专利名称：反离心力卡头及安装系统的制作方法
背景技术：
本申请是1996年3月1日申请的，序号为60/012604的正在审理中的在先申请的部分后续申请，因而应结合该申请作为参考。
本发明涉及一种快换卡头装置，它可装在机床的驱动轴上，并用于夹持用该机床加工的动力钻头或工具。
任何将例如刳钻头之类的动力钻头夹持在驱动轴上的套爪或卡头，必须将该动力钻头相对该驱动轴沿轴向和径向进行锁定。换言之，该动力钻头不能相对驱动轴转动或相对其沿轴向移进和移出。这一要求对诸如刳钻机等高速机床，出于精度和安全两方面考虑就特别重要。就传统设备而言，一种用于转动固定工具刀头的较简单的装置，包括在工具刀头的端部成形出六边形或其它多边形，该端部装入卡头装置中形成的一个相应多边形深孔中。通常，操作者需要使用两个或一个扳手以及一个轴锁定器才能更换一个刳钻头。
在另一种解决方案中，套爪卡头采用了可压缩的套爪，以便沿轴向转动地夹持工具刀头。采用套爪卡头是由于它们不依靠工具刀头上的夹持工具用的多边形结构。这样，具有明显圆柄部分的任何式样的动力钻头或工具刀头，皆可用一个套爪卡头夹持。然而套爪卡头装置不具备在许多应用场合所要求的快换或快松功能。例如，刳钻机或胶合板修边机之类的轻便工具非常希望采用快松卡头装置，以便较快和较方便地更换各种工具刀头。然而，就传统的快松装置而言，工具柄部分必须是多边形的，以装入形成在快换卡头装置中的相应孔中。在该技术领域可能要求具有一种快换卡头装置，这种装置可采用任何形式的工具刀头，包括具有大致为圆形工具柄的工具刀头，用以提高通用性和便于使用这类卡头装置的机床操作。还希望具有一种快换卡头装置，这种装置可由机床自动安装和拆卸。
在该技术领域中已知有各种装置，如用于各种轻便固定式刳钻机、胶合板修边机、干壁板切割器等等的，将各种动力工具或动力刀头固定或夹持在机床主轴上的各种装置。例如，已知有各类套爪夹持装置和快松适配器，其中授予Wozar的US-5,301,961号美国专利便介绍了这类卡头。同样，授予Martindell的US-4,692,073号美国专利也介绍了一种卡头装置，它采用了绕驱动轴设置的用弹簧加偏载的套筒，用以将动力工具刀头固定在卡头装置上。
此外，卡头零件和工具刀头的柄还会一起变形，以致难以从卡头上松开工具柄和拔出工具刀头。因此也希望有能克服这类问题的快换卡头装置。
刳钻机卡头，(以及为高速条件下设计的其它卡头)中，卡头体对中和形状方面的微小偏心会产生很大的力矩，导致不良的和不精确的刳钻。因此，将这类卡头安装在机床主轴上的高度专业化的系统是梦寐以求的，而传统刳钻机安装系统已不能满足要求。各类过于精密的安装系统又造成加工和安装费用过高，由于它们增加了复杂性，因此在该加工领域中难以被接受。发明目的因此，本发明的主要目的是，提供一种快换卡头装置，用以将工具刀头或加工装置固定在机床驱动轴上。
本发明的另一个目的是，提供一种快换卡头装置，它利用旋转卡头产生的离心力将工具刀头夹持在卡头装置中。
本发明的又一个目的是，提供一种快换卡头装置，它能用自动机械装置安装在机床上和从机床上卸下。
本发明的又一个目的是，提供一种万能快换卡头装置，它能夹持具有圆工具柄的工具刀头。
本发明的再一个目的是，提供一种快动作快换卡头装置，它能方便地插入和拔出工具刀头，而不必将工具的多边形柄与卡头装置的多边形孔对正。
本发明的再一个目的是，提供一种快换卡头装置，它能克服卡头装置内的工具刀头的锁定现象。
本发明的再一个目的是，提供一种快换卡头装置，它减少了卡头装置对工具柄产生夹痕的任何趋势。
本发明的再一个目的是，提供一种快换卡头装置，它能用于高转速条件，而勿需采用那些由于加工和安装费用过高，以及它们带来的复杂性，在该加工领域中难以被接受的各类过于精密的安装系统。
本发明的再一个目的是，提供一种快换卡头装置，安能用于高转速条件，并且由较容易制造和装配的零部件构成，同时能与较简单的安装系统相配合。
本发明的其它目的和优点将在下面说明中陈述，一部分将从说明中明了，部分将在实施本发明中认识。本发明的各个目的和优点可以借助权利要求指出的方案和组合实现和达到。
为实现上述目的，按照本发明的宗旨，一般地说实施本发明的卡头包括一个头体件，其中具有轴向槽和与该轴向槽相交的横向开口。第一和第二偏心轮件至少部分设置在该横向开口内，并且分别具有第一和第二通道，两通道可设置成与该轴向槽共轴。一个内套筒件设置在该轴向槽内，并在其内形成一沿轴向延伸且与该头体件的轴向槽共轴的孔。
在各优选实施例中，该内套筒设置成穿过第一和第二通道，并且还形成至少一条沿轴向延伸的第一槽，第一槽从内套筒上端穿至内套筒的下端。内套筒还形成至少一条沿轴向延伸的第二槽，第二槽从内套筒下端向内套筒的上端贯穿，并且以与第一槽大体隔开和平行的方式延伸。许多条第一槽和第二槽最好对称地和交替地绕该内套筒的圆周设置。上述第一槽和第二槽共同作用，使内套筒在径向和圆周方向均有弹性，以便在施加适当方向的力时，允许内套筒的孔的直径和周长既可膨胀又可收缩。
当使用工具刀头的过程中，卡头装置夹持工具刀头柄并且旋转，上述第一偏心轮和第二偏心轮被迫从静止位置移向夹紧位置。特别在卡头旋转时，离心力的作用会将第一和第二偏心轮从头体件中心线沿径向向外彼此拉开。这样，第一通道和第二通道相对轴向槽变得不同心。由于这种情况的出现，两偏心轮的第一和第二爪手将施加压力，沿径向压紧位于内套的轴向孔中的工具柄周围的该内套。受压的内套施加的夹紧力，足以使工具柄在内套的轴向孔中定位，同时在载荷作用下使用工具的过程中卡头也在旋转。在一种替换实施例中，第一和第二爪手直接对位于头体件轴向槽中的工具柄施加向内的径向力。
本发明的离心式卡头装置，还具有将工具刀头的柄夹持在卡头中，同时卡头在其工作状态又不旋转的装置。在给出的一个优选实施例中，工具柄的静态夹持装置包括成形在内套上端外表面上的一个锥形面。此外，该工具柄的静态夹持装置还包括一个定位套，在给出的该优选实施例中，定位套还包括一锥形内表面，它的位置与内套的上述锥形外表面相对。一轴向弹簧机构相对头体件和靠着定位套的锥形内表面施加足够的偏压力，以便沿径向向内压紧内套的锥形上端，将其轴向孔直径充分减小，从而夹紧插入其中的工具柄。
在给出的卡头装置的一个优选实施例中，通过将内套外表面和形成第一和第二偏心轮的第一和第二通道的表面加工成锥形，提供了一种辅助紧固机构。这样，卡头装置旋转愈快，沿径向作用在各偏心轮上的离心力也愈大。各偏心轮的径向运动，使它们的锥形通道表面沿轴向朝定位套锥形内表面方向挤压内套的锥形外表面。这又造成更大的压紧力，以承靠内套件的上端锥形外表面。这些增大的压紧力进一步减小了内套的轴向孔直径，从而进一步夹紧插入卡头装置中的任何工具柄周围的卡头装置中的夹持件。
上述工具柄的静态夹持装置的一种替换实施例，依靠限制在内套中形成的多个环口中的各夹持件。各环口加工成锥形，而各夹持件以这样的方式设置在各环口内即使各夹持件可以伸入轴向孔一定距离，从而夹持住留在内套轴向孔内的工具柄。邻近头体件内套的各环口部位形成第一锥形坑，从而内套相对头体件的上下轴向运动，使得各夹持件沿径向朝着或背离内套的轴向孔的中心线运动。与内套极类似，具有轴向槽的上述定位套内也可设置多个锥形环口，以容纳各夹持件，使各夹持件可以伸入轴向槽一定距离，从而夹持住留在定位套轴向槽内的工具柄。头体件邻近定位套的各环口部位形成第二锥形坑，因此定位套相对头体件的上下轴向运动，使得各夹持件沿径向朝着或背离定位套的轴向槽的中心线运动。
上述各夹持件施加足够的力，以便将工具柄夹持定位在内套的轴向孔和定位套的轴向槽中，同时卡头处于非旋转的静止状态。
在给出的几个优选实施例中，可由内壳和合铸在内壳上的外壳构成的一个外套，设置在头体件周围。该外套的形状和布置适于与一个盖安装套或与定位套一起沿轴向运动，该盖安装套的一端设置成与内套的上端相对。此外，设置了一个远距离驱动件，其一端与外套相连，其形状和布置使得该远距离驱动件的外端的运动产生上述外套的轴向运动。这又使上述盖安装套(或定位套)沿轴向运动，从而使得工具柄插入内套轴向孔或从中拔出。
可提供一种连接机构，用以可操作地将上述卡头体和任何其它卡头体连接在驱动轴上。该连接机构可包括头体件一端的内螺纹接收部分，用以与带外螺纹的驱动轴形成螺纹连接。其替换方案是，连接机械可包括头体件一端的外螺纹连接部分，用以与驱动轴带内螺纹的连接部分形成螺纹连接。其替换方案是，连接机构可以包括头体件一端的无螺纹的阴锥形套接头部分，其形状适于与驱动轴端部的阳锥形接头连接。连接机构还可包括一个安装机构，用以便于卡头装置自动安装在驱动轴上，最好通过卡头装置的头体件完成这一连接。安装机构可包括一组开口，开口形状适于安放一个定位螺丝，一个托克斯(torx)头工具，一个六角头工人和一个四方头工具。
结合在本说明书中并成为其中一部分的各附图，与本说明书一起描述了本发明的一种实施例，作为解释本发明的原理。
图1为本发明的卡头装置的一种替换实施例的轴向剖视图，该卡头装置锁定在连同驱动轴一起，用假想线表示出的一个工具刀头柄周围；图2为图1所示卡头装置的正视透视装配图；图3为在用两个手指示意表示的、处于松开状态的图1所示卡头装置的平面视图；图3A是以松开状态示出的图1所示卡头装置的轴向剖视图；图4为处于松开状态的图3所示装置零部件的局部放大轴向剖视图；图5为处于接合状态的图1所示装置零部件的局部放大轴向剖视图；图6为沿图5中6-6箭头表示的剖面线剖开的、处于接合状态的图1和5所示装置零部件的横剖视图；图7为类似图6那样的横剖视图，但无插入卡头中的工具柄，而且处于松开状态；图8A和8B为包括有本发明的快换卡头装置的例如刳钻机的机床示意图；图9为与机床主轴(以部分断开的方式示出)相接合的本发明的卡头装置的一种优选实施例的轴向剖视图；图10为图9所示卡头装置的正向透视装配图；图11和12为用于将卡头连接在机床驱动轴上的接合机构的替换实施例的轴向剖视图；图13为本发明的卡头装置的外套(部分被剖开)的实施例的正向透视装配图；图14为本发明的卡头装置的外套的另一种实施例的正向透视装配图；图15为本发明的卡头装置的第二种替换实施例的轴向剖视图，该卡头装置锁定在连同驱动轴一起用假想线表示出的一个工具刀头柄周围；图16为图15所示卡头装置的正向透视装配图；图17为图15所示卡头装置的轴向剖视图，以非接合状态示出，无插入卡头中的工具柄；图18为沿图15中18-18箭头表示的剖面线剖开的、处于接合状态的图1和5所示装置零部件的横剖视图；图19为类似图18那样的横剖视图，但无插入卡头中的工具柄，而且处于非接合状态。最佳实施例的详述现详细参见给出的本发明的各优选实施例，在附图中表示了提供的一个或多个实例。每一实例均用以说明本发明而非限制本发明。实际上，有关领域的普通技术人员在不脱离本发明的范围和实质下，显然还可对本发明作出各种变型和变化，例如，作为一个实施例的一部分作过说明和解释的某些特征，还可用于另一实施例，以给出另一种实施例。因此，本发明应覆盖在权利要求范围内作出的这类变型和变化以及它们的等同物。说明书和附图中的同一零部件用同一序号代表。此外，不同实施例的相类似元件用数字上相差一个系数100的数字代表。
本发明的快换卡头装置的一种优选实施例，以反离心式卡头的形式表示在图3和8-10中，本发明的反离心式卡头的一种替换实施例表示在图1-8中，本发明的反离心式卡头的另一种替换实施例表示在图15-19中。根据各具体实施例，本发明的快换反离心式卡头装置在各图中通常用序号110，210，310代表。如图1和15中以假想方式(双点划线)示出，本发明的反离心式卡头装置可用于夹持例如刳钻头27，327之类工具的柄23，323。
本发明的反离心式卡头装置包括一个头体件，它具有设置成与尾端相对的前端，安排前端朝向需由卡头容纳的工具，后端朝向驱动工具的机床驱动轴。如图1，9和15所示，头体件25，125，325的形状适于被驱动轴18，118，218(图1和15中以双点划线示出)驱动。
按照本发明，头体件包括一个沿轴向形成在头体件中的槽。所称的这个轴向槽用于接受一个工具柄，它直接地或者借助在工具柄与轴向槽之间的一个内套件。该内套件最好成形为带有一个圆柱形外表面。例如图9和10所示，轴向槽120形成在头体件125中，以便沿相对头体件125的轴向伸长。类似地，如图2，4，5，16所示，轴向槽20，320也是沿头体件25，325的轴向设置的。轴向槽120，20，320具有圆形横截面，并且绕头体件125，25，325的纵向轴心线对称设置，作为实例这已分别示出在图10，2和16中。
按照本发明，头体件还包括一个横向孔，它设置成与上述轴向槽相交，并与该轴向槽的纵向中心线相交。例如图9和10所示，头体件125还形成一个横向孔122，它整个贯穿头体件125，并且相对轴向槽120横向设置。以类似方式在图2，4，5，16和17中所示，头体件25，325形成一个横向孔22，322，它们整个贯穿头体件25，325，并且相对轴向槽20，320横向设置。尽管在图10，2和16中作为例子，其横向孔122，22，322的纵向中心线设置成相对头体件125，25，325的纵向中心线以直角相交于轴向槽120，20，320的方式，但该角度可以小于90度。然而，交角小于90度时，由作用在偏心轮件(例如下述的60，70)上的离心力产生的抓紧力的横向分量，将小于卡头装置110，210，310的任何给定每秒转数下所能产生的最大抓紧力。
本发明提供的装置显著优点在于，由于头体件构造相同，多样变化和多样形式的接合机构或装置均能将卡头装置可操作地连接在驱动轴上，特别是在高转数应用场合，例如打算夹持刳钻工具头的卡头装置时，人们通常相信需用相当精密和复杂的接合装置。因为本发明的设计包括贯穿头体件的横向孔，较大部分头体件的质量靠近头体件与驱动轴接合的部分，较大部分头体件的质量围绕驱动轴，使工作时可减小由于卡头和驱动轴间对中的偏心和卡头体形状上所产生的不希望出现的力矩值。因此，接合机构形状的多样变化都可使用本发明的卡头装置而用来与驱动轴配合。这种较大通用性的接合机构包括那些较为简单和具有较易加工和装配的零部件。
例如图10-12所示，头体件125可以包括形成在其尾端的一个内螺纹接收段或部分116，以与驱动轴118的一个外螺纹部分117(图10中未示)接合。类似地，如图1-3和15和17所示，头体件25，325可以包括形成在其尾端的一个内螺纹接收段或部分16，316，以与驱动轴18，318的一个外螺纹部分17，317(图1和15中以假想线表示)接合。一种替换方式是，如图9所示，接合机构可包括设置在头体件125尾端，其形状适于与驱动轴118的端部的外锥形接头108接合的一个内锥形接收部分107。接合机构的另一种替换实施例中，头体件可包括一个外螺纹或锥形部分，以与形成在驱动轴(未示出)中的内螺纹或锥形部分接合。此外，本发明的再一种替换实施例中，头体件25，125，325可形成在驱动轴18，118，318本身中。换言之，驱动轴18，118，318和头体件25，125，325，分别组成一个整体结构。并且在另一个可替换的优选实施例中，卡头装置110，210，310可成形为一种可插入一驱动轴接收插座中的插入装置。在这种插座实施例中，卡头装置110，210，310可采用任何惯用的装置，例如与分别成形在头体件125，25，325中的一个槽接合的固定螺丝(未示出)，夹持在插座中。
又如图9和11所示的可适用的接合机构另一种替换实施例中，设置一个轴向开孔的开口105贯穿头体件125的轴向槽120(下面说明)的底部。一个定位螺丝106穿过开口105插进并旋入设在驱动轴118上的一个螺孔中。在图9所示的实施例中，驱动轴118具有一锥形接头108，需要用螺丝106连接驱动轴118和卡头110。然而，在图11所示的实施例中，卡头装置110的后端是用螺纹旋在驱动轴118上的，而螺丝106只提供驱动轴118和卡头110间的辅助连接手段。
本发明的接合机构可包括一个安装机构，以便将卡头的头体件自动固定在机床的驱动轴上。该安装机构通常能应用在任何类型的卡头装置上。如图12所示，该安装机构可包括一个轴向开孔的安装孔109，其形状适于接受由托克斯(torx)头工具，六角头工具和四方头工具组成的工具组中的一种工具。这类工具可插入安装孔109中，托起卡头将卡头送至机床，并移动卡头体125的尾端，使之与机床的驱动轴118对正，并与机床驱动轴118接合在一起。如果驱动轴是用图10-12所示的螺纹连接方式连接头体件125，则工具可旋转，以便自动将卡头110旋在驱动轴118的螺纹端。
本发明的反离心式卡头装置，具有在卡头处于静态时，即不是操作时的旋转状态时，将工具头柄夹持在卡头中的机构或装置。该静态工具柄夹持机构至少部分位于轴向槽中，并且纵向远离横向孔。该静态工具柄夹持机构的形状，适于在卡头装置处于静态将工具柄定位在轴向槽中。该静态工具柄夹持装置可以包括一内套件，一轴向弹簧机构和一定位套。
该静态工具柄夹持机构的一种优选实施例包括一个内套件，它最好用沿轴向加长的管形件制成。如图10，2和16所示，内套件128，28，328分别形成为内轴向孔132，32，332，它们沿轴向伸长。轴向孔132，32，332由正圆柱形内表面构成，其形状适于将需用卡头装置110，210，310夹持的工具的柄容纳其中。内套件128，28，328的横截面外形可为多边形，但最好是圆形。当未径向加载时，内孔132，32，332的直径大于设计卡头装置的工具柄的最大直径。孔132，32的直径小于轴向槽120，20，320的直径。
内套件128，28具有一个下端129，29，329和位于该下端对面的一个上端130，30，330。如图9，1和15所示，内套件128，28，328分别与头体件125，25，325的轴向槽120，20共轴设置，并且至少部分在各轴向槽中。内套件128，28，328可分别相对头体件125，25，325运动。
作为实例在图9和10中给出的优选实施例和在图1-3中给出的替换实施例中，内套128，28还至少成形有一条沿轴向延伸的第一槽144，44。该第一槽从内套128，28还至少成形有一条沿轴向延伸的第二槽146，46。该第二槽146，46从与第一槽144，44开始延伸的一端相反的那一端延伸。与第一和第二槽等多条槽以相同方式布置，并且以对称方式彼此隔开，最好如图2和10那样平行排列。第一槽144，44和第二槽146，46分别绕内套128，28的圆周方向交替排列。第一槽144，44和第二槽146，46共同作用，使内套沿径向和圆周方向都具有弹性，以允许内套在受到适当方向的力作用时，其直径和圆周既可膨胀也可收缩。此外，这些实施例中的内套128，28是用不锈钢之类的材料制成的，这使带有上述槽的内套，可以弹性方式沿径向反复压缩和膨胀。
在图9和10中给出的优选实施例中，内套128的上端130有一个自由边131和一个锥形外表面133。内套128的上端130的外表面133的形状向内套128的上端130的自由边131逐渐变细。这样，外表面133的直径随着逐渐接近自由边131而减小。
除内套件外，用于夹持静止工具柄的卡头装置的一种优选实施例，还包括相对于内套和头体件安排的轴向弹簧机构，以便相对头体件对内套件沿轴向施偏压。如图9，1-5和15-17所示，卡头装置110，210，310分别包括一轴向弹簧机构141，41，341，它们的设置相对于内套件128，28，328和头体件125，25，325，以便相对头体件125，25，325对内套件128，28，328沿轴向施偏压。图9，1，5和17给出各卡头装置110，210，310的所谓受偏压状态(也称为接合状态)的内套件128，28，328。该轴向弹簧机构141，41，341使内套件128，28，328能够克服弹簧机构141，41，341的偏压力沿轴向朝松卸位置移动，这已在例如图3，3A和4所示的卡头实施例210和图15所示的卡头实施例310中表示。
除内套件128和轴向弹簧机构141外，夹持静止工具柄的卡头装置的一种优选实施例还包括一锥形内表面，它设置成与内套128的上端130的锥形外表面133相对。如图9所示，锥形内表面134的设置与内套128的上端130的锥形外表面133相对。最好将该内表面134设置在一个定位套上，例如座落在一个上凹槽126中的锥板180上(图9)，该凹槽126与头体件125的轴向槽120相连通。如图9和10所示，定位套180的内表面134形成一个位于内套128上端周围的内通道182。如图9所示，该内通道182一般与内套128的上端130的外表面133相对。此外，内表面134的构形随着其直径减小的部分而形成轴向锥形，大体与内套128的上端130的外表面133相对的部分接近上端130的自由边131。
如图9所示，当定位套180的内表面134与内套128的上端130的外表面133接触，以便沿径向朝轴心线21向内压迫上端130时(图10)，内套128的处于偏压状态的轴向孔132的直径便充分减小，从而抓紧插入其中的工具柄。弹簧机构141对处于偏压状态的内套128施以足够大的轴向力，以使内表面134对内套128的上端130进行所要求的压缩。
在一个替换实施例中，内表面134可设置在头体件125本身的上端。然而，设在与头体件分离的单件上的上述锥形内表面134却使卡头装置110具有更好的加工性和通用性。
在如图4所示的用于夹持静态工具柄的卡头装置的一种替换实施例中，除轴向弹簧机构41外，内套件128的下端还至少设有一个由第一环面36限定的第一环口34。同样，在如图16所示的用于夹持静态工具柄的卡头装置另一种替换实施例中，除轴向弹簧机构341外，内套件328还至少限定一个由第一环面336形成的第一环口334。最好包括多个由环面36，336形成的环口34，334，并且它们以对称方式绕内套件28，328布置。该替换实施例中绘出三个这样的第一环口34，334。
如图4和16所示，每个钻口43，334的尺寸都适于容纳一个能够缩回的夹持件37，337(下面解释)。如图5和17所示，每个环面36，336的形状和尺寸，都适于将这样的夹持件37，337沿径向推入轴向孔32，332到达预定的程度。如图4，5和17所示，每个环面36，336都呈锥形，锥底面穿过内套28，328的外表面，并且随着环口沿径向朝构成内套28，328的轴向孔32，332的内表面延伸而逐渐收缩。
如图2，4，16和17所示，每个能缩回的夹持件37，337可构成为一个球形件，例如一个球，其中每个球的直径小于穿过内套件28，328外周面形成的每个相应环口34，334底部的直径。无论如何，在这样的环口34，334与内套件28，328的内轴向孔32，332相连的部位，每个环口34，334的尺寸都应小于每个球37，337的直径。以这样的方式，每个球37，337都不能从内套件28，328的外周面穿过其相应的环口34，334，以及完全进入内套件28，328的内轴向孔32，332。
在如图4，5和17所示的用于夹持静态工具柄的卡头装置的该替换实施例中，头体件25，325的内表面还成形有与轴向槽20，320相通的第一锥形圆坑24，324。该第一或下部坑24，324位于横向开口22，322下方的头体件25，325中，从而如图3A和17所示那样，位于开口22，322和带有内螺纹的接收部分16，316之间。第一或下部坑24，324以这样的的方式成形为锥形，即下坑24，324愈靠近横向开口22，322就变得愈浅。
如图4，5和17所示，每个可缩回的第一夹持件37，337都受第一环面36，336和第一锥形圆坑24，324限制。如图5和17所示，当弹簧机构41，341迫使内套28，328沿轴向朝头体件25，325的前端移动时，每一第一夹持件37，337便与相应第一环面36，336接触，从而被迫径向向内进入第一环口34，334。以这种方式，每个夹持件在内套28，328处于受偏压状态时，具有进入轴向内孔23，332的趋势，并与位于内套中的任何工具柄接触。这样的接触产生了足够的摩擦力，以便克服重力而将工具夹持在卡头中，在工具未受载时不会相对卡头转动。如图3，3A，4和15所示，在内套28，328处于松开状态时，每个第一夹持件37，337在第一锥形圆坑24，324内向外径向移动。
在如图2，4，5和15-17所示的用于夹持静态工具柄卡头装置的一种替换实施例中，该快换卡头装置210，310包括一个定位套80，380，其形状设计成至少部分位于头体件25，325的轴向槽20，320中。如图4和5所示，定位套80的一端设置成与内套28的上端30相对，实际是抵靠在其上的。这样弹簧机构41可使定位套80沿轴向相对头体件25移动与内套28相同距离。如图15-17所示，定位套380的一种替换实施例的形状设计成，可将其设置在头体件325的前端335和横向开口332之间。
如图2和17所示，定位套80，380确定一个内通道82，382，其形状设计成与内套28，328的轴向内孔共轴。内通道82，382的直径大于工具柄23，323的最大直径。内通道82，382的直径小于轴向槽20，320的直径。
如图2所示的替换实施例中，定位套80的下端还至少成形有一个由第二环面86形成的第二环口84。在如图16所示的替换实施例中，第二环面386成形在定位套380中，并且还至少成形有一个第二环口384。最好还包括多个第二环口84，384，其中每个环口由第二环面86，386形成，并且这些环口对称布置在定位套80，380周围。该替换实施例中绘出三个这样的环口84，384。
如图4和17所示，每个第二环口84，384的尺寸，设计成可以容纳一个能缩回的第二夹持件87，387(下面解释)。如图5和17所示，每个第二环面86，386的形状和尺寸，设计成允许上述相应的第二夹持件87，387，沿径向推入轴向内通道82，382到达预定距离。如图4，5和17所示，每个第二环面86，386均成形为锥形，其锥底穿过定位套80，380的外表面，并且随着环口沿径向朝定位套80，380的内表面延伸而逐渐收缩。
如图2和4所示，每个能缩回的第二夹持件87可构成一个球形件，例如一个球，其中每个球的直径，小于穿过定位套80外周面形成的每个相应第二环口84的直径。然而在这样的环口84与定位套80的内轴向槽90相连的部位，每个第二环口84的尺寸都应小于每个球87的直径。以这样的方式，每个球87都不能从定位套80的外周面穿过其相应的环口84，完全进入定位套80的内轴向槽82中。
如图3A和17所示，横向开口22，322上方的头体件25，325内还设有第二锥形圆抗26，326，它们位于头体件25，325的开口22，322和前端35，335之间。该第二或上部坑26，326也与轴向槽20，320相通。如图4和5所示，上部坑26以这样的方式成形为锥形，即使上部坑26愈靠近横向开口22就变得愈深。如图17所示，上部坑326以这样的方式成形为锥形；即使上部坑326愈靠近横向开口322就变得愈浅。
如图4，5和17所示，每个可缩回的第二夹持件87，387都受第二环面86，386和成形在头体件25，325中的第二锥形圆坑26，326限制。如图5所示，当弹簧机构41，341迫使内套28沿轴向朝头体件25的前端35移动时，每个第二夹持件87便与相应的第二环面86接触，从而被迫在第二环口84中径向向内。类似地，如图17所示，当辅助弹簧机构343迫使定位套380沿轴向朝远离头体件325的前端335的方向移动时，每个第二夹持件387便与相应的第二环面386和第二锥形圆坑326接触，从而被迫在第二环口384中沿径向向内。以这种方式，每个第二夹持件在定位套80处于受偏压位置时，进入轴向内通道82，并与位于定位套中的任何工具柄23，323接触。如图4和15所示，每个第二夹持件87，387在定位套80，380处于松开位置时，在第二锥形圆坑26，326中可沿径向向外移动，从而工具柄23，323如图3，3A和15绘出的那样被松开。
本发明的反离心式卡头装置具有用于夹持该卡头中工具头柄的装置，同时该卡头在其操作状态的负荷作用下旋转。这种动态的或离心式夹持工具柄的装置包括至少一个横向锁定件，它设置在横向开口中，并且具有将工具柄锁定在轴向槽中的形状，尽管其它类型的横向锁定装置可用在本发明中，但最好以至少部分位于横向开口中的第一和第二偏心轮的形式，设置一对对置的横向锁定件。这些偏心轮件分别具有第一和第二通道，它们可以设置成与头体件的轴向槽、与内套件的内轴向延伸孔和与定位套的内槽共轴。如上所述，头体件的这种独特结构允许采用多种多样形状的接合机构。可以理解，这一优点能够通过可操作地设置在至少一部分横向开口中的任何适当的锁定件而获得。
如图9，10，1-3和15-17所示，快换卡头装置110，210，310包括一个第一偏心轮件160，60，360和一个第二偏心轮件170，70，370。如图10，2，和16所示，第一偏心轮件160，60，360的第一端至少形成一个第一爪手161，61，361。如图10，2和16所示，第一偏心轮件160，60，360的与第一端相对的第二端，还分别具有一个第一离心重块部分164，64，364。第一偏心轮件160，60，360各自的第一爪手161，61，361的形状，设计成能够穿过头体件125，25，325的横向开口122，22，322。在图2所示的替换实施例中，第一偏心轮件60还设有另一爪手62，它与第一爪手61隔开，并与第一爪手61大体平行延伸。该第一偏心轮件60的另一爪手62的形状，也设计成能够连同第一爪手61一起穿过头体件25的横向开口22。
类似地，如图10，2和16所示，第二偏心轮件170，70，370的第一端至少形成一个第二爪手171，71，371。第二偏心轮件170，70，370的与第一端相对的第二端，也分别具有一个第二离心重块部分174，74，374。第二偏心轮件170，70，370各自的第二爪手171，71，371的形状，设计成能够穿过头体件125，25，325的横向开口122，22，322。在图2所示的替换实施例中，第二偏心轮件70还设有另一爪手72，它与第二爪手71隔开，并与其大体平行延伸。如图1-3所示，该第二偏心轮件70的另一爪手72的形状，也设计成能够穿过头体件25的横向开口22。
如图9，10，2，7，和16所示，第一偏心轮件160，60，360的第一爪手161，61，361，分别形成一个第一通道165，65，365，至少在头体件125，25，325的横向开口122，22，322内的第一爪手161，61，361的第一预定配置(如图9，6和18)期间，其形状设计成与头体件125，25，325的轴向槽120，20，320共轴，并包围该轴向槽。在优选实施例中，第一通道165，65的形状，设计成允许内套128，28沿轴向从中穿过。图15-19所示的替换实施例中，第一通道365的形状，设计成允许工具柄323沿轴向从中穿过。此外，图2和7所示的实施例中，第一偏心轮件60的另一爪手也形成一个第一通道65，至少在头体件25的横向开口22内的第一爪手61的第一预定配置(如图6所示)期间，其形状与头体件25的轴向槽20共轴，并包围该轴向槽。
如图9，10，2，7和16所示，第二偏心轮件170，70，370的第二爪手171，71，371，分别形成第二通道175，75，375，至少在头体件125，25，325的横向开口122，22，322内的第二爪手171，71，371的第一预定配置(如图9，6，18所示)期间，其形状设计成与头体失125，25，325的轴向槽120，20，320共轴，并包围该轴向槽。在优选实施例中，第二通道175，75的形状，设计成允许内套128，28沿轴向从中穿过。图15-19所示的替换实施例中，第二通道375的形状设计成允许工具柄323沿轴向从中穿过。类似地，图2和7所示的替换实施例中，第二偏心轮件70的另一爪手也形成一个第二通道75，其形状设计成至少在头体件25的横向开口22内的第二爪手71的第一预定配置(如图6所示)期间，其形状设计成与头体件25的轴向槽20共轴，并包围该轴向槽。
动态操作时，即当卡头装置110，210在负荷作用下旋转时，第一偏心轮件160，60，360和第二偏心轮件170，70，370，被迫从它们的静止状态(如图6所示)变为它们的夹持状态(如图7所示)。具体地说，卡头旋转时，离心力的作用而将第一离心重块部分164，64，364和第二离心重块部分174，74，374从头体件125，25，325的中心线21沿径向向外拉开。这样，第一通道165，65，365和第二通道175，75，375相对轴向槽120，20，320变得不同心，这时第一爪手161，61，361和第二爪手171，71，371施加压力。
除第一和第二偏心轮件以及头体件内的横向开口外，离心式夹持装置的最佳实施例还可以包括内套。在该优选实施例和任一种其它替换实施例中，爪手161，171，61，71施加压力，以将位于内套128，28的轴向孔132，32内的任意工具柄23周围的内套128，28压缩。图15-19所示的替换实施例中，爪手361，371沿径向将压力直接作用在工具柄323上。
如图9和10所示的离心式夹持装置的优选实施例中，通过将内套128的下部外表面137，和形成第一和第二偏心轮件160，170的第一和第二爪手的第一和第二通道165，175的表面加工成锥形，提供了一种辅助夹紧机构。如图9和10所示，内套128外表面的直径随着接近内套128的下端而减小，形成朝向下端129的锥面。此外，与内套128的上述锥形外表面相对的第一和第二通道165，175的表面，随着接近内套128的下端也形成直径减小的锥面，成为朝向下端129的锥面。这样，如图9所示，第二通道175的最小直径部分具有大于第一通道165的最大直径部分的较大直径。
此外，头体件125内绕横向开口122两端分别形成有一个沉孔腔138。沉孔腔138的形状适于以与其滑动配合的方式容纳第一和第二偏心轮件160，170的相应第一和第二离心重块部分。如图10所示，每个沉孔腔138都由一平端面139形成，该端面与一圆柱形环面140垂直。
卡头装置110旋转越快，沿径向作用偏心轮件160，170上的离心力越大。由于环形面140(图9)限定了第一和第二爪手161，171和形成在其中的第一和第二通道165，175的轴向运动，偏心轮件160，170的径向运动将对内套128轴向挤向头体件125的前端135，进而抵靠在头体件125的前端135锥形板部分180的锥形内表面134上。这将产生更大的靠压在内套件128的上端130的锥形外表面133上的压紧力。在这种增大的压紧力作用下，进一步减小位于定位套180附近的内套件128的轴向孔132的直径，从而进一步增大插入卡头装置中的任意工具柄周围的卡头装置110的夹紧力。
如图1和15所示的替换实施例中，离心式夹持装置不包括辅助夹紧机构，无论内套28的外表面下部，还是形成第一通道65，365和第二通道75，375的表面都不是锥形。
按照给出的本发明的优选实施例，希望卡头以这种方式固定工具柄，即减少用较软钢材制成工具柄时产生的印痕。设置内套128，28和内套128，28上的槽144，44和146，46，有助于实现本发明的卡头装置的这一特性。
按照本发明给出的卡头装置的优选实施例，包括一个安装盖件的装置。如图9和10所示，该安装快换卡头110的盖件的装置包括一个盖安装套178，其形状适于至少部分位于头体件125的轴向槽120中。如图2，4，和5所示，该安装快换卡头210的盖件的装置，包括在定位套80上设置一个下环形突缘83，和一个与该下环形突缘83隔开的和大体平行的上环形突缘88。如图9，4和5所示，上述盖安装套178或定位套80的一端安排与内套128，28的上端130，30相对。如图9和10所示的优选实施例中，盖安装套178可滑动地容纳在定位套180内形成的一个上槽181中，并可相对其轴向移动。如图4和5所示的替换实施例中，定位套80顶靠在内套28的上端30，而弹簧机构41使定位套80能够沿轴向相对头体件25移动与内套28一样的距离。头体件25前端35的端突缘33配合在两环形突缘83和88之间，两环形突缘83，和88起限制定位套80(从而限制内套28)相对头体件25运动的上下挡环的作用。
如图9所示，上述盖安装套178形成一个内通道190，其形状设计成与内套128的轴向内孔132共轴。该内通道190的直径大于卡头装置的工具柄23的最大直径。内通道190的直径小于轴向槽120的直径。
如图9和10所示的优选实施例中，弹性O形圈形式的防尘密封件179安放在盖安装套178的内表面上形成的环形槽191中。如图15-17所示的替换实施例中，弹性O形图形式的防尘密封件379，压配在靠近头体件325前端335的头体件325的轴向槽320中。O形圈379的内径与内套件328的内轴向延伸孔332的直径相等。防尘密封件179，379起阻止灰尘和工具作业时产生的碎屑进入内部空间的作用。例如该空间是由卡头装置夹持的任何工具的柄123，323占据的内套128，328的轴向孔132，332。
如图9，10和1-3所示，快换卡头装置优选实施例包括一个外套150，50，其分别环绕头体件125，25设置。如图9和2所示，外套150，50形成一个盖部分152，52。一个位于中心的孔154，54形成在该盖部分152，52中，其形状适于安放从中穿过的盖安装套178，78的一部分。外套150，50的盖部分152，52压配在盖安装套178，78上。如图4和5所示的替换实施例中，盖部分52压配在盖安装套78的上环形定位突缘88上。
如图9-13所示的优选实施例中，外套150可以由一个内壳151和一个外壳153组成，它们重叠一起并与内壳151的外表面一致。一般情况，内壳151可由不锈钢之类的材料制成，而外壳可以由具有高摩擦系数的塑料(如填充玻璃的尼龙或填充玻璃的聚丙烯之类的结构或工程塑料)制成。外壳153可合铸在内壳151上，并且外壳153的外表面设有网纹和具有能满足美学和/或功能要求的表面特征。
上述离心式卡头装置110，210可包括一个裙式法兰115，15，它设置在横向开口122，22后面，并从头体件125，25沿径向延伸。如图10和2所示，裙式法兰115，15形成一个环形延伸的自由边缘119，19。外套150，50形成一个罩壳部分156，56，它沿轴向从盖部分152，52延伸，并与头体件125，25的裙式法兰115，15的自由边缘119，19重叠。在如图9和10所示的优选实施例中，裙式法兰115呈圆形垫片的形式，它压配在头体件125上，并座落在支承凸缘163上。如图1-3所示的替换实施例中，裙式法兰15和头体件25形成一个整体结构。
此外，如图13所示，将裙式法兰115装配在头体件125之后，把外套150安装在头体件125和裙式法兰115上。然后将外套150的罩壳156的下部自由边缘部分(图10和13中用虚线表示)滚翻，以形成如图11和12那样的唇部155。唇部155提供一种抵靠裙式法兰115的后挡环，以将头体件125定位在外套150中。
如图3所示，操作者可围绕外套150，50的罩壳部分156，56抓住卡头装置110，210，并沿单箭头31方向轴向移动外套150，50。这样做后，卡头装置变成松开状态，这种状态可使工具柄23插入或从内套128，28的轴向孔132，32中拔出。在图9和10所示的优选实施例中，卡头装置110的这一松开状态导致盖安装套178顶靠在内套128的上端130。因此盖安装套178将内套128轴向移动，以便压缩弹簧机构141。内套128的这一轴向运动使内套128的上端130的锥形外表面133，与头体件125前端的锥形板180的锥形内表面脱离接合。当这些锥形表面133，134脱离接触，构成内套128材料的弹性使内套128上端130的轴向孔132的直径膨胀，从而径向向外移动，并松开(或容纳)从中拔出(或插入其中)的任何工具的柄。
在卡头装置的替换实施例中，卡头装置210的这一松开状态如图3A所示。盖安装套78顶靠内套28的上端30上，于是沿轴向移动内套28，以便压缩弹簧机构41。进入松开位置的内套28的这一轴向移动，使可缩回的夹持件37，38退入设置在头体件25中的相应的锥形圆坑24，26。在这个方向上，工具柄23可以快速插入卡头210或从卡头210中拔出，这已由图3和3A中绘出的双箭头示意地表示出来。
如图15和17所示的替换实施例中，通过手动将第一偏心轮件360的第一离心重块386移向第二偏心轮件370的第二离心重块376，静态工具柄夹持装置被迫进入松开状态。这可以通过将操作者的拇指放在其中一件(366或376)上，而将其食指或中指放在另一件(376或366)上，并相互挤压操作者的两个相对手指，直至两偏心轮件360，370的方位如图15所示位置来实现。
如图17所示，内套328和定位套380的一端加工成倾斜形，以形成一个倾斜的偏心轮从动面347。如图16和17所示，第一偏心轮件360设有一个平直外偏心轮面348，它的一端以横行设置的台阶面349为界。同样，如图17所示，第二偏心轮件370设有一个平直外偏心轮面348，它的一端以横行设置的台阶面349为界，随着偏心轮件360，370在头体件325的横向开口322中彼此相向运动，每个对应的台阶面349最终与其相应的偏心轮从动面347接合，造成内套件克服弹簧机构341的偏压力而轴向运动，同时造成定位套380克服辅助弹簧机构343的偏压力而轴向运动。
图15-19所示的实施例中，提供了在接合状态对静态工具柄夹持装置施偏压的装置。如图15-19所示，一个第一横向弹簧机构345和一个第二横向弹簧机构385安置在第一和第二偏心轮件360，370之间，以便在接合状态对静态工具柄夹持装置施偏压。如图17-19所示，第一横向弹簧345的一端安放在构成第一偏心轮件360的弹簧槽369中，并压靠在第二偏心轮件370的第二爪手371的自由端73上。同样，第二横向弹簧385的一端安放在构成第二偏心轮件370的弹簧槽389中，并压靠在第一偏心轮件360的第一爪手371的自由端368上。图18示出处于压缩状态的两横向弹簧345，385。图19示出它们处于非压缩的状态。
图15-19还提供了一种将至少部分偏心轮件定位在头体件的横向开口中的一种装置。借助分别在第一和第二偏心轮件360，370的第一和第二爪手361，271中成形的细长槽392，393，将调节螺丝394旋出沿横向穿过头体件325的螺纹孔395，以使调节螺丝394深入槽392，393中，并在第一和第二偏心轮件360，370的第一和第二爪手361，371的自由端上，分别形成阻挡突缘396，397，以便在偏心轮件360，370彼此分开一预定距离时相互锁定。
如图14示意示出的优选实施例中，提供了一种远距离驱动件157，它的一端连接在外套150上。这可以借助任何传统的方式实现，例如借助如图14所示的嵌入成形或压配在外套150的外壳153上的上、下垫圈之间的叉形突缘来实现。远距离驱动件157的形状使其远端的运动产生外套150的轴向运动。这也可以借助任何传统方式实现，例如借助终止在装在机床(在图14中以虚线示意出)上的按钮158中的连杆机构实现。在适当的工具应用场合，该连杆机构可以是直接的和/或非连接方式的，而不是间接的和/或连接方式的。远端处的按钮158的运动使内套128产生轴向运动，从而可使内套128退回到它的松开位置，以便将工具柄插入内套128的轴向孔132，或从中拔出。
本发明还包括其结构适于驱动采用上述快换卡头装置夹持的工具刀头的任何传统机床，例如参见图8A和8B，一种传统机床58以示意形式示出。传统机床58可以包括例如已描述的刳钻机，或任何形式的机床，如胶合板修边机，或者希望采用上述快换卡头装置210的任何机床。在图8A所示的实施例中，卡头装置210通过适当的锁定装置59，例如上面讨论过的螺纹连接装置或连接座，与工具58的驱动轴18配合。图8B所示的实施例中，卡头装置210与驱动轴18形成为整体。
本发明适用于任何机床，其中工具刀头需要被旋转驱动，该装置特别适用于诸如要求较高转速的刳钻机和胶合板修边机。然而这并不意味是对本发明的限制，实际上，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的范围和实质条件下，显然还可对本发明作出各种变型和变化。
尽管本发明的优选实施例已用特殊术语作了描述，但这样的说明仅为便于解释，应当理解，在不脱离权利要求的精神实质和范围下还可作出多种变换和变化。因而本发明应覆盖落入各权利要求范围的各种变型和变化，以及它们的等同物。
权利要求
1.一种快换卡头装置，包括一个具有在其内形成一个轴向槽的头体件，所述头体件还包括一个与所述轴向槽相交的横向开口；一个第一偏心轮件，至少形成一个位于其第一端的第一爪手，所述第一爪手成形为穿过所述头体件的所述横向开口，所述第一爪手形成一个第一通道，其形状在至少部分位于所述头体件的横向开口内的所述第一爪手的至少第一配置期间，与所述头体件的所述轴向槽共轴；和一个第二偏心轮件，至少形成一个位于其第一端的第二爪手，所述第二爪手成形为穿过所述头体件的所述横向开口，所述第二爪手形成一个第二通道，其形状在至少部分位于所述头体件的横向开口内的所述第二爪手的至少第二配置期间，与所述头体件的所述轴向槽共轴。
2.如权利要求1所述的装置，还包括一个外套，其形状和位置围绕所述头体件。
3.如权利要求2所述的装置，还包括一个远距离驱动件，它的一端连接在所述外套上，以使所述外套产生轴向运动。
4.如权利要求2所述的装置，其中，所述外套包括一个内壳，和一个与所述内壳共同成形并叠置在所述内壳外表面的外壳。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述外壳用合铸在所述内壳上的塑料制成。
6.如权利要求1所述的装置，还包括一个内套件，它沿轴向布置，并且至少部分位于所述头体件和所述第一和第二通道的所述轴向槽中，所述内套件形成一个沿轴向伸长的内孔。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述内套件形成一个锥形外表面，而所述各第一和第二偏心轮件的所述第一和第二通道，形成一个与所述内套的所述锥形外表面相对的锥形内表面。
8.如权利要求6所述的装置，其中，所述内套件具有一个下端和一个位与所述下端的相对位置的上端，所述内套还形成至少一条轴向延伸的第一槽，所述第一槽从所述上端和所述下端中的一端，朝所述上端和所述下端中的另一端延伸。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述内套件还形成至少一条轴向延伸的第二槽，所述第二槽从所述下端向所述上端延伸，并与所述第一槽隔开。
10.如权利要求8所述的装置，其中，所述内套件的所述上端具有一个自由边缘和一个外表面，所述内套的所述上端的所述外表面的形状，沿轴向朝所述内套的所述上端的所述自由边缘倾斜。
11.如权利要求10所述的装置，还包括一个定位套，它形成一个位于所述内套的所述上端周围，并与所述内套的所述上端的所述外表面相对的内通道，所述内通道形成一个内表面，由于与所述内套的所述上端的所述外表面相对的所述内表面，接近所述上端的所述自由边缘，其形状随直径减小而轴向倾斜。
12.如权利要求11所述的装置，其中，与所述第一偏心轮件的所述第一端相对的一个第二端上，形成一个第一离心重块部分；和与所述第二偏心轮件的所述第一端相对的一个第二端上，形成一个第二离心重块部分，所述第二爪手的形状为，当所述第一和第二爪手位于所述横向开口中，以便将所述第一和第二通道与所述头体件的轴向槽对正时，与所述第一爪手互配合。
13.如权利要求12所述的装置，还包括一个轴向弹簧机构，它相对所述内套件和所述头体件设置，从而相对所述头体件将所述内套轴向偏压至一个受偏压的位置，所述内套克服所述弹簧机构的偏压力沿轴向移至一个释放位置；一个第二锥形圆坑，它设置在所述头体件中，位于所述横向开口的另一侧，并与所述轴向槽相通，所述第二锥形圆坑的形状，在逐渐靠近所述横向开口时，以其深度不断增加的方式形成锥形；至少一个可缩回的第二夹持件，所述第二夹持件由所述至少第二环口和所述锥形圆坑限制；其中，所述定位套相对所述内套件和所述弹簧机构设置，以便相对所述头体件轴向偏压至一个受偏压的位置，所述定位套克服所述弹簧机构的偏压力，可轴向移至一个释放位置，所述第二夹持件与所述第二环面接触，以便在所述盖安装套处于所述受偏压位置时，沿径向向内伸入所述通道，所述第二夹持件在所述定位套处于所述释放位置时，沿径向向外进入所述第二锥形圆坑。
14.如权利要求11所述的装置，还包括一个轴向弹簧机构，它相对所述内套件和所述头体件设置，以便相对所述头体件将所述内套轴向偏压至一个受偏压的位置，所述内套克服所述弹簧机构偏压力，可轴向移至一个释放位置，所述定位套的所述内表面与所述内套的所述上端的所述外表面接触，以便在所述内套处于所述受偏压的位置时，沿径向向内压缩所述上端，从而减小所述内套在所述偏压位置的轴向孔直径，所述内套件克服所述弹簧机构的偏压力，可轴向移至一个释放位置，以便允许所述轴向孔的直径在所述内套处于所述释放位置时，较处于所述受偏压位置时有所增大，所述内套的所述上端在所述内套处于所述释放位置时，能沿径向向外移动；和一个盖安装套件，设有其形状与所述内套的所述轴向孔共轴的内通道，所述盖安装套相对所述内套件和所述弹簧机构设置，以便相对所述内套件沿轴向被偏压至一个受偏压的位置，所述盖安装套克服所述弹簧机构的偏压力可沿轴向移动，以便将所述内套移至其释放位置。
15.如权利要求6所述的装置，还包括设置一个轴向弹簧机构，以便相对所述头体件沿轴向将所述内套偏压至一个受偏压的位置，所述内套克服所述弹簧机构偏压力可沿轴向移至一个释放位置。
16.如权利要求15所述的装置，还包括一个第一锥形圆坑，它设置在所述头体件中，位于所述横向开口的一侧，并与所述轴向槽相通，所述第一锥形圆坑的形状逐渐靠近所述横向开口，以其深度不断变浅的方式形成锥形。
17.如权利要求16所述的装置，其中，所述内套件还形成至少一个第一环口，它由一个第一环面构成，该第一环面的形状适于安放一个可缩回的夹持件，并允许所述夹持件径向进入所述轴向孔到达一预定距离。
18.如权利要求17所述的装置，还包括至少一个可缩回的第一夹持件，它由所述至少一个环口和所述第一锥形圆坑限制，所述至少一个夹持件与所述至少一个环面接触，以便在所述内套处于所述受偏压位置时，沿径向向内伸入所述孔，所述夹持件在所述内套处于所述释放位置时，沿径向向外进入所述第一锥形圆坑。
19.如权利要求6所述的装置，其中，所述第一偏心轮件在与其所述第一端相对的第二端形成一个第一离心重块部分；和所述第二偏心轮件在与其所述第一端相对的第二端形成一个第一离心重块部分；所述第二爪手的成形，使得当所述第一和第二爪手位于所述横向开口中，将所述第一和第二通道与所述头体件的所述轴向槽对正时，与所述第一爪手相互配合。
20.如权利要求6所述的装置，还包括一个定位套，它形成一个形状与所述内套的所述孔共轴的内通道，所述定位套的形状设计，使得至少部分位于所述头体件的所述轴向槽中；其中，所述定位套还包括至少一个第二环口，它由一个第二环面构成，该第二环面的形状适于安放一个可缩回的第二夹持件，并允许所述第二夹持件沿径向进入所述内槽到达一预定距离。
21.如权利要求20所述的装置，还包括一个轴向弹簧机构，它相对所述内套件和所述头体件设置，以便相对所述头体件沿轴向将所述内套件偏压至一个受偏压的位置，所述内套件克服所述弹簧机构的偏压力可轴向移至一个释放位置；一个第二锥形圆坑，它设置在所术头体件中，位于所述横向开口的另一侧，并与所述轴向槽相通，所述第二锥形圆坑的形状，逐渐靠近所述横向开口，以其深度不断增加的方式形成锥形；至少一个可缩回的第二夹持件，所述第二夹持件由所述至少第二环口和所述第二锥形圆坑限制；其中，所述定位套相对所述内套件和所述弹簧机构设置，以便相对所述头体件轴向偏压至一个受偏压的位置，所述定位套克服所述弹簧机构的偏压力，可轴向移至一个释放位置，所述第二夹持件与所述第二环面接触，以便在所述定位套处于所述受偏压位置时，沿径向向内伸入所述内通道，所述第二夹持件在所述定位套处于所述释放位置时，沿径向向外进入所述第二锥形圆坑。
22.如权利要求6所述的装置，还包括一个盖安装套，设有其形状与所述内套的所述轴向孔共轴的内通道，所述盖安装套的形状适于至少部分位于所述头体件的所述轴向槽中；和一个外套，其形状和布置能围绕所述头体件，其中所述外套包括一个盖部分，所述盖部分形成一个设置在中心的孔，其形状适于安放从中穿过的所述盖安装套。
23.如权利要求22所述的装置，其中，所述头体件形成一个沿径向延伸的裙式法兰，它位于所述横向开口下方，并形成一个沿周向延伸的自由边缘，其中所述外套件的所述盖部分通过所述设置在中心的孔压配在所述盖安装套上，并且其中所述外套形成一个罩壳部分，它从所述盖部分沿轴向延伸，并与所述裙式法兰的所述自由边缘叠合。
24.如权利要求1所述的装置，还包括一个接合机构，用以可操作地将装置连接在一个驱动轴上。
25.如权利要求24所述的装置，其中，所述的接合机构包括设在所述头体件一端的一个内螺纹接收部分，用于与外螺纹驱动轴螺纹连接。
26.如权利要求24所述的装置，其中，所述的接合机构包括设在所述头体件一端的一个外螺纹连接部分，用于与驱动轴的内螺纹接收部分螺纹连接。
27.如权利要求24所述的装置，其中，所述的接合机构包括设在所述头体件一端的非螺纹的内接收部分，其形状适于与驱动轴端部的外锥形接头连接。
28.如权利要求24所述的装置，其中，所述的接合机构包括一个安装机构，以便有助于所述头体件自动地固定在机床的驱动轴上。
29.如权利要求28所述的装置，其中，所述的安装机构包括至少一个孔，其形状适于安放由托克斯(torx)头工具，六角头工具和四方头工具组成的工具组中的一种工具。
30.一种快换卡头装置，用于夹持在较高每分钟转数应用场合的工具柄，包括一个具有在其内形成一个轴向槽的头体件，所述轴向槽绕一条纵轴心线对称设置，所述头体件还形成一个从中穿过的横向开口，它设置成横穿所述轴向槽，并与上述纵轴心线相交；至少一个横向锁定件设置在所述横向开口，其形状适于将工具柄锁定在所述槽中；一个静态工具柄夹持机构，它设置成至少部分位于所述轴向槽中，并且沿纵向远离所述横向开口，所述静态工具柄夹持机构的形状，使得能在装置处于静态时，将工具柄定位在所述轴向槽中；和一个接合机构，用以可操作地将装置连接在驱动轴上。
31.如权利要求30所述的装置，其中，所述的接合机构包括设在所述头体件一端的一个内螺纹接收部分，以便与外螺纹驱动轴螺纹连接。
32.如权利要求30所述的装置，其中，所述的接合机构包括设在所述头体件一端的一个外螺纹连接部分，以便与驱动轴的内螺纹接收部分螺纹连接。
33.如权利要求30所述的装置，其中，所述的接合机构包括设在所述头体件一端的非螺纹的内接收部分，其形状适于与驱动轴端部的外锥形接头连接。
34.如权利要求30所述的装置，其中，所述的接合机构包括一个安装机构，用以有助于所述头体件自动地固定在机床的驱动轴上。
35.如权利要求34所述的装置，其中，所述的安装机构包括至少一个孔，其形状适于安放由托克斯(torx)头工具，六角头工具和四方头工具组成的工具组中的一种工具。
36.一种快换卡头装置，包括在其内形成一个轴向槽的一个头体件，以便容纳一个内套件，所述头体件还包括一个横向开口，它相对所述轴向槽横向设置；一个圆筒形内套件，它具有相对置的下端和上端，所述内套件与所述头体件的所述轴向槽共轴地设置，并且至少部分位于所述轴向槽中，而且可相对所述头体件沿轴向移动，所述内套件形成一个沿轴向延伸的内孔，所述内套件的所述下端还形成至少一个第一环口，它由一个第一环面形成，所述第一环面的形状，适于容纳一个可缩回的夹持件，并使所述夹持件沿径向伸入所述孔一预定距离，所述内套还形成至少一条沿轴向延伸的第一槽，所述第一槽从所述上端向所述至少一个环口延伸，所述内套还形成至少一条沿轴向延伸的第二槽，所述第二槽从所述下端向所述上端延伸，并与所述第一槽平行；一个轴向弹簧机构，它相对所述内套件和所述头体件设置，以便相对所述头体件沿轴向将所述内套件偏压至一个受偏压的位置，所述内套件克服所述弹簧机构的偏压力可轴向移至一个释放位置；一个第一锥形圆坑，它设置在所述头体件中，位于所述横向开口的下方，并与所述轴向槽相通，所述第一锥形圆坑的形状，逐渐靠近所述横向开口，以其深度不断变浅的方式形成锥形；一个第二锥形圆坑，它设置在所述头体件中，位于所述横向开口的上方，并与所述轴向槽相通，所述第二锥形圆坑的形状，逐渐靠近所述横向开口，以其深度不断增加的方式形成锥形；至少一个可缩回的第一夹持件，它由所述至少一个环口和所述第一锥形圆坑限制，所述至少一个夹持件与所述至少一个环面接触，从而在所述内套处于所述受偏压位置时，受到沿径向向内指向所述环口内的力，以便伸入所述孔，所述夹持件在所述内套处于所述释放位置时，沿径向向外进入所述第一锥形圆坑；一个第一偏心轮件，在其第一端形成至少一个第一爪手，在与其第一端相对的第二端形成一个第一离心重块部分，所述第一爪手的形状，使得能通过所述头体件的所述横向开口，所述第一爪手形成一个第一通道，其形状至少在所述头体件的所述横向开口内的所述第一爪手处于预定的第一配置时，与所述头体件的所述轴向槽共轴，并且围绕所述轴向槽；一个第二偏心轮件，在其第一端形成至少一个第二爪手，在与其第一端相对的第二端形成一个第二离心重块部分，所述第二爪手的形状，使得能通过所述头体件的所述横向开口，所述第二爪手形成一个第二通道，其形状至少在所述头体件的所述横向开口内的所述第二爪手处于至少一个预定的配置时，与所述头体件的所述轴向槽共轴，并且围绕所述轴向槽，所述第二爪手的形状，使得当所述第一和第二爪手均位于所述横向开口中，将所述第一和第二通道与所述头体件的所述轴向槽对正时，能与所述第一爪手相互配合；一个盖安装套，它形成一个形状与所述内套的所述轴向孔共轴的内通道，所述盖安装套的形状适于至少部分位于所述头体件的所述轴向槽中；和一个外套，它形成一个盖部分，所述盖部分形成一个设置在中心的孔，其形状适于安放从中穿过的所述盖安装套，所述外套的构形和设置围绕所述头体件。
37.一种机床，其形状适于驱动一个工具刀头，所述机床包括一个可驱动的主轴；和一个快换卡头装置，所述快换卡头装置还包括一个具有形成在其内一个轴向槽的头体件，所述头体件还包括一个设置成与所述轴向槽相交的横向开口；一个第一偏心轮件，它至少形成一个位于其第一端的第一爪手，所述第一爪手的形状能穿过所述头体件的所述横向开口，所述第一爪手形成一个第一通道，所述头体件的横向开口内，至少部分所述第一爪手的至少第一配置期间，其形状与所述头体件的所述轴向槽共轴；和一个第二偏心轮件，它至少形成一个位于其第一端的第二爪手，所述第二爪手的形状能穿过所述头体件的所述横向开口，所述第二爪手形成一个第二通道，所述头体件的横向开口内，至少部分所述第二爪手的至少第二配置期间，其形状与所述头体件的所述轴向槽共轴。
全文摘要
一种卡头,包括一具有轴向槽和与该轴向槽相交的横向开口的头体件。第一和第二偏心轮件至少部分设置在该横向开口内,并且分别具有第一和第二通道,两通道挤压一个在卡头旋转过程中夹持工具柄的圆筒状槽形内套筒。该内套筒用弹簧加偏压,用以相对头体件轴向运动,并具有一锥形上端,当与一定位套接合时,锥形上端受压,从而在卡头非旋转状态时使工具柄定位。包括合铸内外壳的外套的形状和设置使得能绕头体件轴向运动。一远距离致动件使外套筒和内套筒产生轴向运动,以便使工具柄能插入或拔出卡头。一接合机构将卡头连接在驱动轴上,该接合机构还有一安装机构,以便于卡头自动安装在驱动轴上。
文档编号B23B31/20GK1185764SQ97190108
公开日1998年6月24日 申请日期1997年2月28日 优先权日1996年3月1日
发明者埃里克·G·汉, 罗杰·J·卡南 申请人:动力工具霍德尔斯公司