CN102164697A - 具有膨胀槽的收缩卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有膨胀槽的收缩卡盘。一个工具卡头(1)具有套段(2)形式的工具容纳体，它具有工具容纳孔(3)，具有与工具卡头(1)的旋转轴线(5)同心的配合面(4)，在其上使符合规定的安装在套段(2)的工具容纳孔(3)里面的工具的柄杆以压配合固定，其中套段(2)从配合面(4)一侧开始具有许多环绕的凹口(6)，其中所述凹口(6)将配合面(4)分成多个相互可比较的、在轴向上基本上自身刚性的配合面分段(4^*)，其中这样选择凹口(6)的径向深度(ET)，使得在施加在套段(2)外圆周上的热量的影响下压配合在所有的配合面分段(4^*)上基本上均匀地释放。

Description

具有膨胀槽的收缩卡盘

技术领域

本发明涉及一个工具卡头、用于围绕旋转轴线可旋转的工具尤其以钻头、铣刀或磨削工具的形式。已知，将这种工具的柄杆固定在环形的、封闭的、大多由套段构成的工具卡头段里面。为此使套段在其工具容纳孔里面具有与工具卡头旋转轴线同心的配合面，在其上可以压配合地固定工具柄杆。

背景技术

工具卡头的套段可以通过加热这样多地在径向上扩展，使工具冷柄杆可以与套段的配合面嵌接或脱离嵌接，即插入到套段里面或者从套段里面拉出来。只要套段仍然是冷却的，在套段与与套段配合面相比具有确定过盈的工具柄杆之间产生压装配。利用这个压装配使工具可靠地固定在工具卡头里面(收缩技术)。

尤其在那些在实践中对刚性提出特殊要求的地方使用工具卡头，其套段厚壁地构成。在这种工具卡头中松开工具总是成问题的。

为了可以对于给定的时间再松开工具，在实践中通常使用感应的加热装置，即高频感应线圈，它在套段的外圆周面上感应涡流，它从外面加热套段。在此要被松开的工具柄杆被屏蔽，因此它本身不能被加热。正好在高频中产生所谓的集肤效应，即，产生热量的涡流只在紧靠套段表面以下有效地感应。由此在通风外圆周面表面以下产生的热量通过热传导在套中心方向上推进，但是只能迟滞地推进。对于确定的时刻套段通过导入到其里面的热量这样多地膨胀，使此时还冷的工具柄杆可以从套段里面拉出来，因为目前存在的压配合由于套段直径的变大已经解除。

但是在此随着套段厚度在径向上的增加产生问题。套段在径向上越厚，加热就越不均匀，在某时出现一个阶段，在该阶段中套段在径向外部远离的部位已经相对剧烈的加热，而套段在径向中心的部位几乎还是冷的。这导致相对剧烈的热应力。不仅在径向上膨胀的而且也完全明显的在轴向变长的套段外部显示出可感觉到的趋势，使套段向内翻边，只要其长度在轴向上通过还几乎冷的内部太强烈地阻止。这一点大约(粗略表示地)由此看出，如同为了更清楚地表示非常简化地通过图1所示的那样。

套段的这种不期望的变形是相对有益的，因为它导致，工具柄杆首先总是还局部地通过配合面夹紧，尽管套段已经这样多地膨胀，使大部分配合面与工具柄杆脱离嵌接。通过这种方式和方法至少使可以毫无问题地从套段中拉出工具柄杆的时间窗口变得更小。这是不期望的。此外必需给出不必要多的热量到套段上，用于强制地使套段这样多地扩展，使其配合面也真正地在所有位置与工具柄杆脱离嵌接。这也是不期望的。

为了避免这个问题，在实践中致力于，使套段的壁厚保持较薄。因此标准收缩卡盘在其尖部按照DIN69882-8具有下列壁厚(单位mm)：

德国专利DE 102 44 759已经研究不期望的套段变形问题。为了防止不期望的变形，这个专利建议，在套段前端部位的最前面将深刺的径向环槽加入到配合面里面，它限制在其前端部位中的实际配合面。基本思想是，通过这种方式和方法可以使削弱的部位在套段前端上无阻碍地在径向上膨胀并由此防止，套段在其前端部位太多地向内卷边。也可以粗略地说，DE 102 44 759的方案在于，对不期望的套段在其前端部位中的向内卷边叠加反向的效应。

附加地建议，使配合面在其向内的、背离工具的端部上通过另一环槽限制。但是在这个专利中称为“主张紧表面13”的实际配合面在由这个专利建议的解决方案中没有通过环形的凹口中断，而是仅仅在两个端部上通过环槽限制边界。

按照这个专利的建议其它的补救必要时能够带来附加的、在轴向上延伸的槽，它们使配合面或主夹紧面分布在各个弹性分段上，它们形成一种弹性层，它们在圆周方向上相邻。

但是由这个专利建议的措施对于具有厚壁套段的工具卡头恰恰是不足够的，或者说，为了克服套段变形问题附加地使用由该专利建议的轴向槽，导致精度损失并且还削弱压配合。此外，恰恰在套段最前端部位传递最大作用力(工具的弯矩和横向力)。因此套段在这个部位的削弱也严重地减小刚性，如果不使用轴向槽并且要避免的话。

德国专利申请DE 10 2004 042 770描述了一个具有套段的工具卡头，工具的柄杆可以紧缩在套段里面。为此这个工具卡头的套段在其内侧面上配有配合面，它通过一排紧密间隔的凹口中断并且分成各个非常窄的分段。由于这种将配合面分成各个小的分段，使小的分段分别成为一种倒钩，它们抵制不期望地轴向拉出工具柄杆形成增加的阻力。总之，因为是小的分段，这样设计，使它们由于粘附摩擦被工具柄杆携带，如果工具柄杆在轴向拉出一小段距离的时候。因为这些小的分段是弯曲弱化的，它们在其移动中建立并因此加大套段与工具柄杆之间的压力。通过这种方式和方法也实现一种自锁。

因为由这个专利申请所示的工具卡头的套段似乎只具有一般的壁厚，在这里使用的凹口对于加热时的套段膨胀特性没有显著的影响。因为对于薄的壁厚还冷的内部部位通过已经热的外部部位“一起拉”，即，因此或因此足够多地膨胀，用于无干扰地安装并且主要是再取出工具柄杆。

将配合面在套段中分成上述小的、弯曲弱化的分段，这种结构当然不是特别刚性的。

发明内容

因此本发明的目的是，给出一个工具卡头，其套段可以厚壁地构成并且它以高品质的定心实现特别刚性的夹紧工具。

这个目的通过权利要求1的特征得以实现。

本发明的主要观点尤其是，使所述套段从配合面一侧开始具有有限数量的环绕的凹口，它们将配合面分成多个在轴向上基本上自身刚性的配合面分段。在此这样选择凹口的径向深度，使压配合在施加在套段外圆周上的热量的影响下基本均匀地释放在所有的配合面分段上。

按照本发明也将配合面分成单个的、通常情况下相互间基本断耦联的分段。在此配合面不仅分成主要负责产生压装配的配合面分段和小的配合面分段，它只提供从属的贡献。取而代之将压配合分成多个配合面分段，它们分别通过基本相互可比较的固定力有助于建立压装配。基本相互可比较指的是它们的区别不大于40％。甚至最好这样，使由每个配合面分段产生的固定力实际上相互间没有区别。这当然不排除，附加地也可以存在单个配合面分段，它们只承担从属的贡献。

在此各个凹口相互间的距离这样大，使配合面分段在轴向上看去基本是自身刚性的。配合面分段也在轴向上看去形成一种“刚性的块”，它们基本上不变形，如果轴向力在工具柄杆上产生，它们具有趋势，使工具柄杆从套段拉出来或者更深的顶入到套段里面。通过这种方式和方法使工具柄杆特别刚性地夹紧在工具卡头的套段里面。

凹口的径向深度必需选择这样大，由此使压配合在施加在套段外圆周上热量的影响下在所有的配合面分段上基本均匀地释放，不能够通过一般的有效性合并地表达，因为凹口的深度主要取决于具体情况，尤其是套段的壁厚和要被夹紧的工具柄杆的名义直径或这两个参数的比例。但是专业人员可以通过简单的实验容易地对于各种具体的要解决的个别情况找到答案。各个配合面分段对于冷的套段实现与工具柄杆的压配合，如果压配合在符合规定的加热后在套段外圆周上基本同时释放，则出现基本均匀的释放，由此不会更长地由于压配合还未释放的各个配合面分段妨碍从套段中拉出工具柄杆。

在使用按照本发明的套段扩展结构时可以使厚壁套段的优点与薄壁套段的有利热特性组合-使深度刺入的凹口只是窄的并因此不明显地减少套段的扭转阻力或弯曲刚性。尤其套段与工具柄杆形成一个单元，只要存在压装配，这个单元就共同地具有高的表面惯性矩。另一方面通过深度刺入的凹口正好使套段的位于内部的芯部位弱化，从外部施加的热量非常迟地才达到芯部位并因此使这个芯部位只要没有凹口就在轴向阻碍套段膨胀，由此产生套段的干扰变形，按照本发明避免变形或使其最小。

使用具有大壁厚和按照本发明的扩展结构的套段尤其在夹紧铣刀时是有利的，尤其通过铣刀要加工硬的或由于其它原因难以切削的材料的时候。因为恰恰在这种材料中容易产生不期望的振动，尤其在工件的边缘上。这种振动尤其只有在很少相互衔接的铣刀切削刃同时与工件嵌接的时候产生，或者与工件嵌接的铣刀切削刃的数量波动的时候。因此当凹口以在这里讨论的深度构成的时候，凹口也具有缓冲振动的效果，因为由于更多不重要的深度中断在套段中更差地传递振动。

本发明允许放弃，减少配合的过小尺寸，用于保证毫无问题地夹紧和松开-即必需不减小夹紧力，用于得到简单的收缩和松开。

在优选的实施例范围内规定，根据配合面的轴向长度，将配合面分成至少两个、最好三至五个相互间可比较的配合面分段。配合面分成更多数量的配合面分段只有微小的意义，因为削弱和加工费用太大。但是，如果在容忍一定程度的变差的条件下在专利保护的解决范围中可以设想，在极限情况下也可以考虑分布六个至最多八个配合面分段。

为了实现非常刚性的夹紧工具柄杆的工具卡头，套段在配合面部位(即在径向上看去配合面旁边向外的部位)的最小厚度为15mm，最好至少17mm、部分地也至少19mm。

在另一有利的实施例范围内规定，最靠近端面环面的凹口与端面倒角的内部端部的距离大于8mm，最好大于10mm。

附图说明

由下面描述的实施例给出其它优点、功能和扩展结构可能性，借助于成比例示出且标注尺寸的附图详细解释该实施例，其图面的公开内容对于实施例是重要的。附图中：

图1以示意图示出在现有技术中已知的工具卡头在其套段部位中的变形特性，

图2示出按照本发明的工具卡头的细节实施例，

图3示出按照图2的工具卡头，但是具有对于本发明的实施例重要部分的具体尺寸。

具体实施方式

由图1所示的没有安装工具的钢制工具卡头总的来说是常见形式的工具卡头。在其背离套段2的一侧上工具卡头配有夹紧锥，利用它可以使工具卡头固定在机床的主轴上。代替夹紧锥也可以考虑其它的、可选择用于固定工具卡头到机床主轴上的常见的公知的夹紧系统。

在其与夹紧锥对置的另一侧上工具卡头1配有套段2。套段具有工具容纳孔3，它在这里由圆柱形孔组成。这个孔在其内部表面的一部分上构成配合面4。这个配合面4与要被夹紧的工具的柄杆直径相比具有一定的减小尺寸，由此使工具柄杆在冷的套段时以压配合固定。其结果是所有在工具运行时在工具上产生的力可以通过压配合传导到工具卡头1里面并且从那里传导到机床，反之亦然。在实践中按照规则这样将工具紧缩在工具卡头1里面并且首先是从工具卡头里面取出来，如同公开的德国专利申请DE 101 02 710 A1中所描述的那样，因此请参阅该描述的内容。

套段2在这里相对厚壁地构成。在由图2所示的实施例中，它用于夹紧16mm柄杆直径的工具，套段在配合面部位的最小壁厚WS大约大于17.5mm。

工具容纳孔3的口配有大的倒角，即一个截段，它不是配合面4的组成部分，而是通过其加大的直径易于导入工具柄杆。

紧接着这个倒角开始配合面4，它在所示的实施例中通过两个在圆周方向上环绕的凹口6分成总共三个配合面分段4^*。凹口6从配合面一侧开始刺入到套段里面。凹口6的深度为6mm。在所有的凹口中深度最好是一致的。套段在配合面部位通过每个凹口以接近其厚度1/3被削弱，其中削弱通常都大于壁厚的1/4和小于壁厚的1/2。

凹口在轴向上的宽度最好为1.5至3mm，在具体情况中为2mm。

由此产生的配合面分段4^*具有轴向上基本相同的长度。它们以这种方式和方法通过基本可比较的力贡献用于压装配，即可比较数量级的贡献-因为贡献上的某种差别已经是同样不可避免的也是无损的，因为套段在配合面部位具有与工具卡头旋转轴线约3至6度的锥形外轮廓，即没有完全恒定的厚度。

在轴向向内方向上在图2所示的实施例中在配合面4或最后的配合面分段4^*上连接止锁，其后面是工具容纳体终点。终点和止锁机构都不是配合面4或者甚至本发明的部分并因此不感兴趣。

对于能够夹紧具有更大柄杆直径的工具的工具卡头也具有可比较的特性，如同前面对于具体实施例的重要基础参数所述的那样，参见本说明后面的表格。

在这个表格中给出其它工具卡头的基础参数，其中配合面同样分成三个配合面分段。

附图标记清单

1   工具卡头

2   套段

3   工具容纳孔

4   配合面

4^*  各个配合面分段

5   工具卡头的旋转轴线

6   环形环绕的凹口

7   未使用

8   端面倒角

9   端面环面

10  配合面的内部端部

ET  凹口深度

BN  凹口宽度

AN  凹口相互间的距离

WS  壁厚

Claims (8)

1.一个工具卡头(1)具有套段(2)形式的工具容纳体，管套段(2)具有工具容纳孔(3)，该工具容纳孔具有与工具卡头(1)的旋转轴线(5)同心的配合面(4)，在其上能够使符合规定的安装在套段(2)的工具容纳孔(3)里面的工具的柄杆以压配合固定，其中套段(2)从配合面(4)一侧开始具有许多环绕的凹口(6)，其特征在于，所述凹口(6)将配合面(4)分成多个相互间可比较的、在轴向上基本上自身刚性的配合面分段(4^*)，其中这样选择凹口(6)的径向深度(ET)，使得在施加在套段(2)外圆周上的热量的影响下压配合在所有的配合面分段(4^*)上基本上均匀地释放。

2.如权利要求1所述的工具卡头(1)，其特征在于，所述配合面(4)被分成至少两个、最好三至五个相互可比较的配合面分段(4^*)。

3.如上述权利要求中任一项所述的工具卡头(1)，其特征在于，所述套段(2)的壁厚(WS)在配合面(4)部位为至少15mm。

4.如上述权利要求中任一项所述的工具卡头(1)，其特征在于，所述凹口深度(ET)为至少4mm、最好6mm且更深。

5.如上述权利要求中任一项所述的工具卡头(1)，其特征在于，所述凹口在大于1/4至小于1/2的壁厚上削弱套段。

6.如上述权利要求中任一项所述的工具卡头(1)，其特征在于，所述各个配合面分段的长度在轴向上为10至30mm。

7.如上述权利要求中任一项所述的工具卡头(1)，其特征在于，在最靠近端面环面(9)的凹口(6)与端面倒角(8)的内部端部的距离至少等于凹口宽度(BN)的四倍、最好至少等于凹口宽度(BN)的六倍。

8.如上述权利要求中任一项所述的工具卡头(1)，其特征在于，在最远离端面环面(9)的凹口(6)与配合面的内部端部(10)的距离至少等于凹口宽度(BN)的四倍。

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