CN1880009A - 刀具夹持结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了简化的机床刀具夹持机构，可精确夹持刀具。刀具柄经套筒的通孔插入到刀具柄插入孔中。套筒插入部被插入大直径部且被用螺栓等同心固定于主轴，以轴向压缩设在大直径部上的至少一个环形弹性部件。第一柄支撑部设在刀具柄插入孔内，第二柄支撑部设在套筒通孔上。插入部的第一端部的轴向截面为半圆形或锥形。在垂直于刀具柄轴线的方向上，刀具柄插入孔、套筒通孔和环形弹性部件具有与刀具柄匹配的截面形状。

Description

刀具夹持结构
技术领域
本发明涉及机床的刀具夹持，特别涉及将刀具柄夹持并夹紧到机床主轴上的刀具夹持结构。
背景技术
在现有技术中，夹头卡盘和液压卡盘广泛用于机床的刀具夹持。然而，当使用夹头型卡盘时，容易引起刀具安装错误，这取决于夹头和主轴的锥形部分的尺寸精度。此外，在较小且高速的主轴上安装液压卡盘类机构因所涉及的设计难度而不切实际。此外，已经提出了与机床的刀具夹持相关的多种技术，也公开于专利出版物中。
JP11-77413A是典型的实例，其公开了夹持刀具的波纹管形夹持器。该波纹管形夹持器具有由夹持部件包围的外周面或插入夹持部件的内孔，其一个端面与环形基准体或环形基准部接触且另一端面形成具有突出部的圆柱形部件。该圆柱形部件是弹性部件，当连有夹持部件时，该圆柱形部件在被向上述一端轴向压缩时径向扩展以夹持管固定夹持部件。沿波纹管形夹持器的长度延伸到中途的轴向切口设于波纹管形夹持器的外周面上，以在如上述般受压缩时帮助径向扩展。
该类型的管可被看作一种弹性部件。同时，根据本发明的刀具夹持结构也使用弹性部件，从该意义上来讲，JP11-77413A公开了与本发明相同基本类型的技术。然而，(夹持部件的)柄被支撑的方式与本发明完全不同。如后面将要详细描述的，在根据本发明的夹持结构中，刀具柄仅在两部分处受支撑，也就是在弹性部件的纵向两侧(沿刀具轴两处)，且该两处支撑便于夹持机构的简化及夹持刀具的精度的提高。
公开于JP11-77413A中的技术没有如本发明般在两处支撑被夹持物，与之相反，是在波纹管形夹持器的整个内表面处夹紧刀具柄(特别参看[0012]段)，与本发明所使用的两部分支撑技术明显不同。换言之，在JP11-77413A所示的现有技术中，柄由内圆周的单个部分支撑于主轴前端。其结果，刀具柄因插入角度等而在安装定向上存在引起错误的危险。
在机床中，刀具安装中的任何不平衡或不精确都将影响机加工，因此需要刀具的精确夹持和刀具更换的重复精确性。此外，小型和高速的主轴需要更简单和更精确的刀具夹持结构。
发明内容
本发明提供一种刀具夹持结构，该结构以两部分支撑方式支撑刀具柄来实现简单但却精确的刀具夹持。
本发明简化了将刀具柄夹紧到机床主轴上的刀具夹持结构，并通过在主轴内两部分处提供支撑位置以及提供将刀具夹持在该两支撑部分之间的弹性部件来解决上述问题。在本发明中，两支撑部分是设于主轴前端上的套筒和主轴的内部，且位于两支撑部分之间的弹性部件被径向向内压缩来将柄固定到位，由此可以进行简单但精确的刀具夹持。
本发明的刀具夹持结构包括：第一柄支撑部，由形成在主轴内的刀具柄插入孔的部分内圆周面提供；第二柄支撑部，由形成在套筒内的通孔的内圆周面提供，所述套筒同轴安装于主轴末端；至少一个弹性部件，设在所述第一和第二柄支撑部之间的空间内，所述空间形成在刀具柄插入孔和插入其中的刀具柄之间；和压缩装置，用于轴向压缩所述弹性部件来径向扩展所述弹性部件，以使刀具柄夹持并夹紧在主轴上。
弹性部件可以具有环形形状。
压缩装置可包括安装于主轴末端的套筒，以从其与所述弹性部件接触的部分施加压缩所述弹性部件的压缩力。
套筒的与所述弹性部件相接触的部分可具有半圆形或锥形轴向截面形状。
在垂直于主轴轴线的平面上，主轴的刀具柄插入孔、套筒的通孔和所述弹性部件可具有与刀具柄截面匹配的截面。
根据本发明的刀具夹持结构很简单，因此改善了可靠性。此外，倘若柄支撑部制造精确且使外径与刀具之间的公差最小，则即使是超精密机加工应用中使用的刀具的所采用的刀具柄的销规等级，本发明也可容易地实现精确的刀具夹持。
附图说明
图1是表示沿主轴的轴线剖面的剖视图，示出了根据本发明一个实施例的刀具夹持结构的主要部件。
图2是表示沿主轴的轴线剖面的剖视图，示出了提供多个环形弹性部件的刀具夹持结构的变型。
图3a和图3b是表示沿主轴的轴线剖面的剖视图，示出了压缩环形弹性部件的保持套筒位置的结构，其中，图3a表示用螺栓实现紧固的实例，图3b表示用形成于套筒和主轴上的螺钉—螺母实现紧固的实例。
图4a和图4b表示压缩弹性部件的套筒沿主轴轴线的截面形状，其中，图4a表示截面为锥形形状的实例，图4b表示截面为半圆形形状的实例。
图5a和图5b表示刀具夹持结构的夹持接触部，其中，图5a表示刀具柄的截面为圆形的情况，图5b表示刀具柄的截面为多边形的情况。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本发明的实施例。
图1是表示沿主轴的轴线剖面的剖视图，示出了根据本发明一个实施例的刀具夹持结构的主要部件。在图1中，参考标记1表示机床的主轴，主轴1具有沿主轴1轴向延伸的刀具柄插入孔11。参考标记2表示同轴地安装于主轴1上的套筒，套筒2具有插入部21，插入部21插入形成于刀具柄插入孔11的进入侧上的大直径部11a。
大直径部11a的内圆周面和插入部21的外圆周部两者的形状和尺寸精确地互相匹配。套筒2还具有刀具柄3所经过的通孔。该通孔形成为与插入部21的外圆周面精确地同心，且同时其形状与尺寸与刀具柄3的外圆周面精确匹配。此外，经过开始于大直径部11a终止处的适当范围(例如，沿轴线几cm的范围；在后面也称作“小直径部”)，刀具柄插入孔的内圆周面的形状和尺寸与刀具柄3的外圆周面精确匹配。
同时，环形弹性部件4设于刀具柄插入孔11的大直径部11a的底部外圆周部上(在形成刀具柄插入孔11和刀具柄3之间的空间的部分内)。环形弹性部件4的内圆周面在自然状态下(就是说，不受外力作用)其形状和尺寸与刀具柄3的外圆周面基本精确地匹配。刀具柄3的安装或夹持可例如通过下列顺序实现。
首先，刀具柄3经套筒2中的通孔插入到刀具柄插入孔11中。然后，套筒2的插入部21以后述方式插入到大直径部11a中并同心地固定于主轴1上。当套筒2固定于主轴1上时，插入部21的第一端部同心地压缩环形弹性部件4，这导致了环形弹性部件4径向扩展以将刀具柄3夹持和固定于主轴1上。
检查刀具柄3被支撑的位置，可以看到，首先，刀具柄插入孔11的部分的内圆周面(上述小直径部)形成一个柄支撑部(第一柄支撑部A1)，且套筒2的通孔的内圆周面形成另一柄支撑部(第二柄支撑部A2)。该两部分支撑是本发明的基本区别特征，据此，刀具柄因插入角度等而在安装方向上引起错误的危险基本消失。应该注意到的是，环形弹性部件4的内圆周面是向刀具柄3的外圆周部施加压缩力的压缩部B，在该意义下也可被称作第三柄支撑部。
图2是表示沿主轴的轴线剖面的剖视图，示出了提供多个环形弹性部件的刀具夹持结构的变型。如图2所示，在本变型中，两个环形弹性部件41、42轴向设置。本领域技术人员可以理解，除了本变型，还可以采用刀具柄3的外圆周被多个弹性部件包围的布置。例如，一种构造可以是刀具柄3的外圆周被两个以约180度夹角延伸的半圆弹性部件包围。
图3a和图3b表示维持压缩环形弹性部件的恒力的机构实例。图3a表示用与顶部孔啮合的螺栓22将在环形弹性部件41、42上施加压缩力的套筒2固定及夹紧于主轴上。图3b表示的实例中，套筒2的形状能够安装于主轴1的外圆周上，其中，通过在主轴1的外圆周上攻出母螺纹并在覆盖母螺纹的套筒2的伞形部23的内圆周部上攻出外螺纹，来形成螺钉—螺母结构5，将套筒2的伞形部23安装到主轴1的外圆周上并将套筒2固定于主轴1上。此类结构压缩环形弹性部件41、42并可使夹持力保持恒定。
接着，图4a和4b表示的实例中，改变了套筒2的前端部的形状(即对弹性部件施加压缩力侧的轴向截面形状)以能够更有效地压缩弹性部件4。图4a表示的实例中，形状为锥形，且前端形成扁平的环形平面。图4b表示的实例中，形状为半圆形，其中前端面是升起的环形形状的弯曲面。有效地径向向内地压缩弹性部件4能改善夹持力，并具有延伸弹性部件4工作寿命的额外优点。
图5a和图5b表示刀具夹持结构的夹持接触部，其中，图5a表示刀具柄的截面为圆形的情况，图5b表示刀具柄的截面为多边形的情况。两种情况下，主轴1中的刀具插入孔的内圆周面13、14、套筒2的通孔的内圆周面24、25和弹性部件4的内圆周面43、44中的每个的垂直于轴向的截面形状皆与刀具柄的截面形状匹配。此类形状使刀具夹持结构不仅能够容纳杆形柄而且能够容纳截面为多边形例如，三角形、四边形、六边形等的柄。

Claims (5)

1.一种刀具夹持结构，用于将刀具柄夹持并夹紧于机床的主轴，包括：
第一柄支撑部，由形成在主轴内的刀具柄插入孔的部分内圆周面提供；
第二柄支撑部，由形成在套筒内的通孔的内圆周面提供，所述套筒同轴安装于主轴末端；
至少一个弹性部件，设在所述第一和第二柄支撑部之间的空间内，所述空间形成在刀具柄插入孔和插入其中的刀具柄之间；和
压缩装置，用于轴向压缩所述弹性部件来径向扩展所述弹性部件，以使刀具柄夹持并夹紧在主轴上。
2.根据权利要求1所述的刀具夹持结构，其中所述弹性部件具有环形形状。
3.根据权利要求1所述的刀具夹持结构，其中所述压缩装置包括安装于主轴末端的套筒，以从其与所述弹性部件接触的部分施加压缩所述弹性部件的压缩力。
4.根据权利要求3所述的刀具夹持结构，其中套筒的与所述弹性部件相接触的部分具有半圆形或锥形轴向截面形状。
5.根据权利要求1所述的刀具夹持结构，其中，在垂直于主轴轴线的平面上，主轴的刀具柄插入孔、套筒的通孔和所述弹性部件具有与刀具柄截面匹配的截面。
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