CN1074338C - 用于机床的主轴装置 - Google Patents

Abstract

一种用于机床的主轴装置，其中，在内周面上有一个锁定边缘且被插入主轴1的安装孔中的工具柄T通过扩张弹性夹头12而被锁定于主轴，该夹头在外周面上有与该锁定边缘结合的锁定部份。在趋近顶部而逐渐减小直径的压力接受表面形成于夹头12的内表面。主轴1配置有一推杆2，推杆用于通过压力施加表面2d、2e使夹头扩张，表面2d、2e在推杆顶部形成、在趋近顶部逐渐减小其直径，并在推杆2朝前移动时对夹头12的压力接受表面12b，12c加压而将工具柄T锁定。

Description

用于机床的主轴装置

本发明涉及一种用于将工具以可拆卸方式连接于机床主轴的主轴装置。

如图8所示，用于机床的这种传统主轴装置是公知的。这种主轴装置被插入主轴31，它由一个通过一运动机构将其沿图8中的左右运动的管状拉杆32，一个安装在拉杆32顶部的管件33以及一个具有可扩直径、装配于管件33外周面的弹性夹头34组成。逐渐扩张着趋近顶部的压力施加表面33a和33b被制作在管件33的外周表面上，遂渐扩张着趋近顶部的压力接受表面34a及34b形成于弹性夹头34的内周面上，锁定部份34c则形成于弹性夹头34的外周面。

在将一个工具安装于主轴装置时，首先将工具柄T插入主轴31内的安装孔31a中，而冷却剂连接管部份Ta就被配入管件33(参看图8之上半部份)。然后随着将拉杆32在图8中向右移动，压力接受表面34a,34b就被压向压力施加表面33a,33b，以便使弹性夹头34的直径扩张。其结果是，锁定部份34c与工具柄T的锁定端Tb结合，将工具柄T锁定于主轴31中。

但是，在上述传统的主轴装置中有一个结构，在这个结构中在将工具柄T插入主轴31的安装孔31a中时，冷却剂连接管部Ta被配入管件33中。为此，工具T必须被精确地直线运动，以便使之能与主轴31的中心轴线(管件33)对准。但是在采用沿一曲线轨迹将工具插入主轴31安装孔31a中的自动换刀机构时，冷却剂连接管部份Ta与管件33之间的间隙必须扩大，但这会使得难以密封冷却剂。

此外，就上述传统的主轴装置而言，拉杆32的回缩使弹性卡头34膨胀，从而使工具柄T同时与主轴孔31接触。因此拉杆32的最大回缩量受到卡头34的收缩量及冷却剂管连接接部Ta插入量的限止。因此难以通过减少压力施加表面33a,33b与压力接受表面34a,34b之间的倾斜角增大能力。而且，由于压力施加表面33a,33b与压力接受表面34a、34b间的卡紧允许量是由间隙A,B的宽度决定的，如果在图8中的粗黑线的位置没有被对准，间隙A,B会消失，因而不能卡紧。因而良好的工件精度是一种必须遵守的要求。

而且，一个盘簧用来通过增大拉杆32的回缩量来增强卡头34对工具柄T的锁定力。但是，这非常可能会在工具高速回转期间由于盘簧不是一连续构件而产生震动。此外，在将工具从主轴31上通过使卡头34收缩而卸下时，滞后现象引起一个大的必须的回复力，并使工作量增大。然而，盘簧35有相当短的寿命，并要求细心维护它们。

在另一方面，自动换刀机构的导向精度相当低，因此工具相对主轴31的插入轨迹很容易对不准管件33的中心轴线。因而管件33的内周面以及安装于其上的密封件会被迅速磨损，不仅在上面介绍的具有螺旋形插入轨迹的换刀机构而且在具有直线插入轨迹的换刀机构的情况中，它们均要求细心保养维护。

本发明提供一种用于机床的主轴装置、它具有一个其外周面上有一个锁定部份的弹性卡头，卡头用于通过其扩张将一工具柄锁定于主轴内，从而使锁定部份与插入主轴安装孔的工具柄内周面结合，其特征在于，随其趋近顶部而逐渐减小其直径的压力接受表面形成于弹性卡头的内周面上；主轴配置有一推杆，推杆能朝工具柄一侧推进；以及随着趋近顶部而逐渐减小其直径的压力施加表面形成于推杆的外周面上，而且对弹性夹头的压力接受表面加压以便使弹性夹头扩张。

在此情况下，一个管配接部份形成于推杆的顶部，管配接部份用于通过使弹性夹头扩张的推杆的向前推进，与工具柄的冷却剂连接管部分连接。

此外，最好弹性夹头能沿主轴轴线方向移动，而且将用于在推进推杆使弹性夹头扩张时使弹性夹头回缩的弹性回缩机构配置于推杆与弹性夹头之间。

在本发明的用于机床的主轴装置的另一方面，配接部分配置一个阀，阀通过一推簧被朝顶端推而使配接部份关断，通过与冷却剂连接管部份配接一起朝一基座推进而使配接部份打开。

在此情况下，弹性夹头缩回机构具有一回缩锥形表面，它与推杆一起向前推进；一个止挡件安装得用于制止主轴的向前推进；一个由止挡件夹持的可动件，在通过推进推杆由回缩锥形表面推动时，可动件能沿推杆径向向外运动；一个回缩件，在通过推进推杆在被弹性夹头推动并随弹性夹头与可动件沿径向向外运动一道回缩时，回缩件能沿主轴轴线方向运动；以及一个张紧件，用于将回缩件沿推进方向张紧。

作为一种替换，弹性夹头收缩机构可以是具有一个固定于弹簧夹头上的圆柱形回缩件，以便能够沿主轴轴线方向运动，并且将推杆以气密方式插入其内；一个安装于主轴上的止挡件以停止推进运动，并将推杆以气密方式插入止挡件，也以气密方式插入回缩件，以便使之能够相对回缩件运动；一个形成于收缩件与止挡件之间的圆筒腔，腔中密封了液体。

在另一方面，推杆可以有一管杆主体及一个拧入其顶部的管件，一调整垫置于管杆主体及管件之间，通过改变管杆主体与管件之间的拧入宽度(深度)能够调整推杆的总长。

下面对附图进行简要介绍。

图1是本发明的用于机床的主轴装置一实施例的剖视图。

图2是展示冷却剂连接管部分与可动件间相互关系的剖视图。

图3是沿图1之Ⅲ-Ⅲ线剖切的弹性夹头的剖视图。

图4是沿图1之Ⅳ-Ⅳ线剖切的剖视图，展示套筒、止挡腿与连接突起之间的相互关系。

图5是沿图1Ⅴ-Ⅴ线剖切的剖视图，展示由夹持部份夹持的处于夹持状态的可动件。

图6是展示本发明的用于机床的主轴装置的第二实施例的剖视图。

图7是沿图6Ⅶ-Ⅶ线剖切的剖视图，展示环部份与管件之间的关系。

图8是展示一用于机床的传统主轴装置的剖视图。

实施例1

本发明的一实施例展示于图1。在图1中，一推杆2被同心地插入主轴1的中央孔中。推杆2有一管件2b，管件2b被拧入管状杆主体2a端部的外周面，而且可以借一运动机构(未示出)沿图1中的左右方向作往复运动。一个可调整垫配设于杆主体2a与管件2b之间，而且通过改变杆主体2a与管件2b之间的拧入长度可以调整推杆2的长度。杆主体2a与管件2b之间的连接部份由一个密封件4密封。

随着趋近杆主体2a顶部，其直径逐渐减小的回缩锥形表面2c构成于主体2a的外锥面上。随着趋近管件顶部逐渐减小其直径的压力施加表面2d，2e形成于管件2b外周面，构件2b的打开部份构成一配接部份2f，它与工具柄T的冷却剂连接管部份Ta配接工具柄T则插入主轴1的安装孔1b。

可动管件5及一个恢复簧6配置于管件2b内，密封件7则配设于配接部份2f顶部的内周面，此外，可动管件5配置有一个阀10，借助推簧9将其压向阀座5a时，阀10将可动管5闭合。在使推杆2朝前运动使配接部份2f与冷却剂连接管部份Ta配接时，如图2所示，阀10被管部份Ta推动而与阀座5a分离，从而允许冷却剂自由地流过形成于冷却剂连接管部份Ta的各孔H。

在此情形中，在配接部份2f与冷却剂连接管部份由推杆2的朝前运动而配接在一起时，恢复簧6被推向可动管5且受到压缩。因此，在管件2b与冷却剂连接管部份Ta之间的配接部份由接触管部份Ta外周面的密封件7密封。

弹性夹头12安装入推杆2的管件2中。夹头由8个夹头件12a组成，夹头件12a由螺卷簧组成的两个组合簧13组合成一种管形。随着趋近弹性夹头12顶部逐渐减小其直径的压力接受表面12b,12c形成于夹头12的内周面。当推杆2被向图1左侧推进时，压力接受表面12b,12c被管件2b的压力施加表面2d、2e加压，因而卡头12就如图1,3和4的下半部份所示那样扩张。在另一方面，在推杆2回缩时，夹头12就如图1、3、4上半部份所示那样回缩。

在夹头12的外周面上形成有锁定部份12d及结合槽12e。锁定部份12d与被插入主轴1安装孔1b的工具柄T的内周面上的锁定缘Tb结合，其结果是工具柄T被锁定于主轴1。

止挡件15和回缩件16随着推杆2的杆主体2a穿过孔15a,15b而被插入主轴1的中央孔1a。四条止挡腿15b配置于连接孔侧的止挡件15的一端部，六个支承部份15c被配置于另一端，如图4,5所示，它们各以标准的间距分隔开。每个止挡腿15b均与主轴1的一凸肩部1c接触，其结果是止挡件被阻止其向沿图1左侧方向的进一步移动。

各由一钢球构成的可动件17均被支承于每个支承部份15c。可动件17可沿推杆2的径向运动。因此，在推杆2朝前运动时，通过回缩锥面2c加压，可动件17从推杆2沿径向向外运动。

回缩件16具有：四个管件16c，它们分布于止挡件15的止挡腿15、15b之间；以及多个连接突起16b，它们形成于管件16c的内周面上，且与卡头12的连接槽12e结合。在缩回件16上，与可动件17相对的表面构成一回缩倾斜表面16d，随着它趋近夹头12，表面16d逐渐减小其直径。回缩件16在回缩倾斜表面16d处与可动件17接触。此外，通过一螺卷形压缩簧(张力机构)18将回缩件16压向朝前的方向。

亦即是说，在推杆2向前推进时，压靠着回缩锥形面2c的可动件17被沿径向向外移动而压向回缩倾斜表面16d，结果是弹性卡头12与回缩件16一起回缩。

在下面，将介绍上述构造的用于机床的主轴装置的作用。

图1上半部份展示处于松开状态的工具柄T。在这状态中，在推杆朝前推进至左方时，夹头12的压力接受表面12b,12c由压力施加表面2d、2e推动，用以使弹性夹头扩张，从而使锁定部份12d与工具柄T的锁定端Tb结合，而管件2b则与工具柄T的冷却剂连接管部份配接。

在另一方面，可动件17被推杆2的回缩锥形表面2C沿径向朝外推动，从而将回缩件16的回收倾斜表面16d朝后推。回缩件16被可动件17与弹性夹头12一起朝右推，并且将工具柄T拽向主轴1一侧，并由此而将工具柄T紧密地锁定在主轴1中，其情况如图1下半部所示。

在推杆2的管件2b与工具柄T的冷却剂连接部份Ta配接时，阀10被管部份推动着与阀座5a分开，从而可以向工具提供冷却剂。

在另一方面，在推杆2回缩时，组合簧13的弹性使夹头12回缩，锁定部12a就与工具柄T的锁定边缘Tb分离，而且因回缩件16被压簧18的弹力朝前推进，从而使弹性卡头朝工具柄一侧突伸。其结果是使工具柄T完全从锁定中松开。当可动管5与冷却剂连接管部份Ta分离时，推簧9的作用使阀10与阀座接触，从而使可动管5关断。

实施例2

本发明的另一实施例展示于图6中。在图6所示的实施例中，一钢制弹性卡头12A的各个卡头另件12a统一地配置一圈件12f，并且由于其自身的弹力而可以扩张(或收缩)。此外，如图7所示，在圈件12f处，弹性夹头12A可以拧入回缩件16A的四个管件16C中，而圈件12f则用螺钉21固定于回缩件16A。因此，回缩件16A相对弹性夹头12A的位置可以通改变管另件16C与圈件12f间拧入长度来调整。

四缩件16A是圆筒形的，推杆2A的杆主体2a大直径部份2g插入回缩件16A的通孔16a中，而推杆2A的杆主体2a小直径部份2h则穿过止挡件15A的一通孔15a。这些通孔15a,16a与杆主体2a之间的连接部份用密封件22,23密封。此外，止挡件15A以可运动方式插入回缩件16A，这两者之间的连接部份用密封件24加以密封。其结果是，一个用于封闭如油或类似物的园柱形腔S就形成于止挡件15A与回缩件16A之间。

在另一方面，本实施例主轴装置的外部结构是与图1所示的是完全一样的，所以用相同的参考数码来标引，而且略去对它们的详细介绍。

就图6中的主轴装置来说，当推杆2A推向如图6上半部所示的处于锁定状态的工具柄T时，压力施加表面2d就压向压力接受表面12b，使弹性夹头12A与图1所示主轴装置那样扩张。推杆2A的朝前运动也使大直径部份2g进入圆筒形腔S，使圆筒空腔S的容积减少。之后，回缩件16A后退，以便保持圆筒形腔S的容积恒定。弹性夹头16A就朝图6的右侧运动。结果使工具柄T如图6下半部份所示那样朝主轴一侧运动，工具柄T就被牢固地锁定于主轴1。

在另一方面，当推杆2A相对处于锁定状态的工具柄回缩时，夹头12A回缩，锁定部份12d就与锁定边缘Tb分开。而且，回缩件16A由弹簧18推压而运动，从而迫使弹簧夹头12A朝前运动。

在图1的主轴装置中，回缩锥形表面2C，可动件17，回缩件16及张紧弹簧18构成弹性夹头回缩机构。在另一方面，在图6所示的主轴装置中，弹性夹头回缩机构是由回缩件16A，止挡件15A，圆筒形腔S及张紧弹簧18组成。

在夹头12,12A中的弹性夹头零件12a的数目，在止挡件15,15A上的止挡腿15b数目，在回缩件16、16A上的管件16C数目，以及各构成件的形状不只限于附图所示的那些，而且另外设计变型也是可以的。

在本发明的用于机床的主轴装置中，压力施加表面2d,2e及压力接受表面12b,12c的放大作用，由于推杆2的锁定(朝前)运动量末受别的零件约束而可被充份地增大。例如，虽然图8所示传统主轴装置放大能力大约是3倍，而本发明的装置放大能力可增至7倍。

此外，通过增大放大能力，弹簧能可以减少，因而可无需使用不连续的盘状弹簧。因而也可以采用能缓振和耐用的螺卷簧，这样就提供了良好的维护性能。而且用于向前推进的弹性能小，从而使得使回缩所需的这种能(液力能)也可以小，从而使本发明更为经济。

而且，放大作用和连接作用可以用分开的操作单独完成，从而使得弹性夹头12和工具柄T即使在弹性夹头12和工具柄T的位置有点儿不对准时，弹性夹头12和工具柄T也能被夹紧，由此而使夹紧允差量增大。结果是与传统装置相比，本发明的装置更易于制造，而且即使在压力施加表面与压力接受表面被磨损时也可以夹紧，因而提供了制造和经济方面的优点。

此外，用于随推杆2朝前运动使弹性夹头12扩张，与工具柄T的冷却剂连接管部份Ta配接的管配接部份2f形成于推杆2的顶部时，此管部份2b被回缩，而且在工具柄T插入主轴1的安装孔1b中时，管部份2b不挡道。此外，工具柄T的插入轨迹无需与管件的中心轴线精确地对准，从而使得在其引导精度低且工具柄的插入轨迹不是始终如一的自动换刀装置的情况下，或在插入其间高速自动换刀装置走一螺旋形轨迹的情况下，工具也可以被插入主轴1的主轴孔中。

此外，在由一个回缩锥形表面2c，一个可动件17，一个回缩件16及一个张紧簧18组成弹性夹头回缩机构的情况，可以通过改变回缩锥形表面2C的位置，使夹头12的扩张与收缩时机得到最佳调整。

在另一方面，在弹性卡头由回缩件16A、止挡件15A，筒形腔S及张紧簧18组成的情况下，簧18的推力可以通过改变封闭于圆筒腔S中的液体量来调整。

Claims (7)

1、一种用于机床的主轴装置，具有一个弹性夹头，夹头外周面上有用于借助于扩张该夹头使插入主轴安装孔中的工具柄的内周面与该锁定部份接触而将一工具柄锁定于主轴的一个锁定部份，其特征在于，

随着趋近一个顶端逐渐地减小其直径的压力接受表面形成于夹头的内周面上；

该主轴配设一个推杆，推杆能够朝工具柄一侧推进；和

随着趋近一顶端侧逐渐减小其直径的压力施加表面形成于推杆的外周面，并对夹头的压力接受表面施加压力，使该夹头扩张。

2、一种用于机床的主轴装置，具有一个弹性夹头，该夹头在外圈面上形成有锁定部份，锁定部份通过使夹头扩张与插入主轴安装孔中的一工具柄的内周面接触而将工具锁定于主轴，其特征在于，

随着趋近一个顶端侧逐渐减小其直径的压力接受表面形成于夹头的内周面；

主轴配置有一个能朝工具柄一侧推进的推杆；

随着趋近一个顶端侧逐渐减小其直径的压力施加表面形成于推杆的外周面，并对该夹头的压力接受表面加压力使该夹头扩张，以及

一个管配接部份构成于推杆的一个顶部，用于通过使扩张夹头扩张的推杆向前推进使之与所述工具柄的一个冷却剂连接管部份配接。

3、如权利要求2所述的主轴装置，其特征在于，所述夹头能沿主轴的轴线方向移动，一个夹头回缩机构被置于推杆与该头之间，该机构用于在推杆向前推进扩张时使夹头回缩。

4、如权利要求2或3所述的主轴装置，其特征在于，所述配接部份配设有一个阀，该阀由一个推簧推向一顶端一侧而将配接部份关断，通过与配接所述冷却剂连接管部一起朝一个基座一侧推而使此配接部份打开。

5、如权利要求4所述的主轴装置，其特征在于，所述夹头回缩机构具有一个回缩锥形表面，此表面与推杆一起向前推进；一个安装得用以制止主轴朝前移动的止挡件；一个由止挡件夹持的可动件，可动件在使推杆向前推进而被所述回缩锥形表面推动时，与推杆一起沿径向朝外运动；一个回缩件，它在所述夹头推动时能沿主轴轴线方向运动，而且通过向前推进推杆，随该夹头与所述可动件径向径外移动而回缩；一个张紧机构，用以将此回缩件沿前进方向推压。

6、如权利要求4所述的主轴装置，其特征在于，所述夹头回缩机构具有一个安装于该夹头上的圆筒形回缩件，以便使之能沿主轴轴线方向运动，而且将所述推杆以气密方式插入其内；一个安装于该主轴的以便制止移动的止挡件将推杆以气密方式插入其内，并以气密方式插入所述回缩件，而且能够相对该回缩件运动；一个形成于该回缩件与止挡件之间的圆筒形腔，并在腔内密封液体。

7、一种用于机床的主轴装置，具有一个弹性夹头，该夹头在外周面上具有一个锁定部份，它用于通过扩张使此锁定部份与插入主轴安装孔内的一个工具柄的内圆周面接触而将工具柄锁定于主轴，其特征在于，

所述主轴配置一个推杆，推杆沿所述工具柄方向推进而使该夹头扩张；以及

所述推杆具有一个管状杆主体及一个拧入管状杆主体内的管件，调整垫置于所述杆主体与管件之间，所述推杆总长可以通过改变所述杆主体与管件之间的拧入宽度来调整。

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