CN1849086A - 工具夹 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工具夹，其构造来将冷却剂传送到工件和/或工具。这种工具夹包括用来容纳工具柄部的工具安装孔，以及轴向延伸的中央通道，所述中央通道用来接收通过机床的主轴传送的冷却剂。这种工具另外还包括数个位于工具安装孔周围的冷却剂通道，用于将从中央通道传送冷却剂以及将冷却剂分配到工件和工具上。冷却剂通道基本上平行于工具安装孔地延伸并且与工具安装孔稍微径向地间隔开。

Description

工具夹

技术领域

本发明涉及用于机床的工具夹(tool holder)，并且更具体地说涉及适于给工件和工具提供冷却剂的工具夹。工具夹从机床的主轴接收冷却剂并且将冷却剂导向到工具周围以便将冷却剂直接提供给工件的加工区域。

背景技术

相关领域的技术人员很久就已经知道了对于加工操作、切削等(本文中统称为加工)使用冷却剂和/或切削液的好处。冷却剂和切削液(下文中简称为冷却剂)首先通过冷却工件和工具来改进加工操作的性能。另外，冷却剂对工件和工具进行润滑，从而减少摩擦热的产生。此外，冷却剂的使用还可以通过首先抑制碎屑粘合在工具以及进一步通过将移除材料的碎屑从加工地点冲刷掉来改进切削材料的移除。

这些作用给这种工艺带来了一些改进。可以降低执行给定操作所需的切削力从而使得能使用较高的切削速度。工件和工具的冷却，还有摩擦热的减小，连同较低的切削力一起增大了工具的寿命。而且，切削材料的更充分移除使得能以更高的速率产生切削材料，即允许了更快和/或更深的切削，并且还提供了对于移除材料碎屑的更好控制。所有这些改进便于提供最终产品改进的表面光洁度以及增大的工件精度，同时减少了加工时间。

通常，利用能人工定位的软管和喷嘴来给工件提供冷却剂。这种系统通常包括源自于工具附近或附属到工具的冷却剂泵的鹅颈式软管或者类似装置。鹅颈式软管包括位于其自由端上的喷嘴。鹅颈式软管可以定位为在期望位置处将一股冷却剂导向到工件或工具上。

人工可调的冷却剂系统通常仅仅适用于提供相对较低压力的冷却剂流。在较高的压力下，必须刚性的保持喷嘴以防止喷嘴移动。然而，刚性的固定喷嘴就增加了难度和人工布置喷嘴所需的时间。不幸的是，低压冷却剂流不能有效地用于移除碎屑，并且通过给定喷嘴的冷却剂流速也较低从而减小了系统的可用冷却能力。冷却剂的穿过至少在某种程度上也与冷却剂压力相关。因此，较低压力的冷却剂流穿过切削地点的能力较低。

对于较大的切削包迹(cutting envelope)，必须多次且频繁的调整冷却剂流以便维持冷却剂向切削地点附近的供应。冷却剂喷嘴的重新定位就要求停止切削操作并且人工的调节鹅颈式软管和喷嘴以便将冷却剂流导向到新的期望位置。切削工艺这种重复性的停止会大大的增加生产成品所需的时间。这种延迟导致的挫折经常会要求机器操作员在工具仍然在操作的同时重新布置冷却剂喷嘴。这种操作的危险是显而易见的。

此外，依赖于人工定位的冷却剂喷嘴的冷却剂系统降低了现代化自动加工的好处。随后切削路径是计算机控制的并且无需操作员的干涉，但是将冷却剂保持为指向切削地点却需要操作员的一直注意。

最近，已经开发出了将冷却剂供应到工具夹或刀夹的冷却系统。可以通过工具的主轴或者从装配在工具夹周围的轴环来供应冷却剂。通常，这些系统提供了针对工具的冷却剂流。然而，这种构造导致了冷却剂从工具上的溅开，和/或由于旋转工具的离心力而使冷却剂分散。最终结构是冷却剂向加工地点的低效率传送。而且，这种冷却剂传送系统一般依赖于交叉通道的复杂网络来将冷却剂分配到用于传送冷却剂的导管。这些通道通常需要塞子并且涉及了复杂的加工操作。

另一种冷却系统实际上通过工具中的内部冷却剂通道将冷却剂供应穿过工具本身。冷却剂通常通过主轴冷却剂传送被供应到所使用的工具。工具中的冷却剂通道将冷却剂传送通过工具达到工具的远端。于是，冷却剂从远端直接排放到工件和工具上。然而，这只是在利用工具的端面进行切削或者在钻盲孔时适用。在利用工具的侧面进行切削时，冷却剂就不能被导向到切削面。类似地，在完成通孔时，从工具远端排出的冷却剂简单的穿过工件。此外，因为工具被钻出孔以便提供贯穿其中的冷却剂通道，这种工具就比常规的工具弱一些。冷却剂贯穿其中的的工具也明显比常规的工具昂贵得多，因为其需要复杂的制造工艺。

发明内容

根据一个方面，提供了一种与机床一起使用的工具夹，该机床构造为通过其主轴来提供冷却剂，这种工具夹包括有构造来被容纳在主轴内的柄部，其中该柄部包括轴向延伸的冷却剂孔，该冷却剂孔构造来从主轴接收冷却剂。这种工具夹还包括有工具安装部，该工具安装部包括轴向延伸的工具安装孔，该工具安装孔被构造来容纳工具柄部，这种工具夹还包括有多个基本上平行于工具安装孔延伸的轴向冷却剂通道，其中冷却剂通道直接从冷却剂孔延伸。

附图说明

从下述对于其示例性实施例的详细描述中，本发明的特点和优点将会很明显，这些描述应当连同附图一起考虑，在附图中：

图1是根据本发明的示例性工具夹的横截面视图；

图2是图1所示示例性工具夹的端视图；

图3是图1所示示例性工具夹的工具安装部分的局部图；和

图4是根据本发明的另一示例性工具夹的横截面视图。

具体实施方式

参照附图，其中示出了根据本发明的工具夹的示例性实施例。这里的工具夹被构造成与装备的机床一起使用来提高能够“贯穿主轴的冷却”。从主轴供应的冷却剂可由工具夹导向到待切削的工件以及工具上。这里，冷却剂用来指代可以与加工操作、钻孔操作、切削操作等一起使用的冷却剂、切削液等。于是，在使用常规工具的情况下，本发明的工具夹可以允许冷却剂穿过到工具的切削面以及工件，而无需使用昂贵的冷却剂贯穿其中的工具。此外，本发明的工具夹可以为侧面铣削操作和钻通孔操作提供有效的冷却。贯穿工具的冷却对于这些操作来说效率很低。

参照图1，其中示出了根据本发明的工具夹100的横截面。工具夹100通常包括柄部102和工具安装部104。工具安装部104可以为大致圆柱形元件。工具安装部104也可以采用其它构造。工具夹100还可以包括位于柄部102和工具安装部104之间的大致环形凸缘112。凸缘112可以包括在凸缘112周围圆周地延伸的V形槽114，从而允许工具夹与自动化的工具更换系统一起使用。

柄部102具有锥形外表面106，其构造成容纳在机床的主轴(未示出)中以将工具夹100与主轴对准。柄部102包括轴向地延伸入工具夹100的冷却剂孔116。冷却剂孔116被构造成从主轴接收冷却剂。冷却剂孔116可以包括与工具夹100的端部相邻的螺纹部118。螺纹部118可以允许各种配件(比如保持旋钮)的连接，用于将冷却剂传送到工具夹100以及用于将工具夹100保持在主轴中。

工具安装部104包括工具安装孔108，其构造成接收工具等(未示出)的至少一部分柄部。工具安装部104还可以包括多个径向延伸的孔110，它们在工具安装部104的圆周周围大致均匀间隔地分布。通过将工具柄部插入到工具安装孔108中并且通过相对于工具柄部将螺纹地啮合在圆周间隔的孔中的固定螺钉(未示出)紧固，就可以将工具安装到工具100上。当然，本领域的熟练技术人员将认识到，也可以使用固定工具的其它方法。

还参照图2，其示出了工具夹100的端视图，工具安装部104另外还包括多个从工具安装部104延伸到柄部102的冷却剂孔116的冷却剂通道120，或者工具安装部中冷却剂孔的延伸部分(例如工具安装孔108的一部分)。附图中所示的冷却剂通道120相对于工具夹100的纵轴大致等角度间隔地布置。冷却剂通道120的等间距方便了工具夹100的平衡。如果工具夹100将要用于高速加工，那么很希望有高等级的平衡以便最小化工具夹的摇晃，在这种高速加工中可以观察到每分钟数千乃至数万转的主轴速度。然而，这种等间距并不是本发明所必须有的。

如图2所示，固定螺钉孔110可以布置在相邻的冷却剂通道120之间。这种构造消除了与冷却剂泄漏、冷却剂通道120中不希望出现的压力降低相关的事情，并且还简化了制造工艺。

冷却剂通道120从工具安装部104的端面朝着工具夹100的柄部102延伸。冷却剂通道120基本上与工具安装孔108的中心轴线平行地朝向。有利地，冷却剂通道120平行于工具安装孔108的中心轴线，误差在1度以内。

另外，冷却剂通道120与工具安装孔108以及保持在其中的任何工具都径向地间隔开。也就是说，至少薄壁的工具安装部104存在于工具安装孔108和冷却剂通道120之间。优选地，将冷却剂通道120和工具安装孔108分隔开的壁的厚度至少在大约0.015至0.020英寸的范围内。有利地，壁的厚度可以在0.03125至0.0625英尺的数量级上，或者更大。

在操作中，工具被安装在工具夹100的工具安装孔108中，并且锥形柄部102容纳在机床的主轴中。受压的冷却剂通过机床的主轴提供并进入工具夹100的冷却剂孔116。冷却剂穿过轴向延伸的冷却剂孔116流动到冷却剂通道120，并且从工具夹100的远端以绕着工具的周围呈多个冷却剂流的形式排出。

如前所述，冷却剂通道120基本上平行于工具安装孔108延伸，并且因此也基本上平行于容纳在安装孔108中的工具。从冷却剂通道120排出的冷却剂流将类似地平行于安装在工具夹100中的工具。基本上平行的冷却剂流可以改进冷却剂沿着工具长度的穿过。如果冷却剂流指向工具本身，冷却剂将被工具偏转和/或分散，从而减少冷却剂的穿过。

类似地，因为冷却剂通道120与工具稍微间隔开，从工具夹100排出的冷却剂流将不会显著地由于与工具接触所导致的离心动作而分散或干扰。然而，因为冷却剂流只是与工具稍微地间隔开，冷却剂流仍然提供了沿着工具长度的良好穿过。工具夹100可以特别适于面铣和侧铣操作，以及用于切削凹穴。冷却剂流的穿过甚至足以提供有效的冷却以允许钻出较浅到中等深度的孔。

在图1所示以及如图3中工具安装部104的局部图所示的示例性工具夹100中，从柄部102延伸的冷却剂孔116的直径通常等于工具安装部108的直径。为了将冷却剂提供给轴向延伸的冷却剂通道120，可在冷却剂孔116和工具安装孔108之间提供腔室122。腔室122的内径至少足够大以充分地横切冷却剂通道120从而允许冷却剂从冷却剂孔116流动到冷却剂通道120。有利地，腔室122的内径可以足够地大以横切每个冷却剂通道120的全部直径。

可以设置腔室122，其在腔室122、冷却剂孔116与工具安装孔108之间具有锥形或角形过渡段124和126。过渡段124、126可以方便流体更有效地从冷却剂孔116流动穿过冷却剂通道120。如图所示，冷却剂通道有利地可以从腔室122和工具安装孔108之间的远端过渡段126延伸。

转向图4，其中示出了根据本发明的另一示例性工具夹400。如同前述实施例那样，工具夹400通常包括构造来被容纳在机床的主轴(未示出)中的锥形柄部402，以及工具安装部404。工具安装部包括构造来容纳工具(未示出)柄部的工具安装孔408。大致环形的凸缘112可以布置在柄部402和工具安装部404之间。凸缘412可以包括有V形槽以方便自动化的工具更换系统。

多个冷却剂通道420布置在工具安装孔408的周围。冷却剂通道420基本上平行于工具安装孔408延伸，并且因此也基本上平行于可安装在工具安装孔408中的工具。如同前述示例性实施例中那样，冷却剂通道120与工具安装孔408径向地间隔开，优选地至少间隔0.015至0.020英寸之间。

在图4所示的示例性工具夹400中，从柄部402延伸的冷却剂孔416的直径大于工具安装部408的直径。因此，轴向延伸的冷却剂通道420可以直接延伸到冷却剂孔416。于是，就无需如同前述实施例那样使用腔室或冷却剂孔的放大区域。然而，类似于前述实施例，冷却剂通道420可横切沿着锥形过渡段426的冷却剂孔416。如前那样，这种过渡段便于冷却剂从冷却剂孔415充分地流动进入冷却剂通道420。

在所示和所述实施例中，冷却剂孔和工具安装孔形成了穿过工具夹的连续通道。然而，应当理解的是，这种构造并不是本发明所必须的。冷却剂供应孔可以只是部分地朝着工具安装孔延伸，并且冷却剂通道可以至少延伸到冷却剂孔的远端。这种构造可用来避免在容纳在工具安装孔中的工具柄部上出现冷却剂的压力。

虽然已经按照适用于常规工具对工具夹进行了描述，但是本发明的工具夹还适用于构造来贯穿工具地传送冷却剂的工具，即具有贯穿其中延伸的冷却剂通道的工具。

此外，本领域的熟练技术人员会认识到，本发明的工具夹可以基于常规的工具夹来制造，比如适于贯穿工具地传送冷却剂的工具夹，其中冷却剂可以通过机床主轴来供应。

本文所描述的实施例只是利用本发明的情况中的几个，并且在此是示例性的而是限制性的。本领域的熟练技术人员将理解到，在不偏离本发明精神和范围的前提下，能对本发明进行很多变型和变化。因此，本发明不应限于上述描述，而是应当由所述权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种与机床一起使用的工具夹，该机床构造为通过其主轴来提供冷却剂，所述工具夹包括：

构造来被容纳在所述主轴内的柄部，所述柄部包括轴向延伸的冷却剂孔，所述冷却剂孔构造来从所述主轴接收冷却剂；

工具安装部，其包括轴向延伸的工具安装孔，所述工具安装孔被构造来容纳工具柄部；和

多个基本上平行于所述工具安装孔延伸的轴向冷却剂通道，所述冷却剂通道直接从所述冷却剂孔延伸。

2.根据权利要求1的工具夹，还包括布置在所述柄部和所述工具安装部之间的大致环形凸缘。

3.根据权利要求2的工具夹，其中所述大致环形凸缘包括有周向延伸的V形槽，所述V形槽位于所述凸缘的边缘中。

4.根据权利要求1的工具夹，其中所述多个冷却剂通道与所述工具安装孔径向地间隔大约至少0.015英寸。

5.根据权利要求4的工具夹，其中所述多个冷却剂通道与所述工具安装孔径向地间隔大约0.03125-0.0625英寸之间。

6.根据权利要求1的工具夹，其中所述冷却剂孔的远端包括有腔室，所述腔室的内径大于所述冷却剂孔的内径，所述多个冷却剂通道从所述腔室延伸。

7.根据权利要求6的工具夹，其中所述腔室的远端部包括有向内变细的过渡段，所述多个冷却剂通道从所述变细的过渡段延伸。

8.根据权利要求1的工具夹，其中所述冷却剂孔的远端部包括有向内变细的过渡段，所述多个冷却剂通道从所述变细的过渡段延伸。

9.根据权利要求1的工具夹，其中所述工具安装部还包括至少一个径向延伸的孔，所述孔构造来容纳用于保持所述工具柄部的紧固件。

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