TWI485018B - 具有膨脹凹槽之收縮卡盤 - Google Patents

Description

具有膨脹凹槽之收縮卡盤

本發明係關於一種工具固持器，其用於一可繞著一旋轉軸線旋轉之工具(特定言之，呈鑽子、銑刀或鉸刀之形式)。已知將此工具之柄夾持於一工具固持器之一環狀、封閉區段中，該區段通常組態為一套筒區段。為達成此目的，該套筒區段在其工具容納孔隙中具有一配合表面，該配合表面與該工具固持器之旋轉軸線同心，且可以一壓入配合將該工具之柄固定於該配合表面上。

可藉由加熱使該工具固持器之套筒區段膨脹至使該工具之冷的柄可與該套筒區段之該配合表面嚙合或脫齧(亦即，推動至該套筒區段中或自其拔出)的程度。該套筒區段一旦再次冷卻下來，便在其與該工具之柄之間建立一壓入配合連接，該柄與該套筒區段之該配合表面相比具有特定的尺寸過大。藉助於此壓入配合連接將該工具可靠地夾持於該工具固持器中(收縮配合技術)。

特定言之，在實際使用中對剛性有特殊要求的情況下，使用套筒區段組態為厚壁的工具固持器。在此等工具固持器中，釋放該等工具一貫成問題。

為了能夠適時地釋放工具，實務上常使用感應加熱裝置，亦即，一高頻感應線圈，其在該套筒區段之外圓周表面上誘發自外部對該套筒區段加熱的渦電流。待釋放之工具之柄在該過程中被遮蔽，以使得其自身未被加熱。特定言之，在高頻下，發生所謂之皮膚效應，亦即，實際上恰好僅在該套筒區段之表面下誘發產熱渦電流。因而在該套筒區段之外圓周表面之表面下產生的熱歸因於熱傳導朝該套筒中心之方向滲透，只是具有一延遲。在特定時間點，該套筒區段由於引入至其中之熱而膨脹至可將該工具柄(其在此時仍為冷的)自該套筒區段拔出的程度，因為存在直至此時為止之壓入配合已歸因於該套筒區段之直徑的增加而鬆動。

然而，隨著該套筒區段在徑向上之厚度增加，出現問題。一套筒區段在徑向上愈厚，其受熱愈不均一-在該套筒區段在徑向遠靠外部之區域中已相對較強地受熱而其在徑向遠靠內部之區域中仍幾乎為冷的某時達到一階段。此導致相對強之熱應力。只要該套筒區段之外部區域在軸向上之縱向膨脹受到仍幾乎為冷的內部區域的過多阻礙，該套筒區段之外部區域(其不僅在徑向上膨脹且在軸向上亦極大膨脹)便展示出使該套筒區段朝著內部翻轉的可察覺的趨勢。此(在略圖中)略類似於為達成更清楚之目的以極誇大之方式在圖1中展示的內容。

該套筒區段之此非所要變形起相反作用，因為其致使工具柄起先仍由該配合表面局部地夾緊，即使該套筒區段已膨脹至使該配合表面之大部分已與該工具柄脫齧的程度亦如此。以此方式，至少可將該工具柄自該套筒區段拔出而不出現任何問題的時間窗變小。此情況並非所要的。另外，必須將多餘量之熱施加至該套筒區段以便迫使該套筒區段打開至使其配合表面與該工具柄在所有位置皆確實脫齧的程度。此種情況亦非所要的。

為了避免此等問題，實務上正致力於使套筒區段之壁厚度保持為小的。此便是(根據DIN 69882-8)標準收縮卡盤之尖端具有以下壁厚度(以mm為單位之尺寸)的原因：

德國專利DE 102 44 759已處理該套筒區段之非所要變形的問題。為了防止非所要變形，此專利提議在該套筒區段之尖端之區域中在極前部處將一深切徑向環狀凹槽併入至該配合表面中，該環狀凹槽將實際配合表面界定於其前部區域中。此係基於以下理念：以此方式削弱的在該套筒區段之尖端處的區域能夠在徑向上無阻礙地膨脹且因此防止該套筒區段在其尖端之區域中朝著內部翻轉過多。概言之，DE 102 44 759可因此被稱為係基於將該套筒區段在其尖端之區域中朝著內部之非所要翻轉與一相反效應疊加的概念。

另外，提議該配合表面在其背離該工具之向內末端處受另一環狀凹槽限制。然而，實際配合表面(此專利將其稱作「主卡緊表面13」)在此專利所提議之解決方案中未被環狀切口中斷，而是僅在兩端上由該等環狀凹槽鑲邊。

根據此專利之提議，期望在必要時藉由在軸向上延伸之凹槽來造成額外解除，該等凹槽將該配合表面或主卡緊表面分割成個別彈性片段，該等彈性片段形成在圓周方向上彼此以緊挨方式擱置的一類型之彈簧片。

然而，尤其在具有厚壁套筒區段之工具固持器的情況下，若另外使用由該專利提議之軸向凹槽以便控制該套筒區段之變形的問題，則由此專利提議之措施未滿足精確性或導致精確性之損失且另外削弱壓入配合。另外，在該套筒區段之最前區域中精確地傳輸最大之力(來自該工具之彎曲矩及橫向力)。該套筒區段在此區域中之削弱因此使剛性減少很多，即使不使用軸向凹槽仍如此，且因此應避免。

德國專利申請案DE 10 2004 042 770亦描述一種工具固持器，其具有一套筒區段，一工具之柄可收縮配合至該套筒區段中。此工具固持器之該套筒區段為達成此目的在其內部上具備之配合表面被一列緊密間隔之切口中斷且分割成個別極窄片段。將該配合表面分割成個別小片段之目的為將該等小片段中之每一者變成一種倒鉤，該倒鉤藉由增加之阻力來抵制在軸向上無意中拔出工具柄。概言之，因為該等小片段經設計以使得在軸向上將該工具柄拔出一小段距離時，該等小片段由於靜摩擦力而被該工具柄夾帶。因為此等片段為可撓性的，所以其在該過程中提昇且因此增加該套筒區段與該工具之柄之間的壓縮。因此實現一種自夾持。

因為此專利申請案所展示之工具固持器之套筒區段顯然僅具有平常壁厚度，所以在此種情況下使用之切口在加熱期間不對套筒區段之膨脹行為具有任何可察覺之影響。此係因為在小型壁的厚度之情況下仍為冷之內部區域係與已為熱之外部區域一起「拔出」，亦即，其在任何情況下皆充分膨脹以能夠插入該工具柄且尤其無干擾地將其移除。

自然，該套筒區段中之配合表面被分割成複數個小的、可撓性片段的此種構造並不特別剛性。

相比而言，本發明之目標為指定一種工具固持器，其套筒區段可組態為厚壁的且其准許在高品質定中心之情況下對該工具之極剛性卡緊。

藉由請求項1之技術特徵來完成此目標。

因此，本發明之一基本態樣尤其在於該套筒區段自該配合表面之側面開始包含有限數目個在周邊延伸之切口的事實，該等切口將該配合表面分割成在軸線之方向上大體上剛性的若干配合表面片段。在此種情況下，該等切口之徑向深度經選擇以使得在施加於該套筒區段之外圓周上的熱的影響下該壓入配合在所有配合表面片段處大體上均一地鬆動。

根據本發明，因此將該配合表面分割成通常彼此大體上分離的個別片段。在該過程中，該配合表面不僅分割成一主要負責於產生該壓入配合連接的配合表面片段及一僅作出輔助貢獻的小配合表面片段。替代地，該配合表面分割成各自用大體上彼此相當之固持力為壓入配合連接之建立作貢獻的若干個配合表面片段。大體上彼此相當意謂相差不大於40%的此等貢獻。較佳地，由該等配合表面片段中之每一者產生的固持力實際上不彼此不同。當然，另外，此不排除可存在僅作出少量貢獻的個別配合表面片段。

在此種情況下，個別切口之間的距離對於將為大體上剛性之配合表面片段而言足夠大(在軸線之方向上所見)。因此，該等配合表面片段(在軸線之方向上所見)形成一種「剛性區塊」，若在該工具柄處出現具有將該工具柄自該套筒區段拔出或迫使其更深地進入其中之趨勢的軸向力，則該等剛性區塊大體上不變形。以此方式，將該工具柄極剛性地卡緊於該工具固持器之套筒區段中。

需要為使在施加於該套筒區段之外圓周上的熱的影響下壓入配合在所有配合表面片段處大體上均一地鬆動給切口選擇多大之徑向深度無法用任何一般有效性來量化，因為切口之深度主要取決於個別情況，特定言之取決於該套筒區段之壁厚度及待卡緊之工具柄的標稱直徑或此兩個量之間的比。然而，熟習此項技術者能夠針對待由其解決之各別個別具體情況藉由簡單之試驗來容易地確定此深度。在壓入配合(其使得在該套筒區段為冷時該等個別配合表面片段與該工具柄嚙合)在熱已如所欲般施加至該套筒區段之外圓周上後大體上同時鬆動時，鬆動為大體上均一的，以使得將該工具柄自該套筒區段拔出不再受壓入配合尚未鬆動之處之單一配合表面片段阻礙。

若使用根據本發明之該套筒區段的組態，則可將一厚壁套筒區段之優點與一薄壁套筒區段之有利的熱行為組合-深切切口僅為窄的且因此大體上不減少該等套筒區段之扭轉阻力或彎曲硬度。特定言之，因為該套筒區段與該工具柄共同形成一單元，所以只要建立壓入配合連接，其便共同擁有高面積慣性矩。另一方面，該等深切切口精確地削弱該套筒區段之內部核心區域，此係藉由在極遲之時間自外部施加之熱來達成且只要不存在切口其便因此阻礙該套筒區段在軸向上之膨脹-此引起將根據本發明來避免或最小化的該套筒區段之干擾性變形。

使用具有大壁厚度及根據本發明之組態的套筒區段為有利的，在卡緊銑刀(特定言之將用以處理硬材料或因其他原因難以切割的材料的彼等銑刀)時尤為如此。此係因為容易發生非所要振動，特定言之在工件之邊緣處，尤其在此等材料之情況下。特定言之，只要僅銑刀之少許連續刀片與工件同時嚙合或在與該工件嚙合之刀片的數目波動時，發生此等振動。另外，該等切口在其係以本文所論述之深度執行時亦擁有減振效應，因為振動歸因於該套筒區段之間隙而極少傳輸，該等間隙之深度僅大過可忽略深度。

本發明准許省去配合之尺寸過小的減少以便確保無故障卡緊及釋放-因此，無需接受夾緊力之減少以便利用簡易收縮配合及解收縮。

在一較佳具體實施之情形下，取決於該配合表面之軸向長度，假定將該配合表面分割成至少兩個、較佳三個至五個彼此相當之配合表面片段。將該配合表面分割成較大數目個配合表面片段僅有極小意義，因為削弱及產生效果(production effort)變得過大。僅在考慮與專利法相關之應急方案，接受特定降級時，方亦可在極端情況下考慮分割成六個至最多八個配合表面片段。

為了實現對該工具柄進行極剛性卡緊的工具固持器，該套筒區段在該配合表面之區域中(亦即，在如在徑向上所見朝著外部定位的緊挨著該配合表面的區域中)的最小壁厚度組態為至少15mm，更佳至少17mm，部分地亦至少19mm。

在另一有利具體實施之情形下，最接近於前環面之切口距前斜面之內端的距離大於8mm，更佳大於10mm。

額外優點、效應及發展可能性由下文描述之例示性實施例產生，參看按比例繪製並設定尺寸之圖式來更詳細地解釋該實施例，圖式之圖形揭示內容對於例示性實施例而言為必需的。

如圖1所示之所主張的未插入有工具的鋼製工具固持器基本上為一習知類型之構造的工具固持器。在其背離套筒區段2之側上，其具備一卡緊圓錐體，可藉助於該卡緊圓錐體將其附接至一機械工具之轉軸。替代一卡緊圓錐體，亦可容易地考慮到常作為用於將工具固持器附接至一機械工具之轉軸的替代物而為人所知的其他卡緊系統。

在其與該卡緊圓錐體相對之另一側上，該工具固持器1具備一套筒區段2。該套筒區段2具有一工具容納孔隙3，在此種情況下，該工具容納孔隙3係由一圓柱形孔隙組成。圓柱形孔隙在其內表面之一部分上具備一配合表面4。與待卡緊之工具的柄直徑相比，此配合表面4具有確定之尺寸過小，以使得在該套筒區段為冷時以壓入配合來固持該工具之柄。因此，在工具之操作期間作用於其上之所有力可經由該壓入配合傳輸至該工具固持器1中且繼而傳輸至該機械工具中-且反之亦然。實務上，常如先前公開之德國專利申請案DE 101 02 710 A1中所描述般發生將工具收縮配合至該工具固持器1中且尤其將工具自該工具固持器1解收縮，該專利申請案作為描述之標的以引用方式藉此併入。

此處，套筒區段2係經組態為相當厚壁的。在圖2所示之例示性實施例(其用於卡緊具有16mm之柄直徑的工具)中，該套筒區段在該配合表面之區域中的最小壁厚度WS稍大於17.5mm。

該工具容納孔隙3之口具備一寬敞之斜面，亦即，一仍非該配合表面4之一部分但促進藉助於放大之直徑來插入各別工具的區段。

配合表面4在鄰近於此斜面處開始，在所示之例示性實施例中，藉由在圓周方向上在周邊延伸之兩個切口6將配合表面4分割成總共三個配合表面片段4*。該等切口6係自該配合表面之側面切入至該套筒區段中。該等切口6之深度為6mm。較佳地，所有切口之深度為均一的。在該配合表面之區域中，藉由該等切口中之每一者將該套筒區段削弱至其壁厚度之約1/3，在任何情況下，該削弱通常影響壁厚度之1/4以上及1/2以下。

該等切口在軸向上之寬度理想地為1.5至3mm，在具體情況下為2mm。

因此產生之該等配合表面片段4*在軸向上具有大體上相同長度。以此方式，其在大致相當之程度上貢獻在該壓入配合連接中之力，亦即，其貢獻處於相同量級-在此種情況下，該等貢獻之特定差異正如其已歸因於該套筒區段在該配合表面之區域中具有一外輪廓的事實而為無害的般不可避免，該外輪廓為圓錐形的，相對於該工具固持器之旋轉軸線成約3至6度，亦即，不具有完全恆定之壁厚度。

在由圖2所示之例示性實施例中，在軸向向內之方向上，一鎖鄰接該配合表面4或最後一個配合表面片段4*；工具容納夾具伸出至該鎖後方。該伸出區域與該鎖機構皆非配合表面4之一部分或甚至本發明之一部分，且因此為不相關的。

如上文針對具體例示性實施例之相關關鍵尺寸而描述之類似條件亦可見於藉以卡緊具有較大柄直徑之工具的工具固持器中，比較在該描述結尾處給出之表。

在此表中指定在每一種情況下的該配合表面亦分割成三個配合表面片段的其他工具固持器之關鍵尺寸。

1‧‧‧工具固持器

2‧‧‧套筒區段

3‧‧‧工具容納孔隙

4‧‧‧配合表面

4*‧‧‧單一配合表面片段

5‧‧‧工具固持器之旋轉軸線

6‧‧‧在周邊延伸之環狀切口

8‧‧‧前斜面

9‧‧‧前環面

10‧‧‧配合表面之內端

TN‧‧‧切口之深度

BN‧‧‧切口之寬度

AN‧‧‧切口之間的距離

WS‧‧‧壁厚度

圖1展示先前技術中已知之工具固持器在其套筒區段之區域中的變形行為的粗略示意性說明。

圖2展示根據本發明之工具固持器之詳細例示性實施例。

圖3展示根據圖2之工具固持器，但具有用於進行本發明的 相關區段之具體尺寸。

1‧‧‧工具固持器

2‧‧‧套筒區段

3‧‧‧工具容納孔隙

4‧‧‧配合表面

4*‧‧‧單一配合表面片段

5‧‧‧工具固持器之旋轉軸線

6‧‧‧在周邊延伸之環狀切口

8‧‧‧前斜面

9‧‧‧前環面

10‧‧‧配合表面之內端

AN‧‧‧切口之間的距離

BN‧‧‧切口之寬度

TN‧‧‧切口之深度

WS‧‧‧壁厚度

Claims (5)

1. 一種工具固持器，其包含一呈一套筒區段之形式的工具容納夾具，該套筒區段具有一具一配合表面的工具容納孔隙，該配合表面與該工具固持器之旋轉軸線同心，且可以一壓入配合將一工具之如所欲般插入至該套筒區段之該工具容納孔隙中的柄固定於該配合表面上，其中該套筒區段自該配合表面之側面開始包含若干在周邊延伸之切口，其特徵為該等切口將該配合表面分割成在軸線之方向上大體上剛性的彼此相當之2至5個配合表面片段，其中該等切口之徑向深度取決於該套筒區段之壁厚度及該工具容納孔隙中的柄的標稱直徑或此兩個量之間的比，且該等切口在該壁厚度之1/4以上及在該壁厚度之1/2以下削弱該套筒區段，以使得在施加於該套筒區段之外圓周上的熱的影響下，該壓入配合在所有配合表面片段處大體上均一地鬆動。
2. 如請求項1之工具固持器，其特徵為該套筒區段在該配合表面之區域中的壁厚度係在15mm至21mm之範圍中。
3. 如請求項1之工具固持器，其特徵為該切口深度係在6mm至8mm之範圍中。
4. 如請求項1之工具固持器，其特徵為該等個別配合表面片段在軸向上之長度係在10mm與30mm之間。
5. 如請求項1之工具固持器，其特徵為最接近前環面之切口距前斜面之內端的距離對應於切口寬度係在四倍至六倍之範圍中。