CN1170376A - 前端装夹旋转环刀具 - Google Patents

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Abstract

一种用于端面铣削或端面滚削加工过程的前端装夹旋转环刀具,其中刀具环(40)通过装置与刀具座(2)固定,更换刀具环时无需将整个刀具组件从机床主轴上卸下。较佳为刀具环(40)包括一径向向内延伸的底部(44),可使安装螺钉(62)通过以与刀具环(40)接合,从而将刀具环(40)与刀具座(2)固定。刀具组件也可包括一用于将旋转刀具与机床主轴紧固的连接板(65)。

Description

前端装夹旋转环刀具
发明领域
本发明涉及用于通过例如端面铣削或端面滚切这样的加工过程来切削齿轮、联轴节之类的切削刀具。具体来说，本发明涉及一种用于将刀具环与刀具座固定的前端装夹旋转环刀具和装置。
发明背景
如所周知，在齿轮、联轴节之类的生产中是采用一种被称为旋转环刀具的切削刀具。这种刀具包括设置在一环上的材料切削装置，该环可与一机床主轴固定，如Wildhaber的美国专利第2129077号所示；或者可与一刀具座固定，如McMullen的美国专利第2828672号所示。包含材料切削装置的环的出现使得不再需要通过将各片刀片在刀具座中定位，并可通过简单地更换刀具座从而方便地更换已磨耗或损坏了的刀片或磨轮表面。
对于刀具环来说，最基本的是环必须在刀具座上对中，以便绕刀具轴线旋转时很少或没有径向径向跳动或轴向窜动。尤其重要的是刀具可适应于环的直径因如温度波动而变动，从而使环保持在一基本上无跳动状态。
Pedersen等在美国专利第5197231号中示出了将刀具环精确地装设在刀具座上的一种方式。该刀具座包括一与旋转轴线同心并与刀具座的外缘隔开的壁面。该刀具环在直径方向扩大以使其外表面与刀具座的壁面接触，并由此而将其在刀具座上对中。该刀具环的膨胀是通过一具有一圆锥外表面的圆盘实现的，该圆锥外表面被沿刀具环的圆锥内表面施加负荷以使环膨胀。该环中或可设有一切缝以便环的膨胀。
在另一实例中，Ball等在美国专利第5137402号中提供了一种具有一对中盘的刀具座，该对中盘被装设在刀具座上作为一种安装刀具环的装置。对中盘包括一与刀具环的圆锥内表面互补的圆锥外表面。当将刀具环放在对中盘上时，通过在取决于环的直径的外表面上的定位而使环本身在对中盘的圆锥外表面上对中。尽管环的直径有变动，刀具环本身将在对中盘的圆锥外表面上对中，并因此而无跳动地绕刀具轴线旋转。
在美国专利5137402的较佳实施例中，刀具环是通过从刀具座延伸到刀具环基座内的螺丝与刀具座固定的。虽然这种固定环的方式在性能上并无缺点，但由于必须将整个刀具组件从机床上卸下再翻转过来接近螺丝以将刀具环卸下，故这种配置并不适用于快速更换。
本发明的一个目的在于提供用于以一种刀具为前端装夹的方式将一刀具环与一刀具座安装和固定的装置。即，可将刀具环装夹到刀具座上而无需将刀具座从机床上卸下。
本发明内容
本发明涉及用于切削齿轮、联轴器之类的前端装夹旋转刀具。
这种刀具包括一盘形刀具座，该刀具座具有相对的第一和第二侧面、一旋转轴线、一圆周表面，以及至少一个贯通开口。这种刀具还包括一位于刀具座上的盘形对中盘，该对中盘具有相对的第一和第二侧面、以及一圆锥外表面。对中盘的第二侧面与刀具座的第一侧面邻接。
这种刀具还包括一刀具环，该刀具环具有至少一个与一圆形底部一体的材料切削面，该底部包括一与所述刀具座的第一侧面相邻的底面，一外表面，以及一圆锥内环表面，该对中盘的圆锥外表面与刀具环的圆锥内环表面紧靠并互补，从而使刀具环在刀具座上对中，故使刀具环能元跳动地围绕旋转轴线旋转。
该旋转刀具的特点是该刀具环底部包括一与底面相对的顶面，该底部从材料切削面朝刀具环的圆锥内环表面径向向内延伸。该刀具环包括多个从顶面穿过向内延伸底部并与所述刀具座接合以将刀具环与其固定的紧固装置。
在另一实施例中，该旋转刀具的特点是该圆锥内环表面包括一靠近材料切削面的环形肩部。该对中盘包括一位于靠近圆锥外表面的第一表面的环形肩部。该环形肩部一起形成一环形槽。该槽包含一夹紧环，该夹紧环包括多个从夹紧环延伸穿过对中盘并与刀具座接合以将刀具环与刀具座固定的紧固装置。
在又一实施例中，该刀具环被通过一夹紧装置与刀具座固定，该夹紧装置包括多个从刀具座的第一侧面延伸的圆头榫钉。该圆头榫钉被插入位于刀具环底面的T-形槽中。该圆头榫钉可从一用于将刀具环与刀具座固定的夹紧位置轴向移动到一用于将刀具环与刀具座脱开的拆卸位置。
在另一实施例中，刀具座的至少一部分圆周表面包含有螺纹，而刀具环底部的外表面则包括一具有一夹紧表面的凸缘。该刀具环通过一螺纹夹紧环与刀具座固定，该螺纹夹紧环与凸缘夹紧表面接触并可与刀具座圆周上的螺纹接合以将该刀具环与刀具座固定。
在又一实施例中，圆锥内环表面包括一靠近材料切削面的环形肩部。旋转刀具还包括一位于对中盘第一侧面上的夹紧盘，该夹紧盘与刀具环的肩部接触。该夹紧盘包括一由一夹紧肩围绕的隐藏式中央开口，该中央开口允许机床主轴安装螺栓通过，而夹紧肩则提供一用于安装螺栓将旋转刀具与主轴安装的支承面并将刀具环与刀具座固定。
附图概述
图1和图2表示一现有技术盘形刀具的横剖面图。
图3表示一带有内部夹紧着材料切削面的前端装夹刀具环的刀具的横剖面图。
图4为表示T-形槽和一传动键的刀具座表面的局部视图。
图5表示一带有内部夹紧着切削面的前端装夹刀具环并具有一不穿孔对中盘的刀具的横剖面图。
图6为一用于将一刀具安装到一机床主轴上的接盘的横剖面图。
图7表示安装在图6所示接盘上的图5的刀具。
图8表示一前端装夹刀具，其中刀具座容置对中盘和具有不同直径的刀具环。
图9表示一具有一对中盘的前端装夹刀具，该对中盘具有各种宽度定位环以容置不同直径的刀具环。
图10表示一具有一夹紧环的前端装夹刀具，该夹紧环位于一由对中盘和刀具环形成的槽中。
图11表示一具有一夹紧环的前端装夹刀具，该夹紧环位于一由对中盘和刀具环形成的槽中，该对中盘具有一中心开口。
图12表示一前端装夹刀具，其中刀具环由液压或楔形夹紧机构与刀具座固定。
图13为一液压夹紧机构的横剖面图。
图14为一楔形夹紧机构的横剖面图。
图15表示一前端装夹刀具，其中刀具环被通过一制有周向螺纹的夹紧机构与刀具座固定。
图16表示一前端装夹刀具，其中刀具环被通过一夹紧盘与刀具座固定。
较佳实施例详细说明
以下通过实施例并结合附图对本发明进行具体说明。在所有附图中，相应零件将采用相同标号。在本说明书中，术语“切削”倾向于包括磨削在内，具有足够的外延。
图1和图2表示如美国专利第5137402号所示的一现有技术环形刀具的横剖面图。该旋转刀具可用于在端面铣削或端面滚切加工过程中进行粗加工和/或精加工，并包括一通常为盘形的刀具座2，该刀具座最好由非工具钢制成，具有一外缘表面4，并包括一第一侧面6和一第二侧面8，侧面6和8互相平行。刀具座2包括一围绕一轴线12配置的中心开口10，该轴线12是旋转刀具的旋转轴线。中心开口10可配置成与轴线12同心。轴线12与安装旋转刀具的机床主轴(未示)的旋转轴线一致。
在将旋转刀具安装到机床主轴上时，与轴线12同心的圆锥孔14与机床主轴头接合，而第二侧面8则紧靠在主轴端面上，以使第二侧面8与轴线12垂直。主轴端面可包括一个键，该键被插入表面8中的一键槽(未示)，以将扭矩从机床主轴传递到刀具座2。一螺栓(未示)从支承表面9穿过中心开口10延伸并被拧入主轴头的端部。刀具座2可包括一位于第二侧面8中的应力解除槽15。应力解除槽15位于从围绕圆锥孔14并向外径向延伸。槽15减少刀具座与机床主轴固定时的应力并在这样做的过程中减少了圆锥孔14的磨损。
刀具座2还包括一围绕开口10和中心12的凸出部16。凸出部16具有一内表面18和一外表面20，至少外表面20垂直于侧面8并与轴线12同心。围绕凸出部16延伸的是一滚珠及隔离环装置22，该装置具有均匀尺寸的滚珠，该滚珠具有一预定直径，例如四分之一(1/4)英寸(6.35毫米)左右。尽管图1示出的是滚珠及隔离环装置22中为一排滚珠，但应当理解可采用一排以上的滚珠。应注意在滚珠及隔离环装置22处可采用衬套，或可精确地形成刀具座凸出部16的外表面20和对中盘内槽壁表面30以装在一起。然而最好是采用滚珠及隔离环装置。
与刀具座2的第一侧面6邻接的是通常为盘形的对中盘24，它除刀具座2外还包括一用于一刀具环的安装组件。盘形对中盘24同样最好由非工具钢制成，它包括一可与轴线12同心的中心开口26，至少一部分为圆锥的一外缘表面28，以及一具有一圆形内槽壁表面30的圆形凹槽区域。内槽壁表面30和外缘表面28绕轴线12同心。
表面20、28和30通过例如磨削加以精密制造，以使由圆形内槽壁表面30围绕滚珠及隔离环装置22的位置决定的滚珠及隔离环装置22围绕外表面20的位置产生干涉配合，从而使滚珠及隔离环装置22与凸出部16的同心精密定位并使盘24在刀具座2上对中。绕对中盘24间隔设有装置如有肩螺钉32，但并不将对中盘24与刀具座2一起夹紧。
位于对中盘24与刀具座2之间的是弹性装置如弹簧34，它弹性地将对中盘24与刀具座2分开。最好是弹簧34与有肩螺钉32在同一位置而使螺钉32穿越其中。
用于容置一拆卸螺丝(未示)的至少两个拆卸螺孔36(仅示出一个)同样绕对中盘24间隔设有穿过其中并穿过刀具座2，该拆卸螺丝用于将旋转刀具从机床主轴上卸下。拆卸螺孔36的穿过整个带有圆锥的刀具座2以便可将拆卸螺丝拧入其中。或者，对于具有窄主轴端面的机床，轴线开口10可以包括供拆卸螺丝用的螺纹11。也可包括至少一个另外的拆卸螺孔38，用于替换的或附加的将旋转刀具与机床主轴固定用安装螺栓(未示)。
刀具环40在刀具座2上固定并对中。刀具环40包括至少一个材料切削面42，例如由氧化铝或立方氮化硼(CBN)制成的磨轮或由例如高速钢、粉末金属、硬质合金或陶瓷制成的切削刀片。材料切削面42可被可拆卸地装在由例如高速钢制成的圆形底部44上，或是可通过例如从一整块金属进行铣削或通过铸造将材料切削面42和圆形底部44形成为一个单一装置。
底部44包括一底面46、外环面48和圆锥内环面50。刀具环40的圆锥内环面50与对中盘24的圆锥外缘面28紧靠并互补。内环面50和外缘面28的锥度约为2度至20度。在图1中，圆锥内环面50和圆锥外缘面28的锥度方向都是沿朝刀具座2的表面6的方向向外。
表面47和49一般称为检测表面，并分别与刀具环40的旋转轴线12垂直和平行。该两个检测表面在刀具环上精密形成并完全围绕其而延伸。该两个表面用于在刀具环40制造过程中保证刀具环被正确地装夹到用来生产它们的机床主轴箱上。任何外来物例如在刀具环与机床主轴箱之间的灰尘或刀具环的任何损坏都将引起刀具环旋转时的跳动，即刀具环将不会在径向和/或在轴向绕其旋转轴线准确旋转。与检测表面47和49接触的量具(未示)示出在刀具环40的制造过程中可能出现的围绕旋转轴线的任何径向误差和轴向误差。检测表面47和49也可用于在刀具环装配后或将刀具环与机床主轴安装后检查任何刀具跳动。由于制造裂纹、相邻安装表面之间的灰尘或安装表面在刀具装配过程中的损坏可引起刀具环40偏离围绕旋转轴线12的正确的径向或轴向位置。
当将刀具环40放在对中盘24上时，刀具环40本身将根据刀具环40的直径在一些位置处沿外缘28与对中盘24的精密形成的圆锥外缘28互补定位。一较小直径将使刀具环40位于靠近外缘表面28的顶部(参照图1中的刀具座2)，而较大的直径将使刀具环40位于靠近外缘表面28的底部。换句话说，一较小直径的刀具环在对中盘24上对中时，其底面46与刀具座2的第一侧面6相隔较多，而一较大直径的刀具环在对中时，其底面46与刀具座2的第一侧面6较为靠近。因此，可以清楚地看到，不管刀具环40的直径变化，刀具环将始终通过对中盘24加以对中，并进而在刀具座2上对中，从而引起围绕轴线12的准确旋转。
弹性装置如弹簧34使对中盘24与刀具座2分开，从而使刀具环40能在不与刀具座2干涉的情况下找到一个对中位置。一旦由对中盘24在刀具座2上对中，即采用紧固装置如围绕刀具座2隔开的至少一个螺钉52将刀具环40与刀具座2固定。螺钉52穿过刀具座2延伸到刀具环40的底部44内。刀具座2内的宽孔和螺钉52及底部44的宽深螺纹使刀具环40可因其尺寸变化而在刀具座2上作径向位置变化。
表面6、8和46系通过例如精密磨削形成而与轴线12垂直并与机床主轴端面平行，以便在通过螺钉52将刀具环40与刀具座2固定并安装到机床主轴上时，旋转刀具将在一机床主轴轴线的轴向平面内准确旋转。由于刀具环40也在刀具座2上对中，旋转刀具将也将在机床主轴轴线的径向平面内准确旋转。由于将通过对中盘24对温度变化例如刀具环在一冷环境下制造而在一热环境下使用引起的刀具环直径方面的变化加以调节，从而保证了刀具环40在刀具座2上的精确对中和绕轴线12的准确旋转。
图1的旋转刀具是通过将滚珠及隔离环装置22围绕凸出部16放置加以装配的。此外，也可将滚珠及隔离环装置22放置在表面30附近的对中盘24中。这种替换定位方式(见图2)通常需要被设置在对中盘24上的至少一个保持装置例如一薄金属片54。图2中作了放大以示出具体细节。保持装置向内延伸通过内槽壁表面30以使滚珠及隔离环装置22先于旋转刀具装配与内槽壁表面30接触。金属条54也可为完全围绕的连续环状形式和内槽壁表面30向内延伸的形式。然后将对中盘24放在刀具座2上并通过螺钉32和弹簧34与刀具座2隔开。然后将刀具环40放在对中盘24上并通过螺钉52与刀具座2固定。在大多数情况下，当对螺钉52进行紧固时必须将旋转刀具翻转过来以便在刀具座2的对侧面接近螺钉52的头部。通常将旋转刀具的支承面9放置成与包括一不损伤旋转刀具表面的材料如橡胶的主轴之类的装置(未示)的端面相对。从主轴之类的装置的端面伸出有一销(未示)，该销被插入孔13中。该插入孔13中的销防止旋转刀具在拧紧螺钉52时转动。
如上所述，为了在更换刀具环时将刀具环与刀具座固定，必须将旋转刀具从机床主轴上卸下并翻转过来以便在刀具座2的对侧面接近螺钉52的头部。这个过程既费时又累赘，而刀具的重复安装和卸下则增加了机床主轴头损坏的风险。
图3示出一按照本发明的一端面铣削或端面滚切刀具，其中刀具环40被前端装夹到刀具座2和对中盘24上。通过从刀具座2的第二侧面8延伸到对中盘24中的有肩螺钉32将对中盘24装在刀具座2上。另外，有肩螺钉32也可从对中盘的外表面延伸到刀具座中，如图1所示。孔25可装设一取出装置(未示)，该装置可用于从一机床主轴上去除对中盘和刀具座。
刀具环40的底部44从材料切削面42到内环表面50向内径向延伸一预定量。该延伸部58具有一顶面60并包括多个紧固装置62例如较佳为围绕刀具环40的顶面60等间隔的螺钉。该紧固装置62从顶面60穿过底部44的延伸部58以上的与刀具座2接合。如图1右侧所示，需要时可取消刀具环底部44和位于材料切削面42径向外面的刀具座2，以节省材料。
在图3的旋转刀具中，旋转刀具被通过一固定在刀具座2的安装表面9上的中心螺栓64与机床主轴固定。为使中心螺栓64通过，对中盘包括有一中心开口66。中心开口66也包括一密封环68，该密封环位于凸出部16内并穿过对中盘24中的开口延伸。在密封环68与对中盘24之间设有一切屑挡封板70，用以防止切屑和灰尘进入较佳为包含三排滚珠的滚珠及隔离环装置22内。一固定板72位于切屑挡封板70上方用以使挡封板70保持在一定位置。最好是用四个沉头螺丝(未示)将固定板72紧固在一定位置。
在图3的旋转刀具的情况下，可将刀具座2和对中盘24(它们一起形成安装组件)装设在机床主轴上并可在更换刀具环时仍固定在该位置上。可将刀具环在安装组件上装上及卸下而元需象图1刀具那样将整个刀具组件从主轴上卸下。由于将安装组件留在原位，可保护机床主轴不会因刀具安装和卸下引起损伤，并且由于不必在每次更换刀具环时连续卸下安装组件而减少了产生安装偏差的机会。由于可将安装组件固定在机床主轴上，大大减少了更换刀具环所需时间。另一个优点是由于在更换刀具环时只需卸下刀具环而不是整个刀具组件，所牵涉到的重量大大减少，故可大大减轻操作者的劳动强度。
刀具环40包括多个从底部44的底面46突出的圆头螺钉或榫钉74(最好是两个)。通过将螺钉74插入槽76并最好将刀具环40或刀具座2转动约15度，将螺钉74装到在刀具座2的第一侧面6中形成的T形槽76内，从而使刀具环40能在螺钉62被固定的情况下在刀具座2上定位。较佳是如图4所示那样，将T形槽76从而是螺钉74分开180度定位。一旦螺钉74在T形槽76内接合即无需手接触，然后操作者即自由对准并拧紧安装螺钉62。当然，可以看到，螺钉74可以从刀具座2突出，而T形槽76可被设置在刀具环40的底部。刀具座2也可包括一从第一侧面6突出的传动键78。键78被装到刀具环40的底部中的槽80内以帮助将扭矩传递到刀具环。
图5示出图3所示刀具的一种改进型并表示本发明的一较佳实施例。对中盘82包括一不穿孔外表面而刀具座2的第一侧面6则包括一与旋转轴线12同心的沟槽84。对中盘82在带有一外缘部28的沟槽84中定位，该外缘部在刀具座2的第一侧面6外轴向向外延伸。至少外缘表面28的向外延伸部带有锥度，以与刀具环40的圆锥内环表面50互补，该锥度较佳为在一朝刀具座2的第一侧面6方向看时为一向外锥度。对中盘82外表面无开口，也就无需密封来防止灰尘落入滚珠及隔离环装置22了。
通过将螺栓穿过配置在与轴线12径向间隔的一个圆上的多个开口86，将图5的刀具与一机床主轴固定。最好是采用四个等间隔的开口86。可见在不采用中心螺栓的情况下，无需包括一个穿过刀具座2的通孔，但仍需要一圆锥开口10以接受机床主轴或连接板的圆锥颈部(下面将讨论)。
由于不能在适当位置通过刀具环40接近径向开口86，首先必须将刀具座2和对中盘82(它们一起形成安装组件)与机床主轴固定。然后通过将两个或多个接片88设置在位于对中盘82的外表面的槽90内并在该槽中旋转刀具环以使刀具环40在刀具座2上很松地定位，从而将刀具环40放在安装组件上。接片88和槽90的作用与前述图3中的螺钉74和T形槽76相同。一旦刀具环40被很松地定位，操作者即自由对准并拧紧安装螺钉62，以便将刀具环40与刀具座2固定。
在一些情况下，可在刀具座2与机床主轴之间采用一安装连接板。图6所示为这样一种连接板65。连接板65用于这样的情况，即通过一单一中心螺栓穿过一中心开口(如图5中的10)不实际，例如在将一不穿孔对中盘(如图5中的82)从刀具座2的第二侧面8加以固定的情况，或例如在其中震动引起中心螺栓松动的粗加工过程中令人满意。连接板65包括一用于插入刀具座2的圆锥中心开口10的颈部75，以及配置在不同半径的圆上以接受从不同直径刀具座来的安装螺钉的一组或多组孔如71或73。将锥孔67放置在机床主轴上并通过穿过多个孔69与机床主轴接合的螺栓将连接板65与主轴固定。较佳为将孔69围绕一与轴线12同心的圆等距离配置。
连接板能使安装孔(例如图5中的86)以这样的直径在刀具座上定位，从而它们即不会位于对中盘82下面，而这会导致将灰尘引入滚珠及隔离环装置22中。当将安装孔86从对中盘82下面径向向外移动时，孔86所在定位直径通常超过机床主轴直径，因此除接合安装螺栓以外别无它法。连接板65设有多组孔如71或73，以便能在通过径向间隔孔86安装各种直径的刀具座的同时通过穿过安装孔69的螺栓提供与机床主轴的增强的夹紧。采用连接板时通常不再需要一中心螺栓。
图7表示被安装在如图6所示一安装板上的图5的刀具。以一与刀具座2相似的方式，连接板65可包括一传动键78以帮助将扭矩从机床主轴传递到刀具上。刀具座2也可包括推顶螺丝81以将刀具从连接板65上卸下。通过螺丝通孔69将连接板65安装到机床主轴上，然后通过穿过通孔86并延伸到连接板65中的孔71(或73)内的螺丝将安装组件(刀具座2和对中盘82)安装到连接板65上。再通过螺钉62将刀具环40安装到刀具座2上。
图8表示图5的一种变型，其中刀具座2的直径足以容置不同直径的刀具环。本发明设想一种容置两种或两种以上不同直径刀具环的刀具座，而在图5的实施例中，刀具座2包括两组螺纹孔92和94，用于容置两个不同直径的刀具环41和43(例如7.5英寸(190.5毫米)和9英寸(228.6毫米)直径的刀具)。只是为了比较和说明起见，图中将不同直径的刀具环41和43表示在同一刀具座2上。
在图8中是通过穿过径向隔开的开口86并进入一如图6、7所示其在前面讨论过的连接板的螺栓将刀具座2安装到一机床主轴上。
图8左面部分示出具有一特定直径(例如7.5英寸(190.5毫米))的刀具环41，而右面部分示出具有一较大直径(例如9英寸(228.6毫米))的刀具环43。可以看到，较小直径的刀具是通过在一组里面的孔92接合的螺钉62安装到刀具座2上的，而也可看到，刀具座2径向向外伸出刀具环41之外，以为较大直径的刀具环提供支承。在刀具环41的情况下，一与图5中的对中盘相似的对中盘是必要的。当然，由于孔86被从对中盘82下面向外隔开，必须有一连接板(图6)以将刀具安装到一机床主轴上。
然而，例如由图8所示的右面部分的较大直径的刀具环43是通过与刀具座2中的一组外面的孔94接合的螺钉62安装到刀具座2上的。可以看到，由于采用较大直径的刀具环43，必须增加对中盘82的直径以容置较大直径的刀具环43。这是通过使伸出刀具座2的第一侧面6的对中盘82的部分在一沿刀具座2的第一侧面6的方向径向延伸实现的。这个部分在图8中表示为96并以一与刀具环43的圆锥内环表面互补的圆锥外缘表面结束。
图9除了装设有一单一尺寸对中盘83而不是容置不同直径刀具环的不同直径对中盘外，均与图8相似。对中盘83包括一肩部98，该肩部内装设有不同宽度的定位环(例如100，102)，以使刀具环41或43在刀具座2上对中。该定位环系通过安装螺钉104与肩部98固定。定位环100的宽度与肩部98的宽度相同并延伸到对中盘83的外缘。定位环102的宽度比肩部98宽并沿刀具座2的第一侧面6向外径向延伸到对中盘83的边缘外面。
图10表示另一个实施例，其中刀具环40系通过一夹紧环106和多个穿过对中盘82并进入刀具座2的螺钉108与刀具座2固定的。该夹紧环106位于一由在靠近材料切削面42的圆锥内环表面50上形成的一环形肩部110和在对中盘82外侧面处的圆锥外缘表面28中形成的一环形肩部112形成的槽内。更换刀具环40只须卸下夹紧环106即可。
图11除了刀具是通过一中心螺栓64以与图3所示同样的方式安装到一机床主轴上以外，均与图10的刀具相似。对中盘24包括一环形肩部112，而刀具环40则包括一环形肩部110，肩部110和112形成一环形槽，并通过螺钉108将夹紧环106在槽内加以定位和固定。
图12表示按照本发明的前端装夹旋转刀具的另一个实施例，其中刀具环40系通过多个、最好是三个等间隔且从刀具座2的第一侧面6突出的圆头榫钉118固定在刀具座2上。该圆头榫钉118在位于刀具环40的底面46的相似间隔T形槽76中定位(如图3所示)。该圆头榫钉118可通过一驱动装置如液压夹紧装置114或斜楔夹紧装置116轴向移动，只是为了便于讨论和比较而将该两种夹紧装置表示在图12的相同刀具上。尽管上述配置是较佳的，仍可看到，圆头榫钉118可位于从刀具环40的底面46突出处，而T形槽76则可位于刀具座2的第一侧面6中。
图13示出液压夹紧装置114的一放大图，其中，通过增加腔122中的液压流体的数量将圆头榫钉118压向刀具座2，以将刀具环40与刀具座2夹紧。通过柱塞124的向内运动将液压流体导入腔122中，以增加底板120上的压力，由此使圆头榫钉118将刀具环40与刀具座2接合和夹紧。将柱塞124向外运动以使腔122内减压，即可使圆头榫钉118松开。较佳为柱塞124的头部125与刀具座2以螺纹接合，这样只需转动一板手状工具(未示)即可使其向内或向外运动。
为图14所示，斜楔夹紧机构116以一相似方式作用，其中圆头榫钉118朝刀具座2方向移动以将刀具环40与刀具座2夹紧。圆头榫钉118的轴130包括一圆锥开口132，该圆锥开口内装有驱动杆136的圆锥轴部134。当驱动杆136向内移动时，由于圆锥轴部134本身位于圆锥开口132内而发生一斜楔作用，使圆头榫钉朝刀具座2移动而将刀具环40与刀具座2夹紧。当驱动杆136向外移动时，被通过保持条片140固定的弹簧138的力即迫使圆头榫钉远离刀具座2，从而将刀具环40松开。较佳的是驱动杆136的头部137与刀具座2以螺纹接合，这样只需转动一板手状工具(未示)即可使其向内或向外运动。
图15表示一前端装夹刀具的另一实施例，其中刀具环40系通过一具有一径向向内延伸的夹紧部151的内部开有螺纹的夹紧环150与刀具座2固定。邻近底面46的刀具环40的外周表面包括一凸缘部152，而刀具座2的外周表面包括有螺纹。开有螺纹的夹紧环150与刀具座2的开有螺纹的外表面接合。当夹紧环150沿刀具座2的外表面移动时，夹紧部151与凸缘部152之间沿一与底面46基本平行的夹紧界面产生接触，从而将刀具环40与刀具座2固定。夹紧环150也包括一辅助夹紧装置154如一小螺钉，该小螺钉被拧入刀具座2的外表面上的一浅槽156，以便一旦将刀具环40固定即将夹紧环150定位。
虽然夹紧部151与凸缘部152之间的夹紧界面较佳为与底面46平行延伸，但夹紧部151的内表面和凸缘部152的外表面可包括互补的角度表面，以便夹紧界面以一这样的角度朝向底面46。
图16示出一种包括有一夹紧盘160的前端装夹刀具，该夹紧盘被通过中心螺栓64固定就位。夹紧盘160包括一能作为中心螺栓64通道的中心开口，以及一将刀具安装到机床主轴上时供中心螺栓64座靠的凹入的夹紧肩部162。在紧固中心螺栓64时，夹紧盘160的周边部沿靠近材料切削面42的刀具环40的圆锥内环表面50与一环肩部110接触以将刀具环40与刀具座2固定。如果希望的话，可在夹紧盘160与刀具座凸出部16之间的区域164设置一如密封环之类的密封装置，以防止在卸下夹紧盘160时灰尘进入滚珠及隔离环装置22。
应当理解，尽管本发明的一些实施例仅示出了不穿孔对中盘(如图8)以及包括有一中心开口(如图12)的对中盘，本发明并不限于所示的特定对中盘。相反，本发明的前端装夹刀具应被看作包括或是具有用作中心螺栓通道的中心开口的对中盘或是不穿孔对中盘。
本发明的实施例可将刀具环前端装夹到刀具座上而无需将整个刀具组件从机床主轴上卸下，故能节省更换刀具环的时间、减少主轴磨损并降低操作者劳动强度。
虽然已参照较佳实施例对本发明作了说明，但应理解本发明并不限于实施例中的具体情况。本发明理应包括对于熟悉本领域的人员来说显而易见的修改，这些修改不脱离所附权利要求的精神和范围。

Claims (26)

1.一种用于切削齿轮、联轴器之类的旋转刀具，所述刀具包括：
一通常为盘形的刀具座，所述刀具座具有一旋转轴线、一圆周表面、以及相对的第一和第二侧面，所述第一侧面具有一围绕所述轴线的凸出部，所述凸出部具有一内表面和一外表面且至少所述外表面与所述轴线同心，
一位于所述刀具座上的通常为盘形的对中盘，所述对中盘具有相对的第一和第二侧面且所述第二侧面与刀具座的所述第一侧面邻接，所述对中盘具有一外缘表面且至少所述外缘表面的一部分为圆锥，所述对中盘具有一包括有一圆形内凹槽壁面的圆形凹槽区域，所述圆形内凹槽壁面位于所述凸出部上并与所述轴线同心，
一包括至少一个与一圆形底部成一体的材料切削面的刀具环，所述底部具有一位于邻近所述刀具座的所述第一侧面的底面，一外侧面，以及一圆锥内环表面，所述对中盘的所述圆锥外缘表面与所述刀具环的所述圆锥内环表面紧靠并互补，从而使所述刀具环在所述刀具座上对中，从而使所述刀具环能无跳动地围绕所述轴线旋转，其特征在于：
所述刀具环底部从所述至少一个材料切削面朝所述圆锥内环表面径向向内延伸，向内延伸底部包括一与所述底面相对的顶面，所述刀具环包括多个从所述顶面穿过所述向内延伸底部并与所述刀具座接合的紧固装置。
2.如权利要求1所述的旋转刀具，其特征在于，所述对中盘还包括：
一在靠近所述第一侧面的外缘中的环形肩，以及
一固定在所述环形肩中的定位环，所述定位环具有一预定宽度，并具有一与所述刀具环的所述圆锥内环表面紧靠并互补的圆锥外表面。
3.如权利要求2所述的旋转刀具，其特征在于，所述预定宽度与所述环形肩的宽度基本相等。
4.如权利要求2所述的旋转刀具，其特征在于，所述预定宽度大于所述环形肩的宽度。
5.如权利要求1所述的旋转刀具，其特征在于，所述刀具座包括一在所述第一侧面中的沟槽，所述沟槽围绕所述凸出部，所述对中盘位于所述沟槽中且所述外缘表面的一部分沿轴向延伸到所述刀具座的所述第一侧面外面，所述部分的外缘表面成圆锥。
6.如权利要求5所述的旋转刀具，其特征在于，所述外缘表面部还沿所述刀具座的所述第一侧面径向延伸一预定量。
7.如权利要求1所述的旋转刀具，还包括一与所述刀具座的所述第二侧面固定的连接板。
8.如权利要求7所述的旋转刀具，其特征在于，所述连接板包括多个用于接受由所述刀具座来的安装螺钉的孔，所述孔位于由所述对中盘的位置径向向外。
9.如权利要求1所述的旋转刀具，其特征在于，所述刀具座包括一在所述刀具座和所述对中盘中的中心开口，所述旋转刀具还包括一衬套，且所述衬套位于所述刀具座上并围绕所述中心开口的所述凸出部内；所述衬套在所述盘形对中盘中穿过所述开口延伸。
10.如权利要求9所述的旋转刀具，还包括一位于所述衬套与所述对中盘之间的密封装置。
11.如权利要求1所述的旋转刀具，还包括在将所述刀具环与所述刀具座固定以前使所述刀具环定位于靠近所述刀具座的装置，所述定位装置包括至少一个位于所述第一侧面和所述底面中的一个的圆头榫钉，以及至少一个位于所述第一侧面和所述底面中的另一个的接受T-形槽。
12.一种用于切削齿轮、联轴器之类的旋转刀具，所述刀具包括：
一通常为盘形的刀具座，所述刀具座具有相对的第一和第二侧面、一旋转轴线、以及一圆周表面，
一位于所述刀具座上的通常为盘形的对中盘，所述对中盘具有一与所述轴线同心的圆锥外缘表面，
一包括至少一个与一圆形底部成一体的切削面的刀具环，所述底部具有一位于邻近所述刀具座的所述第一侧面的底面，一外侧面，以及一圆锥内环表面，所述对中盘的所述圆锥外缘表面与所述刀具环的所述圆锥内环表面紧靠并互补，从而使所述刀具环在所述刀具座上对中，从而使所述刀具环能无跳动地围绕所述轴线旋转，其特征在于：
所述刀具环系通过一夹紧装置与所述刀具座固定，所述夹紧装置包括多个由(a)所述刀具座的第一侧面或(b)所述刀具环的底面中的一个延伸的圆头榫钉，所述圆头榫钉被插入位于(a)所述刀具座的第一侧面或(b)所述刀具环的底面中的另一个中的T形槽内，所述圆头榫钉可从一用于将所述刀具环与所述刀具座固定的夹紧位置轴向移动到一用于将所述刀具环与所述刀具座脱开的打开位置。
13.如权利要求12所述的旋转刀具，其特征在于，所述圆头榫钉可通过液压夹紧装置作轴向移动。
14.如权利要求12所述的旋转刀具，其特征在于，所述圆头榫钉可通过斜楔夹紧装置作轴向移动。
15.一种用于切削齿轮、联轴器之类的旋转刀具，所述刀具包括：
一通常为盘形的刀具座，所述刀具座具有相对的第一和第二侧面、一旋转轴线、以及一圆周表面，
一位于所述刀具座上的通常为盘形的对中盘，所述对中盘具有一圆锥外缘表面，
一包括至少一个与一圆形底部成一体的材料切削面的刀具环，所述底部具有一位于邻近所述刀具座的所述第一侧面的底面，一外侧面，以及一圆锥内环表面，所述对中盘的所述圆锥外缘表面与所述刀具环的所述圆锥内环表面紧靠并互补，从而使所述刀具环在所述刀具座上对中，从而使所述刀具环能无跳动地围绕所述轴线旋转，其特征在于：
至少一部分所述圆周表面包括有螺纹，
所述底部的所述外表面包括一具有一夹紧表面的凸缘，以及
所述刀具环通过一开有螺纹的夹紧环与所述刀具座固定，所述夹紧环与所述凸缘夹紧表面接触并与所述刀具座外周上的所述螺纹螺纹接合。
16.如权利要求15所述的旋转刀具，其特征在于，所述刀具座和对中盘每个均包括一用作一刀具安装装置穿过其中的通道的中心开口，所述旋转刀具包括一衬套且所述衬套位于所述刀具座上并围绕所述开口，所述盘形对中盘被设置成与所述衬套接触。
17.如权利要求16所述的旋转刀具，还包括一位于所述衬套与所述对中盘之间的密封装置。
18.如权利要求15所述的旋转刀具，其特征在于，所述开有螺纹的夹紧装置在所述环形部的一端处包括一环形部和一向内延伸部，所述具有一包含螺纹的内表面的环形部和所述具有一内表面的向内延伸部通过所述凸缘的所述夹紧表面通常为互补。
19.如权利要求15所述的旋转刀具，其特征在于，所述夹紧环还包括一第二夹紧装置，所述第二夹紧装置一位于所述圆周表面内的槽和至少一个可从所述环形部延伸以与所述槽接合的装置。
20.如权利要求15所述的旋转刀具，其特征在于，所述夹紧表面基本平行于所述底面延伸。
21.如权利要求15所述的旋转刀具，其特征在于，所述夹紧表面与所述底面成一角度延伸。
22.如权利要求15所述的旋转刀具，还包括在与所述夹紧环接合之前使所述刀具环与所述刀具座固定的装置，所述固定装置包括至少一个位于所述第一侧面和所述底面中一个的圆头榫钉，以及至少一个位于所述第一侧面和所述底面中另一个的接受槽。
23.一种用于切削齿轮、联轴器之类的前端装夹旋转刀具，所述刀具包括：
一通常为盘形的刀具座，所述刀具座具有相对的第一和第二侧面、一旋转轴线、以及一圆周表面，
一位于所述刀具座上的通常为盘形的对中盘，所述对中盘具有相对的第一和第二侧面且所述对中盘的所述第二侧面与所述刀具座的所述第一侧面邻接，以及一圆锥外缘表面，
一包括至少一个与一圆形底部成一体的材料切削面的刀具环，所述底部具有一位于邻近所述刀具座的所述第一侧面的底面，一外侧面，以及一圆锥内环表面，所述对中盘的所述圆锥外缘表面与所述刀具环的所述圆锥内环表面紧靠并互补，从而使所述刀具环在所述刀具座上对中，从而使所述刀具环能无跳动地围绕所述轴线旋转，其特征在于：
所述圆锥内环表面包括一靠近所述至少一个材料切削面的环形肩部，
所述对中盘包括一位于靠近圆锥外缘表面的第一表面的环形肩部，所述环形肩部一起形成一环形槽，
所述槽包含一夹紧环，所述夹紧环包括多个从夹紧环延伸穿过所述对中盘并与所述刀具座接合的紧固装置，所述夹紧环将所述刀具环与所述刀具座固定。
24.一种用于切削齿轮、联轴器之类的旋转刀具，所述刀具包括：
一通常为盘形的刀具座，所述刀具座具有相对的第一和第二侧面、一旋转轴线、一圆周表面，以及至少一个穿过那里的开口，一位于所述刀具座上的通常为盘形的对中盘，所述对中盘具有至少一个与在所述刀具座中的所述至少一个开口对准的开口，所述对中盘具有相对的第一和第二侧面且所述第二侧面靠近所述刀具座的所述第一侧面，所述对中盘具有一圆锥外缘表面，
一包括至少一个与一圆形底部成一体的材料切削面的刀具环，所述底部具有一位于邻近所述刀具座的所述第一侧面的底面，一外侧面，以及一圆锥内环表面，所述对中盘的所述圆锥外缘表面与所述刀具环的所述圆锥内环表面紧靠并互补，从而使所述刀具环在所述刀具座上对中，从而使所述刀具环能无跳动地围绕所述轴线旋转，其特征在于：
所述圆锥内环表面包括一靠近所述至少一个材料切削面的环形肩部，
所述旋转刀具还包括一位于所述对中盘的所述第一侧面上的夹紧盘，所述夹紧盘与所述刀具环上的所述肩部接触并具有一由一夹紧肩部围绕的中心开口，所述中心开口可作为一机床主轴安装螺栓的通道，而所述夹紧肩部则为所述安装螺栓将所述旋转刀具安装到所述主轴上并将所述刀具环固定到所述刀具座上提供一支承面。
25一种用于安装在一旋转环刀具的刀具座和对中盘上的刀具环，所述刀具环包括至少一个与一圆形底部一体的材料切削面，所述底部具有一底面、一外侧面、以及一圆锥内环表面，所述刀具环的所述圆锥内环表面与所述对中盘的一圆锥外缘表面可作位置调整地相对并互补，以使所述刀具环在所述刀具座上对中，从而使所述刀具环能无跳动地围绕旋转轴线转动，改进之处包括：
所述刀具环底部从所述至少一个材料切削面向内径向延伸到所述圆锥内环表面，向内延伸底部包括一与所述底面相对的顶面，所述刀具环包括多个从所述顶面延伸通过所述向内延伸底部的间隔孔，作为将所述刀具环与所述刀具座固定用紧固装置的通道。
26.如权利要求25所述的刀具环，还包括在将所述刀具环与所述刀具座固定之前将所述刀具环定位至邻近所述刀具座，所述定位装置包括至少一个位于所述底面的圆头榫钉或至少一个位于所述底面的接受T形槽。
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