CN101992308B - 刀具夹紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种刀具夹紧装置，主要是于主轴轴孔内设拉杆，再于拉杆内设弹簧组及施力杆，以使弹簧组座落于拉杆及施力杆之间，依此，当退刀时，受压缩的弹簧组不会直接顶撑压迫于主轴轴孔，而造成包覆于主轴外轴承的损伤，再者，利用高放大倍率的倍力机构设计，以利于以最少数量及最小直径的弹簧组进行刀具的夹紧，进而使主轴的轴径缩减，以降低主轴转动时的离心力，避免主轴动作时发生抖动，出现加工面不准确的情况，同时在主轴轴径及长度缩减下，更利于主轴高速作动。

Description

刀具夹紧装置

技术领域

本发明有关于一种夹紧装置，尤指一种能够避免弹簧组顶撑压迫于主轴轴孔而造成包覆主轴外轴承损伤，并且能够避免主轴作动时发生抖动而导致加工面不准确的刀具夹紧装置。

背景技术

一般加工机〔如：铣床〕的主轴是利用一穿套于主轴的拉杆连接一夹爪，再由该夹爪夹持刀筒，以带动刀筒组装的刀具高速旋转，对工件进行切削加工作业。

而刀具对工件进行切削作业时，为防止刀筒自夹爪脱离，一般会于主轴套设弹簧组〔为压缩弹簧或者盘形弹簧〕，以借由该弹簧组的弹力抵撑，迫紧夹爪将刀筒牢固夹掣。

请参阅美国公告第6238152号所示，为现有的一种刀具夹紧装置，由其图示中可清楚看到其弹簧组是直接座落于主轴的轴孔内，而抵撑于主轴的轴孔内壁，依此，当退刀时，受到压缩的弹簧组顶撑压迫主轴，导致主轴磨损及变形，进而使包覆于主轴外的轴承受到压迫而损坏，此为其缺陷一；

再者，该美国公告第6238152号的刀具夹紧装置，于退刀时，必须使退刀装置对其施力杆施以大于其弹簧组产生的作用力，并持续施力至刀具退出为止(如图10所示)，除此之外，其进、退刀行程极长，导致进、退刀及更换刀具的时间也相对增加，而造成制程时间不当损耗的情形，为其缺陷二。

另请参阅美国公告第5662442号所示的刀具夹紧装置，亦有弹簧组直接座落于主轴轴孔，而于退刀时，弹簧组顶撑压迫主轴，导致主轴磨损变形，进而使包覆主轴外的轴承受到压迫而损坏的缺失；

此外，该美国公告第5662442号的刀具夹紧装置，为提高对刀具的夹紧力，而采用大直径的弹簧组，如此一来，相对也须增大主轴的直径，在主轴轴径增大后，即造成主轴转动时离心力提高，主轴作动时发生抖动的现象，进而导致主轴夹持的刀具于加工时精度降低的情况，并且在此离心力大、主轴作动振动高的情形下，亦有不利主轴高速作动的弊失。

所以，本发明人有鉴于上述刀具夹紧装置有主轴与轴承易生损坏，加工不准确，及换刀时间长等诸多缺失，针对该刀具夹紧装置进行研发改良，以期发挥其更高的实用效益性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种刀具夹紧装置，其可有效避免弹簧组顶撑压迫主轴轴孔而造成包覆主轴外轴承损伤，以及可降低主轴转动离心力，使主轴作动平稳，加工面精准。

本发明的技术解决方案是：

一种刀具夹紧装置，其中，该刀具夹紧装置包含：

一主轴，设一轴孔，于轴孔一端形成夹爪作用段，该夹爪作用段凸设有一抵部，该夹爪作用段延伸而下形成呈锥形的刀筒夹持段；

一拉杆，设于主轴的轴孔中，该拉杆一端组设有夹爪，夹爪组设处设有弹性件，该夹爪外侧凸设有突部，以与主轴的夹爪作用段凸设的抵部对应抵设，拉杆穿设一容孔，该容孔形成有阶梯缘，容孔壁形成导槽，导槽之后设有珠孔，以供滚珠容设于内；

一施力杆，设置于拉杆的容孔中，施力杆上设有阶梯部，以供套设于施力杆的弹簧组组设于施力杆的阶梯部及容孔的阶梯缘间，施力杆位于阶梯部后方组设一导块，以对应穿设于容孔壁形成的导槽中，施力杆上设有珠座，以供滚珠的设置，施力杆于珠座后形成有一活塞盘；

一倍力机构，包含设于施力杆的珠座，及于珠座前缘成形的斜槽，和设于珠座内的滚珠，另设有一组立座，以与施力杆成形的活塞盘相组设，该组立座上形成一组立孔，该组立孔穿设拉杆，组立孔相对滚珠设置处形成有珠槽，以与施力杆形成的珠座将滚珠包覆定位，又于该珠槽前缘形成一斜部，于组立座二侧分设有第一通道及第二通道；

一动力源，包含有一与组立座相组设的打刀缸，打刀缸上成形有与组立座的第一通道相通的导通道。

本发明的一种刀具夹紧装置，其中，包含：

一主轴，于轴孔一端形成夹爪作用段，该夹爪作用段凸设有一抵部，该夹爪作用段延伸形成呈锥形的刀筒夹持段，轴孔位于夹爪作用段之后设有导块，该轴孔位于导块后方设有珠槽，该珠槽前缘形成一斜部，珠槽之后阶梯形成有容槽，主轴后端与动力源的动力源主体相组设，动力源主体上形成有通道；

一拉杆，设于主轴的轴孔中，该拉杆一端组设有夹爪，夹爪组设处设有弹性件，该夹爪外侧凸设有突部，与主轴的夹爪作用段凸设的抵部对应抵设，拉杆前侧形成导槽，与导块相组设，拉杆穿设一容孔，容孔壁设有珠孔，以供滚珠容设于内；

一施力杆，设置于拉杆的容孔中，施力杆上设有珠座，以供滚珠的设置，珠座前缘形成有倾斜的斜部，施力杆设有阶梯部，以供弹簧组套设于施力杆上，弹簧组两端分别抵设于施力杆的阶梯部与拉杆后端，弹簧组容置于主轴形成的容槽中，施力杆后端形成有活塞盘。

本发明还提出另一种刀具夹紧装置，包含主轴、拉杆、施力杆、倍力机构及动力源；其中：

该主轴，设一轴孔，并于轴孔一端成形夹爪作用段，且使该夹爪作用段凸设有一抵部，再由此夹爪作用段延伸形成呈锥形的刀筒夹持段；

该拉杆，设于主轴的轴孔中，于一端组设有夹爪，且于夹爪组设处设有弹性件，于此夹爪外侧凸设有突部，以与主轴的夹爪作用段凸设的抵部对应抵设，再于拉杆穿设一容孔，且于该容孔形成有阶梯缘，复于容孔壁形成导槽，再于导槽之后设有容设滚珠的珠孔；

该施力杆，设置于拉杆的容孔中，于施力杆上设有阶梯部，以供套设于施力杆的弹簧组组设于施力杆的阶梯部及容孔的阶梯缘间，又使施力杆位于阶梯部后方组设一导块，以对应穿设于容孔壁形成的导槽中，于施力杆上设有设置滚珠的珠座，施力杆于珠座后成形一活塞盘；

该倍力机构，包含设于施力杆的珠座，及珠座前缘成形的斜槽，和设于珠座内的滚珠，另设有一组立座，与施力杆成形的活塞盘相组设，于此组立座上形成一组立孔，该组立孔穿设拉杆，组立孔相对滚珠设置处形成有珠槽，与施力杆形成的珠座将滚珠包覆定位，又于该珠槽前缘形成一斜部，于组立座二侧分设有第一通道及第二通道；

该动力源，包含有一与组立座相组设的打刀缸，并于打刀缸上成形有与组立座的第一通道相通的导通道。

据此，当退刀时，受压缩的弹簧组不会直接顶撑压迫于主轴轴孔，而造成包覆于主轴外轴承的损伤，再者，利用高放大倍率的倍力机构设计，以利于以最少数量及最小直径的弹簧组进行刀具的夹紧，并进而使主轴的轴径缩减，以降低主轴转动时的离心力，避免主轴作动时发生抖动，导致加工面不准确的情况，同时在主轴轴径及长度缩减下，更利于主轴高速运转。

经由以上的实施说明，可知本发明具有数多优点，如：

1.本发明于主轴轴孔内设拉杆，并于拉杆内设弹簧组及施力杆，以使弹簧组座落于拉杆及施力杆间，依此，当退刀时，受压缩的弹簧组不会直接顶撑压迫于主轴轴孔，而造成包覆于主轴外轴承的损伤的情形。

2.本发明利用高放大倍率的倍力机构设计，以利于以最少数量及最小直径的弹簧组进行刀具的夹紧，并进而使主轴的轴径缩减，以降低主轴转动时的离心力，避免主轴作动时发生抖动，导致加工面不准确的情况。

3.本发明借由高放大倍率的倍力机构设计，以利于以最少数量及最小直径的弹簧组进行刀具的夹紧，同时使主轴轴径及长度也相对可以缩减，在主轴轴径及长度缩减下，更利于主轴的高速运转作动。

4.本发明于刀具夹持状态时，倍力机构的滚珠会良好抱持于珠座的斜槽及珠槽的斜部之间，因此，动力源不须持续保持施力，便可将刀具牢固夹持，而达到节省动力能源的效益。

5.本发明于退换刀的时，只需对施力杆施以轻力，即可解除倍力状态，并于解除倍力状态的同时使刀具退出，如此结构，不仅可简化换刀的动作，同时可提高换刀速度，缩短换刀时间。

附图说明

图1为本发明的立体分解图；

图2为本发明的剖视图(刀具拉紧)；

图3为本发明的局部放大剖视图(未动作)；

图4为本发明的局部放大剖视图(刀具拉紧)；

图5为本发明的局部放大剖视图(刀具推出)；

图6为本发明的剖视图(刀具推出)；

图7为本发明的另一实施例剖视图(刀具拉紧)；

图8为本发明的另一实施例剖视图(刀具推出)；

图9为本发明的刀具推出施力图；

图10现有的刀具推出施力图。

主要组件标号说明：

1：主轴     11：轴孔          12：夹爪作用段

121：抵部   13：刀筒夹持段    2：拉杆

21：夹爪    211：突部         22：弹性件

23：容孔    24：阶梯缘        25：导槽

26：珠孔    3：施力杆         30：弹簧组

31：阶梯部        32：导块       33：珠座

331：斜槽         34：活塞盘     4：倍力机构

41：滚珠          42：组立座     43：组立孔

44：珠槽          441：斜部      45：第一通道

46：第二通道      5：动力源      51：打刀缸

52：导通道        6：刀筒        7：主轴

71：轴孔          72：夹爪作用段 721：抵部

73：刀筒夹持段    74：导块       75：珠槽

751：斜部         76：容槽       77：动力源主体

78：通道          8：拉杆        81：夹爪

811：突部         82：弹性件     83：导槽

84：容孔          85：珠孔       86：滚珠

9：施力杆         91：珠座       911：斜部

92：阶梯部        93：弹簧组     94：活塞盘

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

首先，请参阅图1、图2所示，为本发明的刀具夹紧装置，主要包含主轴〔spindle〕1、拉杆〔drawbar〕2、施力杆〔push bar〕3、倍力机构〔power intensifier〕4及动力源5；其中：

该主轴〔spindle〕1，设有一轴孔11，并于轴孔11一端形成夹爪作用段12，且使该夹爪作用段12凸设有一抵部121，再由此夹爪作用段12延伸形成呈锥形的刀筒夹持段13。

该拉杆〔drawbar〕2，设于主轴1的轴孔11中，并于一端组设有夹爪21，且于夹爪21组设处设有弹性件22，而于此夹爪21外侧凸设有突部211，以与主轴1的夹爪作用段12凸设的抵部121对应抵设，再于拉杆2穿设一容孔23，且于该容孔23形成有阶梯缘24，于容孔23壁形成导槽25，再于导槽25之后设有珠孔26，以供滚珠41容设于内。

该施力杆〔push bar〕3，设置于拉杆2的容孔23中，再于施力杆3上设有阶梯部31，以供套设于施力杆3的弹簧组30〔spring stack，该弹簧组30为盘形弹簧〕组设于施力杆3的阶梯部31及容孔23的阶梯缘24间，又使施力杆3位于阶梯部31后方组设一导块32，对应穿设于容孔23壁形成的导槽25中，再于施力杆3上设有珠座33，供滚珠41设置，再使施力杆3于珠座33之后成形一活塞盘34。

该倍力机构〔power intensifier〕4，请一并参阅图3所示，包含设于施力杆3上的珠座33，以及于珠座33前缘成形有倾斜的斜槽331，和设于珠座33内的滚珠41，又设有一组立座42，与施力杆3成形的活塞盘34相组设，于此组立座42上形成一组立孔43，供拉杆2穿设，组立孔43相对滚珠41设置处形成有珠槽44，与施力杆3形成的珠座33将滚珠41包覆定位，又于该珠槽44前缘形成一斜部441，于组立座42二侧分设有第一通道45及第二通道46。

而该珠座33前缘斜槽331倾斜角的计算式如下所示：

假设弹簧组30产生的力为1800牛顿，另拉刀夹紧力设定为7840牛顿，故放大倍率为7840/1800＝4.35；

又，放大倍率＝1+(tanβ/tanα)，其中：

放大倍率为4.35；

β为珠槽44其斜部441的倾斜角度，设为45°；

α为珠座33的斜槽331的倾斜角度；

4.35＝1+(tan45°/tanα)，得出α＝16.6°，取整数α＝16°，以此为珠座33其斜槽331的倾斜角度。

该动力源5，为气压缸或油压缸，包含有一与组立座42相组设的打刀缸51，并于打刀缸51上成形有与组立座42的第一通道45相通的导通道52。

据此，请一并参阅图2、图5所示，当欲使夹爪21夹掣已预先组接于刀筒6的刀具时，使动力源5(本发明以气压缸为主要实施例)动作，由组立座42的第二通道46输入气体，将施力杆3往前推动，而于施力杆3往前移动时，滚珠41随着施力杆3的移动，而滑落至施力杆3的珠座33内，于此同时，再将拉杆2往前推移，使组设于拉杆2前端的夹爪21位移至刀筒夹持段13处，而此时，夹爪21呈张开状态，以预供夹设刀筒6。

接着，请一并参阅图4所示，停止由动力源5(气压缸)输入气体，同时，残留于组立座42内的气体由组立座42的第二通道46经打刀缸51的导通道52完全排出，这时候，施力杆3受压缩的弹簧组30反向顶推，随着施力杆3往后推移，落于珠座33的滚珠41，由珠座33逐渐滑出，滑动至施力杆3斜槽331后，由珠槽44的斜部441抱持定位，并产生一径向抵撑力，将施力杆3牢固锁掣，依此动作，即使呈压缩状态的弹簧组30对拉杆2的单向推力增加数倍，进而使组设于拉杆2前端的夹爪21也提高数倍对刀筒6的夹紧力，而将刀筒6作牢固夹掣(此时，夹爪21的突部211与主轴1其夹爪作用段12凸设的抵部121形成稳固抵靠)。

再者，请一并参阅图5、图6所示，当欲松开对刀筒6的夹掣时，再启动动力源5，使动力源5由组立座42的第一通道45经打刀缸51的导通道52输入高压气体，而将施力杆3进一步往前推移，此时，请一并参阅图9所示，该高压气体对施力杆3的作用力只须略大于弹簧组30本身的产生力(为1800牛顿)，即可作动施力杆3往前推移，而使定位于施力杆3斜槽331内的滚珠41随着施力杆3的动作滑移至施力杆3珠座33内，这时候，落入珠座33内的滚珠41对施力杆3的径向锁掣力即消除。如图9的斜率表示图所示，对施力杆3的推力到达上升斜率的一定点(此定点为略大于弹簧组30产生力的推力)后，随即陡降而下(为解锁状态)，而趋于平缓，此时，即可以保持轻力推动拉杆2位移，使夹爪21脱开对刀筒的夹掣状态。

依此，以在退刀之初即解除弹簧组30对拉杆2的倍力夹紧状态，以使拉杆2得以在以气压缸为动力源5的轻力输出下便利地往前推移，进而使组设于拉杆2前端的夹爪21推离主轴1的夹爪作用段12，以使夹爪21的突部211由与夹爪作用段12的抵部121相互抵触的状态脱开，这时候，夹爪21受到组设处的弹性件22的弹力恢复，而脱开对刀筒6的夹掣，达到退刀的效果，停止动力源5输入高压气体，此时，高压气体由第二通道46完全排出于外。

另请参阅本发明的另一实施例，请参阅图7及图8所示，使主轴7设一轴孔71，并于轴孔71一端形成夹爪作用段72，且使该夹爪作用段72凸设有一抵部721，再由此夹爪作用段72延伸形成呈锥形的刀筒夹持段73，又于轴孔71位于夹爪作用段72之后设有导块74，且使轴孔71位于导块74后方设有珠槽75，而于该珠槽75前缘形成一斜部751，再于珠槽75之后阶梯形成有容槽76，并使主轴7后端与动力源主体77相组设〔该动力源为气压缸或油压缸〕，且使动力源主体77位于施力杆9的活塞盘94前、后侧各形成有通道78，以供高压气体及液压油流入。

该拉杆8，设于主轴7的轴孔7中，并于一端组设有夹爪81，且于夹爪81组设处设有弹性件82，而于此夹爪81外侧凸设有突部811，以与主轴7的夹爪作用段72凸设的抵部721对应抵设，再于拉杆8前侧形成导槽83，以与导块74相组设，拉杆8穿设一容孔84，且于容孔84壁设有珠孔85，以供滚珠86容设于内。

该施力杆9，设置于拉杆8的容孔84中，再于施力杆9上设有珠座91，以供滚珠86的设置，且于珠座91前缘成形有倾斜的斜部911，又于施力杆9设有阶梯部92，以供弹簧组93〔该弹簧组93为盘形弹簧〕套设于施力杆9上，而使弹簧组93二端分别抵设于施力杆9的阶梯部92与拉杆8后端，并使弹簧组93容置于主轴7形成的容槽76中，于施力杆9后端组设有活塞盘94。

据此结构，藉由启动动力源主体77，即可驱动施力杆9动作，进而连动拉杆8，以带动夹爪81对刀筒进行夹、放的动作，并利用弹簧组93及施力杆9上珠座91，配合滚珠86等组件构成的倍力结构设置，而达到如同上实施例所述轻力解除对刀筒的夹掣，以及稳固夹持刀筒的效果，再者，通过本发明的此实施例，更可使主轴7整体长度得以大幅缩短，而达到方便主轴7穿入加工件内孔进行加工，不致产生加工干涉现象。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在部脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种刀具夹紧装置，其特征在于，该刀具夹紧装置包含：

一主轴，设有一轴孔，该轴孔一端形成夹爪作用段，该夹爪作用段凸设有一抵部，且该夹爪作用段延伸而下形成呈锥形的刀筒夹持段；

一拉杆，设于主轴的轴孔中，该拉杆一端组设有夹爪，夹爪组设处设有弹性件，该夹爪外侧凸设有突部，以与主轴的夹爪作用段凸设的抵部对应抵设，拉杆穿设一容孔，该容孔形成有阶梯缘，容孔壁形成有导槽，导槽之后设有珠孔，以供滚珠容设于内；

一施力杆，设置于拉杆的容孔中，施力杆上设有阶梯部，以供套设于施力杆的弹簧组组设于施力杆的阶梯部及容孔的阶梯缘间，施力杆的阶梯部后方组设一导块，以对应穿设于容孔壁形成的导槽中，施力杆上设有珠座，以供滚珠的设置，且施力杆的珠座后成形有一活塞盘；

一倍力机构，包含设于施力杆的珠座，及于珠座前缘成形的斜槽，和设于珠座内的滚珠，另设有一组立座，以与施力杆成形的活塞盘相组设，该组立座上形成一组立孔，该组立孔穿设拉杆，组立孔相对滚珠设置处形成有珠槽，以与施力杆形成的珠座将滚珠包覆定位，且该珠槽前缘形成一斜部，该组立座二侧分设有第一通道及第二通道；

一动力源，包含有一与组立座相组设的打刀缸，打刀缸上成形有与组立座的第一通道相通的导通道。

2.根据权利要求1所述刀具夹紧装置，其特征在于，该动力源为气压缸。

3.根据权利要求1所述刀具夹紧装置，其特征在于，该动力源为油压缸。

4.一种刀具夹紧装置，其特征在于，包含：

一主轴，于轴孔一端形成夹爪作用段，该夹爪作用段凸设有一抵部，该夹爪作用段延伸形成呈锥形的刀筒夹持段，轴孔位于夹爪作用段之后设有导块，该轴孔位于导块后方设有珠槽，该珠槽前缘形成一斜部，珠槽之后阶梯形成有容槽，主轴后端与动力源的动力源主体相组设，动力源主体上形成有通道；

一拉杆，设于主轴的轴孔中，该拉杆一端组设有夹爪，夹爪组设处设有弹性件，该夹爪外侧凸设有突部，以与主轴的夹爪作用段凸设的抵部对应抵设，拉杆前侧形成导槽，以与导块相组设，拉杆穿设一容孔，容孔壁设有珠孔，以供滚珠容设于内；

一施力杆，设置于拉杆的容孔中，施力杆上设有珠座，以供滚珠的设置，珠座前缘形成有倾斜的斜部，施力杆设有阶梯部，以供弹簧组套设于施力杆上，弹簧组两端分别抵设于施力杆的阶梯部与拉杆后端，弹簧组容置于主轴形成的容槽中，施力杆后端形成有活塞盘。

5.根据权利要求4所述刀具夹紧装置，其特征在于，该动力源为气压缸。

6.根据权利要求4所述刀具夹紧装置，其特征在于，该动力源为油压缸。

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