CN102343525B - 带有外部与内部冷却剂的拉力螺柱和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有外部与内部冷却剂的拉力螺柱和方法。具体而言，该系统和方法包括使用拉力螺柱以用于将刀架连接到主轴中的夹头上。该拉力螺柱包括主体、密封环、弹簧和球体，该主体设置为用以接收刀架，该主体具有流通地连接至空腔的纵向通道，该空腔流通地连接至多个纵向通道；该密封环围绕纵向通道的末端布置，该密封环与空腔接触；该弹簧布置在空腔中；并且该球体与弹簧接触。该球体设置为，当从弹簧施加至球体的第一作用力小于由流过纵向通道的流体所施加的第二作用力时，可通过使球体与密封环失去接触而开放纵向通道的末端。第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。

Description

带有外部与内部冷却剂的拉力螺柱和方法

技术领域

本文所公开的主题的实施例大体上涉及机械加工设备，并且更具体地说，涉及用于机械加工设备中的拉力螺柱(pull stud bolt)。

背景技术

机械加工通常指一组用于从工件移除材料以获得所需形状或几何的工艺。机械加工常常在金属工件上执行以产生用于特定应用的工件。机械加工工艺的示例包括铣削、车削和钻孔。在铣削工艺中，刀具使切削表面靠着工件旋转以便移除金属。在车削工艺中，工件靠着刀具旋转。对于钻孔，通过旋转刀具而产生孔。

历史上，这些机械加工工艺始于大体上手工的形式。随着关于动力产生和机械加工的技术进步，这些机械加工工艺通过例如凸轮的使用而变得更加自动化，其容许相同的形状或切削的大量生产。该技术已经从凸轮持续地向前发展，其中可编程机械如今是更现代的机械车间中的标准。可编程机械的一个示例将是计算机数控(CNC)机械，其容许单个机械能够执行可在任务之间重新编程的精密公差的机械加工。

这些机械加工工艺使用刀具来从工件产生金属切屑，该金属切屑随后被移除。金属切屑的这种形成和移除在刀具和工件彼此接触时自它们之间的相对运动发生。刀具和工件通常相对于彼此以较高的速度操作，其除了形成切屑之外还产生热量。为了冷却和润滑刀具，常常使流体分布在操作区域中。

取决于所使用的工艺和待执行的特定任务，可内部地或外部地输送流体(例如冷却剂)至刀具。当内部地应用冷却剂时，冷却剂常常被传送通过机械的内部部分，然后通过刀架，并且然后输送至刀具。对于外部冷却剂输送，可将冷却剂传送至刀架上的外部开口或凸缘，然后输送至刀具。图1中显示了这种情况的一个示例。刀架2被附连到拉力螺柱4上。外部冷却剂6进入刀架2，并在离开刀架2和润滑刀具(未示出)之前流动通过通道8。图2中显示了用于外部冷却剂系统中的传统的拉力螺柱4(也被称为“DIN69872/B”)的一个更详细示例。或者，还可经由冷却剂管线外部地输送冷却剂，该冷却剂管线不是机械主轴和/或刀架的部分。

当内部地应用冷却剂时，冷却剂常常通过机械的内部部分而传送到刀架上，并且然后被输送至刀具。图3中显示了这种情况的一个示例。拉力螺柱302被附连到刀架304上。冷却剂306进入拉力螺柱302，并流动通过通道308到刀架304中的通道310内。冷却剂306然后在到刀具(未示出)途中离开刀架304。图4中显示了用于内部冷却剂系统中的传统拉力螺柱302(也被称为“DIN69872/A”)的一个更详细示例。因为不同的机械加工任务可要求不同的冷却剂需求，所以，具有用于从内部冷却剂操作转变至外部冷却剂操作的必要部件并且然后执行这种转变可增加任务之间的停机时间并增加成本，这降低机械的总体操作效率。另外，如果用于内部冷却剂操作的拉力螺柱302与刀架2一起使用以用于外部冷却剂操作，那么可发生由冷却剂导致的损坏，因为冷却剂可进入主轴并损坏需要保持干燥的电气部件。

因此，需要用于改善机械效率的系统和方法。

发明内容

根据一示例性实施例，提供了一种拉力螺柱，其用于将刀架连接到主轴中的夹头(collet)上。该拉力螺柱包括：主体，其具有流通地连接至空腔的纵向通道，该空腔流通地连接至多个纵向通道；密封环，其布置在纵向通道的末端以及空腔之间；弹簧，其布置在空腔中；以及，球体，其设置为用以被弹簧偏置。该球体设置为，当从弹簧施加至球体的第一作用力小于由流过纵向通道的流体所施加的第二作用力时，可通过使球体与密封环失去接触而开放纵向通道的末端，其中，第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。

根据另一示例性实施例，提供了一种用于组装拉力螺柱的方法，该拉力螺柱使用内部冷却剂路径和外部冷却剂路径。该方法包括：配置主体以接收刀架，该主体具有流通地连接至空腔的纵向通道，该空腔流通地连接至多个纵向通道；将密封环布置在纵向通道的末端以及空腔之间；将弹簧布置在空腔中；并配置球体以便被弹簧偏置，该球体设置为，当从弹簧施加至球体的第一作用力小于由流过纵向通道的流体所施加的第二作用力时，可通过使球体与密封环失去接触而开放纵向通道的末端，其中，第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。

根据另一示例性实施例，提供了一种计算机数控(CNC)机械，其具有至少两个冷却剂路径。该计算机数控机械包括：主轴、刀架和拉力螺柱，主轴包括接合螺栓(drawingbolt)、内衬套和夹头。拉力螺柱包括主体、密封环、弹簧和球体，主体设置为用以接收刀架，该主体具有流通地连接至空腔的纵向通道，空腔流通地连接至多个纵向通道，密封环布置在纵向通道的末端以及空腔之间，弹簧布置在空腔中，并且球体设置为用以被弹簧偏置。该球体设置为，当从弹簧施加至球体的第一作用力小于由流过纵向通道的流体所施加的第二作用力时，可通过使球体与密封环失去接触而开放纵向通道的末端，其中，第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。

附图说明

附图显示了示例性实施例，其中：

图1描绘了用于外部冷却剂应用中的刀架和拉力螺柱；

图2显示了用于外部应用中的拉力螺柱；

图3显示了用于内部冷却剂应用中的刀架和拉力螺柱；

图4显示了用于内部冷却剂应用中的拉力螺柱；

图5显示了根据示例性实施例的用于将刀架附连到主轴上的部件；

图6显示了根据示例性实施例的用于内部与外部冷却剂操作中的拉力螺柱；

图7示出了根据示例性实施例的与刀架相配合的拉力螺柱的末端；

图8描绘了根据示例性实施例的拉力螺柱中的打开位置、关闭位置以及弹簧的行程；

图9显示了根据示例性实施例的用于外部冷却剂操作的冷却剂流；

图10显示了根据示例性实施例的用于内部冷却剂操作的冷却剂流；

图11描绘了根据示例性实施例的拉力螺柱；

图12示出了根据示例性实施例的与刀架相配合的拉力螺柱的末端；

图13至图17显示了根据示例性实施例的被包括在拉力螺柱中的部件；

图18显示了根据示例性实施例的用于利用内部冷却剂流或外部冷却剂流操作的方法的流程图；以及

图19显示了根据示例性实施例的用于组装拉力螺柱的方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述的示例性实施例对附图进行了参考。不同图中的相同参考标号表示相同或相似的元件。另外，该图不一定是按比例绘制的。并且，下面的详细描述并不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。

整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着，结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在所公开主题的至少一个实施例中。因而，用语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在整个说明书的不同地方的出现并不一定指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

如背景部分中所述的那样，对于在带有至少两个可能的冷却剂路径(例如内部与外部冷却剂路径)的环境中使用刀架和拉力螺柱的机械而言，需要用于改善机械效率的系统和方法。在描述可改善机械效率的示例性实施例之前，现在关于图5描述其中使用了刀架504和拉力螺柱502的环境。根据示例性实施例，机械主轴506可包含接合螺栓508、内衬套510和夹头512，夹头512用于夹紧和保持拉力螺柱502。机械主轴506可以是例如计算机数控(CNC)机械中所使用的机械主轴。

拉力螺柱502可经由螺纹连接到刀架504上。刀具(未示出)被附连至刀架504的末端，该末端与刀架504附连到拉力螺柱502上的末端是相对的。在该示例性实施例中还显示了冷却剂通道514。虽然刀架504被显示为仅带有内部冷却剂路径，但是，刀架504可为使用例如与图1中所示相似的外部冷却剂路径的形式。下面描述了与示例性拉力螺柱502和冷却剂通道514相关联的更多细节。

根据示例性实施例，在图6和图7中显示了可在使用内部或外部冷却剂流路径的应用中使用的拉力螺柱502。图6显示了拉力螺柱502的纵向截面，并且图7显示了其中多个冷却剂通道618离开拉力螺柱502的端视图。如图6中所示，拉力螺柱502包括主体部分602，其包括纵向通道604以用于在内部冷却剂模式下操作时接收和引导冷却剂流。在纵向通道604的一端具有密封环606，密封环606围绕纵向通道604的末端并且与空腔608接触。密封环606还可与球体610接触，其中密封环606成形为使得球体610在承座靠着密封环606时阻塞纵向通道604。当完全承座时，球体610在两个可能的流动方向的任一方向上阻塞流体的传送。图6中显示了球体610的这种完全承座或关闭的位置，然而，根据其它示例性实施例，球体610可位于其它位置，例如打开位置，以便基于通过纵向通道604的冷却剂的作用力与由弹簧612施加的作用力相比而容许冷却剂的流动(如图8中所示并在下面更详细描述的那样)。

根据示例性实施例，球体610与弹簧612相接触，弹簧612又与垫圈614相接触。垫圈614还与另一环状物(例如西格环(Seeger ring)616)相接触。多个流体通道618还连接至空腔608。如上面所述的那样，图7显示了其中多个冷却剂通道离开拉力螺柱502的端视图。虽然显示了四个流体通道618，但是，根据需要可制造和使用其它组合以用于到匹配的刀架504中的预期流体传送。

根据示例性实施例，如上面所述的那样，可基于球体610的位置打开或关闭拉力螺柱502。图8中显示了对于拉力螺柱502的打开位置和关闭位置。图8中上面的拉力螺柱502的图显示了关闭位置，其中球体610承座在密封环606上并阻塞用于纵向通道604和空腔608之间的流体的通路。这发生在传送通过纵向通道604并施加至球体610的任何流体的作用力F1小于由弹簧612施加在球体610上的作用力F2时。图8中下面的拉力螺柱502的图显示了打开位置，其中球体610不承座在密封环606上并且不阻塞用于纵向通道604和空腔608之间的流体的通路。这发生在传送通过纵向通道604并施加至球体610的任何流体的作用力F1大于由弹簧612施加在球体610上的作用力F2时。图8中显示了对于示例性拉力螺柱502的两种位置，即，打开位置和关闭位置。球体610的位置上的差异显示了示例性行程，即，由弹簧612移动的距离“d”，例如5.0mm和/或3.0mm到6.0mm的范围。根据一示例性实施例，冷却剂可处于大约6巴的压力下，然而根据其它示例性实施例，冷却剂可处于其它压力下。

根据示例性实施例，拉力螺柱502和刀架504可如图9中所示的那样在外部冷却剂配置下操作。箭头显示冷却剂的流的方向。冷却剂通过转接件凸缘902的开口进入刀架，并到达刀架504中的中心通道904。大多数冷却剂将向“下”朝出口906行进以用于润滑刀具。然而，一些冷却剂可试图向“上”朝拉力螺柱502行进。当进入拉力螺柱502时，冷却剂将被承座的球体610阻塞，从而保护机械主轴506中的电气部件。

根据另一示例性实施例，拉力螺柱502和刀架504可如图10中所示的那样在内部冷却剂配置下操作。箭头显示冷却剂的流的方向。冷却剂进入拉力螺柱502并沿纵向通道604行进。冷却剂施加到球体610上的作用力F1大于弹簧612施加到球体610上的作用力F2，这使球体610移动至打开位置。冷却剂然后通过空腔608流动至多个冷却剂通道618。冷却剂从那里流入刀架504中的中心通道904并流向出口906以用于润滑刀具。

根据一示例性实施例，拉力螺柱可使用下面在表1中所示的尺寸制造，如与图11和图12相匹配的那样。

表1

然而，根据其它示例性实施例，拉力螺柱502的尺寸可改变以适配所使用的刀架504，以便确保所需的冷却剂流和容纳所需的弹簧612。其它尺寸、公差、材料和热处理可从DIN69872的标准尺寸作为基准而得到，并根据需要而改变以适应本文所述的示例性实施例。

根据示例性实施例，在图13到图17中显示了用于拉力螺柱502中的其它部件，其中图13显示了密封环606，图14显示了弹簧612，图15显示了垫圈614，图16显示了西格环616，并且图17显示了球体610。下面在表2中显示了用于图13至图17中所示的部件的尺寸和材料的纯粹说明性的范围。

表2

然而，根据其它示例性实施例，尺寸可改变以适配所使用的刀架504，以便确保所需的冷却剂流和容纳所需的弹簧612。类似地，根据需要可对所使用的材料进行改变。

根据示例性实施例，提供了一种用于操作机械加工装置的方法，其如图18的流程图中所示可使用内部冷却剂路径或外部冷却剂路径。该方法包括：在步骤1800中开放拉力螺柱中的内部冷却剂路径(当在内部冷却剂模式下操作时)，通过使冷却剂施加第一作用力在球体上以使球体移动足够的距离而开放内部冷却剂路径，其中，由冷却剂施加在球体上的第一作用力大于由弹簧施加在球体上的相反的第二作用力；并且在步骤1802中通过使弹簧将第二作用力施加在球体上而阻塞拉力螺柱中的内部冷却剂路径(当在外部冷却剂模式下操作时)，这使球体承座在密封环上以阻塞内部冷却剂路径，其中，由弹簧施加在球体上的第二作用力大于施加在球体上的所有相反的作用力。

根据示例性实施例，提供了一种用于组装拉力螺柱(其使用内部冷却剂路径或外部冷却剂路径)的方法，如图19的流程图中所示的那样。该方法包括：在步骤1902中配置主体以接收刀架，该主体具有流通地连接至空腔的纵向通道，该空腔流通地连接至多个纵向通道；在步骤1904中将密封环布置在纵向通道的末端以及空腔之间；在步骤1906中将弹簧布置在空腔中；以及在步骤1908中配置球体以便被弹簧偏置，该球体配置成，当从弹簧施加到球体上的第一作用力小于由流过纵向通道的流体所施加的第二作用力时，可通过使球体与密封环失去接触而开放纵向通道的末端，其中，第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。

上述示例性实施例意图在本发明的所有方面是说明性而非限制性的。因此本发明在详细实施方面能够具有许多变化，其可由本领域技术人员从包括在本文中的描述得到。所有这样的变化和修改都被认为处于由所附权利要求限定的本发明的范围和精神内。例如，本文所述的示例性实施例可应用于其它拉力螺柱，例如DIN69871IS 40-50-60以及其它的。除非明确地这样描述，否则本申请的描述中使用的元件、动作或指令都不应被理解为对本发明而言是必不可少或者必需的。此外，如本文所使用的那样，冠词“一个”意图包括一个或多个项目。

该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还允许本领域技术人员来实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由所附权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种用于将刀架连接到主轴中的夹头上的拉力螺柱，所述拉力螺柱包括：

主体，所述主体设置为用以接收刀架，所述主体具有流通地连接至空腔的纵向通道，所述空腔流通地连接至多个纵向管道；

密封环，所述密封环布置在所述纵向通道的末端以及所述空腔之间；

弹簧，所述弹簧布置在所述空腔中；以及

球体；

其中所述拉力螺柱设置成自动地在内部冷却剂模式和外部冷却剂模式之间切换，在所述内部冷却剂模式下，所述纵向通道打开以允许内部冷却剂流动路径，在所述外部冷却剂模式下，所述纵向通道关闭以允许外部冷却剂流经外部冷却剂通道但不进入所述纵向通道；

其中，在所述内部冷却剂模式下，所述球体设置为用以被所述弹簧偏置，所述球体设置为，当从所述弹簧施加至所述球体的第一作用力小于由流过所述纵向通道的流体施加的第二作用力时，能通过使所述球体与所述密封环失去接触而开放所述纵向通道的末端，其中，所述第一作用力和所述第二作用力在施加方向上相反。

2.根据权利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，还包括：

垫圈，所述垫圈在与所述弹簧同所述球体接触的末端相对的末端和所述弹簧接触；以及

与所述垫圈接触的西格环，所述西格环限定所述空腔的末端。

3.根据权利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，当其中布置了所述拉力螺柱的机械使用外部冷却剂流时，所述球体与所述密封环和所述弹簧都接触。

4.根据权利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，当其中布置了所述拉力螺柱的机械使用流过所述纵向通道的内部冷却剂流时，在所述球体与所述密封环之间具有间隙。

5.根据权利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，所述弹簧的行程在3mm至6mm的范围内。

6.根据权利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，所述拉力螺柱被布置在执行机械加工操作的计算机数控机械中，所述计算机数控机械选择性地使用内部冷却剂流或外部冷却剂流。

7.一种具有至少两个冷却剂路径的计算机数控机械，所述计算机数控机械包括：

主轴，所述主轴包括：

接合螺栓，

内衬套，和

夹头；

刀架；以及

拉力螺柱，所述拉力螺柱包括：

主体，所述主体设置为用以接收刀架，所述主体具有流通地连接至空腔的纵向通道，所述空腔流通地连接至多个纵向管道，

密封环，所述密封环布置在所述纵向通道的末端以及所述空腔之间，

弹簧，所述弹簧布置在所述空腔中，以及

球体；

其中所述拉力螺柱设置成自动地在内部冷却剂模式和外部冷却剂模式之间切换，在所述内部冷却剂模式下，所述纵向通道打开以允许内部冷却剂流动路径，在所述外部冷却剂模式下，所述纵向通道关闭以允许外部冷却剂流经外部冷却剂通道但不进入所述纵向通道；

其中，在所述内部冷却剂模式下，所述球体设置为用以被所述弹簧偏置，所述球体设置为，当从所述弹簧施加至所述球体的第一作用力小于由流过所述纵向通道的流体施加的第二作用力时，能通过使所述球体与所述密封环失去接触而开放所述纵向通道的末端，其中，所述第一作用力和所述第二作用力在施加方向上相反。

8.根据权利要求7所述的计算机数控机械，其特征在于，还包括：

西格环，所述西格环与垫圈相接触；以及

垫圈，所述垫圈在与所述弹簧同所述球体接触的末端相对的末端和所述弹簧接触。