具有改进的径向挠性以便于从防松螺母上卸下的密封套爪

摘要

本发明提供了一种具有改进的径向挠性的密封套爪以有利于从卡盘组件的防松螺母上卸除。该密封的套爪包括一个套爪体,该套爪体由细长抓取指的管状结构形成,这些抓取指被细长的狭缝分隔开来,从而根据由一个防松螺母施加的压力为套爪体提供径向弹性。狭缝用粘结剂填充,该粘结剂可以是一种硅橡胶混合物,用于防止污物及碎屑进入套爪狭缝并防止预计通过孔流入工具柄内的加压的冷却剂流过套爪体的壁。为增加套爪的径向可压缩性,在紧靠套爪体末端的后方提供不带粘结剂的间隙。在优选实施例中,不带粘结剂的间隙的长度介于相应狭缝的总长度的20%－30%之间。这些紧靠在套爪体末端后面的间隙的位置有利地增加了套爪的径向可压缩性,同时允许狭缝中的粘结剂继续防止碎屑进入套爪。

说明书

本发明涉及密封的套爪，其中，套爪的指之间的狭缝填充有粘结剂以便保持通过套爪内部的加压冷却剂流。更具体地说，本发明涉及一种改进的密封套爪，在该套爪狭缝中具有不带粘结剂的间隙，以便增加套爪体的径向挠性，这又有利于将套爪从卡盘组件的防松螺母上卸下。

在现有技术中，用于工具夹紧卡盘组件中的套爪是众所周知的。这类套爪一般包括一个由多个细长的挠性钢指形成的管状体。这些钢指由纵向的狭缝分隔开来，这些狭缝赋予套爪一定程度的径向挠性，使得它可以有选择地卡紧一个旋转的工具，例如一个钻头的柄部。相邻的抓取指由金属薄片的交错图形相互连接以便形成一个整体的套爪体。在操作时，套爪体被插入到卡盘轴上的一个形状互补的开口中，从而其末端从该轴向外突出。然后，将一个具有与轴上的外螺纹相匹配的内螺纹的环形防松螺母安装到轴和该套爪体的末端上。防松螺母具有一个带有截头圆锥形凸轮面的头部环，当该防松螺母被拧到卡盘轴上时，该头部环与套爪体的末端接合并将其径向向内地挤压。防松螺母加在套爪体末端上的径向压力使该套爪体向内弯曲，在套爪体内径和插入其中的工具的柄之间产生一个夹紧力。

在现有技术中，密封的或粘结的套爪也是公知的。在这类套爪中，出于两个原因，分隔开各个套爪指的狭缝填充有硅基橡胶混合物。第一个原因是，套爪的狭缝通过填充有这种混合物可避免预定通过一个孔流入被卡紧的工具柄内的加压的冷却剂从工具柄流失并通过套爪体的壁流到外面。第二个原因是，粘结剂可避免污物，金属屑及其它碎屑进入套爪的狭缝并沉积在轴和套爪指的内表面之间。这一作用是很重要的，因为在这些部位存在的污物或其它碎屑会非常有害地影响套爪均匀卡紧工具柄的外表面的能力，这又将会使工具的夹持偏心，从而可能严重危及由工具所加工的孔及其它切割的精度。

虽然已经发现这种粘结的套爪相对于其预定的目的效果很好，但最近以来，由于采用处于更高压力(即，大约在1000至1500psi左右)下的冷却剂，则需要采用更坚硬、更具劲性的粘结剂，以避免形成通过套爪狭缝的泄漏通路。这种劲性更强的粘结剂不易被压缩，有害地妨碍了套爪的径向可压缩性。在过去，当冷却剂压力较低(即，低于1000psi)时，可采用较为柔软的，更易被压缩的粘结剂来填充套爪体的狭缝而不存在产生泄漏通路的重大危险。现有技术中采用的相对较易压缩的粘结剂不会使套爪的径向弹性加强到套爪体不能容易地被防松螺母压缩以便可靠地夹紧工具柄的程度。更重要的是，采用这种柔韧的粘结剂不会使套爪体的末端太坚硬以致于当需要更换套爪体以便夹紧不同尺寸的轴时，妨碍手工拆卸防松螺母。但遗憾的是，当采用更硬的粘结剂时，例如由位于康涅狄格州Rochy Hill的Loctite公司生产的商标为SUPERFLEX 587的市售的粘结剂时，不仅使套爪体的径向可压缩性降低到使通过防松螺母围绕轴地用手工压缩变得很困难的程度，而且当需要更换套爪时还进一步使得系统操作者极难手工地把该套爪体从防松螺母上分离下来。

很显然，这就需要一种改进的套爪体，其径向可压缩性能够达到这种程度，即，可由一个系统操作者很容易地卡紧工具柄并且将防松螺母卸下，而且，它可以输导高压冷却剂流同时又防止通过套爪的狭缝的泄漏。最理想的是，这种改进的密封套爪不应牵涉到传统的套爪体和防松螺母的任何重新设计或加工，同时仅需极少量的努力和花费就可安装到现有的套爪(密封的或其它形式的)上。最后，这种改进的密封套爪仍应能够防止污物，碎屑和金属屑进入套爪指与被夹紧的工具柄之间。

一般的说，本发明是这样一种类型的改进的密封套爪，它包括一个由多个抓取指构成的管状体，这些抓取指由填充有粘结剂的细长狭缝分隔开来，其中，在套爪体的狭缝中设有不带粘结剂的间隙，以便增加套爪的径向挠性。在优选实施例中，管状套爪体包括一个末端，该末端可被防松螺母的头部环径向压缩，而不带粘结剂的间隙紧靠该末端的后面地配置。发明人惊奇地发现，这种配置显著地增大了套爪体末端的径向可压缩性，同时却仍然在横跨套爪末端的狭缝部分上保留有足够量的粘结剂，以便有效地防止污物，金属屑及其它碎屑进入套爪体的狭缝内以及位于工具柄和套爪抓取指的内径之间的空间。

在本发明的一个优选实施例中，在每一个套爪体的狭缝中，不带粘结剂的间隙的长度约为其相应狭缝的总长度的10％至45％。在本发明的一个更为优选的实施例中，上述间隙的长度约为其相应狭缝长度的15％之35％。在本发明的最为优选的实施例中，不带粘结剂的间隙的长度约为其各自狭缝的总长度的20％至30％。

套爪体的末端可包括一个随着套爪的压缩操作而接合防松螺母的凸轮面的环状凸轮面以及一个位于该凸轮面后面的凸缘，它用于随着套爪的卸下操作接合防松螺母的一个台肩。该凸缘可包括一些用于接合防松螺母台肩的凸出部以及在这些凸出部之间的凹部，用以随着将套爪体从防松螺母上卸下的操作而有利于使防松螺母的台肩脱开凸缘。凸缘的这些凹部与由套爪狭缝中不带粘结剂的间隙所提供的套爪末端增大的径向可压缩性相结合，形成一个卡盘组件，当需要调换或更换套爪时可很容易地将该卡盘组件的套爪从防松螺母上卸下。

附图的简要说明

图1是本发明的密封套爪的侧视图；

图2是图1所示套爪沿22线的端视图；以及

图3是安装在一个卡盘组件上的本发明的密封套爪的侧面剖视图。

参照图1和图2，其中，在所有的图中类似的参考标号代表类似的部件，本发明的密封套爪1一般包括一个具有末端5和一个近侧端7的管状体3。如图1所示，末端和近侧端5，7由一个环形槽8分隔开来。管状体3由一组大致平行的细长抓取指9构成，该抓取指由用与构成整个管状体3的材料相同的弹性钢合金制成的连接板10相互连接起来。如图所示，抓取指9由细长的狭缝11分隔开来。狭缝11的存在使得套爪体3可被卡盘组件的防松螺母径向压缩以便夹紧工具的柄(如下面将要详细描述的那样)。

现在来看一下套爪体3的内部，沿着套爪1的旋转轴线同心地设有一个圆柱形通路13，用于接纳一个工具，例如可以是一个钻头的柄15。这种工具柄15通常包括一个冷却剂孔16(如图3中所示)，用于将加压的冷却剂导向切割部位。柄接纳通路13朝向套爪体3的近侧端7地向外扩张成一个截头圆锥形部分18，它又与一个扩孔的内部20连接。扩孔部20及截头圆锥形部分18将从一个卡盘轴上的开口(示于图3)流来的加压的冷却剂引向柄接纳通路13。扩孔部20同时也增大了相互连接的抓取指9的总的径向挠性。

现在来看一下管状体3的外部，在靠近末端处设有一个环状导向槽21，它作为一个可见的标记以便指示套爪体3是否插入到卡盘轴内恰当的深度。末端5包括一个沿其周缘的环状凸轮面23，它与防松螺母的凸轮面相配合以便沿径向压迫抓取指9，使之与工具柄15形成卡紧配合。在环形凸轮面23之后设有一个凸缘24，以便如下面将参照图3更加详细地描述的那样有利于通过一个防松螺母将套爪体3从卡盘轴上卸下。如从图2中可以最清楚地看到的那样，环形凸缘24由六个绕套爪体3的周边均匀地间隔设置的六个凸起部28构成。每一个凸起部28的侧面是一个径向的凹部30，以便当防松螺母相对于套爪体3倾斜并被拉开时，进一步协助卡盘的操作者将防松螺母从套爪体3上卸下。

为了避免污物，碎屑及金属屑进入套爪1构成其中一部分的卡盘组件内，一种弹性粘结剂32填充到细长狭缝11的末端部分内。如从图1中可最清楚地看到的那样，为了避免当一个工具柄15固定到通路13内时加压冷却剂通过套爪1的壁泄漏，在套爪的狭缝11的近侧部分中填充弹性粘结剂34。在本发明的优选实施例中，用于填充部分32，34的粘结剂可采用由位于康涅狄格州Rocky Hill的Loctite公司制造的商标为SUPERFLEX 587的市售商品。这种粘结剂是由硅橡胶基混合物构成的，它具有足够的刚性，当增压到约为1000至1500psi的冷却剂被导入套爪1的扩孔的内部20并进一步地被引导通过圆柱形通路13时，可以成功地防止这种冷却剂通过套爪1的壁泄漏出来。

为防止填充到狭缝11中的相对较硬的粘结剂32，34过分地影响套爪1的末端5的径向可压缩性，在粘结剂中设置一个间隙36，该间隙36延伸于末端5的凸缘24与紧靠套爪1的近侧端7上的环形槽21下面的一个点之间。在优选实施例中，存在于每个狭缝11中的间隙36的长度L₁大约为其相应狭缝总长度的25％。但是，如果该间隙的长度只有如图1所示的L₂那么长，即大约为狭缝11总长度的10％时，本发明仍然可有效地显著增加套爪1的径向挠性。如果该间隙的长度长达L₃，即大约相当于狭缝11总长度的45％时，间隙36也能有效地达到其预期的目的。但是，如果采用这种细长形式的不带粘结剂的间隙36，则必须将通导冷却剂的工具柄从由P₁标识的正常位置向后插到由P₂标识的更深的位置，从而在工具柄15与间隙36的近侧边缘之间不存在缝隙，这种缝隙允许加压冷却剂通过套爪体3的壁径向向外地流动。在工具柄15可插入到比由P₂标识的位置更深的地方的情况下，本发明可拥有甚至比L₃更大的间隙长度。

图3示出了本发明的密封套爪1的操作。套爪1被设计成和一个防松螺母40及一个卡盘轴42一起操作，1，40，42的组合构成一个卡盘组件44。卡盘轴42具有一个截头圆锥形空腔48，其形状与套爪体3的近侧端7是互补的。空腔48终止于一个锥形端部50，该端部则通向一个冷却剂输导通路52。通路52与卡盘轴42的转动轴线A共线地延伸。在通路52的反向侧，卡盘轴42终止于一个环形凹状端部56。螺纹58环绕在轴端部56的外径上。

如图所示，防松螺母40由一个具有环绕在其内径上的螺纹64的环状壳体62构成。螺纹64可与环绕轴42的凹状端部56的螺纹58接合。防松螺母壳体62的反向侧带有一个具有一凸轮面68的头部环66。如从该图可以看出的那样，凸轮面68是一个截头圆锥形表面，其形状与套爪1的末端5的环状凸轮面23互补。紧靠在头部环66的凸轮面68后面的是一个环形台肩69，当防松螺母被装配到套爪1上时，该台肩69装配到套爪体3的环形凹槽内。如下面将要更加详细地讨论的那样，当旋转防松螺母40以便将其从卡盘轴42的端部卸下时，台肩69用于将套爪体3从截头圆锥形空腔48内抽取出来。一个滚珠轴承组件71设置在头部环66和防松螺母壳体62的末端之间，用于使头部环66向套爪体3的末端5施加径向压缩力而不会施加由于系统操作者旋转环状壳体62而产生的扭转力。在轴承组件71的两侧设置一对O型环73a，b以防止灰尘及碎屑进入防松螺母的这一部位。一个卡环75将头部环66和轴承组件71保持在环状壳体63内的固定位置处。最后，在防松螺母40的这一特定实施例中，一对平衡环77围绕在壳体62的邻近外围，用以允许卡盘组件4可旋转地平衡。有关防松螺母40和卡盘轴42的其它详细情况可从转让给位于宾夕法尼亚州Latrobe的Kennametal公司的美国专利No.5,522,605中找到，该专利的整个说明书在这里被作为参考文献加以引用。

在操作时，系统操作者可首先将套爪体3安放到卡盘轴42的截头圆锥形空腔48内直到环形槽21与轴42的末端边缘近似对齐时为止。这种安放可确保套爪体3的近侧端7在空腔48内处于图3所示的位置。接着，系统操作者将防松螺母40的螺纹64与卡盘轴42的螺纹56啮合，并旋转防松螺母，直到头部环66的环形台肩69“咬住”套爪体3的末端5的凸缘24时为止。现在卡盘组件64已经准备好接纳一个旋转工具，例如一个钻头的柄15。系统操作者将这种柄15安装到套爪体3的圆柱形通路13内，确保柄15足够深地插入以便完全跨越位于狭缝11之间的粘结剂中的间隙36。这种定位可确保填充套爪体3内的近侧端7中的狭缝11的粘结剂34将会有效地保持流过冷却剂通路52的任何加压的冷却剂，从而只将加压的冷却剂引导通过工具柄15的冷却剂孔16，而不会径向地通过套爪体3的壁。然后系统操作者手工地将防松螺母40拧到卡盘轴42的端部上，从而头部环66的凸轮面68径向地压迫套爪体3的近侧端5。这一操作不仅牢固地将工具柄15连接到套爪体3的内径上，而且还进一步在密封套爪体3的内部与柄15之间形成一个流体密封。在防松螺母40已被这样紧固之后，卡盘组件44及与柄15连接的工具就可以准备使用了。在这种使用过程中，填充套爪体3的末端5的狭缝部分9的粘结剂32防止污物，碎屑及金属屑进入套爪体3的内部，与此同时，填充狭缝11的粘结剂34以前面所述的方式工作，防止加压的冷却剂通过套爪体3流出。

当系统操作者希望更换套爪1及与之相关联的工具时，操作者拧下防松螺母40直到环形台肩69碰到位于套爪体3的末端5处的凸缘24为止。从这一点开始，防松螺母40起着一种“螺旋千斤顶”的作用，将套爪1从卡盘轴42的空腔48内拉出来。套爪体3末端的增大的径向可压缩性，连同由围绕着末端5的凹部30所造成的在环形台肩69和凸缘24之间的相互影响的降低，使系统操作者可以很容易地将套爪的末端5从防松螺母40的环形台肩69上卸下，从而完全使这两个部件拆开，随后系统操作者可很容易地调换或更换卡盘组件44的套爪1。第二个更为优选的组装方法是首先经过防松螺母40的环形台肩69地将套爪体3的末端5卡紧，从而形成一个套爪1和防松螺母40的子组件。然后把待夹紧的工具柄15插入套爪体3的圆柱形通路13中。此后可以将所构成的工具柄15，套爪体3及防松螺母40的子组件安装到卡盘组件44中。当柄15被插入时，这第二种方法可有利地减少工具柄15与套爪体3之间的连接操作。

尽管相对于一个优选实施例对本发明进行了描述，但对于一般熟悉本领域的人员来说，各种增补，改型和变型则是十分明显的。所有这类增补，改型及变型将被包括在本发明的范围之内，而本发明的范围仅到所附权利要求书的限制。