CN1113716C - 使用机械利益的侧动式刀具组件夹紧装置 - Google Patents

Abstract

一种用于将刀具组件(210)可拆卸地安装到刀架座(237)上的夹紧装置(235)，上述刀具组件(210)具有一个带有可与锁紧件(257a、257b)相接合的孔的柄(216)，锁紧件(257a、257b)可从安装在刀架座(237)内的管套(239)上的孔(255a，255b)作径向移动，通过使锁紧件接触表面(230、276)互相倾斜可增大锁紧件(257a、257b)的机械利益，锁紧件(257a、257b)沿往复移动的锁杆(260)上的滚道(263)被推动。为了适应接触面(230、276)间的角度，必须使上述滚道(263)倾斜。

Description

使用机械利益的侧动式刀具组件夹紧装置

本发明总的涉及一种改进的刀具组件夹紧装置，用于将刀具组件可拆卸地安装到刀架上，具体地说，本发明涉及一种使用机械利益的侧动式刀具夹紧装置。

在现有技术中，将刀具组件可拆卸地安装到刀架上的夹紧装置已是众所周知的，这种装置通常用于刀具组件夹紧切削刀片并使其移进而切削旋转的金属工件或移出而脱离该工件的切削加工作业中。该夹紧装置可使装有不同刀片的刀具组件快速装到刀架上和快速从刀架上拆下，上述刀架又安装到一种可控制刀具组件相对于工件的移动的机构上。

工业上最成功的夹紧装置之一具有一种可与刀具组件的管状柄相配合并含有多个可接纳锁紧件使其与刀具组件上的凹槽形成锁紧接合的孔的圆筒形管套。上述的锁紧件(通常是球形的)借助一种可往复移动并具有可与之相接合的凸轮部分的锁杆沿径向移入上述管套上的孔。Erickson的美国专利No.4708040、4747735、4836068和4932295公开过上述的夹紧装置，上述的每个专利都已转让给美国宾夕法尼亚州Latrobe市的Kennametal公司。

图1示出上述的夹紧装置，该图是管套39的末端53部位的侧剖视图，它具有一个穿透上述管套39的壁的圆柱形的孔54a，该孔54a的内径十分接近球形锁紧件57a的外径。锁杆60具有一个带有球形凹部66(该凹部66一头逐渐缩小而形成斜面68)的凸轮部分64a。当球形锁紧件57a座落在上述凹部66内并且锁杆60的止动凸缘70靠到环形壁71上时，球形锁紧件57a便处于非锁紧位置，这就可使刀具组件10的管状柄16插入连接件43的环形槽59内。但是，当锁杆60向右移至图中所示的位置上时，上述凸轮部分64a的斜面68便与球形锁紧件57a楔入地相接合并使之上升而进入锁紧位置，在该位置上，球形锁紧件57a将楔入并锁紧地靠紧刀具组件10的斜孔壁30。

图2和3示出的现有技术的刀具组件10具有一个夹持切削刀具的前端12和一个用于固定在刀架上的后部管状柄16。上述的前端12具有一个普通结构的用于接纳可分度的切削刀片、锁紧夹和垫片(未示出)的凹槽或者说凹部14。在前端12与管状柄16之间的连接处上具有一个在刀具组件通过该夹紧装置而固定在刀架上时与刀架的环形面相接合的环形接合面17。接合面17是平的，并且与管状柄16的纵轴线L相垂直。

如图3所示，管状柄16是截头圆锥形的，并且含有一对用于接纳夹紧装置(下面再阐述)的球形锁紧件的相对的孔18a、18b。孔18a、18b的壁20的周边有一部分是圆柱形的，一部分是斜的(如图3所示)，以利于管状柄16与夹紧装置的球形锁紧件之间的锁紧接合。管状柄16的内表面22基本上是圆柱形的，以便与夹紧装置的管套的外表面形成紧密的配合。管状柄的外表面24是截头圆锥形的，以便使刀具组件10与刀架之间对中并牢固连接。互相对齐的槽26、28的位置与孔18a、18b相垂直。正如下面将要说明的，在上述的槽26、28中卡入夹紧装置的管套上的凸键(未示出)以保证孔18a、18b与夹紧装置的球形锁紧件相对准。

下面参看图4，现有技术的夹紧装置35被置于所示的现有技术的刀架座37中。该夹紧装置35具有一个安装入由连接件43形成的壳体41中的圆柱形管套39。连接件43的末端终止在环形接合面44处，该接合面在连接件43与刀具组件10相连接时与上面所述的刀具组件10的接合面17相面对。刀架座37还具有一个位于连接件43后面的壳体件45。上述管套39借助于由螺栓49固定在连接件43上的环形法兰47固定在壳体41上(见图4)。连接件43又通过螺栓51固定在壳体件45上。因此，在夹紧装置35的工作过程中，管套39相对于锁杆60保持静止状态。

管套39的末端53具有一对相对的、可承接球形锁紧件57a、57b的孔55a、55b，在图中用实线示出当夹紧装置松开时球形锁紧件57a、57b所处的位置，并用虚线示出连接件处于锁紧位置时球形锁紧件57a、57b所处的位置。重要的是要注意到孔55a、55b的壁是内径稍大于锁球57a、57b的外径的圆柱形孔壁。管套39的末端53还具有一对上面提到的、与孔55a、55b相垂直的、互相对准的凸部(未示出)。在管套39末端53的外表面与接纳刀具组件10的连接件43的内表面之间形成一个截头圆锥形的环形槽59。

除了管套39和锁球57a、57b之外，所发明的夹紧装置35还具有可沿轴线A往复移动地进入虚线所示位置的锁杆60，该锁杆60的末端62同心地设置在管套39的末端53之内、并可相对于末端53而滑动。锁杆60的末端62具有对置的凸轮部分64a、64b，以便使锁球57a、57b沿径向移入和移出环形槽59。为此，每个凸轮部分64a、64b都含有一个其形状可部分地与锁球57a、57b互补的凹部66和一个从该凹部66的一侧向锁杆60的末端62延伸的斜面68，这条路线也称为滚道。

锁杆60还具有一个整体形成的止动凸缘70，该凸缘70与管套39的环形壁71相接合以限制锁杆60在远端方向的冲程。锁杆60的近端63由可滑动地安装在管套39近端内的圆柱形杆72形成。杆72端接弹簧承座73，由叠置的贝氏弹簧垫圈74构成的弹簧组件对弹簧承座73恒定地施加一个拉力从而将锁杆60偏压到图中虚线所示的锁紧位置上。

锁杆60的远端62用于在要松开刀具组件10时自然地撞击刀具组件10，使其离开连接件43。因此，若必须松开刀具组件10而将其从连接件43推出，则必须将锁杆60的远端置于与刀具组件10相接触的位置。

当施加一个力使锁杆60克服层叠弹簧垫圈74的力向左移动时，便可使夹紧装置35工作。将刀具组件10的管状柄16(见图3)插入环形槽59内，然后去除施加在锁杆60上的力，弹簧垫圈74将会迫使锁杆60向右移动，从而使球形锁紧件57a、57b沿斜面68(图1)径向向外移动，并与刀具组件柄16上的孔18a的斜壁30相接合。

在这种现有技术的结构中，管套39的孔54a是一个垂直于夹紧装置35的纵轴线L延伸的圆柱形孔。

业已发现，将与刀具组件柄16的斜壁30相对置的管套孔的壁变斜，在对具有相同斜面角的锁杆60施加同样的力的情况下可使对刀具组件10的夹紧力增加到超过非斜面壁的夹紧力。请看图5，为了达到上述目的，将与孔壁75相对的孔壁76做成斜的，与孔壁75相似，管套39的孔55a、55b的孔壁76也分别做成斜的。更具体地说，孔壁76相对于垂直于纵轴线L的轴线R的倾斜角为约10°～20°，最好为15°，孔壁76具有这种斜度的好处是增大夹紧装置35的夹紧力。

美国专利No.5694820(已转让给Kennametal公司)公开过采用上述结构的夹紧装置，该专利纳入本文作为参考。

参看示于图5的角度M和N可以很好地理解上述增大夹紧力的原理。在锁球57a被径向向外推至图5所示的锁紧位置的情况下，其球形壁以夹角M既与刀具组件10的孔壁的倾斜部分30相接合，又与管套孔55a的斜壁76相接合，上述夹角M是孔壁76的延长线与刀具组件的孔壁的倾斜部分30的延长线的夹角，上述延长线在座标原点77相交。

另一方面，角度N是反映孔壁76原先取向的线R与刀具组件孔壁之倾斜部分30之间的夹角。锁球57a由于受锁杆60的斜面68的强制移动而楔入地与上述表面相接合。由于角度M小于角度N，故锁球57a位于由角度M形成的表面之间会产生比位于由角度N形成的表面之间更大的机械利益。这种改进的结构产生的夹紧力比原先的结构大30％。

虽然上述的现有技术的夹紧装置可使锁杆在夹紧装置的机座内纵向移动的机构增大夹紧力，但是，在许多夹紧装置中锁杆是从夹紧装置的侧面动作的，美国专利No.4736659公开了一种侧动式夹紧装置，该专利已转让给Kennametal公司和Krupp Widia GmbH公司，并纳入本文作为参考。现有的这种侧动式夹紧装置不是采用具有带斜壁的孔的管套工作的。管套的斜壁会使锁球沿夹紧装置的纵轴线移动，而这种移动会迫使锁球离开侧动式锁杆的滚道。

如果能有对侧动式夹紧装置产生上述机械利益的机构将是有利的。

本发明是一种用于将刀具组件沿纵轴线方向可拆卸地固定在刀架座上的侧动式夹紧装置。该夹紧装置内接纳的刀具组件具有一个带有孔及相关的壁的柄。作为基准，将取向面限定为垂直于纵轴线。夹紧装置包括至少一个锁紧件、一个可与刀具组件相配合并具有一个可接纳上述锁紧件的孔的管套和一个可沿垂直于纵轴线的第一轴线往复移动并具有一个可使上述锁紧件通过管套孔从松开位置移至与刀具组件锁紧接合位置的滚道的锁杆。管套的孔壁与刀具组件柄的孔壁相对。管套壁沿垂直于纵轴线的第二轴线延伸并与上述取向面形成一个正角。沿管套壁的第二轴线与刀具柄的孔壁之间形成的正角小于柄孔壁与平行于取向面的线之间形成的角度。

沿管套壁的第二轴线与取向面构成的角度为10°～30°。

夹紧装置的滚道可以是相对于取向面倾斜的，以便使锁紧件在移入管套孔时遵循上述的滚道。上述倾斜角可以是相对于取向面呈1°～10°。

虽然在一个实施例中锁杆可沿第一轴线往复移动，但是，锁杆也可沿平行于滚道的轴线往复移动。

夹紧装置还可具有一个螺纹配合并可转动地安装在刀架座内的转矩螺钉，该转矩螺钉固定在锁杆上以便在转矩螺钉转动时使锁杆往复移动。

图1是现有技术的夹紧装置中的管套、球形锁紧件和锁杆的凸轮部分的放大侧剖视图；

图2是由夹紧装置固定的一种现有技术的刀具组件的透视图；

图3是图1所示现有技术的刀具组件沿3-3线的侧剖视图；

图4是可将图1和2的刀具组件可拆卸地安装在刀架上的现有技术的夹紧装置的侧剖视图；

图5是现有技术的带有倾斜孔壁的夹紧装置的局部放大侧剖视图；

图6是本发明的侧动式夹紧装置的透视图；

图7是本发明的侧动式夹紧装置的顶视图；

图8是图7的侧动式夹紧装置沿8-8线的剖视图；

图9a是沿图7的9-9线的剖视图，示出夹紧装置处于锁紧状态；

图9b是沿图7的9-9线的剖视图，示出夹紧装置处于松开状态；

图10是本发明的锁杆的侧视图；和

图11是示出本发明各零件之间关系的示意的透视图。

下面参看附图详细说明本发明。

图6示出一种用于将与上面所述的刀具组件10相同的刀具组件沿纵轴线L可拆卸地安装到刀架上的夹紧装置235的透视图。该夹紧装置235由锁杆260(图10)侧向驱动，上述锁杆260在图6中未示出，它被安装在与图6所示圆柱形孔205径向相对的位置上。刀具组件10的柄16(图2)穿过环形槽259，刀具组件10的孔18a、18b与夹紧装置235的环形槽259内的锁紧件257a、257b(见图7)相接合。

图7是图6的透视图的顶视图。刀架座237可以是一个整体件，也可以是由几部分按照从事金属制造技术的专业技术人员所熟知的工艺互相连接而成。

图8是沿图7的8-8线的夹紧装置235的剖视图。夹紧装置235基本上是以纵轴线L对称的，因此，虽然在位于纵轴线L不同侧的标号上加了下标“a和“b”，但是，应当明白，没有这些下标时，这些零件是相同的。

上述管套239用穿过连接孔240(图7)的螺栓(未示出)固定在刀架座237上。如上所述，锁紧件257a、257b由锁杆260径向向外地推离纵轴线L，上述锁杆260在图8中是沿垂直于图面的方向往复移动的。图中画出了刀具组件210的柄216的一部分以便示出锁紧了的组件。图8示出的用于说明本发明的移动件只有锁紧件257a、257b、锁杆260和击出件280。

通过锁杆260垂直于图面方向的往复移动可使锁紧件257a、257b径向向外移离纵轴线L而与刀具组件210的柄216相接合，或者也可以使击出件280向右移动，从而使刀具组件脱离锁紧位置。图8所示剖视图示出锁杆260处于锁紧位置，而锁紧件257a、257b径向向外移动。

在图8中特别有兴趣的是管套239上对置的孔255a、255b。为了方便起见，将垂直于纵轴线L并标以标号P的面定为取向面P。孔255a、255b(如同现有技术那样)是沿第二轴线S延伸的，该轴线S的取向与取向面P呈大约10°～20°(最好为15°)的夹角。因此，当锁紧件257a、257b被锁杆260径向向外推移时，它们也被推向锁紧装置235的接合面244。正如上面所述，这种结构可产生原先采用不倾斜的孔壁时达不到的加强机械力。

将上述原理应用于图8的结构，从图8所示的M角和N角可看出夹紧力明显增大。在锁球257a被径向向外推入图8所示的锁紧位置的情况下，其球形壁以一角度M既与刀具组件210的孔壁的倾斜部分230相接合，又与孔255a的斜壁276相接合。角度M由来自孔壁276的轴线S的延长线与沿刀具组件孔壁的倾斜部分230的延长线(称为轴线T)构成。两条延长线在原点277相交。刀具组件的孔壁230可与轴线R形成约30°的角度。

另一方面，在代表现有技术的孔壁276的取向的R轴线与刀具组件孔壁的倾斜部分230之间形成角度N，通过来自锁杆260的斜面268的强制位移使锁球257a与上述表面楔入地相接合。由于角度M小于角度N，锁球257a位于由角度M形成的上述表面之间比位于由角度N所形成的上述表面之间会产生更大的机械利益。这种改进的结构所产生的夹紧力比现有技术结构产生的夹紧力约大30％。

在上述结构中，锁杆沿与推动锁紧件257相同的纵向移动，因此锁紧件257将遵循锁杆上的滚道。但是，锁紧件257将侧向移动由倾斜孔壁所造成的一定的位移量。由于现有技术的侧动式装置的滚道实际上是平行于图8所示的取向面P，故倾斜的孔将会使锁紧件257移离滚道的中心。

为了适应上述的偏离，在本发明的精神内，滚道263(见图9a、9b和10)含有具有凹部266的凸轮部分264和构成滚道263的斜面268。上述滚道263的取向为与平行于取向面P的第一轴线Q呈一角度β(见图9a)。该角度β与第一轴线Q形成一个非零角或者说正角。虽然在图9a和9b未示出，但是当锁杆260沿平行于取向面P的轴线Q前后移动时，锁紧件257a便沿滚道263移动，因为该锁紧件257a被导引进入管套的孔255a(图8)。这样，锁紧件257a(见图8)在管套239的孔255a内沿第二轴线S径向向外移动的全程中将遵循倾斜的滚道263(见图9a、9b)。

锁杆260的头部267具有凸轮部分264、凹部266和斜面268以及由斜面272和平面274构成的击出片270。在图9a所示的锁紧位置中，锁杆260向右延伸，锁紧件257a、257b(图9a未示出)位于滚道263的点284上，并如图8所示径向向外移动，在此位置上，击出件280处于退回的位置。

当锁杆260向左移动至图9b所示的松开位置时，锁紧件257a、257b(图9b未示出)处于沿滚道263的点286附近位置，而击出片270的斜面272则与击出件280的斜面281相接合而径向向外推动击出件280。锁杆260可继续向左移动，使击出片270的平面274与击出件280的平面282相接合，从而与刀具组件210(未示出)的本体相接触，并自然地强制刀具组件210离开管套239的环形槽259。

图11示出本发明的一个实施例的简单透视图，总的示出具有穿过它的纵轴线L的刀具组件。为了说明起见，图中的比例和尺寸都是随意的。图中所示的取向面P是一个垂直于纵轴线L的圆。第一轴线Q从纵轴线L径向延伸穿过锁杆的尾部269，轴线R从纵轴线L沿平行于取向面P的方向径向延伸，并且通常与第一轴线Q相垂直。滚道263与第一轴线Q呈一角度β，管套259的倾斜孔壁276与轴线R构成角度α从而形成第二轴线S。点划线示出的锁紧件257沿凸轮部分264的滚道263移动而与管套239的倾斜孔壁276和刀具组件210的倾斜孔壁230相接合。

锁杆260借助具有与转矩螺钉290的内螺纹292相匹配的外螺纹的锁杆尾部269沿轴线Q往复移动。转矩螺钉290又具有与刀架座237的内螺纹296相匹配的外螺纹294。内螺纹292和相关螺纹的螺距比外螺纹294及相关螺纹的螺距大得多，所以，转矩螺钉290的转动将使锁杆260以大于转矩螺钉290在刀架座237内移动的速度而移动，转矩螺钉290的开口端部具有六角形空穴，以利于用六角板手转动之。

应当明白，图9a和9b示出的锁杆260是沿平行于取向面P的轴线Q移动的。锁杆260及其相关的转矩螺钉290的取向也完全可以沿着平行于滚道263的方向，从而使锁杆260不是沿轴线Q移动，而是沿着与滚道263相同的路线移动。

滚道263与轴线Q的夹角β可为1°～10°，该角度与孔254a在管道239内的取向和锁杆260的冲程长度有关。在一个实施例中，管道239的孔254a形成一个15°的角度α，此时，滚道的角度β可为2°48’，这个计算值也与锁杆260的斜面268与取向面P形成的角度有关。

锁紧装置235采用图1所示的穿过刀架座237一定厚度的螺栓300安装在切削机床(未示出)上。这些螺栓是说明性的，可能需要作径向调节，以避开夹紧装置235的移动零件。

图2示出刀具组件10中相对准的槽26和28。刀具组件210具有类似的槽，并且如图9a和9b所示，其中的一个槽与用止动螺钉310固定在圆柱形孔内的横楔305相接合。

如图6所示，击出件280是用两个螺栓315和320固定在刀架座237内的。

虽然上面结合最佳实施例说明了本发明，但是，通常熟悉本技术的人们都能进行各种改进、修改和补充，所有的这些改进、修改和补充都应包含在仅由所附权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于将刀具组件沿纵轴线可拆卸地安装在刀架座上的夹紧装置，其特征在于，上述的刀具组件具有一个带有孔和相关的壁的柄，而且其取向面P垂直于纵轴线L，上述的夹紧装置具有：

一个壳体；

至少一个锁紧件；

一个置于上述壳体内、可与上述刀具组件相匹配并含有一个可接纳上述锁紧件的孔的管套；和

一个可在上述壳体内沿垂直于上述纵轴线L的第一轴线Q作往复移动并具有一个可使上述锁紧件移动而通过管套的孔从非锁紧位置进入与上述刀具组件锁紧接合的滚道的锁杆；

其特征在于，上述管套的孔具有与上述刀具组件柄上的孔的壁相对的壁，而且上述管套的壁沿垂直于纵轴线的第二轴线S延伸并与取向面构成第二轴线角；

其特征还在于，上述的第二轴线角小于从刀具组件柄的孔壁延长的轴线T与平行于取向面的直线之间形成的角度N，而且，上述的滚道相对于取向面是倾斜的，以便使上述锁紧件沿上述滚道移动而进入管套孔。

2.根据权利要求1的夹紧装置，其特征在于，上述的沿管套壁的第二轴线与取向面构成的角度为10°～30°。

3.根据权利要求2的夹紧装置，其特征在于，上述的沿管套壁的第二轴线与取向面构成的角度为15°。

4.根据权利要求1的夹紧装置，其特征在于，上述的滚道与上述取向面间形成1°～10°的夹角。

5.根据权利要求4的夹紧装置，其特征在于，上述的滚道是与上述取向面呈2°～3°角的滚道。

6.根据权利要求1的夹紧装置，其特征在于，上述的锁杆沿平行于上述滚道的轴线往复移动。

7.根据权利要求1的夹紧装置，其特征在于，上述的锁杆的滚道含有一个在非锁紧状态下接纳上述锁紧件的凹部的一个带有邻接上述凹部的斜面的凸轮部分，上述的凹部可使上述的锁紧件径向和轴向地移动至锁紧位置。

8.根据权利要求1的夹紧装置，其特征在于，上述的第一轴线(Q)和第二轴线(S)沿纵向投影在取向面上时是互相垂直的。

9.根据权利要求1的夹紧装置，其特征在于，还具有一个螺纹配合并且可转动地安装在刀架座内的转矩螺钉，和该转矩螺钉固定在上述锁杆上，因此该转矩螺钉的转动可使锁杆作往复移动。

10.根据权利要求1的夹紧装置，其特征在于，上述的锁紧件是球形件。

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