CN1980763A - 液压卡具 - Google Patents

Abstract

一种卡具，包括限定液压流体接收腔(6)的主体(1)，还包括有至少一个可变形壁部(41)的刀具接收部(4)，该液压流体接收腔和刀具接收部设置成使得施加到该接收腔中流体的压力能引起可变形壁部的变形以夹紧所插入的刀具，该卡具还包括一个部分设置在所述液压流体接收腔中并可在第一位置和第二位置之间移动的可移动活塞(8)和用于依靠卡具的转速增大所盛液压流体压力的离心增压器(9)，其中活塞(8)在第一位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积比活塞在第二位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积少，所述离心增压器设置成作用于可移动活塞，可移动活塞包括一个锥形部(85)，且该离心增压器包括具有互补锥形的夹爪(92)。夹爪(92)设置成可在离心作用下被向外驱动，并进一步设置成在这样被向外驱动时与可移动活塞(8)的锥形部(85)相作用，以驱动可移动活塞向使该可移动活塞(8)在所述接收腔(6)中位移体积增大的方向移动。

Description

液压卡具

本发明涉及液压卡具，更具体而言涉及要用在高速机加工中的液压卡具。

夹持精密刀具的传统方法是用锥形套爪夹紧刀具的柄部。轴向的弹簧力用于把套爪回拉进轴杆锥部，以施加大的夹紧力在刀具柄部。转速低时该方法已足够。然而，对于超高速和超高精度的应用，现有的锥形套爪卡具性能可能已降低到使替代方案成为必要的程度。

随着轴速提高，轴杆锥部由于离心力而增大，并且以比套爪增大更快的速度增大。弹簧力将趋于进一步把套爪拉入锥部内，但由于弹簧预拉伸的减少现在施加到刀具柄部的夹紧力变小。最后的结果是将有一个速度，在该速度下锥部增大到使得施加到刀具柄部的夹紧力减少为零从而引起过大的偏摆、刀具的滑动，和最终刀具的完全松脱。而且，随着夹紧力减小，可能会出现高频振动，同时套爪卡具的零件和刀具开始发出卡嗒卡嗒声。

由于套爪锥部和孔以及轴杆锥部只能分别加工，且很难把这些零件加工得足够精确，以获得当前所要求的偏摆，用这种套爪卡具试图获得很高精度可能有问题。

另外，在向卡具插入或者从卡具卸下刀具时，这种套爪卡具靠的是在套爪和轴杆锥部之间的滑动。通常这种接触表面是油润滑的。然而油会变干且还会因离心作用而从表面甩掉，这意味着需要经常性的油润滑维护。这是不利的，因为它会导致出现停机时间而且那是个技术活。

现有的套爪卡具设计还存在的另一个问题是用来把套爪拉入轴杆锥部的弹簧在多次动作后可能会失去一定强度，更糟的是最终可能由于疲劳而断裂。

因此需要找到卡具的替代形式。

根据本发明的一个方面，提供一种卡具，包括液压流体接收腔、有至少一个可变形壁部的刀具接收部，以及向盛装在所述接收腔中流体施加压力的装置，所述接收腔和刀具接收部设置成使得施加到该接收腔中流体的压力能引起可变形壁部的变形以夹紧所插入的刀具。

所述施加压力的装置可包括部分设置在所述液压流体接收腔中并可在第一位置和第二位置之间移动的可移动件，其中当该可移动件在第一位置时由该可移动件在所述接收腔中位移的体积比该可移动件在第二位置时由该可移动件在所述接收腔中位移的体积少。

可见，在此情况下，当该可移动件在第二位置时所述接收腔中流体的压力趋于更高。而且，所述接收腔中增大的压力将使所述变形壁变形，从而增大在所插入刀具上的夹紧力。

此处“部分设置在......中”的表述是指元件的部分在所述接收腔中即该部分在所述接收腔内位移体积而不是仅仅形成所述接收腔的外边界。因而，例如，封闭接收腔入口的插塞或者螺钉不被认为是在所述接收腔中，这种封口插塞或者螺钉通常也不能在所述接收腔内位移体积。

所述可移动件设置成可在第一位置和第二位置之间滑动。该可移动件可以是活塞。所述可移动件可以有具有第一横截面的第一部分和具有第二横截面的第二部分。该可移动件沿其长度方向可具有变化的直径。所述第一部分具有第一直径而所述第二部分具有第二直径。

该可移动件和液压流体接收腔可设置成当可移动件在第一位置和第二位置之间向一个方向移动时，该可移动件第一部分在接收腔中所占的量减少而该可移动件第二部分在接收腔中所占的量增多，而当该可移动件在第一位置和第二位置之间向另一方向移动时，该可移动件第一部分在接收腔中所占的量增多而该可移动件第二部分在接收腔中所占的量减少。

所述施加压力的装置可包括压力控制装置，用于向所盛流体施加可选择的压力级，以控制所插入刀具上的夹紧力。该压力控制装置可包括所述可移动件。

所述施加压力的装置可包括增压装置，用于依靠卡具的转速增大压力。该增压装置可通过离心作用操控。该增压装置可设置成作用于压力控制装置。

该增压器可设置成根据作用于可移动件。所述可移动件可包括一个锥形部，并且所述增压器可包括至少一个互补的锥形部。所述互补的锥形部可设置成在离心作用下被向外驱动，并进一步设置成在这样被向外驱动时与可移动件的锥形部相作用，以驱动可移动件向使该可移动件在所述密闭体接收腔中位移体积增大的方向移动。可以看出所述互补锥形部的运动作趋于增大所盛液压流体中的压力。

所述接收腔的一部分可由可变形壁部限定。所述刀具接收部可包括三个可变形壁部。该壁部或者每个壁部可包括对应的脊部，用于与所插入的刀具接触。该脊部或者每个脊部可具有轮廓与所要插入刀具柄部形状紧密匹配的接触面。该脊部或者每个脊部可具有凹形轮廓的接触面用于与所插入刀具的柄部相接触。

所述接触面可通过在刀具接收部执行普通的镗孔操作来加工成最终的形状。

根据本发明的另一方面，提供一种卡具，包括限定液压流体接收腔的主体，还包括带有至少一个可变形壁部的刀具接收部，所述液压流体接收腔和刀具接收部设置成使得施加到该接收腔中流体的压力能引起可变形壁部的变形以夹紧所插入的刀具，卡具还包括部分设置在所述液压流体接收腔中并可在第一位置和第二位置之间移动的可移动件，其中可移动件在第一位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积比可移动件在第二位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积少。

根据本发明的另一方面，提供一种卡具，包括限定液压流体接收腔的主体，还包括带有至少一个可变形壁部的刀具接收部，所述液压流体接收腔和刀具接收部设置成使得施加到该接收腔中流体的压力能引起可变形壁部的变形以夹紧所插入的刀具，卡具还包括部分设置在所述液压流体接收腔中并可在第一位置和第二位置之间移动的可移动件，其中可移动件在第一位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积比可移动件在第二位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积少；以及一个依靠卡具的转速，增加所盛液压流体压力的离心增压器，所述离心增压器设置成作用于所述可移动件，该可移动件包括一个锥形部且所述离心增压器包括至少一个互补锥形部，该互补锥形部设置成在离心作用下被向外驱动，并进一步设置成在这样被向外驱动时与可移动件的锥形部相作用，以驱动可移动件向使该可移动件在所述接收腔中位移体积增大的方向移动。

根据本发明的另一个方面，提供一种夹持刀具的方法，包括如下步骤：向上述的卡具注入液压流体，操作卡具以释放所述接收腔中所盛流体的压力，把刀具插入所述刀具接收部以及向卡具中的流体加压以使可变形壁部变形成与所插入刀具相接触。

根据本发明的另一方面，提供一种制造如上所述的卡具的方法，该卡具包括刀具接收部，该刀具接收部具有多个可变形壁部，每个可变形壁部都有相应的刀具接触脊部，该方法包括用普通的镗孔操作来在所述脊部上镗出刀具接触面的步骤。

现仅通过例子并参考附图来说明本发明的具体实施方案，其中：

图1是卡具的纵向剖面示意图，以及

图2是图1所示卡具在II-II处的剖面图。

图1示意地显示包括焊接有鼻部2和后轴部3的主体或者内核件1的卡具。在主体或者内核件1内设有可定位刀具5的刀具接收部4。

刀具接收部4包括三个可变形壁部41，在图2中可看得最清楚。所述可变形壁部41连接在一起形成一个三棱柱。每个可变形壁部41包括具有凹入的刀具接触面的相应刀具接触脊部42。图2中可看到脊部42与所夹持的刀具5接触。要注意的是在图1中可看到刀具5与脊部42中的一个相接触，在图1所示的方向该脊部在刀具上方。另一方面，图1中没有显示脊部在刀具下方接触。这是因为另两个脊部42以与上面脊部相隔120度的方位与刀具接触，因而在图1所示的剖面中看不见。

刀具接触面是通过作为卡具制造最后步骤之一的普通镗孔操作来形成的。在该镗孔操作中，镗孔刀具伸入所述刀具接收部，并通过镗孔刀具把脊部42镗成所需的尺寸和形状。该操作确保脊部被精确加工以便紧密地与该正在加工的卡具所要夹持的刀具的柄部配合。

在每个可变形壁部41与具有相应脊部42的一侧相反的另一侧是构成液压流体接收腔6一部分的液压流体腔61，对此下面会更详细的说明。

除了刀具接收部4，主体或者内核件1还在相反端包括活塞接收孔腔7。活塞8通过后盖部71封装在活塞接收孔腔7中。活塞接收孔腔7和端盖71一起限定了液压流体接收腔6另外部分的外边界，使活塞8部分设置在液压流体接收腔6内。

还有通道或纵槽62，用于连通可变形壁部41邻近处的液压流体腔61和活塞接收孔腔7，以使活塞接收孔腔7和可变形壁部41邻近处的液压流体腔61之间有液压流体连通通路。此外，在鼻部2设有液压接收腔填充口63，该口设有螺塞封闭器64。

弹簧81装在活塞8上，在图1中它示意性地表示为卷簧，但实际上该弹簧更可能是波形弹簧。波形弹簧比传统卷簧更耐受高速旋转。所述弹簧81位于装在主体或者内核件1内的弹簧止动套筒82和活塞8上装的簧座部83之间。弹簧81用于向右偏压活塞8(如图1所示的方位中)。如将在下文详述的，这对应于向液压流体接收腔6中的液压流体施加使可变形壁部41趋于变形，从而夹紧所插入的刀具5的压力的位置。

如将在下文详述的，在活塞8的内端部设有离心增压装置9。

密封装置84装在活塞8上位于活塞通过端盖71和通过弹簧止动套筒82处。可以包括比如O形密封圈的密封装置84用于防止液压流体接收腔6中的液压流体从卡具的后部泄漏出来或者向前漏入离心增压装置9中。

活塞8有设置在液压流体接收腔6内的两个主部8a、8b。这些部设置在簧座部83的两侧。这些部的第一部分8a是装有弹簧81的部分且直径为A。第二主部8b位于簧座部83的另一侧且直径为B，比第一主部8a的直径A小。

应当注意的是第一主部8a部分装在弹簧止动套筒82内，且第二部分8b也有部分装在端盖71内。安装在弹簧止动部81和端盖71内的这些部分不被认为是在液压流体接收腔6内，因为它们对液压流体接收腔6内的体积排量没起作用。

由于这些部分具有不同的直径(A，B)，如果活塞8相对于主体或者内核件1作轴向移动，活塞8在液压流体接收腔6中所占的总体积将发生变化。

具体地说，如果活塞8从图1所示的位置向右移动，那么活塞的第二主部8b的更多部分将移入端盖71的孔腔中，而活塞8的第一主部8a的更多部分将从弹簧止动套筒82的孔腔中移出。而且，由于第一部分8a的直径A比第二部分8b的直径B大，所以该移动将导致活塞8在液压流体接收腔6中所占的体积增大。反过来这将减少液压流体可用的体积因而增大液压流体中的压力。如果活塞8随后向左回移(在图1所示的方位中)，情况就相反，并且液压流体中的压力将下降。

由此可见，活塞8的移动可用于改变液压流体的压力，从而活塞8的移动可用于改变可变形壁部41邻近的压力腔61所受的压力。这此压力变化会在压力降低时使得可变形壁部41放松，而在压力增大时引起可变形壁进一步变形从而与所插入的刀具夹紧接触。

因此在本发明装置的基本设置与操作中，这些组件被装配好之后，用推杆(未示出)朝图1所示克服弹簧81弹力的方向推活塞8，且液压流体进入液压流体接收腔6。然后螺塞64插入流体口63并密封。此时如果从活塞8上除去推杆(未示出)，活塞将在弹簧81的作用下向右移动(图1所示的方位)，从而减少液压流体接收腔6内的可用体积。这又会使刀具接收部4的可变形壁42变形，因而在这情况下刀具5不能插入。这样该卡具就待用了。

操作中在插入刀具时再用推杆(未示出)朝图1中所示位置推活塞8以减小液压流体接收腔6中的压力，从而使可变形壁42放松，以允许插入刀具。一旦刀具5已插入，可除去推杆，于是活塞8又在弹簧作用下向右(在图1所示的方位)移动，使液压流体压力引起可变形壁部41变形，通过相应的脊部42，与所插入的刀具夹紧接触。

当需要移除刀具5时，就再用推杆朝图1所示位置推活塞，以减小液压流体中的压力，从而使可变形壁放松。

虽然在附图中没有具体显示，但用于移动活塞以便插入和移除刀具的推杆作用机构可以是该卡具全部设计的一部分，并且设置在轴杆的后部3中。然而，更通常的是，该推杆机构可装在装有该卡具的机器中。该推杆不随卡具体旋转，且只需在卡具静止时与活塞8的端部接触。

既然已经说明了该设备基本部件的结构和操作，现给出离心增压装置9结构和操作的更具体的说明。与离心增压器相邻的活塞8的最里端设置有锥形孔腔85。离心增压结构9包括内锥体91和多个锥形楔爪92。这些爪部92设置在内锥体91上且使得这些爪92可在离心力作用下沿径向向外移动。这些爪部92具有与活塞8端部的锥形孔腔85互补的锥形面，以便当爪部92在离心力作用下向外移动时这些爪部92与活塞8的内锥面85之间相互作用，使活塞向右(在图1所示的方位)移动。这意味着增压器9驱动活塞8使得直径较大部8a的更多部分代替直径较小部8b的相应部分进入液压流体接收腔6，从而使液压流体接收腔6的体积减小。这增大了液压流体的压力，从而增大了可变形壁部41的变形。

应了解，随着该装置转速的增大，以及可能是其它的由于施加更大作用力使刀具滑动的倾向，或是使卡具与刀具松脱的倾向，增压器9所产生的液压压力的增大将会增大刀具5上的夹紧力。这可与使刀具5变松脱的任何倾向相抗衡。当然，卡具的转速越高，爪部92所受的离心作用越大，从而可获得活塞8的更大移动。另外，随着转速降低，出现相反的情形，从而夹紧力减小。

当然应了解，由于通常用作液压流体的液压油具有不可压缩的特性，液压接收腔6体积上相对小的变化会导致压力的显著增长，从而可导致夹紧力的显著增长。

要注意的是弹簧止动套筒82是作为独立组件安装到内核件或者主体1中的。这种做法的好处是弹簧套筒82的延伸长度可用于确定活塞8放松状态下在该装置中的位置。这可确定在活塞放松位置时，施加到液压流体的压力级。

如上所述，脊部42在卡具组装后被精镗到最终的尺寸。而且，该操作可以在全部组件以其自身定位支撑时进行，以使偏摆最小化。

在制造主体或者内核件1时，刀具接收部4可由实心坯料经线切割放电加工成(EDM)，并且接着对该坯料进行车削、镗孔加工以获得所需外形，从而使它可以接收活塞8组件。

还需提及的是，与传统的锥形套爪不同，本发明装置中的刀具接收部(或“套爪”)沿其长度方向的横截面是不变的。这意味着可变形壁的外表面形成整体一致三棱柱，并且所镗出的脊部42的轮廓面确定了用于接收刀具5的圆柱形空腔。

Claims (23)

1.一种卡具，包括液压流体接收腔、有至少一个可变形壁部的刀具接收部，以及用于向盛装在所述接收腔中流体施加压力的装置，所述接收腔和刀具接收部设置成使施加到所述接收腔中流体的压力能引起可变形壁部的变形以夹紧所插入的刀具。

2.根据权利要求1所述的卡具，其中所述施加压力的装置包括依靠卡具的转速增大压力的离心作用增压装置。

3.根据权利要求2所述的卡具，其中所述施加压力的装置包括可移动件，所述离心作用增压装置作用于该可移动件。

4.根据权利要求3所述的卡具，其中所述可移动件包括一个锥形部，且所述增压装置包括至少一个互补的锥形部。

5.根据权利要求4所述的卡具，其中所述互补的锥形部设置成在离心作用下被向外驱动，并进一步设置成在这样被向外驱动时与可移动件的锥形部相作用，以驱动可移动件在应用中向增大可变形壁部变形的方向移动。

6.根据权利要求3到5任意一项所述的卡具，其中所述可移动件可在第一位置和第二位置之间移动，其中所述接收腔的体积在可移动件处于第一位置时比其处于第二位置时大。

7.根据权利要求3到6任意一项所述的卡具，其中所述可移动件部分设置在所述液压流体接收腔中。

8.根据从属于权利要求6的权利要求7所述的卡具，其中当所述可移动件在第一位置时由该可移动件在所述接收腔中位移的体积比所述可移动件在第二位置时由该可移动件在所述接收腔中位移的体积少。

9.根据权利要求3到8任意一项所述的卡具，其中所述可移动件是活塞。

10.根据权利要求3到9任意一项所述的卡具，其中所述可移动件有具有第一横截面的第一部分和具有第二横截面的第二部分。

11.根据从属于权利要求8的权利要求10所述的卡具，其中所述可移动件和液压流体接收腔设置成当可移动件在第一位置和第二位置之间向一方向移动时，该可移动件第一部分在所述接收腔中的所占量减少而该可移动件第二部分在接收腔中的所占量增多；而当可移动件在第一位置和第二位置之间向另一方向移动时，该可移动件第一部分在所述接收腔中的所占量增多而该可移动件第二部分在所述接收腔中的所占量减少。

12.根据前面权利要求任意一项所述的卡具，其中所述施加压力的装置包括压力控制装置用于向所盛的流体施加可选择的压力级，以控制所插入刀具上的夹紧力。

13.根据前面从属于权利要求3的权利要求中的任意一项所述的卡具，其中所述可移动件可滑动移动。

14.根据前面从属于权利要求3的权利要求中的任意一项所述的卡具，其中所述可移动件设置成相对于卡具体沿轴向移动。

15.根据前面权利要求任意一项所述的卡具，其中所述接收腔的一部分由所述可变形壁部限定。

16.根据前面权利要求任意一项所述的卡具，其中所述刀具接收部包括三个可变形壁部。

17.根据前面权利要求任意一项所述的卡具，其中所述可变形壁部或者每个可变形壁部包括相应的脊部，用于与所插入的刀具接触。

18.根据权利要求17所述的卡具，其中所述脊部或者每个脊部具有轮廓与所要插入刀具的柄部形状紧密匹配的接触面。

19.根据权利要求18所述的卡具，其中所述接触面通过在刀具接收部执行普通的镗孔操作，加工成最终的形状。

20.一种卡具，包括限定液压流体接收腔的主体和有至少一个可变形壁部的刀具接收部，所述液压流体接收腔和刀具接收部设置成使得施加到该接收腔中流体的压力能引起可变形壁部的变形以夹紧所插入的刀具，所述卡具还包括部分设置在所述液压流体接收腔中并可在第一位置和第二位置之间移动的可移动件，其中所述可移动件在第一位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积比该可移动件在第二位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积少。

21.一种卡具，包括限定液压流体接收腔的主体和有至少一个可变形壁部的刀具接收部，所述液压流体接收腔和刀具接收部设置成使得施加到该接收腔中流体的压力能引起可变形壁部的变形以夹紧所插入的刀具，所述卡具还包括部分设置在所述液压流体接收腔中并可在第一位置和第二位置之间移动的可移动件，其中所述可移动件在第一位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积比该可移动件在第二位置时该可移动件在所述接收腔中位移的体积少；以及一个依靠卡具的转速，增加所盛液压流体压力的离心增压器，所述离心增压器设置成作用于所述可移动件，该可移动件包括一个锥形部，且所述离心增压器包括至少一个互补锥形部，该互补锥形部设置成在离心作用下被向外驱动，并进一步设置成在这样被向外驱动时与可移动件的锥形部相作用，以驱动可移动件向使该可移动件在所述接收腔中位移体积增大的方向移动。

22.一种夹持刀具的方法，包括步骤：向根据前面权利要求任意一项所述的卡具注入液压流体，操作卡具以释放所述接收腔中所盛流体的压力，把刀具插入所述刀具接收部，以及向卡具中的流体加压以使所述可变形壁部变形成与所插入刀具相接触。

23.一种制造根据权利要求1到21任意一项所述的卡具的方法，该卡具包括刀具接收部，该刀具接收部具有多个可变形壁部，每个可变形壁部都有相应的刀具接触脊部，该方法包括用普通的镗孔操作来在所述脊部上镗出刀具接触面的步骤。

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