CN1087986C - 无需工具的机床夹头 - Google Patents

Abstract

本发明的夹头(10)包括具有一轴向孔(20)的带槽头体件(25)，在夹头(10)旋转过程中夹持工具柄(23)。夹持套(50)通过凸轮件(36)施加压缩力，以减小轴向孔(20)的直径。受弹簧偏压的锁定套(60)可驱动锁定件(61)，以在锁定状态将夹持套(50)锁定在头体件(25)上。连接机构(14)将夹头(10)连接在驱动轴上，并具有安装机构(11)，便于将夹头自动安装在驱动轴上。

Description

无需工具的机床夹头

背景技术

本申请是1996年6月19日申请的、序号为No.08/666,847的美国专利申请的部分后续申请。

本发明涉及一种快换夹头装置，它可装在机床的驱动轴上，并用于夹持该机床加工的动力钻头或工具。

用于将例如刳钻头之类的动力钻头夹持在驱动轴上的任何套爪或夹头，必须将动力钻头相对驱动轴沿轴向和径向锁定。换言之，该夹头必须防止动力钻头相对驱动轴转动，和从驱动轴沿轴向滑进和滑出。这一要求对例如刳钻机等高速机床，出于精度和安全两方面考虑尤为重要。就传统设备而言，一种用于转动固定工具刀头的较简单的装置，由在工具刀头的端部成形出六边形或其它多边形的外形构成，该端部装入夹头装置中形成的一个相应多边形深孔中。通常，操作者需要使用两个或一个扳手以及一个主轴锁定器才能更换一个刳钻头。

在另一种解决方案中，套爪夹头采用了可压缩的套爪，以便沿轴向转动地夹持工具刀头。套爪夹头所以有用在于它们不依赖工具刀头上的夹持工具用的多边形结构。这样，具有明显圆柄部分的任何式样的动力钻头或工具刀头，皆可用一个套爪夹头夹持。然而套爪夹头装置不具有许多应用场合要求的快速或快松功能。例如，刳钻机或胶合板修边机之类的轻便工具便非常希望采用快松夹头装置，以较快和较方便地更换各种工具刀头。然而，就传统的快松装置而言，工具柄部分必须是多边形的，以装入形成在快换夹头装置中的相应孔中。在该技术领域可能要求具有一种快换夹头装置，它可以采用任何形式的工具刀头，包括具有大致为圆工具柄的工具刀头，用以提高通用性和便于操作使用这类夹头装置的机床。还希望具有一种快换夹头装置，它可由机床自动安装和拆卸。

该技术领域中，用在各种轻便固定式刳钻机、胶合板修边机、干壁板切割器等的、将各种动力工具或动力刀头固定或夹持在机床主轴上的各种装置是公知的。例如，已有各类套爪式工具夹持装置和快松适配器，其中授予Wozar的US-5,301,961号美国专利便描述了这类夹头。同样，授予Martindell的US-4,692,073号美国专利也描述了一种夹头装置，它采用了绕驱动轴设置的用弹簧加偏载的套筒，以将动力工具刀头固定在夹头装置上。

发明目的和简介

因此，本发明的主要目的是提供一种快换夹头装置，以将工具刀头或加工装置固定在机床驱动轴上。

本发明的另一个目的是提供一种快换夹头装置，它可用自动机械装置安装在机床上和从机床上卸下。

本发明的又一个目的是提供一种万能快换夹头装置，它能夹持具有圆工具柄的工具刀头。

本发明的再一个目的是提供一种快动作、快换夹头装置，它能方便地插入和拔出工具刀头，而不必将工具的多边形柄与夹头装置的多边形孔对正。

本发明的再一个目的是提供一种快换夹头装置，它能克服工具刀头在夹头装置内的锁死现象。

本发明的再一个目的是提供一种快换夹头装置，它减少了夹头装置对工具柄产生夹痕的任何趋势。

本发明的其它目的和优点部分将在下述说明中陈述，部分从说明中便会明了，或者在实施本发明中理解。本发明的各个目的和优点借助在 书中具体指出的手段和组合可以实现和达到。

为实现上述目的，按照本发明的宗旨，广义描述和实施本发明的夹头包括一个头体件，它具有一个前端和设置成与该前端相对的一个后端。一个形状适于容纳一个圆柱形工具柄的轴向孔，自前端开始轴向设置在头体件内。头体件具有一个环形壁，其上还至少形成一条第一槽，该第一槽沿轴向从前端向后端延伸，并且沿径向从头体件的外表面伸入轴向孔。头体件还形成多条同样的轴向延伸的槽，它们绕头体件的圆周方向彼此隔开和彼此平行的方式对称布置。这些槽协同工作，使头体件沿径向和沿圆周方向均有弹性，在施加适当方向的作用力时，使头体件的轴向孔的直径和圆周既可膨胀也可收缩。在所给出的一个优选实施例中，在每条槽的距头体件前端最远的端部设置了一个释放孔。

该头体件还包括至少一个沿轴向延伸的凸轮凹槽，它形成在头体件内靠近其前端。该凸轮凹槽的形状适于容纳至少一个凸轮件的一部分。在一个优选实施例中，凸轮凹槽的形状设计成带一个倾斜的底部，该底部与纵向轴心线间的径向距离，随着从靠近后端的较浅部分向靠近前端的较深部分是逐渐减小的。头体件的外表面内还形成至少一个锁定座，其形状至少适于容纳一个锁定件的一部分。

本发明的夹头装置要求包括多个凸轮件。至少一个凸轮件可选择地座靠在凸轮凹槽的底部，其中在夹持位置，凸轮件被压在头体件底部的较浅部分，以施加增大的压力，该压力相对地减小轴向孔的直径，从而夹紧工具柄；在释放位置，凸轮件被压在头体件底部的较深部分，以施加减小的压力，该压力相对地增大轴向孔的直径，从而松开工具柄。

压力是借助一个夹持套件的作用施加在各凸轮件上。该夹持套件形成一个内表面，其形状和位置设置成共轴地包围头体件，并可相对头体件轴向运动。夹持套件的内表面包括至少一个凸轮件啮合面，它形成在该内表面之内，并可将至少一个凸轮件的至少一部分容纳其中。夹持套件还形成至少一个从中穿过的锁定通孔，其形状适于将一个锁定件的至少一部分容纳其中。

本发明的夹头装置的一种优选实施例要求包括多个锁定件。至少一个锁定件设置成至少部分位于夹持套的锁定通孔中，并且其形状适于在锁定通孔中沿径向在锁定位置和非锁定位置之间运动。当处于锁定位置，锁定件至少部分被压入头体件的锁定座，以阻止头体件和夹持套间产生相对轴向运动；当处于非锁定位置，锁定件能自由沿径向移出头体件的锁定座，以允许头体件和夹持套间产生相对轴向运动。

本发明的夹头装置的一种优选实施例要求包括一个锁定套件，它共轴地设置在夹持套件周围，并可沿轴向相对夹持套件运动。该锁定套件形成一个前端和一个与该前端相对的后端。锁定套件的后端的结构，使得当锁定套件处于锁定位置，能驱动锁定件，而当锁定套件处于非负定位置，能释放锁定件。

本发明的夹头装置的一种优选实施例要求包括一个轴向弹簧机构，它相对夹持套件和锁定套件设置，以相对夹持套件沿轴向对锁定套件施以指向锁定位置的偏压，在锁定位置锁定套件能驱动锁定件。锁定套件又可克服弹簧机构的偏压力而沿轴向移至非锁定位置，在非锁定位置，锁定套件释放锁定件。

本发明的夹头装置要求包括一个环形保持架件，它共轴地设置在头体件和夹持套件之间。该环形保持架件可沿轴向相对头体件运动，并形成多个保持架孔，其数目等于凸轮件的数目。每个保持架孔的形状适于容纳一个凸轮件，并将凸轮件夹持其中。保持架件还形成一个对正突片，它与头体件的第一槽啮合，从而保证在各凸轮件从夹持位置至释放位置的轴向运动过程中，保持各凸轮件相对第一槽对正。另外还要求设置多个突片，因此每一个突片安排在头体件的一个槽中。

当该夹头装置用于夹持工具头柄时，各凸轮件位于其夹持位置。具体地说，径向力的作用使位于轴向孔中的工具柄周围的头体件的轴向孔直径压缩。由头体件上的夹持套通过凸轮件施加的压紧力，足以将工具柄无转动地定位在轴向孔中，同时在负荷作用下，使用工具的过程中夹头在旋转。

可提供一种连接机构，用以可操作地将上述夹头体和任何其它夹头体连接在驱动轴上。该连接机构可以包括头体件一端的内螺纹接收部分，以便与带外螺纹的驱动轴形成螺纹连接。其替换方案是，该连接机构可以包括至少在头体件一端的外螺纹连接部分，以与驱动轴带内螺纹的接收部分形成螺纹连接。另一种方式是，该连接机构可以包括头体件一端的无螺纹的内锥形套接头部分，其形状适于与驱动轴端部的外锥形接头连接。该连接机构还可以包括一个安装机构，以便于将夹头装置自动安装在驱动轴上，最好通过夹头装置的头体件完成。该安装机构至少包括一组孔，其形状用于容纳一个定位螺丝，一个托克斯(torx)头工具，一个六角头工具和一个方头工具。

结合在本说明书中并成为其中一部分的各附图，与本说明书一起描述了本发明的一种实施例，它起到解释本发明的原理的作用。

附图说明

图1为本发明的夹头装置的一种优选实施例的轴向剖视图，该夹头装置锁定在用假想线(双点划线)表示的一个工具刀头的柄周围；

图2为图1所示夹头装置的正视透视装配图；

图3A为图1所示夹头装置的部分轴向剖视图，示出处于非锁定状态的锁定套和处于夹持状态的夹持套；

图3B为图1所示夹头装置的部分轴向剖视图，示出处于非锁定状态的锁定套和处于夹持状态和释放状态之间的夹持套；

图3C为图1所示夹头装置的部分轴向剖视图，示出处于非锁定状态的锁定套和处于释放状态的夹持套；

图4A，4B和4C为连接机构的各种替换实施例的轴向剖视图，用于将夹头连接到机床驱动轴上；

图5为夹持工具刀头柄的本发明夹头装置的一种替换实施例的轴向视图，部分以透视图表示，部分以剖视图表示，驱动轴以假想线(双点划线)表示；

图6为沿图5中6--6箭头表示的剖面线剖开的图5所示装置各零部件的横剖视图，其中夹持套处于夹持位置，而凸轮件处于锁定状态；

图7为图5所示夹头装置的正视透视装配图，其中夹持套被局部剖开；

图8A为图5所示夹头装置的部分轴向剖视图，其中夹持套处于释放状态，而凸轮件处于非锁定状态；

图8B为图5所示夹头装置的部分轴向剖视图，其中夹持套处于释放状态，而凸轮件处于非锁定状态和锁定状态之间；

图8C为图1所示夹头装置的部分轴向剖视图，其中夹持套处于释放状态，而凸轮件处于锁定状态；

图9A和9B为装有本发明的快换夹头装置的诸如刳钻机的机床示意图；

图10A为本发明的夹头装置的一种替换实施例的轴向剖视图；

图10B为图10A所示夹头装置的部分轴向剖视图；

图10C为图10A所示夹头装置的部分轴向剖视图；和

图11为图10A所示夹头装置的透视装配图。

最佳实施例的详述

现详细参见给出的本发明的各优选实施例，一个或多个实施例在附图中表示。每一实施例均用以说明本发明而非限制本发明。实际上，在不脱离本发明的范围和实质条件下，例如，有关领域的普通技术人员显然还可对本发明作出各种变型和变化。作为一个实施例作过说明和解释的某些特征，还可用于另一实施例，以给出另一种实施例。因此，本发明意味着应覆盖在权利要求范围内作出的这类变型和变化以及它们的等同物。说明书和附图中的同一零部件用同一序号代表。此外，不同实施例的类似部件用数字上相差一个系数100的数字代表。

本发明的快换夹头装置的一种优选实施例表示在图1-4C，9A和9B中，以无需工具的机床夹头的形式示出，为了松开或紧固夹头中的加工工具柄23，123，这种夹头不要求操作者使用单独的工具。本发明的无需工具的机床夹头的一种替换实施例表示在图5-9B中。本发明的无需工具的快换机床夹头表示在图1，2，5和7中，根据具体实施例一般用代号10，110代表。如图1中以假想线(双点划线)示出的，本发明的无需工具的机床夹头装置可用于夹持刳钻头27等工具的柄23。

本发明的无需工具的机床夹头装置包括一个头体件，它具有一个与一后端相对的前端。该前端指向需由夹头容纳的工具。该后端指向驱动工具的机床驱动轴。如图1所示，头体件25的形状适于被带内螺纹的驱动轴(未示)驱动。如图5所示，头体件125的形状适于被以假想线(双点划线)表示的带外螺纹部分117的驱动轴118驱动。

本发明提供了一个连接机构，用于可操作地将夹头装置连接在驱动轴上。该连接机构通常可应用于任何类型的夹头装置，并且可采用该连接机构的各种变型使夹头装置与驱动轴配合。如图4B和4C所示，头体件25可包括一个带内螺纹的接收段或部分16，它形成在头体件25的后端，用以与驱动轴18的外螺纹部分17啮合。类似地如图5所示，头体件125可包括一个带内螺纹的接收段或部分116，它形成在头体件125的后端，用以与驱动轴118的外螺纹部分117(以假想线表示)啮合。其替换方案如图4A所示，该连接机构可包括一个非外螺纹的锥形接收套部分116，它设置在头体件25的后端，其形状适于与驱动轴18端部的外锥形接头15接合。在图1和2所示的连接机构的另一种替换实施例中，头体件25可包括一个外螺纹部分14，以与成形在驱动轴(未示)上的内螺纹接收部分接合。该连接机构的另一种替换实施例中，头体件可包括一个外锥形部分，用以与成形在驱动轴(未示)上的内锥形接收部分连接。另外，本发明的另一种替换实施例中，头体件25，125可成形在驱动轴本体内，换言之，驱动轴18，118和头体件25，125分别组成一个整体结构。在又一种优选替换实施例中，夹头装置10，110可成形为能插入驱动轴的插座中的一个插入装置。在这个插座式实施例中，夹头装置10，110可用任何传统装置夹持在上述插座中，例如，用与分别形成在头体件25，125中的深孔相接合的一个定位螺丝(未示)等。

如图4A和4B所示的合适的连接机构的另一种替换实施例中，穿过头体件25的轴向孔20(下面描述)的底部，设置了一个轴向钻孔12。将紧定螺丝13穿过孔12插入和旋入设在驱动轴18中的螺孔38中。图4A所示的实施例中，驱动轴18具有锥形接头15，需用螺丝13固定驱动轴18和夹头10。然而在图4B所示的实施例中，夹头装置10的后端是用螺纹旋在驱动轴18上的，在驱动轴18和夹头10之间螺丝13提供辅助连接手段。

本发明的连接机构可包括一个安装机构，以便于将夹头的头体件自动固定在机床的驱动轴上。该安装机构通常能用在任何类型的夹头装置上。如图4C和5所示，安装机构可分别包括一个轴向开孔的安装孔11，111，其形状适于安放包括托克斯(torx)头工具，六角头工具和四方头工具组成的工具组中的一组工具。这类工具可插入安装孔11，111中，托起夹头将夹头送至机床，并移动夹头体25，125的后端，使其对正并连接机床的驱动轴18，118。如果驱动轴是用图1，4B，4C和5所示的螺纹连接方式连接在头体件25，125上，则可旋转安装工具，以便自动将夹头10，110旋在驱动轴18，118的螺纹端。

按照本发明，头体件包括一个孔，该孔围绕纵向中心线沿轴向形成在头体件中。这个所谓的轴向孔是由头体件的内表面形成的，其形状适于容纳一个工具柄，该工具柄具有圆柱形外表面，因而具有圆横截面。如图2和7所示，轴向孔20，120形成在头体件25，125中，以便相对头体件25，125沿轴向延伸。轴向孔20，120围绕头体件25，125的纵向中心线对称布置，它分别表示在图2和7所示的实施例中。

如图1-8C所示，头体件25，125还形成一个外表面22，122。如图1，3，4，5和8C所示，头体件25，125还形成一个环形壁28，128，其介于外表面22，122的部分长度和大于形成轴向孔20，120的内表面全长之间。如图1，3，4，5和6所示，还形成穿过头体件25，125的至少第一槽44，144，更确切地说，是由它的壁28，128形成的。第一槽44，144沿轴向从头体件25，125前端的自由边向头体件25，125的后端延伸。第一槽44，144的构形为沿径向延伸穿过头体件25，125的外表面22，122和内表面，从而与头体件25，125的轴向孔20，120连通。类似第一槽44，144，如图2和7所示，头体件25，125至少还形成在其内延伸的第二槽46，146，并与轴向孔20，120连通。第二槽46，146沿轴向从头体件25，125的前端向后端延伸。

与第一槽44，144和第二槽46，146类似的多条槽45，145，47，147，148，149以类似的方式设置，并且以对称方式彼此隔开，最好如图2，6和7所示那样平行排列。图2所示实施例中对称设置了4条槽44，45，46和47，而图6和7所示实施例中对称设置了6条槽144，145，146，147，148，149。每个实施例中，所有槽共同作用使头体件25，125径向和圆周方向具有弹性，以便在施加适当方向的力时，使头体件25，125的直径和圆周既能膨胀又能收缩。此外，头体件25，125还要求用如不锈钢之类的材料制成，这些材料使带有这些槽的头体件能以弹性方式沿径向反复压缩和膨胀。

在给出的本发明的一种优选实施例中，一个应力释放孔设置在头体件中的每条槽的一端。如图1-4C所示，槽44，45，46，47的效能可通过设置应力释放孔29而增强，该孔29设置成与沿轴向延伸的各细长槽44，45，46，47的尾端相连通。

此外，本发明的头体件还至少包括一条形成在其内的沿轴向延伸的凸轮凹槽，它位于头体件的前端附近。该凸轮凹槽的形状适于将一个凸轮件的至少一部分容纳在其中，并提供一个凸轮啮合面。如图2和7所示，头体件25，125的外表面22，122还形成凸轮凹槽30，130，它沿整个圆周方向围绕头体件25，125延伸。凸轮凹槽30，130也沿轴向延伸，并且位于头体件25，125的前端附近。凸轮凹槽30，130的深度在径向从纵向轴心线21，121测量绕圆周为定值。

如图3A，3B和3C所示的优选实施例中，凸轮凹槽30成形为带一个倾斜的底部31，该底部31至纵向轴心线21的径向距离，从位于较近于头体件25后端的凸轮凹槽的较浅部分32，到位于较近于头体件25前端的凸轮凹槽的较深部分33是逐渐减小的。凸轮凹槽的较浅部分32又称为夹持部分32，而凸轮凹槽的较深部分33又称为释放部分33。

如图8A，8B和8C所示的替换实施例中，凸轮凹槽130成形为带分叉的底部131，其中定位棱134将位于较近于头体件125后端的夹持部分132与位于较近于头体件125前端的释放部分133隔开。用底部131和纵向轴心线间的径向距离计量凸轮凹槽130的深度，释放部分的该深度相对不变，夹持部分的该深度较深。

本发明的无需工具的机床夹头装置，具有将工具头的柄夹持在夹头中的装置。如图1-3C和5-8C所示，至少一个凸轮件36，136成为该工具柄夹持装置的一部分，并且可选择地座靠在凸轮凹槽30，130的底部31，131上，当处于夹持状态时，凸轮件36，136位于凸轮凹槽30，130的夹持部分32，132中，以施加增大的压力，该增大的压力相对减小头体件25，125的轴向孔20，120的直径，从而将工具柄23，123夹持在夹头装置10，110中。类似地，当处于释放状态时，凸轮件36，136位于凸轮凹槽30，130的释放部分33，133中，以施加减小的压力，该减小的压力相对增大头体件25，125的轴向孔20，120的直径，从而从夹头装置10，110中释放工具柄23，123。可以设置多个凸轮件36，136，并且这些凸轮件36，136周向对称布置在凸轮凹槽30，130周围。图2所示的优选实施例中，凸轮凹槽30中设置了4个凸轮件36。类似地，图6和7所示的替换实施例中，凸轮凹槽130中设置了6个凸轮件136。

本发明还设置了将多个凸轮件沿圆周方向对称布置在头体件的凸轮凹槽周围的保持装置。这种对称布置可保证当压力通过各凸轮件沿径向传递到头体件时，头体件绕其圆周方向均匀受挤压(或不受挤压)。如图2和7所示，这一保持凸轮件36，136对正的装置，是通过一个环形保持架件40，140提供的，保持架件在头体件25，125周围共轴安排，并能沿轴向相对头体件25，125运动。保持架件40，140至少形成一个保持架孔41，141，其形状可容纳一个凸轮件36，136，并将一个凸轮件36，136保持在其中。每个保持架件为每个凸轮件36，136限定了一个单独的保持架孔41，141。此外，如图1，2，6和7所示，保持架件40，140还设有与头体件25，125的第一槽44，144啮合的对正突片42，142，从而阻止保持架件相对头体件25，125绕纵向轴心线21，121转动。可设置多个对正突片42，142，每个突片42，142与其它的每个突片42，142和每个保持架孔41，141沿圆周方向错开。每个对正突片42，142的形状和位置的设置使其沿径向向保持架件40，140的内部延伸，并与头体件25，125上形成的槽44，45，46，47，144，145，146，147，148，149中的一个槽啮合。当保持架件40，140沿轴向相对头体件25，125移动时，突片42，142也在它们对应的槽限定的范围内沿轴向移动。这样保持架件40，140的保持架孔41，141和对正突片42，142协同工作，以便在凸轮件36，136相对头体件25，125沿轴向从夹持位置32，132移至释放位置33，133时，保持凸轮件36，136与第一槽44，144(和其它类似槽)对正。

本发明的无需工具的机床夹头装置还包括一个夹持套件，它具有一个内表面，其形状和位置设置成共轴地在头体件周围，并可相对头体件沿轴向运动。该夹持套件的内表面还包括至少一个形成在其内的凸轮件啮合面，能将至少一个凸轮件的至少一部分容纳在该凸轮件啮合面内。如图1，2，5和7所示，夹持套件50，150成形为环形件，其结构为共轴地设置在头体件25，125周围，并可相对头体件25，125沿轴向运动。如图3A，3B，3C，8A，8B和8C所示，夹持套件50，150的内表面形成至少一个凸轮件啮合面52，152，其形状适于容纳凸轮件36，136的至少一部分。凸轮件啮合面52，152绕头体件25，125整个圆周延伸。凸轮件啮合面52，152还沿轴向延伸，其形状设置成在夹持套50，150和头体件25，125间发生相对运动的过程中，能与头体件25，125的凸轮凹槽30，130重叠。凸轮件啮合面52，152的深度沿径向从纵向轴心线12，121测量。如图3A，3B和3C所示的优选实施例中，凸轮件啮合面52的底部53的深度，绕圆周方向和沿夹持套件50的内表面的轴向是恒定的，以配合形成在头体件25外表面内的凸轮凹槽30沿轴向变化的深度。

如图5，8A，8B和8C所示的替换实施例中，凸轮件啮合面152底部153的深度，绕夹持套件50的内表面的圆周方向是恒定的，而沿轴向是变化的，以配合形成在头体件125外表面内限定的、凸轮凹槽130底部131的每一部分132，133的恒定深度。如图5所示，凸轮件啮合面152成形为带有沿轴向倾斜的底部153，底部153与纵向轴心线121之间的径向距离，从头体件125的前端沿纵向轴心线121轴向趋近头体件125的后端是增大的。

在图8A，8B和8C所示的替换实施例中，夹持套件150的凸轮件啮合面152还形成至少一个锁定槽155，它邻近凸轮件啮合面152的前端，并且用一锁定棱156与凸轮件啮合面152的后端分开。锁定槽155的形状适于在凸轮件136的锁定位置，将凸轮件136的至少一部分容纳其中。锁定槽155绕夹持套件150的内表面整个圆周延伸。锁定槽155还在轴向延伸一部分凸轮件啮合面152。如图8C所示，锁定棱156设置在距纵向轴心线121的径向距离，较锁定棱156的每一相对两侧的底部153更小的位置，从而起到凸轮件136的棘爪作用。此外，如图8C所示，当夹持套件150的前端面157与头体件125的前端面124位于同一平面时，凸轮件136部分位于锁定槽155内，部分位于凸轮凹槽130的夹持部分132内。当形成图8C所示状态时，夹头装置110以足能使工具在工件上进行其预定加工作业的方式，锁定在夹紧工具柄的位置。

如图2，3A，3B和3C所示的优选实施例中，夹持套件50还形成至少一个锁定通孔55。如图2所示，在靠近夹持套件50后端，绕夹持套件50周围对称设置了3个锁定通孔。每个锁定通孔55的形状适于容纳一个可缩回的锁定件61(下面说明)的至少一部分，并且每个锁定通孔55的尺寸使得相关的锁定件61沿径向伸出夹持套件50的外表面56一定距离。如图3B所示，形成每个锁定通孔55的表面呈锥形，锥底贯穿夹持套50的内表面58，随着锁定通孔55沿径向向夹持套50的外表面延伸而逐渐收缩。

如图2，3A，3B和3C所示，每个可缩回的锁定件61可成形为球形件，例如一个球，其中每个球的直径小于贯穿夹持套件50的外表面56形成的每个相应锁定通孔55底部的直径。然而每个锁定通孔55在通过夹持套件50的外表面56处的尺寸，又小于每个球61的直径。这样，每个球61便不能从夹持套件50的内表面58通过其锁定通孔55，离开经过夹持套件50的外表面56。

如图3C所示的优选实施例中，头体件25的外表面22内还形成至少一个锁定座24，其形状能容纳至少一部分锁定件61。如图2所示，锁定座34成形为一个连续的槽，它在头体件25后端附近绕头体件25圆周延伸。如图3A所示，当夹持套50的前面57与头体件25的前面24位于同一平面时，头体件25的锁定座34基本上与夹持套50的锁定通孔55对正。

每个锁定件61至少部分位于夹持套50的每个锁定通孔55中，其形状能在孔内在一个锁定位置(如图1和4A-4C所示)和一个非锁定位置(如图3A-3C所示)之间径向运动。在夹持套50和锁定件61的锁定位置(如图1和4A-4C所示)，强制锁定件61至少部分进入头体件25的锁定座34，以阻止头体件25和夹持套50之间产生相对运动。在非锁定位置(如图3A-3C)，锁定件61能自由径向移出头体件25的锁定座34，以允许头体件25和夹持套50之间产生相对轴向运动。

按照本发明，还设置了将夹持套锁定在锁定位置的装置，在该锁定位置工具柄由夹头装置夹持。如图1和2所示，在这种夹持套锁定装置的优选实施例中，锁定套件60共轴地设置在夹持套件50周围，可相对夹持套件50轴向运动。如图3A，3B和3C所示，锁定套件61形成一个前端64和一个与该前端64相对的后端65。后端65成形有一个锁定面62，以在锁定套60位于锁定位置(如图1和4A-4C所示)时，驱动锁定件61；而当锁定套60位于非锁定位置(如图3A-3C所示)时，释放锁定件61。如图3A，3B和3C所示，锁定面62位于锁定套60内表面上，从锁定套60的后端65的自由边开始成形为锥形的、有坡度的或倾斜的表面。

如图3A，3B和3C所示，在夹持套50的锁定装置的一种优选实施例中，一个轴向弹簧机构70相对锁定套件60和夹持套件50设置，相对夹持套件50对锁定套件60轴向施以偏压。如图1所示，轴向弹簧机构70相对夹持套件50的轴向将锁定套件60偏压至锁定位置，使锁定套件60驱动锁定件61。如图4A所示，当至少一个锁定件61部分位于锁定座34内，并部分位于夹持套件50的锁定通孔55中时，夹持套件50不能相对头体件25轴向运动。如图3A，3B和3C所示，锁定套件60能克服弹簧机构70的偏压力在箭头101(见图3A)指示的方向轴向移动至非锁定位置，使锁定套件60释放锁定件61。轴向弹簧机构70压缩时，允许锁定套件60克服弹簧机构70的偏压力轴向移动至非锁定位置，这已在图3A，3B和3C给出的夹头优选实施例10中示出。

按照本发明，夹头要求以减少在工具柄上留下夹痕的方式固定工具柄，这在由较软钢材制成的工具柄的情况下会发生。头体件25，125上的槽44，45，46，47，144，145，146，147，148和149有助于实现本发明的夹头装置10，110的这一特性。与不设槽的实施例比较，这些槽给予头体件25，125较大的弹性。

如图1，2，5和7所示的优选实施例中，弹性O形圈形式的防尘密封件75，175安放在形成头体件25，125内表面的环形槽76，176中。防尘密封件75，175的作用是阻止在工具操作过程中产生的灰尘和切屑进入头体件25，125轴向孔20，120。

如图3C和8A所示，夹头装置10，110的结构分别为，在释放位置使工具柄23，123可插入头体件25，125的轴向孔20，120，或从该轴向孔20，120中拔出。一旦工具柄插入轴向孔20，120，如图3B和8B所示，夹持套件50，150便相对头体件25，125轴向移向头体件25，125的后端。这将引起凸轮件36，136从凸轮凹槽30，130的释放位置移向凸轮凹槽30，130的夹持部分32，132。夹持套件50，150相对头体件25，125向头体件25，125后端的连续轴向运动，便造成如图3A和8C所示的夹持状态。在如图3A和8C所示的夹持状态，夹持套件50，150的凸轮件啮合面52，152迫使凸轮件36，136进入头体件25，125的凸轮凹槽30，130的夹持部分32，132，在置于凸轮凹槽30，130的夹持位置时，凸轮件36，136便沿径向朝纵向轴心线21，121施压(如图8C中箭头100所示)，以减小轴向孔20，120的直径，并压缩已插入的工具柄23，123周围的头体件25，125，用这种方式使工具柄充分夹紧，以便在工件上进行预定加工作业。此外，如图1和3A所示的优选实施例中，当操作者释放锁定套60并且弹簧机构70对锁定套60施偏压，从而迫使锁定件61进入头体件25的锁定座34时，就将夹持装置10锁定在上述夹持状态。类似地，如图5和8C所示的替换实施例中，当操作者沿轴向将夹持套150移向头体件125的后端，直至凸轮件136越过定位棱134和锁定棱156，夹头装置110便锁定在上述夹持状态。

本发明还包括其结构适于驱动用上述快换夹头装置夹持的工具头的任何传统机床，例如参见图9A和9B，一种传统机床80以示意形式示出。传统机床80可以包括例如已提过的刳钻机，或任何形式的机床，如胶合板修边机，或者希望采用上述快换夹头装置10，110的任何机床。在图9A所示的实施例中，夹头装置10，110通过适当的锁定装置59，如上面讨论过的螺纹连接装置或连接座装置，与机床80的驱动轴18，118配合。图9B所示的实施例中，夹头装置10，110与驱动轴18，118构成整体。

本发明的一种替换实施例表示在图10A至图11中。这个实施例的许多特征与上面讨论过的实施例类似，并且这个实施例中的类似件皆用与上面讨论过的实施例中的数字相差100系数的数字表示。因此，各类似件的前述讨论皆包括在这个实施例中。

这个实施例的快换夹头装置210包括一个头体件225，它形成一条纵向轴心线221，和形成在头体件225内的一个孔220，用以安置一个圆形工具柄。头体件225包括多条沿轴向延伸的槽244，它们从头体件的前端向头体件的后端延伸。因此，在工具柄插入孔220中时含有槽244的头体件225的局部可沿径向压缩。

一个夹持套件250共轴地设置在头体件225周围，并可相对头体件轴向运动。夹持套件250可在图10A所示的一个夹持或锁定位置和图10C所示的一个释放位置之间轴向运动。

一个凸轮件通道或凹槽230形成在夹持套件250的一个轴向平直面252和头体件225的一个轴向倾斜面231之间。如该实施例已示出的，该轴向平直面252是由夹持套件250携带的一个金属插件253形成的。该轴向倾斜面231形成在头体件225中，与一个轴向平直面233相邻。因此，应当理解，凸轮件通道或凹槽230分成一个具有第一径向尺寸的第一段，和一个具有减小的第二径向尺寸的第二段，该第二径向尺寸小于第一径向尺寸。该实施例中，包括轴向倾斜面231的上述第一段处的通道230的径向尺寸，大于包括轴向平直面233的第二段的径向尺寸。

凸轮件，例如多个滚球236，借助夹持套件250的轴向运动可在通道230中运动。各凸轮件236最好由一个保持架件240携带。使用中发现，采用12个滚球236特别合适。在图10A所示的夹持或锁定位置，凸轮件236位于凸轮件通道230的具有减小径向尺寸的第二段。在该位置，凸轮件236径向压缩头体件225中含有轴向槽240的区段。头体件225的这部分的径向压缩，使头体件上含有槽244的区段产生径向压缩，并夹紧插入孔220中的工具柄。

在夹持套件250沿轴向向前运动时，凸轮件236便轴向向前运动进入凸轮件通道230的具有较大径向尺寸的第一段。这一位置的凸轮件236具体表示在图10C中。在这个位置，使头体件225的含有轴向槽244的区段可以径向膨胀，至少到达释放装在孔220中的工具柄的程度。

凸轮件236通过与金属插件253的轴向平直面252的滚动摩擦接触，和与头体件225的表面233和231的滚动接触，而在凸轮件通道230中沿轴向运动。凸轮件236与表面252，231间的滚动接触，即使在凸轮件236处于图10C所示凹槽231的较大径向尺寸段时仍然能够保持，因此使凸轮件236可借助摩擦移回图10A所示的夹持位置。

夹头装置210还包括一个锁定套件260，用于手工驱动夹持套件250。锁定套件260相对夹持套件250共轴延伸，并具有一个便于用手握紧的环形突缘275。一个弹簧件271，例如常规的波状弹簧，设置在两个相对的夹持套件250的表面271和锁定套件260的表面272之间。从而两套件受到轴向偏压而彼此分开，并且夹头装置210被偏压至夹持或锁定位置。

夹头装置210还包括一个锁定件，以将该装置保持在夹持或锁定状态。该实施例中，锁定件包括滚动体261，它们装在夹持套件250中成形的锁定通孔255中。头体件225上形成一个锁定凹陷234，当装置处于夹持状态，各滚动体261保留在该锁定凹陷中，如图10A所示。锁定套件260包括一金属插件263。该金属插件263包括一个锁定面262，在释放状态该锁定面262大体与锁定凹陷234径向相对。如图10A所示在装置处于夹持状态时，锁定面262沿轴向向后伸过滚动体261，因此使插件263的轴向平直段接触各滚动体261，并将这些滚动体保持在锁定凹陷234中。这种方案可阻止夹持套件250的轴向向前运动，直至插件263的锁定面262位于与各滚动体261径向相对的位置。

金属插件263包括一个形成在金属插件263前端的肩部280。现对其作一简短说明，该肩部280与形成在夹持套件250上的一个肩部281协同工作，可使夹持套件沿轴向向前运动。

为使夹头装置从图10A所示的夹持位置移向图10C所示的释放位置，操作者可抓住锁定套件260的环形突缘271，并克服弹簧机构270的弹力沿轴向向前拉锁定套件。具体参见图10B，将锁定套件260沿轴向向前拉，直至金属插件263的锁定面262与各滚动体261径向相对。这时，金属插件263的肩部280开始与夹持套件250的肩部281接触，并且锁定套件260的继续向前运动，使得各滚动体261沿径向向外运动进入锁定面262限定的空间，它又进一步使夹持套件250与锁定套件260一起轴向向前运动。由于表面252，233和231间的摩擦接触，夹持套件250沿轴向的向前运动造成凸轮件236也沿轴向向前运动，凸轮件236轴向向前进入凸轮件通道230中由头体件225的轴向倾斜面231限定的区段。这一状态部分表示在图10C中。在该位置，使头体件225中由各轴向槽244限定的区段沿径向向外松开，到达一个使其能释放插入孔220中的工具柄的程度。在这一状态，操作者可方便地从夹头装置中取出工具。

为将工具插入和锁定在装置210中，操作者只要简单地按相反顺序操作即可。在夹头装置210处于图10C所示状态，将工具柄插入孔220中。然后操作者将锁定套件260沿轴向向后推，通过金属插件263的肩部283与各滚动体261的接触，造成夹持套件250也沿轴向向后运动，直至各滚动体261进入形成在头体件225上的锁定凹陷234，这已示出在图10B中。一旦各滚动体261进入凹陷234，于是锁定弹簧件260将不依靠夹持套件250而沿轴向向后运动，直至插件263的轴向平直段将各滚动体261锁定在锁定凹陷234中，这已在图10A中示出。

当锁定套件260和夹持套件250按上述的操作沿轴向向后运动，保持架240中的凸轮件236由于摩擦也沿轴向向后运动，进入凸轮件通道230中具有减小径向尺寸的第二区段。在该位置，凸轮件236使头体件225中由各轴向槽244限定的区段径向压缩，使该区段夹紧插入孔220中的工具柄。

本发明适用于工具刀头必须被旋转驱动的任何形式的机床。该装置特别适用于如刳钻机和胶合板修边机之类的要求较高转速的应用场合。然而这并不意味着是对本发明的限制。实际上，对有关领域的普通技术人员来说很明显，在不脱离本发明的范围和实质情况下，可以对本发明的设备作出各种变型和变化。

尽管本发明的优选实施例已用特定术语说明，然而这样的说明仅为解释之用，应当理解，在不脱离权利要求的实质和范围的情况下，可以作出多种变换和变化。因而本发明应当覆盖落入各权利要求范围的对本发明作出的各种变型和变化以及它们的等同物。

Claims (22)

1.一种快换夹头装置，用于装夹轴向延伸的工具柄，包括：

一个头体件，它具有纵向轴心线和沿轴向设置在其内的孔，用以装夹圆形工具柄，所述头体件还具有至少一条沿轴向延伸的第一槽，该第一槽从头体件的前端向头体件的后端延伸，使形成所述孔的头体件的至少一部分可径向压缩；

一个夹持套件，它共轴地设置在所述头体件周围，并能沿轴向相对头体件运动；

一个沿轴向延伸的凸轮件通道，它形成在所述头体件和所述夹持套件的相对表面之间，所述通道包括具有第一径向宽度的第一段，和具有减小的第二径向宽度的第二段，该第二径向宽度小于所述的第一径向宽度；和

一个凸轮件，它借助所述夹持套的轴向运动，从一夹持位置移向一释放位置，该凸轮件能在所述通道内沿轴向运动，在该夹持位置所述凸轮件被置于所述通道的所述第二段，造成所述头体件沿径向压缩的部分产生压缩，从而所述孔的直径减小，并夹紧插入所述孔中的工具柄；当所述夹持套沿轴向移至释放位置，其中所述凸轮件被置于所述通道的所述第一段，使所述头体件能沿径向压缩的部分产生径向膨胀，从而所述孔的直径增大，并释放插入所述孔中的工具柄。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述头体件形成的所述凸轮件通道的所述表面包括轴向倾斜的表面，它向所述通道的所述第一段内的纵向轴心线倾斜。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述夹持套形成的所述凸轮件通道的所述表面包括轴向平直面，它与所述轴向倾斜表面相对，与所述凸轮件保持摩擦接触的所述轴向平直面，由于所述夹持套沿轴向相对所述头体件运动，因此所述凸轮件在所述凸轮件通道的第一和第二段间运动。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述轴向平直表面由所述夹持套携带的金属插件形成。

5.如权利要求3所述的装置，其中，所述凸轮件包括在所述凸轮件通道内设置的滚动球。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述凸轮件通道绕所述头体件周向延伸，所述凸轮件包括多个设置在所述通道中的滚动球。

7.如权利要求6所述的装置，其中，还包括一个保持架件，它共轴地设置在所述头体件和所述夹持套件之间，所述滚动球由所述保持架件支承。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述头体件还包括多条所述轴向延伸的槽，它们绕头体件均匀地沿圆周方向隔开。

9.如权利要求1所述的装置，还包括一个手工驱动的锁定套件，它沿轴向布置在所述夹持套周围，并可沿轴向相对所述夹持套运动，在手工驱动时，所述锁定套件便驱使所述夹持套在所述夹持位置和所述释放位置之间运动。

10.如权利要求9所述的装置，还包括一个弹簧机构，它可操作地设置在所述锁定套件和所述夹持套件之间，其中所述锁定套件能克服所述弹簧机构的力沿轴向相对所述夹持套运动。

11.如权利要求9所述的装置，还包括一个锁定件，其形状与所述锁定套件和所述夹持套配合，在驱动所述锁定套件时，便可释放地将所述夹持套锁定在所述夹持位置和从所述夹持位置释放所述夹持套。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述锁定件包括滚动体，该滚动体由所述夹持套支承，并且在所述夹持套处于所述夹持位置时，位于成形在所述头体件上的锁定凹槽中，借助所述锁定套件的轴向运动，所述滚动体被移出所述锁定槽，使所述夹持套运动至所述释放位置。

13.如权利要求9所述的装置，其中，所述锁定套件包括一个环形突缘，用以手工抓住所述锁定套件。

14.如权利要求9所述的装置，其中，所述锁定套件基本上由塑料制成。

15.如权利要求7所述的装置，还包括一个对正突片，它与所述保持架件和头体件的所述第一槽啮合，从而在所述凸轮件从所述夹持位置向所述释放位置轴向移动的过程中，保持所述凸轮件相对所述第一槽对正。

16.如权利要求15所述的装置，还包括一个锁定套件，它共轴地设置在所述头体件周围，并可沿轴向相对所述夹持套件运动，所述锁定套件形成一个前端和一个与所述前端相对的后端，所述锁定套件的后端的结构设计成与一个锁定件啮合。

17.如权利要求16所述的装置，还包括一个轴向弹簧机构，它相对所述夹持套件和所述锁定套件设置，以便相对所述夹持套件沿纵向偏压锁定套件至锁定位置，在该锁定位置所述锁定套件能驱动一锁定件，所述锁定套件又可克服所述弹簧机构的偏压力，沿轴向运动至非锁定位置，在该非锁定位置，所述锁定套件释放该锁定件。

18.如权利要求16所述的装置，其中，所述头体件具有外表面，其内形成至少一个锁定座，其形状适于容纳至少部分锁定件，并且所述夹持套件还形成至少一个从中通过的锁定通孔，其形状适于容纳至少部分锁定件。

19.如权利要求18所述的装置，还包括至少一个锁定件，它设置成至少部分位于所述夹持套的所述锁定通孔中，其形状适于在锁定位置和非锁定位置之间在锁定通孔中沿径向运动，其中当处于锁定位置，所述锁定件至少部分被迫压入所述头体件的所述锁定座，以便阻止所述头体件和所述夹持套之间的相对轴向运动；其中当处于非锁定位置，所述锁定件能自由径向移出所述头体件的所述锁定座，以便允许所述头体件和所述夹持套之间产生相对轴向运动。

20.如权利要求19所述的装置，还包括一个轴向弹簧机构，它相对所述夹持套件和所述锁定套件设置，以便相对所述夹持套件对锁定套件纵向施以偏压至锁定位置，其中在锁定位置，所述锁定套件驱动锁定件，所述锁定套件又可克服所述弹簧机构的偏压力，沿轴向移至非锁定位置，其中在非锁定位置，所述锁定套件释放所述锁定件。

21.如权利要求1所述的装置，还包括一个定位棱，其形状和位置设置成能形成所述凸轮凹槽的分叉底部，并将所述分叉的底部由释放部分分离成夹持部分，释放部分靠近所述头体件的前端，夹持部分靠近所述头体件的后端。

22.如权利要求21所述的装置，其中，所述夹持套件还形成至少一个锁定凹槽，它位于所述夹持套件的所述前端附近，并通过锁定棱与所述夹持套件的所述后端隔开，所述锁定凹槽的形状适于在所述凸轮件处于锁定位置时，在其中安放至少部分所述凸轮件。

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