本发明涉及刀具夹紧装置，尤其是涉及一种经过改进的、将旋转刀具连接器迅速可靠地夹紧在刀具夹紧部件上的装置。 在机加工工业中，特别是在自动系统中，需要使用多种刀具对单个工件进行各种各样的机械加工。频繁地更换加工刀具造成机床停机时间过长，因而失去了许多生产时间。
更换刀具夹紧部件或主轴中的刀夹通常由手工操作，既耗费时间又耗费劳力，且不够精确，因此更换后需进行一些调整。如果使这一更换操作自动或半自动，那末，特别是在松开刀夹时，为使刀夹机构的动力达到要求，就需使用复杂和大功率的转换机构，这种转换机构通常采用液压原理。
在现有技术中已产生了多种类型的刀具夹紧装置，用来将刀具连接器固定在夹紧部件上。然而，这些装置都不能有效地减少机床更换刀具所需的停机时间，而且结构复杂，价格昂贵。
因此，需要有一种快速释放机构，它不必采用复杂的设备，且适用于手动控制的以及高级的自动刀具系统。
本发明的一个目的是：提供一种经过改进的新型刀具锥柄夹紧装置，它能直接地沿轴向拉住刀具柄，易于操纵，结构简单，而且比较便宜。
本发明的另一个目的是：提供一种简化的刀具锥柄夹紧机构，其操作力最小，锁紧和释放时机构移动量最少。
为此，提供一种夹紧机构，它位于一个传统的刀具夹紧部件的空 腔之中，所述夹紧部件的内部适合于容纳一个旋转刀具连接器。此夹紧机构包括一个上滑块，一个下滑块，一根与所述上、下滑块可转动地配合的凸轮轴，以及一对传动销。所述传动销置于每个滑块的内部，并与凸轮轴配合工作，因而构成了一个使上、下滑块沿着凸轮轴滑动的装置。所述上、下滑块还适合于接纳和夹紧一个止动件，该止动件安装在刀具连接器的一端，以便将此刀具连接器固定在刀具夹紧部件的内部。
根据本发明，凸轮轴既可转动又可滑动地安装在上滑块的一个圆柱形孔和下滑块的一个圆柱形孔之中。凸轮轴上做出一对类似螺旋形的槽，以便与在上、下滑块内部沿径向布置的传动销啮合。在凸轮轴的一端还设有一个转动装置，以便将转动力传给凸轮轴。当需要更换刀具夹紧部件内的切削刀具连接器时，转动凸轮轴，使上、下滑块在夹紧部件的空腔中形成相反方向的轴向移动，因而上、下滑块放松此旋转刀具连接器的止动件，与此同时也就放松了刀具连接器。然后手工或自动地从夹紧部件中取走刀具连接器，并将一个新的应换入的连接器插入此刀具夹紧部件。接着，凸轮轴反方向旋转，使上、下滑块朝着凸轮轴的中心作轴向移动，与刀具夹紧部件内的新旋转刀具连接器的止动件啮合、固紧。
下面，结合附图，对本发明的一个实施例作出详细说明。显然，熟知本项技术的人能在本发明所属范围内对此实施例作出各种变化。
图1是本发明夹紧机构的一个最佳实施例的透视图，这个夹紧机构安装在适用于接纳旋转工具连接器的一个传统工具夹紧部件内部;
图2是本发明的图1所示夹紧机构的分解透视图;
图3表示出本发明所述夹紧机构凸轮轴的凸轮展开图;
图4是该夹紧机构处于锁紧状态时的局部剖切的正视图。
在图1所示的最佳实施例中，夹紧机构10位于适宜接纳旋转工具连接器16的工具夹紧部件14的空腔12之中，且处于完全装毕的状态。
如图1所示，该夹紧机构10包括一个下滑块18，一个上滑块20以及一个安装在所述两滑块之间的凸轮轴22。上、下滑块分别具有传动销24和25，它们可滑动地安装在所述的滑块中，与凸轮轴22啮合。止动件27用螺纹拧在刀具连接器的一端，滑块18、20可借助该装置沿轴向拉动并夹紧工具夹紧部件14中的工具连接器16。操作时，转动凸轮轴22，使滑块18、20产生朝向或背离止动件27的轴向运动。当传动上、下滑块相向运动时，它们楔住止动件27，因而沿轴向拉住和锁紧刀具夹紧部件14内的旋转刀具连接器16。
在夹紧机构10和空腔12的内壁之间具有足够的间隙，允许夹紧机构10“浮动”，即在锁紧或释放工序期间在空腔12内自由运动。由于具有浮动性能，夹紧机构10能依据止动件27自动定心。例如在锁紧工序中，如果滑块18、20中任何一个比另一个先接触止动件27，它将保持这种接触，直到另一个滑块也被传动到与止动件27接触为止。然后，上、下滑块20、18将一起被传动，楔住在夹紧部件14内的止动件。
在分解图2中更为详细地介绍了夹紧机构10的细节。可以看出，下滑块18的结构基本上是长方体，并适宜于楔住刀具连接器16的止动件27。下滑块18包括底面28、顶面30、前壁32、后壁33和平行的侧壁35。容纳凸轮轴22用的圆柱形孔34，从 顶面30到底面28垂直延伸，穿过下滑块18。在下滑块上还有一个水平孔26，此孔从后壁33开始，延伸到圆柱形孔34结束。传动销25可滑动地安装在水平孔26中，与凸轮轴22啮合。
下滑块18的前壁32沿着整个宽度向上延伸至顶面30上方的一个水平面上，因而形成了肩部38。其内壁40自肩部38向下倾斜至下滑块18的顶面30，与圆柱形孔34的轴线呈θ角。肩部38上设有一个凹槽42，它为止动件27提供间隙。在内壁40上还设有一个与孔34轴线呈α角的腔43，以便与止动件27的锥形表面相啮合。腔43的角α通常大于或等于内壁40的倾斜角θ。
止动件27具有传统的形状，它包括一个螺纹端50，用以拧入刀具连接器16的一端。还包括一个肩部52，一个颈部54，一个锥形夹紧表面56，以及一个末梢58。锥形夹紧表面56自颈部54呈α角向下向外倾斜到末梢58，此α角与下滑块18内壁40上的腔43形成地α角相同。α角约为10°至90°，但最好约为10°至45°。由于锥形表面56与下滑块18内壁40上的腔43的锥角形紧密配合，所以在夹紧机构与刀具连接器之间形成面接触，而传统的锁紧系统却总是线接触。
在分解图2中还介绍了上滑块20的细部。可以看出，上滑块20与下滑块18类似，其结构也基本上是长方体，并适宜于楔住刀具连接器16的止动件27。
上滑块20包括底面60、顶面62、前壁64、后壁66、竖壁67以及相互平行的侧壁68。容纳凸轮轴22用的圆柱形孔70也垂直延伸穿过上滑块20。
沿上滑块20的全宽取去前壁64上自顶面62至台阶72的部 分，因而在上滑块20的前壁64上形成了一个台阶72。此台阶72具有一个凹口，当夹紧机构10合拢、锁紧时，所述凹口能容纳下滑块18的肩部38。内壁74自台阶72朝底面60向下向内延伸至竖壁67，与圆柱形孔70的轴线呈一个角度。
在台阶72上有一个凹槽76，它为止动件27的颈部54提供间隙。在内壁74上还设有一个与孔70的轴线呈α角的腔75，以便与止动件27的锥形夹紧表面56相啮合。腔75的α角与下滑块内壁40上的腔43的α角相对应。在上滑块上还有一个水平孔29，此孔从后壁66开始，延伸至圆柱形孔70中，以便容纳传动销24。传动销24可滑动地安装在水平孔29中，与凸轮轴22啮合。在竖壁67上固定着一个弹性顶头78，它与止动件27的内壁上的凹孔相啮合，还可在置换期间用来释放工具连接器16（见图4）。
在上面描述的实施例中，上滑块20、下滑块18的结构基本上为长方体。显然，在不违背本发明原理的情况下，上、下滑块也可以是其它形状，例如呈圆柱形。当采用圆柱形滑块时，刀具夹紧部件14的空腔12必须改变形状，使它与所述圆柱形滑块相符。此外，上、下滑块的外廓和空腔12的内壁必须增加锁定装置，例如键和键槽，以防止在凸轮轴22旋转、传动上、下滑块进行轴向运动时，上、下滑块在空腔12内发生转动。
在图2中，特别是在画出凸轮轴22的凸轮展开图的图3中，介绍了凸轮轴22的细部。
在这个最佳实施例中，凸轮轴22为圆柱形，其轴线为80，外表面为82。在凸轮轴22的外表面82上设有形状彼此对称的上槽44和下槽46。所述槽44、46的宽度足以容纳传动销24、 25的直径。上、下槽相对于轴线80做成三个具有不同角度的区域，因而使上、下滑块的轴向移动形成三个不同的区段。第一区段47与凸轮轴22的轴线80基本垂直，它的作用是：拆开已从刀具夹紧部件14中取出的夹紧机构10。为达此目的，将第一区段47做成斜坡，此斜坡自凸轮轴22的外表面82的槽44、46上标有数字“1”的点开始，至槽44、46的标有数字“2”的工作深度“d”处结束。为了拆开夹紧机构10，先将其从刀具夹紧部件14中取出，然后逆时针转动凸轮轴22，传动销24、25就沿着第一区段的斜坡，自上、下滑块各自的销孔中顶出。
第二区段48的作用是：只须凸轮轴22作很少的转动，就能迅速地推动滑块18、20作相向或相背的位移。在这个最佳实施例中，槽44和46的第二区段48与垂直于凸轮轴22的轴线80的平面的夹角为10°至60°。第二区段48大致占有凸轮轴45度的转角，滑块的轴向推动率是凸轮轴每转动1度0.003英寸。
第三区段49亦称慢行区段，在这个区段中，刀具连接器16受轴向拉动，止动件27被夹紧。在这个最佳实施例中，槽44和46的第三区段49与垂直于凸轮轴22的轴线80的平面的夹角为1°至10°，最好为4°至8°。第三区段49大致占有凸轮轴160度的转角，滑块的轴向推动率是凸轮轴每转动1度0.0006英寸。
显然，在不违背本发明的原理以及不损害其主要优点的情况下，各个区段的斜度和占有的转角可以进行变动。
再看图2，传动销24、25的形状为圆柱体，并具有足够大的直径，因此能分别在上、下滑块的水平孔29、26中形成精确的滑 动配合。传动销的长度L必须大于水平孔26、29的长度，最好是近似等于凸轮轴22的槽深d和所述水平孔长度之和。
在另一个最佳实施例中，将传动销24、25的端部加工成扁平状，以增加保持力，即增加传动销24、25与槽44、46之间的滑动摩擦力，从而在上、下滑块20、18与止动件27啮合之后阻止凸轮轴22脱离。
图4是本发明的局部剖视图，描述夹紧机构10处于锁紧位置的情况，可以看出，止动件27被可靠地固定在此夹紧机构10的上滑块20和下滑块18之间，凸轮轴22在上滑块20和下滑块18之间延伸，而且传动销24、25与凸轮轴22的槽44、46处于啮合状态。
图1和图4分别画出了夹紧机构10的释放及锁紧状态，因此，参看这两张图可最清楚地了解夹紧机构10的工作情况。首先参看图1，图中所画的是刀具夹紧部件14中的夹紧机构10处于释放状态。可以看出，夹紧机构10可在夹紧部件14的空腔12中自由浮动，即可在空腔12内伸缩。本发明的这个自由浮动特点，能保证夹紧机构10上、下滑块之间的旋转刀具连接器16的止动件27简单而又迅速地对中。
为了紧固刀具夹紧部件14中的刀具连接器16，将一个适用的器械（未画出）插入凸轮轴22的转动装置84中，并对此凸轮轴施加一个扭矩。由于传动销24、25沿着凸轮轴22的上、下槽44、46滑动，所以转动凸轮轴就使上、下轴20、18产生轴向位移。
当传动销24、25沿着所述上、下槽44、46的第二区段48滑动时，上、下滑块就迅速地接近安装在刀具连接器16上的止 动件27。而当传动销24、25进入第三区段49时，下滑块18的内壁40开始楔住止动件27的锥形夹紧表面56。与此同时，或几乎与此同时，上滑块20的内壁74也开始楔住止动件27的锥形夹紧表面56。然后，随着凸轮轴22的进一步转动，传动销继续同时拉动上、下滑块，在此同时，内壁40、74的腔43、75的表面相对于止动件27的锥形表面56的楔紧作用，以及前壁32、64相对于空腔12的内壁11的楔紧作用，将位于刀具夹紧部件14的孔17内部的刀具连接器16轴向拉动并锁紧。继续转动凸轮轴22使上、下滑块环绕锥形夹紧表面56夹紧止动件27。与此同时，弹性顶头78进入止动件27内端面上的凹孔中。必须注意到，这时在止动件27的肩部52和上、下滑块20、18的前壁64、32之间仍分别保留着间隙。此外，在止动件27的末梢58和竖壁67之间也保留着间隙。即使在连接器完全装毕的状态，在止动件27的颈部54和肩部38与台阶72的凹槽76、42之间仍分别保留着间隙，而这时止动件27的锥形表面56却分别与上、下滑块的腔75、43的表面配合在一起。
最后，取出刀具连接器16的方法是，沿相反方向转动凸轮轴22，使上、下滑块产生相反方向的轴向移动。
当驱动上、下滑块分离时，嵌入止动件27末梢58的上滑块弹性顶头78使旋转刀具连接器16产生少量的轴向移动，这一微小的“冲击”使刀具连接器16的外表面基本上与孔17的内表面脱开，因此很容易从刀具夹紧部件14中将此连接器取出。
作为本发明的最佳实施例应考虑的问题，已在上文中加以介绍。但本发明不受上述最佳实施例限制，在不违背本发明的原理和不损害 它的主要优点的情况下可以作出许多变化，而这些变化均未越出所附权利要求的范围。