CN101272877B - 用于通过热套夹紧刀具的刀夹 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过热套夹紧刀具的刀夹(1)。因为其在刀夹的热套头(6)及热套基体(5)区域中的特殊形状，该刀夹相较于公知刀夹不易振荡，由此允许实现较高的速度，由此可提高由刀具速度决定的切削性能、刀具进给量以及刀具的切削深度，并可缩短制造工件所需的机床运转时间。本发明的刀夹(1)允许以更加有效且经济的方式来对工件进行制造并进行机加工。

Description

用于通过热套夹紧刀具的刀夹
技术领域
本发明涉及用于通过热套夹紧刀具的刀夹，优选地包括圆柱形刀具轴。
背景技术
上述类型的刀夹业已公知。刀夹用来夹紧车刀、钻具、铰刀、磨具、以及磨铣刀具，并包括热套卡盘，其包括具有轴向内镗孔的夹紧区域，其中可通过热套来安装刀具的杆。
在热套处理期间，其内镗孔具有比刀具杆的外径略小的内径的夹紧区域优选地通过感应线圈因热而膨胀，并在插入刀具杆之后再次冷却，由此在刀具轴与热套卡盘之间建立转矩确保连接。
例如DE 19944440 C2及DE 10114149 C2中的上述刀夹的公知实施例已经具有极佳的减震性及扭转稳定性。但是，特别是在用于超高速回转刀具时，依然存在其易受震动影响的危险，由此导致刀具会在其旋转时绕刀夹的纵向轴线进行或多或少的进动运动(precessing movement)，由此会劣化利用其制造的工件的精度及可复现性。为了在此情况下仍然提供较高的精度及可复现性，就不能将上述刀具应用于超高速回转，并且绝对不能将进给及切割深度选择的过深。但是，这样会导致切削能力为亚最佳；这意味着每制造一个工件机床的运行时间为亚最佳。
但是，上述刀夹不仅仅在高速回转刀具的情况下存在缺陷。而且在非回转刀具的情况下，待机加工的工件的碰撞会导致刀具从刀夹轴线的偏离以及震动，由此也会劣化机加工精度。
在DE 20200298 U1及DE 102004019869 A1中描述了呈伸缩式刀夹或额外夹紧刀夹形式的具有热套卡盘的其他类型刀夹。在刀具被伸缩式刀夹保持时，一方面其远离具体的连接位置，另一方面通过细深开口，利用额外夹紧刀夹可以进行剧烈震动补偿。第一刀夹不会提供任何专用减震功能，而第二刀夹的减震功能被设置的结构及技术方面均较为复杂。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于通过热套夹紧刀具的刀夹，其具有较低的震动倾向，由此允许较高的切削性能。
上述目的通过根据本发明第一方面的刀夹来实现，其中，优选实施例是从属权利要求的主题。
根据本发明的刀夹的特征在于热套卡盘的轮廓，其中，热套卡盘的直径在位于热套卡盘的头部处的第一前直径与位于热套卡盘的基体处的第二后直径之间断续地增大，使得形成热套卡盘至少两个轮廓区域。其中直径断续增大的第一与第二区域之间的过渡部分也在热套卡盘的头部与基体之间界定过渡部分。
通过上述具体结构，热套卡盘的头部不仅比基体更细，还具有更小的质量(质量例如会在刀夹快速旋转时导致并增大震动)。因此，相较于常规刀夹，上述刀夹可以更高的速度运转，因为震动倾向减小，故可以极好的精度及可复现性来制造工件。通过设置热套卡盘的具有比头部更厚的壁的基体，不仅可通过机加工工具与刀夹之间的界面的几何结构来满足刀夹结构方面的标准要求，还可同时提供热套卡盘足够的刚性。
在优选实施例中，刀具轴的接收器包括轴向止挡部，其用来界定接收器内刀具轴的轴向位置，这意味着其界定刀具轴在热套卡盘内的插入深度。对于过渡部分，布置有轴向止挡部，由此刀具轴完成接收在热套卡盘的头部中，并且不会伸入热套卡盘的基体。换言之，需要将轴向止挡部布置在过渡部分的升高部位置处，或布置在过渡部分与热套卡盘下端之间的部分中。通过轴向止挡部相对于过渡部分的上述轴向布置，一方面，可以实现热套卡盘质量减小的头部与热套卡盘刚性增大的基体之间的有利的比率。另一方面，例如可无障碍地通过感应线圈来加热热套卡盘，其中感应线圈无需具有复杂的几何结构。此外，因为对夹紧区域的所有部分均设置了类似的壁厚，由此避免了夹紧区域的不均匀加热及膨胀，故通过上述尽可能均匀的加热，有利于热套卡盘的头部的膨胀。
第一区域优选地具有圆锥轮廓，其在热套卡盘头部的前端与过渡部分之间连续延伸，且其直径相对于刀夹的纵向轴线以1°至20°的角度范围、具体为4.5°角向过渡部分扩大。通过热套卡盘的头部的上述几何结构，使得该刀夹可与当前所有热套装置兼容。
热套卡盘的轮廓的直径在过渡部分中的扩大可相对于刀夹的纵向轴线从0°到50°突然改变。10°到40°的范围是优选的，其中过渡部分优选以30°扩大。
优选地，朝向热套卡盘的基体的下端第三区域紧接在第二区域之后，其抵靠刀夹的中心件，其中所述第三区域具有大致圆锥轮廓，其朝向第三区域以相对于纵向轴线以1°到20°范围内的角(在具有中空联轴器的刀夹中具体为6°角，而在具有陡锥联轴器的刀夹中具体为8°角)扩大。因此，第二与第三区域之间的轮廓过渡部分大致连续，但是断续过渡部分也是可行的。因此，抵靠刀夹的中心件的基体具有根据标准确定的轮廓，同时第三区域与过渡部分之间的部分因圆锥轮廓而在壁厚上进一步减小，由此进一步减小了热套卡盘的质量。因此，进一步减小了刀夹的震动倾向。
特别是在具有较长热套卡盘的刀夹中，当热套卡盘的部分具有设置为四个区域的轮廓时是有利的，上述四个区域分别为第一区域、大致圆柱形并邻接过渡部分布置的第二区域、此后的圆锥扩大第三区域、以及此后的连接至中心区域并满足标准要求的第四大致圆柱形区域。因此，第三区域的圆锥轮廓应当相对于刀夹的纵向轴线以1°到20°范围内的角(在具有中空联轴器的刀夹中具体为6°角，而在具有陡锥联轴器的刀夹中具体为8°角)扩大，其中第二与第三区域之间的轮廓过渡部分以及第四区域大致连续延伸，但是断续过渡部分也是可行的。通过上述四个区域轮廓，相较于三个构成轮廓，可以进一步减小热套卡盘的基体的质量。
在优选实施例中，第二区域具有镗孔，可以将平衡元件(具体指平衡螺栓)插入其中，利用镗孔来通过防止刀夹的不平衡以实现顺畅地运转。
为了冷却刀具，在对工件进行机加工时，在刀夹内部设置轴向内镗孔，其将冷却剂供应至刀具，或供应至刀具与工件配合的位置。优选地，该供应通道相较于热套卡盘的外径具有相对较小的直径，具体在3mm至6mm的范围内。通过上述相对较小的直径，该镗孔对刀夹的震动特性及稳定性也是有利的，由此仍然可保持刀夹足够的刚性。
通过轴向供应通道供应的冷却剂一方面可通过穿过刀具的轴向内镗孔被直接供应至刀具与工件配合的位置，由此可同时冷却刀具的内部，并且/或者可以在热套卡盘的壁内设置一个或数个镗孔，其从供应通道接收冷却剂，并随后将其供应至刀夹壁中的刀具轴，使得冷却剂沿刀具从热套卡盘的头部流出。另一方面，也可省去冷却剂导管以提高刚性。
附图说明
结合附图，参考对优选实施例的描述，可以了解本发明的其他特性、特征、及优点，其中：
图1示出了刀夹的优选实施例的纵向剖视图；
图2给出了对图1的刀夹的尺寸的说明；
图3示出了根据图1的优选实施例中的接收器的内部结构；而
图4示出了图3的细节。
具体实施方式
图1示出了在纵向剖视图中的刀夹1，其中该刀夹被设置为一件式，并包括中空联轴器2、中心区域3以及热套卡盘4。热套卡盘4包括在其下部接合至中心区域3的热套卡盘基体5以及热套卡盘头6。可容易地识别出热套卡盘4的四个剖面轮廓，包括第一圆锥区域7、第二圆柱区域8、第三圆锥区域9以及第四圆柱区域10。从热套卡盘头6的前直径D1开始到热套卡盘基体5的后直径D4，这些区域7，8，9，10连接成热套卡盘4的大致回转对称轮廓。
刀夹的直径的轮廓在区域7，8，9，10中大致顺畅地并在区域8，9，10之间平稳地延伸，其中热套卡盘4的直径从前直径D1开始朝向后直径D4持续扩大，仅在第二8及第四区域10中保持大致恒定。在第一区域7与第二区域8之间，过渡部分11的直径断续增大，这意味着在从第一区域7至第二区域8的过渡部分中轮廓直径不稳定。
因为过渡部分11的原因，热套卡盘基体5具有比热套卡盘头6大的多的壁厚，由此相较于热套卡盘基体5，热套卡盘头6不仅显的较细，还具有较低的质量，且从热套卡盘基体5开始，其轮廓较稳定。
通过上述设置，因为在远离刀夹1在机加工工具中的安装位置布置的质量较小，而将较大的质量布置在该安装位置附近，故大大降低了刀夹1的震动倾向。同时，图1所示的刀夹具有充分的稳定性，并充分满足例如决定第四区域10的最大直径的标准要求。
热套卡盘头6在其前部具有夹紧区域，其中所述夹紧区域的特征在于用于接收刀具轴的轴向内镗孔12。刀具轴进入轴向内镗孔12的轴向插入深度由轴向止挡部13决定，轴向止挡部13被设计为轴向内镗孔12的径向收缩部的形式。通过轴向止挡部13，刀具轴仅布置在热套卡盘头6中，而并未在第一圆锥区域7中处于夹紧状态，由此大大简化并有利于热套配合过程。
在轴向止挡部13后布置有供应通道14，其也是轴向内镗孔并将冷却剂供应至冷缩在接收部12中的刀具轴。相较于热套卡盘4的外径，供应通道14因此具有处于3mm至6mm范围内的较小直径。该相对较小镗孔也便于实现刀夹有利的震动特性及较高稳定性。
可将冷却剂通过轴向布置在刀具内部中的冷却剂通道供应至刀头并供应至工件，并且/或者可以在热套卡盘头中设置6个镗孔(未示出)，其从热套卡盘头6的壁内的供应通道14处开始通过刀具轴将冷却剂供应至热套卡盘头6的前端。这例如可通过相对于刀夹1的纵向轴线镜对称布置的在紧接的壁中刀具轴的第一区域7中延伸的两个镗孔来实现。
在图2中，再在纵向剖视图中示出图1的刀夹1，但是，其中更精确地界定出具体尺寸。以下的表格给出具体尺寸的示例数值。对于尺寸α，β及γ，所有数值均以mm或°为单位，并取决于中空联轴器2的类型以及热套卡盘长度L4列出。
所有尺寸对关联于热套卡盘基体5的50mm或53mm的下直径D4，其根据所选择的机加工工具界面的标准而被预先确定。因此，表1，2，3及4仅为上至16mm的刀具轴直径D1设置，因为在较大的刀具轴直径D1中，上述断续过渡部分11基本上不能用标准材料来实现。为了根据本发明为较大的刀具轴直径D1也提供回转稳定刀夹，由此获得希望的应用于高速范围的轮廓，需要使用较大界面，这允许第四区域10具有较大的直径D4。
用于尺寸α，β及γ的角度值取决于对总热套卡盘长度L4的选择并取决于热套卡盘基体5的直径D4。因此，分别在表1，2，3及4中两都均为常量。
表1
D1   D2  D3  D4  L1    L2    L3  L4   L5   L6  L7   α  β   γ
6    21  40  53  48,5  60,5  84  104  130  38  162  30  4,5  6
8    21  40  53  48,5  60,5  84  104  130  38  162  30  4,5  6
10   24  40  53  55    65,5  84  104  130  43  162  30  4,5  6
12   24  40  53  55    65,5  84  104  130  48  162  30  4,5  6
14   27  42  53  60,5  70,5  84  104  130  48  162  30  4,5  6
16   27  42  53  60,5  70,5  84  104  130  51  162  30  4,5  6
表1列出了具有用于第一热套卡盘长度L4的中空联轴器2的刀夹1的尺寸数值。
表2
D1  D2  D3  D4  L1    L2    L3   L4   L5   L6  L7   α  β   γ
6   21  40  53  48,5  60,5  114  134  160  38  192  30  4,5  6
8   21  40  53  48,5  60,5  114  134  160  38  192  30  4,5  6
10  24  40  53  55    65,5  114  134  160  43  192  30  4,5  6
12  24  40  53  55    65,5  114  134  160  48  192  30  4,5  6
14  27  42  53  60,5  70,5  114  134  160  48  192  30  4,5  6
16  27  42  53  60,5  70,5  114  134  160  51  192  30  4,5  6
表2列出了具有用于第二热套卡盘长度L4的中空联轴器2的刀夹1的尺寸数值。
表3
D1  D2  D3  D4  L1    L2    L3  L4     L5   L6  L7    α   β   γ
6   21  40  50  48,5  60,5  91  110,9  130  38  198,4  30  4,5  8
8   21  40  50  48,5  60,5  91  110,9  130  38  198,4  30  4,5  8
10  24  40  50  55    65,5  91  110,9  130  43  198,4  30  4,5  8
12  24  40  50  55    65,5  91  110,9  130  48  198,4  30  4,5  8
14  27  42  50  60,5  70,5  91  110,9  130  48  198,4  30  4,5  8
16  27  42  50  60,5  70,5  91  110,9  130  51  198,4  30  4,5  8
表3列出了具有用于第一热套卡盘长度L4的陡锥联轴器(未示出)的刀夹1的尺寸数值，其中具有陡锥联轴器的刀夹1的形状仅在联轴器的部分以及中心区域的部分处与具有中空联轴器2的刀夹1的形状不同。
表4
D1  D2  D3  D4  L1    L2    L3   L4     L5   L6  L7     α  β   γ
6   21  40  50  48,5  60,5  121  140,9  160  38  228,4  30  4,5  8
8   21  40  50  48,5  60,5  121  140,9  160  38  228,4  30  4,5  8
10  24  40  50  55    65,5  121  140,9  160  43  228,4  30  4,5  8
12  24  40  50  55    65,5  121  140,9  160  48  228,4  30  4,5  8
14  27  42  50  60,5  70,5  121  140,9  160  48  228,4  30  4,5  8
16  27  42  50  60,5  70,5  121  140,9  160  51  228,4  30  4,5  8
表4列出了具有用于第二热套卡盘长度L4的陡锥联轴器(未示出)的刀夹1的尺寸数值。
根据图3，并根据图4中的详细视图，可以根据本发明在刀夹1中的接收器12内设置槽15，其以缩进的形式部分地扩大接收器12的内径。替代一个槽，还可以设置数个槽。在已经完成了将刀具轴热套进入接收器12之后，接收器由此不会在这些槽的区域中与刀具轴直接物理接触，由此在这些区域中形成腔，其可有利地接收附着至刀具轴的湿气、润滑物等，由此不会在接收器12与刀具轴之间形成液压支撑，其会妨碍彻底的转矩传递。替代例如相对于轴线平行或在径向方向上延伸的数个槽，优选地设置螺旋形槽15。
槽15不仅在接收器12的整体部分上延伸，还在接收器12的热套的前端的前方的距离A处并在其后端前方的距离B处结束。由此，可确保接收器12的热套的紧密性。此外，在供应内部冷却剂的情况下，冷却剂会通过一个或数个槽漏出，由此会发生压力损失。
表5
D1  A  B    P   t          x    R
6   3  2+1  7   0,04+0,05  0,6  0,8
8   3  2+1  8   0,04+0,05  0,6  0,8
10  3  2+1  8   0,04+0,05  0,6  0,8
12  3  2+1  9   0,04+0,05  0,6  0,8
14  3  2+1  9   0,04+0,05  0,6  0,8
16  3  2+1  10  0,06+0,05  0,8  1,1
表5列出了用于槽15的距离接收器12的热套的端部的距离A及B的接收器12各个尺寸D1，用于根据图3及图4的槽15的旋转高度增大量P、深度t、宽度x以及尺寸R。
由上可知，相较于现有技术刀夹的情况，根据本发明的刀夹1较不易于发生震动。由此除了其他效果之外可实现高速，由此可以提高取决于刀具速度、刀具进给量以及刀具切深的切削性能，由此可同时缩短用于制造工件所需的机加工工具操作时间。因此，利用根据本发明的刀夹，能够实现更有效更经济的制造以及对工件的机加工。

Claims (15)

1.一种刀夹(1)，用于对具有刀具轴的刀具进行热套安装，包括：
用于联接至机加工工具的轴(2)；
包括热套卡盘头(6)及热套卡盘基体(5)的热套卡盘(4)，其中所述热套卡盘包括在所述热套卡盘头(6)中的夹紧区域，其中所述夹紧区域包括呈内部轴向镗孔形式用于夹紧所述刀具轴的接收器(12)；以及
中心区域(3)，其布置在所述轴(2)与所述热套卡盘基体(5)之间，
其中所述热套卡盘(4)具有位于面向所述刀具的所述热套卡盘头(6)位置处的前直径(D1)，以及位于面向所述中心区域(3)的所述基体(5)位置处的后直径(D4)，
其中连接所述热套卡盘(4)的所述前直径与后直径(D1，D4)的轮廓具有相对于所述轮廓的直径的至少两个大致恒定区域，所述两个区域分别是第一和第二区域(7，8)，
其中所述第一区域(7)布置在所述热套卡盘头(6)的位置处，而所述第二区域(8)布置在所述热套卡盘基体(5)的位置处，并且过渡部分(11)布置在所述热套卡盘头(6)与所述热套卡盘基体(5)之间，
其中所述热套卡盘(4)的直径从所述第一区域(7)至所述第二区域(8)于所述过渡部分(11)的位置处断续地扩大，
其中，所述热套卡盘(4)的所述轮廓的所述直径以垂直于所述刀夹的纵向轴线的处于10°至40°范围内的角在朝向所述热套卡盘基体(5)的方向上从所述第一区域(7)至所述第二区域(8)于所述过渡部分(11)处扩大，并且
其中所述刀夹被设置为一件式，使得所述热套卡盘(4)具有比所述热套卡盘基体(5)更细的热套卡盘头(6)。
2.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，所述接收器(12)包括用于界定所述刀具轴在所述接收器(12)内的轴向位置的轴向卡挡部(13)，并且在轴向方向上观察，所述轴向卡挡部(13)被布置在所述过渡部分(11)的升高部，或者被布置在所述过渡部分(11)的位置与所述热套卡盘头(6)的前端之间，使得在轴向方向上观察时，所述刀具轴处于夹紧位置的夹紧端被布置在所述过渡部分(11)的所述升高部，或者被布置在所述过渡部分(11)与所述热套卡盘头(6)的所述前端之间。
3.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，所述第一区域(7)在所述热套卡盘头(6)的前端与所述过渡部分(11)之间延伸，并包括大致圆锥轮廓，其中所述圆锥轮廓的直径在朝向所述过渡部分(11)的方向上扩大。
4.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，所述热套卡盘(4)的所述轮廓的所述直径以垂直于所述刀夹的纵向轴线的30°角在朝向所述热套卡盘基体(5)的方向上从所述第一区域(7)至所述第二区域(8)于所述过渡部分(11)处扩大。
5.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，第三区域布置在所述中心区域与所述第二区域之间，其中所述第三区域包括大致圆柱形轮廓，并且所述第二区域的轮廓的直径以相对于所述刀夹纵向轴线处于1°至20°范围内的角度在朝向所述中心区域的方向上圆锥地扩大，其中所述第二区域与所述第三区域之间的轮廓过渡部分大致稳定不变。
6.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，第三区域(9)布置在所述中心区域(3)与所述第二区域(8)之间，而第四区域(10)布置在所述第三区域(9)与所述中心区域(3)之间，其中，所述第二区域(8)及所述第四区域(10)包括大致圆柱形轮廓，而所述第三区域(9)包括大致圆锥轮廓，其中，所述第三区域(9)的所述轮廓的直径以相对于所述刀夹的纵向轴线处于1°至20°范围内的角度在朝向所述中心区域(3)的方向上延伸，其中所述第二区域(8)与所述第三区域(9)之间或者所述第三区域(9)与所述第四区域(10)的轮廓过渡部分大致稳定不变。
7.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，在所述第二区域(8)设置用于平衡元件的镗孔。
8.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，在所述刀夹(1)的内部设置轴向内镗孔作为用于冷却剂的供应通道(14)，其中，相较于所述热套卡盘(4)的外径，所述供应通道(14)具有相对较小的直径。
9.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，所述刀具轴具有圆柱形。
10.如权利要求1所述的刀夹(1)，其中，所述机加工工具是中空联轴器或陡锥联轴器。
11.如权利要求3所述的刀夹(1)，其中，所述圆锥轮廓的直径以相对于所述刀夹(1)的纵向轴线处于1°至20°范围内的角度在朝向所述过渡部分(11)的方向上扩大。
12.如权利要求11所述的刀夹(1)，其中，所述处于1°至20°范围内的角度为4.5°角。
13.如权利要求5或6所述的刀夹(1)，其中，所述处于1°至20°范围内的角度在具有连接到中空联轴器的轴(2)的刀夹中是6°角，在具有连接到陡锥联轴器的轴(2)的刀夹中是8°角。
14.如权利要求7所述的刀夹(1)，其中，所述平衡元件是平衡螺栓。
15.如权利要求8所述的刀夹(1)，其中，所述供应通道(14)的直径在3mm至6mm的范围内。
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