兩個連接部件之間的工具連接及用於工具連接的連接部件的製作方法

2023-09-17 20:01:50 2

本發明涉及用在兩個連接部件之間的工具連接，尤其涉及用在旋轉工具的切削頭和託架之間的、具有權利要求1的前序部分所述的特徵的工具連接。本發明還涉及適用於這種工具連接的連接部件。

背景技術：

這種工具連接可獲自(例如)ep1476269b1。該專利文獻將旋轉工具描述為鑽頭，其中鑽頭被設計成稱作「模塊化旋轉工具」的物件。該旋轉工具在軸向方向上沿旋轉軸線延伸，並且包括兩個連接部件，分別是託架和切削頭，切削頭附接到託架以便能夠更換。為此，託架通常在其端面上包括兩個相對的緊固肋板，這些緊固肋板藉助切屑槽彼此分離，並且銷容座藉助於這些緊固肋板來界定。切削頭的連接銷插入該銷容座內。使切削頭圍繞旋轉軸線相對於託架旋轉，切削頭的連接銷得以插入銷容座。在這個旋轉期間，切削頭的彼此對應的卡夾部段與託架之間形成卡夾連接，使得兩個連接部件優選地僅以卡夾方式固定在一起。因此，優選地通常不在此處布置另外的緊固裝置，諸如螺釘等。

在ep1476269b1提供的工具連接中，銷容座具有圓形橫截面，連接銷具有略呈橢圓形的橫截面。由於連接銷的橫截面呈橢圓形，所以在插入連接銷時，銷容座中最初存在一些遊隙。通常靠軸向地將連接銷引入銷容座，來插入連接銷。隨後在切削頭車削的過程中，由於連接銷具有橢圓形的橫截面，故而被卡夾到銷容座中。

藉助橢圓形橫截面可實現可靠的卡夾。然而，由於這種橢圓形橫截面，只形成了線性接觸來產生壓力配合。另外，由於確定的夾緊力只到達規定的最終位置，所以還需要高尺寸穩定性。

技術實現要素：

發明目標

鑑於此，本發明立足於下述目標：提供一種工具連接，尤其提供一種用於模塊化旋轉工具的工具連接，藉助該工具連接，兩個連接部件能夠彼此可靠地壓緊配合。

實現發明目標的方法

該目標依據本發明，藉助具有權利要求1所述的特徵的工具連接方法、以及具有權利要求13所述的特徵的連接部件來實現。優選的改進方案包含在從屬權利要求中。關於工具連接方法提及的優點和優選實施例也將類似地轉移到連接部件。

工具連接方法用於在兩個連接部件之間形成卡夾連接，其中連接部件尤其是旋轉工具的切削頭和託架。優選地，不提供另外的緊固元件(諸如螺釘等)。旋轉工具被稱作模塊化旋轉工具，尤其為模塊化鑽頭。但旋轉工具不限於鑽頭。原則上，所有旋轉工具(諸如銑刀、擴孔鑽等)都可設置這種工具連接。

旋轉工具通常在軸向方向上沿旋轉軸線延伸，並且在操作期間，沿預定的旋轉方向繞旋轉軸線旋轉。一個連接部件(尤其為切削頭)包括具有一對卡夾部段的卡夾銷，這對卡夾部段在銷的兩側彼此相對。相應地，第二連接部件(尤其為託架)包括具有至少一對卡夾部段的銷容座，所述至少一對卡夾部段在容座的兩側彼此相對。在銷容座內以與預定旋轉方向相反的方向旋轉卡夾銷，而形成卡夾連接。兩個連接部件中彼此對應的卡夾部段在該過程中產生壓力配合。

每個卡夾部段分別包括多個連續的卡夾表面。每個卡夾部段因而被細分為若干個卡夾表面，這些卡夾表面覆蓋的角度範圍是確定的，比完整卡夾部段的角度範圍小。在沿著與軸向方向正交的方向觀察而看到的橫截面中，卡夾表面沿具有預定直徑的圓弧延伸。連續的卡夾表面的直徑發生變化，使得沿旋轉方向連續的卡夾表面的直徑逐漸增大。因此，這對相對的卡夾部段至少包括兩個彼此相對的卡夾表面對，其中，這些卡夾表面對的直徑沿旋轉方向增大。彼此關聯的銷容座和連接銷這兩者的卡夾表面因而對於每個卡夾部段形成若干處壓力配合。在沿著與軸向方向正交的方向觀察而看到的橫截面中，卡夾銷和銷容座這兩者的卡夾表面都分別沿圓弧伸展。

具有不同直徑的卡夾表面對的設計一方面使得連接銷能被輕鬆擰入銷容座。也就是說，彼此對應的卡夾表面之間的壓力配合不必在卡夾部段的完整角度範圍上形成，而只需在相應卡夾表面的有限角度範圍上形成。因此，要在銷容座內擰緊卡夾銷，只需要在有限的角度範圍上施加增大的力。同時，由於不同直徑的這若干卡夾表面對，所以壓力配合在相當大的角度範圍(也就是每個卡夾部段中連續的卡夾表面的各角度範圍的總和)上實現。該設計在釋放工具連接時也具有優勢，這是因為連接銷只需沿旋轉方向轉過相當短的旋轉路徑，就可解除約束。總而言之，該設計因此在兩個連接部件之間實現了不僅具有較大夾緊力、同時還易於安裝的卡夾連接。

所謂「壓力配合」，目前通常將其理解為彼此對應的連接部件尺寸偏大一定程度，意味著卡夾銷的卡夾表面的直徑相對於銷容座的對應卡夾表面的直徑，尺寸至少略偏大一定程度。尺寸偏大的這種程度通常在1毫米的百分之幾的範圍內。連接銷被卡夾到銷容座中時，銷容座的卡夾部段彈性地擴張至一定程度。

有利的是，卡夾表面被部分地設計成圓柱形，因而形成圓柱形殼體表面的部段。所以卡夾表面平行於軸向方向伸展。這種設計在製造過程中尤其容易實現，特別是經由磨削而實現。應當理解，卡夾表面的部分圓柱形設計意味著在沿著與軸向方向正交的方向觀察而看到的橫截面中，卡夾表面沿圓弧伸展。

另選地，連接銷例如為錐形的，使得卡夾表面相對於軸向方向傾斜。在這種情況下，既可採用錐形在軸向方向上逐漸增大的設計，也可採用錐形在軸向方向上逐漸縮小的設計。就錐形在軸向方向上逐漸縮小的情形而言，銷在朝向銷容座底部的方向上變寬，得以產生強制鎖緊，該強制鎖緊在軸向方向上起效，同時防止兩個連接部件在軸向方向上拉出。在這種情況下，以燕尾榫連接的方式設計工具連接。

依據一有利的設計，每個卡夾部段都包括兩個以上(尤其為3至5個)具有不同直徑的卡夾表面。各卡夾表面的直徑沿旋轉方向不斷增大。這意味著，在將卡夾銷擰入銷容座的情況下，前一個卡夾表面的直徑相應比緊隨其後的卡夾表面的直徑小。

優選地，具有不同直徑的連續的卡夾表面分別在相同角度上延伸。這樣，所有彼此對應的卡夾表面同時至少基本上彼此接合得以實現。連續的卡夾表面優選地在相同角度上延伸等同的距離。然而應當理解，所述相同角度也包括+/-15％(尤其是最多+/-10％)的偏差。

卡夾表面優選地分別覆蓋至少為10°範圍內、優選35至45°範圍內的角。在模塊化旋轉工具的工具連接中，銷容座由兩個被凹槽彼此分離的緊固肋板形成，卡夾部段各自的範圍為約70°。在每個卡夾部段形成兩個卡夾表面的情況下，卡夾表面得以實現不小於35°的大角度範圍。如果卡夾表面的數量較大(例如有三個卡夾表面)，則角度範圍相應變小，處於(例如)約20°至25°的範圍內。要是每個卡夾部段有兩個、甚至兩個以上卡夾表面，則所有的卡夾表面優選地具有相同的角截面，以便均勻地分布。

兩個連續的卡夾表面的直徑的差值有利地小於0.2mm，尤其為小於或等於0.1mm。所述直徑的差值尤其地在0.04mm至0.1mm範圍內。所述直徑的最小差值通常為0.02mm。

在一優選的設計中，圓周方向上彼此相接的兩個卡夾表面之間形成過渡區域，在過渡區域中，兩個連接部件彼此不緊靠，並且在徑向方向上彼此間隔開(即，具有徑向間隙)。因而在過渡區域中不產生壓力配合。

有利地，每個過渡區域都被設計成彎曲表面。另外，兩個連接部件的過渡區域有利地沿相反的方向彎曲，藉此整體上形成近似橢圓形的自由空間，其中連接部件的彼此對應的兩個表面部段彼此間隔開。

就製造過程來說，兩個連接部件由磨削或機加工過程產生。連接銷的外輪廓尤其是經磨削而成，在此過程中通常使用磨削輪。與之相反，銷容座藉助機加工工具(尤其為銑刀)而形成。彎曲過渡區域的曲率半徑對應於所用工具(即，尤其為銑刀或磨削輪)的半徑。由於為不同的卡夾表面對設置不同的直徑，所以這些過渡區域在形成銷容座或卡夾銷的期間產生。

過渡區域分別在過渡角上延伸，過渡角在5至30°的範圍內，尤其為小於20°。

如前所述，連接部件一方面被設計成模塊化託架工具(諸如鑽頭或銑刀)的切削頭，另一方面被設計成該工具的託架。

託架在其端面側上包括兩個相對的緊固肋板，這兩個緊固肋板形成銷容座。此外，在緊固肋板上形成扭矩部段，切削頭用相關聯的扭矩部段抵靠鄰接所述扭矩部段，以便傳遞轉矩。依據第一種設計變型，扭矩部段延伸直至旋轉工具的最外側圓周，也就是直至稱作鑽頭後表面的位置。另選地，扭矩部段在銷容座的內部殼體表面上以及在卡夾銷(即連接銷)的外部殼體部段上形成。在這種情況下，扭矩表面因此被緊固肋板包圍，未延伸至最外側圓周。

附圖說明

下文參照附圖更詳細地說明了本發明的示例性實施例。這些附圖部分地以簡化描繪示出了：

圖1其中插入了託架和切削頭的被設計成鑽頭的模塊化旋轉工具的側視剖面圖；

圖2a、圖2b根據圖1的切削頭的不同視圖；

圖3根據圖1的託架；

圖4a根據圖1的旋轉工具的簡化側視圖；

圖4b卡夾銷和銷容座之間的連接區域中旋轉工具沿圖4a中所標記剖面的簡化剖面圖，其中卡夾銷僅部分擰入；

圖4c與圖4b相差無幾的剖面圖，其中卡夾銷完全擰入；

圖4d圖4c剖面圖的局部放大視圖。

以同樣的方式發揮作用的部件在附圖中標註相同的參考符號。

具體實施方式

附圖中示出的旋轉工具2被設計成模塊化鑽孔工具。該模塊化鑽孔工具在軸向方向4上沿旋轉軸線6延伸。在正常操作期間，旋轉工具圍繞旋轉軸線6沿旋轉方向8旋轉，該旋轉方向同時限定圓周方向。旋轉工具由託架10和切削頭12構成，切削頭附接到託架以便能夠更換。切削頭12包括主切削刃(未更詳細地描述)，這些主切削刃通常在鑽頭面的中心經由橫向切削刃彼此連接，並徑向向外延伸。端面處的主後刀面在與旋轉方向8相反的方向上鄰接主切削刃。切削頭12在其圓周側上包括後表面14，該後表面被相對的凹槽16中斷。因此，所述凹槽起始於切削頭12，並過渡到託架10。在示例性實施例中，凹槽16大致成螺旋形延伸。託架10具有帶溝槽的軸部段，(例如)副切削刃在該軸部段上繼續，這些副切削刃起始於切削頭12，並沿凹槽16延伸。託架10的帶溝槽軸部段通常還與不帶溝槽的卡夾部段鄰接，旋轉工具2利用該不帶溝槽的卡夾部段而卡夾到工具機中。

同時，託架10和切削頭12限定兩個連接部件，這兩個連接部件經由下文將詳細描述的刀具連接彼此相連。

為此，切削頭12包括卡夾銷18，該卡夾銷能以卡夾方式插入託架10的對應銷容座20。在示例性實施例中，卡夾銷18被設計成圓盤狀元件，該元件具有同樣為圓盤形且彼此相對的凹陷部。凹陷部由與卡夾銷18相交的凹槽16確定。在示例性實施例中，卡夾銷18還與引入銷22鄰接，切削頭12在插入過程中藉助該引入銷預先居中。

在託架10上，銷容座20由兩個相對的緊固肋板24形成，卡夾銷18被接收在這兩個相對的緊固肋板之間。為了將切削頭12插入託架10，首先在軸向方向上從上方將切削頭引入銷容座20，隨後以與旋轉方向8相反的方向將切削頭大致轉動90°，使其固定在託架10中，旨在夾緊切削頭，防止其被拉出。

在操作過程中，託架10傳遞旋轉運動，從而將扭矩傳遞至切削頭12。切削頭12和託架10包括彼此對應的若干個功能表面，一方面用於傳遞扭矩，另一方面用於產生期望的壓力配合。彼此對應的表面(在插入狀態下變得彼此抵靠)在下方標註相同的參考符號，其中，託架的表面被標註字母a，切削頭的表面被標註字母b。

從圖1和圖3可以看出，緊固肋板24大體上為階梯式，其中，兩個平坦階梯表面的過渡區域在託架側上形成扭矩表面26a，抵靠該扭矩表面的將是切削頭的對應扭矩表面26b。扭矩表面26a、26b通常被理解為被設計用於在操作期間傳遞扭矩的表面。

為了將卡夾銷18卡夾緊固在銷容座20中，形成了卡夾部段28a、28b，這些卡夾部段分別成對地彼此相對。凹槽16分別在相對的卡夾部段28a、28b之間形成。從圖2a、圖2b和圖3中可直接看到，示例性實施例中的每個卡夾部段28a、28b分別包括兩個卡夾表面30a與30b、32a與32b，這兩個卡夾表面之間形成了過渡區域34a、34b。卡夾表面30a與30b、32a與32b是部分圓柱形殼體表面，即，卡夾銷18中的外部殼體表面和銷容座20中的內部殼體表面。這些殼體表面平行於軸向方向4延伸，在相對於軸向方向的橫截面中觀察時，這些殼體表面沿圓弧延伸。

為防止在軸向方向上被拉出，在示例性實施例中額外形成了彼此對應的止動表面36a、36b。這些止動表面在卡夾銷18中限定卡夾銷18的上邊界表面。這些止動表面尤其至少大致沿水平方向，優選地恰好沿水平方向(即，正交於軸向方向4)伸展。在託架10中，在每個緊固肋板24上形成懸臂梁，用來形成相應的止動表面36a。在緊固銷18中，止動表面36b直接鄰接扭矩表面26b，該止動表面在示例性實施例中被設計成相對於軸向方向4對角傾斜。該止動表面尤其被設計成磨削表面。該止動表面在切削頭12的前側端面的方向上延伸，並在其末端自由地逐漸變細，也就是說，在其末端未被切削頭的局部區域覆蓋，尤其是未被前側端面覆蓋。這就允許通過磨削，以簡單的方式形成止動表面36b。

卡夾部段28a、28b的設計將在下文結合圖4a和圖4b更詳細地說明。為清楚起見，圖中基本上只標註了與卡夾銷18相關聯的參考符號。

在圖4b至圖4d中可再次看到，示例性實施例中相應的卡夾部段28b包括兩個卡夾表面30b、32b，這兩個卡夾表面被過渡區域34b彼此分開。由於卡夾部段28b成對布置，所以彼此對應的卡夾表面30b、32b也彼此相對地成對布置。卡夾表面30b的卡夾表面對具有直徑d1，卡夾表面32b的卡夾表面對具有直徑d2。直徑d1略小於直徑d2。卡夾表面30b是靠前的卡夾表面，卡夾表面32b是靠後的卡夾表面。應當理解，這意味著靠前的卡夾表面30b在以與旋轉方向8相反的方向擰入卡夾銷18的過程中，被布置在靠前的位置。

由於卡夾表面30b的直徑d1較小，因此卡夾表面在最初被擰入銷容座20時可存在一些遊隙，直到這些卡夾表面抵達銷容座20上與其相關聯的卡夾表面30a，這些遊隙才會消失。因此，卡夾表面30b、32b被設計和布置成在銷容座20中卡夾銷18的同一旋轉位置處，抵達銷容座20上與其相關聯的卡夾表面30a、32a。各個相關聯的卡夾表面30a與30b、32a與32b因此同時變得彼此接合，從而產生壓緊配合或壓力配合。為此，尤其規定各個卡夾表面30b、32b在相同的角α上延伸。同時，過渡區域34b在過渡角β上延伸。在示例性實施例中，角α在30°至45°範圍內，尤其是在35°至40°範圍內。同時，過渡角β優選地在5°至20°範圍內，尤其是在約10°至15°範圍內。綜而觀之，相應的卡夾部段28b在2α+β的角度範圍上延伸，例如，在80°與110°、優選約95°至105°的角度範圍上延伸。

銷容座20的卡夾表面30a、32a還被設計為與卡夾銷18的卡夾表面30b、32b對應。這些卡夾表面30a、32a優選地與卡夾表面30b、32b一樣，在相同的角α上延伸。過渡角β也優選地與卡夾銷18的過渡角相同，至少與其相似。

要在彼此關聯的卡夾表面28a、28b之間形成期望的壓力配合，卡夾部段28b的尺寸相對於銷容座20的卡夾部段28a的尺寸應略偏大一些。這意味著銷容座20的卡夾表面30a、32a的直徑分別略小於卡夾銷18的直徑d1、d2。尺寸偏大的程度通常為1毫米的百分之幾。

尤其從圖4c和圖4d可以看出，卡夾銷18和銷容座20的彼此對應的表面部段之間的過渡區域34a、34b中形成了自由空間(即，徑向遊隙)。就製造過程來說，託架10的卡夾部段28a藉助銑刀形成，卡夾銷18的卡夾部段28b藉助磨削輪形成。由於直徑d1、d2不同，所以必須在徑向方向上一定程度地移動相應的刀具(磨削輪或銑刀)，而形成過渡區域34a、34b。因此，過渡區域34a、34b由彎曲的線條限定，其中，曲率半徑分別對應於所用工具的半徑，也就是說，一方面對應於磨削輪的半徑，另一方面對應於銑刀的半徑。這些半徑在圖4c中繪出，銑刀的半徑為r1，磨削輪的半徑為r2。

總而言之，利用具有若干個部分圓柱形的卡夾表面30a與30b、32a與32b的卡夾部段28a、28b的設計，一方面得以將卡夾銷18輕鬆地擰入銷容座20。原因是，由於直徑存在差異，所以最初幾乎不用力就可將卡夾銷18擰入銷容座，而且只需在有限的角度範圍上施加增大的力以產生壓力配合。另一方面，在釋放過程中只需略微旋轉，接下來基本上不用力就可進一步擰松切削頭12。

部分圓柱形的設計還具有獨特的優勢，即兩個連接部件10、12對配合與公差精度的要求(尤其是在限定的最終位置處)相對較寬，原因是不需要兩個連接部件10、12相對彼此精確地旋轉就位。也就是說，相對於預期位置的某種程度轉動不會引起夾緊力突然減小。

此外，部分圓柱形的設計(也就是至少在橫截面中觀察時，卡夾表面30a與30b、32a與32b依據其沿圓弧延伸的設計)在連接的對應部件之間實現了很大程度上分層的接觸，故而整體上產生了非常大的夾緊力。

本文引入的概念，即每個卡夾部段都有若干個卡夾表面沿圓弧延伸，另選地還以具有相對於軸向方向對角傾斜的卡夾表面的卡夾銷18實施，也就是例如以按燕尾榫方式設計的卡夾銷18實施。

本文檔結合旋轉工具2描述了工具連接，但工具連接的應用不限於此。工具連接的設計原則上還可用於其中的兩個連接部件藉助圍繞旋轉軸線6相互轉動而以卡夾方式彼此連接的其他工具。

從根本上說，還可能存在不同於示例性實施例中所示的銷容座20，該銷容座20形成了完整圓周銷容座20，使卡夾銷18得以被銷容座20360°包圍。尤其在此類「完全封閉」銷的情況下，提供兩個以上連續的卡夾表面30a與30b、32a與32b。在此類完全封閉的設計變型中，只需採取措施確保最初可將卡夾銷18插入銷容座20。