具有卡头容纳处的刀架和用于使用在刀架中的刀具部件

技术领域

利用卡头可以非常精确和紧凑地夹紧旋转的刀具。但因为不是所有刀具都可以夹紧在卡头内，所以需要提供一种刀架，其中可以容纳固定的或者被驱动的刀具的刀具部件以及卡头。

背景技术

DE 102 19 600 C5公开了一种具有卡头容纳处的刀架，其中替换卡头还可以插入刀具部件。在此，刀具部件具有法兰盘。刀具部件通过该法兰盘固定旋拧在刀架上。刀具部件由与卡头相同的圆锥孔定中心。

从实践中已知的是，卡头容纳处由于更换卡头而被磨损。如果刀具部件例如像DE 102 19 600 C5所公开的那样直接容纳在卡头容纳处内，则增加卡头容纳处的磨损。卡头容纳处内由此产生的几何形状误差导致明显增加装入卡头容纳处内的刀具部件的位置误差和径向振摆误差。这一点对容纳在刀具部件内的切削刀具造成迅速磨损的后果。在利用切削刀具加工时，工件的几何形状和表面上也出现误差，并由于出现的振动还会损坏机床和刀架的周围部件。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有卡头容纳处的刀架，该刀架除了卡头外还可以容纳其他刀具部件，其中，从卡头容纳处到刀具部件的转换和相反的转换应当尽可能迅速进行。此外，无论是卡头还是根据本发明的刀具部件，在径向振摆和轴向振摆方面均应最佳容纳在根据本发明的刀架内。此外，切削加工期间的最高扭矩应当可以由刀架传递到卡头或刀具部件上。

该目的根据本发明通过一种由根据权利要求1所述的刀架和根据权利要求16所述的刀具部件组成的系统得以实现。

根据本发明的系统基于一种具有卡头容纳处的刀架，其中，卡头容纳处具有圆锥孔和与圆锥孔同轴设置的、与紧固螺母共同作用的螺纹。根据本发明现在设计的是，轴向上在圆锥孔的第一端部与螺纹之间构建用于刀具部件定中心的装置。通过独立于圆锥孔进行刀具部件的定中心，该圆锥孔仅用于夹紧卡头，使得卡头容纳处内的磨损对刀具部件没有影响。

根据本发明的单独的、用于刀具部件定中心的装置可以根据容纳在刀具部件内的刀具的要求进行设计。夹紧在卡头内与夹紧在刀具部件内的刀具之间，在转速、加工力和加工时所需的传动扭矩方面存在明显差别。这些差别可以在根据本发明的刀架上得到考虑，使得所有部件的精密度、使用寿命和可靠性并因此所加工的工件的质量得到明显提高。

不应使用卡头容纳处的圆锥孔用于径向和轴向容纳刀具部件，由此使卡头容纳处内的磨损对刀具部件的位置精度和径向振摆精度没有影响。通过卡头容纳处与刀具部件的容纳处根据本发明设计的分离，卡头容纳处内的磨损不再影响刀具部件并不会再出现上述的后果误差。

用于刀具部件定中心的装置优选可以构建为短圆锥、圆柱体和/或多边形。

根据所选择的短圆锥的圆锥角，短圆锥除了刀具部件的定中心之外还可以改善刀具部件的轴向振摆。原则上适用的是：圆锥角越大，则刀具部件的轴向振摆受用于刀具部件定中心的装置的影响越大并且改善也越大。通过选择圆锥角，设计人员能够以特别的方式考虑任何应用情况的边界条件。

通过根据本发明设计了将卡头和刀具部件借助不同的功能面容纳在刀架内，可以最佳地考虑在借助卡头以及借助根据本发明的刀具部件夹紧刀具时的要求。

在刀架的另一有利的扩展方案中，短圆锥具有60°到140°之间，优选90°到120°之间的圆锥角。这种角度范围证明适用于实现装入刀架内的刀具部件的非常好的定中心，而同时也实现刀架的非常精确的轴向振摆。通过选择圆锥角，可以调整用于定中心和用于实现良好轴向振摆的轴向夹紧力的分布。在实际试验中，90°到120°之间的圆锥角证明是合适的。但在个别情况下，更小和更大的圆锥角也可以达到目的。

此外，根据本发明也可能的是，用于定中心的装置构建为多边形连接装置。由此，除了定中心之外还可以传递大的扭矩，这样特别是在加工时出现高切削力的情况下是有利的。如果成型件实施为锥形多边形，那么除了刀架的径向和轴向容纳外，还实现了旋转方向上无间隙的形状配合。

可以是特别有利的是，与标准的多边形连接相对，所述多边形不是构建为其尺寸在刀架的旋转轴方向上不变的棱柱形多边形连接，而是构建为在刀架的纵剖面上截锥形的多边形连接。于是，根据本发明的用于刀具部件定中心的装置可以实现三种功能，即刀具部件定中心、保证刀具部件良好的轴向振摆以及在刀架与刀具部件之间传递扭矩。由此得到非常紧凑的结构方式。这三种功能的权重也可以在构造时通过多边形的构型以及尺寸设计和圆锥角的选择，根据单个情况的要求进行调整。

作为补充，在螺纹与圆锥孔的第一端部之间还可以设计平面接触(Plananlage)。在圆锥角选择得非常小、例如小于30°时，或者当用于刀具部件定中心的装置为圆柱体时，这是优选的情况，因为刀具部件的轴向振摆在没有附加平面接触的情况下并不充分。

在一种扩展的实施形式中，圆锥孔的第二端部在轴向上由圆柱体段形成边界。该圆柱体段与用于刀具部件定中心的装置结合使得改善刀具部件的径向振摆和轴向振摆。特别是在用于刀具部件定中心的装置构建为圆柱体或者小圆锥角的短圆锥的情况下，根据本发明的圆柱体段是有利的。

无论是卡头还是根据本发明的刀具部件的夹紧，均有利地通过刀架的相同螺纹进行，使得产生便于操作性并也使刀架的结构空间需求最小化。如果使用两种不同的夹紧装置以夹紧卡头和刀具部件，那么这当然导致加大刀架的结构空间需求并使可操作性变差。共同使用刀架上的螺纹来夹紧卡头以及刀具部件的另一个优点在于，操作简单并且几乎避免了误操作。

根据加工技术和几何边界条件以及由此选择的圆锥角，可以为短圆锥以及为锥形多边形分配平面形式的第二成型件。标准ISO 12164(空心杆圆锥)和ISO 26623(多边形空心杆圆锥)公开了这些组合及其优点。

在圆锥角小于90°的情况下，通常使用附加的平面。在圆锥角大于90°的情况下，通常可以省去附加的平面，因为从圆锥形状的投影平面产生足够的轴向支承和弯矩刚度。

如果成型件实施为纯圆柱体，则第一成型件仅起到径向容纳的作用。第二成型件必须为第一成型件提供朝向侧面的平面，以便也确保刀具部件轴向容纳在在刀架内。

如果需要通过第一成型件进行径向容纳以及扭矩同步，那么取代圆柱体也可以使用多边形。如同在圆柱体的情况中那样，如果多边形棱柱形地构建，也需要与平面配合。

刀架的螺纹可以构建为内螺纹或者外螺纹。关联的紧固螺母相应具有外螺纹或者内螺纹地构建。在此，在许多应用情况下可以使用市场上常见的紧固螺母。

然而，如果如在本发明的另一有利的扩展方案中所设计的那样，螺纹构建为内螺纹，并在短圆锥与内螺纹之间设置根据本发明的用于定中心的装置和/或平面接触，则内螺纹具有比常用刀架上更大的直径用于紧固螺母。这在总体方案中产生以下优点。首先，通过更大的径向结构空间可以扩大短圆锥或锥形多边形的平面或投影平面。这样在刀具部件的情况下在弯矩吸收方面产生明显更加稳定的支承。

其次，紧固螺母在稳定性和承载能力方面可以得到优化。因此可以从紧固螺母向卡头施加更大的夹紧力，这在使用卡头时导致根据本发明的刀架的更高的生产能力。在根据本发明的刀架与根据本发明的刀具部件相组合时，相同内容当然也适用。在这里提高夹紧力也是有利的，以提高由刀架和刀具部件结合以固定在刀具部件上的高效刀具组成的系统的生产能力。

直径上与传统的内螺纹相比增大的内螺纹的优点还在于，操作紧固螺母的扳手的作用面扩大，并因此简化通过工具施加的夹紧力并且更加安全。这种工具的作用面经常设置在紧固螺母的端面上，使得为紧固螺母的更宽的圆环形端面提供更多的结构空间，以便可以在扳手与卡头之间实现高效和安全传递扭矩。

在本发明的另一有利的扩展方案中设计的是，圆锥孔的长度确定尺寸为使得其允许使用金属密封的卡头。这种金属密封的卡头在市场上可以得到，并且其特征在于，与传统卡头相比，卡头内相互作用的缝隙深度略有减少。由此，在缝隙的端部与卡头的端面之间保留足够宽的接片，其可以实现圆锥孔通过卡头的可靠密封。由此可能的是，在内部冷却剂输送方面无需其他密封件的情况下，将冷却剂直接通过刀架和卡头输送到夹紧在卡头内的刀具内。同时确保冷却剂不会无控制地喷射到刀架的周围或夹紧在刀架内的刀具的周围。

在本发明的另一有利的扩展方案中，在圆锥孔的第二端部上构建圆柱体段和/或同步段(Mitnehmerabschnitt)。

将圆柱体段直接设置在圆锥孔的第二端部上并且将同步段连接到其上或者相反，这对于总功能来说没有重要意义。这些段的顺序主要取决于同步段的几何构型以及可供使用的制造技术。同步段并且然后是圆柱体段的顺序由于略微增大的支承作用而无疑是有利的，但与相反实施的区别非常小。

通过圆柱体段保证在径向振摆和轴向振摆方面进一步改善根据本发明的刀具部件的容纳。圆柱体段因此用于容纳根据本发明的刀具部件的轴颈。由此刀具部件的“后”端径向固定在圆柱体段内，这对刀具部件与刀架连接的弯曲刚度并作为结果对装入刀架内的根据本发明的刀具部件的径向振摆和轴向振摆均产生积极作用。

除了刀具部件与短圆锥或者根据本发明的刀架的圆柱体之间的摩擦配合之外，通过同步段也可以进行形状配合的扭矩传递，使得在最高的切削效率情况下也可靠防止刀具部件在根据本发明的刀架内“滑脱”。

在根据本发明的同步段的第一实施形式中，该同步段具有至少两个、但优选三个或者更多个轴向槽。这些轴向槽在一定程度上是花键轴连接的第一部分，而花键轴连接的其他部分则通过刀具部件上相应的凸起部形成。在这种实施方式中，接触面平行于刀具部件的插入方向实施。

在本发明的另一有利的扩展方案中，接触面构建为使得其不再平行于刀具部件的插入方向走向，而是通过一种花键作用实现咬入效果。与刀具部件上的凸起部的相应设置的接触面结合，根据扭矩实现了改善刀具部件的轴向夹紧。这使刀架与刀具部件之间可能出现的振动得到有效衰减或者甚至完全被抑制。

由此再次提高夹紧在由刀架和刀具部件组成的根据本发明的系统内的刀具的工作能力。同时改善所加工的工件的表面质量并且减少刀具磨损。

可替选地也可能的是，同步段构建为多边形型材。于是，刀具部件与刀架之间的用于传递扭矩的传统多边形连接能够以这种本身已知连接的所有优点实现。通过多边形上的接触面的有针对性的构型，在这里也可以实现已经描述的强化轴向夹紧。接触面的具体构型在此可以楔形实施或者也可以实施为螺纹。两种具体构型最终取得的结果是，刀具部件通过出现的扭矩被拉入刀架内。

开头所提及的目的在一种用于容纳到根据前述权利要求之一所述的刀架内的刀具部件情况下通过如下方式得以实现：刀具部件具有与在刀架上构建的用于刀具部件对中心的装置共同作用的对应面。

这种对应面可以构建为轴颈或者具有圆形截面或者多边形形状的截面的外圆锥。

需要时，也可以设计与刀架的平面接触共同作用的平面。

通过根据本发明的这种刀具部件，既实现刀具部件在刀架内定中心，也实现刀具部件良好的轴向振摆。同时保证在刀架与刀具部件之间与圆锥孔无关地传递切削加工所需的扭矩。因此，所提及的功能件、即轴颈和/或必要时的同步装置可以根据要求最优地构建和设计，使得在将根据本发明的刀具部件装入刀架内时也可以实现高切削效率，同时具有所加工的工件上的良好表面。

为确保刀具部件仅通过用于刀具部件定中心的装置、平面接触、轴颈和/或同步装置与根据本发明的刀架连接并固定在那里或定向，设计了将刀具部件在外圆锥与轴颈和/或同步装置之间的区域构建为使得刀具部件在装入状态下不接触刀架的圆锥孔。这例如可以通过如下方式进行：刀具部件在该区域内虽然也具有圆锥轮廓，但在装入状态下圆锥孔与刀具部件之间存在至少1/10mm的间隙。该间隙可以简单地通过施加研磨料(Touchierfarbe)证明。当然也可能的是，在装入状态下在圆锥孔与刀具部件之间也实现明显更大的间距。例如刀具部件在根据本发明的轴颈与根据本发明的外圆锥之间的区域内可以圆柱体式地构建。在这种情况下，刀具部件可以明显更轻，这在最高转速和最高切削效率情况下会是有利的。

在刀具容纳处为便于切削加工的情况下，也可以取消圆柱体段的附加支承作用。

为可以将根据本发明的刀具部件固定在根据本发明的刀架内，设计了用于固定刀具部件的装置，其中，该装置优选构建为具有外螺纹或者内螺纹的紧固螺母，并且其中紧固螺母可转动地支承在刀具上。在此需要注意的是，紧固螺母在刀具部件上的支承可以传递将刀具部件固定在刀架内所需的轴向力。这种支承例如可以通过如下方式实现：紧固螺母具有中心内孔，其与刀具部件相应确定尺寸的圆柱体段一同使紧固螺母支承在刀具部件上。

紧固螺母与刀具部件之间的轴向力然后可以借助例如构建为丝线环或者矩形截面环(Seeger环等等)的环传递。

为此目的，优选的是刀具部件的圆柱体支承面上切入部分容纳环的槽。在紧固螺母的内孔中留出相应段，该段容纳环的径向向外从刀具部件凸出的部分。由此拧紧紧固螺母时产生的轴向力可以传递到刀具部件上，并且因此刀具部件通过其对应面容纳在刀架内的用于刀具部件定中心的装置内并定位，使得根据本发明的刀具部件具有非常好的径向振摆和轴向振摆。

此外在刀具部件与刀架之间还可以产生摩擦配合和/或形状配合的扭矩传递。由于结构造成对应面的比较大的直径，还可以可靠传递大的扭矩，而刀具部件在刀架内不会滑脱。

在根据本发明的刀具部件的扩展方案中，同步装置具有至少两个凸起部，凸起部与根据权利要求11至15之一所述的刀架的同步段形成形状配合和抗扭连接。

在本发明的另一有利的扩展方案中，同步装置的凸起部具有接触面，其与刀具部件纵轴线成大于5°的角度走向。由此可能的是，在刀架与刀具部件之间形状配合地传递扭矩的同时，轴向力分量还可以作用于同步装置的凸起部，使得刀具部件特别是在要传递的大扭矩的情况下，除了紧固螺母的夹紧力之外同时还由同步装置方面拉入用于定中心的装置内。倾斜走向的接触面也使同步装置之间与同步装置或同步段区域内可能存在的相对运动得到衰减。由此，进一步提高最大切削效率，并且所加工的工件表面质量得到进一步改善。

可替选地也可能的是，同步装置具有多边形截面，并且同步装置与根据权利要求14所述的刀架的同步段形成形状配合和抗扭的多边形连接。由此，从其他各种应用中已知的用于扭矩传递的多边形连接的优点也可以在由刀架和刀具部件组成的根据本发明的系统中产生。多边形的接触面在匹配构型的情况下也可以产生附加的纵向力。这种构型在此可以利用楔形作用或者螺旋作用用于产生纵向力。

为了也可以使用具有内部冷却剂输送的刀具，刀具部件在另一有利的扩展方案中被空心钻孔。这种孔主要用于从刀架向刀具输送冷却剂。

附图说明

本发明的其他优点和有利的扩展方案可以参阅后面的附图、其说明和权利要求。附图、其说明和权利要求中所公开的所有特征无论是单独还是相互任意组合对本发明均是重要的。其中：

图1-12示出根据本发明的刀具部件和刀架的实施例的不同视图和图示。