专利名称：强化夹紧的保持工具的夹盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及工具保持装置或夹盘的改进，它包括多个由夹盘的主体件中轴向缝分开的径向可压缩的工具夹紧扇段。
在这个行业中一直寻求工具保持夹盘装置的改进，以大大提高这类工具的夹紧强度或滑动扭矩，而不增加制造成本或装置的复杂性。
这个行业也转向称为“快速更换”夹盘的夹盘装置类型，其中一个工具刀头可通过操纵一个套筒件或其他的驱动装置径向插入夹盘和取出，不需扳手或其他工具。根据这些夹盘的特定类型，工具柄插入到夹盘主体扇段限定的孔中。扇段由轴向缝分开。压缩力加到扇段，径向向内压缩或弯曲扇段，夹紧在工具柄上。本申请受让人的1997年2月28日申请的专利申请系列号08/808,890中披露这类夹盘装置的例子。在该待审申请中公开的夹盘实施例也将在本申请中讨论。
提高夹紧强度或滑动扭矩的重要性在高速机床应用中受到特别关注，如刻纹机(router)，冲击钻(dry wall cutter)，板材剪切机等。在上面引述的申请中公开了在这些应用中使用的经改进的夹盘装置。本发明与这些夹盘的关系是，它不增加制造工序或成本，而显著提高夹紧强度和滑动扭矩。
因此本发明的主要目的是提供一种改进的夹盘装置，它显著地提高夹紧强度和滑动扭矩，不增加制造成本或产品的复杂性。
本发明的其他目的和优点部分地在以下说明中阐明，或可从说明中看出，或通过本发明的实施可了解到。
根据本发明的目的和用途，一个工具保持装置，如一个夹盘，用于将一个工具刀头保持在动力工具的驱动轴上。动力工具的确切类型，或工具的预定用途与本发明无特定关联。工具保持装置或夹盘包括一个主体件，它具有一个限定在内的轴向伸长的孔，容纳工具柄。主体件包括多个限定孔的轴向伸长的扇段。扇段由主体件中的从主体件的前面向后轴向伸的缝限定，扇段可向内径向压缩，夹紧插入到孔中的工具柄上。
夹盘包括在装置驱动时径向压缩扇段的装置，使得扇段夹紧并保持插入到孔的工具柄。径向压缩的装置可包括任何形式的机构或装置。例如，所述装置可包括一个轴向移动的套筒件，它移动一个接合件，如球，进出限定在主体件扇段外园的轴向斜面。另外，圆周限定的斜面可被限定在主体件上，驱动件，如球，通过驱动套筒件的旋转沿圆周斜面可移动。另外，也可用一个杠杆离心驱动装置向扇段加一个压缩力。而且，可用一个球螺丝(ball screw)或弹簧机构施加压缩力。所有这些本领域技术人员所知的压缩装置结合都在本发明的范围和精神内。
由扇段限定的孔的直径，从主体件的前面上较大的直径起锥度倾斜到孔后端的较小直径。本申请人发现，这个锥度孔比不带锥度孔的相同夹盘显著地增加夹紧强度和滑动扭矩。带锥度孔不显著增加制造过程的成本，但使夹盘的效率显著提高，这在下面将详细讨论。
主体件的扇段在一个共同点连接到主体件，在一个枢轴点径向向内弯曲，所述枢轴点在缝的轴向后面，缝连接主体件的位置。这个枢轴点在轴向位于插入孔的工具柄端后。带锥度的孔的最小直径也在枢轴点轴向前。对于具有0.500英寸容量的夹盘，申请人确定优选的锥度是在轴向约0.625英寸长的孔上从0.002到0.004英寸。如在下文详细说明的，申请人认为，带锥度的孔实际上的作用是，在接近孔的较小直径的枢轴点轴向前的位置上，放大加到扇段的压缩力。与一个直的或一致的轴向孔相比，这个放大导致由相同的压缩力施加的情况下大得多的夹紧强度。
应理解，特别是本文就一个特定类的夹盘的本发明的说明带锥度孔说明，仅是为了说明的目的。根据本发明的带锥度孔原理可用在任何夹盘或工具夹紧装置，其中，压缩径向力加到工具夹紧扇段，扇段径向向内围绕一个枢轴或弯曲点旋转或弯曲，枢轴或弯曲点轴向地在施加压缩力的点后。工具保持夹盘的所有这些变化方案在本发明的范围和精神内。
图1是本发明夹盘装置实施例的纵剖面图；图2是图1所示夹盘装置放大纵剖面图；图3是图1所示夹盘装置放大部分剖面图；图4是图1所示夹盘装置在线装配图；图5是本发明带锥度孔的工作原理示意图；图6是具体说明本发明带锥度孔原理的示意图。
现在详细说明本发明的优选实施例，其中一个或多个例子在图示出。每个例子是作为本发明的说明提供的，没有限定的意思。例如，作为一个实施例部分说明和图示的特点可用在其他实施例，产生另一个实施例。本发明包括所有这些在本发明范围和精神内的修改和变化。
本发明涉及带有一个独特设计的带锥度孔的工具保持装置或夹盘，特别是快速更换的夹盘装置，其中，多个纵向延伸的扇段限定容纳工具柄的轴向孔。扇段由轴向伸长的缝限定，并在它们的端部连接到主体件。虽然下面就一个特定的夹盘装置说明，应理解，说明和图示仅意味图示和说明本发明的一实施例，本发明不限于特定的工具，夹盘或工作环境。
而且，将夹盘安装到机床或动力工具的具体机构对本发明不是极为重要的。例如，如图1特别所示，通过一个主体225的母螺纹部分，所述装置可螺纹接合机床的主轴223。另外，也可在主体件225上限定一个公螺纹部分。另外，夹盘装置也可构成一个插入装置，它可插入到驱动轴的插座中。在另一个实施例中，夹盘装置由一个常规定位螺丝或带螺纹的固定螺丝保持。另外，如本领域技术人员所知，也可用带锥度的固定件和螺丝总成。应理解，任何常规的安装机构或装置可适用于本发明的夹盘装置。
在图1-4中示出结合本发明带锥度孔的原理的夹盘装置的一个具体类型。在详细说明本发明带锥度孔原理前，这个特别夹盘装置的工作将在下面详细说明。
本发明的快速变更夹盘装置210包括一个主体件225，它限定一个中心纵轴线221，和在其中的一个容纳园工具柄的孔220。主体件225包括多个轴向延伸的缝244，缝244从主体件的前端或面伸向主体件的后端。缝244限定轴向延伸的扇段243。因此，扇段243径向可压缩插到孔220的工具柄。
一个夹紧套筒件250围绕主体件225同轴设置，相对主体件轴向可移动。夹紧套筒件250在图1所示的夹紧或锁定位置到图3所示的松开位置轴向可移动。
一个凸轮件通道或凹穴230在夹紧套筒250的轴向平面252和主体件225的轴向斜表面231间限定。在所示的实施例中，轴向平表面252由夹紧套筒件250带的一个金属插入件253限定。轴向倾斜表面231限定在主体件225中，邻近轴向平表面233。因此，应理解，凸轮件通道或凹穴230限定一个带有第一径向尺寸的第一部分，和带有减小的第二径向尺寸的第二部分。在所示的实施例中，包括轴向倾斜表面231的第一部分处的通道230的径向尺寸比包括径向平表面233的第二部分的径向尺寸大。
一个凸轮件，如多个滚动的球236，在通道230内通过夹紧套筒件250的轴向移动可移动。凸轮件236最好是承载在一个罩件240中。申请人发现，十二个滚动球236特别适宜。在图1所示的夹紧或锁定位置，凸轮件236位于凸轮通道230的第二部分，此部分具有减小的径向尺寸。在这位置，凸轮件236径向压缩由轴向缝244限定的主体件225的扇段243。主体件225的这部分的径向压缩，使得缝244限定的扇段被径向压缩并夹紧插入到孔220的工具柄。
当夹紧套筒件250轴向向前移动时，凸轮件236轴向向前移动进入凸轮通道230的第一部分，此部分具有较大径向尺寸。凸轮件236的此位置在图3特别示出。在此位置，由轴向缝244限定的主体件225的扇段允许径向扩大到至少这样的程度，使得它们松开在孔220中携带的工具柄。
凸轮件236在凸轮件通道230内，通过与金属插件253的轴向平表面252的摩擦滚动接合，和与主体件225的表面233和231摩擦滚动接触，轴向移动。如图3所示，即使件236在凹穴231的较大径向尺寸部分时，摩擦接触一直在凸轮件236和表面252，231间保持，使得凸轮件236可摩擦回到图1所示的夹紧位置。
夹盘装置210还包括一个锁定套筒件260，手动夹紧套筒件250。锁定套筒件260相对于夹紧套筒件250同轴延伸，并包括一个用于手握紧的环形的凸缘275。一个弹簧件270，如一个常规波浪弹簧，在夹紧套筒件250和锁定套筒件260的相对表面271，272间设置。因此，所述两个套筒件彼此轴向偏离，夹盘装置210被偏压在夹紧或锁定位置中。
夹盘装置210还包括一个锁定件，将所述装置保持在夹紧或锁定位置。在所示的实施例中，锁定件包括在锁定通道255中携带的滚动体261，锁定通道形成在夹紧套筒件250中。一个锁定槽234限定在主体件225中，如图1所示，在装置的夹紧位置，滚动体261在这个锁定槽中。锁定套筒件260包括一个金属插入件263。插入件263包括一个锁定表面262，在松开位置，锁定表面262基本径向与锁定槽234相对。在如图1所示夹紧位置，锁定表面262轴向向后伸到滚动体261外，使得插入件263的轴向平部分接触滚动体261，在锁定槽234中保持这些体。这种设置阻止夹紧套筒件250轴向向前移动，直到插入件263的锁定表面262径向相对滚动体261为止。
金属插入件263包括一个台阶280，限定在它的前端部。如将简要说明的，台阶280与限定在夹紧套筒件250上的台阶281合作，在轴向向前方向移动夹紧套筒件。
为了从图1夹紧位置到图3松开位置移动装置，操作者握住锁定套筒件260的环形凸缘275，与弹簧机构270的力相反，轴向向前拉锁定套筒件。见图2，锁定套筒件260被轴向向前拉，直到金属插入件263的锁定表面262与滚动体261径向相对。同时，金属插入件263的台阶280接触夹紧套筒件250的台阶281，并且锁定套筒件260的进一步前移，使得滚动体261径向向外移动进入锁定表面262限定的空间，这又使得夹紧套筒件250与锁定套筒件260能一同轴向向前移动。夹紧套筒件250轴向向前的移动，由于在表面252，233和231间的摩擦接合，使得凸轮件236也轴向向前滚动。凸轮件236轴向向前移动进入主体件225的轴向倾斜表面231限定的凸轮件通道230的部分。这个轮廓在图3中示出。在此位置，轴向缝244限定的主体件225的扇段能够径向向外移动到这样的程度，使得它们松开插入到孔220的工具柄。此时，操作者从夹盘装置210简单地取下工具。
为了将一个工具在装置210中插入并锁定，反向进行这个操作。夹盘装置210在图3所示的结构中，一个工具柄插入到孔220。操作者然后轴向向后推锁定套筒件260，由于金属插入件263的台阶283与滚动体261的接合，使夹紧套筒件250也轴向向后移动，直到如图2所示，滚动体261进入在主体件225上限定的锁定槽234。滚动体261一进入槽234，锁定套筒件260然后与夹紧套筒件250无关地轴向向后移动，直到如图1所示，插入件263的轴向平部分锁定滚动体261于锁定槽234中。
当锁定套筒件260和夹紧套筒件250在上述操作中轴向向后移动时，罩240内的凸轮件236轴向向后被摩擦移动进入凸轮件通道230的第二部分，它有减小的径向尺寸。在此位置，凸轮件236造成轴向缝244限定的主体件225的扇段的径向压力，此压力使扇段握紧在插入孔220的工具柄。
如上所述，由扇段243限定的容纳工具柄的孔220由主体225前面的前端到它轴向后端是带锥度的。这原理特别在图5和6说明。图5和6示出一个快速更换夹盘，它有0.500英寸的容量。图5示出在工具柄上夹紧的状态的装置。在此压缩状态，孔直径全为0.500英寸。图6示出主体件225带的扇段243在它们的非压缩或松开状态。由图6可见，孔在主体225的前面具有约0.503英寸的直径，并锥度缩小到，在大体相应于缝244的端部处的轴向位置上的约0.500英寸。对于0.500英寸容量的夹盘，申请人发现，优选锥度是从孔的前面到孔后端的约0.625英寸轴向长度上大约为0.002-0.004英寸。然而，应理解，任何锥度范围都在本发明的范围内，锥度的程度取决于夹盘容量的变化。
虽然不是希望固守着本文所表达的理论，但申请人认为，所述锥度造成夹紧或径向压缩力在孔的轴向后面的位置上的放大。例如，见图6，由球236施加的径向压缩的点在斜面部分231的位置A示出。在这点，如图1和2所示，球236的径向压缩力最大。当径向力施加到扇段243，它们倾向于大致在缝244端部轴向后面的位置点C上枢轴旋转或弯曲。在基本接近缝244的端的点B，孔220具有基本与被保持的工具柄相同的直径，因此有一个靠近点B的接触开始点，或接近接触开始点。申请人认为，锥度在施加径向力的点A和枢轴旋转或弯曲点C间产生一个杠杆或力矩臂，并且，这个力矩臂在点B放大压缩力远大于如果孔具有固定的一致直径时在点B存在的压缩力。申请人测定了图5和6所示的带锥度和不带锥度孔的0.500英寸容量的夹盘装置。不带锥度孔的实施例具有约30-35英寸-磅的夹紧力矩。带锥度孔同样容量夹盘具有约65-75英寸-磅的滑动力矩，在夹紧强度上增加接近100％。申请人认为，在夹紧强度上的提高是由于在工具柄后端，大致在点B，夹紧力放大的结果。事实上，申请人认为，当压缩力施加到大致接近孔的前面或前端时，一个一致的孔实际上可造成较小的整体夹紧强度。这会是扇段的弯曲或枢轴旋转点轴向在工具柄后的结果，因此，当扇段前端被径向向内压缩时，扇段前端径向向内的移动，实际上可使得扇段后端倾向于离开工具柄。如本文所述，通过限定孔带有一个锥度，这个潜在的问题消除，夹紧强度显著提高。
本领域技术人员应理解，本发明带锥度孔可在任何工具保持装置或夹盘中应用，其中，产生杠杆作用。例如，在一个夹头装置中结合带锥度的孔，其中夹头的夹紧扇段通过一个连续件在一端连接，其属于本发明范围和精神内。在径向压缩力施加到轴向限定的扇段的一端，扇段在一个共同点结合，因此扇段倾向于在共同点枢轴旋转或弯曲的任何装置，都可使用本发明。
本领域技术人员应认识到，可作出本发明的种种修改，而不偏离本发明的范围和精神，特别是本发明的带锥度孔可用在任何保持或夹盘装置。本发明拟包括权利要求范围内的所有变化和等效技术。
权利要求
1.一种工具保持装置，用于将一个工具刀头保持到一个驱动工具的主轴，包括一个主体件，它具有一个限定在内的轴向伸长的孔，容纳工具柄，所述主体件包括多个限定所述孔的轴向伸长的扇段，所述扇段由主体件的前面向后轴向延伸的主体件中的缝限定，所述扇段可径向压缩，夹紧插入到孔中的工具柄上；在所述装置驱动时，径向压缩所述扇段的装置，使得扇段夹紧并保持插入到孔的工具柄；以及由所述扇段限定的孔，具有一个带锥度的直径，它在所述主体件的所述前面较大，轴向向后锥度缩小到较小直径。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扇段在连接主体件处的所述缝的轴向向后的点上径向向内弯曲，所述点限定一个所述扇段的枢轴旋转点，所述枢轴点轴向在插入所述孔的工具柄轴向端的后面。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述带锥度的孔的最小直径是在所述枢轴点轴向前的点上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述扇段的非压缩状态中的所述最小直径处，所述孔限定一个与插入的工具柄开始接触的点。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述孔的锥度范围是在约0.600英寸轴向长度上，大致0.002-0.004英寸。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一个轴向可移动套筒件，它的结构用于驱动所述装置径向压缩所述扇段。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括锁定所述套筒件的装置。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括可将所述装置工作连接到一个动力工具驱动轴的装置。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主体件与一个动力工具的驱动轴是一体的。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置是一个夹盘，可安装到动力工具的驱动轴。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，压缩所述扇段的所述装置，在相对于所述缝的轴向后端，与所述主体件的所述前面轴向更靠近的点上，向所述扇段施加一个径向向内的力。
12.一种夹盘装置，用于将一个工具刀头保持到一个动力工具的驱动轴上，包括一个主体件，它具有一个限定在内的轴向伸长的孔，容纳工具刀头柄，所述主体件包括多个限定所述孔的轴向伸长的扇段，所述扇段由主体件的前面向后轴向延伸的主体件中的缝限定，所述扇段在所述缝的一端的轴向向后的点上，可径向向内弯曲；在所述弯曲点前的径向位置，驱动所述夹盘径向压缩所述扇段的装置；由所述扇段限定的所述孔，包括一个带锥度的直径，所述锥度是从所述主体件的所述前面的较大直径到所述缝的所述端的较小直径。
13.根据权利要求12所述的夹盘，其特征在于，所述驱动装置包括一个可移动的套筒件。
14.根据权利要求13所述的夹盘，其特征在于，所述的套筒件是轴向可移动的。
15.根据权利要求12所述的夹盘，其特征在于，还包括将所述夹盘安装到动力工具驱动轴的装置。
全文摘要
一种将一工具刀头保持到一个驱动工具的主轴的工具保持装置,包括:一主体件,具有一限定在内的轴向伸长的孔,容纳工具柄,主体件包括多个限定所述孔的轴向伸长的扇段,扇段由主体件中轴向延伸的缝限定,所述缝由主体件的前面向后伸,当径向压缩力加到所述扇段时,扇段可径向压缩,夹紧插入到孔中的工具柄。由所述扇段限定的孔具有一个带锥度的直径,它在所述主体件的前面较大,轴向向后锥度缩小到较小直径。
文档编号B23B31/20GK1207976SQ9811627
公开日1999年2月17日 申请日期1998年8月11日 优先权日1997年8月11日
发明者肯尼思·M·蒙塔乔伊, 马克·S·哈金斯, 罗杰·J·卡纳安 申请人:动力工具霍德尔斯公司