CN102049540A - 刀架组件 - Google Patents

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Abstract

一种刀架组件，包括适于紧固到机床的刀架元件，和用于夹持及支承镶刀的镶刀支架/夹持器。支架/夹持器元件包括多个锯齿，这些锯齿可与在刀架上互补形成的锯齿相接合，从而利用可拆卸的紧固件实现紧密适配接合。该支架/夹持器包括可朝向以及远离支承基座弹性地移动的夹持臂，以及被连接到连接臂的适于接收来自螺纹夹紧螺栓的夹持力的夹紧块。夹紧螺栓限定了位于第一平面中的力施加表面，而夹紧块限定了位于第二平面中的力接收表面，第一和第二平面相对于彼此位于偏斜的角度上。夹紧块包括可与刀架上的台阶相接合的边缘部分，该台阶与夹持臂间隔开。偏斜的平面以及夹紧块与阶形部分的接合增大了对于夹紧螺栓进行的给定调节由夹持臂施加到镶刀的力，并阻止镶刀发生翻转。

Description

刀架组件
本申请是申请号为200780006932.5、申请日为2007年02月28日、名称为“刀架组件”的中国发明申请的分案申请。
技术领域
本发明总体涉及金属切削装置和方法，且特别涉及一种刀架(tool holder)组件，该刀架组件用于将镶刀(cutting insert)支承并夹持在机床内的机加工位置中。
背景技术
带有可替换构件的切削及开槽系统在现有技术中是公知的，并常用在车床及其它车削装置上。可替换构件的使用通过替换成本较低的支承及夹持元件而不是替换全部的刀架，从而降低了开槽或切削系统的总成本。某些现有系统能够单独替换支承元件或夹持元件。其它系统出于简化存货清单的目的，将这两种构件结合成了一种元件。
一般而言，这些现有的系统虽然更为经济，但由于每个构件必须单独固定至刀架且与刀架相匹配并以最佳方式支承且夹持镶刀，因此与它们的一体式柄等效结构比起来，性能受到了损失。对于具有较小柄高度的系统尤其是这样的，在这种系统中，有效支承构件的能力随着整个刀架高度的减小而大幅降低。
一种现有的使可替换的构件与刀架相匹配的方法是利用在刀架和构件的两个邻接表面上分别设置的锯齿。当与具有“可替换头”的内机加工刀架结合使用时，这种方法已经被证实是令人满意的。具有专有柄结构的刀架也被证实是有用的，这种专有柄结构的特征是多个不同的执行多种金属切削功能的“头”。以锯齿形匹配表面为特点的现有构件型切削及开槽系统是上述内机加工刀架的适配方案，这种系统是庞大的，且难以在具有转架的机床上使用，该转架接纳具有较小柄高度的刀具。出于构件定位的目的，它们还需要一种圆柱体形的定心元件，这增加了系统的成本及复杂性。
发明内容
本发明提供了一种新型改进的刀架组件，该组件能够相对于旋转工件将镶刀支承且夹持在操作机加工位置中。
本发明的一个目的是，提供一种构件型镶刀支承/夹持系统，其性能尽可能地接近一体式系统，同时仍能够获得构件型系统的成本效益。
根据本发明，公开了一种支架/夹持器，它用于将镶刀夹持并支承在机床内部的操作位置中。该支架/夹持器包括能够朝向以及远离支承基座弹性地移动的夹持臂。用于接收夹持力的结构被连接到该夹持臂上，并适于接收螺纹夹持元件所施加的夹持力。
根据一个特征，该夹持元件限定了位于第一平面中的力施加表面。该夹持力接收结构限定了位于第二平面中的力接收表面。第二平面优选地相对于第一平面以偏斜的角度定位，以使得该夹持元件的力施加表面只有一部分最初与力接收表面接合。由于这种结构，在夹持元件施加到夹持力接收结构上的力矢量与夹持臂之间限定了力矩臂，该力矩臂比夹持臂与夹持元件的轴线之间的距离短。由于这种结构，增大了夹持臂施加到被支架/夹持器所保持的镶刀上的力。
根据本发明的另一个特征，夹持力接收结构包括可由与夹持臂间隔开的支座接合的区域。由于这种结构，对于夹持元件进行的给定调整，夹持臂施加到被支架/夹持器元件所保持的镶刀上的力增大。
在阶形结构中利用锯齿状配合表面而不利用圆柱体形元件的一种较简单的系统成本较低，且由于沿着锯齿状表面在刀架和配合构件之间增大了接触面积，因此，与现有系统相比，该系统传递了更大的支承。通过在刀架和构件配合处提供较大的接触面积，该锯齿状结构还使这种设计可更有效地在短柄夹持器上进行工作。所公开的系统还优选地使夹持力定向，以便降低在夹持镶刀的过程中可能会出现的过大的翻转力矩。
本发明提出通过多种装置来解决这些问题。所公开的镶刀支架/夹持器为开槽或切削镶刀提供了支承和夹持。该刀支架/夹持器的特征是，在支承部分的断面高度中存在台阶，这使锯齿状配合表面的面积最大化。紧固孔同样是阶梯状的，以维持构件的强度和完整性。构件的减少的断面高度部分与它可能安装于其中的最小刀架系统的高度相等。
所关注的夹持力的方向通过多个特征的结合来实现。其一是镶刀架的夹持力接收表面的结构。它相对于夹紧螺栓的力施加表面在两个方向上倾斜。由于所公开的斜度，夹紧螺栓优选地接触夹持表面上的更接近夹持爪的区域。这导致夹持力以受控的方式被定向，例如沿着镶刀夹持器的质心。
夹持表面和夹紧螺栓力施加表面之间的成角度平面性的主要目的是，在支承部分的断面高度中存在台阶，这使锯齿状配合表面的面积最大化。紧固孔同样是阶梯状的，以维持构件的强度和完整性。构件的减少的断面高度部分与它可能安装于其中的最小刀架系统的高度相等。
所关注的夹持力的方向通过多个特征的结合来实现。其一是镶刀架的夹持力接收表面的结构。它相对于夹紧螺栓的力施加表面在两个方向上倾斜。由于所公开的斜度，夹紧螺栓优选地接触夹持表面上的更接近夹持爪的区域。这导致夹持力以受控的方式被定向，例如沿着镶刀夹持器的质心。
夹持表面和夹紧螺栓力施加表面之间的成角度平面性的主要目的是，确保它只在一个平面中移动接合镶刀的夹持元件或爪的部分。由于这样定向的夹持力，夹持作用将使得夹持部分的本体不会易于翻转，而将会在镶刀上施加大致垂直的力。第二，夹持部分将利用比在当前现有工具中更宽的部分，该更宽的部分对抗在切削和开槽应用中通常遇到的翻转力矩。夹持区域利用了外部定位垫，从而在紧固件拧紧的过程中，防止夹持部分发生翻转。这确保了不会引入额外的会增加整个构件的翻转的力分量。最后，利用了第二夹持区垫，该垫在夹持器夹紧的最后阶段过程中与刀架相接触。这进一步确保在贯穿全部夹持过程的过程中防止夹持区域出现翻转。
通过阅读下面结合附图进行的详细说明，将获得本发明的其它特征，以及对于本发明的更充分的理解。
附图说明
图1是根据本发明的优选实施例所构造的刀架组件的立体图；
图2是图1所示刀架组件的分解图；
图3是从图2所示位置旋转90度得到的刀架组件的另一分解图；
图4是该刀架组件的侧视图；
图5是该刀架组件的局部侧视图；
图6是从图4中的线6-6所示平面看到的该刀架组件的端面图；
图7是刀架组件的俯视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个优选实施例所构造的刀架组件10的整体结构。该刀架组件10用于将镶刀12相对于工件(未示出)支承在机加工位置中。该刀架组件包括被适当安装或连接到机床上的杆形刀架10a。典型地，该刀架10a被紧固到构成机床部分的转架的“凹穴”中。这使刀架组件10进而使连带的镶刀12移动到不同的位置上，以便在旋转工件例如杆或管坯(未示出)上执行切削操作。
根据本发明，总体标以附图标记10b的镶刀支架/夹持器通过一对内螺栓(socket bolt)16可拆卸地紧固到刀架10a上。同样参照图2和3，镶刀支架/夹持器10b为片型，并包括侧向延伸的片状基座20，该基座20从支架/夹持器10b的安装部分22侧向延伸。在优选实施例中，基片20限定有V形槽24，该V形槽24适于接收限定在镶刀12底部的V形表面12a。
镶刀支架/夹持器10b还限定了可弹性地移动的上部爪或夹持臂26，该上部爪或夹持臂26相对于支承基座20位于与其对准以及相面对的位置上。间隙g(最佳示于图4中)限定在上部爪26和支承片20之间，并且其尺寸和构造适于用来接收镶刀12。优选地，上部爪包括呈倒V形凹槽28形式的夹持表面，该表面适于与限定在镶刀12的上部12b上的倒V形表面互补地接合。此处应该注意到，支承片20和夹爪26可具有V形表面或倒V形凹槽，而根据爪26上的夹持表面28的结构，镶刀包括互补地形成的V形凹槽或倒V形表面。第D502,473号美国外观设计专利描述了一种带有表面的镶刀，这些表面被构造成被支承片夹持表面24及爪夹持表面28所夹持，该专利在此引入作为参考。
在所示的实施例中，镶刀支架/夹持器10b还限定了邻近的平坦邻接表面30、32，其中一个表面可与由镶刀12所限定的端面12c接合。这些平面30、32的结构以及这些表面与镶刀的接合更全面地描述在于2004年4月29日公开的WO 2004/0352557 A2号国际公开文本中，该文本的内容在此引入作为参考。所示的邻接表面30、32，及在这些表面与镶刀12之间形成接合所借助的装置并不构成本发明的一部分。
同样参照图4，支承片20及夹持臂或爪26由一块材料整体形成。如最佳在图4中所示，槽36被限定在镶刀支架/夹持器10b中，它在一端通向间隙g，并止于孔38。这种结构限定了弹性铰链状区域40，该区域将夹持臂26与镶刀支架/夹持器10b的安装部分22互连。所公开的结构使夹持臂26能够朝向以及远离基片20弹性地移动。
夹持力通过螺纹紧固件50施加到位于间隙中的镶刀12上，该螺纹紧固件50可以是凹头螺栓，它穿过整体形成于镶刀支架/夹持器10b中的力接收块状元件52延伸。如最佳在图6中所示，块52位置邻近上部夹持臂或爪26，并部分限定了槽36。块52的位于槽36上方并标以附图标记52a的部分与上部夹持臂26整体成形，并随着上部夹持臂26移动。出于解释的目的，可被称为夹紧螺栓的螺纹夹持紧固件50延伸通过形成在块52中的孔56，并被限定在刀架10a中的螺纹孔58(最佳示于图2和3)以螺纹接收。如最佳在图5中所示，随着夹紧螺栓50下降，它接触到倾斜的夹持表面60。夹紧螺栓50的进一步旋转向下推动夹紧块52，由于它与上部夹持臂26是整体形成的，因此它同时在夹持臂中产生向下的移动。当镶刀12安装在间隙g中时，夹紧螺栓50施加在夹紧块52上的夹持力被传送到夹持臂26上，并产生施加在镶刀12上的夹持力，由此将镶刀夹持在上部爪26和基座20之间。根据本发明的一个特征，块夹持表面60的平面60a相对于夹紧螺栓50的下表面62所位于的平面50a在两个方向上略有倾斜。换句话说，夹紧螺栓50的下表面62并不平行于夹紧块52的夹持表面60。这些表面60，62之间的角在图5中标以角度“a”，在图6中标以角度“b”。在优选实施例中，这些角度优选地为2度左右。由于这种结构，夹紧螺栓50的头50a所施加的夹持力首先施加在夹持表面的偏离夹紧螺栓50的中心线的区域中。
参照图6和7，最初接触倾斜夹持表面60的夹紧螺栓50的下表面62的段或部分70a在图7中以弧70表示。在优选实施例中，该弧约为50°。当拧紧夹紧螺栓50时，弧70所标示的螺栓头50a的下表面62的一部分首先接触夹持表面60，并施加偏离夹紧螺栓50的中心线的夹持力。夹紧螺栓50所施加的力的位置在图6中以力箭头71标示。力矢量71在其本身与上部爪/夹持臂26的中心面之间限定了力矩臂MA。注意，该力矩臂MA比夹持表面60平行于夹紧螺栓50的下表面62时将形成的力矩臂短，即该力矩臂将在夹紧螺栓50的中心线和夹持臂26的中心面之间延伸。该力矩臂MA的缩短减小了镶刀12在镶刀支架/夹持器10b内纵向扭转或“翻转”的倾向。
根据该特征的另一方面，刀架10a包括阶形面，这进一步减小了“翻转”的倾向。特别参照图2，3，6和7，刀架10a限定了第一凹进面76和邻近的高出的阶形面78。特别参照图7，随着夹紧块52由于夹紧螺栓50的下降而向下移动，底缘52c的一部分与高出的阶形面78邻接地接合。位于阶形面78和夹紧块52的底缘52c之间的接触区域标以附图标记79。如图6所示，这在底缘52c的其它部分与凹进面76之间产生间隙81。在阶形面78和底缘部分79最初接触后，夹紧螺栓50的进一步拧紧进一步有助于改变夹紧螺栓50所施加力的位置，以使该力更靠近夹持臂26。这种力位置的改变进一步降低了保持在支承基座20和夹持臂26之间的镶刀出现扭转或“翻转”的机率。所公开的结构使得由夹紧螺栓50施加的夹持力向右移动(如图5中所看到的那样)，并如图6所看到的那样相对于夹紧螺栓50的轴线向右移动。可以相信，如以上详细描述的那样移动力矢量将缩短力矩臂MA的长度，并由此降低镶刀12在镶刀支架/夹持器10b内部的纵向扭转或“翻转”。
再次参照图2和3，示出了本发明的另一个特征。根据该特征，镶刀支架/夹持器10b是可独立于刀架10a而进行替换的。在多种现有技术所述的结构中，该刀架具有整体式结构。如果在刀架的安装镶刀的部分发生损坏，就必须更换整个刀架。在所示实施例中，只有损坏的部分需要进行更换。
为了实现这种特征，在图2中总体标以附图标记80的多个锯齿或棱/沟槽形成在刀架10a的侧面上。在图3中总体标以附图标记82的多个互补形成的锯齿或棱/沟槽形成在镶刀支架/夹持器10b的安装部分22的侧面上。构成锯齿80，82的各个表面元件及其接合最佳示于图6中，并标以附图标记80a，82a。
锯齿80，82被构造成以紧密适配的方式彼此互接，以便当紧固安装螺栓16时，镶刀架10b被刚性紧固到刀架10a上。在所示实施例中，夹紧螺栓16延伸穿过形成在刀架支架10a中的孔90，并与形成在镶刀支架/夹持器10b中的螺纹孔92螺纹连接(参见图2和3)。此处应该注意，刀架10a和镶刀支架/夹持器10b上的锯齿80，82可被诸如脊、平行沟槽及槽沟等其它结构所替代，这些结构可相互接合以便在刀架10a和镶刀支架/夹持器10b之间限定紧密适配关系。
应该注意到，本发明适用于其它类型的刀架结构以及镶刀支架/夹持器。例如，本发明考虑到了圆柱形的刀架。带有内弯或外弯曲形爪和/或曲形基片的镶刀支架/夹持器同样可以使用本发明。
尽管已经在一定程度的特殊性上对本发明做出了描述，但应该明白，在不背离下面所要求的本发明的精神或范围的情况下，本领域技术人员可作出多种改变。

Claims (10)

1.一种刀架组件，包括：
a)刀架元件，其适于被紧固到机床上；
b)镶刀支架/夹持器，用于将镶刀夹持并支承在所述机床内的操作位置；
c)所述支架/夹持器元件可拆卸地紧固到所述刀架元件上；
d)所述镶刀支架/夹持器包括夹持臂，所述夹持臂可朝向以及远离支承基座弹性地移动；
e)夹紧块，其连接到所述夹持臂上，并适于接收来自螺纹夹持元件的夹持力；
f)所述夹持元件限定了位于第一平面中的力施加表面；
g)所述夹紧块限定了位于第二平面中的力接收表面，所述第二平面相对于所述第一平面以偏斜的角度定位，以使得所述夹持元件的所述力施加表面只有一部分最初与所述夹紧块上的所述力接收表面接合，由此，在由所述夹持元件施加到所述夹紧块的力矢量和所述夹持臂之间限定了力矩臂，并且所述力矩臂比所述夹持臂与所述夹持元件的轴线之间的距离短。
2.如权利要求1所述的刀架组件，其中，所述夹持元件由所述刀架通过螺纹方式接收。
3.如权利要求1所述的刀架组件，其中，所述刀架包括阶形面，其中所述阶形面可被所述夹紧块的边缘的一部分接合，以使得在所述夹紧块边缘的另一部分与由所述刀架所限定的凹进表面之间限定了间隙。
4.如权利要求1所述的刀架组件，其中，所述镶刀支架/夹持器包括刀架接合结构，所述刀架接合结构可与在所述刀架上互补形成的结构相接合，从而在所述刀架和所述镶刀支架/夹持器之间实现紧密适配接合。
5.如权利要求4所述的刀架组件，其中，所述接合结构是多个锯齿。
6.一种支架/夹持器元件，用于将镶刀夹持并支承在机床内的操作位置中，它包括：
a)夹持臂，其可朝向以及远离支承基座弹性地移动；
b)连接到所述夹持臂用于接收来自可调节夹持元件的夹持力的结构；
c)所述夹持元件限定了位于第一平面中的力施加表面；
d)所述力接收结构限定了位于第二平面中的力接收表面，所述第二平面相对于所述第一平面以偏斜的角度定位，以使得所述夹持元件的所述力施加表面只有一部分最初与所述结构上的所述力接收表面接合，由此，阻止了被所述支架/夹持器所保持的镶刀的翻转。
7.如权利要求6所述的支架/夹持器元件，还包括位于所述力接收结构上的一个区域，所述区域可与同所述夹持臂间隔开的支座相接合，由此，增大了所述夹持元件施加到被所述支架/夹持器所保持的镶刀上的力。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述支座形成了所述支架/夹持器所紧固到的刀架元件的部分。
9.一种刀架组件，包括：
a)刀架元件，其适于被紧固到机床上；
b)镶刀支架/夹持器，用于将镶刀夹持并支承在所述机床内的操作位置中；
c)所述镶刀支架/夹持器包括夹持臂，所述夹持臂可朝向以及远离支承基座弹性地移动；
d)夹持力接收结构，其连接至所述夹持臂，并适于接收来自可调节夹持元件的夹持力；
e)所述夹持元件限定了用于将夹持力施加到所述结构上的力施加表面，由此，所述夹持臂被移动成与被保持在所述夹持臂和所述支承基座之间的镶刀形成夹持接合；
f)所述结构限定了可与形成所述刀架组件的部分的支座相接合的区域，所述支座与所述夹持臂间隔开，这样，增大了所述夹持元件施加到所述镶刀上的夹持力。
10.一种刀架组件，包括：
a)刀架元件，其适于被紧固到机床上；
b)镶刀支架/夹持器，用于将镶刀夹持并支承在所述机床内的操作位置中；
c)所述支架/夹持器元件被可拆卸地紧固到所述刀架元件，所述支架/夹持器元件包括多个锯齿，所述锯齿可与在所述刀架上互补形成的锯齿相接合，由此，在所述刀架和所述镶刀支架/夹持器之间实现了紧密适配接合；
d)所述镶刀支架/夹持器包括夹持臂，所述夹持臂可朝向以及远离支承基座弹性地移动；
e)夹紧块，其连接至所述夹持臂，并适于接收来自螺纹夹紧螺栓的夹持力；
f)所述夹紧螺栓限定了位于第一平面中的力施加表面；
g)所述夹紧块限定了位于第二平面中的力接收表面，所述第二平面相对于所述第一平面以偏斜的角度定位；
h)所述夹紧块包括可与位于所述刀架上的阶形部分相接合的边缘部分，所述阶形部分与所述夹持臂间隔开。
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