CN1929942A - 液压扩张式卡盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液压扩张式卡盘(1)，它特别在一种细长的构造形式中是有利的。扩张式卡盘(1)设有一个设置在其工具侧的端部(3)上的、由一个增压腔(12)围绕的扩张套筒(10)，该扩张套筒在一种容纳于增压腔(12)内的压力介质(F)的作用下可径向变形而夹紧一个工具。轴向与扩张套筒(10)隔开距离地设置一个压力产生装置(14)，其中为了从压力产生装置(14)向增压腔(12)传送压力，设置一个压力输送系统(13)，该压力输送系统通过一个同心于卡盘轴线(2)的环形间隙(11)构成。

Description

液压扩张式卡盘
技术领域
本发明涉及一种液压扩张式卡盘，用于夹紧一个工具，特别是钻头或铣刀。
背景技术
卡盘用于连接一个旋转驱动的工具与一台机床的驱动轴。因此一个卡盘具有一个明显的卡盘轴线，在操作中，卡盘和在其中夹紧的工具绕该轴线旋转。卡盘在该卡盘轴线的方向总是具有一个设置用于安装工具的工具侧的端部和一个机床侧的端部，其构成用于卡盘与机床的驱动轴的连接。一种本身已知的卡盘类型构成所谓的液压扩张式卡盘。在一种这样的扩张式卡盘中，用于工具的安装孔通过一个薄壁的扩张套筒构成。扩张套筒由一个增压腔围绕，其充满压力介质例如油。扩张套筒现在构成使其在对压力介质施加压力时被径向弹性变形并同时夹紧嵌入的工具。一种液压扩张式卡盘特别具有优点，它在操作中抑制产生的振动和冲击。因此在加工时达到一种特别高的表面光洁度和工具的长寿命。
由WO 03/095132 A1已知一种这样的液压扩张式卡盘。在该已知的扩张式卡盘中增压腔构成在一个与基体成一件构成的扩张套筒与一个拧紧在基体上的夹紧环之间。对此通过夹紧环相对基体的拧紧可以缩小或加大增压腔的容积并从而使压力介质受压力或卸压。
不同于上述的卡盘，在一种扩张式卡盘中，常常设置一例如构成为活塞/缸的压力产生装置，其相对增压腔和扩张套筒向工具侧的端部轴向位错地设置。一种这样的扩张式卡盘例如由WO 98/39123 A1是已知的。为了从压力产生装置向增压腔传送压力，在该卡盘中设置一个油输送系统，其包括在卡盘材料中制出的许多细小的连接孔。
此外由DE 743 530 C已知一种套到工作轴上的卡盘，它具有一个不仅径向向外而且径向向内进行夹紧的扩张套筒。
特别在模具和锻模的制造中需要很长而细的卡盘。但通用的扩张式卡盘以如此细长的构造形式不再可以构造或只能以很大的费用构造。例如在一种特别细的扩张式卡盘中，由于空间原因不再能装上一个可移动的夹紧环，如其由WO 03/095132 A1已知的。同样，由于细长的卡盘的薄壁不再可以或只能仍耗费很大地实现一个连接孔，如其由WO 98/39123 A1用于中间增压已知的。并且随着越来越大的卡盘长度为了制出相应的较长的连接孔大幅度地提高费用。另一问题产生于，在施加压力时也在每一连接孔的区域内将张力导入扩张式卡盘的材料内，其可能导致卡盘的明显的扭曲并从而导致对工具的同心旋转的损害。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种液压扩张式卡盘，该扩张式卡盘可以用较少的费用以细长的构造方式实现并且以有利的应用特性为特征。
按照本发明通过权利要求1的特征达到该目的。依此在扩张式卡盘的工具侧的端部设置一个扩张套筒，用以容纳和夹紧工具。为了产生一个使该扩张套筒液压变形的压力，卡盘具有一个压力产生装置，其轴向于扩张套筒和围绕扩张套筒的增压腔位错地设置。为了沿增压腔与压力产生装置之间的轴向距离传送施加的压力，扩张式卡盘包括一个压力输送系统，其按照本发明通过一个环形封闭的并且同心于卡盘轴线设置的间隙或通道构成。因此增压腔通过压力输送系统特别无过渡地轴向一直向压力产生装置那边延长。
相对一个作为压力输送系统的通常的孔，一个环形间隙在可对比的横截面积的同时具有一个总体上显著较小的径向扩展。一个具有足以压力传送的横截面积的环形间隙因此也仍可以节省空间地设置于极细的扩张式卡盘中。此外，在环形的压力输送系统的区域内在压力施加下导入卡盘的材料内的张力关于卡盘轴线始终是旋转对称的，从而不可能发生扩张式卡盘的不对称的变形并从而在操作中并不损害扩张式卡盘的同心旋转。
通过扩张式卡盘的两部分的构造可特别简单地实现环形的和同心的压力输送系统。其在本发明的一种优选的实施形式中，包括一个中心的基体，其在其工具侧的端部带有扩张套筒，和一个在工具侧安装在该基体上的夹紧套筒。通过夹紧套筒的内径和基体的外径的尺寸的适当的确定可以在基体与夹紧套筒之间形成一个环形间隙，其构成增压腔和轴向紧接着的压力输送系统。在一种简单和稳定的结构的意义上对此优选设定，基体和夹紧套筒特别通过硬钎焊相互连接成刚性的和压力密封的。
一种关于空间节省有利的扩张式卡盘的几何形状这样达到，即在夹紧套筒中设置压力产生装置。不仅关于简单的制造而且关于扩张式卡盘的简单的操作性有利的是一个具有一个活塞/缸系统的压力产生装置。其包括一个压力活塞，压力活塞在一个缸孔内或一个任选嵌入这样孔中的套筒内进行引导。增压腔、压力输送系统和压力产生装置用压力介质的简单的填注通过一倾斜于缸孔的填注孔达到，该填注孔连通汽缸孔与压力输送系统。在一种特别简单而有效的实现中可借助于一夹紧螺钉操纵压力活塞。
在本发明的扩张式卡盘的一种特别对模具和锻模制造有利的构造形式中，夹紧套筒在工具侧以一个伸长的、细的颈部区域伸出，其轴向长度至少为其外径的四倍。特别是该颈部区域的长度至少为100mm。
本发明的扩张式卡盘的一种特别的优点在于，以较少的费用可以达到一个很细的通过扩张套筒的内径产生的工具安装孔。例如扩张套筒的内径优选为12mm，但也可以选择显著更小的或更大的。在传统的扩张式卡盘中为了夹紧如此细的工具常常需要一个可嵌入卡盘的安装孔内的用于工具的缩小套，这对工具的同心旋转可能产生不利的影响。
为了达到扩张式卡盘的有效的夹紧作用，确认有利的是，将全部压力系统、亦即增压腔、压力输送系统和压力产生装置的总容积保持尽可能小的。这在本发明的一种有利的进一步构成中这样达到，即将形成压力输送系统和增压腔的环形间隙的径向扩展选成很小的。合乎目的的是环形间隙的径向扩展最多为0.2mm，优选约0.1mm。该极小的环形间隙的构成还是节省空间的并从而对于特别细长的扩张式卡盘的构造形式是有利的。
压力输送系统的环形型式在扩张式卡盘的中心区域形成空间，其因此可有利地用于其他的目的。例如在本发明的一种有利的实施形式中设定，基体设有一个中心的通道，其例如可用作为冷却剂通道。
在本发明的另一种有利的构成中，设置一个用于工具的轴向调整装置，其同样优选设置在扩张式卡盘的中心区域内。在适宜的实施形式中该轴向调整装置包括一个相对基体可轴向调整的调节销轴，其用作为待夹紧的工具的轴向挡块并且优选在基体的中心孔中进行引导。
在一种结构上特别简单的实施形式中，调节销轴在基体中可按照一种螺钉的方式轴向调整。为此调节销轴设有外螺纹，其与基体的中心孔的内螺纹共同作用。
在一种操作技术上特别有利的方案中，调节销轴可借助于一个可径向接近的调整螺钉调整，从而在已嵌入的工具的情况下也可以进行轴向调整。优选在基体内进行引导的调整螺钉对此在其内端设有螺旋螺纹，其与调节销轴的一轴向直线的制齿相啮合。
附图说明
以下借助附图更详细地说明本发明的各实施例。其中：
图1一种用于夹紧工具的液压扩张式卡盘的透视图；
图2按图1的扩张式卡盘的侧视图；
图3按图2的扩张式卡盘的纵剖面III-III；
图4按图2的扩张式卡盘的横剖面IV-IV；
图5按图2的扩张式卡盘的相对图3绕卡盘轴线旋转的纵剖视图；以及
图6扩张式卡盘包括另一种实施用于待夹紧的工具的轴向调整装置的按图5的视图。
彼此相当的部分和尺寸在全部图中始终设有相同的标记。
具体实施方式
图1至4中以不同的视图示出的液压扩张式卡盘(以下简称扩张式卡盘1)用于夹紧一个(未示出的)旋转驱动的工具、特别是在一台(同样未示出的)机床上的钻头或铣刀。扩张式卡盘1关于一个形成旋转轴线的卡盘轴线2构成基本上旋转对称的并且朝该卡盘轴线2的方向具有一个工具侧的端部3和一个机床侧的端部4。在工具侧的端部3的周围，扩张式卡盘1伸向一个伸长的和细的颈部区域5，其在自由端侧具有工具的安装孔6。颈部区域5的轴向长度L在这里为外径D的四倍到五倍。在优选的尺寸确定中，在外径为20mm和安装孔6的内径d为12mm时，长度L为100mm。但也可以实现更长的和/或更细的扩张式卡盘1的构造形式或更小的内径d。机床侧的端部4设有一例如构成为HSK轴的固定圆锥7用于将扩张式卡盘1连接到驱动轴上。
扩张式卡盘1基本上两部分地构成并且包括一个中心的基体8，在其工具侧的区域上安装一个大致钟形的夹紧套筒9。基体8和夹紧套筒9在工具侧和机床侧均相互硬钎焊并从而连接成刚性的和压力密封的。
基体8在安装孔6的区域内构成空心圆柱形的和薄壁的。该薄壁的基体8的区域称为扩张套筒10。该扩张套筒10优选与基体8构成一件的，但也可以由一分开的零件构成。在夹紧套筒9的内壁与对置的基体8的外壁之间在颈部区域5内构成一个环形间隙11。该环形间隙11只具有一极小的优选0.1mm的径向扩展R(大致相当于扩张套筒10的壁厚的十分之一)并因此由于分辨之故只在放大的图4中和其中特别在再次放大的详图A中确认如此大的程度。在图3中环形间隙11只作为加宽的黑线是隐约可见的。
环形间隙11在轴向方向沿夹紧套筒9的长度的大部分延伸并在安装孔6的区域内构成一个增压腔12，在其中容纳一种液体的压力介质F、特别是油。环形间隙11的向机床侧的端部4越过增压腔12延长的区域构成一个压力输送系统13，它将增压腔12流体连通地与一个相对增压腔12轴向位错的压力产生装置14连接并由此能够从压力产生装置14向增压腔12传送压力。径向扩展R在不受载的状态下沿环形间隙11的全长基本上是相等的，从而增压腔12无过渡地转入压力输送系统13。
如特别由图4可看出的，压力产生装置包括一个缸孔，在其中设置一个压力活塞16。压力活塞16或直接在缸孔15中或(如图4中所示)在一个嵌入缸孔15内的套筒17中可移动地进行引导。借助于一个夹紧螺钉18操纵压力活塞16。压力活塞16的内端带有一密封件19，其由弹性材料，特别是一种橡胶弹性体构成。压力产生装置14还包括一个填注孔20，其倾斜于缸孔15的内端延伸，而使其大致与环形间隙11相切。因此填注孔20不仅与缸孔15而且经由一个连接槽21与环形间隙11流体连通。通过一个球形密封22填注孔20相对于外界压力密封地封闭。
在扩张式卡盘1起动之前首先经由打开的填注孔20完全用液体的压力介质F注满压力缸15、填注孔20和环形间隙的共同的容积。为了避免压力系统内的气泡，这在真空下完成。在注满以后通过球形密封22压力密封地封闭填注孔。为了夹紧一个嵌入安装孔6内的工具，现在可以借助于一个螺钉改锥移动夹紧螺钉18，并由此在缸孔15内移动压力活塞16并从而缩小由压力介质F充满的缸孔15的容积。因此对压力介质F可以施加典型达1000巴的静压力。该压力经由作为压力输送系统13的环形间隙11一直传入增压腔12的区域内。在这里静压力使薄壁的扩张套筒10产生一个径向向内向卡盘轴线2定向的变形，借其将嵌入的工具夹紧入安装孔6中。由于在外侧限定增压腔12的夹紧套筒9的与其相对较大的壁厚相反在扩张式卡盘1的外圆周上不产生因压力作用的显著的变形。
为了从扩张式卡盘1中取出工具将压力活塞16再次经由夹紧螺钉18的几转后移，借此使压力介质F卸压。弹性变形的扩张套筒10同时再次恢复其原来的形状，从而可以取出工具。
此外扩张式卡盘1包括一个用于工具的轴向调整装置23，其在按图5的相对图3旋转的纵剖视图中可特别好地看出。轴向调整装置23包括一个大致空心圆柱形的调节销轴24，其在基体8的一个中心孔25中滑动地进行引导。调节销轴24的工具侧的端部26伸进安装孔6中并因此构成一个用于嵌入安装孔6的工具的轴向挡块。为了可以沿轴向方向调整调节销轴24，并由此调整工具的挡块，调节销轴24接近其机床侧的端部27设有一轴向直线的制齿28。该制齿28与螺旋螺纹29相啮合，后者设置在一个基本上径向相对卡盘轴线2在基体8内进行引导的调整螺钉30的端面上。该结构的一个优点在于，径向的调整螺钉30即使在一个工具嵌入安装孔6中也是可接近的。
在一种图6中示出的结构上简化的轴向调整装置23的方案中，定位装置24设有外螺纹31，其与孔25的内螺纹32相对应。在该实施形式中可借助于插入安装孔6中的螺钉改锥调整调节销轴24。
在上述扩张式卡盘1的两种实施形式中沿卡盘轴线2通过孔25和一个对准的调节销轴24的孔33构成一条通道34，其特别可用作为冷却剂通道，借其由机床在运转过程中将冷却剂导入安装孔6的区域内并从而导入工具的区域内。
在基体8的圆周上还设置一平衡面35，亦即一个针对基体8的轴向对称性考虑的铣削面，借其精确地抵销由于不对称的压力产生装置14产生的不平衡。按这种方式在扩张式卡盘1的操作中即使在较高的转速下也达到一高精度的同心旋转。这特别面对细长的构造方式具有特别的重要性。代替铣出的平衡面35也可以设置一个拧紧于基体8上的平衡螺钉、一个或多个平衡圆盘或其他的铣成部或孔。
                       附图标记清单
1   (液压)扩张式卡盘                 22  球形密封
2   卡盘轴线                         23  轴向调整装置
3   (工具侧的)端部                   24  调节销轴
4   (机床侧的)端部                   25  孔
5   颈部区域                         26  (工具侧的)端部
6   安装孔                           27  (机床侧的)端部
7   固定圆锥                         28  制齿
8   基体                             29  螺旋螺纹
9   夹紧套筒                         30  调整螺钉
10  扩张套筒                         31  外螺纹
11  形间隙                           32  内螺纹
12  增压腔                           33  孔
13  压力输送系统                     34  通道
14  压力产生装置                     35  平衡面
15  缸孔                             L   长度
16  压力活塞                         D   外径
17  套筒                             d   内径
18  夹紧螺钉                         R   径向扩展
19  密封件                           F   压力介质
20  填注孔                           A   详图
21  连接槽

Claims (16)

1.液压扩张式卡盘(1)，包括一个设置在其工具侧的端部(3)的、由一个增压腔(12)围绕的扩张套筒(10)，该扩张套筒在一种容纳于增压腔(12)内的压力介质(F)的作用下可径向变形而夹紧一个工具，还包括一个相对卡盘轴线(2)轴向与扩张套筒(10)隔开距离的压力产生装置(14)和一个压力输送系统(13)，用以从压力产生装置(14)向增压腔(12)传送压力；其特征在于，压力输送系统(13)通过一个同心于卡盘轴线(2)的环形间隙(11)构成。
2.按照权利要求1所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，具有一个相对卡盘轴线(2)在中心的、带有扩张套筒(10)的基体(8)和一个同心围绕基体的夹紧套筒(9)，其中增压腔(12)和压力输送系统(13)构成在基体(8)与夹紧套筒(9)之间。
3.按照权利要求1或2所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，基体(8)和夹紧套筒(9)刚性和压力密封地相互连接。
4.按照权利要求1至3之一项所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，压力产生装置(14)设置在夹紧套筒(9)中。
5.按照权利要求1至4之一项所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，压力产生装置(14)包括一个缸孔(15)与一个可在其中移动的压力活塞(16)以及一个填注孔(20)，该填注孔连通缸孔(15)与压力输送系统(13)。
6.按照权利要求5所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，压力活塞(16)可借助于一个夹紧螺钉(18)移动。
7.按照权利要求1至6之一项所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，夹紧套筒(9)在工具侧具有一个伸长的、细的颈部区域(5)，其轴向长度(L)至少为其外径(D)的四倍。
8.按照权利要求7的扩张式卡盘(1)，其特征在于，颈部区域的轴向长度(L)至少为100mm。
9.按照权利要求1至8之一项所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，环形间隙(11)的径向扩展(R)最多为0.2mm。
10.按照权利要求1至9之一项所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，基体(8)具有一个中心的通道(34)。
11.按照权利要求1至10之一项所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，设有一个用于工具的轴向调整装置(23)。
12.按照权利要求11所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，轴向调整装置(23)包括一个相对基体(8)可轴向调整的调节销轴(24)，该调节销轴构成一个用于工具的轴向挡块。
13.按照权利要求12所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，调节销轴(24)在基体(8)的一个中心孔(25)内进行引导。
14.按照权利要求13所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，调节销轴(24)设有外螺纹(31)，该外螺纹与孔(25)的内螺纹(32)共同作用，以便轴向调整调节销轴(24)。
15.按照权利要求13所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，调节销轴(24)具有一个轴向直线的制齿(28)，该制齿与一个基本上径向相对卡盘轴线(2)在基体(8)内进行引导的调整螺钉(30)的螺旋螺纹(29)共同作用，以便轴向调整调节销轴(24)。
16.按照权利要求1至15之一项所述的扩张式卡盘(1)，其特征在于，具有一个在一个圆周区域铣出的平衡面(35)，用以抵销由于压力产生装置(14)引起的不平衡。
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