CN101043963B - 夹紧设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使刀具(8)或刀具保持件夹紧在尤其是机床的工作主轴(4)里面的夹紧设备，该夹紧设备包括：可移动地设置在工作主轴(4)中的拉杆(10)；设置在工作主轴(4)中并且通过拉杆(10)可以在夹紧位置与释放位置之间移动的夹紧副(12)；分配给拉杆(10)以产生用于夹紧副(12)的牵引力的弹性结构(14)；以及释放单元(17；49)，通过该释放单元并借助于拉杆(10)克服弹性结构(14)的作用力，夹紧副(12)可以移动到在释放位置。根据本发明，可以实现夹紧设备的简单控制，而所述释放单元(17；49)可以通过电动驱动装置(62，63，53，54)控制。

Description

夹紧设备
技术领域
本发明涉及一种用于使刀具或刀具保持件夹紧在尤其是机床的工作主轴里面的夹紧设备，该夹紧设备包括：可移动地设置在工作主轴中的拉杆；设置在工作主轴中并且通过拉杆可以在夹紧位置与释放位置之间移动的夹紧副；分配给拉杆以产生用于夹紧副的牵引力的弹性结构；以及释放单元，夹紧副可以通过该释放单元并借助于拉杆克服弹性结构的作用力从而移动到释放位置。
背景技术
由DE 100 43 006C1已知这种夹紧设备。在该文献中，加工刀具通过设置在工作主轴里面的夹紧副(Spannsatz)保持，该夹紧副设置在一个通过弹性结构预紧的拉杆的前端部上。该夹紧副通常包括多个可径向活动的夹钳件，通过这些夹钳件将加工刀具拉进工作主轴里面。为了松开加工刀具，拉杆通过释放单元克服弹性结构的作用力而移动，由此打开具有夹钳件的夹紧副并且释放加工刀具。该释放单元包括可液压控制的活塞-气缸结构，通过该活塞-气缸结构使夹紧副通过拉杆克服弹性结构的作用力而移动到释放位置。但是为此需要较昂贵的供能设备和为释放单元提供液压液的接头或连接件。此外必需使用特殊的密封措施。
由DE 101 01 093A1已知夹紧设备，它具有用于控制拉杆的电动操纵装置。但是在这个已知的夹紧设备中没有用于产生夹紧副的拉力的弹性结构。
发明内容
本发明的目的是，实现一种上述类型的能够简单操纵的夹紧设备。
这个目的通过这样一种夹紧设备来实现：该夹紧设备包括：可移动地设置在工作主轴中的拉杆；设置在工作主轴中并且通过拉杆可以在夹紧位置与释放位置之间移动的夹紧副；分配给拉杆以产生用于夹紧副的牵引力的弹性结构；以及释放单元，夹紧副可以通过该释放单元并借助于拉杆克服弹性结构的作用力从而移动到释放位置，其特征在于，所述释放单元可以通过电动驱动装置控制。
在按照本发明的夹紧设备中，通过电动驱动装置来操纵释放单元，因此在这里无需单独的液压或气动设备。也可以不使用昂贵的密封措施。
所述电动驱动装置以适宜的方式包括电机和直线传动装置，通过该直线传动装置使电机的旋转运动转变成活塞或其它适合的结构部件的直线运动，以使拉杆移动。
对于电机，在这里可以是独立的马达，其定子和转子安置在释放单元的壳体里面。在本发明的另一有利的实施例中，可以使用为使工作主轴旋转而设置的驱动电机来驱动直线传动装置。在这里可以设置可控的离合器，通过该离合器可以使工作主轴与直线传动装置连接以进行刀具更换。
在适宜的实施例中，所述直线传动装置由螺纹传动机构构成，该传动机构具有旋转驱动的轴套和相配的螺杆。
附图说明
从下面借助于附图对优选实施例的描述中可以看到本发明的其它特点和优点。附图中：
图1以纵向截面图示出具有夹紧设备的机床的驱动单元；
图2以放大的纵向截面图示出处于释放位置的图1中所示夹紧设备的释放单元；
图3以放大的纵向截面图示出处于夹紧位置的图1中所示夹紧设备的释放单元；
图4以放大的纵向截面图示出另一处于释放位置的释放单元；
图5以放大的纵向截面图示出处于夹紧位置的图4中所示的释放单元。
具体实施方式
在图1中以纵向截面图示出由机床的电机主轴构成的驱动单元，该驱动单元具有主轴壳体1、通过轴承2和3可旋转地支承在主轴壳体1内部的工作主轴4、设置在主轴壳体1里面的定子5和绕工作主轴4同心地设置并且与工作主轴不可转动地连接的转子6。对由定子5和转子6构成的驱动电机进行设计，使得工作主轴4不仅可以以高速而且可以以低速和高定位精度驱动。在图1中位于左侧的工作主轴4的前端部具有用于接纳刀具或刀具保持件上的刀具锥体8的内锥体7。在所示的实施例中刀具锥体8由空心锥杆构成。在工作主轴4中组合用于夹紧刀具或刀具保持件的夹紧设备。
所述夹紧设备包括在工作主轴4内部与其中心轴线9同心的拉杆10，在该拉杆前端部固定已知的夹紧副12的夹紧锥11。该夹紧副12包括绕夹紧锥11设置的具有多个夹钳件13的夹筒，这些夹筒能够通过夹紧锥11的轴向移动而径向运动，以夹紧或释放刀具锥体8。所述拉杆10通过绕拉杆同心设置的弹性结构14向后预紧。在这里由盘簧封装件构成的弹性结构14在一端支承在支承在工作主轴4内部的定位盘15上，并且在另一端支承在位于拉杆10后端部的环带16上。为了将工作流体输送到刀具锥体8，所述拉杆10空心地构成。在拉杆10的后端部上设置一个下面还要详细描述的电动释放单元17，通过该释放单元可以使拉杆10克服弹性结构14的作用力向前压靠。当拉杆10向前压靠时，设置在工作主轴4前端部的夹紧副12释放刀具或刀具保持件的刀具锥体8。而当拉杆10通过弹性结构14的作用力再向后牵引时，刀具锥体8被拉进工作主轴4并夹紧。夹紧副12的结构和工作原理是已知的，因此在这里可以省去详细描述。
在图2和3中以放大的截面图示出处于夹紧位置和释放位置的图1中所示驱动单元的释放单元17。该释放单元17包括轴向可移动的活塞18，该活塞通过可控的离合器和直线传动装置轴向可移动地设置在与主轴壳体1不可转动地连接的壳体内部，以通过电动旋转的工作主轴4控制拉杆10。该壳体包括具有支承面20的前端壳体部件19、遮盖管21和后端壳体部件22。前端壳体部件19通过环形凸缘与主轴壳体1螺栓连接。通过可轴向移动的活塞18可以使拉杆10克服弹性结构14的作用力移动。
可控的离合器包括不可转动地设置在前端壳体部件19内部的线圈体23，在该线圈体中设置有线圈24。可控的离合器还包括在线圈体23内部通过轴承25可旋转支承的电枢26，该电枢在前端面上具有摩擦层27，该摩擦层与设置在工作主轴4后端面上的摩擦环28接合。该摩擦环28通过多个弹性加载的拉紧螺栓29轴向拉紧在工作主轴4的后端面上。通过多个螺栓30和相应的拉入孔31使摩擦环28防止旋转地固定，但是使摩擦环可轴向移动地与工作主轴4连接。
在所示实施例中，直线传动装置由螺纹传动机构构成，该螺纹传动机构具有空心的螺杆33和相配的轴套34，该螺杆和轴套通过例如由梯形螺纹构成的传动螺纹35相互连接。所述轴套34通过配合键47形状锁合地并轴向固定地与可旋转的电枢26连接。所述螺杆33包括在直径上加大的后部支承段36，在该后部支承段中设置径向突出的支承体37。在所示实施例中，支承体37由可旋转地安装的支承辊构成。通过这个支承体37使螺杆33可轴向移动地、但是防止旋转地支承在固定不动的前端壳体部件19的支承面20上。该螺杆33的后部支承段36设置在一套38里面并且通过夹紧环39轴向固定在这个套里面。所述活塞18包括一个穿过空心螺杆33延伸的管40和一个盘形后部件41，该后部件的一个端面支承在支承段36的后面上并且另一端面通过盘簧42或其它弹簧支承在套38的环带43上。因此在活塞18轴向运动期间，套38通过螺杆33拖动活塞18。在活塞18的前端部上固定轴向轴承44，在松开夹紧设备时该轴承的可旋转的轴承环与拉杆10后端部接触。一连接管45穿过空心活塞18，该连接管使设计成空心的拉杆10与已知的旋转进给孔46连接，以输送润滑剂或压缩空气。
下面解释上述夹紧设备的工作原理。
为了更换刀具，在按照图2所示的夹紧位置在工作主轴4静止时首先使线圈24通电，由此使摩擦环28克服弹性加载的拉紧螺栓29的作用力而被拉向线圈24并且压靠在摩擦层27上。然后通过相应地控制驱动电机使工作主轴4以低速旋转，其中电枢26和与电枢不可转动地连接的轴套34通过接合上的离合器与工作主轴一起旋转。因为设置在轴套34内部的螺杆33通过支承体37防止旋转，所以该螺杆通过同样轴向固定的轴套34的旋转而执行轴向运动。在此，该螺杆通过套38拖动活塞18。为了松开夹紧设备，使轴套34旋转，使得螺杆33和活塞18沿拉杆10的方向移动并且使它们移动到图3所示的前端释放位置。通过设置在活塞18前端面上的轴向轴承44，在未旋转的螺杆33与旋转的拉杆10接触时可以减小它们之间的摩擦。当拉杆10在前端释放位置相对于固定的前端止挡件移动并且尽管断开电机但工作主轴还略微继续旋转时，在活塞18的后端部41与套38的环带43之间张紧的盘簧42为活塞18提供减震。由此可以对在移动到释放位置时可能产生的冲击进行阻尼和减震。
然后为了夹紧夹紧设备，可以再使电机的旋转方向反向，由此使活塞18再移动到按照图2所示的后端位置。通过弹性结构14使拉杆10再压靠到后端的夹紧位置。在后面的壳体部件22上安置限位开关48，当套38到达其后端位置时通过该限位开关断开电机。在这里当套38在向后移动到顶靠在后端壳体部件22上并且尽管断开电机但工作主轴4由于其惯性还略微继续旋转的时候，弹簧42也用作阻尼部件。
在图4中示出用于使组合在机床工作主轴4中的夹紧设备的拉杆10移动的电控释放单元49的另一实施例。该释放单元49包括一固定不动的壳体，该壳体具有环形的前端壳体部件50、与这个前端壳体部件连接的遮盖管51和与遮盖管51螺栓连接的后端壳体部件52。该后端壳体部件52具有向前突出的螺杆53，在该螺杆上通过例如由梯形螺纹构成的传动螺纹55可旋转地设置一轴套54。在后端壳体部件52的支承肩部56上，通过后轴承60和前轴承套61可旋转地设置由前端部件57和后端部件58组成的驱动套59。
所述驱动套59可以通过电机驱动，该电机具有围绕驱动套59同心设置并且与这个驱动套不可转动地连接的转子62和同心地包围这个转子的定子63。该定子63固定地安置在壳体内部并且同心地包围设置在驱动套59上的转子62。在驱动套59的前端部件中固定许多向前突出的传递销64。在传递销64上轴向可移动地插上配有相应开孔的传递环65。在传递环65中不可转动地固定轴套54。在传递环65中还设置空心活塞66，该空心活塞在其后端面上通过轴向轴承67可旋转地支承在轴套54的前端面上，并且在松开夹紧设备时该空心活塞的前端面与拉杆10的后端面接触。同样，一连接管68延伸穿过设计成空心的壳体部件52和空心活塞66，该连接管使拉杆10与旋转进给孔69连接，以输送冷却剂和润滑剂。在这个实施例中用于将电机的旋转运动转换成直线运动的直线传动装置由螺纹传动机构构成，该螺纹传动机构具有主动的轴套54和相配的螺杆53。但是与第一实施例不同，在这里螺杆53固定不动而主动轴套54可沿轴向移动。当通过电机经由驱动套59和传递环65驱动轴套54时，传递环65与设置在其中的活塞66执行轴向运动。
按照本发明的夹紧设备不局限于上述的实施例。因此按照本发明的夹紧系统不仅可以在空心锥夹紧系统中使用，而且也可以在陡锥夹紧系统中使用。所述夹紧钳或类似部件形式的夹紧副不仅可以用于固定具有空心锥杆的刀具(HSK)而且可以用于固定具有陡锥体(SK)的刀具。此外也可以使用电动直线传动装置来控制释放单元。

Claims (16)

1.一种用于使刀具(8)或刀具保持件夹紧在机床的工作主轴(4)里面的夹紧设备，该夹紧设备包括：可移动地设置在工作主轴(4)中的拉杆(10)；设置在工作主轴(4)中并且通过拉杆(10)可以在夹紧位置与释放位置之间移动的夹紧副(12)；分配给拉杆(10)以产生用于夹紧副(12)的牵引力的弹性结构(14)；以及释放单元(17；49)，夹紧副(12)可以通过该释放单元并借助于拉杆(10)克服弹性结构(14)的作用力从而移动到释放位置，其特征在于，所述释放单元(17；49)可以通过电动驱动装置控制。
2.如权利要求1所述的夹紧设备，其特征在于，所述电动驱动装置包括电机和用于将电机的旋转运动转变成直线运动的直线传动装置(33，34；53，54)，以使拉杆(10)移动。
3.如权利要求2所述的夹紧设备，其特征在于，所述直线传动装置(33，34；53，54)由螺纹传动机构构成，该螺纹传动机构具有借助于电机可旋转的轴套和相配的螺杆。
4.如权利要求3所述的夹紧设备，其特征在于，所述轴套可以通过设置在释放单元(49)壳体内的电机旋转。
5.如权利要求4所述的夹紧设备，其特征在于，所述电机包括固定地设置在壳体内的定子和用于使轴套旋转的转子。
6.如权利要求5所述的夹紧设备，其特征在于，所述转子设置在可旋转地支承在壳体内的驱动套(59)上。
7.如权利要求6所述的夹紧设备，其特征在于，所述驱动套(59)包括多个向前突出的传递销(64)，在该传递销上设有轴向可移动的传递环(65)。
8.如权利要求6所述的夹紧设备，其特征在于，在传递环(65)中不可转动地设置轴套。
9.如权利要求7所述的夹紧设备，其特征在于，在传递环(65)中设置空心活塞(66)，该空心活塞通过轴向轴承(67)可旋转地支承在轴套的前端面上。
10.如权利要求3至9中任一项所述的夹紧设备，其特征在于，所述螺杆设置在释放单元(49)的后端壳体部件上。
11.如权利要求1至3中任一项所述的夹紧设备，其特征在于，所述释放单元(17)包括可控的离合器，通过该离合器可以使由电机驱动的工作主轴(4)与直线传动装置连接。
12.如权利要求11所述的夹紧设备，其特征在于，所述可控的离合器具有不可转动地设置并具有线圈(24)的线圈体和可旋转地支承在线圈体内的电枢(26)，该电枢在前端面上包括摩擦层(27)，以与工作主轴(4)后端面上的摩擦环(28)接合。
13.如权利要求12所述的夹紧设备，其特征在于，所述直线传动装置包括与电枢(26)不可转动地连接的轴套和不能旋转的螺杆。
14.如权利要求13所述的夹紧设备，其特征在于，所述螺杆通过支承辊(37)不能旋转地、但是可轴向移动地支承在释放单元(17)壳体部件的支承面(20)上。
15.如权利要求14所述的夹紧设备，其特征在于，在螺杆中设置一活塞(18)，该活塞可以通过套(38)与螺杆一起轴向移动。
16.如权利要求15所述的夹紧设备，其特征在于，所述活塞(18)通过弹簧(42)相对于套(38)轴向预紧。
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