CN1233990A - 快速释放的卡头装置 - Google Patents

Abstract

一种快速释放的卡头装置(10)包括主体件(12)和将所述主体件(12)安装在驱动轴上的装置(14)。纵向凹入(22)形成在所述的主体件(12)中,弹性螺旋件夹持装置(56)位于所述纵向凹入中(22)。所述螺旋件(56)限定了用于接收插入的刀具柄(82)的内直径孔(57)。在所述纵向凹入(22)内可变化地卷绕所述螺旋件夹持装置(56)的装置(42),可使得所述内直径孔(57)变小,从而夹持住被插入的刀具柄(82)。

Description

快速释放的卡头装置

本发明涉及一种卡头装置，用于将刀具固定到机床上的驱动轴上，特别涉及一种快速释放的卡头装置，特别适用于高速应用场合，例如铣床。

用于铣床(router)、薄板修平机、清水墙切削机(dry wall cutter)等的用来将刀具固定保持在机床的驱动轴上的各种装置已公知。例如，本领域已知各种刀具保持装置和快速释放适配器。授予Wozar的美国专利No.5,301,961描述了这样一种卡头装置。授予Martindell的美国专利No.4,692,073也描述了用于电动刀具的卡头装置，其采用弹簧偏压的套筒，其位于驱动轴周围以轴向固定刀具于卡头装置上。

对于例如铣床或薄板修平机等的便携式机床，希望使用一种快速释放的卡头装置，可相对快速和容易地更换刀具，包括具有圆形柄部的刀具。现已证实，例如授予Kanaan等人的美国专利5,511,801中描述的整体的夹头和卡头装置的改进之处在于可快速和容易地更换刀具，并且具有夹头夹持的优点。

本发明涉及改进的用于将具有圆形柄部的刀具保持在机床的驱动轴上的快速释放的卡头装置。

因此本发明的一个主要的目的是提供一种改进的用于将刀具或加工工具固定在机床的驱动轴上的快速释放的卡头装置。

本发明的另一目的是提供一种能固定具有圆形柄部的刀具的多用途的快速更换的卡头装置。

本发明的再一目的是提供一种能固定具有不同柄部直径的刀具的快速作用快速释放的卡头装置。

本发明的其它目的和优点的一部分将在下面的描述中指出，另一部分可从描述中明显得出，或可从本发明的实践中得出。本发明的目的和优点可从所附权利要求书中指出的装置和其结合中得出。

为了达到本发明的目的，本发明的快速更换卡头装置包括：主体件，具有纵向凹入，用于接收要被卡头固定的刀具柄。一套筒件可转动地安装在主体件上，具有纵向通道与主体件上的纵向凹入轴向对齐。弹性螺旋件，例如扭矩弹簧或拉伸弹簧，位于主体件的纵向凹入中。弹簧一端与主体件连接，而另一端与可转动套筒件连接。在本发明的一优选实施例中，弹簧的端部的外圆周表面上加工有螺纹，并与主体件和套筒件分别螺旋连接。

弹性螺旋件限定了供刀具柄插入的内直径孔。套筒件可用手把持并相对于主体件抵抗弹性螺旋件的力转动。当套筒转动时，螺旋件的螺旋线圈拧紧，从而减小了内直径孔的大小，使得线圈夹持住插入孔中的刀具柄。

转动位置的可释放锁定机构相对于主体件和套筒件配置以便当螺旋线圈足够紧地夹持刀具柄时将套筒件可释放地锁定在其转动位置。在本发明的一个优选实施例中，可释放的锁定机构包括棘爪机构。该棘爪机构可包括弹簧加载的套环，其具有带齿的棘爪面，与可转动的套筒件上的相对的带齿的表面耦接。

为了防止当刀具柄没插入卡头装置中时对螺旋件的过大的扭矩和损坏，无孔垫块在主体件中受弹簧载荷，在刀具柄插入时可在主体件中轴向移动。该无孔垫块保证螺旋件的夹持部始终被占用，从而防止对螺旋件的过度扭转。换句话说，螺旋件的夹持部总是被无孔垫块、刀具柄或其两者占用。

在另一实施例中，螺旋件可释放地接合在主体件中，使得其在刀具柄没插入该装置时可在主体件中自由转动。这样，套筒件可自由转动，而无过度扭转螺旋件的危险。一旦刀具柄插入该装置，一安装在螺旋件的端部的插入件与主体件接合，例如通过与主体件中的键槽接合的球和锁销装置实现，从而相对于主体件转动锁定螺旋件。接着，使套筒件相对于主体件转动，从而运作螺旋件夹持装置。

螺旋件夹持装置通过可变化地扭转或卷绕该螺旋件而使螺旋线圈拧紧或收紧。本发明可使用各种机构或装置来向螺旋件提供可释放的卷绕力。本说明书描述的可转动的套筒仅是可使用的机构的一个例子。

图1是根据本发明的快速更换卡头装置的横切透视图；

图2是套环部分和套筒件之间棘爪式耦合的放大剖视图；

图3是卡头装置的操作横切图，特别示出刀具柄初始插入的状态；

图4是另一操作横切图，特别示出手动旋转套筒件以将螺旋件拧紧到刀具柄上；

图5A和5B是沿图4中的线所取的视图；

图6是图1所示装置的零件装配视图；

图7是本发明的卡头装置的应用环境的视图；

图8是卡头装置的另一实施例的横切图，特别示出另一种螺旋件夹持装置；

图8A是螺旋件夹持装置的放大的横切图；

图8B是沿图8A所示的线所取的该装置的剖视图；

图9是该装置的横切透视图。

下面详细描述本发明的优选实施例，其中一个或多个例子将参照附图说明。每一个例子都是用于说明本发明，而不是限制本发明。对本领域技术人员很明显的是，在本发明的精神和范围内可作各种的改变和变型。例如，作为一实施例一部分所给出的特征可用于其它实施例，以产生另一实施例。因此，本发明覆盖所附权利要求书范围内的这种修改和变型及其等同物。附图中零件的编号前后一致，在所有的附图中相同的编号代表相同的零件。

本发明的卡头装置可应用于各种需要将刀具或钻头固定到机床的驱动轴上的场合，所有这些应用都属于本发明的范围。本发明的卡头装置特别适用于需要较高精度的高速应用场合。例如，参照图7，卡头装置10用于示意形式表示出的传统的铣床78。卡头装置10与铣床的驱动轴76相连，用于将一刀头82固定在驱动轴上。但是应理解本发明不限于铣床，薄板修整机，清水墙切削机等，其可用于需要卡头装置的任何场合。

特别参照图1和图6，卡头装置10包括主体件12，其安装在一驱动工具的驱动轴76上。在所示的实施例中，主体件12包括螺纹杆部14，其与驱动轴76的螺纹接收部螺旋配合，如图1所示。但是，应理解任何传统的已知的安装装置都可用来将主体件12安装在驱动轴76上。例如，固定螺钉，机械锁定机构，球和锁销机构，螺栓，以及属于本发明的范围和精神中的任何锁定机构。

主体件12包括法兰部分或称法兰件16，其限定了主体件12的一端面或称表面17。主体件12包括平台18(flats)。正如以后将要解释的那样，平台18用作套环34的旋转锁定机构。主体件12还包括位于其外圆周表面的环形凹入20。如图1所示，环形凹入20纵向长度大于固定螺钉74的直径，螺钉74用于将套筒件42相对于主体件12固定，下面将详细讨论。

主体件12还包括纵向凹入或称孔22。在图1所示的实施例中，凹入22完全穿过主体件12，在螺纹杆部14处直径减小。凹入22在主体件12的中部具有直径较大的部分，如图1所示。凹入22不必完全穿透主体件12，这样做仅是为了加工方便。

主体件12中的纵向孔或凹入22包括螺纹部分24，如图1所示。

装置10还包括套筒件42，其可转动地安装在主体件12上。固定螺钉74延伸穿过套筒件42，进入主体件12中的环形凹入20。如图1所示，环形凹入20总体宽度大于螺钉74的直径。因此，套筒件42可相对于主体件12轴向移动，其范围为环形凹入20所允许的宽度。套筒件42可由任何传统的材料制成，其包括抓握加强表面44，例如图6所示的滚花表面。

套筒件42包括纵向通道或称孔48，其穿过套筒件顶表面51。通道48与主体件12的凹入22轴向对齐。通道48还包括螺纹部50。

装置10还包括弹性螺旋件56，如图6所示。螺旋件56可包括扭转或拉伸弹簧或类似的元件。螺旋件56包括第一端58，靠近第一端58的螺旋线圈的至少一部分在其外圆周形成螺纹60。类似地，螺旋件58包括一相对端62，其附近的螺旋线圈在其外圆周上形成螺纹62。螺旋件56的夹持部位于螺纹部60和64之间。在螺旋件56处于“休息”或未受扭转的状态下，该夹持部的螺旋线圈66被拉伸或相互间隔，螺旋件56形成一内直径孔57用于接收刀具柄82。螺旋件56插入主体件12，螺纹部60与凹入22中的螺纹部24螺旋啮合。一旦螺旋件56螺旋啮合在凹入22中，销26就被插入法兰件16的孔28中。销26静止在螺旋件56的螺纹部60的纵向槽65和主体件12的螺纹部24的相对的槽(未示出)中。因此，在螺旋件56插入主体件12后，销26可以防止螺旋件56从主体12中解螺旋。

套筒件42置于主体件12上，纵向通道48的螺纹部50中旋入有螺旋件56的螺纹部64。销52随后置于端面51的孔中，并停留在螺纹部64上的凹入65和套筒件42上的相对凹入(未示出)中。如销26的作用一样，销52防止螺旋件56从套筒件42中解螺旋。

应理解，螺旋件56分别和主体件12、套筒件42之间的螺旋连接只是相对于该二零件固定螺旋件56的一种优选实施例。其它的系统或装置也可用于相对于主体件12和套筒件42固定螺旋件56。例如，螺旋件56可包括翼片或其它互锁机构，以与主体件12和套筒件42中的锁定机构啮合。所需要的只是：螺旋件56以很小或几乎没有径向或轴向间隙地、不可转动地安装在所述零件上。本领域技术人员可构造出任何合适的机构来实现上述目的。

装置10还包括转动位置可释放锁定装置，以编号35总体表示，其可操作地位于套筒件42和主体件12之间。可释放锁定装置35可包括任何传统的锁定机构，包括球和锁销机构，锁定环，或其它公知的机构。在所示的实施例中，锁定机构35包括棘爪机构。套筒件42在其一端形成有带齿的棘爪表面46，如图6所示。套环34安装在主体件12上，其包括相对的带齿的棘爪表面40，如图2和6所示。弹簧机构例如弹性垫圈30位于套环34和主体件12的法兰件16之间。弹性垫圈30位于面32上。套环34还包括平台38，位于其内直径上，如图6所示。平台38与主体件12的平台18对齐，使得套环件34相对于主体件12转动固定。套环件34通过弹簧30相对于主体件12可轴向移动。因此，棘爪面44和46之间的棘爪啮合通过操纵者抵抗弹性垫圈30的力回拉套环件34而彼此脱离。因此，套环34包括形成在其外圆周上的抓握加强表面36。

为防止过分扭转和损坏螺旋件56，装置10包括无孔垫块(blankmember)68，其在螺旋件56的内直径孔57中被弹性加载。参见图1，无孔垫块68在孔57中通过弹簧70弹性加载。当刀具没有插入装置10中时，无孔垫块68在螺旋件56的夹持区内填满了内直径孔57。这样，如果套筒件42在刀具柄插入装置10以前被过分扭转，在夹持区的螺旋线圈60会收紧并夹持在无孔垫块68上。

参见图3，将刀具柄82插入该装置中后，无孔垫块68轴向向后移动。因此，内直径孔57的夹持区总是被刀具柄82或无孔垫块68填满，或被两者填满。尽管图中未特别示出，但优选螺旋线圈66限定的整个夹持部分在装置的操作状态中与刀具柄82配合。因此，无孔垫块68可向后进入在杆部14内形成的纵向凹入22的部分。

本装置的操作视图顺序示于图3至5的中。图3表示刀具柄82开始插入时的装置10。为了紧固该装置，套筒42被手抓握并克服螺旋件56的力被稍向前拉，使得表面40和46之间的棘爪配合脱离。这样，使套筒42可相对于主体件12转动，如图4所示。套筒42的转动使得螺旋线圈66紧固或者说收紧，并紧紧地裹在刀具柄82上。一旦对套筒42旋转足够多转，操作者只须松开套筒42就可使面40和46啮合，并相对于套环34可转动地锁定套筒42。

应当理解，根据面46和40上的棘爪齿的取向，套筒42不需要被轴向向前拉动来相对于套环34转动套筒42。例如，棘爪齿可取向为使得套筒件42的面46上的齿能在面40的齿上滑动，而始终保持相对于套环34可转动地锁定套筒件42。在该实施例中，套筒42和主体件12之间必须允许有稍微的轴向移动。

图5A和5B沿图4的线的横切视图。图5A示出套筒42拧紧或称旋转之前的该装置。图5A表示出刀具柄82处在内直径孔57中。螺旋线圈66不接触柄82，刀具柄容易插入卡头装置，或从其中取出。图5B示出套筒42旋转以将螺旋线圈66紧固在刀具柄82上之后的该装置。

为了从卡头装置上释放刀具，操纵者只需抓住套环4并轴向向后拉套环，使得面40和46脱离啮合。一旦棘爪面脱离啮合，套筒件42可自由地转回到其非工作位置，使得螺旋线圈66松开并释放刀具柄82。

装置10的另一实施例示于图8和9。具体说，该实施例使用另一种螺旋件夹持装置结构。根据该实施例，螺旋件夹持装置包括第一插入件102和第二插入件100。第一插入件102转动固定在套筒件42的凹入104中。参见图9，插入件102是多侧面的，并对应于多侧面孔104，从而可转动地锁定在套筒件42中。第二插入件100包括一圆的外形，位于主体件12的凹入106中。插入件100包括一机构，用于可释放和可转动地将螺旋件56锁定在主体件12中。在示出的实施例中，该可释放的锁定机构包括多个位于插入件100中形成的孔110中的球108。当刀具柄插入该装置时，例如图8A表示的那样，球108径向向外受力，与凹入106中的内周表面上的键槽配合，如图8B所示。

螺旋件56一对应端安装在插入件100上，例如通过点焊114实现。螺旋件56另一端例如通过点焊116安装在插入件102上。

在该实施例中，不需要用无孔垫块来防止螺旋件56的过分扭转。在装置10的非工作状态，刀具柄未插入该装置中，球108与键槽(splines)112和套筒件42脱离啮合，由此套筒件42可以相对于主体件12自由转动。因此，没有过度扭转螺旋件56的危险。一旦刀具柄82被插入该装置，球108被锁定在键槽112中，由此将螺旋件56相对立体件12可转动地锁定。随着转动套筒件42，螺旋件56收缩并沿插入件102的长度固定夹持刀具柄82，如图8A所示。

本发明适合于任何的机床，其中刀具必须被旋转驱动。该装置特别适于需要相对较大转速的应用场合，例如铣床和薄板修整机。但是，这不意味着对本发明的限制。实际上，本领域技术人员清楚，在不脱离本发明的范围和精神的前提下可对本发明的装置进行各种修改和变化。因此，本发明覆盖了所附权利要求书和其等同物的范围内的本发明的修改和变化。

Claims (18)

1．一种快速释放的卡头装置，包括：

主体件，和将所述主体件安装在驱动轴上的装置；

第一纵向凹入，形成在所述的主体件中；

套筒件，可转动地安装在所述主体件上，具有与所述第一纵向凹入轴向对齐的纵向通道；

弹性螺旋件，其第一端在所述第一凹入中不可转动地与主体件连接，而第二端在所述纵向通道中与所述套筒件不可转动地连接；所述螺旋件限定了接收插入的刀具柄的内直径孔；

转动位置可释放锁定机构，相对于所述主体件和所述套筒件可操作地配置，以便克服所述螺旋件的反转动力将所述套筒件可释放地锁定在其相对于所述主体件的转动位置；

当所述套筒件相对于所述主体件克服所述螺旋件的反转动力而转动时，所述螺旋件收缩和缩小所述内直径孔，夹持插入其中的刀具柄。

2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用于安装所述主体件的装置包括与所述驱动轴的螺纹连接。

3．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述螺旋件包括在所述第一端和第二端的带螺纹的外表面，所述螺纹表面与所述第一和第二纵向凹入的相应的螺纹表面螺旋啮合。

4．如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括锁销件，用于防止所述螺旋件从所述第一和第二纵向凹入中解螺旋。

5．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转动位置锁定机构包括可操作地相对于所述套筒件和所述主体件布置的棘爪机构。

6．如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述棘爪机构包括套环，其不可转动地安装在所述主体件上，并与所述套筒件轴向对齐，所述套环包括带齿的棘爪面，与所述套筒件上的相对的带齿的棘爪面相啮合。

7．如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述套环在朝所述套筒件的轴向方向上被弹性加载。

8．如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括被弹性加载的无孔垫块，位于所述的螺旋件的内直径孔内，当刀具柄未插入所述孔时，防止所述螺旋件的过分扭转，当刀具柄插入时所述无孔垫块在所述孔中可轴向移动。

9．一种快速释放的卡头装置，包括：

主体件，和将所述主体件安装在驱动轴上的装置；

纵向凹入，形成在所述的主体件中；

套筒件，可转动地安装在所述主体件上；

弹性螺旋件夹持装置，位于所述纵向凹入中，所述螺旋件夹持装置限定了接收插入的刀具柄的内直径孔；所述螺旋件夹持装置通过所述套筒件相对于所述主体件的转动来起动，所述螺旋件收缩，可引起所述内直径孔变小，从而夹持插入的刀具柄。

10．如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括可释放的转动锁定机构，相对于所述套筒件和所述主体件可操作设置。

11．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述螺旋件夹持装置与所述主体件和所述套筒件螺纹啮合。

12．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置作为铣床卡头。

13．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述螺旋件夹持装置位于所述主体件内的所述纵向凹入和所述套筒件中的轴向对齐的凹入内，所述夹持装置包括螺旋线圈弹簧，在所述的工作状态，当一刀具柄插入所述装置时，其在对应端可转动地固定在所述凹入内。

14．如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述夹持装置还包括一插入件，安装在所述螺旋线圈弹簧的所述对应端，所述插入件不可转动地设置在所述套筒件凹入内，第二插入件在所述工作状态不可转动地接合在所述主体件的凹入内。

15．如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第二插入件在所述主体件凹入内可释放地可转动地啮合，当所述装置中没有刀具柄插入时，即非工作状态时，可在所述主体件凹入内自由地转动。

16．如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第二插入件可释放地啮合在所述主体件凹入中，径向可移动的锁定件接合在所述主体件凹入内的键槽中。

17．一种快速释放的卡头装置，包括：

主体件，和将所述主体件安装在驱动轴上的装置；

纵向凹入，形成在所述的主体件中；

弹性螺旋件夹持装置，位于所述纵向凹入中，所述螺旋件夹持装置限定了接收插入的刀具柄的内直径孔；

在所述纵向凹入内可变化地卷绕所述螺旋件夹持装置的装置，可引起所述内直径孔变小，从而夹持在插入的刀具柄上。

18．如权利要求17所述的装置，其特征在于，可变化地卷绕所述螺旋件夹持装置的装置包括一相对于所述主体件可转动地安装的部件，所述螺旋线圈件的一端转动固定在所述主体件上，而另一端固定在所述可转动地安装的部件上，所述可转动地安装的部件收紧位于所述纵向凹入内的所述螺旋线圈件。

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