专利名称：用于热缩夹头刀座的调整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于在热缩夹头刀座中对带柄刀具进行轴向支承的调整装置以及一种如权利要求17所述包含这种调整装置的热缩夹头刀座。
背景技术：
热缩夹头具有刀具更换简便、能传递较大转矩、细长结构形式和自身同轴度精度较高等特点。这种夹紧技术的原理相当简单。夹紧部具有用于收纳带柄刀具的孔，这个孔的直径相对于刀具的柄直径尺寸不足。夹紧部受热(例如通过感应加热)膨胀，便可将刀柄插入收纳孔中。夹紧部冷却后收缩并与刀柄形成高强度的摩擦连接。热缩夹头中用来轴向支承带柄刀具的元件通常是长度调整螺钉，借助这种螺钉可以连续调整刀具在热缩夹头中的轴向位置。在上述加热及收缩过程中，夹紧部的径向尺寸和轴向尺寸都会改变。结果是，在膨胀状态下插入的带柄刀具在收缩过程中不但受到径向力的作用，还会由于夹紧部的轴向缩短而受到轴向力的作用，从而被压靠在长度调整螺钉上。如果长度调整螺钉的止动面和/ 或刀具柄端存在微米级的平整度误差，或者如果调整螺钉或夹头的螺纹线与旋转轴线不同轴，热缩夹头的上述轴向力中的一部分就会经刀具传递到长度调整螺钉上，并在柄端处转化为径向分力，从而使带柄刀具的轴线发生相对于旋转轴线的倾斜和/或偏移。由此产生同轴度误差，刀具越长，这种误差就越大。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种即使在刀具或夹头存在制造误差的情况下，也能实现较高同轴度精度的调整装置和热缩夹头刀座。在调整装置方面，本发明用来达成上述目的的解决方案是权利要求1的特征，在热缩夹头刀座方面是权利要求18的特征。根据本发明，所述调整装置在其面向带柄刀具的一端具有用于补偿或者至少用于减小带柄刀具因收缩而产生的位置变化和/或方向变化的补偿部。据此，本发明的调整装置具有专门的部分，这个部分可以吸收或补偿带柄刀具的前述轴向位置变化以及由此而产生的作用于所述调整装置的轴向力，从而避免该轴向力转化为径向分力。没有了这个径向分力或者该径向分力被限制在最低程度，刀具轴线也就不会发生相对于热缩夹头的旋转轴线的倾斜。所述调整装置的这种补偿功能可以进一步改善热缩夹头原本就已相当高的同轴度精度，因为各零件哪怕有再小的平整度误差或同轴度误差，也能通过所述调整装置得到补偿。从属权利要求涉及的是本发明调整装置的其他优选改进方案。如果所述补偿部具有比所述热缩夹头刀座、所述调整部和所述带柄刀具更小的硬度和/或弹性，所述补偿部就能在收缩所引起的位置变化和/或方向变化导致夹头或刀座中产生应力之前对这些位置变化和/或方向变化进行补偿，而这样的应力整体上会对装置的同轴度精度产生影响。此外，所述补偿部所采用的尺寸应确保，至少所述补偿部的轴向长度大于所述刀具因收缩而产生的轴向位置变化。这样可保证补偿部能够将全部的轴向位置变化及其所引起的轴向力吸收，从而防止存在平整度误差的部件发生碰撞和径向偏斜。可以采用调整螺钉作为本发明调整装置的调整部，这样一来，现有技术中所使用的长度调整螺钉就可用作为本发明调整装置的部件，因此，现有的热缩夹头系统无需采取结构修改措施便可与本发明的调整装置共同作用。所述调整部和所述补偿部优选实施为一体，以便尽量减少热缩夹头系统的配件数目。连接这两个部分的一种特别简单的方案是，所述补偿部由所述调整部的涂层部构成。所述涂层可以采用任何一种根据具体应用情况以及热缩夹头带柄刀具和调整部具体所用的材料，能够确保上述补偿功能得以实现的材料。铝和黄铜是特别适合的材料。作为可选方案，用作所述补偿部的材料也可通过其他方式(例如通过焊接或粘接)与所述调整部相连接。所述补偿部实施为单独部件，所述带柄刀具可通过该单独部件间接支承在所述调整部上，这种方案的最大优点是可以继续使用至今所用的调整螺钉，只需要在调整装置中增设本发明的补偿部件。这样可以随时对现有系统进行改装。在所述单独部件由可塑性变形的材料构成的情况下，虽然该部件只能使用一次或少数几次，但是该部件的塑性变形可以使带柄刀具的全部的轴向位移被吸收，塑性变形后不会再有明显的轴向力作用于调整部。使用弹性部件时，弹性材料的压缩虽然会让调整螺钉仍然受到轴向力的作用，但是该部件可以反复使用多次，这样在更换刀具时可以不必同时更换补偿部。除了上述材料以外，所述单独部件的材料尤其还可以采用塑料和橡胶，这两种材料的材料特性范围较广，能够针对本发明调整装置的任何一种用途提供想要的补偿功能。也可以采用布置在所述调整部前面的弹性元件(特别是碟形弹簧)作为所述补偿部。刀具因收缩而产生的位置变化和/或方向变化不仅可以通过可弹性或塑性变形的材料得到补偿，也能通过所述调整部和所述补偿部之间的相对位置变化得到补偿。如果将调整部和补偿部之间的接触面分别实施为凸面和凹面，两部件之间就能成任意角度，从而使刀具柄端有可能存在的平整度误差或者所述调整装置的同轴度误差能够得到补偿。在此，所述调整部优选在其面向所述带柄刀具的一端具有球拱，该球拱容置在所述补偿部上相应设计的凹槽内。为实现轴向固定，所述补偿部的沿径向向内延伸的环形突出部嵌入所述调整部的周边环绕式环形槽内。尤其是在相应选择相接触的表面的情况下， 即使压力负荷较大，也仍能实现调整部与补偿部的纵轴线的相对倾斜。所述调整装置优选具有至少一个冷却剂通道，以便能够为所述带柄刀具提供冷却剂。因此，本发明的调整装置能够实现上述补偿功能，而无需放弃对带柄刀具的冷却剂供应。根据具体的冷却剂供应方式，所述补偿部可在其面向带柄刀具的一端具有用于平的柄端(传统冷却)的平的止动部或者用于锥形柄端(最小量润滑(MMQ冷却)的锥形止动部。 因此，本发明调整装置的应用并不受冷却剂供应方式的影响。
在热缩夹头刀座方面，本发明用来达成前述目的的解决方案是权利要求17的特征，其中，所述刀座具有如权利要求1所述的调整装置。
图1示出了带有根据现有技术的长度调整螺钉的热缩夹头的剖视图，以及需要夹紧到该热缩夹头中的带柄刀具；图2示出了图1中的II-II细部图；图3A和图;3B示出了长度调整螺钉与柄端在收缩过程前后的状态；图4A和图4B示出了采用本发明第一实施方式的调整装置与柄端在收缩过程前后的状态；图5A和图5B示出了采用本发明第二实施方式的调整装置与柄端在收缩过程前后的状态；图6A和图6B示出了采用本发明第三实施方式的调整装置与柄端在收缩过程前后的状态；图7示出了包括长度调整螺钉和带柄刀具的热缩夹头的剖视图，所述长度调整螺钉适用于MMS供给方式且具有锥形止动部，以及所述带柄刀具具有锥形柄端；图8示出了采用第一实施方式的调整装置的变型实施方式；图9A和图9B示出了采用本发明第四实施方式的调整装置与柄端在收缩过程前后的状态；图IOA和图IOB示出了采用本发明第四实施方式的调整装置与柄端在收缩过程前后的状态，其中，仍留有最小径向分力；图11为采用第四实施方式的调整装置的变型实施方式；图12A和图12B示出了采用本发明第五实施方式的调整装置与柄端在收缩过程前后的状态。
具体实施例方式图1为热缩夹头2的截面以及需要夹紧到该热缩夹头中的刀具4。所述热缩夹头具有用于连接到机床(未图示)上的固定部6和可热膨胀的夹紧部8，该夹紧部包含一个用于收纳刀具4的柱形柄部12的孔10。热缩夹头2中还设有长度调整螺钉14，该长度调整螺钉用作刀具4的止动件且以可沿轴向运动的方式布置在热缩夹头2中。图2为图1中II-II部分的详图，这里展示了夹紧部8的两种状态。实线表示夹紧部8在冷却状态下的尺寸，虚线表示在热膨胀状态下的尺寸。例如可以借助现有技术中已知的感应热缩设备来实现热膨胀。孔10在冷却状态下的直径为D1，在热膨胀状态下的直径为D2。刀具4的柄部12的直径为D3，这个直径大于D1，但小于D2，因此，柄部12在夹紧部8处于膨胀状态时可以插入孔10，在夹紧部8冷却后则被夹紧部8沿径向以传力连接和摩擦连接的方式包围，因为夹紧部8趋向于恢复其原始形状，特别是恢复到直径D1。如图2进一步所示，相对于长度调整螺钉14上的止动面而言，夹紧部8的轴向长度由于热膨胀也发生了变化。从长度调整螺钉14到孔10的末端的距离为Li，在受热状态下为L2。这导致如下结果在收缩过程中，由于夹紧部8从长度L2轴向收缩至长度Li，通过孔10的内壁与刀具4的柄部12的表面之间的摩擦连接对调整螺钉14施加轴向力，该轴向力是沿轴向调整并固定的调整螺钉14必须经受的。如果长度调整螺钉14上的止动面16不垂直于旋转轴线A (如图3A所示)，且不管这种不垂直是由在制造止动面16时产生的平整度误差所引起还是如图3所示由长度调整螺钉14的螺纹线18在热缩夹头2中的同轴度误差所引起的，偏转了角α的止动面16都会将轴向力1 的一部分转化为径向分力Fr，而且由于冷却过程尚未完全结束，这个径向分量会使柄端12发生径向偏斜。在热缩夹头的进一步冷却过程中，刀具纵轴线B再也无法与旋转轴线A对齐，因为轴向力1 会随着冷却过程的继续而进一步增大，并将刀具4卡紧在图3B所示的位置上。因此，纵轴线B与旋转轴线A之间可能相对偏转了一个角β，这通过刀具4的长度可能会对刀具的同轴度精度产生明显的影响。图4Α和图4Β示出了采用第一实施方式的本发明的调整装置在收缩过程前后的状态。调整装置20包括一个形式为长度调整螺钉22的调整部，该长度调整螺钉在其面向刀具4的柄部12的一端具有涂层Μ。涂层M的材料比长度调整螺钉22、柄部12以及孔10 的内壁软，因此，刀具4的柄端12在收缩所引起的轴向位移过程中不会发生径向偏斜，因为刀具4的这种轴向位移被涂层M吸收。由于柄端12不发生径向偏斜，刀具轴线B和旋转轴线A也就能保持同轴，从而可获得较高的同轴度精度(参见图4Β)。图5Α和图5Β示出了采用第二实施方式的本发明的调整装置，其中的补偿部实施为单独部件。图5Α所示的调整装置30包括长度调整螺钉32，在长度调整螺钉上方设有弹性元件34，例如碟形弹簧。当柄端12在夹紧部8的冷却收缩过程中沿轴向压向长度调整螺钉32时，弹性元件34被压缩并且柄端12不会发生径向偏斜。因此，刀具纵轴线B和热缩夹头2的旋转轴线A如图5Β所示保持同轴。代替图5所示的碟形弹簧，也可以采用由橡胶或弹性塑料构成的垫片作为所述弹性元件。作为替代方案，也可以选用能够塑性变形并由此吸收刀具4的轴向位移的材料。图6Α和图6Β示出了采用本发明第三实施方式的调整装置。调整装置40仍然包括长度调整螺钉42，该长度调整螺钉与平衡体44共同作用，以补偿柄部12与长度调整螺钉 42之间有可能产生的角度偏差。长度调整螺钉42在其面向平衡体44的一端具有凹面46， 平衡体44的呈相应凸形而设计的表面48以可相对滑动的方式容置于该凹面中。因此，平衡体44能够通过倾斜或相对移动与长度调整螺钉42成不同的角度，以便达到相对于旋转轴线A垂直定向的目的。当然，也可以是长度调整螺钉42具有凸形表面，而平衡体44具有凹形表面，两表面按上述方式共同作用。这样一来，采用本发明第三实施方式的装置同样可以补偿刀具因收缩而产生的位置和方向变化，如在图6Β可见。上文借助图4至图6，关于用于传统冷却剂输送的平柄端，对本发明的调整装置进行了说明。但本发明的调整装置也能应用于如图7所示的夹盘装置，其中的待夹紧刀具4 具有应用于最小量润滑(MMQ冷却中的锥形柄端。这里需要注意的是，所述补偿部是本发明的调整装置与刀具柄端之间的接口，该接口具有专门针对MMS冷却剂供给所设计的锥形形状，并且在径向外侧区域与刀柄的锥形端部一起形成密封面。图8示出了所述调整装置针对第一实施方式作出相应修改的一种示例性变型实施方式。图9Α和图9Β示出了采用本发明第四实施方式的调整装置，其中的补偿部实施为设置在长度调整螺钉52中且又突出在外的0型圈54，该0型圈容置在长度调整螺钉52的端面上的相应凹槽内。当柄端12在夹紧部8的冷却收缩过程中沿轴向压向长度调整螺钉 52时，所述0型圈被压缩，因此柄端12不会发生径向偏斜。因此，刀具纵轴线B和热缩夹头 2的旋转轴线A如图9B所示保持同轴。如果所述0型圈不能补偿夹紧部8因收缩而发生的全部的轴向运动，柄端12就会被压缩，使得柄端到达长度调整螺钉52的端面并且发生最小程度的径向偏斜，图IOB中用一个表示分力Fr的小箭头展示了这种情况。但与未设本发明的补偿部(图10A)的调整螺钉相比，本发明的调整装置显著减小了径向分力，并且将径向分力保持在一个不会对带柄刀具4的同轴度精度产生明显影响的可接受范围内。参照图IOB所进行的说明当然也适用于其他实施方式。图11以与图8相似的方式展示本发明一种特别适用于锥形刀具柄端的调整装置。 在此，用于进行长度补偿的0型圈M位于长度调整螺钉52的锥形部中，因而刀具柄端的锥面会与该0型圈发生接触。0型圈M安装在长度调整螺钉52的锥形部中专门为其设置的环绕槽内。但是，也可以想到的是，在插入带柄刀具之前将0型圈M松动地装入锥形部中。 其它方面请参见上文中有关图8、图9和图10的说明。图12A和图12B示出了采用本发明第六实施方式的调整装置，该调整装置的工作原理与图6A和图6B所示的第三实施方式非常相似。调整装置60仍然包括长度调整螺钉 62，该长度调整螺钉与平衡体64共同作用，从而能够补偿柄部12与长度调整螺钉62之间有可能产生的角度偏差。在此，长度调整螺钉62在其面向平衡体64的一端具有球拱66和周边环绕槽67。平衡体64在其面向长度调整螺钉62的一端具有相应设计的凹槽68，球拱 66容置在该凹槽内并与之面接触。平衡体64还具有沿径向向内延伸的环绕式突出部69， 该突出部以使长度调整螺钉62和平衡体64能够进行安装拆卸的规定程度嵌入长度调整螺钉62的槽67内。这样一来，平衡体64就可以相对于球拱66朝任意方向偏斜，并通过突出部69和槽58的共同作用得到轴向固定。平衡体64和长度调整螺钉62优选具有用于为刀具4提供冷却剂的通道。球拱66和凹槽68相互滑动的表面所采用的设计(例如通过选用滑动性能优良的合适材料和/或涂层)应能确保，即使当平衡体64在收缩过程中沿轴向压靠在长度调整螺钉62的球拱66上时，平衡体64也仍能相对于长度调整螺钉62发生偏斜。这样一来，采用本发明第六实施方式的装置同样可以补偿刀具因收缩而产生的位置和方向变化，如在图12B中可见。如果不是长度调整螺钉而是柄端存在若不借助涂层、弹性元件或平衡体进行相应补偿便会导致刀具如图3B所示在热缩夹头中发生倾斜的平整度误差或轴线误差，本发明的上述所有实施方式同样起作用。此外，纯粹是出于清楚起见，图3至图6以及图9中未展示在图2中示出且延伸穿过所述调整装置(包括相应的补偿部在内)的冷却通道17。
权利要求
1.一种用于在一热缩夹头刀座O)中对一带柄刀具(4)进行轴向支承的调整装置 (20 ；30 ；40 ；50 ；60)，其特征在于，所述调整装置(20 ；30 ；40 ；50 ；60)在其面向所述带柄刀具(4)的一端具有一用于补偿或者至少用于减小所述带柄刀具(4)因收缩而产生的位置变化和/或方向变化的补偿部(24 ；34 ；44 ；54 ；64)。
2.如权利要求1所述的调整装置OO；30 ；40 ；50 ；60)，其特征在于，所述调整装置QO ； 30 ；40 ；50 ；60)具有一用于在所述热缩夹头刀座O)中进行轴向定位，优选是连续轴向定位的调整部(22 ；32 ；42 ；52 ；62)。
3.如权利要求1或2所述的调整装置；40;50;60)，其特征在于，所述补偿部 (24 ；34 ；44 ；54 ；64)具有比所述热缩夹头刀座(2)、所述调整部(22 ；32 ；42 ；52 ；62)和所述带柄刀具(4)更小的硬度和/或弹性。
4.如权利要求1至3中任一项所述的调整装置OO；30 ；40 ；50 ；60)，其特征在于，所述补偿部04 ；34 ；44 ；54 ；64)的轴向长度大于所述刀具因收缩而产生的轴向位置变化。
5.如权利要求4所述的调整装置QO；30 ；40 ；50 ；60)，其特征在于，所述调整部由一调整螺钉(22 ；32 ；42 ；52 ；62)构成。
6.如权利要求4或5所述的调整装置(20)，其特征在于，所述调整部0 和所述补偿部04)实施为一体。
7.如权利要求6所述的调整装置(20)，其特征在于，所述补偿部是所述调整部02)的一涂层部(24)。
8.如权利要求7所述的调整装置(20)，其特征在于，所述涂层部04)包含铝或黄铜。
9.如权利要求4所述的调整装置(30)，其特征在于，所述补偿部是一可弹性或塑性变形的单独部件(34)，所述带柄刀具(4)能够通过所述单独部件间接支承在所述调整部上。
10.如权利要求9所述的调整装置(30)，其特征在于，所述单独部件是一由硬橡胶或塑料构成的垫圈。
11.如权利要求9所述的调整装置(30)，其特征在于，所述补偿部是一布置在所述调整部(22 ；32 ；42 ；52)前面的弹性元件，优选为一碟形弹簧(34)。
12.如权利要求4所述的调整装置(40；60)，其特征在于，所述调整部(42 ；62)和所述补偿部G4 ；64)具有相接触的接触面06，48 ；66，68)，其中一个接触面实施为凹面，另一接触面相应实施为凸面，以便所述调整部G2 ；62)和所述补偿部G4 ；64)的纵轴线能相对倾斜。
13.如权利要求4所述的调整装置(50)，其特征在于，所述补偿部由一设置在所述调整螺钉的端面且突出于所述端面的0型圈构成，所述带柄刀具(4)能够通过所述0型圈间接支承在所述调整螺钉上。
14.如权利要求1至13中任一项所述的调整装置OO；30 ；40 ；50 ；60)，其特征在于，所述调整装置OO ；30 ；40 ；50 ；60)具有至少一个用于为所述带柄刀具(4)提供冷却剂的冷却剂通道(17)。
15.如权利要求1至14中任一项所述的调整装置OO；30 ；40 ；50 ；60)，其特征在于，所述补偿部04 ；34 ；44 ；54 ；65)在其面向所述带柄刀具(4)的一端具有一用于平的柄端的平的止动部(16)。
16.如权利要求1至14中任一项所述的调整装置OO；30 ；40 ；50 ；60)，其特征在于，所述补偿部04 ；34 ；44 ；54 ；64)在其面向所述带柄刀具(4)的一端具有一用于锥形柄端的锥形止动部。
17.如权利要求12所述的调整装置(60)，其特征在于，所述调整部(62)在其面向所述带柄刀具的一端具有一球拱(66)和一周边环绕式环形槽(67)，所述补偿部(64)在其面向所述调整部(6 的一端具有一凹槽(68)和一沿径向向内延伸的环形突出部(69)，其中，所述球拱(66)容置在所述凹槽(68)内并与之面接触，所述突出部(69)嵌入所述环形槽(67)，以便所述调整部(6 和所述补偿部(64)的纵轴线能相对倾斜。
18.一种用于带柄刀具(4)尤其是圆柱形带柄刀具的热缩夹头刀座O)，包括一用于连接到一机床上的固定部(6)、一可热膨胀的收缩部(8)和一如权利要求1至17中任一项所述的调整装置OO ；30 ；40 ；50 ；60)，所述收缩部具有一优选用于居中收纳一刀柄(12)的内孔(10)，所述调整装置以能够沿轴向运动的方式布置在所述内孔(10)中，且通过所述调整装置能够对所述带柄刀具(4)在所述收缩部(8)中的轴向位置进行调整。
全文摘要
本发明涉及一种用于在一热缩夹头刀座中对一带柄刀具进行轴向支承的调整装置，所述调整装置在其面向所述带柄刀具的一端具有一补偿部，以便能够补偿或者至少减小所述带柄刀具因收缩而产生的位置变化和/或方向变化。
文档编号B23B31/02GK102355972SQ201080012449
公开日2012年2月15日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月17日
发明者H·艾贡 申请人:钴领无限公司