專利名稱：強化夾緊的保持工具的夾盤的制作方法
技術領域：
本發明涉及工具保持裝置或夾盤的改進，它包括多個由夾盤的主體件中軸向縫分開的徑向可壓縮的工具夾緊扇段。
在這個行業中一直尋求工具保持夾盤裝置的改進，以大大提高這類工具的夾緊強度或滑動扭矩，而不增加制造成本或裝置的復雜性。
這個行業也轉向稱為“快速更換”夾盤的夾盤裝置類型，其中一個工具刀頭可通過操縱一個套筒件或其他的驅動裝置徑向插入夾盤和取出，不需扳手或其他工具。根據這些夾盤的特定類型，工具柄插入到夾盤主體扇段限定的孔中。扇段由軸向縫分開。壓縮力加到扇段，徑向向內壓縮或彎曲扇段，夾緊在工具柄上。本申請受讓人的1997年2月28日申請的專利申請系列號08/808,890中披露這類夾盤裝置的例子。在該待審申請中公開的夾盤實施例也將在本申請中討論。
提高夾緊強度或滑動扭矩的重要性在高速機床應用中受到特別關注，如刻紋機(router)，沖擊鉆(dry wall cutter)，板材剪切機等。在上面引述的申請中公開了在這些應用中使用的經改進的夾盤裝置。本發明與這些夾盤的關系是，它不增加制造工序或成本，而顯著提高夾緊強度和滑動扭矩。
因此本發明的主要目的是提供一種改進的夾盤裝置，它顯著地提高夾緊強度和滑動扭矩，不增加制造成本或產品的復雜性。
本發明的其他目的和優點部分地在以下說明中闡明，或可從說明中看出，或通過本發明的實施可了解到。
根據本發明的目的和用途，一個工具保持裝置，如一個夾盤，用于將一個工具刀頭保持在動力工具的驅動軸上。動力工具的確切類型，或工具的預定用途與本發明無特定關聯。工具保持裝置或夾盤包括一個主體件，它具有一個限定在內的軸向伸長的孔，容納工具柄。主體件包括多個限定孔的軸向伸長的扇段。扇段由主體件中的從主體件的前面向后軸向伸的縫限定，扇段可向內徑向壓縮，夾緊插入到孔中的工具柄上。
夾盤包括在裝置驅動時徑向壓縮扇段的裝置，使得扇段夾緊并保持插入到孔的工具柄。徑向壓縮的裝置可包括任何形式的機構或裝置。例如，所述裝置可包括一個軸向移動的套筒件，它移動一個接合件，如球，進出限定在主體件扇段外園的軸向斜面。另外，圓周限定的斜面可被限定在主體件上，驅動件，如球，通過驅動套筒件的旋轉沿圓周斜面可移動。另外，也可用一個杠桿離心驅動裝置向扇段加一個壓縮力。而且，可用一個球螺絲(ball screw)或彈簧機構施加壓縮力。所有這些本領域技術人員所知的壓縮裝置結合都在本發明的范圍和精神內。
由扇段限定的孔的直徑，從主體件的前面上較大的直徑起錐度傾斜到孔后端的較小直徑。本申請人發現，這個錐度孔比不帶錐度孔的相同夾盤顯著地增加夾緊強度和滑動扭矩。帶錐度孔不顯著增加制造過程的成本，但使夾盤的效率顯著提高，這在下面將詳細討論。
主體件的扇段在一個共同點連接到主體件，在一個樞軸點徑向向內彎曲，所述樞軸點在縫的軸向后面，縫連接主體件的位置。這個樞軸點在軸向位于插入孔的工具柄端后。帶錐度的孔的最小直徑也在樞軸點軸向前。對于具有0.500英寸容量的夾盤，申請人確定優選的錐度是在軸向約0.625英寸長的孔上從0.002到0.004英寸。如在下文詳細說明的，申請人認為，帶錐度的孔實際上的作用是，在接近孔的較小直徑的樞軸點軸向前的位置上，放大加到扇段的壓縮力。與一個直的或一致的軸向孔相比，這個放大導致由相同的壓縮力施加的情況下大得多的夾緊強度。
應理解，特別是本文就一個特定類的夾盤的本發明的說明帶錐度孔說明，僅是為了說明的目的。根據本發明的帶錐度孔原理可用在任何夾盤或工具夾緊裝置，其中，壓縮徑向力加到工具夾緊扇段，扇段徑向向內圍繞一個樞軸或彎曲點旋轉或彎曲，樞軸或彎曲點軸向地在施加壓縮力的點后。工具保持夾盤的所有這些變化方案在本發明的范圍和精神內。


圖1是本發明夾盤裝置實施例的縱剖面圖；圖2是圖1所示夾盤裝置放大縱剖面圖；圖3是圖1所示夾盤裝置放大部分剖面圖；圖4是圖1所示夾盤裝置在線裝配圖；圖5是本發明帶錐度孔的工作原理示意圖；圖6是具體說明本發明帶錐度孔原理的示意圖。
現在詳細說明本發明的優選實施例，其中一個或多個例子在圖示出。每個例子是作為本發明的說明提供的，沒有限定的意思。例如，作為一個實施例部分說明和圖示的特點可用在其他實施例，產生另一個實施例。本發明包括所有這些在本發明范圍和精神內的修改和變化。
本發明涉及帶有一個獨特設計的帶錐度孔的工具保持裝置或夾盤，特別是快速更換的夾盤裝置，其中，多個縱向延伸的扇段限定容納工具柄的軸向孔。扇段由軸向伸長的縫限定，并在它們的端部連接到主體件。雖然下面就一個特定的夾盤裝置說明，應理解，說明和圖示僅意味圖示和說明本發明的一實施例，本發明不限于特定的工具，夾盤或工作環境。
而且，將夾盤安裝到機床或動力工具的具體機構對本發明不是極為重要的。例如，如圖1特別所示，通過一個主體225的母螺紋部分，所述裝置可螺紋接合機床的主軸223。另外，也可在主體件225上限定一個公螺紋部分。另外，夾盤裝置也可構成一個插入裝置，它可插入到驅動軸的插座中。在另一個實施例中，夾盤裝置由一個常規定位螺絲或帶螺紋的固定螺絲保持。另外，如本領域技術人員所知，也可用帶錐度的固定件和螺絲總成。應理解，任何常規的安裝機構或裝置可適用于本發明的夾盤裝置。
在圖1-4中示出結合本發明帶錐度孔的原理的夾盤裝置的一個具體類型。在詳細說明本發明帶錐度孔原理前，這個特別夾盤裝置的工作將在下面詳細說明。
本發明的快速變更夾盤裝置210包括一個主體件225，它限定一個中心縱軸線221，和在其中的一個容納園工具柄的孔220。主體件225包括多個軸向延伸的縫244，縫244從主體件的前端或面伸向主體件的后端。縫244限定軸向延伸的扇段243。因此，扇段243徑向可壓縮插到孔220的工具柄。
一個夾緊套筒件250圍繞主體件225同軸設置，相對主體件軸向可移動。夾緊套筒件250在圖1所示的夾緊或鎖定位置到圖3所示的松開位置軸向可移動。
一個凸輪件通道或凹穴230在夾緊套筒250的軸向平面252和主體件225的軸向斜表面231間限定。在所示的實施例中，軸向平表面252由夾緊套筒件250帶的一個金屬插入件253限定。軸向傾斜表面231限定在主體件225中，鄰近軸向平表面233。因此，應理解，凸輪件通道或凹穴230限定一個帶有第一徑向尺寸的第一部分，和帶有減小的第二徑向尺寸的第二部分。在所示的實施例中，包括軸向傾斜表面231的第一部分處的通道230的徑向尺寸比包括徑向平表面233的第二部分的徑向尺寸大。
一個凸輪件，如多個滾動的球236，在通道230內通過夾緊套筒件250的軸向移動可移動。凸輪件236最好是承載在一個罩件240中。申請人發現，十二個滾動球236特別適宜。在圖1所示的夾緊或鎖定位置，凸輪件236位于凸輪通道230的第二部分，此部分具有減小的徑向尺寸。在這位置，凸輪件236徑向壓縮由軸向縫244限定的主體件225的扇段243。主體件225的這部分的徑向壓縮，使得縫244限定的扇段被徑向壓縮并夾緊插入到孔220的工具柄。
當夾緊套筒件250軸向向前移動時，凸輪件236軸向向前移動進入凸輪通道230的第一部分，此部分具有較大徑向尺寸。凸輪件236的此位置在圖3特別示出。在此位置，由軸向縫244限定的主體件225的扇段允許徑向擴大到至少這樣的程度，使得它們松開在孔220中攜帶的工具柄。
凸輪件236在凸輪件通道230內，通過與金屬插件253的軸向平表面252的摩擦滾動接合，和與主體件225的表面233和231摩擦滾動接觸，軸向移動。如圖3所示，即使件236在凹穴231的較大徑向尺寸部分時，摩擦接觸一直在凸輪件236和表面252，231間保持，使得凸輪件236可摩擦回到圖1所示的夾緊位置。
夾盤裝置210還包括一個鎖定套筒件260，手動夾緊套筒件250。鎖定套筒件260相對于夾緊套筒件250同軸延伸，并包括一個用于手握緊的環形的凸緣275。一個彈簧件270，如一個常規波浪彈簧，在夾緊套筒件250和鎖定套筒件260的相對表面271，272間設置。因此，所述兩個套筒件彼此軸向偏離，夾盤裝置210被偏壓在夾緊或鎖定位置中。
夾盤裝置210還包括一個鎖定件，將所述裝置保持在夾緊或鎖定位置。在所示的實施例中，鎖定件包括在鎖定通道255中攜帶的滾動體261，鎖定通道形成在夾緊套筒件250中。一個鎖定槽234限定在主體件225中，如圖1所示，在裝置的夾緊位置，滾動體261在這個鎖定槽中。鎖定套筒件260包括一個金屬插入件263。插入件263包括一個鎖定表面262，在松開位置，鎖定表面262基本徑向與鎖定槽234相對。在如圖1所示夾緊位置，鎖定表面262軸向向后伸到滾動體261外，使得插入件263的軸向平部分接觸滾動體261，在鎖定槽234中保持這些體。這種設置阻止夾緊套筒件250軸向向前移動，直到插入件263的鎖定表面262徑向相對滾動體261為止。
金屬插入件263包括一個臺階280，限定在它的前端部。如將簡要說明的，臺階280與限定在夾緊套筒件250上的臺階281合作，在軸向向前方向移動夾緊套筒件。
為了從圖1夾緊位置到圖3松開位置移動裝置，操作者握住鎖定套筒件260的環形凸緣275，與彈簧機構270的力相反，軸向向前拉鎖定套筒件。見圖2，鎖定套筒件260被軸向向前拉，直到金屬插入件263的鎖定表面262與滾動體261徑向相對。同時，金屬插入件263的臺階280接觸夾緊套筒件250的臺階281，并且鎖定套筒件260的進一步前移，使得滾動體261徑向向外移動進入鎖定表面262限定的空間，這又使得夾緊套筒件250與鎖定套筒件260能一同軸向向前移動。夾緊套筒件250軸向向前的移動，由于在表面252，233和231間的摩擦接合，使得凸輪件236也軸向向前滾動。凸輪件236軸向向前移動進入主體件225的軸向傾斜表面231限定的凸輪件通道230的部分。這個輪廓在圖3中示出。在此位置，軸向縫244限定的主體件225的扇段能夠徑向向外移動到這樣的程度，使得它們松開插入到孔220的工具柄。此時，操作者從夾盤裝置210簡單地取下工具。
為了將一個工具在裝置210中插入并鎖定，反向進行這個操作。夾盤裝置210在圖3所示的結構中，一個工具柄插入到孔220。操作者然后軸向向后推鎖定套筒件260，由于金屬插入件263的臺階283與滾動體261的接合，使夾緊套筒件250也軸向向后移動，直到如圖2所示，滾動體261進入在主體件225上限定的鎖定槽234。滾動體261一進入槽234，鎖定套筒件260然后與夾緊套筒件250無關地軸向向后移動，直到如圖1所示，插入件263的軸向平部分鎖定滾動體261于鎖定槽234中。
當鎖定套筒件260和夾緊套筒件250在上述操作中軸向向后移動時，罩240內的凸輪件236軸向向后被摩擦移動進入凸輪件通道230的第二部分，它有減小的徑向尺寸。在此位置，凸輪件236造成軸向縫244限定的主體件225的扇段的徑向壓力，此壓力使扇段握緊在插入孔220的工具柄。
如上所述，由扇段243限定的容納工具柄的孔220由主體225前面的前端到它軸向后端是帶錐度的。這原理特別在圖5和6說明。圖5和6示出一個快速更換夾盤，它有0.500英寸的容量。圖5示出在工具柄上夾緊的狀態的裝置。在此壓縮狀態，孔直徑全為0.500英寸。圖6示出主體件225帶的扇段243在它們的非壓縮或松開狀態。由圖6可見，孔在主體225的前面具有約0.503英寸的直徑，并錐度縮小到，在大體相應于縫244的端部處的軸向位置上的約0.500英寸。對于0.500英寸容量的夾盤，申請人發現，優選錐度是從孔的前面到孔后端的約0.625英寸軸向長度上大約為0.002-0.004英寸。然而，應理解，任何錐度范圍都在本發明的范圍內，錐度的程度取決于夾盤容量的變化。
雖然不是希望固守著本文所表達的理論，但申請人認為，所述錐度造成夾緊或徑向壓縮力在孔的軸向后面的位置上的放大。例如，見圖6，由球236施加的徑向壓縮的點在斜面部分231的位置A示出。在這點，如圖1和2所示，球236的徑向壓縮力最大。當徑向力施加到扇段243，它們傾向于大致在縫244端部軸向后面的位置點C上樞軸旋轉或彎曲。在基本接近縫244的端的點B，孔220具有基本與被保持的工具柄相同的直徑，因此有一個靠近點B的接觸開始點，或接近接觸開始點。申請人認為，錐度在施加徑向力的點A和樞軸旋轉或彎曲點C間產生一個杠桿或力矩臂，并且，這個力矩臂在點B放大壓縮力遠大于如果孔具有固定的一致直徑時在點B存在的壓縮力。申請人測定了圖5和6所示的帶錐度和不帶錐度孔的0.500英寸容量的夾盤裝置。不帶錐度孔的實施例具有約30-35英寸-磅的夾緊力矩。帶錐度孔同樣容量夾盤具有約65-75英寸-磅的滑動力矩，在夾緊強度上增加接近100％。申請人認為，在夾緊強度上的提高是由于在工具柄后端，大致在點B，夾緊力放大的結果。事實上，申請人認為，當壓縮力施加到大致接近孔的前面或前端時，一個一致的孔實際上可造成較小的整體夾緊強度。這會是扇段的彎曲或樞軸旋轉點軸向在工具柄后的結果，因此，當扇段前端被徑向向內壓縮時，扇段前端徑向向內的移動，實際上可使得扇段后端傾向于離開工具柄。如本文所述，通過限定孔帶有一個錐度，這個潛在的問題消除，夾緊強度顯著提高。
本領域技術人員應理解，本發明帶錐度孔可在任何工具保持裝置或夾盤中應用，其中，產生杠桿作用。例如，在一個夾頭裝置中結合帶錐度的孔，其中夾頭的夾緊扇段通過一個連續件在一端連接，其屬于本發明范圍和精神內。在徑向壓縮力施加到軸向限定的扇段的一端，扇段在一個共同點結合，因此扇段傾向于在共同點樞軸旋轉或彎曲的任何裝置，都可使用本發明。
本領域技術人員應認識到，可作出本發明的種種修改，而不偏離本發明的范圍和精神，特別是本發明的帶錐度孔可用在任何保持或夾盤裝置。本發明擬包括權利要求范圍內的所有變化和等效技術。
權利要求
1.一種工具保持裝置，用于將一個工具刀頭保持到一個驅動工具的主軸，包括一個主體件，它具有一個限定在內的軸向伸長的孔，容納工具柄，所述主體件包括多個限定所述孔的軸向伸長的扇段，所述扇段由主體件的前面向后軸向延伸的主體件中的縫限定，所述扇段可徑向壓縮，夾緊插入到孔中的工具柄上；在所述裝置驅動時，徑向壓縮所述扇段的裝置，使得扇段夾緊并保持插入到孔的工具柄；以及由所述扇段限定的孔，具有一個帶錐度的直徑，它在所述主體件的所述前面較大，軸向向后錐度縮小到較小直徑。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述扇段在連接主體件處的所述縫的軸向向后的點上徑向向內彎曲，所述點限定一個所述扇段的樞軸旋轉點，所述樞軸點軸向在插入所述孔的工具柄軸向端的后面。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述帶錐度的孔的最小直徑是在所述樞軸點軸向前的點上。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，在所述扇段的非壓縮狀態中的所述最小直徑處，所述孔限定一個與插入的工具柄開始接觸的點。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述孔的錐度范圍是在約0.600英寸軸向長度上，大致0.002-0.004英寸。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一個軸向可移動套筒件，它的結構用于驅動所述裝置徑向壓縮所述扇段。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括鎖定所述套筒件的裝置。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括可將所述裝置工作連接到一個動力工具驅動軸的裝置。
9.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述主體件與一個動力工具的驅動軸是一體的。
10.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置是一個夾盤，可安裝到動力工具的驅動軸。
11.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，壓縮所述扇段的所述裝置，在相對于所述縫的軸向后端，與所述主體件的所述前面軸向更靠近的點上，向所述扇段施加一個徑向向內的力。
12.一種夾盤裝置，用于將一個工具刀頭保持到一個動力工具的驅動軸上，包括一個主體件，它具有一個限定在內的軸向伸長的孔，容納工具刀頭柄，所述主體件包括多個限定所述孔的軸向伸長的扇段，所述扇段由主體件的前面向后軸向延伸的主體件中的縫限定，所述扇段在所述縫的一端的軸向向后的點上，可徑向向內彎曲；在所述彎曲點前的徑向位置，驅動所述夾盤徑向壓縮所述扇段的裝置；由所述扇段限定的所述孔，包括一個帶錐度的直徑，所述錐度是從所述主體件的所述前面的較大直徑到所述縫的所述端的較小直徑。
13.根據權利要求12所述的夾盤，其特征在于，所述驅動裝置包括一個可移動的套筒件。
14.根據權利要求13所述的夾盤，其特征在于，所述的套筒件是軸向可移動的。
15.根據權利要求12所述的夾盤，其特征在于，還包括將所述夾盤安裝到動力工具驅動軸的裝置。
全文摘要
一種將一工具刀頭保持到一個驅動工具的主軸的工具保持裝置,包括:一主體件,具有一限定在內的軸向伸長的孔,容納工具柄,主體件包括多個限定所述孔的軸向伸長的扇段,扇段由主體件中軸向延伸的縫限定,所述縫由主體件的前面向后伸,當徑向壓縮力加到所述扇段時,扇段可徑向壓縮,夾緊插入到孔中的工具柄。由所述扇段限定的孔具有一個帶錐度的直徑,它在所述主體件的前面較大,軸向向后錐度縮小到較小直徑。
文檔編號B23B31/20GK1207976SQ9811627
公開日1999年2月17日 申請日期1998年8月11日 優先權日1997年8月11日
發明者肯尼思·M·蒙塔喬伊, 馬克·S·哈金斯, 羅杰·J·卡納安 申請人:動力工具霍德爾斯公司