CN101132872A - 筒夹和锁紧螺帽 - Google Patents

Abstract

一种组件，通常包括接收切削工具把柄(34)的筒夹(12)和筒夹(12)和切削工具把柄(34)之间产生夹紧力的锁紧螺帽(16)。筒夹(12)具有头部(100)，锁紧螺帽(16)具有大体上与头部(100)平齐的正面(74)。锁紧螺帽(16)还包括固定部件，该固定部件与冷却剂密封环(18)上的固定部件相配合用于将冷却剂密封环(18)连接在锁紧螺帽(16)上，从而冷却剂密封环(18)可从锁紧螺帽(16)上卸下。

Description

筒夹和锁紧螺帽

技术领域

本发明涉及卡盘和管套，尤其涉及同机加工工具一起使用的筒夹和锁紧螺帽。更特别地，本发明涉及可选地与具有改善的密封特性的冷却液密封环(即，密封盘和可选的密封盘盖)一起使用的平齐的筒夹和锁紧螺帽。

背景技术

在工具保持卡盘组件中用到的筒夹已经为我们所熟知。这样的筒夹通常包括由多个细长柔性钢爪形成的管状主体。由纵向筒夹锯槽将这些钩爪分开，锯槽使筒夹具有一定程度的径向柔韧性，这样使筒夹能够选择性地夹紧切削工具(例如钻头)的把柄。通过交互图案的金属网将相邻夹紧钩爪连接起来形成整块筒夹主体。在工作时，将筒夹主体插入卡盘轴中的形状互补的开口中，从而使筒夹主体的远端伸出卡盘轴。然后将具有与轴外径螺纹相配的内径螺纹的环形锁紧螺帽安装在卡盘轴和筒夹主体的远端上方。锁紧螺帽具有头环，头环上有截头圆锥形凸轮表面以在将锁紧螺帽拧在卡盘轴上时与筒夹主体的远端接合且对其进行径向向内的挤压。锁紧螺帽对筒夹主体的远端进行径向挤压使得主体向内弯曲，从而在筒夹主体的内径和插入其中的工具把柄之间产生夹紧力。

密封或粘合的筒夹也已经为我们所熟知。属于位于巴拿马Latrobe的Kennametal有限公司的美国专利5,911,421(在此将其整个说明书引入作为参考)公开了粘合筒夹的一个实例。基于以下两个理由，在这种筒夹中，将例如硅基橡胶化合物的筒夹粘合物填充在用于隔开各个筒夹钩爪的槽中。第一，用这样的化合物填充筒夹槽可以防止意图流过被夹紧的工具把柄上的孔洞的加压冷却剂流动离开把柄以及穿过筒夹主体的壁流出。第二，粘合剂可防止灰尘、金属屑和其它碎片进入筒夹槽和位于轴与筒夹钩爪内表面之间。由于在这些地方出现灰尘或其它碎片会对筒夹均匀夹紧工具把柄外表面的能力产生不利的影响，这会引起偏心夹紧，这样会严重影响由工具加工出来的孔洞或其它切口的精度，因此上述功能显得很重要。

虽然使用这样的粘合筒夹能够很好地达到预期目的，但是近来对高压冷却剂的使用则要求使用更硬、更稠的粘合剂，以防止形成穿过筒夹槽的泄漏路径。这些更稠的粘合剂的压缩性较差，因而会对筒夹的径向压缩能力造成不利的干扰。在过去由于冷却剂的压力较低(即低于1000psi)且更柔和，因此可以使用压缩性较好的粘合剂填充主体上的槽而不存在引起泄漏路径的明显危险。现有技术中使用的压缩性相对更好的粘合剂不会使筒夹的径向弹性变硬到这样的程度，即不能通过锁紧螺帽轻易地挤压筒夹主体来牢固地夹紧工具把柄。更重要地是，使用这种容易弯曲的粘合剂不会使筒夹主体的远端太硬以致在需要变化筒夹主体来夹紧另一尺寸的轴时妨碍以手动方式将锁紧螺帽移开。不利地是，使用更稠的粘合剂(例如由位于康涅狄格州Rocky hill的Loctite有限公司制造的SUPERFLEX587牌)不仅会将筒夹主体的径向压缩性减弱到难以通过锁紧螺帽对轴进行手动挤压的程度，而且还使得在需要变化筒夹时系统操作人员难以通过手动的方式将筒夹主体与锁紧螺帽分开。

为了克服上述缺陷设计了这样一种筒夹，其可径向压缩到能让系统操作人员轻易地夹紧工具把柄和移开锁紧螺帽，另一方面还能在防止通过筒夹槽泄漏的同时引导高压冷却剂蒸汽。这种类型的筒夹包括由被填有粘合剂的细长槽隔开的多个夹紧钩爪形成的管状主体，其中在筒夹主体的槽中提供有无粘合剂间隙来增加筒夹的径向柔韧性。管状筒夹主体包括可被锁紧螺帽的头环径向挤压的远端，并且无粘合剂间隙紧接在该远端后面设置。这样的结构能充分增强筒夹主体的远端的径向压缩能力，同时在穿过筒夹远端的槽段中保持有足够量的粘合剂以有效地防止灰尘、金属屑和其它碎片进入筒夹主体的槽中和进入工具把柄与筒夹夹紧钩爪内径之间的空间中。虽然这种筒夹能够很好地达到其预期的目的，但是这种筒夹还是存在冷却剂通过筒夹的内、外径泄漏出去的可能。

考虑到冷却剂的高价和处理冷却剂的费用，有必要防止冷却剂过多地泄漏到工件上那些不需要冷却剂的区域中。这样的泄漏发生在从低压冷却剂压力到高压冷却剂压力的地方。由于这样泄漏的问题，大多数(如果不是全部的话)冷却剂涌到锁紧螺帽和工件上。而只有非常少量的高压冷却剂能流入切削工具的把柄上的冷却剂入口。在没有足够量的冷却剂被引到切削工具的切削刃的情况下，碎片容易塞满那些将碎片排出工件孔能力差的工件。碎片排出能力的不足会极大地减少切削工具的使用寿命。

为了克服这些缺陷，设计了一种密封盘以改善使用高压冷却剂时的密封特性。授予REGO-FIX AG的WO 01/34331A1公开了这种密封盘的一个实例。在密封盘中配备有圆环形凹槽和在凹槽内的O形环以密封切削工具把柄与密封盘之间的高压冷却剂。在锁紧螺帽和密封盘之间也提供有类似的密封。在这种设计中，锁紧螺帽并不与筒夹平齐而是延伸超出筒夹，从而使筒夹轴向地凹入在锁紧螺帽中。但这样会加长工具，从而引发要求更多的工具操作空间的问题。较短的工具要求的操作空间也较少，因此更受欢迎。

显然存在着这样一种需求，即需要一种改良的密封设计，它能够引导所有的冷却剂进入切削工具把柄上的入口并到达切削工具的切削刃，同时还能够防止冷却剂泄漏到工件的那些不需要冷却剂的区域上。理论上这样一种改良设计应该不会加长工具，或者没有涉及对传统筒夹主体和锁紧螺帽的任何重新设计或机加工，且应该能以最小的工作量和费用安装在现有的筒夹(密封的或不密封的)上。最后，这种改良的密封筒夹还应该能够阻止灰尘、碎片和金属屑进入筒夹钩爪与夹紧的工具把柄之间。

发明内容

一般而言，本发明主要涉及一种组件，其通常包括接收切削工具把柄的筒夹和在筒夹与切削工具把柄之间产生夹紧力的锁紧螺帽。筒夹具有头部，锁紧螺帽具有大体上与该头部平齐的正面。锁紧螺帽还包括与冷却液密封环的固定部件相配合的固定部件，用于将冷却液密封环装配在锁紧螺帽上，从而冷却液密封环可从锁紧螺帽上卸下。

本发明还主要涉及一种包括筒夹和锁紧螺帽的组件。筒夹包括具有头部且限定出接收工具把柄的圆柱形通道的管状筒夹主体。该通道适于将受压冷却剂引入工具把柄上的冷却剂入口。锁紧螺帽由具有大体上与筒夹主体头部平齐的正面的环形壳体和固定部件构成。冷却液密封环具有与环形壳体的固定部件相配合的固定部件，用于将冷却液密封环装配在环形壳体上且能够将冷却液密封环从环形壳体上卸下。在环形壳体和冷却液密封环之间配备有第一流体密封件。第二流体密封件在切削工具把柄和密封盘之间提供密封。

附图说明

结合参考附图，通过下列详细描述能清楚理解本发明的进一步特征和由此得到的优点，其中：

图1是根据本发明一个实施例的筒夹和锁紧螺帽的正面透视图；

图2是在图1中示出的筒夹和锁紧螺帽的局部切割主视图；

图3是沿图2中的线3-3的筒夹和锁紧螺帽的剖视图；

图4是与图3所示类似的筒夹和锁紧螺帽的局部剖视图，其不同之处在于将冷却环连接在锁紧螺帽上的固定件；

图5是根据本发明替换实施例的筒夹和锁紧螺帽的剖视图；以及

图6是与图5所示类似的筒夹和锁紧螺帽的局部剖视图，其不同之处在于将冷却环连接在锁紧螺帽上的固定件。

具体实施方式

现在参见附图，其中在所有的附图中同样标号指示同样部件，在图1-3中，卡盘组件10包括筒夹12、卡盘轴14、锁紧螺帽16和冷却液密封环18。筒夹12通常包括具有由环形凹部26隔开的远端22和近端24的管状筒夹主体20。筒夹主体20通常由通过弹性钢合金的网30连接在一起的大体上平行排列的细长夹紧钩爪28形成，整个筒夹主体20也是用同样的弹性钢合金制成。如图所示，夹紧钩爪28由细长的槽32隔开。细长槽32的存在允许锁紧螺帽16径向挤压筒夹主体20以夹紧切削工具(未示出)的把柄34，在下文中将就此进行更详细地描述。

筒夹主体20的内部限定有沿着筒夹12的旋转轴线同心配置的圆柱形通道36，用于接收例如钻子的切削工具的把柄34。工具把柄34可包括将加压冷却剂导入工具(未示出)切削部分的冷却剂入孔38。通道36引导加压冷却剂从卡盘轴14上的开口流至把柄的接收通道36。

筒夹主体20的外部向外张开形成朝向筒夹主体20的近端24的截头圆锥体部分40。在靠近远端22的截头圆锥体部分40上设置环形引导凹槽42，以针对是否已将筒夹主体20插入到卡盘轴14内的合适深度上给出视觉指示。远端22包括绕其圆周边缘的环形凸轮表面44，该凸轮表面与锁紧螺帽16的配合凸轮表面46相配以对夹紧钩爪28进行径向挤压使其夹紧接合工具把柄34。在环形凸轮表面44的后面设置凸缘48，以便于通过锁紧螺帽16将筒夹主体20移离卡盘轴14，在下文中将对此进行更详细地描述。

卡盘轴14具有截头圆锥体形空腔50，其形状与朝向筒夹主体20的近端24的截头圆锥体部分40互补。空腔50以通向冷却剂引导通道54的圆锥形部分52结束。通道54沿着卡盘轴14的旋转轴A的方向延伸。在与通道54相反的方向上，卡盘轴14以环形凹入端部56结束。在端部56的外径上绕有螺纹58。

如图所示，锁紧螺帽16由内径上绕有螺纹62的环形壳体60构成。螺纹62与卡盘轴14的凹入端部56上的螺纹58接合。由环形壳体60的相对末端支撑载有如前所述的凸轮表面46的头环64。从图中明显可以看出，凸轮表面46是截头圆锥形表面，它在形状上与筒夹主体20的远端22的环形凸轮表面44互补。紧挨在头环64的凸轮表面46后面的是环形台肩68，该台肩68在将锁紧螺帽16装配在筒夹12上时嵌入筒夹主体20的环形凹部26。在旋转锁紧螺帽16将其从卡盘轴14的末端上卸下时，台肩68被用来将筒夹主体20从截头圆锥形空腔50移开。

根据本发明，将冷却液密封环18连接在环形壳体60的远端22上。冷却液密封环18包括密封盘盖70和筒夹密封盘72。将密封盘盖70连接在环形壳体60上。当然还可以采用任何合适的方式来完成这些工作。在本发明的说明性实施例中，环形壳体60具有正面74，优选地在正面74上设置有多个刻有螺纹的孔76。虽然在图中显示了四个螺纹孔76，但是在实施本发明时也可以采用更少或更多的螺纹孔。优选地，通过提供螺丝钉78将密封盘盖70连接在正面74上，该螺丝钉可拧入内螺纹孔76中以使密封盘盖70是可卸下的。密封盘盖70具有与环形壳体60的正面74相配的盘面80。在这两个配合面之间配置有第一流体密封件82。密封件82可以是O形环，更优选地是橡胶O形环，当然其它密封件也可适合用于实施本发明。目前，普通的橡胶O形环还不能经得起冷却剂。因此，氟代烃橡胶(flurocarbonrubber)作为O形环的优选材料。这种材料在商业上的实例就是德国Wilmington的DuPont生产的Viton。在说明性实施例中，密封件82适于放置在密封盘盖70的面凹槽84中。在将螺丝钉78拧入螺纹孔76中时，密封件82能防止冷却剂从配合面之间泄漏出来。

密封盘盖70具有接收筒夹密封盘72的内径86。第二流体密封件88被插入在密封盘盖70的内径台肩90中。密封件88优选是O形环，当然其它密封件也可适合用于实施本发明。在装配过程中给密封件88涂上油脂或支撑密封件88使其保持在适当位置上有助于装配筒夹密封盘72和密封盘盖70。密封件88提供了密封盘盖70和密封盘72之间的密封。接着，密封盘72还具有设置在内径壁96的凹槽94中的第三流体密封件92，例如图所示为O形环。密封件92提供了切削工具把柄34和密封盘72之间的密封。应注意，优选地在筒夹12的头部100和筒夹密封盘72之间留有间隙98。间隙98可防止帽螺钉78施加的力使锁紧螺帽16的正面74紧紧地挤压锁紧螺帽的头环64。这样就使得锁紧螺帽16能够通过头环滚珠支承件102相对锁紧螺帽头环64自由移动。

根据本发明的冷却液密封环18将冷却剂保存在卡盘组件10中。这防止冷却剂泄漏到工件(未示出)上。由于防止了冷却剂泄漏到工件上，因此减少了与冷却剂处理相关的费用。此外通过将所有的冷却剂引入切削工具把柄34的冷却剂入孔38、然后流到切削工具的切削刃(未示出)，能够增加切削工具的使用寿命。此外，因为冷却液密封环18消除了使用筒夹粘合物的必要性，所以允许在目前必须使用粘合的筒夹的场合中使用传统的非粘合筒夹。由于消除了在筒夹锯槽中添加粘合物的必要性，因此制造成本降低了。因为不必使用粘合的筒夹，所以存货费用也降低了。

在工作时，冷却液密封环18可以被卸下以在无高压冷却剂的情况下使用锁紧螺帽16，或被装配上以在有高压冷却剂的情况下与锁紧螺帽16一起使用。本发明的成本收益是至少两倍。装配有连接冷却液密封环18的根据本发明的锁紧螺帽16取代了目前两种设计。因此，锁紧螺帽16的供应商仅需要制造和储存一种设计，这就降低了锁紧螺帽16的制造和库存成本。与传统的专用冷却液密封锁紧螺帽相比，冷却液密封环18也便宜的多。因为与专用冷却液密封锁紧螺帽相比，冷却液密封环18的制造和库存成本要低的多。通过使用在市场上可购买到的冷却液密封盘允许一种冷却液密封环设计用于各种尺寸的筒夹螺帽。终端用户也能够得到同样的利益。

本发明不希望受到图示和前述的固定部件的限制，而是还能与其它固定部件一起实施。例如，如图4所示，锁紧螺帽16可以有围绕其外径远端部的螺纹104。类似地，如图所示，冷却液密封环18(即，密封盘盖70)可以有围绕其内径的螺纹106。螺纹104和106相配合，以保证冷却液密封环18是以使冷却液密封环18可卸下的方式连接到锁紧螺帽16上。应注意，螺纹104、106优选为英制梯形螺纹、圆螺纹或除普通V形螺纹(在操作人员操作不带冷却液密封环18的机器时，它可能会对操作人员造成伤害)外的其它螺纹。其它固定件包括但不限于扣环结构、卡口锁紧结构、或例如那些使用弹性球或类似物的快速脱离装置的快速脱离结构。

应注意，筒夹12的头部100要与环形壳体60的正面74平齐或大体平齐。之所以要优选这种平齐关系是因为在移开冷却液密封环18时筒夹既不会伸出锁紧螺帽16也不会凹入锁紧螺帽16。从而能够根据需要最小化卡盘组件10的长度。

如前所述的本发明可以利用现有库存进行实施，例如使用进行了如前的传统锁紧螺帽、传统密封盘盖以及传统密封盘。即，可以对传统的锁紧螺帽(即不带有刻有螺纹的孔的锁紧螺帽)进行改进使其包括多个刻有螺纹的孔。可以对传统的密封盘盖进行改进使其包括适于与锁紧螺帽中的螺纹孔对准的通孔。此外，可以将传统筒夹密封盘向后插入密封盘盖70的内径86中。这样就不需要再制造新的产品。

然而在本发明的优选实施例中，不会对一种现有锁紧螺帽进行改进使其能够容纳冷却液密封环。这是因为不会在这些由硬化钢制成的现有锁紧螺帽上添加螺纹孔。尽管不是不可能，因为其费用与花在防止锁紧螺帽被擦伤上的费用相比很有可能会更高些。虽然如图4中说明的本发明的螺纹实施例更切实可行，但是作为适于销售的产品来说不太理想。在需要补充库存时，这种新的设计很有可能会取代现有的设计。

根据本发明的优选实施例，术语“液体密封”应理解为大体上防止液体通过。例如，传统的金属与金属的接触可以提供密封，但是这种密封不能防止液体通过。根据本发明的液体密封件大体上能够防止液体通过。液体密封件可以是任何能够大体上防止液体通过的密封件，包括但不限于弹性材料、弹性体材料、或者更特别是例如氟代烃橡胶的橡胶材料。

图5示出了根据本发明另一个实施例的冷却液密封环。如图所示，在该冷却液密封环中可以不需要前述的可卸下的密封盘盖70和筒夹密封盘72，而是用由108标注的单个整体密封盘替代。类似于前述的密封盘72，在密封盘108的内径壁上设有可以是锥形凹槽形式的凹槽110，以接收例如图中所示O形环的液体密封件114。类似于前述的密封件92，密封件114提供了切削工具把柄34和密封盘108之间的密封。可以通过提供例如螺纹孔76和可拧入螺纹孔76中以使密封盘108可卸下的螺丝钉78这样的其它固定件，将根据本发明的这个实施例的密封盘108连接在锁紧螺帽16上。可替代地，如图6说明的那样，可以在锁紧螺帽16上配置外接螺纹104，且在密封盘106上配置相配的外接螺纹104。其它固定件可以包括但不限于扣环结构、卡口锁紧结构、或例如那些使用弹性球或类似物的快速脱离装置的快速脱离结构。

将在此提及的文件、专利和专利申请引入作为参考。

虽然是针对几个优选实施例对本发明进行描述的，但是对本领域普通技术人员来说各种改进和添加都是显而易见的。任何这种变形、改进都应当包括在本专利的范围内，且本专利的范围仅受到当前所附权利要求书的限制。

Claims (20)

1.一种组件，其包括：

筒夹，用来接收具有通过其中的至少一个冷却剂入孔的切削工具把柄，所述筒夹具有头部；以及

锁紧螺帽，用于在所述筒夹和所述切削工具把柄之间产生夹紧力，所述锁紧螺帽具有大体上与所述筒夹的头部平齐的正面，所述锁紧螺帽还包括与冷却液密封环的固定部件相配合的固定部件，用于将所述冷却液密封环连接在所述锁紧螺帽上，从而所述冷却液密封环可从所述锁紧螺帽上卸下。

2.如权利要求1所述的组件，还包括：

连接在所述锁紧螺帽上的冷却液密封环，从而所述冷却液密封环可从所述锁紧螺帽上卸下，所述冷却液密封环具有允许所述工具把柄延伸通过的结构；以及

一个或多个流体密封件，其适于放置在所述冷却液密封环、所述锁紧螺帽和工具把柄之间。

3.如权利要求2所述的组件，其中所述一个或多个密封件包括：

在所述冷却液密封环和所述锁紧螺帽之间的第一流体密封件；以及

由所述冷却液密封环载有、且与所述工具把柄接合的第二流体密封件。

4.如权利要求3所述的组件，其中所述冷却液密封环包括：

有凹槽的面；以及

有凹槽的内径壁，其中所述第一密封件在所述面的凹槽中，第二密封件在所述内径壁的凹槽中。

5.如权利要求2所述的组件，其中所述流体密封件为弹性材料。

6.如权利要求2所述的组件，其中所述流体密封件为弹性体材料。

7.如权利要求2所述的组件，其中所述流体密封件为橡胶O形环。

8.如权利要求2所述的组件，其中：

在所述锁紧螺帽的正面上有一个或多个刻有螺纹的孔，并且通过一个或多个适于拧入所述螺纹孔以使所述冷却液密封环从所述锁紧螺帽上可卸下的螺丝钉，所述冷却液密封环可连接在所述锁紧螺帽的所述正面上。

9.如权利要求2所述的组件，其中：

所述锁紧螺帽具有绕有螺纹的外径远端部分，所述冷却液密封环具有绕有螺纹的内径，该内径的螺纹与所述锁紧螺帽的螺纹相配，以可将所述冷却剂密封环从所述锁紧螺帽上卸下的方式将所述冷却剂密封环连接在所述锁紧螺帽上。

10.如权利要求2所述的组件，其中：

所述冷却剂密封环具有面，所述一个或多个流体密封件包括：第一密封件，其在所述锁紧螺帽的所述面和所述冷却剂密封环的所述面之间，用来防止冷却剂流体通过其间。

11.如权利要求10所述的组件，其中所述第一密封件适于被放置在所述冷却剂密封环的所述面中的凹槽内。

12.如权利要求2所述的组件，其中所述冷却剂密封环包括：

可让所述工具把柄延伸穿过的密封盘；以及

接收密封盘的密封盘盖，并且其中所述一个或多个流体密封件包括：

在所述密封盘盖和所述锁紧螺帽之间的第一流体密封件；

在所述密封盘盖和所述密封盘之间的第二流体密封件；以及

由所述密封盘载有的、且与所述工具把柄接合的第三流体密封件。

13.如权利要求12所述的组件，其中所述流体密封件为弹性材料。

14.如权利要求12所述的组件，其中所述流体密封件为弹性体材料。

15.如权利要求12所述的组件，其中所述流体密封件为橡胶O形环。

16.一种组件，其包括：

包括具有头部且限定出接收工具把柄的圆柱形通道的管状筒夹主体，所述通道适于将加压冷却剂引入所述工具把柄的冷却剂入口；

由具有与所述筒夹的所述头部大体上平齐的正面的环形壳体和固定部件构成的锁紧螺帽；

具有固定元件的冷却剂密封环，该固定元件与所述环形壳体的所述固定元件相配合，用于将所述冷却剂密封环连接在所述环形壳体上，从而所述冷却剂密封环可从所述环形壳体上卸下；

在所述环形壳体和所述冷却剂密封环之间设置的第一流体密封件；以及

第二流体密封件，用来提供了所述切削工具把柄和所述冷却剂密封环之间的密封。

17.如权利要求16所述的组件，其中：

所述环形壳体的所述正面具有多个刻有螺纹的孔，所述冷却剂密封环通过可拧入所述螺纹孔的螺丝钉连接到所述环形壳体的正面上，以使所述冷却剂密封环可从所述环形壳体上卸下。

18.如权利要求16所述的组件，其中：

所述环形壳体具有绕有螺纹的外径远端部，所述冷却剂密封环具有绕有螺纹的内径，所述内径的螺纹与所述环形壳体的螺纹相配，以可将所述冷却剂密封环从所述环形壳体上卸下的方式将所述冷却剂密封环连接在所述环形壳体上。

19.如权利要求15所述的组件，其中：所述冷却剂密封环具有内径壁和在内径壁上的凹槽，所述第二流体密封件在所述凹槽内。

20.如权利要求16所述的组件，其中所述冷却剂密封件包括：

密封盘，其在其上具有凹槽的内径壁；

接收密封盘的密封盘盖；以及

在所述密封盘和所述密封盘盖之间的第三流体密封件，冷却剂密封环通过所述密封盘盖和在冷却剂密封环与所述环形壳体之间的第一流体密封件连接在所述环形壳体上，第二流体密封件在所述凹槽内。

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