TWI674942B - 工具夾持器的輸液及輸電組立結構 - Google Patents

工具夾持器的輸液及輸電組立結構 Download PDF

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Abstract

一種工具夾持器的輸液及輸電組立結構，用於與一通過一心軸提供電源及冷卻劑可以分離的一加工機併用，其包括：被容納在心軸中的一中空柄部，中空柄部上設置有與心軸形成電氣結構或氣壓結構；一中空工具架設部，包括一軸向延伸的工具架設孔徑，能容納及固定一工具的一部份；一固設於中空工具架設部內之動力單元，其能接收電源並產生一動力，該動力經由工具架設孔徑傳遞到工具；以及一水密性分隔件，將一中央通道區隔成相互獨立的一輸液通道及一電纜導孔或輸氣管者。

Description

工具夾持器的輸液及輸電組立結構
本發明係關於一種工具夾持器，特別是指一種工具夾持器的輸液及輸電組立結構。
高精密度金屬加工，例如：鑽孔、銑削、鉸孔、搪孔、內外徑切削或表面研磨等，經常使用電腦數值控制(Computer Numerical Control，簡稱CNC)加工機台，搭配工具夾持器固定例如鑽頭、銑刀等多種工具進行處理。
加工機台使用冷卻劑及/或切削液(以下僅稱為冷卻劑)首先藉以冷卻工作件及切割工具而改良機器操作之效能。冷卻劑亦可潤滑工作件及切割工具，以減少累積的摩擦熱。使用冷卻劑亦可藉由阻止碎屑掉落至切割工具，以及自加工機台中沖走切下的碎屑。
在習知技藝中，冷卻劑藉由手動方式定位的軟管及噴嘴提供至工作件上。此一系統大體上可包括鵝頸軟管或源自毗鄰或接合至工作母機的冷卻泵之類似組合。近年來，冷卻系統已發展成供應冷卻劑至一切割工具夾持器或夾頭。冷卻劑可通過加工機台的心軸或自繞著工具夾持器而固定之軸環供應。
另外，習用超音波加工機(Ultrasonic Machining,USM)，係將超音波振動單元安裝在一旋轉主軸上，使得超音波所產生的高頻振動，經由一工具夾持器傳遞到一工具上，讓工具兼具有高速旋轉及超音波高頻振動等功能，可用以進行各種研磨或切削加工，特別適用於硬脆材料的精密加工。
使用超音波加工機進行加工時，工具的切削面不斷高頻振動並與切屑分離，明顯改善切屑與加工工具之切削面間，因高溫、高壓所造成的不良效果，進而提供防止顫紋、降低切削阻力、降低加工應變、有效改善排屑及有效改善加工表面等切削作業效果。
超音波加工機工作時，振動源由超音波振動單元產生，經由工具夾持器傳遞到工具刀尖，使之對一被加工件進行超音波高頻振動加工作業。超音波加工作業期間，除超音波高頻振動外，超音波加工機各種部件相互接觸工作，亦必然產生不期待的意外振動；此不期待的意外振動與超音波高頻振動間產生相互干擾，進而影響加工工序，對產品精度具有不利的影響。
加長長度的長形工具夾持器或例如美國USP1502528、USP2716030及USP8821084等專利案所揭示的組合連接式工具夾持器，在應用高的細長比(L/D)時，往往受到工具夾持器的材料剛性與精度所影響，造成加工品質不佳或無法加工的問題，是目前加工機所面臨的加工瓶頸；或者上述工具夾持器如被應用於超音波加工機時，由於超音波高頻振動源的傳遞路徑加長，超音波振動與上述不期待的意外振動相互干擾的情形將更為嚴重，工具夾持器受到超音波高頻振動影響而產生連結振動的情形，且各種振動頻率的最大振幅點位置更難以控制在工具的刀尖位置上， 導致不期望的切削性能，諸如較差的工件表面光潔度和超過公差範圍的已加工工件；進而對機器和對工具產生磨損，在最壞的情況下結果是導致無法修復的損壞。
本發明之目的即在於提供一種工具夾持器的輸液及輸電組立結構，主要係將動力單元設置於工具夾持器內部前端的前置位置上，有效縮短動力的傳遞路徑，避免工具夾持器因動力傳遞路徑過長而產生不期待的連結振動，維持較優的工件表面光潔度和加工精密度。配合前置式動力單元需要電力及輸送冷卻劑等需求，本發明更提供一輸液及輸電組立結構，使電力傳輸及冷卻劑分離，以相互不干涉方式分別由工具夾持器後端輸送至工具夾持器前端或前端出口處。
本發明之次一目的係在於提供一種工具夾持器的輸液及輸電組立結構，其能改善工具夾持器因長度加長，造成剛性降低與偏擺增加的問題，及克服高細長比工具夾持器剛性不足問題，並能縮短細長比，如圖1所示，工具夾持器的細長比由未設超音波振動器的L1/D，縮短至本發明設置前置式超音波振動器的L/D，同時工具夾持器的長度可以持續加長，其細長比維持於L/D的固定值，不受限於L1的長度者。
本發明之又一目的係在於提供一種工具夾持器的輸液及輸電組立結構，除了特別適合應用於各式不同加長長度的長形工具夾持器或組合連接式工具夾持器中使用；亦可適用單一長度工具夾持器中使用。
可達成上述發明目的之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，用於與一通過一心軸提供一電源及一冷卻劑的一加工機併用，該工具 夾持器包括：被容納在該心軸中的一中空柄部，該中空柄部上設置有一電氣結構，該電氣結構與該心軸形成電氣連接，用以導通該電源至該工具夾持器；一中空工具架設部，包括一軸向延伸的工具架設孔徑，該工具架設孔徑能容納及固定一工具的一部份；一固設於該中空工具架設部內之動力單元，該動力單元電性連接至該電氣結構，而能接收該電源並產生一動力，該動力經由該中空工具架設部傳遞到該工具；一由該中空柄部與該中空工具架設部界定形成的中央通道；以及一水密性分隔件，能將該中央通道區隔成相互獨立的一輸液通道及一電纜導孔，能以不相互干涉方式分別輸送該電源及該冷卻劑者。
在本發明一較佳實施例中，該水密性分隔件係由數個首尾相互串接的分隔管單元所組成者。
在本發明一較佳實施例中，該中空柄部設有一軸向延伸的第一冷卻劑口，該第一冷卻劑口用以接收來自該心軸之冷卻劑，並將該冷卻劑輸送至該輸液通道者。
在本發明一較佳實施例中，該動力單元係選用自超音波振動單元、電動單元及氣動單元中之一者。
在本發明一較佳實施例中，其中該中空工具架設部更包括：一彈性夾頭，該彈性夾頭內部形成該工具架設孔徑，該彈性夾頭上開設數個相互平行且一端開口的軸向槽溝，數個軸向槽溝間形成數個彈性爪片；以及一鎖緊件，該鎖緊件被鎖緊時，施力於該數個彈性爪片上使之彈性變形，進而向內夾緊安裝於該彈性夾頭內之該工具者。
在本發明一較佳實施例中，該中空工具架設部設有一軸向延伸的第二冷卻劑口，該第二冷卻劑口用以接收來自該輸液通道之冷卻劑，並將該冷卻劑輸送至該彈性夾頭者。
在本發明一較佳實施例中，更包括有至少一個串接於該中空柄部與該中空工具架設部之間的延伸套管模組。
在本發明一較佳實施例中，其中該延伸套管模組具有一公接頭端部及一母接頭端部，使各延伸套管模組能夠首尾相互串接者。
10‧‧‧中空柄部
11‧‧‧電氣結構
13‧‧‧電纜線
14‧‧‧公接頭端部
15‧‧‧錐形外表面
16‧‧‧第一冷卻劑口
20‧‧‧中空工具架設部
21‧‧‧工具架設孔徑
22‧‧‧彈性夾頭
23‧‧‧軸向槽溝
24‧‧‧彈性爪片
25‧‧‧鎖緊件
26‧‧‧母接頭端部
27‧‧‧第二冷卻劑口
30‧‧‧動力單元
40‧‧‧延伸套管模組
41‧‧‧公接頭端部
42‧‧‧母接頭端部
50‧‧‧中央通道
51‧‧‧水密性分隔件
52‧‧‧輸液通道
53‧‧‧電纜導孔
54‧‧‧分隔管單元
圖1為本發明工具夾持器的輸液及輸電組立結構之剖面視圖；以及圖2為圖1中之中空工具架設部的放大視圖。
請同時參閱圖1及圖2，本發明所提供之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，用於與一通過一心軸(圖未示出)提供一電源及一冷卻劑的一加工機併用，該工具夾持器包括：被容納在該心軸中的一中空柄部10，該中空柄部10上設置有一電氣結構11，該電氣結構11與該心軸形成電氣連接，用以導通該電源至該電氣結構11；一中空工具架設部20，包括一軸向延伸的工具架設孔徑21，該工具架設孔徑21能容納及固定一工具(圖未示出)的一部份(例如工具柄)；一固設於該中空工具架設部20內之動力單元30，該動力單元30電性連接至該電氣結構11，而能接收該電源並產生一動力，該動力經由該工具架設孔徑21傳遞到該工具；一由該中空柄部 10與該中空工具架設部20界定形成的中央通道50；以及一水密性分隔件51，能將該中央通道50區隔成相互獨立的一輸液通道52及一電纜導孔53，能以不相互干涉方式分別輸送該電源及該冷卻劑者。上述構成的前置式動力單元30，能夠有效縮短動力的傳遞路徑。
所述動力單元30係選用自超音波振動單元、電動單元及氣動單元中之一者。當該動力單元30用氣動單元時，熟悉此技藝人士應能顯而易知地將電氣結構11置換為一氣壓結構，同時將電纜導孔53置換為一輸氣管。
中空柄部10具有一錐形外表面15，其配置成可被容納在一加工機的心軸中，使工具夾持器及心軸相互對齊，並延軸向緊密連接。
該中空柄部10設有一軸向延伸的第一冷卻劑口16，該第一冷卻劑口16用以接收來自該心軸之冷卻劑，並將該冷卻劑輸送至該輸液通道52者。
該中空工具架設部20大致上可為一圓筒形元件，其更設置有一彈性夾頭22，該彈性夾頭22內部形成該工具架設孔徑21，該彈性夾頭22上開設數個相互平行且一端開口的軸向槽溝23，數個軸向槽溝23間形成數個彈性爪片24；並於彈性夾頭22外部設有一鎖緊件25，該鎖緊件25被鎖緊時，施力於該數個彈性爪片24上使之彈性變形，進而向內夾緊安裝於該彈性夾頭22內之該工具者。上述利用彈性夾頭22鎖固工具的方式，並非惟一選擇，熟悉此技藝人士應能瞭解到可採用其他固定工具的方法。
該水密性分隔件51係由數個首尾相互串接的分隔管單元54所組成；該水密性分隔件51的首尾二端分別與中空柄部10及中空工具架設部20的異徑內表面，形成緊密連接狀態，不但具有定位效果，亦有保持水 密性的效果。在上述連接處及各分隔管單元54的串接處，均設有O形環、襯墊或其他止漏構件，以保持輸液通道52及電纜導孔53的水密效果。同理，在例如輸送氣體等其他狀態下，亦可將水密性止漏構件，升級成氣密性止漏構件，對熟悉此技藝人士應為顯而易知的等效實施例。
由數個首尾相互串接的分隔管單元54所組成的水密性分隔件51，在分隔管單元54的內孔形成一圓形斷面的輸液通道52；且在分隔管單元54的外壁與中央通道50的內壁面間，形成一環形斷面的電纜導孔53。
該中空工具架設部20設有一軸向延伸的第二冷卻劑口27，該第二冷卻劑口27用以接收來自該輸液通道52之冷卻劑，並將該冷卻劑輸送至該彈性夾頭22者。
該電氣結構11經由穿過該電纜導孔53的一電纜線13，電性連接至該動力單元30者。該電氣結構11與加工機的心軸間，可以採用非接觸式導電連接，例如利用電磁感應通電等；當然電氣結構11與加工機的心軸間，亦可採用二個電極的接觸式導電連接，能將電源之電力供應至電氣結構11，在此不另說明。
本發明另一優選實施例，係在該中空柄部10與該中空工具架設部20之間，更設置有至少一個延伸套管模組40，每一延伸套管模組40具有一公接頭端部41及一母接頭端部42，且於中空柄部10上設有對應的公接頭端部14，中空工具架設部20上則設有對應的母接頭端部26，使各延伸套管模組40能夠與該中空柄部10及該中空工具架設部20相互連接，各延伸套管模組40亦能首尾相互串接者。使用者可視加工需要，選擇所使用延伸套管模組40的個數，藉以調整工具夾持器所需的長度。
本發明所提供之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，將動力單元設置於用以固定工具的中空工具架設部上，能有效縮短動力的傳遞路徑，避免工具夾持器受到動力傳遞路徑過長，而產生不期待的連結振動，同時解決加工時所面臨高細長比工具夾持器固有無法解決的剛性不足問題，維持較優的工件表面光潔度和加工精密度。配合前置式動力單元需要電力及輸送冷卻劑等需求，本發明更提供一輸液及輸電組立結構，使電力及冷卻劑以相互不干涉方式，分別由工具夾持器後端輸送至工具夾持器前端或前端出口處。尤其是加長長度的長形工具夾持器或組合連接式工具夾持器，特別適合使用本發明所提供的工具夾持器的輸液及輸電組立結構。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

Claims (8)

  1. 一種工具夾持器的輸液及輸電組立結構，用於與一通過一心軸提供一電源及一冷卻劑的一加工機併用，該工具夾持器包括：
    被容納在該心軸中的一中空柄部，該中空柄部上設置有一電氣結構，該電氣結構與該心軸形成電氣連接，用以導通該電源至該工具夾持器；
    一中空工具架設部，包括一軸向延伸的工具架設孔徑，該工具架設孔徑能容納及固定一工具的一部份；
    一固設於該中空工具架設部內之動力單元，該動力單元電性連接至該電氣結構，而能接收該電源並產生一動力，該動力經由該中空工具架設部傳遞到該工具；
    一由該中空柄部與該中空工具架設部界定形成的中央通道；以及
    一水密性分隔件，能將該中央通道區隔成相互獨立的一輸液通道及一電纜導孔，並以不相互干涉方式分別輸送該電源及該冷卻劑者。
  2. 如申請專利範圍第 1項所述之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，其中該水密性分隔件係由數個首尾相互串接的分隔管單元所組成者。
  3. 如申請專利範圍第 1項所述之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，其中該中空柄部設有一軸向延伸的第一冷卻劑口，該第一冷卻劑口用以接收來自該心軸之冷卻劑，並將該冷卻劑輸送至該輸液通道者。
  4. 如申請專利範圍第 1項所述之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，其中該動力單元係選用自超音波振動單元、電動單元及氣動單元中之一者。
  5. 如申請專利範圍第 1項所述之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，其中該中空工具架設部更包括：一彈性夾頭，該彈性夾頭內部形成該工具架設孔徑，該彈性夾頭上開設數個相互平行且一端開口的軸向槽溝，數個軸向槽溝間形成數個彈性爪片；以及一鎖緊件，該鎖緊件被鎖緊時，施力於該數個彈性爪片上使之彈性變形，進而向內夾緊安裝於該彈性夾頭內之該工具者。
  6. 如申請專利範圍第 5項所述之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，其中該中空工具架設部設有一軸向延伸的第二冷卻劑口，該第二冷卻劑口用以接收來自該輸液通道之冷卻劑，並將該冷卻劑輸送至該彈性夾頭者。
  7. 如申請專利範圍第 1項所述之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，更包括有至少一個串接於該中空柄部與該中空工具架設部之間的延伸套管模組。
  8. 如申請專利範圍第 7項所述之工具夾持器的輸液及輸電組立結構，其中該延伸套管模組具有一公接頭端部及一母接頭端部，使各延伸套管模組能夠首尾相互串接者。
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