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CN1178491A - 夹紧力更大的带锁紧件的夹紧机构 - Google Patents

夹紧力更大的带锁紧件的夹紧机构 Download PDF

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Abstract

一种以更大的夹持力将夹具(10)可拆卸地固定在刀架(37)上的夹紧机构(35),它含有:一个壳体(41);一对置于该壳体(41)内的相对的锁球(57a,57b);一个安装在与上述夹具(10)相配合的壳体(41)内的圆柱形筒体(39),在该筒体的侧壁上有一对相对的孔(55a,55b),以便将球形锁紧元件(57a、57b)从锁紧位置导引至松开位置;和一个可在筒体(39)内沿轴线(A)往复移动的锁杆(60),该锁杆(60)具有相对的锁紧部分(64a,64b),用于使球形锁紧元件(57a、57b)径向地移动进入筒体孔(55a、55b)内而与夹具(10)的锁球接纳孔(20)的与其相对的倾斜壁(30)形成楔入接合,为了从机械上改进球形锁紧元件(57a、57b)与夹具(10)的斜壁(30)间的楔入作用,将筒体(39)的孔壁(56)做成与从锁杆轴线(A)径向延伸的直线(R)成一定角度,以减小孔壁(56)与夹具中的壁(30)之间的夹角。这种角度结构增大了球形锁紧元件(57a、57b)与夹具(10)的斜壁(30)之间的楔入和锁紧接合力,在最佳实施例中,孔壁(56)与上述径向线(R)之间的夹角为15°,从而使夹紧机构(35)的夹持力增大30%。

Description

夹紧力更大的带锁紧件的夹紧机构
本发明总的涉及一种用以将夹具可拆卸地固定在刀架上的改进的锁杆夹紧机构，具体地，涉及一种具有更大夹紧力的夹紧机构。
在现有技术中，已有各种用以将夹具可拆卸地固定在刀架上的夹紧机构。这种机构的典型用途之一是用于由夹具夹紧一把反复与一个转动着的金属工件进行切削接合和分离的刀片的机加工作业中。这种夹紧机构可使不同的夹具夹持不同的切削刀具，以便快速地固定到刀架上或从刀架上卸下，所述刀架又与一种控制夹具相对于工件的运动的装置相连接。
工业上最成功的一种夹紧机构含有一个可与夹具的管状端相配合的圆柱形筒体，该筒体带有用于接纳锁紧件而与设在夹具上的孔形成锁紧接合的孔。上述的锁紧件(一般是球状的)可由设置在往复移动的锁杆上的锁紧面径向移动至进入筒体上的孔中。Erickson的美国专利4708040、4747735、4836068和4932295公开过上述夹紧机构的实例，上述专利已转让给位于宾夕法尼亚州Latrobe市的Kennametal公司。
图4示出一种现有技术的夹紧机构。图中所示为一个筒体39的远端62的侧向剖视图，筒体件39的壁上有一个圆柱形的透孔54a。形成孔54a的圆形孔的内径与球形锁紧元件57a的外径十分接近。可往复移动的锁杆60含有一个带有逐渐缩小而形成斜面68的球形凹部66的锁紧部分64a。当球形锁紧元件57a坐落在凹部66中，而锁杆克服弹簧74的偏压力而向着筒体39的远端移动时(见图3)，其止推凸缘70处在图3所示的位置时，球形锁紧元件57a便处在非锁紧位置。这种非锁紧位置允许夹具10的管状刀柄16插入环形槽59内。但是，当弹簧74被松开而将锁杆60拉离上述位置而进入图4所示的位置时，锁紧部分64a的斜面便与锁球57a形成楔入接合，并将锁球57a径向向上推到进入图示的锁紧位置。在该位置上，球形锁紧元件57a与夹具10中的斜壁30形成楔入和锁紧接合。
虽然现有技术的夹紧机构已被证明可以快速、方便且牢固地将夹具固定在刀架上，但是本申请人注意到这种机构的性能尚有需要进一步改进的地方。具体说来，本申请人观察到，如果将这种夹紧机构加以改进，使之在不增大弹簧组件施加在锁杆上的拉回力的情况下增大作用在夹具上的夹紧力，那么，就可以用较小且较短的弹簧组件来达到同样的夹持力。这种较小的弹簧组件有利于缩短刀具的长度，这又可使切削装置更容易、更方便地与夹紧机构相连接而用在加工现场上。此外，还可延长弹簧组件中的弹簧(通常是Bellville垫圈)的寿命。或者是，若采用普通尺寸的弹簧组件，则可增大夹紧机构与夹具之间的夹持力，这又可提高工具的刚性并提高切削加工的精度。
显然，如果能找到一种方法来增加夹紧机构对夹具的夹紧力以便在对锁杆施加给定的拉回力的情况下能够采用小的弹簧组件而减小刀具的总尺寸、或者使用普通尺寸的弹簧组件而提高刀具的刚性和切削精度，那将具有很大的优越性。这种增加夹紧力的解决办法最好是只要求对现有零件的形状进行极小量的改动便可使上述普通类型的夹紧机构容易地转变成一种改进了的夹紧机构且其拆卸和加工量极小。
总的说来，本发明的目的是提供一种能满足上述所有要求的具有提高的夹紧力的、用于将夹具可拆卸地固定到刀架上的夹紧机构。
本发明的夹紧机构含有至少一个锁紧元件(它可以是球形的)；一个与夹具相匹配，并带有一个用于接纳一个球形锁紧元件进入其壁的孔内的筒体；一个可在上述的筒体内沿轴向线往复移动的锁杆，该锁杆带有可将上述锁球移动进入筒体上的孔内而与上述夹具中的一个壁形成楔入和锁紧接合的锁紧部分，其特征在于，上述筒体的孔壁不是圆柱形的，也就是说，该孔壁不与锁杆的纵轴线相垂直，而是与从该轴线径向延伸的直线成一定角度，以便增大锁紧件与夹具之间的锁紧和楔入接合力。
这种带角度的孔壁由于增大了在球形锁紧元件由锁杆的锁紧部分强制沿径向向外移动时锁球与与其相接合的上述的夹具中的壁之间的机械接合力而加大了楔入接合力。在最佳实施例中，上述的孔壁与从锁杆轴线径向延伸的直线间的夹角为5°～20°，最好是7°～15°。由于与球形锁紧元件相接合的夹具中的壁以与上述的径向线间的夹角为50°～60°相接合，故球形锁紧元件以一个较小的角度与上述的夹具中的壁形成楔入接合，从而增大了它与夹具间的机械接合力。
由于本发明可以通过仅仅在筒体上钻出相对于筒体转动轴线倾斜的(而不是垂直的)筒体孔而用于现有技术的夹紧机构中，所以本发明只需以很小的加工工作量便可方便地用于现有夹紧机构中。而且，由于本发明可用于夹紧机构而增大夹紧力达30％，故本发明可采用较小的弹簧组件，而减小刀具的总尺寸并延长其寿命。
下面结合附图详细说明本发明，附图中：
图1是由本发明夹紧机构固定的一种夹具的透视图；
图2是图1所示夹具沿2-2线的侧剖视图；
图3是本发明的用于将图1和2所示夹具可拆卸地固定到刀架上的夹紧机构的侧向剖视图；
图4是现有技术的将夹具固定到刀架上的夹紧机构的侧向放大剖视图；和
图5是本发明的将夹具固定到刀架上的夹紧机构的侧向放大剖视图，具体说明筒体孔带有角度如何增大球形锁紧元件与夹具斜壁之间的楔入和夹紧力。
下面参见图1和2，用于与本发明的夹紧机构相连接的夹具10具有一个用来夹持切削刀具的前端部12和一个用来与刀架相连接的管状后刀柄16。前端部12含有一个凹部或者说空穴14，其结构是通用的，用以接纳一个可转换角度的切削刀片、锁架和垫片(未示出)。在前端部12与管状刀柄16之间的连接部位处是一个环形的接合面17，该接合面在上述的夹具由夹紧机构固定到上述的刀架上时与刀架的环形面相接合。接合面17是一个平面，其方位与管状刀柄16的旋转线轴相垂直。
如图2所示，管状刀柄16最好由一块钢坯与夹具10的前端部12做成整体，并具有截头圆锥形。刀柄16带有两个相对的开口18a、18b，用于接纳夹紧机构的球形锁紧元件，这一点下面还要说明。开口18a、18b的周边壁20不完全是圆柱形的，而是含有带有角度的部分30(如图2所示)，以利于刀柄16与夹紧机构的球形锁紧元件之间的锁紧接合。管状刀柄16的内表面22基本上是圆柱形的，以便与锁紧机构的筒体的外表面形成紧密的配合(下面还要简单说明)。刀柄的外表面24是截头圆锥形的。以利于对中和使夹具10与刀架间形成牢固的连接。在垂直于相对的开口18a、18b的地方设有两个对准的槽26和28。该槽26、28与夹紧机构的筒体39上的凸键(未示出)相配合以保证开口18a、18b对准夹紧机构的球形锁紧元件。
下面参见图3。如图所示，本发明的夹紧机构35置于刀架壳体37之内。上述的夹紧机构35含有一个安装在由连接件43形成的壳体41之内的圆柱形筒体39。连接件43的远端是一个环形的接合面44；当夹具10与连接件43相连接时，接合面44便与上述的夹具10的接合面17相接合。刀架壳体37还含有一个位于连接件43后面的支板45。筒体39通过用螺栓49固定到连接件43上的环形凸缘47而固紧在壳体41上。连接件43又由螺栓51固定在支板45上。因此，在夹紧机构35工作时，筒体39相对于锁杆60保持静止不动，这一点下面还要简单说明。
筒体39的远端53含有一对可将球形锁紧元件57a、57b接纳到图中虚线所示的位置上的相对的孔55a、55b。重要的是应该看到，孔55a、55b不是其壁56与轴线A成直角的圆柱形孔，它们是其壁56与从轴线A(锁杆60的移动轴线)径向延伸的直线成一定角度的孔。正如下面将要详述的，孔壁的这种角度增加了球形锁紧元件57a、57b作用在夹具10中的带角度的壁30上的锁紧力和楔入力。正如图中代表球形锁紧元件57a、57b的虚线所示，壁56的这一角度在锁紧作业时，可使球形锁紧元件沿径向稍为移向轴线A。
除了筒体39和球形锁紧元件57a、57b之外，本发明的夹紧机构35还含有沿轴线A从图3所示的松开位置往复移动到图中所示的虚线位置的锁杆60。该锁杆60带有一个同心地置于筒体39之内并且可相对于筒体39的远端53而滑动的远端62。该远端62含有两个用来大致沿径向将球形锁紧元件57a、57b移动到与夹具10形成锁紧接合的相对的锁紧部分64a、64b。为此，锁紧部分64a、64b分别含有一个形状与球形锁紧元件57a、57b部分地互补的凹部66和一个从该凹部66的一侧向锁杆60的远端62延伸的斜面68。锁杆60的近端含有一个可在筒体39的近端72.5内往复滑动的圆柱形轴72。锁杆60的该轴72的端部与一个弹簧座圈73相连接，该弹簧座圈73的形状可以是如图所示的环形凸缘。在支板45与座圈73之间的筒体近端72.5的外表面上同心地并且可滑动地绕有弹簧74，该弹簧74可以是Bellville垫圈式的。这些垫圈74通常处于压缩状态，以便对锁杆60施加一个纵向拉力，使锁杆60偏移到图中虚线所示的拉回位置，从而起到将球形锁紧元件57a、57b拉入图中虚线所示的锁紧位置的作用。
下面参见图4和5说明本发明的夹紧机构的工作。图4示出上面已经提到的现有技术的夹紧机构，其中，筒体39中的孔55a、55b的壁55.5是圆柱形的，它平行于从轴线A径向延伸的直线R。在这种夹紧机构中，当锁杆60被压缩状态的Bellville垫圈74拉回时，球形锁紧元件57a、57b在锁紧部分64a、64b的斜面68的作用下会沿径向移动。经过移动后的球形锁紧元件57a、57b与构成夹具10的孔18a、18b的一部分的斜壁30形成锁紧接合。在这种锁紧机构中，夹具10中的壁30与径向线R间的夹角B约为30°～40°，最好为35°。由于孔55a、55b的壁55.5与径向线R相平行，故球形锁形元件57a、57b的近端部分以B角(图中示出35°角)与斜壁30形成楔入的和锁紧的接合。
与此相反，在图5所示的本发明的夹紧机构中，筒体39的孔55a、55b的壁56相对于从轴线A径向引出的直线R倾斜一个角度C。在最佳实施例中，角度C为5°～20°，最好是10°～15°。因此，当锁杆60的锁紧部分64a、64b分别沿径向将球形锁紧元件57a、57b向外推向夹具10时，孔55a、55b的斜壁56便不是以约为35°的角B而是以介于15°～25°之间(最好是20°)的一个较小的角度D将球形锁紧元件导入夹具10中的斜壁30。球形锁紧元件57a、57b近端与夹具10中的斜壁30之间较小的接合角度(也就是20°，而现有技术是35°)对于球形锁紧元件57a、57b的球形表面与夹具10中的斜壁30之间的楔入作用具有较大的机械优点。这种较大的机械优点使得在使用相同数量和类型的Bellville垫圈74时可获得比图4所示的现有技术的夹紧机构大约高30％的夹紧力，或者可使图5所示的夹紧机构35采用由数量较少的Bellville垫圈74或由较小的垫圈74组成的弹簧组件而产生与图4所示夹紧机构一样的夹紧力，因此可缩短机构35的长度。图5所示的夹紧机构35由于减小了垫圈74为产生所需的夹紧力而必须对锁杆60施加的应力和疲劳，故还可延长弹簧组件中的Bellville垫圈74的寿命。
虽然上面结合具体的实施例说明了本发明，但是熟悉本技术的人员，显然可对本发明进行各种修正、改型与变动，所有这些修正、改型与变动都应认为是包含在仅由所附权利要求书所限定的本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种用于将夹具可拆卸地固定到刀架上的夹紧机构，所述的夹具具有一个与锁紧件相接合的壁，上述的夹紧机构含有：
一个壳体；
一个可在上述壳体内移动的锁紧件；
一个安装在与上述夹具相配合的上述壳体内的筒体，该筒体带有一个用于接纳和导引上述的可移动的锁紧件进入上述筒体壁的孔；
一个可在上述的筒体内沿轴线(A)往复移动的锁杆，该锁杆带有一个锁紧部分，用于移动上述的锁紧件使其进入上述筒体上的孔内而与上述夹具中的一个壁形成楔入与锁紧接合；
其中，上述筒体的孔壁与从上述轴线(A)径向延伸的直线(R)成一定角度而使上述的孔壁可以以一个较小的角度，也就是比上述的孔壁平行于上述的直线(R)时更为平行于上述的夹具中的壁的角度将上述的锁紧件导入上述的夹具壁中，以便通过改进上述锁紧件与上述夹具中的壁的机械接合而增大上述锁紧件与上述夹具之间的锁紧和楔入接合力。
2.一种用于将夹具可拆卸地固定到刀架上的夹紧机构，所述的夹具具有一个与锁紧件形成楔入接合的壁，上述的夹紧机构含有：
一个壳体：
至少一个可在上述的壳体内移动的锁紧件；
一个具有与上述夹具相配合的外表面的筒体，该筒体带有用以接纳和导引上述的可移动的锁紧件进入上述筒体壁的孔；
一个可在上述的筒体内沿轴线(A)往复移动的锁杆，该锁杆带有锁紧部分，以便沿径向将上述的锁紧件移动至进入上述筒体的孔内而与上述夹具中的壁形成具有机械优点的楔入和锁紧接合。
其中，上述筒体的孔壁与从上述轴线(A)径向延伸的直线(R)成一定角度而使上述的孔壁可以以一个较小的角度，也就是比上述孔壁平行于上述直线(R)时更为平行于上述夹具中的壁的角度将上述的锁紧件导入上述的夹具壁中，以便通过改进上述锁紧件与上述夹具中的壁的机械接合而增大上述锁紧件与上述夹具之间的锁紧和楔入接合力。
3.根据权利要求2的夹紧机构，其特征在于，上述的锁紧件是一种锁球，上述的孔壁与从上述的轴线(A)径向延伸的直线(R)之间的夹角大于5°但小于20°。
4.根据权利要求3的夹紧机构，其特征在于，上述夹具中的壁与从上述的轴线(A)径向延伸的直线(R)之间的夹角约为50°～60°。
5.根据权利要求2的夹紧机构，其特征在于，上述的孔壁只是邻近于上述的夹具中的壁的一侧是倾斜的。
6.根据权利要求2的夹紧机构，其特征在于，它含有一对上述的锁紧件，而且，上述的筒体含有一对相对的孔，上述的锁杆含有一对相对的锁紧部分，上述的夹具含有一对与上述的锁紧件相接合的相对的壁。
7.根据权利要求2的夹紧机构，其特征在于，上述的孔壁与从上述轴线(A)径向延伸的上述直线(R)成约10°的角，上述的夹具中的壁与上述的直线(R)约成55°的角。
8.一种用于将夹具可拆卸地固定到刀架上的夹紧机构，所述的夹具具有与球形锁紧元件形成楔入接合的壁，上述的夹紧机构含有：
一个壳体；
至少一个可在上述的壳体内移动的锁球；
一个安装在上述的壳体内且具有一个与上述夹具相配合的外表面的筒体，该筒体带有用于接纳和导引上述的可移动的锁球进入上述筒体的壁中的孔。
一个可在上述的筒体内沿轴线(A)往复移动的锁杆，该锁杆带有锁紧部分，用于将上述的锁球沿径向移动至进入上述的孔中而与上述夹具的与从上述轴线(A)径向延伸的直线(R)成一定角度的壁形成机械有利的楔入接合，从而将上述的夹具锁紧到上述的筒体上；
其中，上述筒体的孔壁也与上述的直线(R)成一定角度而使上述的孔壁可以以一个较小的角度，也就是比上述的孔壁平行于上述直线(R)时更为平行于上述的夹具中的壁的角度，将上述的球形锁紧元件导引入上述的夹具壁中，以便通过改进上述球形锁紧元件与上述的夹具中的壁的机械配合而增大上述球形锁紧元件与上述夹具中的壁之间的楔入和锁紧接合力。
9.根据权利要求8的夹紧机构，其特征在于，上述孔壁与上述径向线(R)之间的夹角为约7°～15°。
10.根据权利要求9的夹紧机构，其特征在于，上述的夹具中的壁与从上述轴线(A)径向延伸的上述直线(R)之间的夹角为约50°～60°。
11.根据权利要求8的夹紧机构，其特征在于，上述的孔壁与上述的从轴线(A)径向延伸的直线(R)之间的夹角约为10°，而上述的夹具中的壁与上述的直线(R)之间的夹角约为55°。
12.一种用于将夹具可拆卸地固定到刀架上的改进的夹紧机构，其中，该机构的结构是：它带有一个壳体；一个安装在与一夹具相配合的上述壳体内的筒体，该筒体至少含有一个用于接纳锁紧件的孔；和一个可沿轴线(A)往复移动的锁杆，该锁杆带有一个锁紧部分，用于将锁紧件沿径向移动到进入上述的筒体孔中而与上述夹具的与从上述的轴线(A)径向延伸的直线(R)成一定角度的壁形成机械上有利的楔入与锁紧接合，上述筒体孔的孔壁与上述的径向线(R)相平行，其特征还在于下列的改进：
上述筒体的孔壁与上述的径向线(R)成一定角度而使上述的孔壁可以以一个比上述孔壁平行于上述直线(R)时更小的角度将上述的锁紧件导引至上述的夹具壁中，以便通过改进上述锁紧件与上述夹具中的壁间的机械接合而增大上述锁紧件与上述夹具之间的锁紧和楔入接合力。
13.根据权利要求12的夹紧机构，其特征在于，上述的锁紧件是一种球形锁紧件，上述的孔壁与从上述的轴线(A)径向延伸的直线(R)间的夹角约为7°～15°。
14.根据权利要求12的夹紧机构，其特征在于，上述的夹具中的壁与从上述的轴线(A)径向延伸的上述直线(R)之间的夹角约为50 °～60°。
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