專利名稱：低振動工具架的制作方法
低振動工具架本發明涉及一種根據權利要求1所述的用于工具、特別是用于管路、車 削、銑削、鉸孔和磨削工具的工具架。這種工具架全部以變形形式出現。例如，已知用于優選具有圓柱形軸的 工具的夾緊卡盤、張緊滾筒或冷縮配合卡盤，還已知不是在中心軸上接收工 具而是例如螺旋到其側面的工具架。由于這種工具架繞其縱軸的旋轉，和/或例如要與工具一起加工的旋轉工 件施加在該工具、從而施加在該工具架上的動作等等，工具架會受激振動， 例如，繞其理想的旋轉軸的進動，或/和在包含旋轉軸的平面上的橫向振動， 這種振動的混合也是可以想象的。這些振動削弱了工件加工中的高精確度， 因而削弱了準確度和再現性。在DE102004019869A1中，本發明由該專利文獻產生，并且其內容完全包 含在說明書中，由于該現有技術的工具架的特性和實施方式包含在本說明書 中，因而為了使這種工具架減振，提出在工具架布置張緊排列(tensioning arrangement),以便經由軸向張緊部分在工具架上運用軸向張力。由張緊排 列引入工具架的軸向張力相對于機械上未張緊的狀態改變了工具架的彈簧 特性，特別是張緊軸向部分的彈簧剛度，因而也改變整個工具架的彈簧特性， 由此，給定適當設置的工具架的彈簧特性，可以選擇性地改變工具架的激發 振動特性及其相關的諧振頻率。雖然可以通過這種措施實現工具架的顯著減振，但是這種實施方式在某 些情況下會具有缺陷。當用于張緊排列的材料具有比工具架的其余部分更低 的熱膨脹時，如果熱膨脹，例如由于工件加工或工具軸的熱夾緊或不夾緊， 則具有下面的風險張力和減振改變，張緊排列相對于工具架的對準中心改 變，或者甚至張緊排列的材料破壞。該結果還可以是與振動和幾何相關的真實運行的問題，而且工具架會降低工件加工的精確度。因此，太發明的目的是提供一種較少或根本不會受到上述問題影響 的低振動工具架，而且工具架特別容易制造。該目的是通過根據權利要求1所述的工具架實現的，其具有從屬權利要 求所述的主題的優選實施方式。本發明的特征在于該工具架提供有張緊排列，張緊排列除了具有在軸向 方向上作用的張力分量，還具有徑向張力，通過徑向張力，張緊排列相對于 工具架基體徑向張緊，其中，由于張緊排列在相對于工具架縱軸的至少一側 上具有一個或多個與工具架的一個或多個匹配表面部分接觸的軸承表面部 分，因而通過軸承表面W分相對于匹配表面部分的滑動，張緊排列例如可以 靈活地響應于熱材料膨脹。這樣，阻止了張緊排列和工具架基體之間的游隙， 由于這種游隙不保證張緊排列相對于工具架基體的對中，因而會降低工具架 的軸向張力，并且導致運行問題。此外，張緊排列相對于工具架的靈活張緊 有效阻止了對實驗裝配或工具架基體的破壞。在優選實施方式中，張緊排列相對于工具架縱軸在相對于工具架基體的 兩側上徑向張緊。這改進了徑向張力相對于其靈活響應的有效性。有利地， 工具架基體基本上由工具鋼組成，而張緊排列由陶瓷、重金屬或硬金屬或復 合材料組成，由于保持張緊排列比工具鋼更具有剛性，因而可以極大地影響 工具架的彈簧特性。通過這種材料選擇，張緊排列具有比工具架基體更低的 熱膨脹系數，如果張緊排列相對于工具架基體徑向向內張緊，也就是說，由 張緊排列徑向引入的張力分量在工具架基體中向外作用，或者，換句話說， 張緊排列心相對于工具架基體至少部分地更靠近工具架縱軸布置，并且工具 架基體的這些外部區域向著工具架縱軸對張緊排列施力，則是有利的。在特別優選的實施方式中，工具架是模塊設計的，以便可以將張緊排列 在沒有破壞的情況下拆卸。這樣，可以在任何時候簡單地替換張緊排列，例 如，當工具改變時，可以考慮改變在工具架的部件上的振動行為。優選通過使卡盤可以從工具架的中間部分和聯節軸拆卸實現工具架的模塊設計，特別 是通過在其中提供螺旋連接。對工具架相對不同工具的更大的可變形和適應 性來說，如果將卡盤頭布置在工具插座或其中，此外，該卡盤頭可以特別地 通過擰松從卡盤拆卸，則是有利的。在優選的實施方式中，張緊排列的軸承表面部分具有錐形環形表面的形 式，并且張緊排列至少部分地與工具架基體軸向嚙合。在替換的實施方式中， 軸承表面部分具有半球環形槽的形狀，匹配表面部分由半球環形突起形成， 或者通過布置在工具架基體中的單獨的球提供。在進一步替換的實施方式 中，匹配表面部分由對中環提供，對其部件來說，相對于工具架基體支撐其 本身。這種對中環能夠非常敏感地實現徑向和軸向張緊。例如，對中環可以 具有圓形截面，該圓形截面相對于半球環形槽形狀的軸承表面部分作用。例如，可以通過對中環提供這種錐形形狀，該對中環具有菱形截面，并 且該張緊排列包括兩個錐形相對的環形軸承區域。這種錐形相對的軸承區域 設計在兩個軸承區域上導向張緊排列，由此進一步增加對中精確度。然而， 對中環也可以例如僅提供一個錐形匹配表面。有利地，在張緊排列和工具架基體之間具有至少一個平座，通過張緊排 列和工具架基體的平的鄰接表面，該平座相對于工具架的縱軸正交地形成。 通過這種設計，可以將最大可能的軸向張力通過張緊排列傳遞到工具架基 體。然而，為了簡化這種設計，還可以經由錐形環形表面提供軸向和徑向張 力分量。特別有利地，特別是在張緊排列相對于工具架基體徑向向外保持的情況 下，至少在張緊排列和工具架基體的兩個相對的表面具有游隙，張緊排列相 對于工具架基體軸向或徑向張緊的表面區域排除在所述游隙之外。利用這種 游隙，可以特別簡單地補償熱感應膨脹，并且沒有材料損壞或破壞的風險。另外，為了正面地影響工具架的振動行為，并且使工具架不易受到振動 的影響，在張緊排列和工具架之間優選布置一個或多個阻尼元件，其阻尼工具架或工具架基體相對于張緊排列的軸向和/或徑向振動，反之亦然。通過下面連同附圖的描述，本發明進一步的優點、特性和特征將變得顯 而易見。這些表示在附
圖1是第一優選實施方式中的工具架的縱向截面，附圖2是分解說明附圖1的工具架的縱向截面，附圖3是第二優選實施方式中的工具架的縱向截面，附圖4是第三優選實施方式中的工具架的縱向截面，附圖5是第四優選實施方式中的工具架的縱向截面，附圖6是第五優選實施方式中的工具架的縱向截面， 附圖7是第六優選實施方式的工具架的縱向截面， 附圖8是第七優選實施方式中的工具架的縱向截面， 附圖9是第八優選實施方式中的工具架的縱向截面， 附圖10是第九優選實施方式中的具有硬質刀具的工具架的縱向截面， 附圖11是第十優選實施方式中的具有硬質刀具的工具架的縱向截面， 附圖12是第十一優選實施方式中的具有硬質刀具的工具架的縱向截面， 附圖13是第十二優選實施方式中的工具架的縱向截面， 附圖14是第十三優選實施方式中的具有硬質刀具的工具架的縱向截面， 附圖15是第十四優選實施方式中的具有硬質刀具的工具架的縱向截面。 附圖1是本發明第一優選實施方式的縱向截面。工具架1包括空心聯軸 節2形式的聯節軸，形成工具架基體的中間部分3和卡盤4，以及張緊排列 5。卡盤4由卡盤頭6組成，其中布置工具插座7，其用于冷縮配合圓柱形工 具軸，并且具有冷卻劑通道8。基本上旋轉對稱的張緊排列5具有兩個端部 9、 10，其中，前端9在卡盤頭6的區域中與卡盤4軸向嚙合，后端10與中 間部分3軸向嚙合。在這兩個嚙合點形成座11、 12、 13、 14，其中張緊排列 5的軸承表面與中間部分3或卡盤頭6的配合表面接觸。首先，形成兩個平 座ll、 13，在中間部分3和卡盤頭6之間的壓力下，其極大程度地提供張緊排列5的軸向張力。這些平座11、 13包括最大可能的區域，以便工具架1 可以具有高穩定性、傾斜穩定性和剛性。在附圖1的例子中，座12由兩個圓錐形環形表面形成，以便產生張緊排列5的徑向張力，張緊排列5相對于 卡盤頭6徑向向內張緊或施壓。在附圖1的例子中，座14相對于工具架的 縱軸A是圓柱形的，更精確地，其是無間隙設計或壓配合的，結果，張緊排 列5也是對中的。張緊排列5的徑向張力相對于卡盤頭6自動對中，這在熱膨脹的情況下 也可以保持。在附圖1當前的情況下，張緊排列5由減振材料，優選硬金屬、 重金屬或陶瓷制成，并且相對于工具架基體即聯節軸2、中間部分3和卡盤 4具有更低的膨脹系數。在卡盤4熱膨脹時，兩個平座ll、 13之間的軸向張 力部分釋放，當然，張緊排列5在座12上滑動，但是因為其徑向張力保持 對中。在工具架l冷卻之后，工具架基體和張緊排列5收縮成其開始尺寸， 錐形座12又促進該表面彼此相向地滑動，同時保持對中。為了補償工具架基體相對于張緊排列5更大的徑向熱膨脹，在工具架基 體和張緊排列5之間提供軸向環形間隙15。在該環形間隙15中另外提供環 形阻尼元件16，其阻尼卡盤4和張緊排列5之間的徑向振動。通過卡盤4向中間部分3接近設置張緊排列5和工具架基體之間的徑向 和軸向張緊強度，如下面連同附圖2所述的。其表示附圖1的工具架的分解 圖。可以看到，工具架l具有模塊結構，更精確地，由包括聯節軸2和中間 部分3的第一部件17、包括具有卡盤頭6的卡盤4的第二部分18、張緊排 列5以及阻尼元件16組成。這些部件可拆卸地連接到工具架1，第一部件 17具有內螺紋19,第二部件18具有匹配的外螺紋20。在將阻尼元件16布 置在第二部件18上的指定環形凹槽21中之后，將張緊元件5同心地推到第 二部件18上，并且將第二部件18螺旋到第一部件17。通過相對于工具架基 體出現的張緊元件5的特定軸向和徑向張力，這種螺旋連接將張緊排列5固 定在中間部分3和卡盤頭6之間，固定的程度取決于第二部件18經由平座11、 13和錐形座12螺旋到第一部件17中的深度。為了保持張力水平，特別是在操作工具架1期間的，提供定位螺釘21，其與第一部件17相應的內螺 紋22嚙合，并且與第二部件18接觸，使其固定，以便防止相對于第一部件 17旋轉。與附圖1和附圖2中表示的工具架對比，座12還可以以軸向圓柱形座的 設計提供，座14可以以錐形座形式提供，或者，為了加強徑向張力，座12 和座14都可以以錐形座形式提供。附圖3表示工具架30中的替換設計，其中原則上，工具架基體對應于工 具架1的工具架基體。由此，此后僅描述其它實施方式顯著地不同于工具架 1的設計細節。在工具架30中，卡盤31不具有用于容納阻尼元件32的凹槽， 張緊排列33具有不平行于卡盤31的壁部35的壁部34，以便在該區域中形 成楔形環形間隙36。通過選擇優選錐形幾何形狀的阻尼元件32，可以選擇 性地將其預張緊，結果可以選擇性地調整其阻尼特性。代替錐形阻尼元件32，環形間隙36還可以完全填充有在過壓下引入的 阻尼液，或阻尼塑料如聚合體。另外，可以提供選擇性地影響阻尼元件32或阻尼液或阻尼塑料的阻尼特 性的裝置。在阻尼元件32的情況下，如圖3所示，這些裝置例如可以由一 個或多個墊片形成，該墊片填充環形間隙部分37，結果，將環形間隙36中 的阻尼元件32壓向卡盤頭38，因而通過壓縮改變其阻尼特性。附圖4表示本發明的另一個實施方式。工具架40基本上對應于工具架1 和30，具有下面的差異。首先，在張緊排列42和張緊排列42的卡盤頭43 之間的前端41沒有平座，而是具有錐形座44，通過該錐形座，同時產生張 緊排列42相對于工具架基體的軸向和徑向張力。本實施方式具有特別簡單 的設計。另一方面，由于在張緊排列42的材料和工具架基體的材料之間僅 具有非常微小的差異，因而環形間隙45更薄，但是相當充足。因此，阻尼 元件46還可以具有更小的尺寸。附圖5表示工具架50，其與附圖4的工具架40具有基本上相同的設計， 在張緊排列51和卡盤頭52之間具有兩個錐形座53、 54，其中第一錐形座 53由錐形環形表面形成，該錐形環形表面相對于形成錐形座54的錐形環形 表面相對地布置。這種雙錐形座53、 54產生張緊排列51相對于工具架縱向 軸B特別精確的對中，所述對中即使在熱膨脹時也非常持久。附圖6和附圖9表示與附圖4和附圖5類似的實施方式，僅張緊排列和 卡盤頭之間的鄰接區域具有不同的設計。在附圖6中，張緊排列61和卡盤頭62具有垂直于工具架縱軸C定向并 且彼此指向的半圓形環形凹槽63、 64，其與對中機構65正鎖定，并且可以 以連續對中環或單獨的球的形式設計。可以設計張緊排列61和卡盤頭62之 間的鄰接表面66、 67，以便產生平座或平的間隙。附圖7中的工具架70的鄰接表面基本上對應于工具架60的鄰接表面， 在工具架70的情況下，工具架60的對中裝置65類似地容納在卡盤頭71中。 特別地，張緊排列72還具有半圓形環形凹槽73，其中卡盤頭71的半圓形環 形頭74形成正鎖定。此外，鄰接表面75、 76可以具有平座或平的游隙的設 計。附圖8中表示的工具架80的鄰接表面在張緊排列81和卡盤頭82之間具 有菱形對中環83，所述對中環與張緊排列81和卡盤頭82相應的錐形環形表 面84、 85、 86、 87形成正鎖定。此外，鄰接表面88、 89可以具有平座或平 的游隙的設計。在張緊排列81和對中環83以及對中環83和卡盤頭82之間 的區域(90， 91)中提供游隙，所述游隙適于補償熱膨脹，并且阻止在張緊 排列81和卡盤頭82的相對錐形環形表面84、 85、 86、 87之間對中環83的 楔入。最后，附圖9中表示的工具架100在張緊排列101和卡盤頭102之間具 有對中環103，所述環相對于張緊排列101和卡盤頭102提供平座104、 105， 另外在所有情況下提供錐形座106、 107。附圖10至附圖15表示不同的發明工具架，在一些情況下具有安裝工具。附圖10中的工具架110保持銑削工具111，該銑削工具通過卡盤頭113 的工具插座112經由螺旋連接114固定，并且具有相對于卡盤頭113的圓柱 形壓配合115。附圖11表示工具架120，其中將銑削工具121的不同設計經由螺旋連接 124固定在卡盤頭123的工具插座122中。在這種情況下，銑削工具121具 有相對于卡盤頭123的錐形壓配合125。附圖12表示工具架130，在其卡盤頭132的工具插座131中接收銑削工 具133，并且通過螺旋接合134固定。與張緊排列136和卡盤頭132之間的 張緊表面135相同，在卡盤頭132和銑削工具133之間還具有張緊界面137， 所述界面具有平座138和錐形座139。為了產生不同的張力，張緊界面137 可以是凹的或凸的錐形座139。附圖13表示工具架140進一步的實施方式，其中在卡盤141和張緊排列 142之間提供相對大的環形間隙143，該環形間隙形成壓力腔，并且必要地， 可以填充可流動或彈性變形的壓力介質。工具架140適于接收所有形狀和類 型的工具，如刀桿頭或刀桿銑刀。附圖14表示類似的工具架150，其與工具架140相同，在卡盤151和張 緊排列152之間具有相對大的環形間隙153。將兩個可互換的切削工具154a、 154b旋轉對稱地直接固定在工具架150的卡盤頭155上。最后，附圖15表示工具架160，具有直接附著于卡盤頭161的旋轉工具 架162，以及布置在旋轉工具架162的旋轉工具163。如上所述，顯然，由于集成在工具架l、 30、 40、 50、 60、 70、 80、 100、 110、 120、 140、 150、 160中的張緊排列5、 33、 42、 51、 61、 71、 81、 101、 136、 142、 152相對于工具架基體連續對中，因而本發明的工具架1、 30、 40、 50、 60、 70、 80、 100、 110、 120、 140、 150、 160不僅比已知的工具架 顯著減少對振動的敏感，而且還保證操作中更好的真實運行，特別是在引起熱材料膨脹的情況下。而且，顯然，這種特別是模塊設計的工具架1、 30、40、 50、 60、 70、 80、 100、 110、 120、 140、 150、 160可以靈活地適用于不 同類型的工具lll、 121、 133、 154a、 154b、 163和工件加工操作。
權利要求
1.用于工具、特別是用于管路、車削、銑削、鉸孔和磨削工具的工具架(1)，具有工具架基體(2、3、4、6)，所述工具架基體包括用于將所述工具架(1)聯接到工具機的軸(2)，卡盤(4)，特別是膨脹或冷縮配合卡盤，具有用于防止旋轉地固定所述工具的插座(7)，以及中間部分(3)，所述中間部分布置在聯節軸(2)和卡盤(4)之間，并且包括張緊排列(5)，至少在所述工具架(1)的操作期間，在所述卡盤(4)的軸向張緊部分，所述張緊排列通過在軸向方向上的張力分量施加張力，其特征在于所述張緊排列(5)在相對于所述工具架縱向軸(A)的至少一側(9)上具有一個或多個軸承表面部分，所述軸承表面部分相對于所述工具架(2、3、4、6)的一個或多個匹配表面部分徑向張緊支撐其本身，其中所述軸承表面部分可以與所述匹配表面部分滑動接觸。
2. 根據權利要求1所述的工具架(1)，其特征在于所述張緊排列(5) 在相對于工具架縱軸(A)的兩側(9、 10)上徑向張緊。
3. 根據權利要求1或2所述的工具架(1)，其特征在于所述張緊排列(5) 相對于所述工具架基體(2、 3、 4、 6)徑向向內張緊。
4. 根據前面任一權利要求所述的工具架(l)，其特征在于所述工具架(l) 具有模塊設計，以便所述張緊排列(5)可以在未破壞的情況下拆卸。
5. 根據權利要求4所述的工具架(1)，其特征在于所述卡盤(4)是可 以從所述中間部分(3)和聯節軸(2)拆卸的，特別是可擰松的。
6. 根據權利要求4或5所述工具架(1)，其特征在于所述卡盤(4)具 有可拆卸的、特別是可擰松的卡盤頭(6)。
7. 根據前面任一權利要求所述的工具架(1)，其特征在于所述軸承表面部分具有錐形環形表面的形狀，所述張緊排列(5)至少部分地軸向嚙合所 述工具架基體(6)。
8. 根據權利要求1至6任一所述的工具架(60、 70)，其特征在于所述 軸承表面部分具有半圓形環形凹槽(63、 73)的形狀，并且所述匹配表面部 分由半圓形環形突起(74)形成，或者通過在所述工具架基體(62)中單獨 布置的球(65)提供。
9. 根據權利要求1至7任一所述的工具架(60、 80、 100)，其特征在于 所述匹配表面部分由對中環(65、 83、 103)提供，所述對中環本身是在所 述工具架基體(62、 82、 102)中接收的。
10. 根據權利要求9所述的工具架(60)，其特征在于所述對中環(65) 具有圓形截面，所述軸承表面部分具有半圓形環形凹槽(63)的形狀。
11. 根據權利要求9所述的工具架(80)，其特征在于所述對中環(83) 具有類似菱形的截面，并且所述張緊排列(81)包括兩個成錐形相對的環形 軸承表面(84、 85)。
12. 根據前面任一權利要求所述的工具架(1)，其特征在于在所述張緊 排列(5)和工具架基體(3、 6)之間具有至少一個平座(11、 13)，所述平 座通過所述張緊排列(5)和工具架基體(3、 6)的平的鄰接表面，相對于 所述工具架的縱軸(A)正交地形成。
13. 根據前面任一權利要求所述的工具架(30)，其特征在于至少在張緊 排列(33)和工具架基體(31)的兩個相對表面(34、 35)之間存在游隙(36)， 除了所述張緊排列相對于所述工具架基體軸向或徑向張緊的區域。
14. 根據前面任一權利要求所述的工具架(1、 30)，其特征在于在張緊 排列(5、 33)和工具架基體(卡盤(4)、 31)之間布置一個或多個用于阻 尼軸向和/或徑向振動的阻尼元件(16、 32)。
15. 根據權利要求14所述的工具架(1、 30)，其特征在于將一個或多個 阻尼元件(16、 32)布置在所述環形間隙(15、 36)中，并且在壓力下優選作為壓力介質、特別是阻尼液或阻尼塑料完全填充該間隙。
16、根據權利要求14或15所述的工具架(1、 30)，其特征在于進一步提供用于設置所述阻尼元件(5、 32)的阻尼特性的裝置、特別是墊片。
全文摘要
本發明涉及一種具有工具架基體(2、3、4、6)和張緊排列(5)的低振動工具架(1)，該張緊排列提供工具架基體(2、3、4、6)的軸向張力，并且相對于工具架基體(2、3、4、6)以徑向靈活的方式同時張緊。由于該夾緊排列(5)相對于工具架基體(2、3、4、6)連續對中，因而該工具架(1)相比于在前已知的工具架不易受振動影響，其即使在操作期間也保證更真實的運行，特別是當出現材料的熱感應膨脹時。而且，這種工具架(1)特別是以模塊設計的，因而可以非常靈活地適用于不同類型的工具和工件加工過程。
文檔編號B23Q11/00GK101267905SQ200680033549
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月11日 優先權日2005年9月13日
發明者弗蘭斯·海默爾 申請人:弗蘭斯海默爾機械工程公司