CN101155655A - 工具结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工具结构，包括：具有椭圆形端部(3)的第一部件(1)，所述端部具有最大高度h方向上的对称轴(15)和最大宽度b方向上的对称轴(16)；具有凹部(4)的第二部件(2)，所述凹部用来通过相互接触表面(5，6)容纳端部(3)；以及至少一个夹持装置(8，9)，其用来将部件(1，2)相互夹紧。相互接触表面(5，6)总是被限制在四个分开间隔的表面部分上，所述表面部分大致在工具纵轴线A方向上延伸。这些表面部分相对于端部(3)的周边对称排列，各个表面部分的起点和终点的连接直线的中点M距对称轴(15)的垂直距离为b1，距对称轴(16)的垂直距离为h1，并且h1大于b1。

Description

工具结构
技术领域
本发明涉及带有纵轴线A的工具结构，包括：具有端部的第一部件，该端部在垂直于纵轴线A的横截面内是对称的并且基本上呈椭圆形，该椭圆形具有最大高度h方向上的对称轴和最大宽度b方向上的对称轴，并且h大于b；具有凹部的第二部件，该凹部用来通过相互接触表面容纳该端部；以及至少一个夹持装置，其用来将这两个部件相互夹紧。
背景技术
特别在金属切削加工过程中常常使用这种工具结构，并且已知这种工具结构具有大量不同的实施方式工具。于是，装有切割刀片的工作刀头常常连接在工具插座上，因此能够将多个不同的工具头用在同一个工具插座上，从而提供组合式工具***。
例如，WO 94/07637或EP 0 636 055 A1描述了这种工具结构。
这两种工具结构实施方式的共同特征是，单个工具部件的外轮廓基本上呈圆形，所以特别是在用于内部加工的工具的情况中，不能以最适当方式利用在产生主切割力的方向上的可用加工空间。结果，在很大程度上降低了工具的稳定性。根据WO 94/07637的工具的另一个缺陷是，为了可靠松开被夹紧的各个工具部件，需要非常复杂和昂贵的机械结构。
在钻杆情况下，已知可分离式切割工具在实际中常常出现的另一种结构，其中钻杆的端部***适当的钻杆插座中并被在此夹紧。在这种结构的最普通的实施方式中，钻杆柄部为圆形设计并且钻杆插座具有相应设计的凹部。重要的是，钻杆柄部固定在钻杆插座中精确设置的径向位置上，以便最佳地定位钻杆另一端的切割刀刃。
为了确保这种情况，钻杆柄部的顶侧通常削平为平面，设置在钻杆插座中的多个紧固螺拴的末端在该平面上起到固定钻杆的作用。
然而，为了将钻杆柄部推入钻杆插座，必须存在一些间隙，由此当拧紧紧固螺拴时，会出现钻杆倾斜因而切割刀刃错位。此外，不利的是，钻杆仅仅在钻杆插座的与紧固螺拴相对的区域中受到支承。在其他区域中，因为在钻杆与钻杆插座之间存在间隙，所以在加工过程中会出现振动。
为了实现钻杆在钻杆插座中的正确定位，根据EP 0 385 280 B1提出在钻杆的端部上带有突部，该突部从钻杆柄部周围的侧面径向突起，以便固定在钻杆插座中。钻杆插座的凹部相应地适应这种形状，所以实现了钻杆在钻杆插座中的正确定位。钻杆端部以外的钻杆其余部分依然基本上为圆形设计，所以仍然存在前文所述的有关缺点，即在钻孔内部加工过程中不能以最佳方式利用可用空间的缺点。
DE 27 13 529 A1描述了一种钻杆，该钻杆的柄部至少在内部加工用的钻孔所在区域中设置有近似椭圆形的横截面。这意味着，在加工钻孔过程中，钻杆既以最佳方式利用空间又具有极好的稳定性。然而，为了将钻杆夹持在适当的钻杆插座中，提出用于夹持的末端为一体圆形或方形设计，或者该末端具有相应形状的夹持套管，在椭圆形柄部上推动该夹持套管，以便再次获得为***钻杆插座所需的圆形或方形横截面。无法从该现有出版物中推导出直接提供椭圆形横截面以容纳钻杆插座的设想。
EP 0 294 348 B1描述了一种工具结构，在该工具结构中，单个的工具部件特别是通过椭圆形的突部相互连接，该突部与相应形状的凹部接合。突部与凹部的设计使得在工具结构的纵轴线方向上呈圆锥形地变细。另外，突部与凹部为挠性的设计。当通过在纵轴线方向上将工具部件相对于彼此移动而使各工具部件相互夹紧时，在突部和凹部的整个周边上实现了各工具部件的相互接触。这种情况的缺点是这种接触表面必须非常精确并且制造成本很高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种工具结构，这种工具结构具有在内部加工过程中利用空间的优势，并且能够使各工具部件制造简单、尺寸精确并且连接稳定。
根据本发明，上述目的通过如下方式实现：无论是否包括夹持装置的接触表面，在横截面中相互接触表面总是被限制在四个分开间隔的表面部分上，所述表面部分大致在工具纵轴线A方向上延伸并且相对于端部的周边对称排列，各个表面部分的起点和终点的连接直线的中点M距最大高度h方向上的对称轴的垂直距离为b1，距最大宽度b方向上的对称轴的垂直距离为h1，并且h1大于b1。在具有端部的工具部件上设置椭圆形横截面的形状，该形状具有对称排列在周围的四个接触表面，这样能够在具有凹部的工具部件中无间隙地简单地径向定位。同时，这种椭圆形横截面的形状也可以转移到具有端部的工具部件某些部分的外轮廓，该工具部件在内部加工过程中位于被加工的钻孔内部。由此，工具以最适当方式利用在钻孔中工具的最大可用空间。因此，与圆形外轮廓相比，视工具的设计不同，实际上实现了工具在产生最大切割力的方向上的总高度增加约10％-50％，所以连接的稳定性和工具的稳定性在整体上取得显著进步。就最普通的工具而言，可以实现总高度增加约25％。特别重要的是，沿着端部和凹部周边的各相互接触表面虽然相对于单个的对称轴是对称排列的，但是其各自距两条对称轴的距离不同。这导致在通过适当夹具将工具部件相互夹紧的过程中实现在各接触表面上的力的最佳分布。
根据本发明的工具结构可以用于大量不同的工具部件。因此，具体地说，切割工具可以直接通过这种工具结构，或者也可以通过中间件或转接器，连接在工具插座上或者连接在机器的主轴上。
特别有利的是，被连接工具部件的端部的椭圆形外轮廓由两条圆弧线形成，圆弧线的中心点位于沿着最大宽度b方向的对称轴上，并且在两侧相对于该对称轴与沿着最大高度h方向的对称轴的交点的距离相同。这种结构尤其可以使椭圆形外轮廓的制造简单。
同样有利的是，如果被连接工具部件的单个接触表面都设计成在工具部件纵轴线方向上延伸的平直表面，则可以特别容易地制造这些表面。实现了两个工具部件的高精度配合。
工具部件具有凹部用于容纳具有椭圆形端部的工具部件时，仅仅需要这四个接触表面精确地匹配于在端部外轮廓上的四个接触表面。对于其余表面的结构，有利的是，所述接触表面以微小间隙匹配于端部的相应外轮廓，以便确保插座的最大刚度。
以组合工具***的情况为例，如果根据本发明的工具结构用于连接工具部件，在该工具结构中端部呈阶梯状并且外部尺寸比工具其他部分小，那么有利的是，在具有端部的工具部件中，端部以外的区域很大程度上匹配于端部的外轮廓，在具有凹部的工具部件中，该部件的外轮廓也在很大程度上匹配于端部的外轮廓。
由此即使在组合式工具***中，工具在内部加工过程中也能实现可用空间的最佳利用。
理想的是，在把钻杆连接在相应的钻杆插座上时使用本发明的工具结构，其中椭圆形横截面选择为使得在最大高度h方向上的对称轴与工具基准面Pr近似垂直地设置，该基准面总是通过所选的相同刀刃点，并与根据DIN 6581假想的切割方向垂直。因此，在切割过程中特别容易受到稳定性影响的工具中，实现了两个工具部件之间的最佳状态、简单精确的组合以及相互的可移动性。
如果在钻杆与钻杆插座之间设置根据本发明的工具结构，那么有利的是，借助于狭槽将钻杆插座设计成弹性的以实现工具部件的相互夹紧，所述狭槽位于两接触表面之间的中心并通向凹部，其中弹性连接的部分可以通过紧固螺拴压紧在一起。
将钻杆与钻杆插座夹紧在一起的另一种有利方式是利用夹持部件，该夹持部件在钻杆插座中可调节并且通过紧固螺拴保持在边缘部分的接触表面之一上。
如果根据本发明的工具结构用于旋转式或组合式工具***，那么有利的是，端部和凹部设计成在纵轴线上呈圆锥形地变细，并且通过端部和凹部在工具部件纵轴线方向上的相互位置变化来夹紧该工具部件。在工具部件的这种连接方式中，有利的是，当具有端部的工具部件和具有凹部的工具部件还具有相互平行的平面接触表面时，进一步提高了连接的稳定性。
通过具有两个螺距不同的螺纹部分的轴向布置的紧固螺拴可以简单实现端部和凹部在工具部件纵轴线方向上的相互位置变化。但是，同样可以想到自动装置，例如可以通过液压或机械方式调节的夹杆或者其他夹持***。
附图说明
下面，参考附图更详细地阐述本发明。
在附图中：
图1示出了根据本发明的工具结构在分离状态下的透视图，
图2示出了图1所示的根据本发明的工具结构在连接状态下的横截面图，
图3示出了图1所示的根据本发明的工具结构在连接状态下的纵截面图，
图4示出了根据本发明的工具结构的变型的透视图，
图5示出了图4所示的根据本发明的工具结构的横截面图，
图6示出了与图4所示相似的根据本发明的工具结构的另一种变型的横截面图。
具体实施方式
图1至图3以可分离式车刀的形式示出了根据本发明的工具结构，该工具结构包括带有可更换的转位式刀片18的刀头1和用于容纳刀头1的刀头插座2。刀头1具有端部3，端部3在垂直于工具纵轴线A的横截面内是对称的并基本上呈椭圆形，端部3在工具纵轴线A的方向上呈圆锥形地略微变细。端部3具有在横截面的最大高度h方向上的对称轴15，和与对称轴15垂直的在横截面的最大宽度b方向上的对称轴16。此外，端部3的周围具有四个对称排列的、分开间隔的平坦接触表面5，这些接触表面大致在工具纵轴线A方向上延伸。如横截面图所示，接触表面5排列为使每一接触表面距对称轴15的垂直距离为b1，距对称轴16的垂直距离为h1，并且距离h1大于距离b1。这些距离的确定与接触表面5是以平直方式还是以弯曲方式从连接相应接触表面5的起点和终点的连接直线的中点M延伸无关。在端部3之外，刀头1的外轮廓作为扩大的同轴弯曲形状与端部3的外轮廓大致匹配。结果，形成具有表面10的台阶，用于与刀头插座2的相应匹配表面11进行平面接触。刀头插座2的一端设计有用于容纳刀头1的端部3的凹部4；另一端设计有用于固定在工具插座中的端部17。凹部4具有四个接触表面6，这些表面对称地排列在周围，并且在组装工具时与刀头1的端部3的接触表面5接合。在这些接触表面6之外，凹部4的形状以微小间隙近似匹配于端部3的外轮廓。刀头插座2在凹部4处以及在与凹部4邻近其它部分中的外轮廓匹配于刀头1的前部区域外轮廓，由此形成端面11，用于与刀头1的匹配表面10进行平面接触。刀头1与刀头插座2借助于具有两个螺距不同的螺纹部分的紧固螺拴8拉紧在一起，直到表面10与表面11实现平面接触为止。
图4至图6以钻杆1与钻杆插座2的形式示出了根据本发明的工具结构。除了装载有转位式刀片18的头部以外，钻杆1在其整个长度上具有对称的、基本上呈椭圆形的均匀横截面，并具有根据本发明设置的接触表面5。在钻杆最大高度h方向上的对称轴15设置成与工具基准面Pr垂直，该基准面总是通过转位式刀片18的所选的相同刀刃点13，并与根据DIN 6581假想的切割方向14垂直。由此，在最适当地利用了空间的同时，实现了钻杆稳定性的提高。钻杆插座2具有相适应的凹部4，该凹部具有接触表面6。钻杆1可以在较宽范围内在钻杆插座2中移动，并且可以夹紧在所需位置上。借助于楔形夹9的接触表面6实现了两部件之间相互的可靠夹持，其中通过紧固螺拴8向钻杆1的接触表面5拉动该楔形夹，如图5所示。
图6示出了在钻杆插座2中固定钻杆1的方案的变型。在该实施例中，借助于两接触表面6之间的狭槽7，钻杆插座2设计成弹性的，并且相对于钻杆1的端部3具有微小间隙。由狭槽7弹性连接的部分可以通过紧固螺拴8压紧在一起，再通过该部分达到钻杆1与钻杆插座2可靠夹紧的目的。

Claims (13)

1.一种带有纵轴线A的工具结构，包括：具有端部(3)的第一部件(1)，所述端部在垂直于纵轴线A的横截面内是对称的并且基本上呈椭圆形，该椭圆形具有最大高度h方向上的对称轴(15)和最大宽度b方向上的对称轴(16)，并且h大于b；具有凹部(4)的第二部件(2)，所述凹部用来通过相互接触表面(5，6)容纳端部(3)；以及至少一个夹持装置(8，9)，其用来将上述两个部件(1，2)相互夹紧，其特征在于，无论是否包括夹持装置(9)的接触表面，在横截面中相互接触表面(5，6)总是被限制在四个分开间隔的表面部分上，所述表面部分大致在工具纵轴线A方向上延伸并且相对于端部(3)的周边对称排列，各个表面部分的起点和终点的连接直线的中点M距对称轴(15)的垂直距离为b1，距对称轴(16)的垂直距离为h1，并且h1大于b1。
2.根据权利要求1所述的工具结构，其特征在于，在横截面中，端部(3)的外轮廓由两条圆弧线形成，所述圆弧线的中心点位于对称轴(16)上，并且在对称轴(16)的两侧相对于对称轴(16)与对称轴(15)的交点的距离相同。
3.根据权利要求1或2所述的工具结构，其特征在于，单个的接触表面(5，6)各自设计成平坦表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的工具结构，其特征在于，在接触表面(6)之外，凹部(4)带有间隙地匹配端部(3)的外轮廓。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的工具结构，其特征在于，对于具有端部(3)的部件(1)来说，端部(3)以外的区域近似地匹配于端部(3)的外轮廓，对于具有凹部(4)的部件(2)来说，该部件的外轮廓也近似地匹配于端部(3)的外轮廓。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的工具结构，其特征在于，具有端部(3)的部件(1)为钻杆，具有凹部(4)的部件(2)为钻杆插座，对称轴(15)与工具基准面Pr近似垂直地设置，该基准面总是通过所选的相同刀刃点(13)，并与根据DIN 6581假想的切割方向(14)垂直。
7.根据权利要求6所述的工具结构，其特征在于，借助于狭槽
(7)将钻杆插座设计成弹性的以实现部件(1，2)的相互夹紧，所述狭槽位于两接触表面(6)之间的中心并通向凹部(4)，其中弹性连接的部分可以通过紧固螺拴(8)压紧在一起。
8.根据权利要求6所述的工具结构，其特征在于，借助于楔形夹(9)实现部件(1，2)的相互夹紧，所述楔形夹在钻杆插座中可调节并且通过紧固螺拴(8)保持在端部(3)的接触表面(5)上。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的工具结构，其特征在于，端部(3)和凹部(4)在所述工具结构的纵轴线上呈圆锥形地变细，并且通过端部(3)和凹部(4)在纵轴线A方向上的相互位置变化来实现部件(1，2)的相互夹紧。
10.根据权利要求9所述的工具结构，其特征在于，具有端部(3)的部件(1)和具有凹部(4)的部件(2)还具有相互平行的平面接触表面(10，11)。
11.根据权利要求9或10所述的工具结构，其特征在于，通过具有两个螺距不同的螺纹部分的轴向紧固螺拴(8)来实现端部(3)和凹部(4)的相互位置变化。
12.一种带有纵轴线A的工具结构的工具部件，所述部件为切削加工工具、工具转接器或者工具插座并且设置有端部(3)，所述端部在垂直于纵轴线A的横截面内是对称的并且基本上呈椭圆形，该椭圆形具有最大高度h方向上的对称轴(15)和最大宽度b方向上的对称轴(16)，并且h大于b，其特征在于，在横截面中，端部(3)具有四个分开间隔的表面部分作为接触表面(5)，所述表面部分大致在纵轴线A方向上延伸并且相对于端部(3)的周边对称排列，各个表面部分的起点和终点的连接直线的中点M距对称轴(15)的垂直距离为b1，距对称轴(16)的垂直距离为h1，并且h1大于b1。
13.一种带有纵轴线A的工具结构的工具部件，所述部件为切削加工工具、工具转接器或者工具插座并且设置有凹部(4)，所述凹部在垂直于纵轴线A的横截面内是对称的并且基本上呈椭圆形，该椭圆形具有最大高度h方向上的对称轴(15)和最大宽度b方向上的对称轴(16)，并且h大于b，其特征在于，在横截面中，凹部(4)具有四个分开间隔的表面部分作为接触表面(6)，所述表面部分大致在纵轴线A方向上延伸并且相对于凹部(4)的周边对称排列，各个表面部分的起点和终点的连接直线的中点M距对称轴(15)的垂直距离为b1，距对称轴(16)的垂直距离为h1，并且h1大于b1。
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