示出了本发明所要求保护的收缩配合工具夹第三实施方案的纵向剖面图；
图13示出了图12所示实施方案的透视图；以及
图14示出了本发明所要求保护的、带有收缩配合工具夹的接合器的第二实施方案的纵向剖面图。
具体实施方式
图1示出了带有通孔3的收缩配合工具夹1，该通孔3用于保持工具15的工具轴16(参见图2至4)。通孔3包括一具有恒定内径的部分5。这一部分5在其一端过渡为具有内径稍微变宽的定心部分6。其另一端过渡为类似的具有内径稍微变宽的部分7。
收缩配合工具夹1被设置成旋转对称形，在其外圆周上具有向着端部逐渐变细的圆锥形的夹紧部分9。夹紧部分9较宽的一端与圆周槽10毗连，该圆周槽10用于保持夹紧螺钉的凸轮(未示出)。沿圆周槽10轴向相邻的是一锥形部分12，它在远离圆周槽10的方向上逐渐变细。锥形部分12用于确保简单定位或者用来在带有凸轮的夹紧螺母上滑动。为此锥形部分12的最大外径应当大于带有凸轮的夹紧螺母的相关内径。
图2示出了诸如钻头一类的工具15在与收缩配合工具夹收缩配合之前的情形。在图3中，用于定心的工具轴16的自由端插入到收缩配合工具夹1的定心部分6。图4则示出了工具15的轴16收缩配合在通孔3中。
图5示出了接合器插入件20的纵向剖面图。接合器插入件20被构造成旋转对称形，它包括一凹入部分22，用于保持图1所示收缩配合工具夹的夹紧部分的自由端。该凹入部分22可以是一圆柱形凹入部分。图5所示的凹入部分22稍微呈锥形，以便于在其中放置收缩配合工具夹。
接合器插入件20上配备有一通孔23。通孔23包括孔部分24和孔部分25，其中孔部分24具有比孔部分25大的内径；孔部分25中通孔23被沿着垂直于通孔23方向延伸的通孔26穿透。通孔26可保持用来将接合器插入件10安装到底部接合器(参见图6)的预张紧球体。通孔23沿中心贯穿了接合器插入件20，同时形成旋转对称件的纵轴。
接合器插入件20的外圆周面上包括四个部分29、30、31和32。部分29位于凹入部分22的范围内，它呈轻微的锥形，向着其自由端的方向逐渐变细。与锥形部分29相邻的部分30具有恒定的外径。部分31与部分30毗连，它从部分30处沿锥形变宽。部分32与部分31相邻，它具有比部分30稍小的外径。
图6示出了底部接合器35的纵向剖面图，该底部接合器35同样被构造成旋转对称形。底部接合器35上配备有中央保持孔37，其内径与接合器插入件20的部分32的外径相匹配。这样易于将接合器插入件20的部分32插入到底部接合器35的保持孔37内。
保持孔37内形成有带三角形剖面的圆周槽。在图7放大的剖面图中示出了三角形凹槽38的凹槽侧面彼此成一定的角度39。
如图6所示，保持孔37属于中心通孔40的一部分，所述中心通孔形成了底部接合器35的纵轴或旋转轴。从保持孔37处开始，通孔40包括三个内径各不相同的附加部分41、42和43。孔部分41的内径最小，而孔部分43的内径最大。此外孔部分41中还形成有内螺纹。底部接合器35的外部还具有外径加宽的部分44。
图8示出了图6中的底部接合器35在其适当位置上安装有图5所示接合器插入件20的情形。如图所示，接合器插入件20的部分32保持在底部接合器35的保持孔37内。螺栓50借助底部接合器35的内螺纹旋入部分41内，其中螺栓的一个自由端伸入到通孔40的部分42内，而另一自由端51则伸入到接合器插入件20的孔部分24中。此外，在接合器插入件20的通孔26内利用弹簧53使球体预张紧。通过弹簧53可将该球体52部分压出通孔26。当接合器插入件20位于适当位置时，从通孔26中突出的部分球体52被保持在底部接合器35的凹槽38内。这样可防止接合器插入件20在底部接合器35上产生不希望出现的松动。
图9示出了图1中的收缩配合工具夹1是如何利用夹紧部分9的自由端被定位到接合器插入件20的凹入部分22中。通孔40的部分43用于将底部接合器35与加热器(未示出)相连。
通过对本发明要求保护的收缩配合工具夹加热以及由此使通孔3变宽，能够使工具15的工具轴16可逆地、牢固地与收缩配合工具夹相连。相对于圆柱形工具轴16，收缩配合工具夹1的通孔3至少比切削工具15的夹紧直径小大约0.01mm，特别是小至少0.02mm左右。在其他因素中，通孔3内径和工具轴16外径的叠置会受到所使用材料的影响。因此，加热时固体的体积将与温度成比例地变化，收缩配合工具夹1的通孔3内径也会增大。而且会在材料的弹性范围内实现由于受热而导致的变宽。因此可以按照需要经常重复夹紧步骤。即这一步骤是可逆的。
当工具轴被收缩配合在收缩配合工具夹的通孔中时，在+100至+380℃的温度范围内、优选在+250至+330℃的范围内进行加热。在收缩配合工具夹1被加热的状态下，能够随意将过冷的工具轴16插入到通孔3内。随后将其中插有工具轴16的收缩配合工具夹1冷却到-20至+110℃的温度范围内，收缩配合工具夹1将试图再次达到其初始状态。在该过程中，收缩配合工具夹1的冷却使圆柱形工具轴16在径向产生了夹紧压力。通过工具轴16外径与收缩配合工具夹1的通孔3内径的叠置，能够基本确定夹紧压力的等级。较少的叠置将导致较低的夹紧压力。大范围的叠置则导致较高的夹紧压力。只要是在所采用材料的弹性范围内产生变形，这种夹紧过程就是可逆的，并且能够重复多次。
在传统的工艺中收缩区域位于夹持插入件的外侧。这样带来的缺陷是对于每个切削工具的夹持轴径来说，都需要配备一个相当复杂和昂贵的工具夹。此外这种长形结构的形状所带来的缺陷是使切削加工轴的径向载荷显著增加；这就导致刚度降低，使切削加工轴产生径向偏差。
本发明所要求保护的收缩夹紧系统不需要配备昂贵的、特定的工具夹，它可以利用套爪卡盘架安装在传统的通用内拉簧套筒卡盘或切削加工轴上。通过收缩区域与夹持区域的重叠，能够形成最短的切削工具夹紧机构。其主要的优点在于切削工具最大的径向刚度。从而使加工工件的表面质量非常优良。
本发明所要求保护的收缩夹紧方法可直接在夹持锥体上进行。这样可以使切削工具的夹紧变得非常短。被称为通孔3的夹紧插入孔由被称为夹紧部分9的夹紧锥面叠置。可作为收缩配合工具夹1的收缩配合夹紧插入件的制造成本非常低廉，它可以被插入到任何商业标准的套爪夹中。本发明所要求保护的收缩配合工具夹1与传统的夹紧技术相比，其传递的转矩高出2至4倍，并且同时具有更高的径向刚度。
本发明所要求保护的收缩-夹紧系统能够缩短冷缩插入和冷缩取出的时间。通过对带有高能量密度的收缩配合工具夹感应加热，能够在数秒内更换工具。这样，可以实现小于3μm的切削工具真正的旋转精度，甚至在最大的夹紧力和径向刚度时也是如此。
对本发明所要求保护的、利用接合器将工具轴收缩配合在收缩配合工具夹的说明如下所述。首先，底部接合器35必须与适当的接合器插入件20相连，这里选用的接合器插入件20取决于收缩配合工具夹1的形状和尺寸。然后将如此预装配好的接合器插入到收缩装置(未示出)的底座夹具上。接着使收缩配合工具夹1在接合器插入件20上滑动。将感应线圈(未示出)对中并固定在收缩配合工具夹1上。随后将工具轴16插入到通孔3的中心部分6内。最后启动该收缩装置。
通过改变与温度成比例的体积，收缩配合工具夹1的通孔3增大。一旦收缩配合工具夹1的通孔3大于工具轴16的外径，工具15就会在其自身重力的作用下落入到通孔3内。螺纹主轴50的自由端51形成为工具轴16自由端的止挡件。然后可以切断热源。由于随后进行了冷却，收缩配合工具夹1试图达到其原始形状；但却受到了工具轴16的阻碍。合成应力使工具轴16能够形锁合和力锁合地保持在收缩配合工具夹1内。
为了加快冷却过程，可以将其内设置有工具轴16的收缩配合工具夹1在冷却位置(未示出)冷却。
图10示出了本发明所要求保护的收缩配合工具夹101的第二实施方案的纵向剖面图，图11示出了其相应的透视图。由沿收缩配合工具夹纵向延伸的开孔可形成保持部分103，在本实施方案中，则由贯穿整个长度的通孔形成保持部分103。位于图10左侧、用于夹持工具的开孔端沿径向变宽，特别是在该端部模制半径161，即如图10中相应部分放大图所示。该半径161通常小于保持部分103的直径的一半，尤其是小于其20％，优选在1mm或更小的范围内。如此能够在无需倾斜的情况下将工具容易、精确地插入到收缩配合工具夹101内。
收缩配合工具夹101在其面向着夹紧部分109的端部上具有一开孔，所述开孔沿收缩配合工具夹的纵向延伸，且形成了另一个部分107，这一部分107的直径要大于保持部分103的直径。该实施方案中的开孔可以是通孔的一部分，也可以由一盲孔形成。开孔优选沿纵向成柱形，尤其是成圆柱形。
由于其直径较大，夹紧部分109的壁厚在较远部分107处减小，例如可以在其自由端降至几毫米或仅1mm。这样就能够有利地确保能量的储存，且由此确保了夹紧部分109的弹性变形。如果在较远部分107中还具有一个或多个狭槽162a、162b、162c，那么就可以进一步改善上述特征，这些狭槽至少应布置在沿轴向延伸的部分上，在本实施方案中，三个狭槽162a、162b和162c沿轴向均匀地分布在圆周上；这三个狭槽162a、162b和162c还可以在倾斜于轴向的方向上延伸。除了狭槽162a、162b和162c之外，收缩配合工具夹101相对于其纵轴旋转对称。
较远部分107的壁厚尤其取决于所采用的材料、工具尺寸以及待加工工件。由于壁厚的缩减，较小的锥角差能够由收缩配合工具夹101的弹性变形补偿，并且能够实现整个系统的高度精确的旋转精度。
图12示出了本发明所要求保护的收缩配合工具夹201的第二实施方案的纵向剖面图，图13示出了其相应的透视图。在该实施方案中，保持部分205从中间向端部偏移，所述端部保持着工具，并且与夹紧区域263只有很小程度的重叠，所述夹紧区域包括夹紧部分209、凹槽210和锥形部分212。在保持部分205的保持着工具的端部具有一与第一实施方案中相同的定心部分。此外，这一端部的半径261例如为0.1至5mm，特别为0.2至3mm，优选为0.4至2mm，以便于使工具的插入更加简易。保持部分205与夹紧区域263的重叠部例如可以是夹紧半径的两倍。
收缩配合工具夹201在其面向着夹紧部分209的端部上具有一开孔，这个开孔形成了部分207并且为通孔的一部分。自端部开始沿轴向形成的狭槽262a、262c与第二实施方案中的类似。从端部向后的一段开孔内设有内螺纹264，用于所要插入的工具止动件可以精确地定位到其中。较远部分207的轴线延伸长度例如可以是其直径的两倍。内螺纹264和保持部分203之间的过渡部分优选不具有螺纹。
特别是在工件夹紧区域和切削工具之间的工作区内这种不利的空间条件下，同时由于夹紧区域263的弹性变形范围较大，本实施方案尤其对小型铣刀提供了优点。
图14示出了本发明所要求保护的、具有插入的收缩配合工具夹的接合器的第二实施方案的纵向剖面图。该第二实施方案具有一基座本体135和一接合器插入件120。接合器插入件120可由两部分120a、120b装配而成，它们之间的界面与图14所在的平面成直角，并且具有平行于该结构的纵轴；它们优选为相等的两部分120a、120b。接合器插入件120由弹性绝缘材料制成，优选为纤维增强的陶瓷，更优选为用玻璃纤维增强的陶瓷。
优选地，这两部分120a、120b可借助闭合环165彼此夹紧。该环165由金属或耐热塑料制成。基座本体135在其面向着接合器插入件120的端部上具有一带凹槽138的连接件，该凹槽形成在环165可以安装在其中的内侧。
穿过接合器插入件120的定位销能够被插入或优选旋入基座本体中，优选沿中心方向，如此能够对插入到收缩配合工具夹1内的工具的轴向位置进行精确调节。
面向着收缩配合工具夹1并将其保持的凹入部分122沿轴向延伸，以致收缩配合工具夹1的夹紧部分9基本重叠。这样，在加热过程中夹紧部分9能够被覆盖，并且能够因此有利地防止例如由氧化引起的表面变化。为此，凹入部分122的锥形能够与收缩配合工具夹1的锥形相匹配，以便将空气基本排出。此外，收缩配合工具夹1能够可靠地固定在接合器插入件120内。而且在收缩配合后可通过多部件组成的接合器插入件120将收缩配合工具夹1容易地取出。通过进行感应加热，尽管接合器插入件120与收缩配合工具夹1重叠，但是在电绝缘接合器插入件120中没有电流被感应及形成热量。

Claims (21)

1.一种收缩配合工具夹(101)，它带有用于收缩配合工具(15)的接收部分(103)和用于将收缩配合工具夹(101)夹紧在工具接收支架内的夹紧部分(109)，其中：所述工具(15)的接收部分(103)和收缩配合工具夹(101)的夹紧部分(109)沿纵向重叠，收缩配合工具夹(101)在其面向着夹紧部分(109)的端部上具有一开孔，所述开孔沿收缩配合工具夹(101)的纵向延伸，且形成一直径大于接收部分(103)直径的较远部分(107)，其特征在于，所述较远部分(107)具有带有轴向延伸部的狭槽(162a，162b，162c)。
2.根据权利要求1所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，该重叠超过了收缩配合工具夹(101)总长度的30％。
3.根据权利要求1所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，该重叠超过收缩配合工具夹(101)总长度的50％。
4.根据权利要求1或2所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，该重叠基本遍布了用以将收缩配合工具夹(101)夹紧在工具夹支撑件内的夹紧部分(109)的整个长度。
5.根据权利要求1或2所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，用于工具(15)收缩配合的接收部分(103)由一在收缩配合工具夹(101)整个长度上延伸的通孔形成。
6.根据权利要求5所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，通孔在其与夹紧部分(109)相对的端部上具有一变宽内径的定心部分(106)。
7.根据权利要求1所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，在与夹紧部分(109)相邻处，形成一圆周槽(10)。
8.根据权利要求7所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，圆周槽(10)具有矩形截面。
9.根据权利要求7所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，所述收缩配合工具夹(101)在相对于夹紧部分(109)且邻接圆周槽(10)的位置处形成所述向着圆周槽(10)的方向变宽的锥形部分(12)。
10.根据权利要求1所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，夹紧部分(109)为锥形。
11.根据权利要求1所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，夹紧部分(109)为圆柱形。
12.根据权利要求1所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，接收部分(103)由一沿着收缩配合工具夹(101)纵向延伸的开孔形成，且所述用于保持工具(15)的开孔端部沿径向变宽。
13.根据权利要求12所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，所述用于保持工具(15)的开孔端部具有半径(161)。
14.根据权利要求1所述的收缩配合工具夹(101)，其特征在于，所述较远部分(107)带有内螺纹(264)。
15.一种用于定位权利要求1所述的收缩配合工具夹(101)的接合器(20)，其具有一凹入部分(22)，该凹入部分具有与收缩配合工具夹(101)的夹紧部分(109)端部相匹配的尺寸，其特征在于，至少部分接合器(20)由电绝缘材料制成。
16.根据权利要求15所述的接合器(20)，其特征在于，所述接合器(20)在向着收缩配合工具夹(101)的方向逐渐变细。
17.根据权利要求15或16所述的接合器(20)，其特征在于，所述接合器(20)可设置成至少两个部分，并包括底部接合器(35)和其上形成有凹入部分(22)和/或锥形部(29，31)的接合器插入件(120)。
18.根据权利要求17所述的接合器(20)，其特征在于，所述接合器插入件(120)为两部分。
19.根据权利要求18所述的接合器(20)，其特征在于，所述接合器插入件(120)可以由两个相同的部分(120a，120b)装配而成。
20.根据权利要求15所述的接合器(20)，其特征在于一中心螺纹孔(41)，一具有旋转能力的螺栓(50)保持在中心螺纹孔(41)内，该螺栓具有一自由端，当收缩配合工具夹(101)定位在接合器(20)上时，所述螺栓的自由端可形成工具的止动件。
21.根据权利要求15所述的接合器(20)，其特征在于，所述凹入部分(122)沿轴向延伸，使得收缩配合工具夹(101)的夹紧部分(109)被基本覆盖。
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