CN1663741A - 用于操作刀具用夹具的脱开装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作刀具用夹具的脱开装置，利用夹具将刀具夹紧到一根刀具主轴的一个刀具安装凹槽内。为了脱开刀具，通过一可液压或气动操作的脱开元件使一个夹紧杆克服弹簧力移动。液压的或气动的驱动装置是耗费而昂贵的。为了可以简单、价廉而紧凑地构成脱开装置，由一台电机构成脱开装置的驱动装置。该电机可以简单、价廉和紧凑地制造并且只需要用于运行的供电线。脱开装置例如应用于木材加工机中。

Description

用于操作刀具用夹具的脱开装置
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于操作刀具用夹具的脱开装置。
背景技术
利用夹具将刀具夹紧到刀具主轴的一接合点内。刀具主轴一般具有一刀具用的HSK安装凹槽，将刀具经由一弹簧夹头拉入主轴内并且以高的轴向拉入力夹紧。通过夹紧杆的轴向运动借助于一在夹紧杆上安装的圆锥头向外挤压弹簧夹头件。弹簧夹头件背面嵌接刀具上的夹紧面，通过夹紧杆将刀具拉入主轴内并夹紧之。沿夹紧方向由一弹簧叠，例如一盘形弹簧叠机械地并从而很安全而可靠地实施夹紧杆的轴向运动。
为了脱开刀具，必须使夹紧杆克服弹簧力向前移动。在这种情况下弹簧夹头被释放而使其可以向内摆动。然后在最后剩余的位移上通过夹紧杆从刀具安装凹槽内推出刀具。
为了轴向移动夹紧杆以便释放刀具，设置脱开装置，其由一可液压操作的脱开装置按照一液压缸的型式构成。为了在脱开过程中没有或只有微小的力施加到主轴轴承上，脱开装置的一部分可轴向移动地设置于一凹槽内并且以一连接环轴向支承在一安装在刀具主轴内的连接螺钉上。借此在脱开刀具的过程中实现使力流不经由轴承而经由该支承。
类似的脱开装置由气动操作也是已知的。
液压的解法由于需要一液压装置包括泵、油箱、阀体和需要的管路是耗费而昂贵的。此外泄漏可能导致功能故障。如果刀具主轴由传动带驱动，则在更换传动带时必须分离液压管道，这甚至在采用液压的快速离合中是困难的并且部分地导致油污染。
气动的解法虽然不用介质油工作，但在其他方面具有如液压的解法同样的缺点。外加，气动工作的脱开装置由于较低的压力在高的需要的力时或要设计成很大的或要采取特殊解法，例如串联气缸或压力变换器。
发明内容
本发明的目的在于，构成同类的脱开装置，使其可以简单、价廉而紧凑地构成。
该目的对于同类的脱开装置按照本发明借助于权利要求1所表明的特征来达到。
在本发明的脱开装置中，驱动装置由一电机构成，该电机可以设计成简单、价廉和紧凑的并且只需要用于运行的供电线。取消了用于液压装置和管路的费用。本发明的脱开装置优选应用于开槽机中。
由其他的权利要求、说明书和附图得出本发明的其他的特征。
附图说明
借助附图中所示两个实施例更详细地说明本发明。其中：
图1本发明的脱开装置的透视图，其在电机与设有刀具夹具的刀具主轴之间；
图2本发明的脱开装置包括驱动装置的透视图；
图3本发明的脱开装置的对应于图2的视图，其驱动装置垂直于脱开装置设置；
图4本发明的脱开装置在其初始位置沿图7线A-A截取的剖面图；
图5本发明的脱开装置在其初始位置沿按图7中线C-C截取的剖面图；
图6本发明的脱开装置在脱开位置沿图7中线A-A截取的剖面图；
图7本发明的脱开装置的端面视图；
图8沿图4中线B-B截取的剖面图；
图9按图1的夹具的轴向剖面图；
图10按图3的本发明的脱开装置的纵剖面图；
图11本发明的脱开装置的驱动装置的电路示意图；
图12按图11的电机的代用电路图；
图13本发明的脱开装置的控制的示意图。
具体实施方式
利用以下描述的固定的电机驱动的脱开装置可以脱开刀具1，该刀具以已知方式夹紧到刀具主轴3的一接合点2内。刀具主轴3具有一主轴套筒4(图1)，其中可旋转地支承一主轴轴5。在主轴轴5中以已知方式安装一夹紧杆6，该夹紧杆沿其长度的一部分以已知方式被一弹簧叠7包围。该弹簧叠7有利地由各个盘形弹簧组成。该弹簧叠在一端经由一导盘8支承在主轴轴5内壁的一径向向内凸出的肩部9上。该弹簧叠7在另一端经由一个盘10支承在受压件11的端面上，后者构成为套筒并且从一连接螺钉12中凸出，连接螺钉12拧紧到主轴轴5的远离刀具主轴3的接合点2的一端内。受压件11的经由连接螺钉12向外凸出的末端具有一径向向外的凸缘13。当要脱开夹紧入接合点2的刀具1时，脱开装置作用到该凸缘13上。
接合点2有利地构成为HSK接合点并且具有圆锥形刀具安装凹槽14，其中嵌入具有相应的圆锥形柄15的刀具1。
在接合点2的区域内弹簧夹头16以已知的方式支承于主轴轴5内，这些弹簧夹头在夹紧位置背面嵌接刀具柄15并将刀具1拉入刀具安装凹槽14内而夹紧之。由弹簧叠7施加夹紧力。将刀具1拉入主轴轴5内，直到使其以很大的力贴紧主轴轴5的平面的端面17。
通过一圆锥头18在图9中所示的夹紧位置使弹簧夹头16摆动。圆锥头18固定安装在夹紧杆6上。优选圆锥头18螺纹拧紧到夹紧杆6上，如果使夹紧杆6在弹簧叠7的力作用下在图9中在主轴轴5内向右移动，则其径向向外叉开弹簧夹头16，后者背面嵌接刀具柄15。如果夹紧杆6以尚待描述的方式通过脱开装置克服弹簧叠7的力在图9中向右移动，则圆锥头18开放空间，可使弹簧夹头16可以向内摆动并且释放刀具柄15。圆锥头18在移动的终点将以其刀柄15自锁地安装于接合点12的圆锥安装凹槽14内的刀具1从主轴轴5中推出。
在主轴套筒4上固定一支架19(图1)，该支架为一固定装置20的一部分。通过该固定装置固定一脱开装置21，借助于后者可以以尚待描述的方式脱开刀具1的夹紧。刀具主轴3和脱开装置21轴向连续设置(图1)并相互同轴线。在脱开装置21的远离刀具主轴3的一侧连接脱开装置21用的驱动装置22。
固定装置20具有一支柱23，在其上支承固定脱开装置21并且其垂直于支架19凸出。支架19具有一径向凸出的具有一个螺纹孔25的凸耳24，由螺纹孔25中凸出一(未示出的)轴向调节螺杆，借其可将包括刀具主轴3、固定装置20和脱开装置21的单元在一(未示出的)支座上轴向调节。
主轴套筒4在主轴轴5的前面的区域包围主轴轴5。在该区域内主轴轴5的壁厚大于与该区域连接的区域内的壁厚(图9)，在后一区域上抗转地安装一带轮26(图1)。为了抗转地与带轮26相连接，主轴轴5的壁厚较薄的部分设有至少一个形锁合元件27(图9)，其构成与带轮26的抗转的连接。利用一个带轮螺母28将带轮26轴向固定在主轴轴5上(图4)。带轮螺母28拧紧到主轴轴5的面向脱开装置21的末端上。带轮26以其另一端在(未示出的)轴承的中间位置贴紧一径向向外的凸缘29(图9)，该凸缘设置在主轴轴5从较薄的向较厚的壁区域的过渡处。
如图4和5所示，连接螺钉12和受压件11轴向经由主轴轴5凸入到脱开装置21中。受压件11相对于连接螺钉12向脱开装置21的方向移动到使受压件11的凸缘13在初始位置(图4和5)具有离连接螺钉12的间距。
脱开装置21这样安装在固定装置20上，即使连接螺钉12和受压件11凸入到脱开装置21的一个壳体30内。在壳体30的面向刀具主轴3的端面上贴紧一连接环31，该连接环用固定螺钉32(图5)固定在壳体端面上。连接环31具有螺纹孔33，固定螺钉32以其自由端拧紧入其中。为了在组装好的脱开装置21中可拆卸连接环31，从壳体30的相对置的一侧可以操作固定螺钉32。在该区域内壳体30具有凹槽34，其容纳螺钉头35，后者贴紧凹槽34的底面。
连接螺钉12以微小的间隙由连接环31包围。连接螺钉12在自由的位于刀具主轴3以外的末端设有一径向向外的凸缘36。该凸缘36在图4和5中所示的脱开装置21的初始位置以轴向间距对置于连接环31的轴向凸出的凸缘37。
为了在脱开固定螺钉32以后可以拆除连接环31，该连接环构成剖分的并具有两个环形件31a、31b(图2)，它们各利用一轴向的摆动轴38、39可摆动地支承在壳体30的端面上。摆动轴38、39可以例如由配合螺钉构成，它们插入壳体30的端面中的相应的各孔内。在脱开固定螺钉32以后，可以将大致半圆形的环形件31a、31b在摆动轴38、39上移动，而使凸缘37从壳体30中露出。然后可以将环形件31a、31b绕摆动轴38、39向外摆动，从而可以拆除脱开装置21。
在第二实施形式中，连接环31的环形件31a、31b构成不可摆动的，而只可以拧紧到壳体30上或从其上拧出。为了将两环形件31a、31b结合成一个装置，连接环31在其圆周表面上设有一环形槽40，其中可嵌入一弹性环、优选一O形环，它使两个环形件31a、31b结合在一起。
在脱开装置21的壳体30内安装一推出螺母41，它邻接壳体30的内壁42。推出螺母41具有一中心贯通的螺纹孔43，其中嵌入一螺纹轴44。该螺纹轴借助推力轴承45、46支承于壳体30内。螺纹轴44连接于驱动装置22的驱动轴47。按照螺纹轴44的转向使推出螺母44向受压件11或远离它的方向在壳体30内轴向移动。
推出螺母41具有一径向凸出的抗转矩支柱48(图4)，它以径向外端嵌入沿轴向方向延伸的壳体30的开槽49中。该开槽49的宽度相应于抗转矩支柱48在嵌接区域内的横截面宽度。抗转矩支柱48具有一在推出螺母41中固定的并径向由其凸出的螺钉50，它可拧紧入推出螺母41中或也可以压入其中。在螺钉50上套装一套筒51，它近似无间隙地在壳体30的开槽49中导向。沿轴向方向延伸的开槽49的长度至少相当于推出螺母41在壳体30内的最大位移。
脱开装置21的壳体30安装于一安装凸缘52中，后者固定在固定装置20上。当要脱开夹紧入刀具主轴3内的刀具1时，壳体30相对于安装凸缘52可有限地轴向移动。壳体30借助于至少一个弹簧53、优选一盘形弹簧向驱动装置22的方向向右受载。弹簧53支承在安装凸缘52以及一安全环54上，该安全环安装在壳体30的外面上。
在脱开装置21的远离刀具主轴3的末端固定驱动装置22。它以电机凸缘盘55贴紧壳体30的端面并用螺钉56固定在壳体30上。凸缘盘55本身用螺钉57拧紧在电机壳体58的端面上。凸缘盘55在固定螺钉32的高度上具有轴向的通孔59(图5)，借其即使在组装好的凸缘盘55的情况下，固定螺钉32从外面也是可接近的。通孔59位于一个径向伸出电机壳体58的部分中。
螺纹轴44具有一个位于推出螺母41以外的区域内的凸缘60，其上轴向支承一推力轴承45。推力轴承45在相反的一面支承在壳体30的径向向内凸出的肩面61上。
轴向邻近的推力轴承46支承在壳体30的另一径向向内凸出的肩面62上和支承在拧紧到螺纹轴44上的螺母64上。
脱开装置21设有两个传感器65和66(图4)，其径向从脱开装置21中凸出。传感器65在受压件11的高度凸入壳体30内并由一传感器板67固定，后者由至少一个螺钉68邻近于连接环31固定在壳体30上。
另一传感器66安装于一传感器板69中。后者用至少一个螺钉70固定在安装凸缘52上。两传感器65、66有利地是电感工作的传感器。传感器65具有两种功能。当刀具1按规定夹紧入刀具主轴3内时，受压件11的凸缘13位于图4和5中所示的位置，在该位置传感器65检测受压件凸缘13的开关面71。开关面71由受压件凸缘13的圆周表面构成。传感器65还有一个任务是，监控刀具1从刀具主轴3内的推出过程。
传感器66用于在壳体30位于其按图4和5的初始位置时关闭驱动装置22。关闭过程由一开关面74产生，后者向驱动装置22的方向连接于一壳体30中的外面的凹槽75。
传感器65、66可以有利地沿壳体30或安装凸缘52的轴向方向进行有限地调整，从而确保传感器65、66相对于开关面71和74的简单的位置精确的定位。
图4和5示出在刀具1按规定夹紧入刀具主轴3内时脱开装置21的初始位置。电机22关闭，从而螺纹轴44不旋转。推出螺母41具有离受压件11的凸缘13的轴向间距。在该初始位置连接螺钉12的凸缘36具有离连接环31的凸缘37的轴向间距。凸缘37和凸缘36的相互面对的支承面76、77在该初始位置并不相互接触。因此当主轴轴5旋转时，抗转地连接于主轴轴5的连接螺钉12可以无妨碍地绕其轴线旋转。由于连接环31以微小的间隙包围连接螺钉12，连接螺钉12的旋转运动也不受连接环31妨碍。但该微小的间隙导致脱开装置21的内腔的良好的密封并且以此防止污物、灰尘、切屑等的进入。
如果要从刀具主轴3内取出刀具1，则首先关闭主轴轴5的驱动装置，从而主轴轴5并由此连接螺钉12和受压件11均停住不动。接着开动电机22，从而可旋转驱动驱动轴47和抗转地与其连接的螺纹轴44。使螺纹轴44这样旋转，即使推出螺母41向受压件11的方向在壳体30内移动。抗转矩支柱48确保推出螺母41可靠地轴向移动而不绕其轴线旋转。一旦连接螺母41以其端面贴紧受压件11的凸缘13，就使整个的壳体30随螺纹轴44和驱动电机22在图4和5中向右移动，直到由连接环31的凸缘37的端面构成的径向支承面76贴紧连接螺钉12的凸缘36的径向支承面77为止。在该两支承面76、77的连接位置力流是封闭的。由于螺纹轴44由驱动电机22继续驱动，从此时起在刀具主轴3内建立压缩弹簧叠7的力。推出螺母41进一步向刀具主轴3的方向移动，直到驱动电机22在超过一可调的最大电流时自动关闭为止。当受压件11以其凸缘13支承在连接螺钉12的端面的凹槽79(图5)的底面78上时，就出现该最大的电流。因此连接螺钉12形成受压件11和推出螺母41的轴向移动的挡块并且借此确保夹紧杆6与圆锥头18的一确定的位置以便推出和插入刀具1。图6中示出这样的脱开位置。壳体30已相对于安装凸缘52移动。夹紧杆6上的圆锥头18释放弹簧夹头16，从而弹簧夹头可以偏转到释放刀具1的位置。刀具1在夹紧杆6的最后的位移段被从主轴轴5的刀具安装凹槽14内推出。
在所述的构成中在超过一最大电流时关闭驱动电机22。但也有可能在脱开过程中使用传感器65来关闭电机。当在推出螺母41上设置的开关面80(图6)进入传感器65的检测范围内时，传感器65向电机22发送关闭信号。
在从刀具安装凹槽14内推出刀具1以后，可以将其从刀具主轴3内取出。接着可以在刀具安装凹槽14内插入一新的刀具1。然后沿相反旋转方向开动电机20，从而螺纹轴44旋转而使推出螺母41移回图4和5中所示的脱开位置。弹簧叠7推动夹紧杆6继而以与推出螺母41在壳体30内回移的程度向脱开装置21的方向推动受压件11。按这种方式将刀具1夹紧于刀具安装凹槽14内。一旦抗转矩支柱48以螺钉50的钉头72支承在图6中安装凸缘52中的开槽82的右边缘81上，壳体30与连接环31一起又向刀具主轴3的方向移动。螺钉50的钉头72防止壳体30相对于安装凸缘52转动，在后者中钉头72以微小的间隙装入开槽82中。最好重新达到按图4和5的位置，在该位置连接环31和受压件12的支承面76、77彼此间具有间距。一旦壳体30的开关面74进入传感器66的测量范围内(图4)，就关闭驱动装置22。由于支承面76、77是自由的，主轴轴5可以重新自由旋转。在所述运动过程中推出螺母41的开关面80离开传感器65的测量范围，同时当刀具1被正确夹紧时，受压件12的开关面71进入传感器65的检测范围。从此时起达到按图4和5的初始位置。然后传感器65发出一释放信号以便开动刀具主轴3。
传感器66在该实施例中固定设置在安装凸缘52上。但也有可能将传感器66构成随推出螺母41一起移动。
图3和10示出一实施形式，其不同于前述实施例之处在于，电机22不是沿纵向方向连接到脱开装置21上，而是垂直于脱开装置21设置。因此电机轴47(图10)经由一锥齿轮传动83传动连接于螺纹轴44。电机轴47上安装一锥齿轮84，其与抗转地安装在螺纹轴44上的锥齿轮85相啮合。
凸缘盘55不同于前述实施例，不是凸缘连接到壳体30的端面上，而是连接在其圆周表面上，该圆周表面具有相应的削平面。脱开装置21的壳体30在端面由一盖86封闭。抗转地安装在电机轴47上的锥齿轮84由一滚针轴承87轴向支承。
如在前述实施例中一样，在电机壳体58的自由端设置一连接插头88。
按图3和10的实施例的特征是短的结构长度。其可以例如用于开槽机中的垂直主轴。
脱开装置21构成如前述实施例同样的。
如图1和8所示，在安装凸缘52上设置一注油嘴89，连接于润滑孔90至92。这些润滑孔通过安装凸缘52、壳体30和推出螺母41。按这种方式可以润滑推出螺母41和螺纹轴44。
图11、12和13示出脱开装置的优选的控制装置的一部分。驱动装置22(图11和12)以电机电流Imot运行。利用两个开关元件93、94，其在该实施例中为继电器，可以调节驱动装置22的转向并从而调节螺纹轴44的转向。电机在代用电路图中包括一电感Lmot和一电阻Rmot，后者根据电机温度是可变的。一测量电阻Rmess95串联于电机。测量电阻Rmess显著小于电机电阻Rmot，因此并不显著降低电机功率。
在测量电阻Rmess95上根据电机电流Imot下降一电压Umess，该电压被输给一控制装置96。后者包括一比较器97，在其中将电压Umess与一基准电压Uref比较。一旦电压Umess≥基准电压Uref，比较器97就供给关闭模块99一信号98。该关闭模块产生一关闭信号，借其操作开关元件93并关闭电机。
电压Umess正比于电机电流Imot，后者正比于电机转矩Mmot。经由基准电压Uref可以调准最大可能的电压Umess并从而调准电机的关闭电流。因此确保电机受载只达到其允许的电机电流和电机转矩。
由于测量电阻Rmess95显著小于电机电阻Rmot，从而还保护驱动装置22以防过载。

Claims (33)

1.一种用于操作刀具用夹具的脱开装置，包括至少一个脱开元件，该脱开元件通过一个驱动装置可从一个静止位置移到一个脱开位置，该脱开元件在该脱开位置使夹具的一夹紧杆克服夹紧力移到一个释放位置，其特征在于，驱动装置(22)为一台电机。
2.按照权利要求1所述的脱开装置，其特征在于，电机(22)的轴设置成与脱开装置(21)的轴线至少平行优选对齐。
3.按照权利要求1所述的脱开装置，其特征在于，电机(22)的轴设置成与脱开装置(21)的轴线具有角度优选垂直。
4.按照权利要求1至3之一项所述的脱开装置，其特征在于，电机轴(47)经由一个锥齿轮转动(84、85)与脱开装置(21)的一根传动轴(44)传动连接。
5.按照权利要求1、2或4之一项所述的脱开装置，其特征在于，夹具(6、16)、脱开装置(21)和电机(22)轴向连续设置。
6.按照权利要求4或5所述的脱开装置，其特征在于，脱开元件(41)安装在传动轴(44)上。
7.按照权利要求4至6之一项所述的脱开装置，其特征在于，传动轴(44)轴向固定地设置在脱开装置(21)的一个壳体(30)中。
8.按照权利要求4至7之一项所述的脱开装置，其特征在于，传动轴(44)为一螺纹轴。
9.按照权利要求8所述的脱开装置，其特征在于，脱开元件(41)螺纹啮合地安装在传动轴(44)上。
10.按照权利要求1至9之一项所述的脱开装置，其特征在于，脱开元件(41)相对于脱开装置(21)的壳体(30)防转地设置。
11.按照权利要求1至10之一项所述的脱开装置，其特征在于，脱开元件(41)设有至少一个抗转矩支柱(48)。
12.按照权利要求11所述的脱开装置，其特征在于，抗转矩支柱(48)为一径向从脱开元件(41)中凸出的杆。
13.按照权利要求11或12所述的脱开装置，其特征在于，抗转矩支柱(48)的自由端在脱开装置(21)的壳体(30)的一开槽(49)中轴向导向。
14.按照权利要求1至13之一项所述的脱开装置，其特征在于，脱开装置(21)的壳体(30)安装在一个安装凸缘(52)中，壳体(30)相对于安装凸缘(52)可有限地轴向移动。
15.按照权利要求1至14之一项所述的脱开装置，其特征在于，脱开装置(21)与一根刀具主轴(3)连接。
16.按照权利要求15所述的脱开装置，其特征在于，脱开装置(21)具有至少一个连接元件(31)。
17.按照权利要求16所述的脱开装置，其特征在于，连接元件(31)设置在脱开装置(21)的壳体(30)上。
18.按照权利要求16或17所述的脱开装置，其特征在于，连接元件(31)可拆式安装在壳体(30)上。
19.按照权利要求16至18之一项所述的脱开装置，其特征在于，连接元件(31)为一个连接环。
20.按照权利要求16至19之一项所述的脱开装置，其特征在于，连接元件(31)搭接刀具主轴(3)的一个配合连接元件(12)。
21.特别是按照权利要求16至20之一项所述的脱开装置，其特征在于，连接元件(31)为一个剖分的连接环。
22.按照权利要求21所述的脱开装置，其特征在于，两个连接环形件(31a、31b)各绕一个轴(38、39)可摆动地支承在脱开装置(21)的壳体(30)上。
23.按照权利要求20至22之一项所述的脱开装置，其特征在于，配合连接元件(12)为一拧紧到刀具主轴(3)的主轴轴(5)内的连接螺钉。
24.按照权利要求20至23之一项所述的脱开装置，其特征在于，一个与刀具主轴(3)的夹紧杆(6)固定连接的受压件(11)从配合连接元件(12)中凸出来。
25.按照权利要求24所述的脱开装置，其特征在于，受压件(11)处于脱开元件(41)的位移路径中。
26.按照权利要求20至25之一项所述的脱开装置，其特征在于，连接元件(31)和配合连接元件(12)在脱开装置(21)的初始位置彼此间具有轴向间距。
27.按照权利要求20至26之一项所述的脱开装置，其特征在于，连接元件(31)和配合连接元件(12)具有支承面(76、77)，所述支承面在脱开装置(21)的初始位置彼此间具有轴向间距。
28.按照权利要求24至27之一项所述的脱开装置，其特征在于，在脱开元件(41)撞到受压件(11)上时，壳体(30)可随传动轴(44)轴向一直移动到使连接元件(31)和配合连接元件(12)的支承面(76、77)相互靠紧。
29.按照权利要求28所述的脱开装置，其特征在于，在支承面(76、77)相互靠紧以后，通过脱开元件(41)可移动夹紧杆(6)以便释放刀具(1)。
30.特别是按照权利要求1至29之一项所述的脱开装置，其特征在于，在一个测量电阻(95)上根据电机电流(Imot)下降一个电压(Umess)，该电压与一个控制装置(96)中的一个基准电压(Uref)相比较，控制装置根据比较产生一个用于电机(22)的关闭信号(98)。
31.按照权利要求30所述的脱开装置，其特征在于，电压(Umess)正比于电机电流(Imot)。
32.按照权利要求30或31所述的脱开装置，其特征在于，电机电流(Imot)正比于电机转矩(Mmot)。
33.按照权利要求30至32之一项所述的脱开装置，其特征在于，在超过基准电压(Uref)时关闭电机(22)。
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