CN1242727A - 带有改进夹爪咬合的卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种与手动或电动驱动器一起使用的卡盘,所述驱动器带有旋转驱动轴。有多个夹爪可滑动地位于主体元件内。每一夹爪的一侧具有一个夹爪面,另一侧具有螺纹。每一夹爪面包括大致平行于卡盘轴线的第一尖脊。该第一尖脊偏离包含夹爪轴线和孔轴线的平面,并大致与该平面平行。第二尖脊与第一尖脊平行,并偏离与第一尖脊相对的平面。第三尖脊设置在第一和第二尖脊之间,并具有在某一平面的孔轴线相对一侧的尖峰,所述平面是包含第一尖脊和第二尖脊的尖峰的平面。

Description

带有改进夹爪咬合的卡盘

发明背景

本发明一般涉及一种与钻具或者与电动或气动动力驱动器一起使用的卡盘。特别是，本发明主要涉及一种无键型卡盘，该卡盘能够通过手动或者驱动马达的启动而夹紧或者放松。

手动工具驱动器和电动或气动工具驱动器是公知的。尽管麻花钻是与这种驱动器一起使用的最普通的工具，但也可以使用螺纹驱动器、螺母驱动器、磨盘、装配磨石和其它切割或磨削工具。由于这些工具带有直径不同或者截面几何形状不同的柄，所以这种装置通常应带有能够在相对宽的范围内加以调整的卡盘。该卡盘可以通过螺纹或者锥形孔安装到驱动器上。

在已知技术中，已开发了多种卡盘。在一种型式中，有三个沿圆周大约相互隔开120度的夹爪，这三个夹爪被限制在主体中成角度设置的通道内。该主体安装在驱动轴上并构造成如下形式，即当主体在一个方向上相对于与夹爪啮合的受约束的螺母旋转时，会迫使夹爪相对于圆柱形工具柄呈夹持关系，而反方向旋转时，则释放这种夹紧状态。如果卡盘通过手动旋转，则该卡盘可制成无键形式。这种卡盘的一个实例已在名称为“无冲击的无键卡盘”的美国专利第5,125,673中公开，该专利以普通方式转让给本受让人，其全部公开内容作为参考文献包括在本文中。

当这种卡盘夹紧时，夹爪最终会停止在相对于工具轴的夹紧位置，使夹爪螺纹作用而强迫螺母后退。通常，当螺母受力后退时，它通过例如推力环或者插入螺母和推力环之间的轴承抵靠在主体上。进一步的旋转将会使螺母楔入夹爪螺纹和主体之间，进一步的夹紧旋转会受到阻碍并使卡盘进入夹紧状态。

在卡盘夹爪的一种典型结构中，当卡盘装配好后，将夹爪面加工研磨，使得每一夹爪面都具有一个平行于卡盘轴线的大致为平面的表面。这样，当通过旋转螺母而使夹爪向内移动时，平夹爪面夹紧工具轴，大致沿卡盘轴线夹持该轴。使用这种平夹爪面时有一个困难，即工具轴可能要在夹爪面上滑动，这会使工具轴在使用过程中，在夹爪夹持面内产生不希望地转动。为了避免这一问题，已知在夹爪面上制成尖脊，该尖脊沿平行于卡盘轴线的方向延伸。该尖脊可具有多种结构，例如锯齿形。这些“尖峰咬合”夹爪可改善轴的夹持状态。

可以制成具有多个平行尖脊的夹爪。一个实例是在Rohm GmbH制造的卡盘中显示的夹爪，其中的每一夹爪都具有三条平行的尖脊。中央尖脊的尖峰比外部尖脊的尖峰低，这样，从夹爪的横截面上看，尖脊的尖峰形成了相对于夹爪中心的凹弧。这种Rohm卡盘已在美国专利第4,913,449，4,955,623，5,054,796，5,236,206号中描述。

在这种Rohm卡盘的一种形式中，夹爪面上的三个尖峰形成了一个弧形，该弧形的半径大约为0.33英寸。这一测量值是大约的，因为尖峰还具有一定的圆度。另外，尖脊的侧面从每一尖峰的两侧延伸并形成斜面。因此，该夹爪的所有三个尖峰都会同时与钻头柄接触，所示钻头柄的直径大约是0.65英寸。假设夹爪对中并且钻头由三个夹爪夹持，更大的钻头柄可以通过两个外部尖峰接触，而小一些的钻头柄将与中央尖峰接触。

在这种Rohn卡盘的另一种形式中，夹爪面上的三个尖峰形成了一个弧形，该弧形的半径大约为0.19英寸。该夹爪的所有三个尖峰要与直径大约为0.37英寸的钻头柄同时接触。对于大一些的钻头柄，将提供两个尖峰咬合点，而对于小一些的，仅需要单一的咬合点。

发明概述

本发明将通过下述的结构和方法实现发明构思并克服已有技术的缺点。

因此，本发明的目的是提供一种改进的卡盘。

本发明的另一个目的是提供一种带有夹爪的卡盘，所述夹爪具有改进的夹爪咬合件。

本发明的另一个目的是提供一种具有改进的偏转特性的卡盘。

通过提供一种与手动或电动驱动器一起使用的卡盘，将实现本发明的上述和其它目的，所述驱动器带有旋转驱动轴。该卡盘包括一个通常呈圆柱形的主体元件，它具有一个前伸部分和一个尾部。所述尾部上制有一个轴向孔，以与驱动器的驱动轴配合。所述前伸部分上具有一个轴向孔和多个成角度设置并与轴向孔相交的通道。

多个夹爪可滑动地设置在每个成角度设置的通道内。每一夹爪的一侧都具有一个夹爪面，另一侧则制有螺纹。每一夹爪面包括一个大致与前伸部分的轴向孔的轴线平行的第一尖脊。该第一尖脊偏离包含夹爪轴线和孔轴线的平面，并大致与该平面平行。夹爪面还包括一个大致与第一尖脊平行并偏离与第一尖脊相对的平面的第二尖脊。夹爪面还包括一个大致平行于孔轴线的第三尖脊。该第三尖脊设置在第一和第二尖脊之间，并具有在某一平面的孔轴线相反一侧的尖峰，所述平面是包含第一尖脊和第二尖脊的尖峰的平面。第一、第二和第三尖脊这样构造，即三条尖脊的尖峰形成了一个圆弧，其半径不超过大约5/32英寸。

有一个螺母可转动地安装在主体上并与夹爪的螺纹啮合。一个大致呈圆柱形的前套管元件以可驱动的方式与螺母相连，从而当所述前套管元件相对于主体元件转动时，夹爪在螺母的作用下将移动。

偏转是影响卡盘精度的一个问题。当采用钻头作为工具轴的一个实例时，上述偏转就是实际钻孔点和当钻头精确地与卡盘轴线对齐时将要钻孔的点之间的偏移量。即偏转是当工具轴被夹爪夹紧后，工具轴相对于卡盘轴的偏移效果。

偏转值是卡盘精度的检测值。已经知道了多种改进卡盘精度的方法，例如背面定位法(back facing)，其中卡盘的背面是精确的，这样它就能紧靠在工具驱动器的面上，并减小夹爪/夹爪孔的间隙。本申请人试图继续解决减小偏转问题。本发明的夹爪咬合在包含夹爪中心线和卡盘中心线的平面的两侧形成了一对尖脊。这个改进的夹爪咬合改善了卡盘偏转特性，同时保留了尖峰咬合的优点。

如果工具轴直径相对较小，那么该轴可能从尖脊的尖峰之间掉落下来，使之由尖脊的内侧表面或者侧面夹持。在这种情况下，夹爪不再形成尖峰咬合状态。因此，在两个外部尖脊之间提供了一个第三尖脊，其深度更浅，从而对从两个外部尖脊之间掉落的小工具轴形成了尖峰咬合状态。尽管在这种情况下，每一夹爪仅形成了一个单独的尖峰咬合点，但申请人已经能断定较小的工具轴仅有很小的偏转量，下文会解释说明。

本文中所包含的并构成说明书一部分的附图表示出了本发明的不同实施例，这些附图与说明书一起用于对本发明的原理进行解释说明。

附图简要说明

下面将参考附图，对本发明包括最佳实施例直接面对本领域普通技术人员进行详细和尽可能的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例所制成的设置在卡盘中的卡盘夹爪的立体图；

图2是根据本发明的一个实施例所制成的夹持有工具轴的卡盘夹爪的截面图；

图3是根据本发明的一个实施例所制成的夹持有工具轴的卡盘夹爪的截面图；

图4是根据本发明的一个实施例所制成的卡盘夹爪的截面图；

图5是根据本发明的一个实施例所制成的卡盘的分解图；

图6是夹持有钻头轴的卡盘侧视图，以表示出偏转度；

图7是卡盘夹爪相对于沿卡盘轴线对中设置的工具轴的立体图，表示了包括卡盘轴线和夹爪轴线的平面；

图8是卡盘夹爪相对于沿卡盘轴线对中设置的工具轴的立体图，表示了包括夹爪面上的两个尖峰的平面。

在本发明的说明书和附图中，重复使用的序号代表本发明相同或者相似的部件或者元件。

最佳实施例的详细描述

下面将对本发明的最佳实施例进行描述，附图中显示了本发明的一个或者多个实施例。每个实施例都仅是对本发明的解释说明，而不是对本发明的限制。实际上，对本领域的技术人员来说，很明显在不脱离本发明的范围或者精神的情况下，可以对本发明做出多种改进和变形。因此，在一个实施例的某部分中描述或者表示的特征也可以用于其它实施例，以产生更多的实施例。这样，应该理解到本发明覆盖了在所附的权利要求及其等同物范围内的多种变形和改进型式。

参见附图1和5，图中表示了一个卡盘10。卡盘10包括前套管元件12、一个可选用的后套管元件14、一个主体元件16和夹爪18。主体元件16通常呈圆柱形，并包括一个前伸部分或者前部20和一个尾部或者后部22。在前伸部分20中制有一个轴向孔24，该孔比卡盘设计的将要夹持的最大工具柄要大一些。在尾部22中制有螺纹孔26，该孔具有标准尺寸，以与动力或者手动驱动器(未表示)的驱动轴相配。孔24和26可在主体元件16的中心区域相通。尽管图中表示了螺纹孔26，但是该孔也可以用具有标准尺寸的、能够与锥形驱动轴相配的锥形孔所替代。

在主体元件16内制有通道30以容纳每个夹爪18。最好采用三个夹爪18，并且每个夹爪18以大约120度的弧度与相邻的夹爪隔开。通道30和夹爪18的轴线相对于卡盘轴线成一角度，但是在卡盘主体16前面的公共点处与卡盘轴线相交。每个夹爪18具有一个工具啮合面32，该面通常平行于轴向孔24的轴线，即卡盘主体16的轴线。每个夹爪18也在其相对的表面或者外表面上形成有螺纹34。

主体元件16包括一个推力环36，该环可以与主体制成一体。推力环36包括一个推力面38，该面可以包括一个弓形支座面，用于与独立的减摩轴承装置42的内圈啮合。推力环36的外圆周上包括多个夹爪导槽50，以允许夹爪18缩回。

主体元件16包括一个后圆柱部分14，它位于推力环36的后部。有一个第二圆锥部分51从推力面38的区域延伸到前圆柱部分52。前圆柱部分52的直径大于第二圆锥部分51的较小一端的直径，并在主体16的前伸部分20和尾部22之间形成了一个第一圆周槽54。主体16还包括一个具有更小直径的前伸部分56，用于容纳前伸零件58。

螺母60包括螺纹62，用于与夹爪18上的螺纹34配合，因此，当螺母相对于主体旋转时，夹爪将前进或者后退。前套管12适于松套在卡盘10的前伸部分20上。前套管12的驱动棱(未表示)与螺母60的驱动槽70相啮合，使得前套管12和螺母60可操作地相连。即当前套管旋转时，螺母也随之旋转。前伸零件58加工成适于按压在前伸部分56的尺寸，以将前套管12保持在卡盘10上。应该理解到，前伸零件58也可以通过咬合、螺纹啮合或类似方式加以固定。当卡盘装配好后，前伸零件58是暴露的，最好镀上有色金属涂层，以防止生锈并美化外观。前伸零件(诸如前伸零件58)的操作已经在美国专利第5,348,317号中公开，该专利公开的全部内容作为参考文献包含在本文中。

如上所述，偏转是影响卡盘精度的一个问题。如果当卡盘夹紧后，工具柄、例如钻头的工具柄并不与卡盘轴线对齐，钻头会偏离卡盘轴线一个距离M(图6)。距离M就是偏转值。在图6中，为了清楚表示，值M被夸大了。

为了改善卡盘偏转特性，同时保持与钻头尖峰咬合接触，如图2所示的截面图，夹爪18包括一对尖脊74和76，它们沿大致与前伸部分孔轴线78平行的方向延伸，所述轴线78位于包括孔轴线78和夹爪轴线80的平面79(图7)的任一侧上。夹爪18在每一尖脊74和76的峰点上形成一个尖峰咬合点。这些尖峰最好稍尖一些或者是非圆形的。尽管本领域的普通技术人员应该理解到上述方式，但在通常采用的加工工艺和卡盘应用中，尖峰可以是圆形的。因此，在一个最佳实施例中，尖峰加工成圆形，其圆弧半径不超过大约0.008英寸。尽管本发明并不局限于此，但是这种圆形也是本文所述的“尖峰咬合”的一种实施例。

如果钻头72足够小，尖脊74和76的尖峰不会夹住钻头柄，钻头柄将从尖峰之间掉落下来。为了使这种小钻头也能形成尖峰咬合，在外部尖脊之间设置了一个中央尖脊82，如图3和图4所示。根据夹爪的几何形状，在大钻头；由两个外部尖峰夹持；和小钻头；由内部尖峰夹持；之间的转换可以不必是同时的。例如，圆形尖峰和/或具有相对小坡度侧面的尖脊适用的钻头范围较小，所述钻头夹持在外部尖峰的内侧。因为在平的侧面上会发生滑动，所以中央尖峰相对于外部尖峰的深度最好是这样的，即根据钻头柄的直径大小，钻头柄由两个外部尖峰、中央尖峰或者这三个尖峰同时夹持。例如，存在这种情况，即外部尖峰相互分隔大约0.07英寸，中央尖峰低于外部尖峰至多约0.009英寸，圆形尖峰的半径大约是0.008英寸，并且尖脊侧面大约分开120度。

中央尖脊应充分低于平面81(图8)，以使适当范围内的钻头能够被两个外部尖脊夹持而不会与中央尖脊干涉。这样，夹爪就对这些钻头柄形成了两个尖峰咬合的状态。小一些的钻头由中央尖峰夹持，如上所述，中央尖峰相对于外部尖峰足够高，以防止钻头柄仅抵靠在尖脊侧面上。这样，对于如图4所示的实施例，尖脊74、76和82的尖峰可以制成如下形式，即它们形成了一个圆弧83，该圆弧83的半径85大约5/32英寸。因此，这些尖峰几乎同时与直径为5/16的钻头柄接触。对于这种尺寸或更大的钻头柄，夹爪形成了至少两个尖峰咬合点，而对于小一些的钻头柄，夹爪形成了单一的尖峰咬合点。在一个实施例中，夹爪的外部尖峰隔开大约0.07英寸，而中央尖峰比包含两个外部尖峰的平面大约低0.0038英寸。应该理解到，这些尺寸受诸如尖脊的几何形状；例如尖峰的圆度和侧面斜度；等因素的影响。上述尺寸是在假定圆形尖峰的半径大约为0.008英寸以及侧面分开大约120度的情况下做出的。

中央尖峰可以降低，以对较大尺寸范围的钻头形成两个尖峰咬合点。这样，例如尖脊的尖峰可以这样构造，即使其半径85大约为1/8英寸或者3/32英寸。但是，中央尖峰的深度也影响了夹爪有效夹持很小钻头的能力。如果中央尖峰相对于外部尖峰足够深，则在三个中央尖峰能够牢固地夹持住一个小钻头前，夹爪的外部尖峰可能相互干涉。这样，在另一个实施例中，外部尖峰分开大约0.07英寸，而中央尖峰低于包含外部尖峰的平面大约0.0047英寸。这种布置就对直径大于约1/4英寸的钻头柄形成了两个尖峰咬合点，而对较小直径；直至小于约1/6英寸；的钻头柄形成单一的尖峰咬合点。再次重申，这些尺寸可能受其它因素的影响。例如，如果尖峰不是圆形的，为了使三个夹爪尖峰同时接触一个1/4直径的钻头柄，就希望中央尖峰的深度更大一些。假设外部尖脊之间的距离大约是0.07英寸，那么尖峰的圆度大约是0.008英寸、尖脊侧面分开角120度，下表描述了几乎同时与夹爪所有三个尖脊的尖峰接触的钻头柄的名义尺寸。这些尺寸均以英寸表示。外部尖峰之间的大约距  中央尖峰的大约深度  与所有尖峰接触的钻头

      离                                柄的大约直径0.070                   0.0094                0.1240.070                   0.0088                0.1320.070                   0.0078                0.1490.070                   0.0070                0.1660.070                   0.0068                0.1710.070                   0.0064                0.1820.070                   0.0058                0.2010.070                   0.0054                0.2160.070                   0.0050                0.2340.070                   0.0048                0.2440.070                   0.0047                0.2500.070                   0.0044                0.2670.070                   0.0041                0.2870.070                   0.0039                0.3030.070                 0.0038                 0.311

当然，尖脊之间的距离可以与上面表格中给出的值不同，例如根据机床容差而变化调整。另外，如图所示，尖脊74和76的尖峰离平面79的距离最好相同。这一表格假定了这种情况。钻头的直径可以由CAD图形中估算出。

如图3所示，仅由夹爪18的中央尖脊82夹持的小钻头承受每一夹爪的单侧尖峰咬合作用。对于小钻头来说，单侧咬合状态是可接受的。例如，可测量出卡盘轴线和钻头末端之间的偏转值。由于小钻头比大钻头要短，所以更少考虑这一偏转值了。

如上所述，夹爪尖脊可以是锯齿形的。这里所讨论的尺寸是从夹爪的钻头柄接触表面处测量的。

本领域的普通技术人员应该理解到，多种卡盘均可以采用本发明的改进夹爪钻头型式。因此，图5所示的卡盘结构仅是示例性的，并不是对本发明的限制。例如，尽管上述说明是相对于无键的卡盘来说的，但是，应该得知本发明的原理也同样适应于带键的卡盘。另外，例如也可以省略轴承，使螺母以某种方式直接支承在主体上。另外，也可以采用单件结构的螺母代替开口螺母。

因此，尽管上文描述了本发明的最佳实施例，也应该理解到本发明的任一以及所有等效形式均包括在本发明的范围和精神内。所以，本文描述的实施例仅是示例性的，而并不是对本发明的限制，本领域的普通技术人员应该理解到对本发明可以做出多种变形。因此，应该想到，落入本文所附权利要求的文字表述或者等同物范围内的任一以及所有实施例，均包括在本发明中。

Claims (14)

1.一种与手动或电动驱动器一起使用的卡盘，所述驱动器带有旋转驱动轴，该卡盘包括：

一个通常呈圆柱形的主体元件，它具有一个前伸部分和一个尾部，所述尾部上制有一个轴向孔，以与所述驱动器的驱动轴配合，所述前伸部分上具有一个轴向孔和多个穿过前伸部分而成角度设置并与所述轴向孔相交的通道；

多个夹爪，它们可滑动地设置在每个所述成角度设置的通道内，每一夹爪的一侧都具有一个夹爪面，另一侧则制有螺纹，每一夹爪面包括：

一个大致与所述前伸部分的轴向孔的轴线平行的第一尖脊，该第一尖脊偏离包含所述夹爪轴线和所述孔轴线的平面，并大致与该平面平行；

一个大致与所述第一尖脊平行并偏离与第一尖脊相对的所述平面的第二尖脊；

一个大致平行于所述孔轴线的第三尖脊，该第三尖脊设置在所述第一和第二尖脊之间，并具有在一个平面的孔轴线相对一侧的尖峰，所述平面是包含所述第一尖脊和第二尖脊的尖峰的平面；

其中所述第一、第二和第三尖脊这样构造，即所述第一、第二和第三尖脊的尖峰形成了一个圆弧，该圆弧的半径不超过大约5/32英寸；

一个螺母，它可转动地安装在主体上并与所述夹爪的螺纹啮合；和

一个大致呈圆柱形的前套管元件，它以可驱动的方式与螺母相连，从而当所述前套管元件相对于主体元件转动时，夹爪在螺母的作用下将移动。

2.如权利要求1所述的卡盘，其中，所述圆弧半径不超过大约1/8英寸。

3.如权利要求1所述的卡盘，其中，所述圆弧半径不超过大约3/32英寸。

4.如权利要求1所述的卡盘，其中，所述圆弧半径不超过大约1/16英寸。

5.如权利要求1所述的卡盘，其中，所述第一尖脊和所述第二尖脊到包含所述夹爪轴线和所述孔轴线的所述平面的距离相同。

6.如权利要求1所述的卡盘，其中，所述包括夹爪轴线和孔轴线的平面包括所述第三尖脊的尖峰。

7.如权利要求1所述的卡盘，其中，所述第一距离在0.065到0.075英寸的范围内。

8.如权利要求7所述的卡盘，其中，所述第一距离大约是0.070英寸。

9.如权利要求1所述的卡盘，其中，所述第二距离在0.0027到0.0067英寸的范围内。

10.如权利要求9所述的卡盘，其中，所述第二距离大约是0.0047英寸。

11.一种与手动或电动驱动器一起使用的卡盘，所述驱动器带有旋转驱动轴，该卡盘包括：

一个通常呈圆柱形的主体元件，它具有一个前伸部分和一个尾部，所述尾部上制有一个轴向孔，以与所述驱动器的驱动轴配合，所述前伸部分上具有一个轴向孔和多个穿过前伸部分而成角度设置并与所述轴向孔相交的通道；

多个夹爪，它们可滑动地设置在每个所述成角度设置的通道内，每一夹爪的一侧都具有一个夹爪面，另一侧则制有螺纹，每一夹爪面包括：

一个大致与所述前伸部分的轴向孔的轴线平行的第一尖脊，该第一尖脊偏离包含所述夹爪轴线和所述孔轴线的平面，并大致与该平面平行；

一个大致与所述第一尖脊平行并偏离与第一尖脊相对的所述平面的第二尖脊；

一个大致平行于所述孔轴线的第三尖脊，该第三尖脊设置在所述第一和第二尖脊之间，并具有在一个平面的孔轴线相对一侧的尖峰，所述平面是包含所述第一尖脊和第二尖脊的尖峰的平面；

其中所述第一和第二尖脊的尖峰隔开大约0.07英寸，第三尖脊的尖峰至少离开所述包括第一和第二尖脊的尖峰的所述平面大约0.004英寸，并与所述孔轴线相对；

一个螺母，它可转动地安装在主体上并与所述夹爪的螺纹啮合；和

一个大致呈圆柱形的前套管元件，它以可驱动的方式与螺母相连，从而当所述前套管元件相对于主体元件转动时，夹爪在螺母的作用下将移动。

12.如权利要求11所述的卡盘，其中，所述第三尖脊的尖峰至少离开所述包括第一和第二尖脊的尖峰的所述平面大约0.005英寸。

13.如权利要求11所述的卡盘，其中，所述第三尖脊的尖峰至少离开所述包括第一和第二尖脊的尖峰的所述平面大约0.006英寸。

14.如权利要求11所述的卡盘，其中，所述第三尖脊的尖峰至少离开所述包括第一和第二尖脊的尖峰的所述平面大约0.009英寸。

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