旋轉工具的工具夾具的製作方法

2023-09-21 22:05:35

專利名稱：旋轉工具的工具夾具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉工具的工具夾具。
背景技術：
在實踐中為了夾緊旋轉的工具，例如鑽頭或銑刀等利用各種各樣的工具夾具，其以徑向壓配合固定旋轉工具的刀柄的夾緊裝置具有一隻微小的最大位移。關係到這樣的規則，即夾緊位移越小工具夾具的精密性和同心性精度越高。這樣，精密彈簧卡頭具有一隻少數幾個毫米的夾緊位移，而其他的精密夾頭，例如液壓脹縮夾頭或具有環形封閉的夾緊裝置的機構夾頭，特別是收縮卡頭型的工具夾具構成使得可以在工具夾具中直接夾緊具有隻一唯一的刀柄公稱直徑的旋轉工具。
利用上述的工具夾具可以達到足夠高的壓配合力。但已表明，激發工具的旋轉的切削麵的振動，其在加工的工件的截面圖中留下顫振痕跡等。這限制工具機的可達到的進給速度。
還已表明，旋轉工具，其在無振動運動時足夠牢固地安裝於工具夾具中，在產生振動時在工具夾具中開始軸向移動並且在運轉中可能從工具夾具中鬆脫。

發明內容
關於第一方面本發明的目的是提供一種工具夾具，其比至今更好地阻止運轉過程中旋轉工具的軸向移動。關於第二方面本發明的目的是，其比至今列好地抑制由旋轉工具激發的振動。
本發明從一種工具夾具出發，其夾緊部分包括同心於工具夾具的旋轉軸線設置的夾緊裝置用以固定旋轉工具的刀柄，其確定一刀柄的容納孔，其中夾緊裝置在一用於插入或取出刀柄的徑向擴大的脫開裝置與一夾緊位置之間可徑向移動，在夾緊位置夾緊裝置對刀柄施加徑向的將刀柄在其圓柱形外圓周表面上摩擦鎖合固定的壓配合力，並且其中為夾緊裝置配置具有圓柱形外形的夾緊表面，其在夾緊位置面接觸地緊貼刀柄的外圓周表面。如開頭所述，這樣的工具夾具作為精密工具夾具，例如收縮卡頭型式是已知的。
按照本發明的改進在於，工具夾具的構成夾緊的區域具有許多圍繞旋轉軸線彎曲的彼此保持軸向間距的槽部分，沿旋轉軸線的方向看，所述槽部分限定在它們之間相互結合成一體的、彼此保持軸向間距設置的、向旋轉軸線那邊凸出的多個支承區域，所述支承區域的向旋轉軸線那邊的頂表面構成圓柱形夾緊表面。
各支承區域的頂表面順應一圓柱形外形並且總尺寸確定成使可以由夾緊裝置的壓配合力傳遞運轉所需要的轉矩。但因為各支承區域由於各槽部分從而是軸向自由的，與傳統的工具夾具的構成支承表面的區域相比在一定範圍內是軸向彈性的並且可以消除和抑制工具夾具的夾緊部分相對於旋轉工具的刀柄的彎曲振動。工具刀柄移出容納孔的傾向被顯著地減小。
各槽部分符合目的地通過至少一個圍繞旋轉軸線彎曲的螺旋槽或通過許多彼此保持軸向間距設置的圍繞旋轉軸線的環形槽構成。如果涉及環形槽，則產生一旋轉對稱的支承區域結構，其特徵在於特別高的軸向固定力。藉助於一條或多條軸向相互位錯的環形螺旋線產生支承區域可特別簡單地按照螺紋切削過程的方式來製造。如果切削兩個反向的螺旋槽，則在這種情況也達到一旋轉對稱的支承區域結構。
上述的螺旋槽或環形槽產生成螺旋形或環形圍繞旋轉軸線的板條狀的支承區域。但在一方案中也可以設定，工具夾具的構成夾緊表面的區域具有許多全方面彼此保持間距設置的支承區域，其形式為通過各槽部分彼此全方面分離的、但相互結合成一體的凸起，其向旋轉軸線那邊凸出的頂表面再次構成圓柱形夾緊表面。不同於上述的實施形式，通過各凸起可以更好地影響工具夾具的構成夾緊表面的區域的徑向或軸向的彈性特性。
當各支承區域沿夾緊表面通過至少兩組槽部分限定時，可以較簡單地製造上述型式的凸起，其中每一組的各槽部分在夾緊表面內間隔開並排地延伸而不相交，並且不同的組的各槽部分在夾緊表面內相交以便構成各支承區域。例如第一組的各槽部分可以通過至少一個圍繞旋轉軸線彎曲的螺旋槽而第二組的各槽部分通過至少一個反向於第一組的至少一個螺旋槽或具有不同於每一組的至少一個螺旋槽的斜度的圍繞旋轉軸線彎曲的螺旋槽構成或/和通過許多圍繞旋轉軸線彼此保持軸向間距設置的環形槽或/和通過許多沿夾緊表面的圓周方向分布設置的軸向延伸的槽構成。藉助於工具機可以較簡單地製造螺旋槽、環形槽或軸向槽。但在一方案中也可以設定，第一組的各槽部分通過許多圍繞旋轉軸線彼此保持軸向間距設置的環形槽，而第二組的各槽部分通過至少一個圍繞旋轉軸線彎曲的螺旋槽構成或/和通過許多沿夾緊表面的圓周方向分布設置的軸向延伸的槽構成。
朝夾緊部分的軸向縱截面看，各支承區域的頂表面與在頂表面的軸向側面鄰接的各槽側表面一起符合目的地順應一矩形外形成一平行四邊形外形或一梯形外形。許多鄰近的支承區域的至少一個槽側表面、特別是兩個槽側表面符合目的地垂直於旋轉軸線延伸；但一個或兩個槽側表面也可以具有圓錐形狀。通過傾斜角的適當的選擇可以改變支承區域結構的減振性能。
如果兩個圓錐形的槽側表面向旋轉軸線的方向同向逐漸縮小，則形成相對於旋轉軸線傾斜延伸的支承區域，它們在各槽側表面遠離旋轉工具逐漸縮小時加強在工具柄上施加的用於刀柄的向外運動的壓配合力。符合目的地兩組各設有許多軸向鄰近的支承區域，其各圓錐形槽側表面同向逐漸縮小，同時兩組中的各圓錐形槽側表面反向逐漸縮小。在這種情況下特別好地阻止工具柄在工具夾具彎曲振動時的軸向移動。當兩組的各圓錐形槽側表面相互相向逐漸縮小時尤其如此。
相對於在各鄰近的螺旋槽的槽圈之間或在各鄰近的環形槽之間的頂表面的寬度的至少一個螺旋槽的寬度或每一環形槽的寬度影響在工具夾具中夾緊的工具刀柄的減振性能和慣性。優選螺旋槽或環形槽的寬度小於在其中間保留的支承區域的頂表面的寬度。槽寬度越小，為傳遞壓配合力保留的夾緊表面越大。相反頂表面的寬度與槽側表面的傾斜角一起影響支承區域的減振特性。也已證明，至少一個螺旋槽的徑向深度或每一環形槽的深度符合目的地大於螺旋槽的寬度或環形槽的寬度，以便確保支承區域的為減振特性足夠的軸向彈性。
例如通過螺旋槽、環形槽或軸向槽構成的槽部分可以向容納孔那邊是敞開的。但在一優選的實施形式中各槽部分至少在其縱向延伸長度的一部分上，但特別基本上在其全長上填滿一與工具夾具的構成夾緊表面的區域的材料不同的材料。該填料可以用於不同的目的。例如該填料特別在螺旋槽或軸向槽中用於液體緊密的密封。但該填料也可充分用來改善減振或其還可以例如在一收縮卡頭型的工具夾具的情況下為工具柄在收縮過程中提供熱絕緣。該填料可以包括塑料或陶瓷或金屬。
例如構成為螺旋槽或環形槽的各槽部分可以直接成型於工具夾具的夾緊部分的材料中。在一收縮夾頭型的工具夾具的情況下它們可以直接成型於構成容納刀柄的容納孔的可熱膨脹的外殼部分中。但也已證明符合目的是，將支承區域結構或支承元件結構成型於一可能單獨的徑向彈性的套筒中，其本身嵌入工具夾具的容納孔中並且其將工具夾具的夾緊裝置的徑向壓配合力傳給工具。一這樣的套筒可以用作為直徑補償套筒，藉助於該套筒一僅僅確定成用於夾緊唯一的刀柄公稱直徑的工具夾具也可以用於其他的即使較小的刀柄直徑。特別在一收縮卡頭型的工具夾具的情況下一這樣的套筒還可易於達到最大的夾緊位移。在一這樣的實施形式中符合目的地設定，將例如構成為螺旋槽或環形槽的各槽部分設置在一徑向彈性的容納旋轉工具的刀柄的套筒的構成圓柱形的夾緊表面的內圓周表面中，並且夾緊裝置具有另一確定容納孔的可在脫開位置與夾緊位置之間徑向移動的夾緊表面，其中在夾緊裝置的脫開位置一方面可將套筒嵌入容納孔中或從其中取出或/和另一方面可將刀柄嵌入套筒中或從其中取出，而在夾緊位置套筒將夾緊裝置的徑向壓配合力傳給刀柄。在套筒中可以涉及一單獨的可從工具夾具中取出的構件；如以下還要說明的，套筒還可以固定連接於工具夾具或在其上成一體成型。
套筒優選具有至少一軸向延伸的補償縫隙，但優選多個這樣的沿圓周方向分布的補償縫隙，以便獲得足夠的徑向的彈性特性並且儘可能少地減弱由夾緊裝置施加的壓配合力。在補償縫隙中可以涉及各軸向延伸的槽或徑向穿過套筒的軸向的開口。特別可以不僅在內圓周表面而且在外圓周表面上設置各個槽，以便通過這樣形成的曲折形橫截面結構達到特別好的徑向的彈性特性。
精密工具夾具、特別是收縮卡頭型的工具夾具的夾緊位移通常以保持窄的公差限的刀柄直徑為先決條件。為了即使在應用直徑補償套筒時也可儘可能好地充分利用夾緊位移，在一優選的實施形式中設定，套筒包括相互同心設置的內套筒與外套筒，其中外套筒具有一圓錐形內表面，而內套筒具有一緊貼外套筒的圓錐形內表面的圓錐形外表面和一構成套筒的夾緊表面的圓柱形構造的內表面，其內徑可通過內套筒和外套筒相互相對軸向移動來改變直到夾緊表面貼靠在刀柄上為止。一這樣的套筒允許消除工具柄的外徑與工具夾具的公稱內徑之間的直徑差，以及補償工具柄的直徑公差。為此首先將兩件式套筒推到工具柄上並且通過內套筒相對於外套筒的移動以一定的夾緊配合固定在工具柄上。但該夾緊力還不必具有為傳遞運轉轉矩所需要的大小，因為為此接著由工具夾具的夾緊裝置經由套筒對工具柄施加必需的壓配合力。在兩件式套筒的情況下也可以將構成為各軸向延伸的槽或開口的補償縫隙至少設置在內套筒上、優選還設置在外套筒上以便改善徑向的彈性特性。
套筒的外圓周表面可以具有圓柱形外形。但為可以將套筒軸向確定地定位於工具夾具中，這特別在也遭受軸向熱膨脹的收縮卡頭型的工具夾具的情況下具有重要性，按照一優選的實施形式可以設定，將上述夾緊裝置的另一夾緊表面構成為圓錐形內表面並且套筒具有一緊貼該圓錐形內表面的圓錐形外表面，其相應於圓錐形內表面向旋轉軸線向旋轉工具那邊的方向逐漸縮小。在其夾緊表面的區域的軸向遠離旋轉工具的側面上，套筒軸向支承在工具夾具上。在從脫開位置向夾緊位置過渡時夾緊裝置將套筒自動軸向拉到例如工具夾具的構成為軸向擋肩的支承面。
在一收縮卡頭型的工具夾具的情況下，為了構成夾緊裝置，工具夾具可以具有一通過加熱可轉入脫開位置和通過冷卻可轉入夾緊位置的、構成另一夾緊表面的圓錐形內表面的外殼部分，其圍繞套筒的圓錐形外表面並且在通過套筒的內圓周表面構成的夾緊表面的軸向遠離旋轉工具的側面上固定連接於工具夾具。一這樣的外殼部分不僅產生徑向壓配合力，而且在冷卻時還產生軸向力，其一方面按照彈簧夾頭的方式徑向對套筒加載而另一方面將套筒軸向壓向其支承面。藉助於一這樣的工具夾具可以達到高的壓配合力同時精確的定位。
特別重要的是這樣的實施形式，其中外殼部分在軸向遠離旋轉工具的側面具有一軸向伸出構成其它的夾緊表面的區域的、以徑向間距圍繞工具夾具和/或套筒的延長部，所述延長部的端部固定連接於工具夾具。在從脫開位置向夾緊位置的過渡處，軸向收縮的套筒部分縮短並產生永久作用到套筒上的軸向夾緊力，其抑制運轉中產生的振動、特別是彎曲振動。減振動作用特別涉及套筒部分在套筒的圓錐形外圓周上的摩擦鎖合和形鎖合夾緊的組合。
還特別有利的是一這樣的改進，其中外殼部分由一種材料構成，其熱膨脹係數大於套筒或/和工具夾具的被外殼部分圍繞的區域的熱膨脹係數。提高的套筒部分的熱膨脹能力一方面加大工具夾具的夾緊位移而另一方面提高在夾緊位置為減振所需的軸向夾緊力。
為了將工具夾具轉入脫開位置，可以只在套筒的區域內加熱外殼部分；但也可以將其沿其全長加熱，以便增大打開位移。已證明有利的是，套筒在其遠離旋轉工具的一端固定連接於工具夾具並且為了轉入脫開位置將外殼部分基本上只在其延長部加熱。傳統的收縮卡頭型的工具夾具通常在夾緊工具柄的夾緊表面的區域內例如感應加熱。為此必須保證只加熱外殼部分，但不同時加熱工具柄，否則難以取出工具。反之，如果只在延伸部的區域內並從而在固定工具柄的夾緊表面軸向之外加熱外殼部分，則不發生難以取出的夾緊作用。
上述型式的收縮卡頭型的工具夾具，其中由一工具夾具的外殼部分經由一套筒或一具有圓錐形外表面的套筒部分通過壓配合力夾緊工具柄，也具有獨立的發明重要性，而不依賴於緊貼工具柄的套筒或套筒部分的圓柱形夾緊表面是否通過一螺旋槽或各環形槽分成各支承元件或支承區域。重要的首先是，外殼部分圍繞一同心於旋轉軸線的、在工具夾具上軸向支承的、徑向彈性的、構成旋轉工具的刀柄的容納孔的套筒部分，其內圓周表面構成一夾緊表面以便將外殼部分的壓配合力傳給刀柄並且外殼部分具有一圓錐形內表面，而套筒部分具有一圓錐形外表面，其在旋轉軸線的方向上向旋轉工具那邊逐漸縮小，其中圓錐形內表面在夾緊位置緊貼圓錐形外表面。外殼部分在這裡在軸向遠離旋轉工具的側面上具有一軸向伸出套筒部分的夾緊表面的區域的、以徑向間距圍繞工具夾具或/和套筒部分的延長部，所述延長部的端部區域固定連接於工具夾具。可選擇地或還可以附加地設定，外殼部分由一種材料構成，其熱膨脹係數大於套筒部分和/或工具夾具的由外殼部分圍繞的區域的熱膨脹係數。在該工具夾具中如上所述優選也只加熱外殼部分的延長部的區域，以便拆卸工具夾具。


以下藉助附圖更詳細地說明本發明的各實施例。其中圖1一收縮卡頭型的工具夾具包括一本發明的支承元件結構的軸向縱剖面圖；圖2工具夾具包括支承元件結構的第一方案的軸向縱剖面圖；圖3工具夾具包括支承元件結構的第二方案的軸向縱剖面圖；圖4工具夾具包括一構成支承元件結構的套筒的軸向縱剖面圖；圖5圖4中的工具夾具的套筒的軸向視圖；圖6工具夾具包括包含支承元件結構的套筒的一個方案的軸向縱剖面圖；圖7圖6中的工具夾具的一個方案的軸向縱剖面圖；圖8圖7中的工具夾具的一個方案的軸向縱剖面圖；圖9在按圖8的工具夾具中包括的套筒的軸向視圖；
圖10一收縮卡頭型的工具夾具包括一直徑補償套筒的軸向縱剖面圖；圖11一工具夾具包括支承元件結構的第三方案的軸向縱剖面圖；圖12一工具夾具包括圖11的支承元件結構的一個方案沿圖13中線XII-XII看去的軸向縱剖面圖；圖13圖12中的工具夾具的軸向視圖；圖14一工具夾具包括支承元件結構的第四方案的軸向縱剖面圖；圖15一工具夾具包括圖14中的支承元件結構的一個方案的軸向縱剖面圖。
具體實施例方式
圖1示出一收縮卡頭型的工具夾具1，其包括一接合部分3，在這裡其為一空心柄錐度(HSK)的形式，用於與一工具機的工作主軸在其軸向一端旋轉固定地接合；以及一在其軸向另一端的夾緊部分5。工具夾具1的旋轉軸線以7表示。接合部分3可以具有任何的形狀，亦即也可以具有一陡錐度等的形式。夾緊部分5具有一外殼9的基本形狀，其終止於一垂直於旋轉軸線7延伸的端面11並且包括一圓柱形的同心於旋轉軸線7的容納孔13，一未詳細示出的旋轉工具、例如銑刀或鑽孔的圓柱形工具柄15以隨後還要更詳細說的方式可更換地嵌入所述容納孔內。為清晰起見圖1示出在嵌入容納孔13之前的工具柄15，其通過徑向的由外殼9的構成一夾緊表面17的內圓周表面以壓配合摩擦鎖合地固定於容納孔13中。
工具柄15的外圓周表面的外徑稍大於夾緊表面17的內徑。在加熱夾緊部分5時，例如藉助於一在WO 01/89758A1中描述的型式的感應的收縮裝置，容納孔13膨脹到使得可以將工具柄15插入熱膨脹的容納孔13中。在冷卻以後夾緊部分5的外殼9對工具柄15施加徑向的壓力並將其固定於夾緊部分5中。為了可以再從工具夾具1中取出工具柄15，將夾緊部分5重新加熱，直到其脫開工具柄15。
在夾緊於工具夾具1中的旋轉工具的運轉中可能產生振動、特別是彎曲振動。為了阻止工具柄15由于振動軸向移出容納孔13，外殼9在夾緊表面17的區域內包括許多環形槽21形式的槽部分，它們以軸向間距並排地成型於外殼9的夾緊表面17中。各環形槽21具有相互平行的垂直於軸線的各側表面23，其在鄰近的環形槽21之間限定各個環形筋條形式的支承元件25。各支承元件25具有頂表面27，其構成許多夾緊表面17。
由於軸向鄰近的支承元件25分別通過一環形槽21彼此分開，它們在一定範圍內是軸向彈性的並且可以補償工具柄15與外殼9之間的軸向膨脹差。一方面相對於支承元件25的軸向寬度適當選擇環形槽21的徑向深度，而另一方面相對於支承元件25的軸向寬度適當選擇環形槽21的軸向寬度，可以影響工具夾具1的夾緊區域5的振動特性並從而影響其減振特性。符合目的地，環形槽21的徑向深度大於頂表面27的軸向寬度並且優選也大於環形槽21的軸向寬度，以便一方面不太過分地減弱夾緊表面17而另一方面保證支承元件25的足夠的軸向彈性。優選環形槽21的寬度還小於鄰近的環形槽21之間的頂表面27的寬度，以便保證足夠大的夾緊表面17。
在圖1的實施例中夾緊表面17通過許多軸向並排設置的環形的頂表面27確定。代替許多軸向並排設置的環形槽21也可以設置一唯一的螺旋槽或必要時多個軸向位錯的螺旋槽，其成螺旋線形設置在夾緊表面17中。一這樣的未更詳示出的螺旋槽產生各個圈支承元件，其相當於上述的環形的支承元件21。
以下說明圖1的工具夾具的各方案，起同樣作用的部分用上述實施例的標記表示並且設有一字母以示區別。為了說明結構和作用原理以及可能的方案，涉及全部的描述。
在圖1的實施例中環形槽21的兩槽側表面23垂直於旋轉軸線7延伸並因此各支承元件25朝夾緊部分5的軸向縱剖面看具有矩形外形。在一方案中各槽側表面也通過不同於90°的銳角傾斜於旋轉軸線7，從而它們具有基本上圓錐形狀。按照每一環形槽或每一螺旋槽的各圓錐形槽側表面相互相對成對逐漸縮小的方向，各支承區域的頂表面—朝夾緊部分5的軸向縱剖面看—也順應一平行四邊形形狀或一梯形形狀。
圖2示出一工具夾具1a，其夾緊部分5通過一構成用於未詳細示出的工具柄的容納孔13a的外殼9a構成。外殼9a的容納孔13a的再次用作為夾緊表面17a的內圓周表面包括許多軸向並排設置的環形槽21a，其各槽側表面23a成圓錐形延伸並且在旋轉軸線7a的方向上在遠離通過端面11a限定的工具柄的插入側的同一方向上並且以相同的錐角逐漸縮小。在鄰近的環形槽21a之間保留的支承元件25a由此一般具有平行四邊形形狀並且相反於工具柄的拔出方向傾斜地定位。在工具柄受向拔出方向的載荷時使各支承元件25a豎起，這提高對工具柄施加的徑向壓緊力。
圖3示出一工具夾具16，其與圖2的工具夾具的區別基本上在於，外殼96的支承表面17b包括兩組環形槽21b和21b′，它們分別具有圓錐形槽側表面23b或23b′，它們分別成對構成在各傾斜定位的支承元件25b或25b′之間。各槽側表面23b或23b′在每一組內同向逐漸縮小並且具有相同的錐角，但兩組的各槽側表面反向逐漸縮小。因此通過各環形槽21b和21b′構成的兩組的各支承元件25b或25b′是反向傾斜定位的。在所示的實施例中兩組的各環形槽21b和21b′相互相向逐漸縮小。兩組包括接近相同數目的支承元件。
在上述工具夾具的各方案中支承元件結構直接成型於一體在工具夾具上成型的構成夾緊部分5的外殼的材料中。圖4示出一收縮夾頭型的工具夾具1c的一個方案，其構成夾緊部分5c的外殼9c同心於旋轉軸線構成一用於一套筒31的圓柱形容納孔29。套筒31具有一圓柱形外圓周表面33並且以其同樣圓柱形內圓周表面構成工具夾具的夾緊表面17c用以壓配合夾緊工具柄15c。
如圖5所示，套筒31的夾緊表面17c包括許多沿圓周方向分布的軸向延伸的槽35。在套筒31的外圓周表面33中其他的軸向延伸的槽37分別在中間設置在一對槽35之間。套筒31由此在軸向橫截面內具有一大致曲折形的壁結構並從而具有徑向的彈性特性。當然，開口35和37在必要時也可以構成為徑向穿過套筒31的開口。
不同於圖1至3的實施形式各環形槽21c和在各環形槽21c之間構成的環形的支承元件25c成型於通過套筒31構成的支承表面17c中。在所示的實施例中各環形槽21c具有垂直於軸線延伸的各槽側表面23c。但也可以按照藉助圖1至3或以下藉助圖11至15說明的各方案改變各槽側表面23c。
通過加熱外殼9c使工具夾具1c膨脹到其脫開位置。在該位置徑向彈性的套筒31徑向擴大到使可將工具柄15c插入容納孔13c中或從其中取出。在冷卻以後外殼9c壓配合夾緊工具柄15c，此時利用夾緊表面17c面接觸地緊貼工具柄15c的圓柱形外圓周表面19c的套筒31將壓配合力從外殼9c傳給工具柄15c。
套筒31可取出地安裝於外殼9c中，從而通過套筒31的更換可以使工具夾具1c匹配於不同直徑的工具柄。符合目的地，外殼9c的內圓周表面29在軸向遠離端面11c的側面由一環形凸肩39限定，套筒31以其內端軸向支承和定位在該環形凸肩上。
圖6示出一工具夾具1d，其與工具夾具1c的區別基本上只在於，套筒31d的外圓周表面33d以及外殼9d的緊貼外圓周表面31d的內圓周表面29d具有圓錐形狀並且向外殼9d的工具側的端面11d那邊逐漸縮小。於是徑向彈性的套筒31d在工具夾具1d夾緊時被自動拉向擋肩39d並在那裡軸向定位。
圖7示出一工具夾具1e，其與圖6的工具夾具的區別基本上在於，利用其圓錐形內圓周表面29e緊貼套筒31e的同樣圓錐形外圓周表面33e的、在夾緊位置產生壓配合力的外殼9e在其軸向遠離其端面11e並從而軸向遠離旋轉工具的側面具有一同樣套筒形的延長部41，其在軸向遠離套筒31e的側面在以徑向間距形成一環形間隙43的情況下圍繞工具夾具1e的構成擋肩39e的區域。延長部41在其軸向遠離端面11e的一端固定連接於工具夾具1e。套筒31e可以可取出地插入外殼9e中；但其也可以在凸肩39e的區域內固定連接於工具夾具1e，例如焊接或成一體成型在工具夾具1e上。外殼9e符合目的地製成為單獨的構件並且事後將其在延長部41的軸向遠離旋轉工具的一端固定連接於工具夾具1e，例如焊接，如其以45所示。
工具夾具1e屬於收縮卡頭型式。為了脫開工具夾具1e，將外殼9e至少在其圍繞套筒31e的圓錐形內圓周表面29e的區域內例如按感應的方法加熱，如其由各箭頭47表示的。加熱也可以向延長部41的區域那邊延伸(各箭頭49)，其優點是，使經由套筒31e夾緊工具柄15e的外殼9e不僅徑向而且軸向加強地膨脹，這加大工具夾具1e的打開位移。
在冷卻時外殼9e不僅徑向收縮而產生施加在工具柄15e上的徑向壓配合力，而且也沿軸向方向收縮。軸向收縮經由圓錐形表面29e、33e一方面提高徑向壓配合力，但另一方面軸向拉緊外殼9e。已表明，通過外殼9e的軸向拉緊減小工具夾具在運轉中的振動。由於圓錐形內圓周表面29e摩擦鎖合地圍繞套筒31e的外圓周表面33e，在那裡產生的摩擦損失提高減振作用。
外殼9e可以由與工具夾具1e的其餘部分和套筒31e相同的材料構成。但優選外殼9e由一種材料構成，其熱膨脹係數大於套筒31e和至少工具夾具1e的構成止擋面39e的區域的熱膨脹係數。按這種方式可以提高工具夾具1e的夾緊位移並也提高外殼9e的可達到的最大軸向夾緊力並從而改善減振作用。
在圖7的實施例中套筒31e設有以上藉助圖1至3說明的或以下藉助圖11至15還要說明的支承元件結構。當然，套筒31e的支承表面17e必要時也可以構成沒有這樣的支承元件結構。
圖8示出一收縮卡頭型的工具夾具1f，其與圖7的工具夾具和在那裡說明的各方案的區別基本上只在於，利用其圓錐形外圓周表面33f緊貼外殼9f的圓錐形內圓周表面29f的套筒31f固定連接於工具夾具1f，其中在一焊縫51處焊接並且為了達到其徑向彈性特性設有軸向縱向延伸的徑向穿過套筒31f的各開口53。當然，套筒31f也可以成一體成型在工具夾具1f上。外殼9f再次在支承表面17f軸向遠離旋轉工具的側面具有一以徑向間距圍繞工具夾具1f的延長部41f並且在延長部41f的軸向遠離旋轉工具的側面固定連接於工具夾具1f，其中在一焊縫45f處焊接。外殼9f優選由一種材料構成，其具有比套筒31f和工具夾具1f在延長部41f的區域的材料較大的熱膨脹係數。
符合目的地，只在延伸部41f的區域內加熱工具夾具1f，如其由各箭頭55在圖8中表示的。外殼9f的圍繞套筒31f的區域並不被一起加熱，從而只通過圓錐形表面29f、43f按彈簧卡頭方式的軸向相對位移產生作用到套筒31f上的徑向壓配合力。在工具夾具1f夾緊時在外殼9f中產生軸向夾緊力，其如同以上結合圖7所述的，改善工具夾具的減振特性。
圖10示出一收縮卡頭型的工具夾具1g，其類似於圖4的工具夾具1c在其外殼9g的圓錐形內圓周表面29g中包括一直徑補償套筒31g。直徑補償套筒31g以其內圓周表面構成夾緊表面17g，所述夾緊表面在工具夾具1g的夾緊狀態下壓配合地緊貼在嵌入容納孔13g中的工具柄15g的外圓周表面19g。
不同於圖4中的工具夾具1c的套筒31，套筒31g包括相互同心設置的外套筒57和內套筒59，其中外套筒57構成圓柱形外圓周表面33g並且具有一圓錐形內表面。內套筒59構成夾緊表面17g並且具有一緊貼外套筒57的圓錐形內表面的圓錐形外表面63。內套筒59構成徑向彈性的並且具有例如類似於圖5中的套筒31沿圓周方向分布在其內夾緊表面17g上或/和其外圓周表面63上軸向延伸的各個槽。以相應的方式外套筒57構成徑向彈性的。代替槽也可以設置徑向直通的開口，如用於圖9中的套筒31g的開口所示。通過外套筒57與內套筒59的軸向相對位移可以改變夾緊表面17g的內徑並且可變地匹配於工具柄15g的直徑。按這種方式可以用一個和同一個套筒31g在一定的直徑範圍內夾緊不同直徑的工具柄。
為了夾緊工具柄15g將從工具夾具1g的外殼9g中取出的套筒31g套裝在工具柄15g上。然後通過外套筒57與內套筒59彼此相對的軸向移動可以使夾緊表面17g緊密配合地面接觸地貼靠工具柄15g。為了便於貼靠，在內套筒59的縮小端設置一外螺紋65，其可擰入外套筒的內螺紋67中。足夠的是，只消除夾緊表面17g與工具柄15g之間的間隙，因為為運轉所需要壓配合力由外殼9g經由套筒31g施加在工具柄15g上。為了套筒可以軸向確定地插入外殼9g中，外套筒57設有一環形凸緣69，其止擋在外殼9g的端面11g上。
內套筒59在其夾緊表面17g的區域內設有一通過各環槽21g構成的環形支承元件25g的結構，如其藉助圖1至5詳細說明的。
以下藉助圖11至15描述已藉助圖1至3說明的支承元件結構的其他的方案。支承元件結構不僅可以用於圖1的工具夾具中也可用於接著說明的圖4至10中。
在上述的支承元件結構中構成為螺旋槽或環形槽的槽部分產生各螺旋槽形或環形封閉的、圍繞旋轉軸線的、縱向延伸的板條形支承元件。圖11示出一工具夾具1h，其夾緊部分5h通過一構成用於未詳細示出的工具柄的容納孔13h的外殼9h構成。外殼9h的容納孔13h的再次用作為夾緊表面17h的內圓周表面包括許多軸向並排設置的螺旋槽部分21h，其各槽側表面23h徑向成直角延伸。
設有兩組螺旋槽部分21h′和21h″，在兩組的第一組中各螺旋槽部分21h′具有相同的斜度並且彼此保持軸向間距並排地延伸，亦即並不相交。相應地第二組的各螺旋槽部分21h″也是如此，但其中第二組的各螺旋槽部分21h″的斜度雖然相同但反向於第一組的各螺旋槽部分21h′的斜度。因此各螺旋槽部分21h″與各螺旋槽部分21h′相交並且按這種方式構成許多全方面彼此間隔開的菱形凸起形式的支承元件25h。如果兩螺旋槽部分21h′和21h″同向旋繞，但彼此具有不同的斜度，則形成許多類似的凸起。
圖12和13示出一方案li，其具有第一組軸向相互位錯的垂直於軸線的各環形槽21i，如其藉助圖1說明的並且還具有第二組的沿夾緊表面17i的圓周方向相互位錯的向旋轉軸線7i的方向延伸的各個槽69，它們與各環形槽21i相交。第一組的相互平行的環形槽21i和第二組的同樣相互平行的軸向槽69在夾緊表面17i中限定許多再次全方面彼開間隔開設置的凸起形式的支承元件25i，其頂表面27i類似於圖11的方案構成支承表面17i。
圖14示出一工具夾具1k，其與圖2的工具夾具1a的區別基本上只在於，各環形槽21k在其向工具插入側那邊的側面具有一垂直於旋轉軸線7k延伸的槽側表面23k和在其軸向對置的側面具有一軸向遠離工具插入側定向地逐漸縮小的圓錐形槽側表面23k′。由此在鄰近的環形槽21k之間保留的支承元件25k一般具有梯形形狀並且相反於工具柄的拔出方向傾斜定位。
圖15示出圖14中的工具夾具1k的一方案，其與該工具夾具的區別基本上只在於，各環形槽21m填滿一不同於外殼9m的材料的材料填料71。填料71可以包括陶瓷、金屬或塑料並且按照材料的類型改善減振性和/或保證工具柄在收縮過程中的絕熱。當然，在上述的圖1至13的實施例的支承元件結構中也可以以同樣的方式使用減振的或絕熱的填料。在個別情況下可以足夠的是，僅僅槽部分總數的一部分設有一這樣的填料或只填滿這些槽部分的縱向延伸長度的一部分。特別在軸向延伸槽或螺旋槽的情況下藉此還可以達到槽通道的密封。
權利要求
1.工具夾具，其夾緊部分(5)包括同心於工具夾具(1)的旋轉軸線(7)設置的夾緊裝置(9)用以固定旋轉工具的刀柄(15)，所述夾緊裝置限定一用於刀柄(15)的容納孔(13)，其中夾緊裝置(9)在一用於插入或取出刀柄(15)的徑向擴大的脫開位置與一夾緊位置之間可徑向移動，在夾緊位置夾緊裝置(9)對刀柄(15)施加徑向的將刀柄(15)在其圓柱形外圓周表面(19)上摩擦鎖合固定的壓配合力，並且其中為夾緊裝置(9)配置一具有圓柱形外形的夾緊表面(17)，其在夾緊位置面接觸地緊貼刀柄(15)的外圓周表面(19)；其特徵在於，工具夾具(1)的構成夾緊表面(17)的區域具有許多圍繞旋轉軸線彎曲的彼此保持軸向間距的槽部分(21)，沿旋轉軸線(7)的方向看，所述槽部分限定在它們之間相互結合成一體的、彼此保持軸向間距設置的、向旋轉軸線(7)那邊凸出的多個支承區域(25)，所述支承區域的朝向旋轉軸線(7)那邊的頂表面(27)構成圓柱形夾緊表面(17)。
2.按照權利要求1所述的工具夾具，其特徵在於，各槽部分(21)通過至少一個圍繞旋轉軸線(7)彎曲的螺旋槽或通過許多彼此保持軸向間距設置的圍繞旋轉軸線(7)的環形槽構成。
3.按照權利要求1所述的工具夾具，其特徵在於，工具夾具(1h，i)的構成夾緊表面(17h，i)的區域具有許多全方面彼此保持間距設置的支承區域(25h，i)，其形式為通過各槽部分(21h，i)彼此全方面分離的、但相互結合成一體的凸起，所述凸起的向旋轉軸線(7h，i)那邊凸出的頂表面構成圓柱形夾緊表面(17h，i)。
4.按照權利要求3所述的工具夾具，其特徵在於，各支承區域(25h，i)沿夾緊表面(17h，i)通過至少兩組槽部分(21h；21i，69)限定，其中每一組的各槽部分(21h；21i，69)在夾緊表面內間隔開並排地延伸而不相交，並且不同的組的各槽部分(21h；21i，69)在夾緊表面(17h，i)內相交以便構成各支承區域(25h，i)。
5.按照權利要求4所述的工具夾具，其特徵在於，第一組的各槽部分(21h′)通過至少一個圍繞旋轉軸線彎曲的螺旋槽而第二組的各槽部分(21h″)通過至少一個反向於第一組的至少一個螺旋槽或具有不同於第一組的至少一個螺旋槽的斜度的圍繞旋轉軸線(7h)彎曲的螺旋槽構成和/或通過許多圍繞旋轉軸線(7h)彼此保持軸向間距設置的環形槽或/和許多沿夾緊表面的圓周方向分布設置的軸向延伸的槽構成。
6.按照權利要求4所述的工具夾具，其特徵在於，第一組的各槽部分通過許多圍繞旋轉軸線(7i)彼此保持軸向間距設置的環形槽(21i)，而第二組的各槽部分通過至少一個圍繞旋轉軸線彎曲的螺旋槽構成或/和通過許多沿夾緊表面的圓周方向分布設置的軸向延伸的槽(69)構成。
7.按照權利要求1至6之一項所述的工具夾具，其特徵在於，朝夾緊部分(5)的軸向縱截面看，各支承區域(25)的頂表面(27)與在頂表面(27)的軸向側面鄰接的各槽側表面(23)順應一矩形外形或一平行四邊形外形或一梯形外形。
8.按照權利要求7所述的工具夾具，其特徵在於，許多軸向鄰近的支承區域(25)的至少一個槽側表面(23)、特別是兩個槽側表面(23a，b)垂直於旋轉軸線(7)延伸。
9.按照權利要求7或8所述的工具夾具，其特徵在於，許多軸向鄰近的支承區域(25a，b)的至少一個槽側表面(23a，b)、特別是兩個槽側表面(23a，b)具有圓錐形狀。
10.按照權利要求9所述的工具夾具，其特徵在於，許多軸向鄰近的支承區域(25a，b)的每一支承區域(25a，b)的兩個圓錐形槽側表面(23a，b)向旋轉軸線(7a，b)的方向同向逐漸縮小。
11.按照權利要求10所述的工具夾具，其特徵在於，許多軸向鄰近的支承區域(25a，b)的每一支承區域(25a，b)的兩圓錐形槽側表面(23a，b)向遠離工具的一側逐漸縮小。
12.按照權利要求10所述的工具夾具，其特徵在於，兩組各設有許多軸向鄰近的支承區域(25b，25b′)，其圓錐形槽側表面(23b，23b′)同向逐漸縮小，其中圓錐形槽側表面(23b，23b′)在兩組中反向逐漸縮小。
13.按照權利要求12所述的工具夾具，其特徵在於，兩組的圓錐形槽側表面(23b，23b′)相互相向逐漸縮小。
14.按照權利要求1至13之一項所述的工具夾具，其特徵在於，每一槽部分(21)的寬度小於鄰近的槽部分(21)之間的頂表面(27)的寬度。
15.按照上述權利要求1至14之一項所述的工具夾具，其特徵在於，每一槽部分(21)的徑向深度大於槽部分(21)的寬度和/或頂表面(27)的寬度。
16.按照權利要求1至15之一項所述的工具夾具，其特徵在於，各槽部分(21m)至少在其縱向延伸長度的一部分上，但特別基本上在其全長上填滿一與工具夾具(1m)的構成夾緊表面(17m)的區域的材料不同的材料(71)。
17.按照權利要求16所述的工具夾具，其特徵在於，填料(71)包括塑料或陶瓷或金屬。
18.按照權利要求1至17之一項所述的工具夾具，其特徵在於，各槽部分(21)設置在一徑向彈性的容納旋轉工具的刀柄(15)的套筒(31)的構成圓柱形的夾緊表面(17)的內圓周表面中，並且夾緊裝置(9)具有另一可在脫開位置與夾緊位置之間徑向移動的夾緊表面(29)，其中在夾緊裝置的脫開位置一方面可將套筒(31)嵌入容納孔中或從其中取出或/和另一方面可將刀柄(15)嵌入套筒中或從其中取出，而在夾緊位置套筒(31)將夾緊裝置(9)的徑向壓配合力傳給刀柄(15)。
19.按照權利要求18所述的工具夾具，其特徵在於，套筒(31)具有至少一個軸向延伸的補償縫隙(35，37)，但優選多個這樣的沿圓周方向位錯的補償縫隙(35，37)。
20.按照權利要求19所述的工具夾具，其特徵在於，所述至少一個補償縫隙構成為軸向延伸的槽(35，37)或構成為軸向延伸的徑向穿過套筒(31)的開口(53)。
21.按照權利要求20所述的工具夾具，其特徵在於，套筒(31)在其內圓周表面(17c)上具有沿圓周方向切出的多個軸向延伸的槽(35)並且在其外圓周表面(33)上具有其他的軸向延伸的槽(37)，所述其他的槽沿圓周方向設置在內圓周表面(17c)的各一對槽(35)之間。
22.按照權利要求18所述的工具夾具，其特徵在於，套筒(31)包括相互同心設置的外套筒(57)與內套筒(59)，其中外套筒(57)具有一圓錐形內表面(61)，而內套筒(59)具有一緊貼圓錐形內表面(61)的圓錐形外表面(63)和一構成套筒(31g)的夾緊表面(17g)的圓柱形構造的內表面，其內徑可通過內套筒(59)和外套筒(57)的相互相對軸向移動來改變直到夾緊表面(17g)貼靠在刀柄(15g)上為止。
23.按照權利要求22所述的工具夾具，其特徵在於，至少內套筒(59)、優選同樣外套筒(57)具有至少一個軸向延伸的補償縫隙，但優選多個這樣的沿圓周方向分布的補償縫隙。
24.按照權利要求23所述的工具夾具，其特徵在於，所述至少一個補償縫隙構成為軸向延伸的槽或構成為軸向延伸的徑向穿過外套筒(57)與內套筒(59)的開口。
25.按照權利要求24所述的工具夾具，其特徵在於，至少內套筒(59)在其內圓周表面(17g)上具有沿圓周方向分布的多個軸向延伸的槽並且在其外圓周表面(63)上具有其他的軸向延伸的槽，其沿圓周方向設置在內圓周表面(17g)的各一對槽之間。
26.按照權利要求18至25之一項所述的工具夾具，其特徵在於，在夾緊裝置(9c，d，e)的脫開位置可從容納孔中取出套筒(31，31d，e)。
27.按照權利要求18至26之一項所述的工具夾具，其特徵在於，夾緊裝置(9d，e，f)的另一夾緊表面構成為圓錐形內表面(29d，e，f)並且套筒(31d，e，f)具有一緊貼圓錐形內表面(29d，e，f)的圓錐形外表面(33d，e，f)，其相應於圓錐形內表面(29d，e，f)在旋轉軸線(7d，e，f)的方向上向旋轉工具那邊的方向逐漸縮小，並且套筒(31d，e，f)在其夾緊表面(17d，e，f)的區域的軸向遠離旋轉工具的側面軸向支承在工具夾具上。
28.按照權利要求27所述的工具夾具，其特徵在於，為了構成夾緊裝置，工具夾具(1d，e，f)有一通過加熱可轉入脫開位置和通過冷卻可轉入夾緊位置的、構成另外的夾緊表面的圓錐內表面(29d，e，f)的外殼部分(9d，e，f)，所述外殼部分圍繞套筒(31d，e，f)的圓錐形外表面(33d，e，f)並且在通過套筒(31d，e，f)的內圓周表面構成的夾緊表面(17d，e，f)的軸向遠離旋轉工具的側面上固定連接於工具夾具(1d，e，f)。
29.按照權利要求28所述的工具夾具，其特徵在於，外殼部分(9e，f)在軸向遠離旋轉工具的側面上具有一軸向伸出構成其它的夾緊表面(29e，f)的區域的、以徑向間距圍繞工具夾具(1e，f)或/和套筒(31e，f)的延長部(41，41f)，所述延長部的端部區域固定連接於工具夾具(1e，f)，或/和外殼部分(9e，f)由一種材料構成，其熱膨脹係數大於套筒(31e，f)或/和由外殼部分(9e，f)圍繞的工具夾具(1e，f)的區域的熱膨脹係數。
30.按照權利要求29所述的工具夾具，其特徵在於，外殼部分(9e，f)焊接在工具夾具(1e，f)上。
31.按照權利要求29或30所述的工具夾具，其特徵在於，套筒(31f)的軸向遠離旋轉工具的一端固定連接於工具夾具(1f)，特別是焊接。
32.工具夾具，其夾緊部分包括一同心於工具夾具(1d，e，f)的旋轉軸線(7d，e，f)的外殼部分(9d，e，f)用以固定旋轉工具的刀柄，外殼部分(9d，e，f)固定連接於工具夾具(1d，e，f)並且確定一刀柄的容納孔(13d，e，f)，其中外殼部分(9d，e，f)通過加熱可移到一用於插入或取出刀柄的脫開位置和通過冷卻可移到一夾緊位置，在夾緊位置其對刀柄施加徑向壓配合力；其特徵在於，外殼部分(9d，e，f)圍繞一同心於旋轉軸線(7d，e，f)的、軸向支承在工具夾具上的、構成旋轉工具的刀柄的容納孔(13d，e，f)的徑向彈性的套筒部分(31d，e，f)，其內圓周表面構成一夾緊表面(17d，e，f)用以將外殼部分(9d，e，f)的壓配合力傳給刀柄，外殼部分(9d，e，f)具有一圓錐形內表面(29d，e，f)而套筒部分(31d，e，f)具有一圓錐形外表面(33d，e，f)，它們在旋轉軸線(7d，e，f)的方向上向旋轉工具那邊逐漸縮小，其中圓錐形內表面(29d，e，f)在夾緊位置緊貼圓錐形外表面(33d，e，f)，並且一方面外殼部分(9e，f)在軸向遠離旋轉工具的側面上具有一軸向伸出套筒部分(31e，f)的夾緊表面(17e，f)的區域的、以徑向間距圍繞工具夾具(1e，f)和/或套筒部分(31e，f)的延長部(41，41f)，所述延長部的端部區域固定連接於工具夾具(1e，f)，和/或另一方面外殼部分(9d，e，f)由一種材料構成，其熱膨脹係數大於套筒部分(31d，e，f)和/或工具夾具(1d，e，f)的被外殼部分(9d，e，f)圍繞的區域的熱膨脹係數。
33.按照權利要求32所述的工具夾具，其特徵在於，套筒部分(31d，e，f)具有至少一個軸向延伸的補償縫隙，但優選多個這樣的沿圓周方向分布的補償縫隙。
34.按照權利要求33所述的工具夾具，其特徵在於，所述至少一個補償縫隙構成為軸向延伸的槽或構成為軸向延伸的徑向穿過套筒部分(31d，e，f)的開口。
35.按照權利要求34所述的工具夾具，其特徵在於，套筒部分(31d，e，f)在其內圓周表面(17d，e，f)上具有沿圓周方向切出的多個軸向延伸的槽，在其外圓周表面(33d，e，f)上具有其他的軸向延伸的槽，其沿圓周方向設置在內圓周表面的各一對槽之間。
36.按照權利要求32至35之一項所述的工具夾具，其特徵在於，外殼部分(9d，e，f)焊接在工具夾具(1d，e，f)上。
37.按照權利要求32至36之一項所述的工具夾具，其特徵在於，套筒部分(31f)構成為以其軸向遠離旋轉工具的一端與工具夾具成一體成型的套筒或固定安裝的、特別是焊接的套筒(31f)。
38.用於將旋轉工具夾緊在按照權利要求29至37之一項所述的工具夾具中的方法，其特徵在於，為了將工具夾具轉入脫開位置加熱外殼部分(9e，f)的延長部(41，41f)的區域。
39.按照權利要求38所述的方法，其特徵在於，基本上只加熱外殼部分(9e，f)的延長部(41，41f)的區域。
全文摘要
建議一種工具夾具(1)、特別是收縮卡頭型式的工具夾具，其夾緊部分(5)包括同心於工具夾具(1)的旋轉軸線(7)設置的夾緊裝置(9)用以固定旋轉工具的刀柄(15)，所述夾緊裝置限定一用於刀柄(15)的容納孔(13)，其中夾緊裝置(9)在一用於插入或取出刀柄(15)的徑向擴大的脫開位置與一夾緊位置之間可徑向移動，在夾緊位置夾緊裝置(9)對刀柄(15)施加徑向的將刀柄(15)在其圓柱形外圓周表面(19)上摩擦鎖合固定的壓配合力，並且其中為夾緊裝置(9)配置一具有圓柱形外形的夾緊表面(17)，其在夾緊位置面接觸地緊貼刀柄(15)的外圓周表面(19)。工具夾具(1)的構成夾緊表面(17)的區域具有許多圍繞旋轉軸線彎曲的彼此保持軸向間距的槽部分(21)，沿旋轉軸線(7)的方向看，所述槽部分限定在它們之間相互結合成一體的、彼此保持軸向間距設置的、向旋轉軸線(7)那邊凸出的多個支承區域(25)，所述支承區域的朝向旋轉軸線(7)那邊的頂表面(27)構成圓柱形夾緊表面(17)。
文檔編號B23B31/02GK1988975SQ200580025089
公開日2007年6月27日 申請日期2005年6月14日 優先權日2004年6月14日
發明者弗朗茨·海默 申請人:弗朗茨·海默機械製造兩合公司