低振动工具架的制作方法

专利名称：低振动工具架的制作方法
低振动工具架本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于工具、特别是用于管路、车 削、铣削、铰孔和磨削工具的工具架。这种工具架全部以变形形式出现。例如，已知用于优选具有圆柱形轴的 工具的夹紧卡盘、张紧滚筒或冷縮配合卡盘，还已知不是在中心轴上接收工 具而是例如螺旋到其侧面的工具架。由于这种工具架绕其纵轴的旋转，和/或例如要与工具一起加工的旋转工 件施加在该工具、从而施加在该工具架上的动作等等，工具架会受激振动， 例如，绕其理想的旋转轴的进动，或/和在包含旋转轴的平面上的横向振动， 这种振动的混合也是可以想象的。这些振动削弱了工件加工中的高精确度， 因而削弱了准确度和再现性。在DE102004019869A1中，本发明由该专利文献产生，并且其内容完全包 含在说明书中，由于该现有技术的工具架的特性和实施方式包含在本说明书 中，因而为了使这种工具架减振，提出在工具架布置张紧排列(tensioning arrangement),以便经由轴向张紧部分在工具架上运用轴向张力。由张紧排 列引入工具架的轴向张力相对于机械上未张紧的状态改变了工具架的弹簧 特性，特别是张紧轴向部分的弹簧刚度，因而也改变整个工具架的弹簧特性， 由此，给定适当设置的工具架的弹簧特性，可以选择性地改变工具架的激发 振动特性及其相关的谐振频率。虽然可以通过这种措施实现工具架的显著减振，但是这种实施方式在某 些情况下会具有缺陷。当用于张紧排列的材料具有比工具架的其余部分更低 的热膨胀时，如果热膨胀，例如由于工件加工或工具轴的热夹紧或不夹紧， 则具有下面的风险张力和减振改变，张紧排列相对于工具架的对准中心改 变，或者甚至张紧排列的材料破坏。该结果还可以是与振动和几何相关的真实运行的问题，而且工具架会降低工件加工的精确度。因此，太发明的目的是提供一种较少或根本不会受到上述问题影响 的低振动工具架，而且工具架特别容易制造。该目的是通过根据权利要求1所述的工具架实现的，其具有从属权利要 求所述的主题的优选实施方式。本发明的特征在于该工具架提供有张紧排列，张紧排列除了具有在轴向 方向上作用的张力分量，还具有径向张力，通过径向张力，张紧排列相对于 工具架基体径向张紧，其中，由于张紧排列在相对于工具架纵轴的至少一侧 上具有一个或多个与工具架的一个或多个匹配表面部分接触的轴承表面部 分，因而通过轴承表面W分相对于匹配表面部分的滑动，张紧排列例如可以 灵活地响应于热材料膨胀。这样，阻止了张紧排列和工具架基体之间的游隙， 由于这种游隙不保证张紧排列相对于工具架基体的对中，因而会降低工具架 的轴向张力，并且导致运行问题。此外，张紧排列相对于工具架的灵活张紧 有效阻止了对实验装配或工具架基体的破坏。在优选实施方式中，张紧排列相对于工具架纵轴在相对于工具架基体的 两侧上径向张紧。这改进了径向张力相对于其灵活响应的有效性。有利地， 工具架基体基本上由工具钢组成，而张紧排列由陶瓷、重金属或硬金属或复 合材料组成，由于保持张紧排列比工具钢更具有刚性，因而可以极大地影响 工具架的弹簧特性。通过这种材料选择，张紧排列具有比工具架基体更低的 热膨胀系数，如果张紧排列相对于工具架基体径向向内张紧，也就是说，由 张紧排列径向引入的张力分量在工具架基体中向外作用，或者，换句话说， 张紧排列心相对于工具架基体至少部分地更靠近工具架纵轴布置，并且工具 架基体的这些外部区域向着工具架纵轴对张紧排列施力，则是有利的。在特别优选的实施方式中，工具架是模块设计的，以便可以将张紧排列 在没有破坏的情况下拆卸。这样，可以在任何时候简单地替换张紧排列，例 如，当工具改变时，可以考虑改变在工具架的部件上的振动行为。优选通过使卡盘可以从工具架的中间部分和联节轴拆卸实现工具架的模块设计，特别 是通过在其中提供螺旋连接。对工具架相对不同工具的更大的可变形和适应 性来说，如果将卡盘头布置在工具插座或其中，此外，该卡盘头可以特别地 通过拧松从卡盘拆卸，则是有利的。在优选的实施方式中，张紧排列的轴承表面部分具有锥形环形表面的形 式，并且张紧排列至少部分地与工具架基体轴向啮合。在替换的实施方式中， 轴承表面部分具有半球环形槽的形状，匹配表面部分由半球环形突起形成， 或者通过布置在工具架基体中的单独的球提供。在进一步替换的实施方式 中，匹配表面部分由对中环提供，对其部件来说，相对于工具架基体支撑其 本身。这种对中环能够非常敏感地实现径向和轴向张紧。例如，对中环可以 具有圆形截面，该圆形截面相对于半球环形槽形状的轴承表面部分作用。例如，可以通过对中环提供这种锥形形状，该对中环具有菱形截面，并 且该张紧排列包括两个锥形相对的环形轴承区域。这种锥形相对的轴承区域 设计在两个轴承区域上导向张紧排列，由此进一步增加对中精确度。然而， 对中环也可以例如仅提供一个锥形匹配表面。有利地，在张紧排列和工具架基体之间具有至少一个平座，通过张紧排 列和工具架基体的平的邻接表面，该平座相对于工具架的纵轴正交地形成。 通过这种设计，可以将最大可能的轴向张力通过张紧排列传递到工具架基 体。然而，为了简化这种设计，还可以经由锥形环形表面提供轴向和径向张 力分量。特别有利地，特别是在张紧排列相对于工具架基体径向向外保持的情况 下，至少在张紧排列和工具架基体的两个相对的表面具有游隙，张紧排列相 对于工具架基体轴向或径向张紧的表面区域排除在所述游隙之外。利用这种 游隙，可以特别简单地补偿热感应膨胀，并且没有材料损坏或破坏的风险。另外，为了正面地影响工具架的振动行为，并且使工具架不易受到振动 的影响，在张紧排列和工具架之间优选布置一个或多个阻尼元件，其阻尼工具架或工具架基体相对于张紧排列的轴向和/或径向振动，反之亦然。通过下面连同附图的描述，本发明进一步的优点、特性和特征将变得显 而易见。这些表示在附

图1是第一优选实施方式中的工具架的纵向截面，附图2是分解说明附图1的工具架的纵向截面，附图3是第二优选实施方式中的工具架的纵向截面，附图4是第三优选实施方式中的工具架的纵向截面，附图5是第四优选实施方式中的工具架的纵向截面，附图6是第五优选实施方式中的工具架的纵向截面， 附图7是第六优选实施方式的工具架的纵向截面， 附图8是第七优选实施方式中的工具架的纵向截面， 附图9是第八优选实施方式中的工具架的纵向截面， 附图10是第九优选实施方式中的具有硬质刀具的工具架的纵向截面， 附图11是第十优选实施方式中的具有硬质刀具的工具架的纵向截面， 附图12是第十一优选实施方式中的具有硬质刀具的工具架的纵向截面， 附图13是第十二优选实施方式中的工具架的纵向截面， 附图14是第十三优选实施方式中的具有硬质刀具的工具架的纵向截面， 附图15是第十四优选实施方式中的具有硬质刀具的工具架的纵向截面。 附图1是本发明第一优选实施方式的纵向截面。工具架1包括空心联轴 节2形式的联节轴，形成工具架基体的中间部分3和卡盘4，以及张紧排列 5。卡盘4由卡盘头6组成，其中布置工具插座7，其用于冷縮配合圆柱形工 具轴，并且具有冷却剂通道8。基本上旋转对称的张紧排列5具有两个端部 9、 10，其中，前端9在卡盘头6的区域中与卡盘4轴向啮合，后端10与中 间部分3轴向啮合。在这两个啮合点形成座11、 12、 13、 14，其中张紧排列 5的轴承表面与中间部分3或卡盘头6的配合表面接触。首先，形成两个平 座ll、 13，在中间部分3和卡盘头6之间的压力下，其极大程度地提供张紧排列5的轴向张力。这些平座11、 13包括最大可能的区域，以便工具架1 可以具有高稳定性、倾斜稳定性和刚性。在附图1的例子中，座12由两个圆锥形环形表面形成，以便产生张紧排列5的径向张力，张紧排列5相对于 卡盘头6径向向内张紧或施压。在附图1的例子中，座14相对于工具架的 纵轴A是圆柱形的，更精确地，其是无间隙设计或压配合的，结果，张紧排 列5也是对中的。张紧排列5的径向张力相对于卡盘头6自动对中，这在热膨胀的情况下 也可以保持。在附图1当前的情况下，张紧排列5由减振材料，优选硬金属、 重金属或陶瓷制成，并且相对于工具架基体即联节轴2、中间部分3和卡盘 4具有更低的膨胀系数。在卡盘4热膨胀时，两个平座ll、 13之间的轴向张 力部分释放，当然，张紧排列5在座12上滑动，但是因为其径向张力保持 对中。在工具架l冷却之后，工具架基体和张紧排列5收縮成其开始尺寸， 锥形座12又促进该表面彼此相向地滑动，同时保持对中。为了补偿工具架基体相对于张紧排列5更大的径向热膨胀，在工具架基 体和张紧排列5之间提供轴向环形间隙15。在该环形间隙15中另外提供环 形阻尼元件16，其阻尼卡盘4和张紧排列5之间的径向振动。通过卡盘4向中间部分3接近设置张紧排列5和工具架基体之间的径向 和轴向张紧强度，如下面连同附图2所述的。其表示附图1的工具架的分解 图。可以看到，工具架l具有模块结构，更精确地，由包括联节轴2和中间 部分3的第一部件17、包括具有卡盘头6的卡盘4的第二部分18、张紧排 列5以及阻尼元件16组成。这些部件可拆卸地连接到工具架1，第一部件 17具有内螺纹19,第二部件18具有匹配的外螺纹20。在将阻尼元件16布 置在第二部件18上的指定环形凹槽21中之后，将张紧元件5同心地推到第 二部件18上，并且将第二部件18螺旋到第一部件17。通过相对于工具架基 体出现的张紧元件5的特定轴向和径向张力，这种螺旋连接将张紧排列5固 定在中间部分3和卡盘头6之间，固定的程度取决于第二部件18经由平座11、 13和锥形座12螺旋到第一部件17中的深度。为了保持张力水平，特别是在操作工具架1期间的，提供定位螺钉21，其与第一部件17相应的内螺 纹22啮合，并且与第二部件18接触，使其固定，以便防止相对于第一部件 17旋转。与附图1和附图2中表示的工具架对比，座12还可以以轴向圆柱形座的 设计提供，座14可以以锥形座形式提供，或者，为了加强径向张力，座12 和座14都可以以锥形座形式提供。附图3表示工具架30中的替换设计，其中原则上，工具架基体对应于工 具架1的工具架基体。由此，此后仅描述其它实施方式显著地不同于工具架 1的设计细节。在工具架30中，卡盘31不具有用于容纳阻尼元件32的凹槽， 张紧排列33具有不平行于卡盘31的壁部35的壁部34，以便在该区域中形 成楔形环形间隙36。通过选择优选锥形几何形状的阻尼元件32，可以选择 性地将其预张紧，结果可以选择性地调整其阻尼特性。代替锥形阻尼元件32，环形间隙36还可以完全填充有在过压下引入的 阻尼液，或阻尼塑料如聚合体。另外，可以提供选择性地影响阻尼元件32或阻尼液或阻尼塑料的阻尼特 性的装置。在阻尼元件32的情况下，如图3所示，这些装置例如可以由一 个或多个垫片形成，该垫片填充环形间隙部分37，结果，将环形间隙36中 的阻尼元件32压向卡盘头38，因而通过压縮改变其阻尼特性。附图4表示本发明的另一个实施方式。工具架40基本上对应于工具架1 和30，具有下面的差异。首先，在张紧排列42和张紧排列42的卡盘头43 之间的前端41没有平座，而是具有锥形座44，通过该锥形座，同时产生张 紧排列42相对于工具架基体的轴向和径向张力。本实施方式具有特别简单 的设计。另一方面，由于在张紧排列42的材料和工具架基体的材料之间仅 具有非常微小的差异，因而环形间隙45更薄，但是相当充足。因此，阻尼 元件46还可以具有更小的尺寸。附图5表示工具架50，其与附图4的工具架40具有基本上相同的设计， 在张紧排列51和卡盘头52之间具有两个锥形座53、 54，其中第一锥形座 53由锥形环形表面形成，该锥形环形表面相对于形成锥形座54的锥形环形 表面相对地布置。这种双锥形座53、 54产生张紧排列51相对于工具架纵向 轴B特别精确的对中，所述对中即使在热膨胀时也非常持久。附图6和附图9表示与附图4和附图5类似的实施方式，仅张紧排列和 卡盘头之间的邻接区域具有不同的设计。在附图6中，张紧排列61和卡盘头62具有垂直于工具架纵轴C定向并 且彼此指向的半圆形环形凹槽63、 64，其与对中机构65正锁定，并且可以 以连续对中环或单独的球的形式设计。可以设计张紧排列61和卡盘头62之 间的邻接表面66、 67，以便产生平座或平的间隙。附图7中的工具架70的邻接表面基本上对应于工具架60的邻接表面， 在工具架70的情况下，工具架60的对中装置65类似地容纳在卡盘头71中。 特别地，张紧排列72还具有半圆形环形凹槽73，其中卡盘头71的半圆形环 形头74形成正锁定。此外，邻接表面75、 76可以具有平座或平的游隙的设 计。附图8中表示的工具架80的邻接表面在张紧排列81和卡盘头82之间具 有菱形对中环83，所述对中环与张紧排列81和卡盘头82相应的锥形环形表 面84、 85、 86、 87形成正锁定。此外，邻接表面88、 89可以具有平座或平 的游隙的设计。在张紧排列81和对中环83以及对中环83和卡盘头82之间 的区域(90， 91)中提供游隙，所述游隙适于补偿热膨胀，并且阻止在张紧 排列81和卡盘头82的相对锥形环形表面84、 85、 86、 87之间对中环83的 楔入。最后，附图9中表示的工具架100在张紧排列101和卡盘头102之间具 有对中环103，所述环相对于张紧排列101和卡盘头102提供平座104、 105， 另外在所有情况下提供锥形座106、 107。附图10至附图15表示不同的发明工具架，在一些情况下具有安装工具。附图10中的工具架110保持铣削工具111，该铣削工具通过卡盘头113 的工具插座112经由螺旋连接114固定，并且具有相对于卡盘头113的圆柱 形压配合115。附图11表示工具架120，其中将铣削工具121的不同设计经由螺旋连接 124固定在卡盘头123的工具插座122中。在这种情况下，铣削工具121具 有相对于卡盘头123的锥形压配合125。附图12表示工具架130，在其卡盘头132的工具插座131中接收铣削工 具133，并且通过螺旋接合134固定。与张紧排列136和卡盘头132之间的 张紧表面135相同，在卡盘头132和铣削工具133之间还具有张紧界面137， 所述界面具有平座138和锥形座139。为了产生不同的张力，张紧界面137 可以是凹的或凸的锥形座139。附图13表示工具架140进一步的实施方式，其中在卡盘141和张紧排列 142之间提供相对大的环形间隙143，该环形间隙形成压力腔，并且必要地， 可以填充可流动或弹性变形的压力介质。工具架140适于接收所有形状和类 型的工具，如刀杆头或刀杆铣刀。附图14表示类似的工具架150，其与工具架140相同，在卡盘151和张 紧排列152之间具有相对大的环形间隙153。将两个可互换的切削工具154a、 154b旋转对称地直接固定在工具架150的卡盘头155上。最后，附图15表示工具架160，具有直接附着于卡盘头161的旋转工具 架162，以及布置在旋转工具架162的旋转工具163。如上所述，显然，由于集成在工具架l、 30、 40、 50、 60、 70、 80、 100、 110、 120、 140、 150、 160中的张紧排列5、 33、 42、 51、 61、 71、 81、 101、 136、 142、 152相对于工具架基体连续对中，因而本发明的工具架1、 30、 40、 50、 60、 70、 80、 100、 110、 120、 140、 150、 160不仅比已知的工具架 显著减少对振动的敏感，而且还保证操作中更好的真实运行，特别是在引起热材料膨胀的情况下。而且，显然，这种特别是模块设计的工具架1、 30、40、 50、 60、 70、 80、 100、 110、 120、 140、 150、 160可以灵活地适用于不 同类型的工具lll、 121、 133、 154a、 154b、 163和工件加工操作。
权利要求
1.用于工具、特别是用于管路、车削、铣削、铰孔和磨削工具的工具架(1)，具有工具架基体(2、3、4、6)，所述工具架基体包括用于将所述工具架(1)联接到工具机的轴(2)，卡盘(4)，特别是膨胀或冷缩配合卡盘，具有用于防止旋转地固定所述工具的插座(7)，以及中间部分(3)，所述中间部分布置在联节轴(2)和卡盘(4)之间，并且包括张紧排列(5)，至少在所述工具架(1)的操作期间，在所述卡盘(4)的轴向张紧部分，所述张紧排列通过在轴向方向上的张力分量施加张力，其特征在于所述张紧排列(5)在相对于所述工具架纵向轴(A)的至少一侧(9)上具有一个或多个轴承表面部分，所述轴承表面部分相对于所述工具架(2、3、4、6)的一个或多个匹配表面部分径向张紧支撑其本身，其中所述轴承表面部分可以与所述匹配表面部分滑动接触。
2. 根据权利要求1所述的工具架(1)，其特征在于所述张紧排列(5) 在相对于工具架纵轴(A)的两侧(9、 10)上径向张紧。
3. 根据权利要求1或2所述的工具架(1)，其特征在于所述张紧排列(5) 相对于所述工具架基体(2、 3、 4、 6)径向向内张紧。
4. 根据前面任一权利要求所述的工具架(l)，其特征在于所述工具架(l) 具有模块设计，以便所述张紧排列(5)可以在未破坏的情况下拆卸。
5. 根据权利要求4所述的工具架(1)，其特征在于所述卡盘(4)是可 以从所述中间部分(3)和联节轴(2)拆卸的，特别是可拧松的。
6. 根据权利要求4或5所述工具架(1)，其特征在于所述卡盘(4)具 有可拆卸的、特别是可拧松的卡盘头(6)。
7. 根据前面任一权利要求所述的工具架(1)，其特征在于所述轴承表面部分具有锥形环形表面的形状，所述张紧排列(5)至少部分地轴向啮合所 述工具架基体(6)。
8. 根据权利要求1至6任一所述的工具架(60、 70)，其特征在于所述 轴承表面部分具有半圆形环形凹槽(63、 73)的形状，并且所述匹配表面部 分由半圆形环形突起(74)形成，或者通过在所述工具架基体(62)中单独 布置的球(65)提供。
9. 根据权利要求1至7任一所述的工具架(60、 80、 100)，其特征在于 所述匹配表面部分由对中环(65、 83、 103)提供，所述对中环本身是在所 述工具架基体(62、 82、 102)中接收的。
10. 根据权利要求9所述的工具架(60)，其特征在于所述对中环(65) 具有圆形截面，所述轴承表面部分具有半圆形环形凹槽(63)的形状。
11. 根据权利要求9所述的工具架(80)，其特征在于所述对中环(83) 具有类似菱形的截面，并且所述张紧排列(81)包括两个成锥形相对的环形 轴承表面(84、 85)。
12. 根据前面任一权利要求所述的工具架(1)，其特征在于在所述张紧 排列(5)和工具架基体(3、 6)之间具有至少一个平座(11、 13)，所述平 座通过所述张紧排列(5)和工具架基体(3、 6)的平的邻接表面，相对于 所述工具架的纵轴(A)正交地形成。
13. 根据前面任一权利要求所述的工具架(30)，其特征在于至少在张紧 排列(33)和工具架基体(31)的两个相对表面(34、 35)之间存在游隙(36)， 除了所述张紧排列相对于所述工具架基体轴向或径向张紧的区域。
14. 根据前面任一权利要求所述的工具架(1、 30)，其特征在于在张紧 排列(5、 33)和工具架基体(卡盘(4)、 31)之间布置一个或多个用于阻 尼轴向和/或径向振动的阻尼元件(16、 32)。
15. 根据权利要求14所述的工具架(1、 30)，其特征在于将一个或多个 阻尼元件(16、 32)布置在所述环形间隙(15、 36)中，并且在压力下优选作为压力介质、特别是阻尼液或阻尼塑料完全填充该间隙。
16、根据权利要求14或15所述的工具架(1、 30)，其特征在于进一步提供用于设置所述阻尼元件(5、 32)的阻尼特性的装置、特别是垫片。
全文摘要
本发明涉及一种具有工具架基体(2、3、4、6)和张紧排列(5)的低振动工具架(1)，该张紧排列提供工具架基体(2、3、4、6)的轴向张力，并且相对于工具架基体(2、3、4、6)以径向灵活的方式同时张紧。由于该夹紧排列(5)相对于工具架基体(2、3、4、6)连续对中，因而该工具架(1)相比于在前已知的工具架不易受振动影响，其即使在操作期间也保证更真实的运行，特别是当出现材料的热感应膨胀时。而且，这种工具架(1)特别是以模块设计的，因而可以非常灵活地适用于不同类型的工具和工件加工过程。
文档编号B23Q11/00GK101267905SQ200680033549
公开日2008年9月17日 申请日期2006年9月11日 优先权日2005年9月13日
发明者弗兰斯·海默尔 申请人:弗兰斯海默尔机械工程公司