CN101815595A - 用于刀夹具的冷缩装配套管 - Google Patents

Abstract

一种刀夹具(100，200，300，400，500)包括一个柄(12)，该柄包括一个刀夹具部分(12a)以及用于容纳一个切削刀具(14)的一个中心孔(12d)，以及围绕柄(12)的刀夹具部分(12a)放置的一个第一冷缩装配套管(102，202，302，402，502)。对该刀夹具上的施加的热量致使该刀夹具部分以及第一冷缩装配套管(102，202，302，402，502)向外扩张，并且去除热量将导致该刀夹具部分以及该第一冷缩装配套管向内收缩，以便通过冷缩装配使切削刀具(14)刚性地保持在该刀夹具之中。刀夹具(400，500)还可以包括一个第二冷缩装配套管(404，504)，该套管是围绕第一冷缩装配套管(402，502)放置的以提供增加的扭矩能力。

Description

用于刀夹具的冷缩装配套管

发明背景

在本领域中已知在工业应用中使用加热收缩或冷缩装配工具组件。以前的设计已经利用了整体式卡盘，这些卡盘具有的内直径略小于切削刀具的柄或其他工件的外直径。在使用过程中，将刀具卡盘加热，典型地是通过感应加热使卡盘扩张一个足够的量以允许刀具柄被插在卡盘之中。然后允许刀具冷却，在此过程中卡盘的热收缩在刀具柄上施加一个均匀的压力，从而允许卡盘围绕刀具柄缩小到将柄牢固地锁定或保持在位。人们早已认识到，这些类型的加热收缩工具组件提供了在精确度和刚度上优于标准铣削卡盘或套爪卡盘的一种改进。

现在参见图6，一个常规的冷缩装配刀夹具被总体上表示为10，它用于可拆卸地保持一个旋转切削刀具14。一般而言，冷缩装配刀夹具10包括一个柄或本体12，该柄或本体包括一个刀夹具部分12a、一个凸缘构件12b、总体上对应于一个转轴(未示出)的楔形孔的一个楔形外表面12c、以及一个用于容纳切削刀具14的中心孔或开口12d。

中心孔12d被形成为在直径上略小于切削刀具14的一个柄部分14a。这个量取决于标称尺寸以及所要求的扭矩传输能力。为了将切削刀具14插在刀夹具10中，对刀夹具10的刀夹具部分12a进行外部加热，例如到达大致650°F的一个温度。由于刀夹具10的热膨胀特性，在刀夹具10上施加的热量引起刀夹具10并且具体是本体12的刀夹具部分12a扩张，从而导致中心孔12d在直径上扩大或增加一个足够的距离以允许刀具柄14a插入中心孔12d之中。当刀具柄14a在中心孔12d中被插入一个足够的距离时，外部施加的热被中止并且允许刀夹具10冷却回到环境温度，其中热收缩引起孔12d收缩并且在刀夹具10与切削刀具14的柄部分14a之间形成一种刚性结合。这样，切削刀具14以一种用于高耐受性机加工应用的同心方式被刚性地保持在刀夹具10中。为了拆卸切削刀具14，在刀夹具10上再一次施加热量从而引起刀夹具10并且具体是刀夹具部分12a向外扩张。当刀夹具10扩张时，可以将刀具柄14a从刀具本体12的中心孔12d中抽出。

然而，用于高强度材料的机加工(如，在航空工业中)的冷缩装配刀夹具的使用具有一些局限性。最大夹持力与过盈配合水平是成比例的，但是最大设计的过盈是受从该刀夹具上拆卸该刀具所要求的温度限制的。因此，最大夹持力是有限的。

具有高螺旋角的某些端铣刀在强烈的操作条件下可能被从刀夹具中抽出，因此刮伤昂贵的部件。一个解决方案是使用Weldon柄夹具，该夹具提供高扭矩，但不适合用于高速度的应用。

因此，对于提供组件的增加扭矩的传输能力的一种加热收缩刀具组件存在一种需要。

发明概述

为了解决与常规的冷缩装配或加热收缩刀夹具相关的这些以及其他的问题，一种刀夹具包括一个柄，该柄包括一个刀夹具部分以及用于容纳一个切削刀具的一个中心孔，以及围绕该柄的刀夹具部分放置的一个第一冷缩装配套管。在一个实施方案中，该第一冷缩装配套管具有的内直径小于该柄的刀夹具部分的外直径。在一个替代实施方案中，该第一冷缩装配套管具有一个楔形的内表面并且该柄的刀夹具部分具有一个楔形的外表面。

当加热该第一冷缩装配套管时，该第一冷缩装配套管向外扩张，这样可以围绕该柄的刀夹具部分放置该冷缩装配套管。当冷却该冷缩装配套管时，该第一冷缩装配套管围绕该刀夹具部分向内收缩以便通过冷缩装配将该切削刀具刚性地保持在该刀夹具中。该刀夹具可以是一个冷缩装配类型的刀夹具。

在本发明的另一个方面中，一种刀夹具包括一个柄，该柄包括一个刀夹具部分以及用于容纳一个切削刀具的一个中心孔；一个围绕该柄的刀夹具部分放置的第一冷缩装配套管；以及围绕该第一冷缩装配套管放置的一个第二冷缩装配套管。对该第一冷缩装配套管施加热量并且然后将其围绕该刀夹具部分放置并且然后将其冷却。接着，对该第二冷缩装配套管施加热量并且然后将其围绕该第一冷缩装配套管放置并且然后将其冷却。该第一冷缩装配套管以及该第二冷缩装配套管在向内冷却收缩时通过冷缩装配将该切削刀具刚性地保持在该刀夹具中。

附图简要说明

从以下参见附图做出的详细说明中本发明的其他特征连同从中衍生的优点将变得清楚，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方案的具有一个冷缩装配套管的一个冷缩装配刀夹具的截面视图。

图2是根据本发明的另一个实施方案的具有一个冷缩装配套管的一个冷缩装配刀夹具的截面视图。

图3是根据本发明的又另一个实施方案的具有一个冷缩装配套管的一个冷缩装配刀夹具的截面视图。

图4是根据本发明的一个实施方案的具有一对冷缩装配套管的一个冷缩装配刀夹具的截面视图。

图5是根据本发明的另一个实施方案的具有一对冷缩装配套管的一个冷缩装配刀夹具的截面视图。

图6是一个常规的冷缩装配刀夹具的部分切除的透视图。

发明的详细说明

如以上讨论的，图6的常规设计受制于在强烈的操作条件下缺少足够的夹持力。本发明的一个方面是增加刀夹具组件的扭矩传输能力。这个方面是通过提供由钢或其他适合的高弹性模量的材料制成的一个套管来实现的，该套管可以在外部被冷缩装配到图6的常规的刀夹具上，由此增加该刀夹具组件的扭矩传输能力。应该认识到，该刀夹具可以是一个常规的刀夹具10或一个冷缩装配类型的刀夹具100。

如在此使用的，“冷缩装配”是指通过加热和扩张一个套管、将扩张的套管配合在另一个构件上并且冷却和收缩该套管以牢固地装配该构件而实现的一种牢固装配。该构件可以是刀具的柄、一个刀夹具或另一个套管。

现在参见图1，它示出了根据本发明的一个实施方案的刀夹具100，其中类似的参考号被给予如图1中的相同标记，并且因此不进一步详细地说明。在一个优选实施方案中，刀夹具100是一种冷缩装配类型的刀夹具。刀夹具100不同于图6的常规刀夹具10之处在于，刀夹具100包括一个总体上管状的冷缩装配套管(总体上表示为102)，该套管为刀夹具100提供了增加的扭矩传输能力。

冷缩装配套管102包括一个内表面104以及一个外表面106。冷缩装配套管102可以由与刀具本体12相同的材料制成，或者可替代地，可以由具有所希望的冷缩装配特性的一种不同的材料制成。内表面104是以与刀具本体12的一个外表面12e大致相同的角度成楔形的。套管102具有一个变化的厚度108，这样厚度108在相对于凸缘构件12b的一个远端处是最大的而在相对于刀具本体12的凸缘构件12b的一个近端处是最小的。其结果是，套管100的外表面106总体上相对于刀具本体12的纵向轴线是平行的。

现在参见图2，它示出了根据本发明的另一个实施方案的一个冷缩装配刀夹具200。在这个实施方案中，刀夹具200包括一个冷缩装配套管202，该套管包括一个内表面204、一个外表面206、一个底表面210以及一个顶表面212。当被定位在刀具本体12的周围时，套管200的外表面206提供了与刀具本体12的一个外表面12g基本上连续的一个表面，并且顶表面212与刀具本体12的一个顶表面12h是基本上连续的。当套管202以一个预定的过盈量冷缩装配在适当的位置上时，套管202的底表面210可能或可能不抵靠在刀具本体12的一个凸台12f上，由此作为一个停止件将套管202相对于刀具本体12正确地定位。这个预定的过盈量取决于施加在套管202上的热量值、套管的材料以及尺寸。底表面210与凸台12f之间的支撑可以被用作过对盈配合的一个限制并且作为应该施加以拆卸套管202的热量值的限制。在这个实施方案中，套管200不是像套管100一样成楔形的，而是具有一个基本上均匀的厚度208。

现在参见图3，它示出了根据本发明的又另一个实施方案的一个冷缩装配刀夹具300。在这个实施方案中，刀夹具300包括一个冷缩装配套管302，除了套管302具有一个变化的厚度308之外，它与套管202基本上相同，这样厚度308在相对于刀具本体12的凸缘构件12b的一个远端处是最小的。这个变化与图1的套管100的厚度变化相反。当套管302以预定的过盈的量冷缩装配在适合的位置中时，令人希望的是套管302的底表面310抵靠在刀具本体12的凸台12f上，由此作为一个停止件以使套管302相对于刀具本体12正确地定位。因为刀夹具部分12a和套管302的内表面304在形状上基本上是圆柱形的，这一预定的过盈的量无法以与在图2中具有一个楔形的内表面204的的套管202相同的方式来进行控制。

现在参见图4，它示出了根据本发明的另一个实施方案的一个冷缩装配刀夹具400。在这个实施方案中，刀夹具400包括一个第一冷缩装配套管402以及围绕第一冷缩装配套管402放置的一个第二冷缩装配套管404。与前面的这些实施方案相比，第二冷缩装配套管404为冷缩装配刀夹具400提供了增加的扭矩传输能力。如图4所示，第一冷缩装配套管402基本上与冷缩装配套管102相同并且在箭头406的方向上被组装到刀夹具400上。这就是说，套管402在到刀具本体12的凸缘构件12b的远端具有一个更大的厚度。相比之下，第二冷缩装配套管404在到刀具本体的凸缘构件12b的附近具有一个更大的厚度。因此，第二冷缩装配套管404是在箭头408的方向上组装的。

为了安装冷缩装配套管402、404，首先将内冷缩装配套管402冷缩装配在合适的位置中并且然后允许其冷却至室温。然后，在最外面的冷缩装配套管404上进行一个第二冷缩装配操作。为了拆卸冷缩装配套管402、404，在最外面的冷缩装配套管404上施加热量以允许套管404扩张一个足够的量以使套管404能够从刀夹具400中拆除。接着，在内冷缩装配套管402上施加热量以允许套管402扩张一个足够的量以使套管402能够从刀夹具400上拆除。最后，在本体12上施加热量以允许孔12d扩张，由此使切削刀具14能够从刀夹具400上拆除。

现在参见图5，它示出了根据本发明的又另一个实施方案的一个冷缩装配刀夹具500。在这个实施方案中，刀夹具500包括一个第一冷缩装配套管502以及围绕第一冷缩装配套管504放置的一个第二冷缩装配套管502。如图5所示，第一冷缩装配套管502与具有一个基本上均匀厚度的冷缩装配套管202基本上相同并且在箭头506的方向上被组装到刀夹具500上。第二冷缩装配套管504在到该刀具本体的凸缘构件12b的远端具有一个更大的厚度，并且被组装在与箭头506相同的方向的箭头508的方向上。冷缩装配套管502、504的安装和拆卸基本上类似于如上所述的冷缩装配套管402、404的安装和拆卸。

以上给出的这些展示的实施方案的许多变体都在本发明的精神和范围之内。例如，刀夹具400、500的本体12可以包括与凸台12f相似的一个凸台，这样第二冷缩装配套管404、504的外表面与刀具本体12的外表面12g可以是连续的，如图2和图3中所示。此外，本领域中熟知的类型的一个定位螺钉可以被用来将套管牢固地固定在刀夹具上。

为了组装本发明的这些刀夹具，这个或这些冷缩装配套管是在分开的步骤进行冷缩装配的。首先，通过在该刀夹具组件上施加热量、将刀具插入套管中并且然后允许该组件冷却而将该刀具组装在刀夹具上。然后，在一个套管上施加热量并且然后将该套管围绕该刀夹具部分放置并且然后允许冷却以使该套管在该刀夹具上缩紧。使用实质上相同的步骤顺序可以加入多个附加的冷缩装配套管。

为了拆卸该刀具，首先拆卸最外面的这个或这些冷缩装配套管(在刀夹具组件的最外面的套管上施加热量，允许最外面的套管首先扩张并且被拆卸，应用相同的步骤顺序可以拆卸附加的多个套管)。随后，在刀夹具上再一次施加热量，并且然后拆卸刀具。与常规的冷缩装配刀夹具相比，这个过程提供了跨越整个壁厚度的应力的一种更好的分布、并且允许该刀夹具在刀具的柄上施加更大的压力。

应该指出，当使用具有楔形孔的套管时，可以实现的过盈配合的量取决于施加在这个或这些套管上的温度。套管扩张得越多，它就越多地落在该刀夹具的外楔形(或先前被收缩的套管)上。这仅对浅楔形角(它们是自锁的)起作用。其结果是，只要这些角度与内部件的配合表面相匹配，即无需顾虑该楔形的准确尺寸。然而，需要限制施加在该套管上的最高温度，这样该套管可以被正确地拆卸。

由于进入内部的部件的热量，拆卸套管(或刀具)所必需的温度通常要高于在冷缩装配该套管时使用的温度。在圆柱形的套管上，过盈是由设计和制造公差限定的，所以过盈不随温度而改变，但是可能要求更严格的公差。

本发明的冷缩装配套管可以应用于多种多样的不同刀夹具设计。例如，该冷缩装配套管可以被应用在一种Weldon型柄设计中，该设计被广泛地用在用于强烈操作条件的端铣刀中。然而，在一种Weldon型柄设计中，在Weldon设计中的台面的内拐角可以起到一个应力提升件(stress riser)的作用，这也许导致端铣刀柄的可能的裂缝或报废。此外，在Weldon台面的一侧上的这此尖锐点以及柄的外直径还可以造成中心孔或开口12d的刮痕和损伤。

为了缓解与使用一种Weldon型柄设计相关的这些以及其他的问题，在冷缩装配套管102(连同该冷缩装配套管的其他实施方案)的内表面104上可以提供一个浅的释放槽。这个浅释放槽防止了否则的话由该冷缩装配套管产生的令人希望的额外保持力作用在该Weldon台面上，由此解除了该Weldon台面中的应力。

在此提及的这些文件、专利和专利申请通过引用结合在此。

虽然已经联系某些特定的实施方案对本发明进行了确切的说明，但应该理解这是作为解说而并非作为限制，并且所附的权利要求的范围应当在现有技术所允许的条件下尽可能宽地进行解释。

Claims (24)

1.一种刀夹具，包括：

一个柄，该柄包括一个刀夹具部分以及用于容纳一个切削刀具的一个中心孔；以及

至少一个第一冷缩装配套管，该第一冷缩装配套管是围绕该柄的刀夹具部分放置的。

2.如权利要求1所述的刀夹具，其中当加热该第一冷缩装配套管时，该第一冷缩装配套管向外扩张，这样该冷缩装配套管可以围绕该柄的刀夹具部分进行配置，并且其中当冷却该冷缩装配套管时，该第一冷缩装配套管围绕该刀夹具部分向内收缩以通过冷缩装配将该切削刀具刚性地保持在该刀夹具之中。

3.如权利要求2所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管具有小于该柄的刀夹具部分的外直径的一个内直径。

4.如权利要求2所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管具有一个楔形的内表面并且该柄的刀夹具部分具有一个楔形的外表面。

5.如权利要求1所述的刀夹具，其中该刀夹具部分是一个冷缩装配的刀夹具部分。

6.如权利要求1所述的刀夹具，其中该刀具本体包括一个凸台，并且其中该第一冷缩装配套管被适配为在围绕该刀具本体放置时抵靠该刀具本体的凸台。

7.如权利要求1所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管的一个外表面与该刀具本体的一个外表面基本上是连续的。

8.如权利要求1所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管具有一个基本上均匀的厚度。

9.如权利要求1所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管具有一个变化的厚度。

10.如权利要求9所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管的厚度在该刀具本体的一个凸缘的远端是一个最大值。

11.如权利要求9所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管的厚度在该刀具本体的一个凸缘的远端是一个最小值。

12.如权利要求1所述的刀夹具，进一步包括被围绕该第一冷缩装配套管放置的一个第二冷缩装配套管。

13.如权利要求12所述的冷缩装配刀夹具，其中该第二冷缩装配套管具有一个基本上均匀的厚度。

14.如权利要求12所述的冷缩装配刀夹具，其中该第二冷缩装配套管具有一个变化的厚度。

15.一种刀夹具，包括：

一个柄，该柄包括一个刀夹具部分以及用于容纳一个切削刀具的一个中心孔；

一个第一冷缩装配套管，该第一冷缩装配套管是围绕该柄的刀夹具部分放置的；以及一个第二冷缩装配套管，该第二冷缩装配套管是围绕该第一冷缩装配套管放置的。

16.如权利要求15所述的刀夹具，其中该刀具本体包括一个凸台，并且其中该第一冷缩装配套管被适配为当围绕该刀具本体放置时抵靠该刀具本体的凸台。

17.如权利要求15所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管具有一个基本上均匀的厚度。

18.如权利要求15所述的刀夹具，其中该第一冷缩装配套管具有一个变化的厚度。

19.如权利要求18所述的冷缩装配刀夹具，其中该第一冷缩装配套管的厚度在到该刀具本体的一个凸缘的远端是一个最大值。

20.如权利要求18所述的冷缩装配刀夹具，其中该第一冷缩装配套管的厚度在到该刀具本体的一个凸缘的远端是一个最小值。

21.如权利要求15所述的冷缩装配刀夹具，其中该第二冷缩装配套管具有一个基本上均匀的厚度。

22.如权利要求15所述的冷缩装配刀夹具，其中该第二冷缩装配套管具有一个变化的厚度。

23.一种组装刀夹具的方法，该方法包括以下步骤：

将一个切削刀具插在一个刀夹具组件的一个刀夹具部分的一个柄之中；

对该刀夹具组件施加热量；

允许该刀夹具组件冷却；

对一个第一冷缩装配套管施加热量；

将该第一冷缩装配套管围绕该刀夹具部分放置；

并且

允许该第一冷缩装配套管冷却。

24.如权利要求23所述的方法，进一步包括以下步骤：

对一个第二冷缩装配套管施加热量；

将该第二冷缩装配套管围绕该第一冷缩装配套管放置；并且

允许该第二冷缩装配套管冷却。

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