钻、铣头的制作方法

专利名称：钻、铣头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一钻、铣头，它具有一可通过快速更换机构操作的弹簧夹头和一与电机相连的驱动轴、其中弹簧夹头通过轴向移动相对于一夹紧套张开并且为此所需要的力通过一摩擦联轴器传递，它还具有一用来驱动弹簧夹头的传动装置，这种钻铣头特别适合于用来制造精细轮廓的机床、例如印刷电路板铣床和雕刻机。
在还未公开的专利申请19748735．1中介绍了这种类型的钻、铣头。在这种钻、铣头中电机的驱动轴通过一联轴器与弹簧夹头的驱动轴连接。因此夹紧的刀具的转速始终和电机转速相同。
因此本发明的目的是，提供一种这一类型的钻、铣头，其中电机轴的转速借助于一建立在简单装置基础上的传动装置可以一速比传递到钻、铣头的驱动轴上。
这一任务通过权利要求1的特征来解决。在按本发明的钻、铣头中传动装置的传动部分具有一滚珠轴承，其滚珠借助于一固定在电机驱动轴上的带动件同心地绕一共同轴线运动。这些滚珠支承在两个相对于轴线同心地布置的并在横截面内是圆形的支承面之间，并与它至少部分力锁合地接合。支承面之一可绕轴线旋转，而另一个支承面是固定的。其次支承面基本上平行于轴线布置，并且在轴线方向相互对称地中凹地拱起，其中拱顶相互之间的最大距离大致等于滚珠的直径。滚珠在轴向由带动件施加一个力。
传动装置建立在这样的原理的基础上，即滚珠同时相对于两个用作支承面的同心的圆周面运动，这些圆周面在横截面内是圆形的并且具有不同的半径。由此得到，随着支承面半径比的不同具有不同的电机驱动轴和受驱动的支承面的角速度。
用这种方式创造了一种具有节省位置和几乎不经受磨损现象的传动装置的钻、铣头。此外，因为建立在简单的装置的基础之上，这种传动装置可以成本低廉地制造。由于支承面基本上平行于轴线布置并在轴线方向中凹起拱起，而且拱顶相互对称设置，也就是相对于穿过滚珠延伸的滚珠旋转轴线是对称的，其次滚珠在轴向由带动件施加一个力，滚珠压在拱形的某个区域上，在这个区域内拱形相互之间的距离小于滚珠直径。用这种方式达到滚珠与支承面之间的力锁合接合，由此得到一种简单形式的打滑联轴器。
由于支承面中凹形拱起，带动件的轴向行程特别短，例如短于在轴向锥形分布的表面时的行程，由于支承面的拱形滚珠很快与支承面接合。
带动件可以用弹簧加载，它固定在电机轴上电机壳体和带动件之间。弹簧承受在接通时的反作用力，同时提供一种保护、防止由于滚珠或轨道面的过高发热而过载。弹簧力在安装传动装置时可以相应地调整。
传动装置既可以用来提高转速也可以用来降低转速。为了达到转速的提高，固定具有较大半径的支承面。用这种方式形成具有较小半径的支承面的零件的转速。这个零件可以直接是钻、铣头驱动轴的一段，或者它可以通过联轴器与驱动轴连接。
支承面可以由一轴承内环和一轴承外环构成。其中轴承外环在它固定时可以放入传动装置的壳体内。轴承内环可以压套在传动件上。
固定在电机驱动轴上的带动件最好是一带齿法兰，其齿嵌在滚珠之间。这里可以设想将用于滚珠轴承的滚珠的支承坑沿轴向压入带齿法兰内。带齿法兰最好由耐磨材料制成，烧结青铜对此特别适合，它最好是浸油的。
钻、铣头的摩擦联轴器最好由一轴向并相对于钻、铣头的驱动轴可动的部件和一轴向可移动的与钻、铣头的驱动轴固定连接的部件组成，其中这两个部件具有相互一致的表面，它们在操作快换机构时相互接触。其中规定，这两个部件在刀具一侧分别作用有一弹簧的力。用这种方式保证，在静止状态这两个部件相互之间存在一定距离，而在结合状态表面之间只出现摩擦力，它不会导致钻、铣头的损坏，在这种情况下与钻、铣头的驱动轴固定连接的部件旋转。
按照本钻、铣头的一种优选结构可相对于钻、铣头的驱动轴运动的部件圆柱形地并与此驱动轴同心地设置，并且在电机一侧的末端处具有一环形轴肩。与钻、铣头的驱动轴固定连接的部件是一具有环形凸台的轴环。相互一致的表面在环形轴肩和环形凸台处做成平面形并垂直于轴。
由于对于弹簧夹头的轴向移动所需要的力通过摩擦联轴器传递，排除了无意地还转动着的弹簧夹头在张开时与不转动的部件形锁合地嵌合。轴向推力而是通过摩擦联轴器力锁合地传递到弹簧夹头上或与弹簧夹头相连的驱动轴上。
快换机构可以通过一手柄手工操作。这里也可以设想，手柄在弹簧夹头张开的位置可以锁定。这有这样的优点，操作者两只手都是空闲的，可以用来操作钻、铣头。
手柄例如可以是一个杠杆，它具有一握持段和一设置在钻、铣头壳体内的功能段。这里设想，杠杆的这个功能段在原始位置与水平面夹一锐角，在操作位置与钻、铣头的驱动轴成直角，此外在电机一侧紧靠在钻、铣头的一固定不动的表面上，而在刀具一侧紧靠在相对于驱动轴可运动的零件上。杠杆的功能段在操作位置在轴向具有比在原始位置时大的最大伸展长度。由此达到，通过杠杆从其原始位置运动到其操作位置摩擦联轴器的相对于驱动轴可运动的部件向钻、铣头的刀具一侧的末端移动，这时，如下面要较详细地说明的那样，带动驱动轴或弹簧夹头一起移动，以促使弹簧夹头张开。
杠杆的功能段最好环形地并与驱动轴同心地设置。如果功能段的外径等于壳体的内径并且功能段的外侧中凸形地拱起，可以达到它在任何位置沿其整个圆周紧靠在钻、铣头壳体上，除了装握持段的区域以外。用这种方法达到，杠杆仅仅改变其相对于驱动轴的角度位置和在必要情况下为了锁定绕钻、铣头轴线略微转动，但是除此之外是固定的。握持段穿过壳体的开口伸出。
功能段在轴线方向的根据其位置不同可以改变的最大伸展长度最好通过这样的方式来达到，即在杠杆的功能段上，刀具一侧在垂直于杠杆纵轴、杠杆在操作位置时驱动轴所在的平面内驱动轴的两侧设置一凸轮，在电机一侧杠杆握持段的对面设置另一个凸轮。因此刀具一侧的两个凸轮和电机一侧的凸轮相互错开90°布置。因此功能段在水平位置，也就是操作位置具有比在倾斜的原始位置时大的轴向伸展长度。
刀具一侧的两个凸轮在杠杆从其原始位置运动到其操作位置时压在可相对于驱动轴轴向运动的零件的止挡面上。然后此零件向与驱动轴固定连接的轴环运动。因此通过操作杠杆使驱动轴向钻、铣头在刀具一侧的末端方向移动。弹簧夹头也和驱动轴一起相对于夹紧套移动。由此使弹簧夹头张开，弹簧夹头的夹紧臂在夹紧套的端头部分内紧靠在夹紧套的沿轴向朝电机方向逐渐锥形变细的内表面上。
快换机构也可以气动操作。
可以设想，为了使电机和钻、铣头能够方便地脱开，壳体和钻、铣头的驱动轴通过一联轴器相互连接。这个离合器最好是一个弹性联轴器，从而能吸收轴向的振动。
在必要时钻、铣头可以通过离合器盘非常方便地和不同的电机连接。存在一种模块化结构的钻、铣头，它显示出一种带有快速和可靠地换刀的机构的完全独立的单元。
按照本发明也可以设想，顺次设置两个或多个在功能方面相连连接的所述类型的传动装置。其中第一个传动装置的传动件嵌在第二个传动装置的滚珠之间。用这种方法可以例如大大提高钻、铣头驱动轴的转速。
下面借助于一实施例并同时参照附图对按本发明的钻、铣头作较详细的说明。附图中

图1钻、铣头的一个剖视图；图2图1中的钻、铣头的传动装置的局部视图；图3滚珠轴承滚珠之一的支承的放大图；图4带齿法兰的顶视图；图5图4的带齿法兰的剖视图；图6图4和5的带齿法兰的透视图7借助于传动装置提高转速的原理图；图8钻、铣头壳体的剖视图，此壳体具有一快速换刀机构用的手柄的锁定装置。
图1中所示的钻、铣头1具有一壳体2，它通过两个螺钉3和3’与一仅仅示意画出的驱动电机4连接。电机4具有一驱动轴5。
在驱动轴5上借助于一销钉7固定一由浸油烧结青铜制成的带齿法兰6。带齿法兰6的齿8和8’嵌入一滚珠轴承9。滚珠轴承9设置在钻、铣头1的壳体2和传动装置的从动件10之间。从动件10通过钻、铣头1的驱动轴31驱动弹簧夹头11。在叙述该驱动机构之前，首先对传动机构作较详细的说明。
如图2中详细地表示的那样，滚珠轴承9的滚珠12和12’支承在一内支承面13和一外支承面14之间。内支承面13由一轴承内圈15构成，外支承面14由轴承外圈16构成。轴承内圈15压套在传动装置的从动件10上。轴承外圈16装在钻、铣头1的壳体2内。
在带齿法兰6和电机4之间装有一弹簧17，带齿法兰6通过此弹簧施加一轴向力。
内支承面13和外支承面14在图3中连同滚珠轴承9的滚珠12放大画出。两个支承面13、14各自具有一中凹的拱形18和19。拱形18、19在轴线方向延伸略大于滚珠12直径的长度。两个拱形相对于穿过滚珠12的轴线20相互对称分布。拱形18、19相互之间的最大距离等于滚珠12的直径。此距离位于拱形18、19的中心之间。
用箭头21表示的轴向力可以通过带齿法兰6(在图3中未画出)施加在滚珠12上，根据施加的力21的不同滚珠12占有不同的轴向偏移的位置22或23，它们在图3中用细实线22或虚线23表示。
在图4、5和6中详细表示出带齿法兰6的结构。带齿法兰6具有一孔24，电机4的驱动轴5装嵌在该孔内。带齿法兰6用垂直于驱动轴5分布的销子固定在驱动轴5上。带齿法兰6具有一圆形横截面，其中在其圆周上设有六个齿8。在齿8之间有滚珠12的支承面12a。支承坑12a沿带齿法兰的轴向压入，并具有约0．2mm的深度和约1．5mm的直径。
在图7中较详细地说明了传动装置的工作原理，而且是对于转速升高的应用场合。滚珠12通过带齿法兰6(在图6中未画出)向箭头25方向旋转。这里滚珠12在由固定不动的轴承外圈16构形的外支承面上滚动。相反轴承内环15则可旋转地支承。由于由箭头26表示的滚珠12的自转运动和滚珠与轴承内圈15之间的力锁合的接合使轴承内圈向箭头27方向旋转。滚珠12绕轴线28的旋转运动的角速度等于带齿法兰6或电机4的驱动轴5的角速度。但是轴承内圈15的角速度更高，而且是高轴承外圈16的半径和轴承内圈15的半径之比这么多倍。
滚珠12与支承面13、14之间的力锁合的接合通过轴向作用力21达到，该力通过电机4和弹簧17施加在带齿法兰6上，带齿发兰又压在滚珠轴承9的滚珠12上。这里轴承气隙29(见图2)相应减小。通过力锁合的啮合滚珠12旋转，通常相应地出现不管是绕自身轴线还是绕传动装置的从动件10的轴线的初始打滑。这时轴承内圈15跟随旋转，并且因为它和传动装置的从动件固定连接，因此也带动从动件旋转。
由于有滚珠支承坑12a在运行期间弹簧17不需要后续调整。
因此用该传动装置可以用简单的方法达到转速的提高。但是也可以倒过来将该传动装置用于转速降低。在这种情况下轴承内圈15必须固定不动，而轴承外圈16必须可旋转地支承。
下面介绍钻、铣头的驱动机构和用来快速和可靠地换刀的机构。
传动装置的从动件10包含一弹性联轴器盘30。此联轴器盘位于一固定在钻、铣头驱动轴31上的碟形套筒32的对面，它和传动装置的从动件10和两个连接销33和34一起构成传动装置从动件10和钻、铣头1的驱动轴31之间的联轴器。连接销33和34固定在钻、铣头1驱动轴31的套筒32上并嵌入联轴器盘30的孔内。
其次钻、铣头具有一带一装在壳体2内部的功能段38和一伸出壳体2之外的握持段39的杠杆37。功能段38成环形并与钻、铣头1的驱动轴31同心。功能段38具有这样大的直径并且其外侧这样地中凸形拱起，使它在任何位置直到安装握持段39的区域沿其整个圆周紧贴在钻、铣头1的壳体2上，在功能段38朝向电机4的一侧上设有一凸轮40。在功能段38的相对的一侧上设有另外两个凸轮41，其中只画出了一个。这两个凸轮位于相对于剖开平面绕驱动轴31转过90°的平面之内。在电机一侧功能段38紧靠在一位置固定的环42上，而在刀具一侧紧靠在一圆柱形的可轴向运动的零件43上，它在刀具一侧通过一弹簧44支承在壳体2的突起45上，零件43在朝向电机4的末端上具有一环形凸肩46，此凸肩与零件43的筒壁成直角。
带有环形凸台48的轴环47与驱动轴31固定连接。凸台48平行于凸肩46布置，并且其尺寸这样选择，使凸肩46和凸台48相互面对面的平整表面在零件43朝钻、铣头1在刀具一侧的末端移动时相互接触。轴环47在刀具一侧通过一弹簧49支承在夹紧套筒50上。夹紧套筒50包围驱动轴31的一段，直至一小的末端区域内，在这里驱动轴31转变成整个弹簧夹头11。横向穿过驱动轴31分布的销子51在驱动轴31的两侧分别伸入一夹紧套筒50的平行于驱动轴31分布的腰形孔52和53。
夹紧套筒50借助于两个旋转轴承54和55支承，并通过一弹簧挡圈56防止轴向移动。夹紧套筒50具有在其端部的沿轴线方向朝向电机4逐渐锥形缩小的内表面57。弹簧夹头11的夹紧臂58紧贴在此内表面上，如果弹簧夹头闭合的话。
如图8中所示，在这种结构形式时设有一杠杆37在其操作位置，也就是弹簧夹头11的张开状态下锁定装置。为此在壳体2上设有一用于杠杆37的基本上直角形的开口59，其中臂60沿轴线方向布置。通过在其外端具有位于臂60方向的突起62的第二条臂提供了一个用于杠杆37的卡口。
如果在钻、铣头1内装夹一把刀具(未画出)，杠杆37位于其在图1中所示的原始位置。在杠杆37的功能段38具有其最小轴向伸展长度的这个位置上杠杆通过由圆柱形零件43传递的弹簧44的力固定。如果杠杆37运动到其水平位置，那么功能段38的轴向伸展长度加大，由此使运动件43向钻、铣头1在刀具一侧的末端运动。这时凸肩46和凸台48的两个相互面对面的平整表面达到接触，因此也使轴环47移动。因为它和驱动轴31固定连接，驱动轴31和直接连接在它上面的弹簧夹头11朝钻、铣头1在刀具一侧的末端方向运动。由于由此得到的弹簧夹头11相对于在轴向固定不动的夹紧套筒50的移动锥形内表面57、夹紧套筒50和弹簧夹头11的夹紧臂58消除力锁合接合，由此释放被夹紧臂58固定的刀具。
销子51和腰形槽52和53是一种带动装置，通过它达到夹紧套筒50始终和驱动轴一起转动，也就是这两个零件之间没有摩擦。通过腰形孔52和53确保，这时驱动轴31可以相对于夹紧套筒50轴向移动。
在杠杆37运动到其操作位置时联轴器的连接销33和34也向钻、铣头1的刀具一侧的末端方向运动到传动装置的从动件10和驱动轴31之间。但是这时它们还没有完全脱出孔35和36，因此没有脱开。
为了将杠杆37锁定在其操作位置，绕钻、铣头1的轴线方向略微旋转、使杠杆被突起62接受并固定。
如果在杠杆37操作之前忘了关掉电机4，仍然不会出现钻、铣头1的损坏或者说不存在人员受伤的危险，因为圆柱形零件43和轴环47的接触面是针对形成的摩擦热设计的，并且弹簧夹头不能与驱动轴脱开。
权利要求
1．钻、铣头，特别是用于印刷电路板铣床和雕刻机的钻、铣头，具有一可通过快速换刀机构操作的弹簧夹头(11)和一与电机相连的驱动轴(31)，弹簧夹头(11)通过相对于夹紧套筒(50)的轴向移动张开，为此所需要的力通过一摩擦联轴器(43，47)传递，还具有一用来驱动弹簧夹头(11)的传动装置，其特征在于传动装置的传动件具有一滚珠轴承(9)，其滚珠(12，12’)借助于一固定在电机驱动轴(5)上的带动件(6)绕其共同轴心线同心地运动，其中滚珠(12，12’)支承在两个相对于轴线同心布置的、在横截面内成圆形的支承面(13，14)之间，并且至少在部分时间内与支承面(13，14)力锁合地接合，支承面之一可绕轴线旋转，而另一个支承面则固定不动，其中支承面(13，14)基本上平行于轴线布置，并在轴线方向相互对称地中凹形拱起，拱形(18，19)相互之间的最大距离等于滚珠(12，12’)的直径，同时滚珠(12，12，)在轴向由带动件(6)旋加一个力(21)。
2．按权利要求1的钻、铣头，其特征在于带动件(6)通过一固定在驱动轴(5)上的，安装在驱动电机壳体和带动件(6)之间的弹簧(17)加载。
3．按权利要求1或2的钻、铣头，其特征在于具有较大半径的支承面(14)固定不动。
4．按上述权利要求之任一项的钻、铣头，其特征在于支承面(13，14)通过一轴承内圈(15)和一轴承外圈(16)构成。
5．按权利要求3或4的钻、铣头，其特征在于轴承外圈(16)装在钻、铣头的壳体(2)内。
6．按权利要求3，4和必要时5的钻、铣头，其特征在于轴承内圈(15)压套在从动件上。
7．按上述权利要求之任一项的钻、铣头，其特征在于固定在电机驱动轴(5)上的带动件是一带齿法兰(6)，其齿(8，8’)嵌入滚珠(12，12’)之间。
8．按权利要求7的钻、铣头，其特征在于带齿法兰(6)具有用于滚珠(12)的在轴向凹陷的支承坑(12a)。
9．按上述权利要求之任一项的钻、铣头，其特征在于带动件(6)由浸油浇结青铜制成。
10．按上述权利要求之任一项的钻、铣头，其特征在于摩擦联轴器由一在轴向可相对于钻、铣头驱动轴(31)运动的零件(43)和一可轴向移动的，与驱动轴(31)固定连接的零件(47)组成，其中两个零件具有相互一致的、达到接触的表面，并在刀具一侧分别支承在一弹簧(44，49)的力上。
11．按权利要求10的钻、铣头，其特征在于相对于驱动轴(31)可运动的零件(43)圆柱形地并与驱动轴(31)同心地设置，在电机一侧的末端上具有一环形凸肩(46)，以及与驱动轴(31)固定连接的零件由一带环形凸台(48)的轴环(47)构成，它们的一致表面做成平面形的并垂直于驱动轴(31)。
12．按上述权利要求之任一项的钻、铣头，其特征在于快速换刀机构具有一用于操作的手柄(37)。
13．按权利要求1至11之任一项的钻、铣头，其特征在于快速换刀机构可气动操作。
14．按上述权利要求之任一项的钻、铣头，其特征在于钻、铣头(1)的驱动轴(31)可通过一弹性联轴器盘(30)与电机驱动轴(5)这样地连接，使钻、铣头(1)构成一具有换刀机构的独立单元。
15．按权利要求14的钻、铣头，其特征在于钻、铣头(1)可以通过联轴器盘(30)与不同的电机(4)连接。
全文摘要
本发明涉及一种特别是用于印刷电路板铣床和雕刻机的钻、铣头,具有一可通过快速换刀机构操作的并通过一传动装置驱动的弹簧夹头(11),它通过相对于夹紧套筒(50)的轴向移动张开,其中为此所需要的力通过一磨擦联轴器传递。传动装置具有一滚珠轴承(9),其滚珠借助于一固定在电机驱动轴(5)上的带动件(6)绕一共同轴线同心地运动,并支承在两个相对于轴线同心布置的在横截面内成圆形的支承面之间,并且至少部分时间内与它力锁合地接合。支承面之一是可旋转的,另一个固定不动,它们沿轴向分布并相互对称地中凹形拱起,其中拱形相互之间的最大距离等于滚珠直径。滚珠在轴向加上一个力。在本钻、铣头中用简单的装置提供这样的可能性,用不同于电机的转速驱动弹簧夹头。
文档编号B23B31/20GK1289280SQ99802492
公开日2001年3月28日 申请日期1999年1月27日 优先权日1998年1月29日
发明者米兰·波德利帕克, 博什蒂扬·波德利帕克, 亚内斯·泽比克 申请人:Pmv有限责任公司, Lpkf激光和电子股份公司