膨脹卡盤的制作方法
【專利說(shuō)明】膨脹卡盤
[0001]本發(fā)明涉及具有基體以及圍繞用于工具的接納座的膨脹套筒的膨脹卡盤，其中膨脹套筒壓力密封連接至基體并位于基體內(nèi)部的接納座的前端，從而在基體與膨脹套筒之間形成壓力室。
[0002]這樣的膨脹卡盤主要用于將工具(例如銑削工具或鉆頭)牢牢夾緊在接納座內(nèi)部。而膨脹卡盤則是安裝在與工具接納座相對(duì)的端部處的機(jī)床上，以使得工具可用于處理工件。
[0003]為了將工具夾緊在接納座中，需要對(duì)膨脹套筒與基體之間形成的封閉體積加壓，例如通過(guò)壓入油從而使得膨脹套筒在徑向方向上向內(nèi)(即，朝向膨脹卡盤的中間軸)壓入。這會(huì)使膨脹套筒壓貼接納座內(nèi)部的工具，從而將其夾緊在接納座內(nèi)部。
[0004]為了增加膨脹卡盤與工具之間的最大傳遞扭矩，原則上有利的是膨脹套筒的有效夾緊區(qū)段，即其中在加壓時(shí)在膨脹套筒的內(nèi)表面與工具的外表面之間生成高壓縮的區(qū)域的長(zhǎng)度，盡可能長(zhǎng)。同時(shí)，膨脹卡盤應(yīng)當(dāng)在軸向方向上盡可能緊湊。因此有利的是使得夾緊區(qū)段盡可能長(zhǎng)而不增加膨脹卡盤的長(zhǎng)度。
[0005]膨脹卡盤的另一要求是以某種方式夾緊工具，該方式在盡可能的程度上避免了膨脹卡盤的前端處的任何切口效應(yīng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，任何此類切口效應(yīng)均可導(dǎo)致工具過(guò)早損壞。
[0006]本發(fā)明試圖解決以某種方式改進(jìn)已知膨脹卡盤的問(wèn)題，該方式產(chǎn)生較大的有效夾緊長(zhǎng)度以及對(duì)所夾緊工具盡可能低的切口效應(yīng)。
[0007]為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明為上述膨脹卡盤提供了使基體前端處的其膨脹套筒徑向向外延伸到連接區(qū)段，在該連接區(qū)段中膨脹套筒以壓力密封方式連接至基體。本發(fā)明基于以下基本觀念:在徑向方向上將膨脹套筒的連接區(qū)段布置在夾緊區(qū)段的外側(cè)，以及在夾緊區(qū)段與連接區(qū)段之間提供一種過(guò)渡段，其中膨脹套筒徑向向外延伸。該過(guò)渡段的特征在于與膨脹套筒的夾緊區(qū)段具有基本相同壁厚。換句話講，膨脹套筒的連接區(qū)段相對(duì)于夾緊區(qū)段徑向向外位移，使得所夾緊工具僅由夾緊區(qū)段支撐，而不由連接區(qū)段(更確切地說(shuō)，連接區(qū)段的內(nèi)邊緣)支撐。從而可將過(guò)渡段視為夾緊區(qū)段的一部分，因?yàn)楫?dāng)夾緊工具時(shí)其在壓力室中的壓力下稍稍變形，并且在緊鄰?qiáng)A緊區(qū)段的區(qū)域中對(duì)接至工具。
[0008]與此相反，在現(xiàn)有技術(shù)中，連接區(qū)段為夾緊區(qū)段的軸向延伸部分。這基本導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題，所述兩個(gè)問(wèn)題利用本發(fā)明中所述的設(shè)計(jì)得以解決。一方面，當(dāng)連接區(qū)段為夾緊區(qū)段的延伸部分時(shí)其減小夾緊區(qū)段的可用長(zhǎng)度，因?yàn)檫B接區(qū)段會(huì)“阻擋”膨脹卡盤的前端，從而使其不可用于將工具夾緊。另一方面，連接區(qū)段相對(duì)剛性，因此造成了所夾緊工具處切口效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。然而，如果如本發(fā)明所提供的那樣，連接區(qū)段徑向向外位移，則夾緊區(qū)段幾乎可延伸到膨脹卡盤的前部。膨脹套筒從而另外位于膨脹卡盤的前端，其中與通常在連接區(qū)段中相比其壁更薄并因此比連接區(qū)段更具撓性。由此避免了切口效應(yīng)。
[0009]優(yōu)選的是，膨脹套筒具有圓柱形夾緊區(qū)段以及從圓柱形夾緊區(qū)段開始徑向向外延伸的過(guò)渡段，該過(guò)渡段的壁厚或多或少與夾緊區(qū)段的壁厚相等。過(guò)渡段確保膨脹套筒在前端的所需撓性，從而減小從工具的自由部分至所夾緊部分的過(guò)渡部分處的切口效應(yīng)。
[0010]優(yōu)選提供的是，過(guò)渡段是彎曲構(gòu)造的，特別是具有大于1mm并特別優(yōu)選具有1與2mm之間的曲率半徑。這避免了銳邊緣，從而進(jìn)一步減小切口效應(yīng)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，連接區(qū)段與夾緊區(qū)段相比具有更大壁厚。這就阻力而言可為有利的。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，膨脹套筒被設(shè)計(jì)為與基體構(gòu)成單一件。這樣的膨脹卡盤可用對(duì)于三維印刷而言已知的方法來(lái)制造，其中金屬用作原料，該原料以薄層形式組裝到三維膨脹卡盤內(nèi)。
[0013]根據(jù)可供選擇的實(shí)施例，提供的是膨脹套筒構(gòu)造為獨(dú)立的構(gòu)件，該構(gòu)件與基體以壓力密封方式連接，特別是焊接。通過(guò)這樣的兩部分構(gòu)造，幾乎不費(fèi)力就可實(shí)現(xiàn)膨脹套筒與基體之間的壓力室。
[0014]膨脹套筒可是通過(guò)切削加工制成的，例如作為車削件，或?yàn)樗苄宰冃?例如深度拉伸和/或擠出)的構(gòu)件。對(duì)于復(fù)雜的輪廓而言，具體地講連接區(qū)段附近，以及對(duì)于壁厚中的主要變化而言，有利的是是通過(guò)切削加工制成膨脹套筒，而在通常恒定壁厚的情況下，深度拉伸或擠出膨脹套筒可更具成本效率。
[0015]根據(jù)實(shí)施例，提供的是基體的位于前端的端側(cè)配有凹槽或凸肩，以便在組裝時(shí)能在該處布置焊環(huán)。這增加了方法可靠性。
[0016]優(yōu)選的是，膨脹套筒的外部夾緊點(diǎn)(在該夾緊點(diǎn)處膨脹套筒可接合至工具)在軸向上位于與基體壓力密封連接的區(qū)域內(nèi)或甚至在該區(qū)域之外。本實(shí)施例為有效夾緊區(qū)段提供最大長(zhǎng)度，因?yàn)槠溲由熘僚蛎浛ūP的外端。
[0017]根據(jù)實(shí)施例，提供的是膨脹套筒延伸至基體的一個(gè)外側(cè)。換句話講，膨脹套筒完全涵蓋基體的前部。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于特別大的表面可用于將膨脹套筒焊接至基體。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的膨脹卡盤的特征特別在于膨脹套筒的外部夾緊點(diǎn)(在該夾緊點(diǎn)處膨脹套筒可接合至工具)位于在膨脹卡盤的前端之內(nèi)少于3_、優(yōu)選少于2_并特別優(yōu)選少于1.5_處。這導(dǎo)致夾緊區(qū)段的長(zhǎng)度相對(duì)長(zhǎng)，從而還允許在工具與膨脹卡盤之間傳遞相對(duì)高的扭矩。
[0019]下面使用在附圖中示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。在附圖中:
[0020]-圖1以透視圖示意性示出了用于將工具夾緊的現(xiàn)有技術(shù)中已知的膨脹卡盤；
[0021]-圖2示出了圖1的膨脹卡盤的側(cè)視圖；
[0022]-圖3示出了沿著圖2中的平面II1-1II的截面；
[0023]-圖4示出了沿著圖2中的平面IV-1V的截面；
[0024]-圖5以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0025]-圖6以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0026]-圖7以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0027]-圖8以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0028]-圖9以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0029]-圖10以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0030]-圖11以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0031]-圖12以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0032]-圖13以局部截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的膨脹卡盤的工具側(cè)端部；
[0033]圖1至4示出了膨脹卡盤1，其用于夾緊由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)驅(qū)動(dòng)的工具，具體地講機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)裝置(同樣未示出)處的鉆頭或銑刀。這些圖中示出的膨脹卡盤從現(xiàn)有技術(shù)(例如從W02005/097383)中通常為已知的，并且說(shuō)明僅用于對(duì)膨脹卡盤的操作模式進(jìn)行說(shuō)明。因此不容許從圖1至4中所示的膨脹卡盤的維度、應(yīng)用領(lǐng)域和特殊性質(zhì)得出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的有限結(jié)論。
[0034]膨脹卡盤1基本相對(duì)于形成旋轉(zhuǎn)軸的膨脹卡盤軸2以旋轉(zhuǎn)對(duì)稱方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且在所述膨脹卡盤軸2的方向中看出，具有工具側(cè)端部3(下文中也稱為“前端”)和機(jī)床側(cè)端部4。在工具側(cè)端部3附近，將膨脹卡盤1拉出到長(zhǎng)而且窄的頸區(qū)域5，該區(qū)域5在自由端具有工具的接納座6。
[0035]機(jī)床側(cè)端部4具有例如HSK柄形式的安裝錐7，以用于將膨脹卡盤1連接至驅(qū)動(dòng)主軸。
[0036]此處膨脹卡盤1具有兩部件基體，該基體由機(jī)床端的基體部件8和工具端的基體部件9形成。兩個(gè)部件8、9手動(dòng)焊接在一起并從而以剛性并且壓力密封的方式互連。原則上還可將膨脹卡盤的基體實(shí)現(xiàn)為單一部件或兩個(gè)以上的部件。
[0037]在基體8的接納座6附近為中空?qǐng)A柱體并具有薄壁?；w8的該薄壁段稱為膨脹套筒10。膨脹套筒10與基體8構(gòu)造為一體，但也可由獨(dú)立件形成。在基體9的內(nèi)壁與膨脹套筒10的相對(duì)外壁之間形成環(huán)形間隙11。該環(huán)形間隙11僅提供優(yōu)選0.1mm(對(duì)應(yīng)于膨脹套筒10的壁厚的約十分之一)的極其有限的徑向膨脹部分R，并且由于分辨率的問(wèn)題僅可在放大的圖4中并且具體地講在進(jìn)一步放大的詳細(xì)圖示A中看到。在圖3中，環(huán)形間隙11僅作為加寬黑線略微可見。
[0038]環(huán)形間隙11在軸向方向上沿著膨脹套筒10的主要部分延伸并在接納座6附近形成壓力室12，該壓力室12具有液壓介質(zhì)F，具體地講為油。在機(jī)床端4的方向上延伸到壓力室12外的環(huán)形間隙11段提供了壓力傳導(dǎo)系統(tǒng)13，其將壓力室12流體連接至相對(duì)于壓力室12軸向位移的壓力生成單元14，從而允許壓力從壓力生成單元14轉(zhuǎn)移到壓力室12內(nèi)。
[0039]在未加載狀態(tài)下徑向膨脹部分R在環(huán)形間隙11的整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)保持基本相同，以使得壓力室12不受干擾地并入到壓力傳導(dǎo)系統(tǒng)13內(nèi)。如特別在圖4中可看出，壓力生成單元14包括圓柱形內(nèi)孔15，該圓柱形內(nèi)孔15包含壓力活塞16。壓力活塞16可調(diào)節(jié)地直接導(dǎo)向到圓柱形內(nèi)孔15內(nèi)或如圖4中所示，導(dǎo)向到圓柱形內(nèi)孔15的套筒17中。壓力活塞16必須通過(guò)夾緊螺釘18致動(dòng)。
[0040]壓力活塞16的內(nèi)端具有由彈性材料(具體地講彈性體或橡膠)制成的墊圈19。壓力生成單元14還包括填充孔20，其以這樣的成角度方式從圓柱形內(nèi)孔15的內(nèi)端引出，使得其大致與環(huán)形間隙11相切運(yùn)轉(zhuǎn)。填充孔20從而流體連接至圓柱形內(nèi)孔15和環(huán)形間隙11 (通過(guò)環(huán)形間隙11)。通過(guò)球體密封件以壓力密封方式使填充孔20對(duì)外界封閉。
[0041]在其操作狀態(tài)下，圓柱形內(nèi)孔15、填充孔20和環(huán)形間隙11完全填充滿壓力介質(zhì)F。
[0042]為了將已置于接納座6中的工具夾緊，可通過(guò)螺絲刀在圓柱形內(nèi)孔15中調(diào)節(jié)夾緊螺釘18并從而調(diào)節(jié)壓力活塞16，由此減小具有壓力介質(zhì)F的圓柱形內(nèi)孔15的體積。因此可將通常1000巴的流體靜壓應(yīng)用于壓力介質(zhì)F。通過(guò)環(huán)形間隙11，所述壓力從壓力傳導(dǎo)系統(tǒng)13轉(zhuǎn)移到壓力室12的區(qū)域內(nèi)。此處，流體靜壓導(dǎo)致薄壁膨脹套筒10變形，該膨脹套筒10徑向向內(nèi)導(dǎo)向到膨脹卡盤軸2上，通過(guò)該膨脹卡盤軸2將工具夾緊在接納座6中。由于在外側(cè)上鄰近壓力室12的基體9的壁厚相對(duì)較大，因此壓力的效應(yīng)不會(huì)導(dǎo)致在膨脹卡盤1的外周邊出現(xiàn)任何顯著變形。
[0043]為了從膨脹卡盤1中移除工具，通過(guò)將夾緊螺釘18轉(zhuǎn)幾圈重置壓力活塞16，從而釋放壓力介質(zhì)F。彈性變形的膨脹套筒10從而恢復(fù)其初始形式，并可移除工具。
[0044]下面，在圖5至13中描述了根據(jù)本發(fā)明的膨脹卡盤的各種不同實(shí)施例。在這些描述中，相同附圖標(biāo)記用于從圖1至4