CN1233991A - 卡套式卡头装置 - Google Patents

Abstract

一种快速释放卡头装置(10)包括主体件(12)和将主体件(12)连接于驱动轴(54)上的装置(13)。主体件(12)的腔(18)内安装传统卡套(20)。螺纹槽(16)形成于主体件(12)的外圆周面。操作套管(24)可旋转地安装于主体件(12)上并包括形成于内圆周面的螺纹槽(26)。滚动体(42)安装于主体件(12)和套管件(24)的螺纹槽(16,26)中,通过滚动体(42)在螺纹槽(16,26)内的配合,套管件(24)可在套管件(24)旋转时相对主体件(12)作轴向运动。套管件(24)向腔(18)内的卡套(20)施加力,使卡套(20)夹紧其内装的刀杆。

Description

卡套式卡头装置

本发明涉及一种用于将工具头夹持于动力工具的驱动轴上的卡头装置，特别是一种采用卡套的快速释放卡头装置，该卡套在诸如使用铣床的高速应用场合特别有用。

在便携式固定铣床(portable stationary router)、板材修整机(laminatetrimmer)或清水墙切割机(dry wall cutter)上使用的典型传统系统采用具有锥形卡套的卡套工具夹持装置，锥形卡套与卡套式卡头或铣床电机轴的中空锥相一致。特别是，螺母设有与外卡套面的锥面相匹配的锥形型面。在这种装置的操作过程中，机床的驱动轴或卡头必须被稳固地夹持，以充分地夹紧卡套螺母。因此，例如大部分铣床卡头均具有主轴锁定器或设有配合卡头主体或轴的备用扳手。同样地，为释放工具，在螺母沿逆时针方向松开时机床主轴或卡头主体必须被稳固地夹持。这种公知的传统系统存在一些缺陷，例如夹紧或松开过程复杂并需要诸如用于锁定主轴的扳手的单独装置。卡套装置的夹紧程度受卡套螺母和卡头主体之间的摩擦界面所限制。

在本领域中已进行了各种尝试，以得到用于高速机床特别是铣床等的改进的卡头装置。例如授权给Kanaan等的美国专利No.5,511,801提出了显著的改进。该’801专利公开了一种成一体的卡套和卡头装置，其通过相对主体件转动套管而驱动，套管具有固定于其上的螺母。螺母配合在螺母内同心可旋转的螺旋件。螺母的旋转沿纵向驱动螺旋件，而螺旋件配合卡套，从而使卡套夹紧在刀杆上。

授权给Kanaan等的美国专利申请08/456,184公开了另一种在高速刀具中特别有效的快速释放卡头装置。该装置由可相对主体件运动的弹簧作用套管件驱动。锥形销位于主体件内的锥形槽中，接触并夹紧在套管件的弹簧作用位置插入装置的刀杆。

授权给Martindell的美国专利No.4,692,073描述了一种用于采用弹簧套管的动力钻头的卡头装置，弹簧套管绕驱动轴设置，以将动力钻头轴向固定于卡头装置。

本发明提供了对采用卡套的快速释放卡头装置的改进。

因此，本发明的主要目的在于提供一种具有卡套的快速释放卡头装置，以将刀具头或工作装置固定于机床的驱动轴上。

本发明的另一目的在于提供一种成一体的卡套和卡头装置，其不需要与直接加工有螺纹或旋转螺旋件或驱动卡套的螺纹主体件相互作用的螺母。

本发明的又一目的在于提供一种卡套和卡头装置，其中可基本消除操作件的摩擦阻力。

本发明的又一目的在于提供一种改进的卡头装置，用于机床，特别是诸如铣床、板材修整机、清水墙切割机等的高速机床。

本发明的其它目的和优点将部分地在下面的描述中体现出来，部分地会由于描述而显而易见，或从本发明的实践中获知。本发明的目的和优点可通过在所附权利要求中具体指出的方式和组合而实现和获得。

为实现本发明的目的并根据本发明的用途，卡头装置设有主体件，主体件内带有截锥形腔，以安装传统卡套。操作套管件可旋转地安装在主体件上，并在其内圆周面上具有螺纹槽。匹配螺纹槽位于主体件的外表面上。滚动体安装于套管件和主体件螺纹槽内。通过滚动体在螺纹槽内的配合，套管件可在其沿夹紧或松开方向旋转时相对主体件作轴向运动。套管件例如通过推力轴承和推力板与卡套直接相连，以向卡套施加力。当套管件沿夹紧方向旋转时，其轴向运动并迫使卡套进一步进入截锥形腔，从而使卡套装置夹紧在其内装的刀杆。

在优选实施例中，设置了旋转锁定装置，以可释放地将套管件锁定于其相对主体件的夹紧旋转位置。在一优选实施例中，旋转锁定装置具有旋转固定于主体件的卡环。卡环具有弹性臂，弹性臂带有从其延伸的凸起。凸起可释放地配合于套管件的内圆周面上形成的凹部内。当套管件相对主体件旋转时，凸起从凹部释放并产生可听见的卡塔声。凸起释放的感觉和卡塔声向操作者提示套管件夹紧的程度。

诸如板的拔出件成形于套管件并配合卡套装置。当套管件沿松开方向旋转时，拔出件将卡套装置推出截锥形腔，从而可拆下装于卡套内的刀杆。

还设置了将主体件安装在诸如铣床的机床的驱动轴上的装置。在此可使用任何传统的安装装置。

优选在操作套管件的前表面和与卡套接触的推力板之间采用推力轴承。利用推力轴承，当套管件夹紧时操作套管件和推力板之间就只有很小的摩擦阻力。因此，诸如手动的较小操作力就可以更为有效地驱动卡头装置。

在一个优选实施例中，滚动体包括装于滚珠架内的滚珠。滚珠架内滚珠的空间设置为沿螺距方向与相邻滚珠相互间有一定距离，并且沿螺距方向相隔。可以使螺纹槽的螺距小于滚珠的直径，同时使螺纹槽的导向角较小。由此，可得到大为倍增的操作力并传递至卡套，从而产生极为有效的夹紧力。

本卡头装置可用于任何需要将刀具夹持于驱动件上的场合。本卡头装置特别适用于高速和高精度的应用场合，如铣床、板材修整机、清水墙切割机等。

此外，本装置可加入任何传统的卡套，如众所周知的剖分钢类型的卡套以及同样众所周知的具有单独的设置在弹性材料中的夹紧件的卡套。

并入并构成本说明书的一部分的附图、本发明的示意实施例以及说明书均用于解释本发明的原理。

图1为本发明的卡头装置的剖开透视图；

图2为图1所示装置的操作剖视图；

图3为本发明卡头装置的轴向排列元件图；及

图4为本发明卡头装置的一个应用的环境模拟图。

现在将详细参考本发明的优选实施例，其一个或多个实例示于附图中。每个实例均通过对本发明的说明实现，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员应明白，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可对本发明进行各种改进和变形。例如，作为一个实施例部分所示出或描述的特征可以用于另一实施例，从而得到又一实施例。因此，本发明试图在所附权利要求及其等效的范围内覆盖这种改进和变形。图中元件的标号在所有应用中都是一致的，各图中同一元件具有相同的标号。

图中本卡头装置示为10。图4示出一实施例，其中卡头装置10固定于传统铣床58的驱动轴54上。装置10用于将刀具头56夹持于驱动轴54。本卡头装置10特别适用于高速应用场合，如铣床、层压切片机、干式墙上切割机等。但是这并不是对本发明的限制。卡头装置10可用于任何需要将刀具头夹持于机床的驱动轴上的应用场合。

参照图1和3，具体地说，卡头装置10包括主体件12。主体件12用于安装到驱动轴54。在所示实施例中，安装装置包括较为简易的螺纹柱部13。柱部13螺旋配合驱动轴内的安装螺纹部。但是，应明白图中所示螺旋配合仅是适宜安装装置的一个实例。任意传统安装装置均可用于将主体件12安装至驱动轴上。例如，此处可以使用球-窝装置、固定螺旋、机械联锁器或任何其它的安装系统。所有这些系统都在本发明的精神和范围之内。

主体件12内包括截锥形腔18。腔18装传统卡套20。卡套20可以是任何传统卡套。例如，可以使用普通的剖分钢卡套，如图所示。在可选实施例中，卡套20可包括多个单独的纵向夹紧卡爪，各卡爪由设置在夹紧卡爪之间的弹性材料相互间隔。这些类型的传统卡套均为本领域的技术人员所公知。此外，这种卡套的操作及原理也为本领域的技术人员所公知，在本公开中不需要对其进行详细描述。

主体件12具有外圆周面，其上有螺纹槽16。

主体件12还包括凸缘部或件14。凸缘14可以整体形成为整体件12的一部分，或者包括固定在主体件上的单独元件。凸缘件14确定凸肩15。

操作套管24可旋转地安装在主体件12上。套管件24环绕主体件12，并在其内圆周面上具有螺纹槽26。相邻凹部环52也位于套管件的内圆周上靠近其端部的位置。凹部52的作用将在下面讨论。

套管件24还包括前表面28。前表面28大致正对卡套装置20的前表面。

套管件24和主体件12之间设置有减小旋转摩擦的装置。在所示实施例中，该装置包括装在相互面对的螺纹槽16和26内的滚动体或滚珠42。滚珠42可装在滚珠架或环44内。多个滚珠42间隔设置，并在架44内沿螺纹槽26和16的螺距方向相互间隔，以防止滚珠沿螺距方向聚集。对于这一设置，螺距的宽度可小于滚珠42的直径。螺纹槽26和16的导向角较小，并优选为约两度的角度，从而极大地增大了由套管24的旋转得到并传递至卡套20的操作力。

套管24沿夹紧方向的旋转使滚珠42和保持环或架44绕螺纹槽26、16运动，从而使套管件24沿轴向螺旋进给。当套管件24向主体件12螺旋进给时，套管件的前表面28迫使卡套20进一步进入腔18内，从而使卡套如同公知地夹紧装在其内的刀杆。此时，卡头装置10优选包括设置在卡套20附近的推力板38和设置在前表面28和推力板38之间的推力轴承32。在所示实施例中，推力轴承32包括多个装于板36的滚柱轴承34。推力轴承32基本消除了套管件24和卡套20或推力板38之间的旋转摩擦。为沿夹紧方向旋转套管件24，只需施加非常小的手动力。

卡头装置10还包括用于套管件24的可释放旋转锁定器。一旦套管件24沿夹紧方向旋转以夹紧刀具头，其必须保持在所需的旋转位置以保证连续驱动卡套20。在所示实施例中，旋转锁定装置包括在凸肩15附近压配合或者不可旋转地固定于主体件12的环46。环46包括多个在其端部具有凸起50的弹性臂件48。凸起50可释放地配合套管件24内的凹部52。臂48具有弹性，并使凸起50弹性压进凹部52内。当套管件24相对主体件12旋转时，凸起50从一个凹部52释放并弹进相邻的凹部52内。该运动由凸起50的配合和释放产生调节噪音或可听见的卡塔声。臂48有足够的弹性，从而配合于凹部52的凸起50相对主体件12旋转锁定套管件24，还允许沿两个方向较为简单地手动旋转或调节环24。由该装置产生的可听见的卡塔声或噪音以及凸起释放的实在感觉可起到对操作者的提示作用，证实卡头的夹紧状态。

应明白在本发明中可采用任意数量的传统锁定装置或系统以相对主体件12旋转锁定套管件24。例如可使用球-窝装置或类似机构。所有这些装置或系统均在本发明的精神和范围之内。

夹持环或保持环11位于在套管件24内形成的槽53内。保持环11防止套管24旋出主体件12。

设置了拔出装置以使卡套20可被轴向向前推出腔18，从而拆下由卡套装的刀具头。在所示实施例中，该拔出装置包括压配合进套管24的拔出板40。板40配合于在卡套20内形成的环形槽22内。在此方式下，当套管24沿松开方向旋转并轴向向前离开主体件12时，配合于环形槽22的板40使卡套20轴向向前推动，以释放装于其内的刀杆。

本发明的卡头装置10可以用于任何需要将刀杆夹紧或夹持于驱动轴上的方式或场合中。该装置可特别应用于铣床卡头场合中。但本发明并不限于该场合。事实上，本领域的技术人员应明白在不脱离本发明的范围或精神的前提下可对本发明的装置进行各种改进和变形。例如，套管或主体件的结构可用于任意数量的实施例。因此，本发明试图在所附权利要求及其等效的精神和范围内覆盖这种改进和变形。

Claims (14)

1．一种卡头装置，包括：

主体件；

截锥形腔，形成于所述主体件内，并且卡套装置可操作地装于所述截锥形腔内；

螺纹槽，形成于所述主体件的外圆周面上；

操作套管件，可旋转地安装在所述主体件上，所述操作套管件包括形成于所述套管件的内圆周面上的螺纹槽；

滚动体，安装于所述套管件螺纹槽和所述主体件螺纹槽内，通过所述滚动体在所述螺纹槽内的配合，所述套管件可在其旋转时相对所述主体件作轴向运动，所述套管件与所述卡套装置相连，以向其施加力；及

其中所述套管件沿夹紧方向的旋转使所述套管件向所述主体件运动，以迫使所述卡套装置进一步进入所述截锥形腔，从而使所述卡套装置夹紧在其内装的刀杆。

2．如权利要求1所述的装置，还包括可释放地将所述套管件旋转锁定于所述主体件的旋转锁定装置。

3．如权利要求2所述的装置，其中所述旋转锁定装置包括绕所述主体件设置的环件，所述环件具有配合于在所述套管件的所述内圆周面形成的凹部内的弹性臂。

4．如权利要求3所述的装置，其中所述弹性臂为柔性，而且当所述套管件旋转时从所述凹部释放并发出可听见的卡塔声。

5．如权利要求1所述的装置，还包括设在所述套管件上并配合所述卡套装置的拔出件，当所述套管件沿松开方向旋转时，所述拔出件将所述卡套装置推出所述截锥形腔。

6．如权利要求1所述的装置，还包括设置在所述卡套装置和所述套管件的前推力凸缘之间的推力板，所述套管件通过所述推力凸缘和所述推力板向所述卡套装置施加所述力。

7．如权利要求6所述的装置，还包括设置在所述推力凸缘和所述推力板之间的推力轴承，以减小其间的旋转摩擦力。

8．如权利要求1所述的装置，还包括用于将所述主体件安装于驱动刀具的驱动轴上的装置。

9．如权利要求1所述的装置，其中所述装置是铣床卡头装置。

10．一种卡头装置，包括：

主体件，和用于将所述主体件安装于驱动刀具的驱动轴上的装置；

卡套装置，可操作地装于所述主体件内；

驱动套管件，与所述卡套装置相连并可旋转地安装于所述主体件上，所述套管件可在所述主体件上手动旋转并可在所述套管件旋转时相对所述主体件轴向运动，其中所述套管件的轴向运动驱动所述卡套装置；

设置在所述套管件和所述主体件之间以减小旋转摩擦力的装置；及

用于将所述套管件旋转锁定于所述主体件上的装置。

11．如权利要求10所述的装置，其中所述用于减小摩擦的装置包括位于在所述主体件和所述套管件内形成的螺纹槽内的滚动体。

12．如权利要求11所述的装置，其中所述滚动体包括装于滚珠架内的滚珠。

13．如权利要求10所述的装置，其中所述旋转锁定装置包括可旋转地固定于所述主体件上的环件，所述环件具有从其延伸而可释放地配合在所述套管件内形成的凹部的凸起。

14．如权利要求10所述的装置，还包括设置在所述套管件的前表面和所述卡套装置之间的推力轴承。

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