專利名稱：帶有外部與內(nèi)部冷卻劑的拉力螺柱和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題的實施例大體上涉及機械加工設(shè)備，并且更具體地說，涉及用于機械加工設(shè)備中的拉力螺柱(pull stud bolt)。
背景技術(shù)：
機械加工通常指一組用于從工件移除材料以獲得所需形狀或幾何的工藝。機械加工常常在金屬工件上執(zhí)行以產(chǎn)生用于特定應(yīng)用的工件。機械加工工藝的示例包括銑削、車削和鉆孔。在銑削工藝中，刀具使切削表面靠著工件旋轉(zhuǎn)以便移除金屬。在車削工藝中，工件靠著刀具旋轉(zhuǎn)。對于鉆孔，通過旋轉(zhuǎn)刀具而產(chǎn)生孔。歷史上，這些機械加工工藝始于大體上手工的形式。隨著關(guān)于動力產(chǎn)生和機械加工的技術(shù)進步，這些機械加工工藝通過例如凸輪的使用而變得更加自動化，其容許相同的形狀或切削的大量生產(chǎn)。該技術(shù)已經(jīng)從凸輪持續(xù)地向前發(fā)展，其中可編程機械如今是更現(xiàn)代的機械車間中的標(biāo)準(zhǔn)?？删幊虣C械的一個示例將是計算機數(shù)控(CNC)機械，其容許單個機械能夠執(zhí)行可在任務(wù)之間重新編程的精密公差的機械加工。這些機械加工工藝使用刀具來從工件產(chǎn)生金屬切屑，該金屬切屑隨后被移除。金屬切屑的這種形成和移除在刀具和工件彼此接觸時自它們之間的相對運動發(fā)生。刀具和工件通常相對于彼此以較高的速度操作，其除了形成切屑之外還產(chǎn)生熱量。為了冷卻和潤滑刀具，常常使流體分布在操作區(qū)域中。取決于所使用的工藝和待執(zhí)行的特定任務(wù)，可內(nèi)部地或外部地輸送流體(例如冷卻劑)至刀具。當(dāng)內(nèi)部地應(yīng)用冷卻劑時，冷卻劑常常被傳送通過機械的內(nèi)部部分，然后通過刀架，并且然后輸送至刀具。對于外部冷卻劑輸送，可將冷卻劑傳送至刀架上的外部開口或凸緣，然后輸送至刀具。圖1中顯示了這種情況的一個示例。刀架2被附連到拉力螺柱4 上。外部冷卻劑6進入刀架2，并在離開刀架2和潤滑刀具(未示出)之前流動通過通道8。 圖2中顯示了用于外部冷卻劑系統(tǒng)中的傳統(tǒng)的拉力螺柱4(也被稱為“DIN69872/B”)的一個更詳細(xì)示例。或者，還可經(jīng)由冷卻劑管線外部地輸送冷卻劑，該冷卻劑管線不是機械主軸和/或刀架的部分。當(dāng)內(nèi)部地應(yīng)用冷卻劑時，冷卻劑常常通過機械的內(nèi)部部分而傳送到刀架上，并且然后被輸送至刀具。圖3中顯示了這種情況的一個示例。拉力螺柱302被附連到刀架304 上。冷卻劑306進入拉力螺柱302，并流動通過通道308到刀架304中的通道310內(nèi)。冷卻劑306然后在到刀具(未示出)途中離開刀架304。圖4中顯示了用于內(nèi)部冷卻劑系統(tǒng)中的傳統(tǒng)拉力螺柱302(也被稱為“DIN69872/A”)的一個更詳細(xì)示例。因為不同的機械加工任務(wù)可要求不同的冷卻劑需求，所以，具有用于從內(nèi)部冷卻劑操作轉(zhuǎn)變至外部冷卻劑操作的必要部件并且然后執(zhí)行這種轉(zhuǎn)變可增加任務(wù)之間的停機時間并增加成本，這降低機械的總體操作效率。另外，如果用于內(nèi)部冷卻劑操作的拉力螺柱302與刀架2 —起使用以用于外部冷卻劑操作，那么可發(fā)生由冷卻劑導(dǎo)致的損壞，因為冷卻劑可進入主軸并損壞需要保持干燥的電氣部件。
因此，需要用于改善機械效率的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一示例性實施例，提供了一種拉力螺柱，其用于將刀架連接到主軸中的夾頭 (collet)上。該拉力螺柱包括主體，其具有流通地連接至空腔的縱向通道，該空腔流通地連接至多個縱向通道；密封環(huán)，其布置在縱向通道的末端以及空腔之間；彈簧，其布置在空腔中；以及，球體，其設(shè)置為用以被彈簧偏置。該球體設(shè)置為，當(dāng)從彈簧施加至球體的第一作用力小于由流過縱向通道的流體所施加的第二作用力時，可通過使球體與密封環(huán)失去接觸而開放縱向通道的末端，其中，第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。根據(jù)另一示例性實施例，提供了一種用于組裝拉力螺柱的方法，該拉力螺柱使用內(nèi)部冷卻劑路徑和外部冷卻劑路徑。該方法包括配置主體以接收刀架，該主體具有流通地連接至空腔的縱向通道，該空腔流通地連接至多個縱向通道；將密封環(huán)布置在縱向通道的末端以及空腔之間；將彈簧布置在空腔中；并配置球體以便被彈簧偏置，該球體設(shè)置為，當(dāng)從彈簧施加至球體的第一作用力小于由流過縱向通道的流體所施加的第二作用力時，可通過使球體與密封環(huán)失去接觸而開放縱向通道的末端，其中，第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。根據(jù)另一示例性實施例，提供了一種計算機數(shù)控(CNC)機械，其具有至少兩個冷卻劑路徑。該計算機數(shù)控機械包括主軸、刀架和拉力螺柱，主軸包括接合螺栓(drawing bolt)、內(nèi)襯套和夾頭。拉力螺柱包括主體、密封環(huán)、彈簧和球體，主體設(shè)置為用以接收刀架， 該主體具有流通地連接至空腔的縱向通道，空腔流通地連接至多個縱向通道，密封環(huán)布置在縱向通道的末端以及空腔之間，彈簧布置在空腔中，并且球體設(shè)置為用以被彈簧偏置。該球體設(shè)置為，當(dāng)從彈簧施加至球體的第一作用力小于由流過縱向通道的流體所施加的第二作用力時，可通過使球體與密封環(huán)失去接觸而開放縱向通道的末端，其中，第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。


附圖顯示了示例性實施例，其中圖1描繪了用于外部冷卻劑應(yīng)用中的刀架和拉力螺柱；圖2顯示了用于外部應(yīng)用中的拉力螺柱；圖3顯示了用于內(nèi)部冷卻劑應(yīng)用中的刀架和拉力螺柱；圖4顯示了用于內(nèi)部冷卻劑應(yīng)用中的拉力螺柱；圖5顯示了根據(jù)示例性實施例的用于將刀架附連到主軸上的部件；圖6顯示了根據(jù)示例性實施例的用于內(nèi)部與外部冷卻劑操作中的拉力螺柱；圖7示出了根據(jù)示例性實施例的與刀架相配合的拉力螺柱的末端；圖8描繪了根據(jù)示例性實施例的拉力螺柱中的打開位置、關(guān)閉位置以及彈簧的行程；圖9顯示了根據(jù)示例性實施例的用于外部冷卻劑操作的冷卻劑流；圖10顯示了根據(jù)示例性實施例的用于內(nèi)部冷卻劑操作的冷卻劑流；圖11描繪了根據(jù)示例性實施例的拉力螺柱；
圖12示出了根據(jù)示例性實施例的與刀架相配合的拉力螺柱的末端；圖13至圖17顯示了根據(jù)示例性實施例的被包括在拉力螺柱中的部件；圖18顯示了根據(jù)示例性實施例的用于利用內(nèi)部冷卻劑流或外部冷卻劑流操作的方法的流程圖；以及圖19顯示了根據(jù)示例性實施例的用于組裝拉力螺柱的方法的流程圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述的示例性實施例對附圖進行了參考。不同圖中的相同參考標(biāo)號表示相同或相似的元件。另外，該圖不一定是按比例繪制的。并且，下面的詳細(xì)描述并不限制本發(fā)明。而是，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。整個說明書中對“一個實施例”或“一實施例”的參考意味著，結(jié)合一個實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在所公開主題的至少一個實施例中。因而，用語“在一個實施例中”或“在一實施例中”在整個說明書的不同地方的出現(xiàn)并不一定指相同的實施例。 此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可在一個或多個實施例中以任何合適的方式組合。如背景部分中所述的那樣，對于在帶有至少兩個可能的冷卻劑路徑(例如內(nèi)部與外部冷卻劑路徑)的環(huán)境中使用刀架和拉力螺柱的機械而言，需要用于改善機械效率的系統(tǒng)和方法。在描述可改善機械效率的示例性實施例之前，現(xiàn)在關(guān)于圖5描述其中使用了刀架504和拉力螺柱502的環(huán)境。根據(jù)示例性實施例，機械主軸506可包含接合螺栓508、內(nèi)襯套510和夾頭512，夾頭512用于夾緊和保持拉力螺柱502。機械主軸506可以是例如計算機數(shù)控(CNC)機械中所使用的機械主軸。拉力螺柱502可經(jīng)由螺紋連接到刀架504上。刀具(未示出)被附連至刀架504 的末端，該末端與刀架504附連到拉力螺柱502上的末端是相對的。在該示例性實施例中還顯示了冷卻劑通道514。雖然刀架504被顯示為僅帶有內(nèi)部冷卻劑路徑，但是，刀架504 可為使用例如與圖1中所示相似的外部冷卻劑路徑的形式。下面描述了與示例性拉力螺柱 502和冷卻劑通道514相關(guān)聯(lián)的更多細(xì)節(jié)。根據(jù)示例性實施例，在圖6和圖7中顯示了可在使用內(nèi)部或外部冷卻劑流路徑的應(yīng)用中使用的拉力螺柱502。圖6顯示了拉力螺柱502的縱向截面，并且圖7顯示了其中多個冷卻劑通道618離開拉力螺柱502的端視圖。如圖6中所示，拉力螺柱502包括主體部分602，其包括縱向通道604以用于在內(nèi)部冷卻劑模式下操作時接收和引導(dǎo)冷卻劑流。在縱向通道604的一端具有密封環(huán)606，密封環(huán)606圍繞縱向通道604的末端并且與空腔608 接觸。密封環(huán)606還可與球體610接觸，其中密封環(huán)606成形為使得球體610在承座靠著密封環(huán)606時阻塞縱向通道604。當(dāng)完全承座時，球體610在兩個可能的流動方向的任一方向上阻塞流體的傳送。圖6中顯示了球體610的這種完全承座或關(guān)閉的位置，然而，根據(jù)其它示例性實施例，球體610可位于其它位置，例如打開位置，以便基于通過縱向通道604的冷卻劑的作用力與由彈簧612施加的作用力相比而容許冷卻劑的流動(如圖8中所示并在下面更詳細(xì)描述的那樣)。根據(jù)示例性實施例，球體610與彈簧612相接觸，彈簧612又與墊圈614相接觸。 墊圈614還與另一環(huán)狀物(例如西格環(huán)(Seeger ring) 616)相接觸。多個流體通道618還連接至空腔608。如上面所述的那樣，圖7顯示了其中多個冷卻劑通道離開拉力螺柱502的端視圖。雖然顯示了四個流體通道618，但是，根據(jù)需要可制造和使用其它組合以用于到匹配的刀架504中的預(yù)期流體傳送。根據(jù)示例性實施例，如上面所述的那樣，可基于球體610的位置打開或關(guān)閉拉力螺柱502。圖8中顯示了對于拉力螺柱502的打開位置和關(guān)閉位置。圖8中上面的拉力螺柱502的圖顯示了關(guān)閉位置，其中球體610承座在密封環(huán)606上并阻塞用于縱向通道604 和空腔608之間的流體的通路。這發(fā)生在傳送通過縱向通道604并施加至球體610的任何流體的作用力Fl小于由彈簧612施加在球體610上的作用力F2時。圖8中下面的拉力螺柱502的圖顯示了打開位置，其中球體610不承座在密封環(huán)606上并且不阻塞用于縱向通道604和空腔608之間的流體的通路。這發(fā)生在傳送通過縱向通道604并施加至球體610 的任何流體的作用力Fl大于由彈簧612施加在球體610上的作用力F2時。圖8中顯示了對于示例性拉力螺柱502的兩種位置，即，打開位置和關(guān)閉位置。球體610的位置上的差異顯示了示例性行程，即，由彈簧612移動的距離“d”，例如5. Omm和/或3. Omm到6. Omm的范圍。根據(jù)一示例性實施例，冷卻劑可處于大約6巴的壓力下，然而根據(jù)其它示例性實施例， 冷卻劑可處于其它壓力下。根據(jù)示例性實施例，拉力螺柱502和刀架504可如圖9中所示的那樣在外部冷卻劑配置下操作。箭頭顯示冷卻劑的流的方向。冷卻劑通過轉(zhuǎn)接件凸緣902的開口進入刀架， 并到達(dá)刀架504中的中心通道904。大多數(shù)冷卻劑將向“下”朝出口 906行進以用于潤滑刀具。然而，一些冷卻劑可試圖向“上”朝拉力螺柱502行進。當(dāng)進入拉力螺柱502時，冷卻劑將被承座的球體610阻塞，從而保護機械主軸506中的電氣部件。根據(jù)另一示例性實施例，拉力螺柱502和刀架504可如圖10中所示的那樣在內(nèi)部冷卻劑配置下操作。箭頭顯示冷卻劑的流的方向。冷卻劑進入拉力螺柱502并沿縱向通道 604行進。冷卻劑施加到球體610上的作用力Fl大于彈簧612施加到球體610上的作用力 F2，這使球體610移動至打開位置。冷卻劑然后通過空腔608流動至多個冷卻劑通道618。 冷卻劑從那里流入刀架504中的中心通道904并流向出口 906以用于潤滑刀具。根據(jù)一示例性實施例，拉力螺柱可使用下面在表1中所示的尺寸制造，如與圖11 和圖12相匹配的那樣。表 權(quán)利要求
1.一種用于將刀架連接到主軸中的夾頭上的拉力螺柱，所述拉力螺柱包括主體，所述主體設(shè)置為用以接收刀架，所述主體具有流通地連接至空腔的縱向通道，所述空腔流通地連接至多個縱向通道；密封環(huán)，所述密封環(huán)布置在所述縱向通道的末端以及所述空腔之間； 彈簧，所述彈簧布置在所述空腔中；以及球體，所述球體設(shè)置為用以被所述彈簧偏置，所述球體設(shè)置為，當(dāng)從所述彈簧施加至所述球體的第一作用力小于由流過所述縱向通道的流體施加的第二作用力時，能通過使所述球體與所述密封環(huán)失去接觸而開放所述縱向通道的末端，其中，所述第一作用力和所述第二作用力在施加方向上基本上相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，還包括墊圈，所述墊圈在與所述彈簧同所述球體接觸的末端相對的末端和所述彈簧接觸；以及與所述墊圈接觸的西格環(huán)，所述西格環(huán)限定所述空腔的末端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，當(dāng)其中布置了所述拉力螺柱的機械使用外部冷卻劑流時，所述球體與所述密封環(huán)和所述彈簧都接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，當(dāng)其中布置了所述拉力螺柱的機械使用流過所述縱向通道的內(nèi)部冷卻劑流時，在所述球體與所述密封環(huán)之間具有間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，所述密封環(huán)如表2中所述。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，所述彈簧的特征如表2中所述。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，所述彈簧的行程在3mm至6mm的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉力螺柱，其特征在于，所述拉力螺柱被布置在執(zhí)行機械加工操作的計算機數(shù)控機械中，所述計算機數(shù)控機械選擇性地使用內(nèi)部冷卻劑流或外部冷卻劑流。
9.一種具有至少兩個冷卻劑路徑的計算機數(shù)控(CNC)機械，所述CNC機械包括 主軸，所述主軸包括接合螺栓， 內(nèi)襯套，和夾頭； 刀架；以及拉力螺柱，所述拉力螺柱包括主體，所述主體設(shè)置為用以接收刀架，所述主體具有流通地連接至空腔的縱向通道，所述空腔流通地連接至多個縱向通道，密封環(huán)，所述密封環(huán)布置在所述縱向通道的末端以及所述空腔之間， 彈簧，所述彈簧布置在所述空腔中，以及球體，所述球體設(shè)置為用以被所述彈簧偏置，所述球體設(shè)置為，當(dāng)從所述彈簧施加至所述球體的第一作用力小于由流過所述縱向通道的流體施加的第二作用力時，能通過使所述球體與所述密封環(huán)失去接觸而開放所述縱向通道的末端，其中，所述第一作用力和所述第二作用力在施加方向上基本上相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的CNC機械，其特征在于，還包括西格環(huán)，所述西格環(huán)與墊圈相接觸，其中，所述拉力螺柱如表1中所示定制尺寸；以及墊圈，所述墊圈在與所述彈簧同所述球體接觸的末端相對的末端和所述彈簧接觸，其中，所述墊圈、所述西格環(huán)和所述彈簧如表2中所示定制尺寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有外部與內(nèi)部冷卻劑的拉力螺柱和方法。具體而言，該系統(tǒng)和方法包括使用拉力螺柱以用于將刀架連接到主軸中的夾頭上。該拉力螺柱包括主體、密封環(huán)、彈簧和球體，該主體設(shè)置為用以接收刀架，該主體具有流通地連接至空腔的縱向通道，該空腔流通地連接至多個縱向通道；該密封環(huán)圍繞縱向通道的末端布置，該密封環(huán)與空腔接觸；該彈簧布置在空腔中；并且該球體與彈簧接觸。該球體設(shè)置為，當(dāng)從彈簧施加至球體的第一作用力小于由流過縱向通道的流體所施加的第二作用力時，可通過使球體與密封環(huán)失去接觸而開放縱向通道的末端。第一作用力和第二作用力在施加方向上基本上相反。
文檔編號B23Q11/10GK102343525SQ20111022457
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者E·奇尼, M·多納蒂 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司