CN1131401A - 新型的立铣刀连接器 - Google Patents

Abstract

一种带有一个与把柄做成整体的夹套的夹具，在该夹具中防松螺母与夹套之间的接合方式可显著减小拧动防松螺母至径向紧压夹套扇形段并使之弯曲的位置所需的扭矩。在上述的接合结构中，防松螺母的内表面或夹套扇形段的外表面带有接合部分和非接合部分，上述接合部分可在拧动防松螺母时与夹套扇形段形成楔入式接合并使之向内弯曲，由于减小了夹套扇形段端部外表面与防松螺母内表面间的粘合力而减小了拧动防松螺母所需的扭矩值。

Description

新型的立铣刀连接器

本发明总体上涉及机床用刀具的夹具，具体地说，涉及一种立铣刀连接器，这种类型的连接器含有一个已采取措施减小使防松螺母与夹套相接合所需的扭矩而改进过的整体夹套。

立铣刀一般是带有多个沿其外圆周分布的刀刃的圆柱形切削刀具。这种立铣刀通常带有一个可插入夹具的轴向孔内的圆柱形刀把。对于精密切削而言，立铣刀刀把必须牢固地而且同轴地安装在夹具孔内。因此发展出各种固紧立铣刀和夹具使之不发生轴向移动并使立铣刀不发生相对于夹具转动的机构。现有技术的一种固紧机构采用一个可拧入夹具壁的定位螺钉，这种螺钉紧紧地顶在立铣刀刀把上做出的平面上。可是，这种径向定位螺钉会造成夹具的不平衡，从而使刀具在使用中、特别是在高速切削中出现不希望的振动和偏心移动。现有技术中的另一种固紧机构是一种夹套与夹盘的组合件。由一个与夹具本体螺纹相连接的防松螺母径向压缩一个带有用来接纳立铣刀刀把的轴向孔的锥形夹套。从理论上说，夹套沿其周边均匀地收缩，可使刀具的刀把精确地定位在夹具的中心。可用一个非插入式楔块与夹套相结合，以防止立铣刀刀把作相对于夹套内部的轴向移动和转动。美国专利No4341006(Starn)公开过这种类型的夹套和夹盘的结构。然而，这种夹套和夹盘本体的接合表面要求大量的精加工，因而明显提高制造成本。而且，零件间的累积公差限制了所能达到的精度。

为了克服现有技术中采用定位螺钉和夹套夹盘机构的有关缺点，Kennametal公司的工程师们发展了一种带有整体夹套的立铣刀连接器，这种连接器在Presby和Mogilnicki的美国专利No.5234296公开过并提出了权利要求。在该专利中所述的夹套的可收缩的扇形段是由整体成形的截头圆锥形裙形体上做出的从夹具锥形柄向下延伸的纵向切口形成的。该纵向切口不是一直延伸到夹套扇形段的端部，这就形成了一个将全部夹套扇形段的末端整体地连结起来的连续系环。而后，在该夹套本体上车出可与防松螺母的内螺纹相接合的螺纹。上述的夹套容易制造，而且成本低，上述的将全部夹套扇形段的末端互相连接起来的连续系环使夹套的外端具有较大的刚度，从而提高了精确度。在使用中，将一个大致为管状的带有内螺纹的防松螺母拧紧到带螺纹的夹套本体上以使径向向内压缩夹套扇形段而夹紧立铣刀或其他刀具的刀把。

虽然上述美国专利No.5234296所公开和规定权利要求的立铣刀连接器使现有技术得以明显进步，但是，本发明者注意到了其夹套还有几个尚待改进的地方。例如，虽然截头圆锥形夹套本体上的纵向切口所形成的夹套扇形段的刚度较高确实提高了该装置夹持立铣刀刀把并使之对中的精确度，但是，夹套扇形段的这种较大的刚度也增大了将防松螺母拧到足以径向地压缩夹套扇形段而使其紧紧夹住刀把所需的扭矩。另外，在上述的、以及其它现有技术的夹套夹盘机构中，有可能发生冷却液溅入夹盘机构中并溶到刀把与夹套内表面之间的现象。在夹套内表面与所夹持的刀把之间存在冷却液是不希望的，因为这种情况会降低上述两个零件间所需的摩擦接合效果。

显然，很需要有一种改进的立铣刀连接器，这种连接器使用一种只用较小的或中等大小的扭矩就可拧动防松螺母而径向压缩夹套扇形段的整体夹套，故有助于快速而容易地更换夹套中的刀具。这种改进的夹套最好还具有一种可防止冷却液冷流进入刀把与夹套内表面之间的间隙内的机构。

本发明正是提出了上述这种改进的立铣刀连接器。

总体上说，本发明是一种带有整体夹套的立铣刀连接器，它具有一种改进了的、可减小使防松螺母与夹套紧密接合所需扭矩的接合结构并带有可防止泛流冷却液和渣屑侵入的密封圈。在可减小扭矩的接合结构中，防松螺母的内表面，或者夹套扇形段的外表面，带有一个接合部分和一个非接合部分，上述接合部分用以在拧动防松螺母时与夹套扇形段呈楔入式接合并使夹套扇形段向内弯曲，上述的非接合部分使夹套扇形段与防松螺母不致互相接触，以便减小本申请人曾经观察到的、会显著增大拧动防松螺母所需扭矩的粘合力。该非接合部分位于上述接合部分与夹套扇形段上与把柄相连的端部之间，可防止夹套扇形段上与把柄相连端部的外表面与防松螺母内表面之间发生粘合。

在本发明的一个实施例中，上述的接合部分是由位于夹套扇形段中部的向着防松螺母内表面隆起的部分形成的，而非接合部分可由上述中间隆起部分两侧的非隆起的截头圆锥形表面形成。上述位于中间部位的隆起部分可以是一个截头圆锥形表面，其锥角与防松螺母的截头圆锥形内表面的锥角相同，而非接合部分可由锥角大于或小于防松螺母内表面锥角的截头圆锥形表面形成。最好是，每个夹套扇形段的中间接合部分相对于转动轴线的斜角与防松螺母内表面的斜角一样约为4°，而两个非接合部分的斜角分别为41/2°和31/2°。

在本发明的另一个实施例中，每个夹套扇形段的外表面的剖面是弧形的，这样，弧形的中部形成接合部分，而弧形的两侧形成非接合部分。

在本发明的第三实施例中，接合部分和非接合部分是在防松螺母的内表面上形成的，而不是在夹套扇形段的外表面上形成的。在该实施例中，虽然防松螺母的内表面和夹套扇形段的外表面都是截头圆锥形的，而且锥角相等，但是，其接合部分和非接合部分都是由多个位于防松螺母内圆周表面上的环形宽槽形成的。上述环形槽形成了两个位于中部构成面接合部分的凸环和三个非接合部分，其中一个非接合部分位于上述凸环与夹套扇形段上与把柄相连的端部之间。

在所有三个实施例中，在夹套扇形段上与把柄相连端部的外表面与防松螺母的内表面之间的区域内存在非接合部分有利于减小将防松螺母拧在径向紧压夹套扇形段使其夹紧一个刀把的位置时所需的扭矩，因为它可消除该区域可能产生的摩擦粘合力。

为了进一步减小拧动防松螺母所需的扭矩，本发明还可以在夹套扇形段与把柄相连的端部和与之相对的端部上设置两对环形凹槽，有了这些凹槽便可减小径向向内弯曲夹套扇形段所需的力。

最后，为了防止冷却液泛流进入夹套扇形段内表面与刀把之间，可在夹套扇形段两端的夹套内表面上的凹槽内设置一对环形密封圈，安装这些环形密封圈的凹槽也可以是上述的用来减小径向向内弯曲夹套扇形段所需的力的同一凹槽。

下面结合附图详细说明本发明，附图中：

图1是本发明的立铣刀连接器的分解透视图；

图2是立铣刀连接器的侧向剖视图，示出防松螺母是如何起到径向压缩包围着立铣刀刀把的夹套扇形段的作用的；

图3是图2中虚线椭圆内所示的防松螺母与夹套扇形段之间接合情况的放大图，为了简化起见，未示出刀具的刀把或非插入式楔块；

图4是本发明的第二实施例中的防松螺母与夹套扇形段之间接合面的侧向剖视放大图；和

图5是本发明的第三实施例的防松螺母与夹套扇形段之间接合面的侧向剖视放大图。

下面参看图1和2，在所有附图中，相同的标号表示同一零件。本发明的立铣刀连接器1具有一个位于其上部的锥形柄3和一个位于其下部的夹套5。锥形柄3可以安装在铣床或钻床的转动轴上，或者安装在旋转式机器(未示出)的非转动刀架上。法兰6将锥形柄3与夹套5隔开夹套5的上端和法兰6的下端连成整体。一个大致为管状的防松螺母7拧在夹套5的外表面上。

工作时，刀具(例如立铣刀)的刀把9插入夹套5的内部，并将防松螺母7轴向地拧紧在连接器1的夹套5上，以便径向压缩夹套5的各扇形段，使之与刀把9呈紧摩擦接合。一般而言，下面所有关于把柄的标号都是指立铣刀连接器的锥形柄3(除非特别说明是刀具把柄9)。另外，虽然本文讨论的是立铣刀连接器，但是，必须明白，所述的夹套组件适用于任何固紧刀把用的夹具。

夹套5具有一个带有多个沿其外表面均匀隔开分布的纵向切口15的截头圆锥形裙状体13。上述的纵向切口15形成多个相对于立铣刀连接器1的转动轴线具有径向弹性的弹性夹套扇形段17。每个夹套扇形段17与锥形柄相连的一端的外表面上带有螺纹19，它们的另一端则与连续系环21连成整体，系环21使切口15不能延伸到夹套裙状体13的末端。夹套的内表面23具有与它所接纳的刀把9一样的圆柱形，其外表面25的形状有一部分呈与防松螺母7的内表面互补的截头圆锥形，其原因在下面说明。

具体参看图2，立铣刀连接器1还含有一个可置入立铣刀刀把9上形状与其互补的缺口29内的非插入式楔块27，穿过一对相邻夹套扇形段17设置一个楔形孔31，以便使上述楔形块27穿过夹套裙形体13插入到与刀把9相接触的地方。在夹套外表面与楔形孔31同一高度上设有一个凹槽33a，楔块27的外表面上也设有凹槽33b，当楔形块27插入楔形孔31和刀把9上的缺口29时，凹槽33b本身与夹套扇形段17上的凹槽33a对准，凹槽33a和33b接纳一个O形弹性圈35，当更换刀具要使防松螺母7再与夹套接合时，上述弹性圈35可使楔形块27保持在其原来的位置上。

防松螺母7具有一个大致为管状的螺母本体40，其内部42则大体上为截头圆锥形。靠近内部42的端部有多条螺纹44，该螺纹44与夹套扇形段17上与锥形柄相连的一端的外螺纹19相接合。防松螺母7的外部46最好也大体为截头圆锥形。虽然该外部46做成圆柱形较简便，但是将它做成截头圆锥形可节约材料并减轻螺母7的总重量。在一个最佳实施例中，防松螺母的外部46做出许多压痕48，以便使机床操作者可牢牢地用手抓住螺母7。

图3示出本发明第一实施例中的夹套5与防松螺母7之间的接合面。在该实施例的接合面中，每个夹套扇形段17都具有一种包含一个近端斜角部分50、一个中间斜角部分52和一个远端斜角部分54的分段式外表面49，每个斜角部分50、52和54都具有截头圆锥形的表面。斜角部分50、52和54的表面分别与立铣刀连接器1的转动轴线呈41/2°、4°和31/2°角倾斜。中间斜角部分52构成夹套5与防松螺母7之间的接合部分56，而近端斜角部分50和远端斜角部分54则分别构成不与防松螺母7的截头圆锥形内部42相接触的近端和远端非接合部分58和60。在接合部分56与夹套扇形段17的与锥柄相连的近端之间带有一个近端非接合部分58，以防止在该区域内产生粘合力，这种粘合力会显著增大拧紧防松螺母7而径向缩夹套扇形段17、使其紧密夹住刀把时所需的扭矩值。每个夹套扇形段17的中间斜角部分52与夹套5的接合部分56的长度最好等于所有斜角部分50、52、54的外表面总长度的20-85％。

在夹套5末端整体部分的外表面上带有一个环形间隙凹槽62，该凹槽62在防松螺母7轴向地拧向连接器1的锥柄3时，与位于防松螺母7远端内围的环形凸扇64相配合。为了防止冷却液和其他渣屑泛流进入防松螺母7的内表面42与夹套扇形段17的分段式外表面49之间的间隙内，设置了一个环形密封圈66。该密封圈66坐落在凸肩64圆周表面上的环形槽68内。当防松螺母7处于图3所示位置时，虽然密封圈66不与环形间隙凹槽62接合，但是，在防松螺母7轴向地拧向锥柄3而到达使夹套扇形段17紧紧地夹住刀把9的位置时，上述两个零件之间是密封接合的。

夹套5的系环21内圈也有一个环形凹槽72，该凹槽72不仅可以支承末端密封圈74，而且，与外环形切口76相结合而形成一个远端细薄部分78，从而有助于使夹套扇形段17变得更富有柔性。在夹套5的近端也具有与上述相同的结构。具体地说，在夹套扇形段17与锥形柄相连的近端的内圈上带有凹槽80。该凹槽80不仅用来支承近端环形密封圈81，而且，与外环形切口82相结合而形成近端细薄部分83，该细薄部分83与远端细薄部分78一样，可使夹套扇形段17更富有柔性。近端环形密封圈81和远端环形密封圈74可防止冷却液或其它渣屑泛流进入夹套5内表面23与置于夹套内的任何刀把的外表面之间的间隙内。另外，两端部做出细薄部分78、83还有利于减小轴向地将防松螺母7拧到径向地紧压夹套扇形段17而使其紧紧地夹住刀把时所需的扭矩值。

图4示出本发明第二实施例中夹套5与防松螺母7的面接合情况。在本实施例的面接合结构中，每个夹套扇形段17具有一个弧形的鼓凸外表面85，该外表面包括一个近端非接合面87，一个中间接合面89和一个远端非接合面91。像上面所述的第一实施例那样，上述的鼓凸形外表面85形成了一个位于近端非接合部分58与远端非接合部分60之间的接合部分56。鼓凸形外表面的弯曲度仅需足以使每个夹套扇形段17的中间接合段89的表面与防松螺母7的内表面42之间形成凹凸式接触则可。

图5示出本发明第三实施例的夹套5与改型防松螺母95之间的面接合情况。在该实施例中，改型防松螺母95的邻接表面与夹套扇形段17之间的接合部分和非接合部分是在防松螺母95的内表面上形成的，而不是在每个夹套扇形段17的外表面上形成的。具体地说，在图中所示位置上，防松螺母95的内圈设有近端环形槽100、中间环形槽102和远端环形槽104，由这些槽又分别形成了凸环106、108和110。

最好是，近端环形槽100的轴向长度至少为防松螺母95轴向长度的5％，以便防止在沿轴向将防松螺母95拧向立铣刀连接器1的锥柄3时，在夹套扇形段17之近端与防松螺母95的内表面之间产生前面所述的粘合力。上述的环形槽100，102和104和上述的环形凸肩106、108和110构成了一个近端非接合部分112、一个近端接合部分113、一个中间非接合部分114、一个中间接合部分115、一个远端非接合部分116和一个远端接合部分117。本申请人发现，图5所示的接合部分和非接合部分可以显著减小将改型防松螺母95拧到径向紧压夹套扇形段7而使其夹住立铣刀把或其他刀把的位置时所需的扭矩值。

对本技术熟悉的人们将会明白本发明的某些改型、变化和补充。所有的这些改型、变化和补充都应认为是包括在仅由附录权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种用来支承和夹持刀具的夹具，该夹具含有：一个用来将该夹具安装到立式车床上的把柄；一个含有多个安装在上述把柄之一个端部上的弹性夹套扇形段的夹套，每个上述夹套扇形段具有一个外表面和一个紧紧地夹持一把刀具的内表面；和一个其内表面包围着上述夹套扇形段之外表面的防松螺母，其特征在于，上述的防松螺母内表面和上述夹套扇形段的外表面中有一个带有接合部分和非接合部分，当上述防松螺母沿上述可转动的把柄的方向轴向前移时，上述接合部分与上述夹套扇形段楔式接合并使后者径向地向内弯曲，上述的非接合部分位于上述接合部分与上述的与把柄相连的端部之间，其作用是减小上述夹套扇形段上与把柄相连的端部的外表面与上述防松螺母的内表面之间产生的粘合力。

2.根据权利要求1的夹具，其特征在于，每一个上述的夹套扇形段的外表面含有一个位于其中间部位上的整体接合部分。

3.根据权利要求2的夹具，其特征在于，上述防松螺母的内表面呈相对于可转动刀把的转动轴线的截头圆锥形，而且，上述的每个夹套扇形段的上述接合部分是锥形的，其锥形角大致与上述防松螺母的截头圆锥形内表面的锥形角互补。

4.根据权利要求3的夹具，其特征在于，上述每一个夹套扇形段的接合部分处于第一非接合部分与第二非接合部分之间。

5.根据权利要求4的夹具，其特征在于，位于每个夹套扇形段中部的接合部分的长度大约为夹套外表面沿轴线长度的20-85％。

6.根据权利要求3的夹具，其特征在于，上述每个夹套扇形段的外表面从剖面图看是弧形的，结果，该弧形段的中间部分构成上述的接合部分，而该弧形段的两侧部分分别构成非接合部分。

7.根据权利要求1的夹具，其特征在于，上述每个夹套扇形段的外表面是锥形的，上述防松螺母的内表面具有上述接合部分，而且，上述的非接合部分由一个位于上述防松螺母的接合部分与上述夹套扇形段的与锥形柄相连端部之间的凹槽形成。

8.根据权利要求7的夹具，其特征在于，上述凹槽的长度至少为防松螺母内表面沿可转动刀把的转动轴线的长度的7％。

9.根据权利要求7的夹具，其特征在于，上述的非接合部分由多个位于防松螺母内圆周表面上的凹槽形成，而且，上述的接合部分由多个位于上述凹槽之间的环肩形成。

10.根据权利要求1的夹具，其特征在于，它还含有位于每个上述夹套扇形段与锥形柄相连端部上的环形切口，以便使上述夹套扇形段对于上述防松螺母引起的径向压缩更富有顺从性。

11.一种支承和夹持一把刀具的夹具，含有：(a)一个将夹具安装到机床的转动主轴上或非转动刀架上的把柄；(b)一个带有多个弹性夹套扇形段的夹套，每个上述的夹套扇形段的一端整体地与上述把柄的一端连接，上述的夹套有一个相对端、一个外表面和一个可与一把刀具紧密接合的内表面，上述夹套还带有一个可将上述夹套扇形段的各相对端互相连接起来的系环；(c)一个具有包围上述夹套扇形段之外表面的内表面的防松螺母，其特征在于，上述防松螺母的内表面和上述夹套扇形段的外表面中有一个具有一个接合部分和一个非接合部分，当上述防松螺母沿着上述可转动的把柄的方向轴向推进时，其上述接合部分与上述夹套扇形段呈楔入式接合并将该夹套扇形段径向向内弯曲，上述的非接合部分位于上述接合部分与上述夹套扇形段的与锥形柄整体相连的一端之间，用以减小当上述防松螺母轴向推进时防松螺母内表面与夹套扇形上与锥形柄整体相连的一端的外表面之间的粘合力。

12.根据权利要求11的夹具，其特征在于，上述接合部分由上述每一个夹套扇形段中部凸起的表面部分构成，而上述的非接合部分则由位于上述凸起表面之两侧的非凸起表面构成。

13.根据权利要求12的夹具，其特征在于，上述的凸起表面部位的长度为上述夹套扇形段长度的20-85％。

14.根据权利要求11的夹具，其特征在于，上述防松螺母的上述内表面是截头圆锥形的，并且位于上述每一个夹套扇形段中部的凸起表面部分具有一定斜度，其斜角与上述防松螺母截头圆锥形的内表面相对于上述把柄转动的轴线的斜角互补。

15.根据权利要求11的夹具，其特征在于，上述每一个夹套扇形段的外表面从剖面图看是弧形的，该弧形的中部构成上述接合部分，而弧形两侧部分构成上述非接合部分。

16.根据权利要求11的夹具，其特征在于，上述每一个夹套扇形段的外表面具有一定斜度，上述防松螺母的内表面含有上述的接合部分，而上述非接合部分则由位于上述防松螺母的接合部分与上述夹套扇形段上与锥形柄相连的端部之间的凹槽构成。

17.根据权利要求16的夹具，其特征在于，上述凹槽的长度至少为上述防松螺母的内表面沿转动把柄之转动轴线的长度的7％，而且防松螺母的内表面还含有第二凹槽和第三凹槽，其特征还在于，在上述的第一、第二和第三凹槽之间形成的几个凸环构成了上述的接合部分。

18.根据权利要求11的夹具，其特征在于，夹套与锥形柄相连的端部及其相对端上部分别带有一个环形切口，以便使夹套扇形段在受到上述防松螺母的径向压缩时更富有顺从性。

19.根据权利要求11的夹具，其特征在于，它还带有置于上述夹套扇形段两个相对端部的外表面与上述防松螺母的内表面之间的环形密封圈，用以防止灰尘和碎屑进入上述防松螺母与上述夹套扇形段之间。

20.根据权利要求11的夹具，其特征在于，它还带有至少一个置于上述夹套扇形段内表面上的环形密封圈，用以使夹套内的刀把与上述夹套扇形段的内表面之间形成液密密封。

21.一种夹持立铣刀的立铣刀连接器，含有：(a)一个将立铣刀安装到铣床上的把柄；(b)一个含有多个弹性夹套扇形段的夹套，每一个上述夹套扇形段的一端整体地与上述把柄的一端相连，它还具有一个与上述端部相对的另一端、一个外表面和一个与立铣刀把紧密接合的内表面；(c)一个具有包围上述夹套扇形段外表面的内表面的防松螺母，其特征在于，每一个上述夹套扇形段的外表面带有一个隆起部分，用以在上述防松螺母向着上述锥形柄沿轴向推进而径向向内弯曲上述夹套扇形段时与上述防松螺母的内表面形成楔入式接合，还带有一个由位于上述隆起部分与夹套扇形段上与把柄相连的端部之间的非隆起部分构成的非接合部分，用以减小上述防松螺母的内表面与上述夹套扇形段上与把柄相连端部的外表面之间的粘合力，上述的隆起部分位于上述每个夹套扇形段外表面的中部，其长度大约为每个夹套扇形段沿上述把柄转动轴线的长度的50％左右。

22.一种夹持立铣刀的立铣刀连接器，含有：(a)一个将立铣刀安装到铣床上的把柄；(b)一个含有多个弹性夹套扇形段的夹套，每一个上述夹套扇形段的一端整体地与上述把柄的一端相连，它还具有一个与上述端部相对的另一端，一个外表面和一个与一个刀把紧密接合的内表面，(c)一个具有包围上述夹套扇形段外表面的内表面的防松螺母，其特征在于，上述防松螺母的内表面带有一个接合部分和一个非接合部分，上述的接合部分呈与上述夹套扇形段外表面相对应的锥形，用以在上述防松螺母沿上述转动把柄的方向轴向推进时与上述夹套扇形段形成楔入式接合并使其径向向内弯曲，上述的非接合部分由位于上述接合部分与上述夹套上与把柄相连的端部之间的凹槽形成，用以通过阻止上述防松螺母内表面的接合部分与上述夹套扇形段上与把柄相连的端部的外表面直接接合来减小粘合力。

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