CN105312604B - 膨胀卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有基体(9)和膨胀套筒(10)的膨胀卡盘(1)，所述膨胀套筒(10)围绕用于工具的接纳座(6)，其中所述膨胀套筒(10)在所述基体(9)内部并在所述接纳座(6)的前端(3)处与所述基体(9)压力密封连接，从而在所述基体(9)与所述膨胀套筒(10)之间形成压力室(11)，所述膨胀卡盘(1)的特征在于所述基体(9)的前端(3)处的所述膨胀套筒(10)径向向外延伸直至一连接区段(34)，在该连接区段，所述膨胀套筒(10)与所述基体(9)以压力密封方式连接。

Description

膨胀卡盘

本发明涉及具有基体以及围绕用于工具的接纳座的膨胀套筒的膨胀卡盘，其中膨胀套筒压力密封连接至基体并位于基体内部的接纳座的前端，从而在基体与膨胀套筒之间形成压力室。

这样的膨胀卡盘主要用于将工具(例如铣削工具或钻头)牢牢夹紧在接纳座内部。而膨胀卡盘则是安装在与工具接纳座相对的端部处的机床上，以使得工具可用于处理工件。

为了将工具夹紧在接纳座中，需要对膨胀套筒与基体之间形成的封闭体积加压，例如通过压入油从而使得膨胀套筒在径向方向上向内(即，朝向膨胀卡盘的中间轴)压入。这会使膨胀套筒压贴接纳座内部的工具，从而将其夹紧在接纳座内部。

为了增加膨胀卡盘与工具之间的最大传递扭矩，原则上有利的是膨胀套筒的有效夹紧区段，即其中在加压时在膨胀套筒的内表面与工具的外表面之间生成高压缩的区域的长度，尽可能长。同时，膨胀卡盘应当在轴向方向上尽可能紧凑。因此有利的是使得夹紧区段尽可能长而不增加膨胀卡盘的长度。

膨胀卡盘的另一要求是以某种方式夹紧工具，该方式在尽可能的程度上避免了膨胀卡盘的前端处的任何切口效应。从长远看，任何此类切口效应均可导致工具过早损坏。

本发明试图解决以某种方式改进已知膨胀卡盘的问题，该方式产生较大的有效夹紧长度以及对所夹紧工具尽可能低的切口效应。

为了解决这个问题，本发明为上述膨胀卡盘提供了使基体前端处的其膨胀套筒径向向外延伸到连接区段，在该连接区段中膨胀套筒以压力密封方式连接至基体。本发明基于以下基本观念：在径向方向上将膨胀套筒的连接区段布置在夹紧区段的外侧，以及在夹紧区段与连接区段之间提供一种过渡段，其中膨胀套筒径向向外延伸。该过渡段的特征在于与膨胀套筒的夹紧区段具有基本相同壁厚。换句话讲，膨胀套筒的连接区段相对于夹紧区段径向向外位移，使得所夹紧工具仅由夹紧区段支撑，而不由连接区段(更确切地说，连接区段的内边缘)支撑。从而可将过渡段视为夹紧区段的一部分，因为当夹紧工具时其在压力室中的压力下稍稍变形，并且在紧邻夹紧区段的区域中对接至工具。

与此相反，在现有技术中，连接区段为夹紧区段的轴向延伸部分。这基本导致两个问题，所述两个问题利用本发明中所述的设计得以解决。一方面，当连接区段为夹紧区段的延伸部分时其减小夹紧区段的可用长度，因为连接区段会“阻挡”膨胀卡盘的前端，从而使其不可用于将工具夹紧。另一方面，连接区段相对刚性，因此造成了所夹紧工具处切口效应的风险。然而，如果如本发明所提供的那样，连接区段径向向外位移，则夹紧区段几乎可延伸到膨胀卡盘的前部。膨胀套筒从而另外位于膨胀卡盘的前端，其中与通常在连接区段中相比其壁更薄并因此比连接区段更具挠性。由此避免了切口效应。

优选的是，膨胀套筒具有圆柱形夹紧区段以及从圆柱形夹紧区段开始径向向外延伸的过渡段，该过渡段的壁厚或多或少与夹紧区段的壁厚相等。过渡段确保膨胀套筒在前端的所需挠性，从而减小从工具的自由部分至所夹紧部分的过渡部分处的切口效应。

优选提供的是，过渡段是弯曲构造的，特别是具有大于1mm并特别优选具有1与2mm之间的曲率半径。这避免了锐边缘，从而进一步减小切口效应。

根据本发明的实施例，连接区段与夹紧区段相比具有更大壁厚。这就阻力而言可为有利的。

根据本发明的实施例，膨胀套筒被设计为与基体构成单一件。这样的膨胀卡盘可用对于三维印刷而言已知的方法来制造，其中金属用作原料，该原料以薄层形式组装到三维膨胀卡盘内。

根据可供选择的实施例，提供的是膨胀套筒构造为独立的构件，该构件与基体以压力密封方式连接，特别是焊接。通过这样的两部分构造，几乎不费力就可实现膨胀套筒与基体之间的压力室。

膨胀套筒可是通过切削加工制成的，例如作为车削件，或为塑性变形(例如深度拉伸和/或挤出)的构件。对于复杂的轮廓而言，具体地讲连接区段附近，以及对于壁厚中的主要变化而言，有利的是是通过切削加工制成膨胀套筒，而在通常恒定壁厚的情况下，深度拉伸或挤出膨胀套筒可更具成本效率。

根据实施例，提供的是基体的位于前端的端侧配有凹槽或凸肩，以便在组装时能在该处布置焊环。这增加了方法可靠性。

优选的是，膨胀套筒的外部夹紧点(在该夹紧点处膨胀套筒可接合至工具)在轴向上位于与基体压力密封连接的区域内或甚至在该区域之外。本实施例为有效夹紧区段提供最大长度，因为其延伸至膨胀卡盘的外端。

根据实施例，提供的是膨胀套筒延伸至基体的一个外侧。换句话讲，膨胀套筒完全涵盖基体的前部。本实施例的优点在于特别大的表面可用于将膨胀套筒焊接至基体。

根据本发明的膨胀卡盘的特征特别在于膨胀套筒的外部夹紧点(在该夹紧点处膨胀套筒可接合至工具)位于在膨胀卡盘的前端之内少于3mm、优选少于2mm并特别优选少于1.5mm处。这导致夹紧区段的长度相对长，从而还允许在工具与膨胀卡盘之间传递相对高的扭矩。

下面使用在附图中示出的实施例对本发明进行说明。在附图中：

-图1以透视图示意性示出了用于将工具夹紧的现有技术中已知的膨胀卡盘；

-图2示出了图1的膨胀卡盘的侧视图；

-图3示出了沿着图2中的平面III-III的截面；

-图4示出了沿着图2中的平面IV-IV的截面；

-图5以局部截面图示出了根据本发明的第一实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

-图6以局部截面图示出了根据本发明的第二实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

-图7以局部截面图示出了根据本发明的第三实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

-图8以局部截面图示出了根据本发明的第四实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

-图9以局部截面图示出了根据本发明的第五实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

-图10以局部截面图示出了根据本发明的第六实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

-图11以局部截面图示出了根据本发明的第七实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

-图12以局部截面图示出了根据本发明的第八实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

-图13以局部截面图示出了根据本发明的第九实施例的膨胀卡盘的工具侧端部；

图1至4示出了膨胀卡盘1，其用于夹紧由旋转驱动装置(未示出)驱动的工具，具体地讲机床的主轴驱动装置(同样未示出)处的钻头或铣刀。这些图中示出的膨胀卡盘从现有技术(例如从WO2005/097383)中通常为已知的，并且说明仅用于对膨胀卡盘的操作模式进行说明。因此不容许从图1至4中所示的膨胀卡盘的维度、应用领域和特殊性质得出根据本发明的实施例的有限结论。

膨胀卡盘1基本相对于形成旋转轴的膨胀卡盘轴2以旋转对称方式来实现，并且在所述膨胀卡盘轴2的方向中看出，具有工具侧端部3(下文中也称为“前端”)和机床侧端部4。在工具侧端部3附近，将膨胀卡盘1拉出到长而且窄的颈区域5，该区域5在自由端具有工具的接纳座6。

机床侧端部4具有例如HSK柄形式的安装锥7，以用于将膨胀卡盘1连接至驱动主轴。

此处膨胀卡盘1具有两部件基体，该基体由机床端的基体部件8和工具端的基体部件9形成。两个部件8、9手动焊接在一起并从而以刚性并且压力密封的方式互连。原则上还可将膨胀卡盘的基体实现为单一部件或两个以上的部件。

在基体8的接纳座6附近为中空圆柱体并具有薄壁。基体8的该薄壁段称为膨胀套筒10。膨胀套筒10与基体8构造为一体，但也可由独立件形成。在基体9的内壁与膨胀套筒10的相对外壁之间形成环形间隙11。该环形间隙11仅提供优选0.1mm(对应于膨胀套筒10的壁厚的约十分之一)的极其有限的径向膨胀部分R，并且由于分辨率的问题仅可在放大的图4中并且具体地讲在进一步放大的详细图示A中看到。在图3中，环形间隙11仅作为加宽黑线略微可见。

环形间隙11在轴向方向上沿着膨胀套筒10的主要部分延伸并在接纳座6附近形成压力室12，该压力室12具有液压介质F，具体地讲为油。在机床端4的方向上延伸到压力室12外的环形间隙11段提供了压力传导系统13，其将压力室12流体连接至相对于压力室12轴向位移的压力生成单元14，从而允许压力从压力生成单元14转移到压力室12内。

在未加载状态下径向膨胀部分R在环形间隙11的整个长度范围内保持基本相同，以使得压力室12不受干扰地并入到压力传导系统13内。如特别在图4中可看出，压力生成单元14包括圆柱形内孔15，该圆柱形内孔15包含压力活塞16。压力活塞16可调节地直接导向到圆柱形内孔15内或如图4中所示，导向到圆柱形内孔15的套筒17中。压力活塞16必须通过夹紧螺钉18致动。

压力活塞16的内端具有由弹性材料(具体地讲弹性体或橡胶)制成的垫圈19。压力生成单元14还包括填充孔20，其以这样的成角度方式从圆柱形内孔15的内端引出，使得其大致与环形间隙11相切运转。填充孔20从而流体连接至圆柱形内孔15和环形间隙11(通过环形间隙11)。通过球体密封件以压力密封方式使填充孔20对外界封闭。

在其操作状态下，圆柱形内孔15、填充孔20和环形间隙11完全填充满压力介质F。

为了将已置于接纳座6中的工具夹紧，可通过螺丝刀在圆柱形内孔15中调节夹紧螺钉18并从而调节压力活塞16，由此减小具有压力介质F的圆柱形内孔15的体积。因此可将通常1000巴的流体静压应用于压力介质F。通过环形间隙11，所述压力从压力传导系统13转移到压力室12的区域内。此处，流体静压导致薄壁膨胀套筒10变形，该膨胀套筒10径向向内导向到膨胀卡盘轴2上，通过该膨胀卡盘轴2将工具夹紧在接纳座6中。由于在外侧上邻近压力室12的基体9的壁厚相对较大，因此压力的效应不会导致在膨胀卡盘1的外周边出现任何显著变形。

为了从膨胀卡盘1中移除工具，通过将夹紧螺钉18转几圈重置压力活塞16，从而释放压力介质F。弹性变形的膨胀套筒10从而恢复其初始形式，并可移除工具。

下面，在图5至13中描述了根据本发明的膨胀卡盘的各种不同实施例。在这些描述中，相同附图标记用于从图1至4中已知的部件。

对于所有实施例，膨胀套筒10实现为单独部件，该部件在膨胀套筒10的内部以压力密封方式连接至相应的基体8或9并以压力密封方式在前端3连接至基体9。压力密封连接通过焊接实现。原则上，其他类型的连接也适用，前提是其允许保持膨胀套筒10、具体地讲膨胀卡盘的前端3处的轮廓。膨胀套筒10也可与基体9实现为一体式件。

在图5所示的第一实施例的情况下，膨胀套筒10在膨胀卡盘的前端3处具有基本恒定壁厚。从圆柱形夹紧区段30开始，该圆柱形夹紧区段30的中心轴与膨胀卡盘的旋转轴重合，膨胀套筒10在过渡段32中的前端3处径向向外延伸并且并入到连接区段34内。

过渡段32在稍稍大于90°的成角度区段上延伸，以使得连接区段34在轴向方向上位于过渡段32的最前面点内。这导致过渡段32的内部位于与基体9的端侧36相距一定距离处，从而形成压力室膨胀部分11E。换句话讲，压力室具有两个部分，具有一个圆柱形段11和一个径向向外延伸的膨胀段。

过渡段是弯曲构造的，其中在膨胀套筒10的内部上测量的曲率半径位于1至1.5mm的大小范围内。

此处，膨胀套筒10的连接区段34成一角度实现，以使得其由邻近过渡段32的凸缘状部分34A和邻近该凸缘状部分34A的套环状区域34B形成。区域34B随后在基体9的前端4处整合成周向分层40，以使得区域34B的圆柱形外表面在前端3处构成基体9的圆柱形外表面的延伸部分。

在连接区段34的区域中，膨胀套筒10焊接至基体9，从而在此处形成彼此分离的总共三个焊接表面42，具体地讲在径向位于外侧的端侧36的区域上、分层40的圆柱形区段上以及环形区域上，其中区域34B的面向后的端侧邻近基体9。焊点42的焊接材料由焊环44提供，该焊环44布置在基体9的端侧36中的凹槽46中。凹槽46将端侧36分隔成径向位于内部上的环形区段，其构成压力室11的膨胀部分11E的限值，以及径向位于外侧上的环形区段，其中互连部分34的部分34A焊接至基体9。

在将工具置于接纳座6中并对压力室11加压时，膨胀套筒10的夹紧区段径向向内加载。在轴向方向上构成工具与膨胀套筒10之间接触部分的最外端的最向前的夹紧点在此处用附图标记50来标记。可以看出，夹紧点50仅位于膨胀卡盘的最前端内或“后面”非常短的距离A，其中在这种情况下距离A与膨胀套筒10相等。壁厚可位于例如1至1.5mm、具体地讲1.2至1.3mm的范围内。

同时，可以看出，夹紧点A在轴向方向上位于焊接表面42前面，膨胀套筒10在前端用基体9连接至该焊接表面42。利用膨胀卡盘的任何给定总长度，从而最优化地利用所述膨胀套筒，使得夹紧区段的长度处于最大值。

对所夹紧工具的所得切口效应从而最小化。一方面，在夹紧点50的区域中形成柔性过渡，因为过渡段32以轻微弯曲方式并入到夹紧区段30中。另一方面，夹紧点50附近的膨胀套筒10可弹性并径向向外弯曲，因为其此时不由基体9直接支撑，而是在弯曲过渡段32处连接至基体9，所述弯曲过渡段32随后具有弹簧效应。

图6示出了第二实施例。与第一实施例的区别在于连接区段34的前部分34A不在与膨胀卡盘的中心轴垂直的平面中延伸，而是实现为过渡段32的直接延伸部分，并因此如横截面中所见沿对角线向后并向外延伸。换句话讲，膨胀套筒10的前部形成截锥表面。与第一实施例相比的优点在于过渡段32与连接区段34的部分34A之间的弯曲点可忽略。

图7示出了第三实施例。本实施例与第二实施例的区别在于焊环44未布置在基体9的端侧36中的凹槽46中，而是布置在端侧36与基体9的周向表面之间的过渡部分处的周向凸肩47中。

图8示出了第四实施例。与前面实施例的基本区别在于膨胀套筒10在不同区段中具有不同壁厚。虽然夹紧区段30与过渡段32附近的壁厚为基本恒定的，但凸缘部分34A与夹紧区段30相比具有更大壁厚，而套筒区域34B反过来具有更大壁厚。除了该特征之外，第四实施例与第一实施例基本相同，其中在第四实施例中从过渡段32返回到连接区段34不像在第一实施例中那样明显。因此，夹紧点50基本位于端侧36的层面。

图9示出了第五实施例。第五实施例与第四实施例基本相同，但互连部件34的壁厚的关系相反：套筒区域34B的壁厚小于凸缘部分34A的壁厚。过渡段32的外表面从而与凸缘部分34A的前部合并，而当在剖面图中查看时，内部上的轮廓向后延伸到基体9的端侧36，从而导致连接区段34的凸缘部分34A的总壁厚更大。因此，夹紧点50轴向位于基体9的端侧36前面。

图10示出了第六实施例。这与图8所示的实施例基本相同，第七实施例的焊环44不像第五实施例中的情况一样布置在凹槽46中，而是布置在基体9的端侧36中的凸肩47上，该凸肩47与膨胀套筒10的内部上的凸肩52相互作用。

在图10中，虚线部分表示基体9的端侧36的可供选择轮廓，其中在横截面中端侧36具有鼓起的突起54。在该变体中，压力室11的膨胀部分11E具有较小体积。

图11示出了第七实施例。与前面实施例的区别在于互连部件34未实现为具有成90°角彼此相对的两个部分34A、34B，而是部分34A、34B彼此合并并实现为膨胀套筒10的径向向外端部处的加厚周向鼓起。与前面实施例的另一区别在于由于连接区段34的横截面，使得仅应用彼此分离的两个焊接表面42。

由于在第七实施例中，过渡段32也在大于90°的成角度区域上延伸，因此当在轴向方向上查看时，连接区段34再次位于过渡段32“后面”。因此，夹紧点50轴向位于连接区段34前面，并且具体地讲焊接表面42前面。

图12示出了第八实施例，其中当在剖面图中查看时，连接区段34在其内部上实现为过渡段32的径向向外延伸部分。在外侧上，当在剖面图中查看时，过渡段32也直接并入到连接区段34的外部轮廓内，其中连接区段34的部分34A的端侧限定截锥表面，当在轴向方向上查看时锥的顶端位于膨胀卡盘的前部内。在连接区段的区域34B附近，端侧在与膨胀卡盘的旋转轴垂直的平面上延伸。因此，形成较大插入锥，其有利于将工具置于接纳座6内。

图13示出了第九实施例，该实施例与前面实施例的区别在于当在轴向方向上以及在剖面图中查看时，邻近压力室11或更确切地讲压力室11的膨胀部分11E的焊接表面42构成压力室11的延伸部分，即，其在轴向方向上从压力室延伸至膨胀卡盘的前端3处的端侧。然而，连接区段34抵靠膨胀套筒10的夹紧区段30再次在轴向方向上向外位移，以使得夹紧区段30首先并入到弯曲的过渡段32内，该过渡段32随后连接至连接区段。本实施例因而还确保夹紧点50附近的夹紧区段30不由基体9直接支撑，而是可弹性弯曲以便减小切口效应。

Claims (17)

1.一种膨胀卡盘，包括：

基体；和

膨胀套筒，围绕用于工具的接纳座，

其中，所述膨胀套筒在所述基体内部并压力密封地连接在所述接纳座的前端处，从而在所述基体与所述膨胀套筒之间形成压力室；

其中，所述膨胀套筒在所述基体的前端处径向向外延伸至一连接区段，在该连接区段，所述膨胀套筒与所述基体以压力密封方式连接；并且

其中，一环形间隙在基体的前端的方向上延伸到压力室外。

2.根据权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，所述膨胀套筒具有圆柱形夹紧区段以及从所述圆柱形夹紧区段开始径向向外延伸的过渡段，并且其中，所述过渡段的壁厚与所述夹紧区段的壁厚大致相等。

3.根据权利要求2所述的膨胀卡盘，其中，所述过渡段构造为弯曲部。

4.根据权利要求3所述的膨胀卡盘，其中，弯曲部的半径大于1mm。

5.根据权利要求2所述的膨胀卡盘，其中，所述过渡段与所述夹紧区段相比具有更大壁厚。

6.根据权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，所述膨胀套筒与所述基体形成为一体。

7.根据权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，所述膨胀套筒构造为独立的构件，该构件与所述基体以压力密封方式连接。

8.根据权利要求7所述的膨胀卡盘，其中，所述膨胀套筒是切削加工构件。

9.根据权利要求7所述的膨胀卡盘，其中，所述膨胀套筒为塑性变形的构件。

10.根据权利要求7所述的膨胀卡盘，其中，所述基体的端侧配有凹槽或凸肩，以便在组装时能布置焊环。

11.根据权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，所述膨胀套筒能在其外部夹紧点处与工具接合，所述膨胀套筒的外部夹紧点在轴向上位于与所述基体压力密封连接的区域内或甚至在该区域之外。

12.根据权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，所述膨胀套筒一直延伸到所述基体的外侧。

13.根据权利要求1所述的膨胀卡盘，其中，所述膨胀套筒能在其外部夹紧点处与工具接合，所述膨胀套筒的外部夹紧点位于所述膨胀卡盘的内部并距离所述膨胀卡盘的前端少于3mm。

14.根据权利要求4所述的膨胀卡盘，其中，弯曲部的半径在1mm和2mm之间。

15.根据权利要求7所述的膨胀卡盘，其中，膨胀套筒通过焊接连接到基体。

16.根据权利要求13所述的膨胀卡盘，其中，所述外部夹紧点位于所述膨胀卡盘的内部并距离所述膨胀卡盘的前端少于2mm。

17.根据权利要求13所述的膨胀卡盘，其中，所述外部夹紧点位于所述膨胀卡盘的内部并距离所述膨胀卡盘的前端少于1.5mm。