CN103717334B - 用于平衡机的夹紧装置 - Google Patents

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Abstract

在一种用于将刀具夹持部分同轴地夹紧在平衡机的可绕旋转轴线（3）旋转的主轴上的夹紧装置中，位于安装孔中的联接柄（8）只有在分散的支承点（11-15）上才得到支承，所述分散的支承点（11-15）在圆周方向上彼此之间具有间距，位于三个互相分开的且与旋转轴线（3）相交的作用平面（E1、E2、E3）中。四个刚性的分散的支承点（11-14）被成对地布设在第一（E1）和第二作用平面（E2）中且共同构成一种沿第一径向方向的刚性支承。在位于第一和第二作用平面之间的第三作用平面（E3）中，构建第五个分散的支承点（15），所述第五个分散的支承点（15）构成了在与第一径向方向相反的第二径向方向上的支承。

Description

用于平衡机的夹紧装置
技术领域
本发明涉及一种用于将刀具夹持部分同轴地夹紧在可绕旋转轴线旋转的平衡机主轴上的夹紧装置，其中所述主轴在前端具有同轴的安装孔，而刀具夹持部分具有沿轴向可装入主轴前端的联接柄，所述联接柄借助于可松开的夹紧器件沿轴向可固定夹紧在安装孔中，并且此时位于安装孔中的内定心面、联接柄上的外定心面以及或许其它的定位面配合作用，以便刀具夹持部分可沿径向和轴向被支承在主轴上的同轴位置。
背景技术
上述这一类的夹紧装置，从DE19961451A1中公知。所述夹紧装置被用作，使诸如钻头、铣刀或者磨具之类的旋转刀具能够借助于其刀具夹持部分恰好居中地与平衡机的主轴连接，以便能够以所要求的精度测量现有的不平衡度。公知的夹紧装置具有被当作定心件的居中地包围联接柄且基本上横向于其外表面的弹性的或者可克服弹簧力偏移的支承面装置，所述支承面装置由多个沿圆周方向分布且彼此以一定间距布设的径向有弹性的远离基环的舌簧组成，所述基环被固定在与机床主轴连接的基体上。在与弹性的支承面装置具有一定的轴向间距处，设置另一个由基体和联接柄上的环形面构成的刚性的支承面装置。
在弹性的支承面装置中存在的问题是，支承面的位置不能被准确地确定且会受到例如支承面与其配合面之间的摩擦的影响。因此，在每一次重新夹紧刀柄时，会产生一个略微不同的对中位置，从而影响装夹的重复精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开头所述类型的夹紧装置，所述夹紧装置使得能够以重复的精度和适当的夹紧力将刀具夹持部分定心和夹紧在主轴的安装孔中。
该技术问题通过一种具有在权利要求1和4中所述特征的夹紧装置加以解决。夹紧装置的有利的扩展设计方案在权利要求2、3和5至14中加以说明。
按照本发明，在用于将刀具夹持部分同轴地夹紧在一种可绕旋转轴线旋转的平衡机主轴上的夹紧装置中，所述主轴在前端具有同轴的安装孔，而所述刀具夹持部分具有可沿轴向装入主轴前端的联接柄，所述联接柄借助于可松开的夹紧器件沿轴向可固定夹紧在安装孔中，其中布设在安装孔中的内定心面和联接柄上的外定心面配合作用，以便沿径向以及或许轴向将联接柄支承在主轴上的中心位置。联接柄在安装孔中的支承，按照本发明，在至少一个与旋转轴线相交的第一作用平面中，只有在沿圆周方向彼此之间具有间距的分散的支承点上才能实现，其中分散的支承点中的第一和第二个由内外定心面构成且共同构成一个沿第一径向方向的刚性支承，同时，分散的支承点中的第三个由一种沿径向可调节的第一支承元件构成且构成了与第一径向方向相反的第二径向方向上的支承。
按照本发明的夹紧装置，有利地兼备了联接柄的刚性支承的特性以及沿径向可伸缩的特性。刚性的第一和第二个分散的支承点，确保了联接柄在主轴的安装孔中能够重复精确地定位。其内外定心面通过沿径向可调节的支承元件保持接触，其中该支承元件能够对作用平面中安装孔内径和联接柄外径之间受生产条件限制的直径差加以补偿。此外，将定心限制到分散的支承点上，还具有下列优点，即，减小了摩擦对定心位置的影响，而且采用较小的夹紧力就足够用来清楚而准确地再现定心位置。避免了对确定定心位置的联接柄的支承进行重复测定以及由此而致的在重复夹紧时的位置偏差。
与本文开头所述的公知的夹紧装置不同，按照本发明，直径差只有在由两个刚性分散的支承点位置所确定的径向方向上才能得到补偿。这使得在安装孔中可能出现涉及到联接柄的准确定心方面的误差。但是这种定心误差可以在进行平衡时通过转载补偿加以平衡，因此不会妨碍不平衡测量。
联接柄可以在第二作用平面中以类似的方式只在分散的支承点上得到支承。为此，可以使安装孔的内定心面和联接柄的外定心面构成第四和第五个刚性的分散的支承点，其中所述支承点在圆周方向上彼此之间具有间距并且共同构成了径向方向上的支承。可以在第二作用平面内为第四和第五个支承点对应配设由沿径向可调节的支承元件构成的第六个支承点，所述沿径向可调节的支承元件构成了与刚性支承的方向相反的径向方向上的支承。借助于两个作用平面中的支承点，实现了精确地设定刀具夹持部分相对于主轴的定向，其中在制造刚性支承点的内外定心面时的精度，决定了所能达到的刀具夹持部分和主轴的同轴位置精度，并且确保了在主轴和刀具夹持部分分开之后能够重复精确地占据该位置。
按照本发明的另一种提议，联接柄还可以借助于仅仅五个分散的支承点实现在主轴安装孔中重复准确地同轴定向，其中这些支承点位于三个互相分离且与旋转轴线相交的作用平面内，同时在第一作用平面中，分散的支承点中的第一和第二个由内外定心面构成并且共同构成一种沿第一径向方向的刚性支承，同时在第二作用平面中，第四和第五个分散的支承点由内外定心面构成并且共同构成一种沿第一径向方向的第二刚性支承，而此时在位于第一和第二作用平面之间的第三作用平面中，布设支承元件，所述支承元件构成了第三个分散的支承点并且构成了与第一径向方向相反的第二径向方向上的支承。
具有五个支承点的设计结构是绝对静止的。构成第三个分散的支承点的支承元件，因此可以是沿径向可调节的，但是仍然是刚性的。如果联接柄具有圆柱形的外表面或者联接柄的外定心面是共同的圆柱形外表面的一部分，那么前者是相宜的，因为随后可以利用可调节的支承元件来平衡直径差并且产生确定的径向夹紧力。
如果联接柄具有锥形的外表面，或者联接柄的外定心面是共同的截椎体形外表面的一部分，那么，构成第三个分散的支承点的支承元件可以是刚性的，因为联接柄可以通过轴向移动而支承在安装孔中所有的刚性支承点上。直径上或者锥形上的偏差，通过调整联接柄在安装孔中的轴向位置同样可以得到补偿。
如果内外定心面是圆柱形的并且支承元件沿轴向可调节，那么刀具夹持部分在主轴上的轴向支承是不可缺少的。为此，刀具夹持部分可以具有可紧贴在主轴前端面上的径向定位面。如果刀具夹持部分只在一个作用平面中被沿径向支承在分散的支承点上，那么按照本发明，必须将刀具夹持部分的轴向支承构造成，使得它能够促使刀具夹持部分的旋转轴线相对于主轴的旋转轴线平行定向。这可以通过夹持部分和主轴之间至少三个构成三角形的角的轴向支承点加以实现。所述轴向支承点优选位于与旋转轴线垂直的平面中。
按照本发明的另一种提议，沿径向可调节的第三或者第六个支承元件，沿径向可移动地支承在主轴或者刀具夹持部分上并且可克服弹簧的力沿径向可调节。作为替代方式，支承元件可以在主轴或者刀具夹持部分上借助于机械的调整元件进行调节。克服弹簧的力进行调节，具有下列优点，即，支承元件自动地占据正确的位置，其中弹簧产生位于支承点上时所必需的径向夹紧力。
分散的支承点可以以各种方式制成且优选布设在安装孔中。它们还可以通过互相交叉的内外定心面的组合构成。因此，例如安装孔中的内定心面可以由单独的轴向平行的肋板构成，所述肋板与联接柄的环形外定心面配合作用，从而在面的交叉处产生分散的支承点。支承点的内定心面，可以紧贴在联接柄的外定心面上，但是也可以具有其它的形状，例如具有较小的曲率或者是平坦的或被弯成凸状的。
附图说明
接下来根据在附图中示出的实施例对本发明进行详细说明。附图中：
图1表示通过平衡机主轴以及安装在其中的刀具夹持部分剖开示出的剖视图，
图2表示位于按照图1的主轴中的刀具夹持部分的分散的支承的示意图，
图3表示圆柱形刀具夹持部分的分散的支承的示意图，
图4表示平衡机主轴以及安装在其中的刀具夹持部分的另一种实施形式的IV-IV剖视图，以及
图5表示按照图4的实施形式的局部剖示俯视图。
具体实施方式
图1表示一种规定安装到平衡机中的壳体1。主轴2可绕旋转轴线3旋转地支承在所述壳体1中。主轴规定用于动态地测量用于高速驱动的刀具，例如钻头、铣刀或者磨具的刀具夹持部分4的不平衡度，而且可以在平衡机中借助于一种在图纸中未加以示出的旋转驱动装置加以驱动。主轴2具有中央孔5，在所述中央孔5中，布设着一个与主轴2固定地用螺栓固紧的可更换的转接器6。所述转接器6被用作使主轴孔与待测量的刀具夹持部分4的联接装置的特定形状和尺寸相匹配。在附图中示出的实施例中，转接器6具有被设计用于安装布设在刀具夹持部分4上的联接柄8的安装孔7，所述联接柄8具有一种包含截锥体形外定心面16的通用斜锥柄形状。在转接器6中，此外还布设着可以以气动或者液压方式操纵的夹紧装置9，所述夹紧装置9被设计用于，抓住布设在联接柄8自由一端的夹紧头10且以力F将联接柄8沿轴向方向拖入安装孔7中且固定在该安装孔7中。转接器6可以借助于精确的配合被无间隙地内装到主轴2的孔5中，而且其安装孔7具有与旋转轴线3同轴的空心锥形内表面17，所述空心锥形内表面17的锥角与联接柄8的锥角一致。
在将具有联接柄的刀具夹持部分安装在机床的驱动主轴上时，要以很大的轴向力将联接柄牵引到机床的空心锥形安装孔中，以便刀具夹持部分的固定装夹在工件被加工时不会发生松动且相对于驱动主轴移动。由于较大的轴向力，刀具夹持部分以及驱动主轴上安装它的区域将发生些许弹性变形，在此，当定位准确地装夹时，可以克服诸如定心面区域的摩擦和形状误差的不利影响。但是对于不平衡测量来说，不必以如此高的轴向力来装夹刀具夹持部分，而且出于成本原因，因此也不会预先规定。出现装夹误差以及刀具夹持部分相对于平衡机主轴定心位置不正确的危险，因此会变大。为了减小这种危险，按照例如在图2中加以说明的本发明，在安装孔7中设计分散的支承点11至15，联接柄8借助于其截锥体形外定心面16，仅仅在所述支承点11至15处得以支承。分散的支承点11至15由相对于安装孔7的空心锥形内表面17突出的突出部组成，这些突出部的表面构成了内定心面并且可以分别是共同的空心锥面的一部分。突出部是刚性的且与转接器6固定连接。它们可以是转接器6的整体的组成部分，或者由固定在安装孔7中的内置件或者支座组成。
支承点11至15的中心，被布设在与旋转轴线3垂直相交的平行的作用平面E1、E2、E3中。作用平面E1至E3也可以与此不同地以一个其它不同的角度与旋转轴线3相交。支承点11、12位于上部的第一作用平面E1中，支承点13、14位于下部的第二作用平面E2中，而支承点15位于中间的第三作用平面E3中。支承点11、13的中心，此外还位于朝向旋转轴线3的第一径向平面R1中，而支承点13、14的中心，位于第二径向平面R2中，其中两个径向平面相交成α角，所述α角优选为120°，但是也可以小于或者大于120°。支承点15的中心，位于第三径向平面R3中，所述第三径向平面R3优选平分角度α，但是也可以具有与此不同的位置。第三径向平面R3与第一径向平面R1或者与第二径向平面R2所构成的角度β，则应该在任何情况下都要比180°小得多。
借助于上述分散的支承点11至15的配置，得出一种静态特定地对联接柄8的外定心面16的支承。联接柄的对中位置，因而仅仅由五个分散的支承点11至15确定，此时，比较小的轴向力F就足以使联接柄8确切地紧贴到支承点11至15的内定心面上。
图3表示对与联接柄8具有相同长度的联接柄19的支承，其中联接柄19具有圆柱形的外定心面20。在此也以与在按照图2的实施例中类似的配置，在安装孔中，将由内定心面构成的五个支承点21至25布设在三个平行的作用平面E1、E2、E3以及径向平面R1、R2、R3中。支承点21至24与旋转轴线3的径向间距是相同的。因为圆柱形的外定心面20不能通过沿轴向作用的力F沿径向夹紧，所以支承点25由一种沿径向可调节的支承元件构成，所述支承元件可以借助于弹簧26的力沿径向向内压紧。作为替代方案，支承点25还可以通过机械的器件，例如调节螺钉、沿径向可调节的压紧元件构成。借助于沿径向可调节的支承元件，联接柄19及其外圆柱面20沿径向方向压紧到布设在安装孔中的刚性支承点21至24上，且以此方式重复精确地沿径向夹紧在与旋转轴线3同轴的位置。联接柄的同轴位置因而仅仅通过刚性支承点21至24确定，并且可以因此在每次更换联接柄时重复精确地占据。径向的夹紧力在此可以通过对弹簧26的测定，获得一种对于各种使用情况都有利的尺寸。在轴向方向上，支承点21至25不能将联接柄19支承在外定心面20上。为了固定轴向位置且克服夹紧装置的轴向力F进行支承，因此，与联接柄19的沿径向延伸的定位面28配合作用且沿轴向作用的支承点27是不可缺少的。
在按照图3的实施例中，还可以用两个由沿径向可调节的支承元件构成的支承点，例如一个被布设在作用平面E1中，而一个被布设在作用平面E2中，来代替仅有的可调节的支承点25。通过这种方式，可以实现将径向夹紧力更好地分配到各个分散的支承点上。
在图4和图5中示出的实施例中，刀具夹持部分32被夹紧在主轴31的安装孔30中，所述刀具夹持部分32具有被设计成空心锥柄的联接柄33，所述联接柄33具有较小的轴向长度。刀具夹持部分32在与联接柄33邻接处具有环形法兰34，所述环形法兰34被用作轴向支承，以及使刀具夹持部分32相对于主轴31的旋转轴线3轴向平行地定向。刀具夹持部分32通常借助于一种布设在主轴31上的夹紧装置35夹紧，将所述夹紧装置35嵌接到开设在联接柄33后部的孔中且将刀具夹持部分32以及环形法兰34沿轴向方向牵引到主轴31前端的定位面上。
为了定心以及沿轴向支承刀具夹持部分32，在主轴31上位于安装孔30前端部的环形扩展区域36中，布设两个固定的支承元件37、38以及沿径向可调节的支承元件39。支承元件37至39的中心，在圆周方向上彼此之间分别具有相同的间距。支承元件37至39具有沿切向定向的平直的第一内定心面40、41、42，它们与联接柄33的圆锥形外定心面43配合作用且具有同该外定心面43相对于旋转轴线3的斜度一样的斜度。支承元件37至39沿径向向内伸入安装孔30中，从而使得在内定心面40至42区域中的内径，小于安装孔30的内径。支承元件37至39利用其表面构成径向的定位面44、45、46，所述径向的定位面44、45、46位于一个共同的垂直于旋转轴线3的平面中且被用于沿轴向支承环形法兰34。支承元件39在导向装置47中可沿径向移动且被支承在压簧48上，所述压簧48力求沿径向向内压紧支承元件39。
借助于上述的构造，支承元件37至39利用其切向的内定心面40至42，在与联接柄33的外定心面43配合作用时，形成三个分散的支承点，其中两个是刚性的，而一个可克服弹簧力沿径向调节。此外，支承元件37至39还利用其定位面44、45、46为环形法兰34形成三个在轴向方向上刚性的分散的支承点。借助于这些分散的支承点，在夹紧装置35比较小的轴向夹紧力作用下，就可以实现刀具夹持部分32的重复精确的定心以及同轴的定向。压簧47始终致力于使联接柄33与内定心面40、41固定地接触，从而使得通过内定心面40、41确定的联接柄33的径向位置，在每一次重复装夹时，都能进行调节。由于不同刀具夹持部分的联接柄之间的较小的直径偏差而可能产生的较小的定心误差，可以在进行不平衡度测量时通过转换补偿加以平衡。

Claims (23)

1.一种用于将刀具夹持部分(32)同轴地夹紧在平衡机的可绕旋转轴线(3)旋转的主轴(31)上的夹紧装置，其中所述主轴(31)在前端具有同轴的安装孔(30)，而刀具夹持部分(32)具有可沿轴向装入主轴(31)前端的联接柄(33)，所述联接柄(33)借助于可松开的夹紧器件沿轴向可固定夹紧在所述安装孔中，并且其中所述安装孔(30)中的至少一个内定心面(40-42)，联接柄(33)上的至少一个外定心面(43)以及其它的定位面(44-46)配合作用，以便沿径向和轴向将所述刀具夹持部分(32)支承在主轴(31)上的同轴位置，其特征在于，位于所述安装孔(30)中的联接柄(33)仅仅在沿圆周方向彼此之间具有间距的分散的支承点处得以支承，其中第一和第二个分散的支承点由内、外定心面(40、41、43)构成且共同构成沿第一径向方向的刚性支承，而其中第三个分散的支承点由沿径向可调节的第一支承元件(39)构成且构成在与第一径向方向相反的第二径向方向上的支承。
2.按照权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，所述分散的支承点位于至少一个与所述旋转轴线(3)相交的作用平面中。
3.按照权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，位于所述安装孔中的联接柄，在与旋转轴线相交的第一作用平面以及与旋转轴线相交的第二作用平面中，只有在所述分散的支承点上，才得到支承，其中内、外定心面构成四个刚性的分散的支承点，它们被成对地布设在第一和第二作用平面中且共同构成沿径向方向的刚性的支承，而在第一和第二作用平面中，第三分散的支承点总是由沿径向可调节的支承元件构成，所述支承元件构成了在与刚性支承的方向相反的径向方向上的支承。
4.按照权利要求1至3之一所述的夹紧装置，其特征在于，所述沿径向可调节的支承元件(39)沿径向可活动地支承在主轴(31)或者刀具夹持部分上，而且可克服弹簧(26；48)的力进行调节。
5.按照权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，联接柄(33)的外定心面(43)，由圆柱形外表面或者多个圆柱形外表面构成。
6.按照权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，联接柄(33)具有圆锥形的外定心面(43)。
7.按照权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，联接柄的外定心面是共同的截锥体形外表面的一部分。
8.按照权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，主轴(31)具有用于沿轴向支承刀具夹持部分(32)的一个定位面(28)或者多个分散的定位面(44-46)。
9.按照权利要求2所述的夹紧装置，其特征在于，位于同一作用平面(E1或者E2)中的分散的支承点(11、12或者13、14；21、22或者23、24)，与所述旋转轴线(3)具有相同的径向间距。
10.按照权利要求9所述的夹紧装置，其特征在于，不同的作用平面(E1、E2)上的分散的的支承点(11、13或者12、14)，与所述旋转轴线(3)具有不同大小的径向间距。
11.按照权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，分散的支承点(11至15；21至25)的内定心面，被弯曲成凹形的或者凸状的，或者是平直的。
12.一种用于将刀具夹持部分(4)同轴地夹紧在平衡机的可绕旋转轴线(3)旋转的主轴(2)上的夹紧装置，其中主轴(2)在前端具有同轴的安装孔(7)，而刀具夹持部分(4)具有可沿轴向装入主轴(2)前端的联接柄(8，19)，所述联接柄(8，19)借助于可松开的夹紧器件(9，10)沿轴向可固定夹紧在所述安装孔(7)中，并且其中所述安装孔(7)中的至少一个内定心面(17)和联接柄(8，19)上的至少一个外定心面(16，20)配合作用，以便沿径向或沿径向及轴向将联接柄(8，19)支承在主轴(2)上的对中位置，其特征在于，位于安装孔(7)中的联接柄(8，19)，仅在分散的支承点(11-15，21-25)上得到支承，所述分散的支承点(11-15，21-25)在圆周方向上彼此之间具有间距、位于三个互相离开的且与所述旋转轴线(3)相交的作用平面(E1，E2，E3)中且由内、外定心面构成，其中，所述分散的支承点(11-15；21-25)中的第一个支承点(11；21)和第二个支承点(12；22)被构建在第一作用平面(E1)中且共同构成沿第一径向方向的刚性支承，同时分散的支承点(11-15；21-25)中的第三个支承点(13；23)和第四个支承点(14；24)被构建在第二作用平面(E2)中且共同构成沿第一径向方向的第二刚性支承，并且此时在位于第一和第二作用平面之间的第三作用平面(E3)中构建第五个分散的支承点(15；25)，所述第五个分散的支承点(15；25)构成了在与第一径向方向相反的第二径向方向上的支承。
13.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，第五分散的支承点(25)由沿径向可调节的支承元件构成。
14.按照权利要求13所述的夹紧装置，其特征在于，所述沿径向可调节的支承元件(39)沿径向可活动地支承在主轴(31)或者刀具夹持部分上，而且可克服弹簧(26；48)的力进行调节。
15.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，联接柄(19)的外定心面(20)，由圆柱形外表面或者多个圆柱形外表面构成。
16.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，联接柄(8)具有圆锥形的外定心面(16)。
17.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，联接柄的外定心面是共同的截锥体形外表面的一部分。
18.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，联接柄(8)具有圆锥形的外定心面(16)，第五分散的支承点(15)是刚性的。
19.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，联接柄的外定心面是共同的截锥体形外表面的一部分，第五分散的支承点(15)是刚性的。
20.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，主轴(31)具有用于沿轴向支承刀具夹持部分(32)的一个定位面(28)或者多个分散的定位面(44-46)。
21.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，位于同一作用平面(E1或者E2)中的分散的支承点(11、12或者13、14；21、22或者23、24)，与所述旋转轴线(3)具有相同的径向间距。
22.按照权利要求21所述的夹紧装置，其特征在于，不同的作用平面(E1、E2)上的分散的的支承点(11、13或者12、14)，与所述旋转轴线(3)具有不同大小的径向间距。
23.按照权利要求12所述的夹紧装置，其特征在于，分散的支承点(11至15；21至25)的内定心面，被弯曲成凹形的或者凸状的，或者是平直的。
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