CN1054089C - 卡盘装置 - Google Patents

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Abstract

为了提供一个可给予工具足够切削力和轴向夹紧力的卡盘装置，相互啮合的凹/凸部形成于一工具上的相邻(或邻接用)端部上和形成于当所述工具装在所述卡盘装置上时与所述工具的相邻端部进入接触的一接触部上，并且由相向面对的凹/凸部端面和升壁所限定的夹角被设置成锐角。

Description

卡盘装置
本发明涉及一个夹持工具的卡盘装置。
在日本已通过检查的应用型Hei 3-29056号出版物中提出了一种加在工具上呈现一强切削力的技术(下文中称之为先有技术)。
在先有技术中，相互啮合的半圆柱形凹部和凸部形成于工具上的相邻端部上和与工具的该相邻端部进入接触的卡盘装置本体上的接触部位上(其中相互面对的半圆柱形凹部和凸部的竖直表面各自与其端面垂直)。凹部与凸部的凹凸式啮合保证了对一旋转扭矩的良好传输，从而呈现出一强切削力。
然而，先有技术会遇到有下述突出的未解决的问题。
换句话说，可以确定先有技术虽能保证可很好地把一旋转扭矩传送至工具，并展现出一强切削力，但有一未解决的突出问题，即增大在轴向上夹紧工具的夹紧力问题。
具体地说：
i，在图1和2中，在利用一工具(钻头31)钻一通孔32的情况下，由于当钻头31贯穿一所要加工的工件33时会产生一迫使钻头31与一卡盘装置34脱开的力，因而就存在忧虑：钻头31会从卡盘装置31中脱出。
参考图1和2上述观点将被详细描述。
钻头31由两个钻齿组成，其钻齿的轨迹在运转过程中呈螺旋线。
图2示出了由贯穿侧观察到的钻头31穿过工件32时的瞬间。
由于钻头31的切削齿部位31以螺旋方式旋转运动，图2中阴影部分未被切削。然而，由于钻头31的切削齿部分31’上的所有尖端均已穿过工件，所以由钻头31的侧壁部分31”用来切削图2中的阴影部分。
由于钻头31的侧壁部分31”具有一扭角，在对阴影部分的加工过程中，由于扭角的作用会产生一拉钻头本身的张力。
ii，存在一种忧虑，即当利用钻头钻完深孔从深孔中拉出钻头时，由于磨擦力作用钻头会从卡盘装置上被拉脱开。
iii，在一种钻头装置中，钻头被夹持住情况下卡盘装置作沿轴向的振动，此时传给钻头一冲击力而使钻孔形成；或在另一种钻头装置中，即通过利用气锤撞击由卡爪件夹持的钻头相邻端部从而形成孔，(此两种类型的钻头装置在下文称作冲击钻装置)，由于在钻头上沿轴向施加了一作用力(力朝向钻头尖端)，就会产生钻头被拉脱的忧虑。特别是在夹紧钻头的卡爪件和工具间有明显摩擦力条件下，这种现象就会很显著。
为克服上述缺陷，本发明的一个目的是提供一种既能在工具上展现一强切削力又能沿工具轴向展现有良好夹紧力的卡盘装置。
根据本发明的第一种情况，提供了一利用可伸缩卡爪件夹持住一工具上相邻部分的卡盘装置，其特征在于：相互啮合的凹凸部形成于工具上的相邻端部和形成于当所述工具装在所述卡盘装置上时与工具的该相邻端部相接触的一接触部上，并且由相互面对的凹/凸部上的端面和升壁所限定出的夹角被设置成锐角。
根据本发明，相向布置的升壁之间的间隔按预定间距设置。
根据本发明的另一种情况，提供一利用可伸缩卡爪件夹持住一工具上相邻部分的卡盘装置，其特征在于：相互啮合的凹/凸部形成于工具上的相邻端部和形成于当所述工具装在所述卡盘装置上时与工具的该相邻端部相接触的一接触部上，并且由相互面对的凹/凸部上的端面和升壁所限定出的夹角被设置成近似直角，并且在升壁上形成一凸部。
根据本发明另外还有一种情况，提供了一利用可伸缩卡爪件夹持住一工具上相邻部分的卡盘装置，其特征在于：相互啮合的凹/凸部形成于工具上的相邻端部和形成于当所述工具装在所述卡盘装置上时与工具的该相邻端部相接触的一接触部上，并且由相向面对的凹/凸部的升壁之间的间距按预定间隔设置。
根据本发明，凹/凸部的硬度可能不同。
如上所述，根据本发明的第一种情况，由于工具和与工具接触的接触部的凹/凸部相互啮合，卡盘装置本体的旋转扭矩可被完全地传送到工具上。同样，因为由相向面对的凹/凸部端面和升壁所限定出的夹角被设置成锐角，当卡盘装置旋转时，由于工具和接触部间的接触面压力会引起弹性和塑性形变，工具和接触部被保持在紧固状态以给工具提供一良好的轴向紧固力，顺便说一下，由工具和接触部所限定出的两个夹角均被设置成锐角(见图6)的情况下，上述形变就会减小。然而，与夹角呈直角时相比，可能会呈现出有紧固效果。
根据本发明的另一种情况，由于工具和与工具接触的接触部的凹/凸部相互啮合，卡盘装置本体的旋转扭矩可被很好地传送到工具上。同样，在升壁上形成有一凸部，当卡盘装置旋转时，由于凸部和与凸部相向面对的升壁间的接触面压力会造成塑性和弹性形变，并且工具和接触部被保持在紧固状态以给工具提供一良好轴向紧固力。
根据本发明的另一种情况，由于工具和与工具接触的接触部的凹/凸部相互啮合，卡盘装置本体的旋转扭矩可被很好地传送到工具上。同样，由于凹/凸部的升壁间的距离被设置成预定间距L，举例来说，当卡盘装置本身旋转并且与工具接触的接触部也旋转时，接触部(图6用Y表示)才于工具上相邻端部进入接触，工具和接触部间的接触面压力会造成塑性和弹性形变(咬合)，并且工具和接触部被保持在紧固状态以给工具提供一良好的轴向紧固力。此种情况下如果凹/凸部的硬度不同，即屈服点或抗拉强度有明显差异，上述形变也就很明显，并且夹紧状态也会保持得很好。
在以下附图中：
图1是描述一先有技术的局部横截面图；
图2是描述这先有技术的底视图；
图3示出按本发明一实施例的装置在使用状态下的局部横截面图。
图4示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图5示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图6示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图7示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图8示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图9示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图10示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图11示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图12示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图13示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图14示出按本发明的另一实施例放大的局部横截面图。
图15是图14中沿箭头所指线剖取放大的横截面图。
图16是图14中沿箭头所指线剖取的另一放大的横截面图。
图17是对本发明实施例的一描述图。
图18是对本发明实施例的另一描述图。
现结合实例并参阅附图对本发明进行说明。
图3示出一安装在轻便型电钻装置4的旋转轴4a顶端的卡盘装置了，其中三个卡爪件2沿径向布置在本体5中，一螺母套6旋转地设置于本体5中，以及螺母套6上的一阴螺纹部分6a与每个卡爪件2的阳螺纹部分2a相互间螺纹啮合。
一旋转轴筒7固定于螺母套6上，以及一固定于本体5相邻端部处的扣紧套筒8设置于本体5的基部。阴螺纹安装孔9在本体5的基部形成，耦合(联轴)件(压挤(sclew)固定于阴螺纹安装孔上，该耦合件上形成一半圆形凸部3a和一半圆形凹部3b(从图3耦合件N的下方看)。在图3所示的情况耦合件N是压装在阴螺纹安装孔9内，然而，耦合件N用来安装于阴螺纹孔9内的紧固措施也可以是任何其他方式。例如，并不总是必须采用耦合件N与卡盘本体3分开的分离构件的形式，而可以与卡盘本体3本身做成一体，其上形式一形状与耦合件N相同的耦合部位，或者直接在电钻主轴的顶端形成合适的凹部和凸部。
再说，结合由本发明所解决的第iii项内容考虑到在以上提到的冲击钻装置的情况下，可能提供一种沿轴向滑动式不旋转的耦合件N。
在所示的实施例中，图3所示的工具1是一根钻头。
有多种使工具1与耦合件N结合的措施就，具体措施将在以下进行说明。
在图4中，在工具1的相邻端部、形成一大致半圆柱形的凹部1b和一大致半圆柱形的凸部1c，而在耦合件N上形成分别与半圆柱形凹部1b和半圆柱形凸部1c相啮合的一大致半圆柱形的凸部3b，和一大致半圆柱形的凹部3b，在工具1的半圆柱形凸部1c的上升壁1d与其端面1e之间限定的夹角是一锐角。
在图5中，在工具1的相邻端部形成一大致半圆柱形的凹部1b和一大致半圆柱形的凸部1c，而在耦合件N上形成分别与半圆柱形凹部1b和凸部1c相啮合的一大致半圆柱形的凸部3a和一大致半圆柱形的凹部3b，在耦合件N的半圆柱形凸部3a的升壁3c与其端面3d之间限定的夹角是锐角。
在图6中，在工具1的相邻端部形成一大致半圆柱形的凹部1b和一大致半圆柱形的凸部1c，而在耦合件N上形成分别与半圆柱形凹部1b和凸部1c相啮合的一大致半圆柱形的凸部3a和一大致半圆柱形的凹部3b。在工具1的半圆柱形凸部1c的升壁1d与其端面1e之间限定的夹角是一锐角，以及在耦合件N的半圆柱凸部3a的升壁3c与其端面3d之间限定出的夹角是锐角。以上三种类型的配置被列入本发明的第一方面内容，再说，图4至图6所示的配置中，若在面对的锐角部分的升壁1d和3c之间设定有一预定的间距L，那么这种配置被列入本发明的第二方面内容。这种类型与图14所示的类型相同，因此省略掉详细的叙述。
在图7至图13中，在工具1的相邻端部形成一大致半圆柱形的凹部1b和一大致半圆形的凸部1c，而在耦合件N上形成分别与半圆柱形凹部1b和凸部1c相啮合的一大致半圆柱形的凸部3a和一大致半圆柱形的凹部3b。在工具1的半圆柱形凸部1c的升壁1d与其端面1e之间限定的夹角大致是一直角，以及在耦合件N的半圆柱形凸部3a的升壁3c与其端面3d之间限定出的夹角大致是直角。再者，在工具1的半圆柱凸部1c的升壁1d和在耦合件N的半圆柱凸部3a的升壁3c中的一个升壁或两个升壁上形成有凸部1f，3e。最好凸部1f，3e围绕工具1和耦合件N的全部径向长度上形成，当然1f，3e在工具1和耦合件N的全部径向长度的一部分上形成也已够了。图9示出了凸部1f，3e相互啮合的情况。
这7种类型被列入本发明第三方面内容，再说，在图7至13的配置中，在面对凸部3e，1f的升壁1d和3c之间可能设置有一预定的间距L。这种类型与图14所示类型相同，因而省略详细的叙述。
在图14中，在工具1的相邻端部形成一大致半圆柱形的凹部1b和一大致半圆柱形的凸部1c，而在耦合件N上形成分别与半圆柱形凹部1b和凸部1c相啮合的一大致半圆柱形的凸部3a和一大致半圆柱形的凹部3b。在工具1的半圆柱形凸部1c的升壁1d与其端面1e之间限定的夹角大致是一直角，以及在耦合件N的半圆柱凸部3a的升壁3c与其端面3d之间限定出的夹角大致是直角。更进一步看，在耦合件N的半圆柱形凸部3a的升壁3c上形成一凸部3e，以及在工具1的半圆柱形凸部1c的升壁1d与耦合件N的半圆柱形凸部3a的升壁3c之间设定一间距L。再说，一个半圆柱形凸部3a的升壁3c上形成的凸出部3e的高度最好与另一半圆柱形凸部1c的升壁1d的高度不相等(当然图14所示的凸部3e的高度与升壁1d不相等，因为凸部3e是在侧向上形成，然而，举例说，当凸部3e是在垂直方向上形成，那么升壁1d与凸部3e间的高度差更有效)。这就是为什么当这两者相接触而发生塑性变形和弹性变形时能有好的紧固状态的原因，当一构件W具有与构件V的壁R不同高度的凸出部S的情况下，凸出部S与壁R接触并因而发生变形，这种情况下的因两者变形而形成的紧固状态(图18)比一构件U的凸出部S具有与构件T的壁R相同高度的情况下(图17)因两者接触变形而形成的紧固状态要好。其结果是构件W几乎难以沿箭头所指的方向发生移动。图17和图18中的双点划线指示出凸出部S咬入壁R处的情况。
在图14所示类型中，在切割形成半圆柱形凸部1c和3a时，由于如上述在升壁1d与3c之间设置有一间距L，就没有必要把半圆柱形凸部1c和3a切割成能使两部件的凸部与凹部正好保持啮合的形状。例如没有必要使升壁1d和3c通过中央轴线处。这也就意味着在工作场所就可能容易地切割出凹/凸部来，从而图14所示的类型是很实用的。当时，当一工具需要有中心孔时，采用这种类型就有可能在形成凹/凸部时保留中心孔，诸如端面铣刀、丝锥之类就有此需要。
再说一下，耦合件N与工具1之间按要求设置间隙10。
如上所述，图4至图14所示的各种类型，最好半圆柱形凸部1c的升壁1d与半圆柱形凸部3a的升壁3c两者之间硬度有差别。这就是塑性和弹性变形能很容易地产生的原因。
综上所述，在图4、5和6所示类型中，尖部的变形能实现紧固状态。在图6情况下，紧固状态的获得难以与图4和图5的例子相比拟，但由于其结构可能获得一定程度的紧固状态。在图7至图13所示类型中，凸部1f，3e发生变形以实现紧固状态。在图9中，与图6同样由于其结构形状可能获得一定程度的紧固状态。图14所示的典型结构是出自如图4至13的类型但具有间距L(这种类型是与图13所示类型类似但保留有间距L)。
它仅当卡盘装置3旋转后才发生接触，也仅在接触后引起变形时才获得紧固状态。
例如，在图14所示例中，由于卡盘本体3的旋转使耦合件N与工具1相互进入点接触。在图7和图8所示类型中(设置有凸部1f，3e，并以不同的观点来看按本发明的第4方面内容留有间距L)，由于卡盘本体3的旋转使耦合件N与工具1相互进入线接触。在图14所示的类型中如没有设置凸部3e(即间距L是单一的情况，在图中未示出)，由于卡盘本体的旋转使耦合件N与工具1相互进入线接触。在此意义上，这种类型与图7和图8中所示类型相同，从结合图17和18所解释的观点来看，这种类型不是很理想的，然而，由于其变形可能获得一定程度的紧固状态。
换句话说，在有间距L的类型中，最有利的情况是两个部件相互间发生点接触，因为这样接触面压力能达到最大。在两个部件相互间发生线接触情况下，最好使线接触的长度短以尽可能大地增加接触面压力。
再说，在应用本发明于一市场上可买到的工具1(钻头)的情况下，由于市场上买到的钻头在其最接近端面处没有任何凹部存在，在工作现场可容易地用一磨轮或类似工具切割出来。从这意义上看，图5，8，11和13所示的类型更易于实现。在工作现场，如图5，8，11和13所示的类型并且保持有间距L的情况下，本发明能最容易地实现。
从上述特点来看，在所示类型中，例如图5，阴螺纹安装孔9与电钻装置4的旋转轴4a顶端以螺纹连接，用于握住扣紧套筒8和转动旋转轴筒7使卡爪件2斜向滑动缩回，于是卡爪件2形成的空间扩张开。工具1插入卡爪件2之间的空间，使工具1相邻端部的半圆柱形凹部1b和半圆柱形凸部1c与安装在阴螺纹安装孔9内的耦合件N上设置的半圆柱形凸部3a和半圆柱形凹部3b呈凹部对凸部的相互啮合。接着按相反方向转动旋转轴筒7使卡爪件2斜向滑动前移，从而使卡爪件2间的空间减小。其结果是工具1被卡爪件2所夹紧。在这种条件下，当电钻装置4工作时，由于工件1的相邻端部的半圆柱形凹部1b和半圆柱形凸部1c与安装在阴螺纹安装孔9内的耦合件N上设置的半圆柱形凸部3a和半圆柱形凹部3b呈凹部对凸部的相互啮合，于是由电钻装置4工作所产生的旋转轴4a顶端处的旋转扭矩完全传输到工具1上，更进一步看由于升壁3c与端面3d之间所限定出的是一锐角，则由于耦合件N旋转而在升壁1d上产生塑性和弹性变形，结果是由于两部件间的啮合状况显示出沿轴线方向对工件1有理想的夹持力。
更具体说，当在工件上形成贯穿孔时，即使由于钻头钻透工件时产生的一个作用于钻头迫使钻头与卡盘装置本体3脱开的力，仍可有效地防止钻头从卡盘装置本体3中被拉出。同样，当钻头在钻出一深孔时会受到拉力，此时也能有效地防止钻头从卡盘装置本体3内被拉出。再者在使用冲击钻情况下，仍能有效地防止钻头从卡盘装置本体3中被拉脱。
再对工具1和耦合件N的结构形式作附加说明，举例说，在工具1的相邻端部以相同形式形成半圆柱形凹部1b和半圆柱形凸部1c，然而在耦合件N非工作部位上形成一槽，工具1的半圆柱形凸部1c插入槽内。当然，与此相反，这样的槽也可在工具1上的部位形成。
按本发明的这种布置方式，可以把切削力很好地传输给工具而且具有不使工具发生轴向移动的夹紧力。
在不背离本发明精神实质和范围的条件下，本发明可有各种各样的变化，再进一步说，以上对本发明实施例所作的描述仅是为了说明的目的，并非对本发明所附权利要求及其相应内容作什么限制。

Claims (7)

1.一工具(1)和一夹紧工具的卡盘装置(3)，其中，卡盘装置(3)有一个本体(5)，其内具有多个可伸缩并能夹紧工具(1)的卡爪件(2)，在其邻端具有凹(1b)部和凸(1c)部；
一安置在本体(5)的耦合件(N)并在其远端有凹部(3b)和凸部(3a)，当工具(1)紧固在卡盘装置(3)，工具(1)的凸部(1c)啮合耦合件(N)的凹部(3b)。
其中，耦合件(N)的凹部(3b)和凸部(3a)各有一个单独的端面并共有一个耦合件(N)的升壁(3c)；
其中，工具(1)邻端的凹部(1b)和凸部(1c)各有一个单独的端面并共有一个工具(1)的升壁(1d)；
其特征在于
为了保证一个良好的在耦合件(N)和工具(1)的邻端之间轴向的紧固力，耦合件(N)的升壁(3c)与耦合件(N)凸部(3a)的端面(3d)呈锐角。
2.根据权利要求1的工具和夹紧工具的卡盘装置，其特征在于：
为了保证一个良好的在耦合件(N)和工具(1)的邻端之间轴向的紧固力，工具(1)的升壁(1d)与工具(1)的凸部(1c)的端面(1e)呈锐角。
3.根据权利要求1的工具和夹紧工具的卡盘装置，
其特征在于：
为了保证一个在耦合件(N)和工具(1)的邻端之间良好的轴向的紧固力，偶合件(N)的升壁(3c)与耦合件(N)的凸部(3a)的端面(3d)呈锐角而工具(1)的升壁(1d)与工具(1)的凸部(1c)端面(1e)呈锐角。
4.根据权利要求1的工具和夹紧工具的卡盘装置，
其特征在于：
为了保证耦合件(N)和工具(1)的邻端之间轴向的良好固紧力，耦合件(N)的升壁(3c)与耦合件(N)的凸部(3a)端面(3d)大致设定呈直角，而工具(1)的升壁(1d)与工具(1)凸部(1c)的端面(1e)大致设定呈直角，而且1)：耦合件(N)的升壁(3c)是平的；工具(1)的升壁(1d)有一个指向耦合件(N)升壁(3c)的突起(1f)；或者，2)工具(1)的升壁(1d)也是平的，耦合件(N)的升壁(3c)有一个指向工具(1)升壁(1d)的突起(3e)；所述工具(1)的升壁(1d)及耦合件(N)的升壁(3c)之间具有一予定的“L”形间隔；工具(1)的升壁(1d)有一个指向耦合件(N)升壁(3c)的突起(1f)并且耦合件(N)有一个指向工具(1)升壁(1d)的突起(3e)；上述突起(1f；3e)相互重叠在垂直耦合件(N)的纵向轴线方向。
5.根据权利要求1的工具和夹紧工具的卡盘装置，
其中，一耦合件(N)安置在本体(5)内且在其远端，有凹部(3b)和凸部(3a)；当工具(1)紧固在卡盘装置(3)内，工具(1)的凸部(1c)啮合耦合件(N)的凹部(3b)；
其中，耦合件(N)的凹部(3b)和凸部(3a)各有一个单独的端面并共有一个耦合件(N)的升壁(3c)；和
工具(1)邻端的凹部(1b)和凸部(1c)各有一个单独的端面并共有一个工具(1)的升壁(1d)；
其特征在于：
为了保证耦合件(N)和工具(1)的邻端之间良好的轴向紧固力，耦合件(N)的升壁(3c)与耦合件(N)的凸部(3a)的端面(3a)大致设定呈直角，工具(1)的升壁(1d)与工具(1)的凸部(1c)的端面大致设定呈直角，其中，工具(1)凸部(1c)的升壁(1d)或耦合件(N)的升壁(3c)或上述两个升壁(1d，3c)；构成一个单一的尖顶凸部(1f，3e)伸过上述升面或构成多个平行且间隔开的尖顶凸部(1f，3e)伸过上述的升面。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的工具和卡盘装置，其特征在于，工具(1)一开始就与耦合件(N)装配成相互联系这样工具(1)的升壁(1a)与耦合件(N)的升壁(3c)其间有一定的间隔(L)，当进行钻动操作时，使钻头(1)相对于耦合件(N)呈略微转动为了在耦合件(N)和工具(1)之间建立一个驱动与咬合关系。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的工具和卡盘装置，其特征在于，耦合件(N)的硬度不同于工具(1)的硬度。
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