两个连接部件之间的工具连接及用于工具连接的连接部件

摘要

本发明公开了两个连接部件之间的工具连接及用于工具连接的连接部件。该工具连接用于在两个连接部件之间，尤其是在旋转工具(尤其是钻头)的切削头(12)和托架(10)之间形成卡夹连接。连接部件(10，12)包括卡夹部段(28a，28b)，卡夹部段分别彼此对应，并且能够通过围绕旋转轴线(6)以与预定旋转方向相反的方向转动而相对彼此夹紧，从而产生压力配合。为了产生较大夹紧力，同时还允许简便地拧入，每个卡夹部段都包括在沿着与轴向方向(4)正交的方向观察而看到的横截面中分别沿圆弧延伸的若干个连续的卡夹表面(30a，30b；32a，32b)，其中沿旋转方向(8)连续的卡夹表面的直径(d1，d2)逐渐增大。

说明书

技术领域

本发明涉及用在两个连接部件之间的工具连接，尤其涉及用在旋转工具的切削头和托架之间的、具有权利要求1的前序部分所述的特征的工具连接。本发明还涉及适用于这种工具连接的连接部件。

背景技术

这种工具连接可获自(例如)EP 1 476 269 B1。该专利文献将旋转工具描述为钻头，其中钻头被设计成称作“模块化旋转工具”的物件。该旋转工具在轴向方向上沿旋转轴线延伸，并且包括两个连接部件，分别是托架和切削头，切削头附接到托架以便能够更换。为此，托架通常在其端面上包括两个相对的紧固肋板，这些紧固肋板借助切屑槽彼此分离，并且销容座借助于这些紧固肋板来界定。切削头的连接销插入该销容座内。使切削头围绕旋转轴线相对于托架旋转，切削头的连接销得以插入销容座。在这个旋转期间，切削头的彼此对应的卡夹部段与托架之间形成卡夹连接，使得两个连接部件优选地仅以卡夹方式固定在一起。因此，优选地通常不在此处布置另外的紧固装置，诸如螺钉等。

在EP 1 476 269 B1提供的工具连接中，销容座具有圆形横截面，连接销具有略呈椭圆形的横截面。由于连接销的横截面呈椭圆形，所以在插入连接销时，销容座中最初存在一些游隙。通常靠轴向地将连接销引入销容座，来插入连接销。随后在切削头车削的过程中，由于连接销具有椭圆形的横截面，故而被卡夹到销容座中。

借助椭圆形横截面可实现可靠的卡夹。然而，由于这种椭圆形横截面，只形成了线性接触来产生压力配合。另外，由于确定的夹紧力只到达规定的最终位置，所以还需要高尺寸稳定性。

发明内容

发明目标

鉴于此，本发明立足于下述目标：提供一种工具连接，尤其提供一种用于模块化旋转工具的工具连接，借助该工具连接，两个连接部件能够彼此可靠地压紧配合。

实现发明目标的方法

该目标依据本发明，借助具有权利要求1所述的特征的工具连接方法、以及具有权利要求13所述的特征的连接部件来实现。优选的改进方案包含在从属权利要求中。关于工具连接方法提及的优点和优选实施例也将类似地转移到连接部件。

工具连接方法用于在两个连接部件之间形成卡夹连接，其中连接部件尤其是旋转工具的切削头和托架。优选地，不提供另外的紧固元件(诸如螺钉等)。旋转工具被称作模块化旋转工具，尤其为模块化钻头。但旋转工具不限于钻头。原则上，所有旋转工具(诸如铣刀、扩孔钻等)都可设置这种工具连接。

旋转工具通常在轴向方向上沿旋转轴线延伸，并且在操作期间，沿预定的旋转方向绕旋转轴线旋转。一个连接部件(尤其为切削头)包括具有一对卡夹部段的卡夹销，这对卡夹部段在销的两侧彼此相对。相应地，第二连接部件(尤其为托架)包括具有至少一对卡夹部段的销容座，所述至少一对卡夹部段在容座的两侧彼此相对。在销容座内以与预定旋转方向相反的方向旋转卡夹销，而形成卡夹连接。两个连接部件中彼此对应的卡夹部段在该过程中产生压力配合。

每个卡夹部段分别包括多个连续的卡夹表面。每个卡夹部段因而被细分为若干个卡夹表面，这些卡夹表面覆盖的角度范围是确定的，比完整卡夹部段的角度范围小。在沿着与轴向方向正交的方向观察而看到的横截面中，卡夹表面沿具有预定直径的圆弧延伸。连续的卡夹表面的直径发生变化，使得沿旋转方向连续的卡夹表面的直径逐渐增大。因此，这对相对的卡夹部段至少包括两个彼此相对的卡夹表面对，其中，这些卡夹表面对的直径沿旋转方向增大。彼此关联的销容座和连接销这两者的卡夹表面因而对于每个卡夹部段形成若干处压力配合。在沿着与轴向方向正交的方向观察而看到的横截面中，卡夹销和销容座这两者的卡夹表面都分别沿圆弧伸展。

具有不同直径的卡夹表面对的设计一方面使得连接销能被轻松拧入销容座。也就是说，彼此对应的卡夹表面之间的压力配合不必在卡夹部段的完整角度范围上形成，而只需在相应卡夹表面的有限角度范围上形成。因此，要在销容座内拧紧卡夹销，只需要在有限的角度范围上施加增大的力。同时，由于不同直径的这若干卡夹表面对，所以压力配合在相当大的角度范围(也就是每个卡夹部段中连续的卡夹表面的各角度范围的总和)上实现。该设计在释放工具连接时也具有优势，这是因为连接销只需沿旋转方向转过相当短的旋转路径，就可解除约束。总而言之，该设计因此在两个连接部件之间实现了不仅具有较大夹紧力、同时还易于安装的卡夹连接。

所谓“压力配合”，目前通常将其理解为彼此对应的连接部件尺寸偏大一定程度，意味着卡夹销的卡夹表面的直径相对于销容座的对应卡夹表面的直径，尺寸至少略偏大一定程度。尺寸偏大的这种程度通常在1毫米的百分之几的范围内。连接销被卡夹到销容座中时，销容座的卡夹部段弹性地扩张至一定程度。

有利的是，卡夹表面被部分地设计成圆柱形，因而形成圆柱形壳体表面的部段。所以卡夹表面平行于轴向方向伸展。这种设计在制造过程中尤其容易实现，特别是经由磨削而实现。应当理解，卡夹表面的部分圆柱形设计意味着在沿着与轴向方向正交的方向观察而看到的横截面中，卡夹表面沿圆弧伸展。

另选地，连接销例如为锥形的，使得卡夹表面相对于轴向方向倾斜。在这种情况下，既可采用锥形在轴向方向上逐渐增大的设计，也可采用锥形在轴向方向上逐渐缩小的设计。就锥形在轴向方向上逐渐缩小的情形而言，销在朝向销容座底部的方向上变宽，得以产生强制锁紧，该强制锁紧在轴向方向上起效，同时防止两个连接部件在轴向方向上拉出。在这种情况下，以燕尾榫连接的方式设计工具连接。

依据一有利的设计，每个卡夹部段都包括两个以上(尤其为3至5个)具有不同直径的卡夹表面。各卡夹表面的直径沿旋转方向不断增大。这意味着，在将卡夹销拧入销容座的情况下，前一个卡夹表面的直径相应比紧随其后的卡夹表面的直径小。

优选地，具有不同直径的连续的卡夹表面分别在相同角度上延伸。这样，所有彼此对应的卡夹表面同时至少基本上彼此接合得以实现。连续的卡夹表面优选地在相同角度上延伸等同的距离。然而应当理解，所述相同角度也包括+/-15％(尤其是最多+/-10％)的偏差。

卡夹表面优选地分别覆盖至少为10°范围内、优选35至45°范围内的角。在模块化旋转工具的工具连接中，销容座由两个被凹槽彼此分离的紧固肋板形成，卡夹部段各自的范围为约70°。在每个卡夹部段形成两个卡夹表面的情况下，卡夹表面得以实现不小于35°的大角度范围。如果卡夹表面的数量较大(例如有三个卡夹表面)，则角度范围相应变小，处于(例如)约20°至25°的范围内。要是每个卡夹部段有两个、甚至两个以上卡夹表面，则所有的卡夹表面优选地具有相同的角截面，以便均匀地分布。

两个连续的卡夹表面的直径的差值有利地小于0.2mm，尤其为小于或等于0.1mm。所述直径的差值尤其地在0.04mm至0.1mm范围内。所述直径的最小差值通常为0.02mm。

在一优选的设计中，圆周方向上彼此相接的两个卡夹表面之间形成过渡区域，在过渡区域中，两个连接部件彼此不紧靠，并且在径向方向上彼此间隔开(即，具有径向间隙)。因而在过渡区域中不产生压力配合。

有利地，每个过渡区域都被设计成弯曲表面。另外，两个连接部件的过渡区域有利地沿相反的方向弯曲，借此整体上形成近似椭圆形的自由空间，其中连接部件的彼此对应的两个表面部段彼此间隔开。

就制造过程来说，两个连接部件由磨削或机加工过程产生。连接销的外轮廓尤其是经磨削而成，在此过程中通常使用磨削轮。与之相反，销容座借助机加工工具(尤其为铣刀)而形成。弯曲过渡区域的曲率半径对应于所用工具(即，尤其为铣刀或磨削轮)的半径。由于为不同的卡夹表面对设置不同的直径，所以这些过渡区域在形成销容座或卡夹销的期间产生。

过渡区域分别在过渡角上延伸，过渡角在5至30°的范围内，尤其为小于20°。

如前所述，连接部件一方面被设计成模块化托架工具(诸如钻头或铣刀)的切削头，另一方面被设计成该工具的托架。

托架在其端面侧上包括两个相对的紧固肋板，这两个紧固肋板形成销容座。此外，在紧固肋板上形成扭矩部段，切削头用相关联的扭矩部段抵靠邻接所述扭矩部段，以便传递转矩。依据第一种设计变型，扭矩部段延伸直至旋转工具的最外侧圆周，也就是直至称作钻头后表面的位置。另选地，扭矩部段在销容座的内部壳体表面上以及在卡夹销(即连接销)的外部壳体部段上形成。在这种情况下，扭矩表面因此被紧固肋板包围，未延伸至最外侧圆周。

附图说明

下文参照附图更详细地说明了本发明的示例性实施例。这些附图部分地以简化描绘示出了：

图1 其中插入了托架和切削头的被设计成钻头的模块化旋转工具的侧视剖面图；

图2A、图2B 根据图1的切削头的不同视图；

图3 根据图1的托架；

图4A 根据图1的旋转工具的简化侧视图；

图4B 卡夹销和销容座之间的连接区域中旋转工具沿图4A中所标记剖面的简化剖面图，其中卡夹销仅部分拧入；

图4C 与图4B相差无几的剖面图，其中卡夹销完全拧入；

图4D 图4C剖面图的局部放大视图。

以同样的方式发挥作用的部件在附图中标注相同的参考符号。

具体实施方式

附图中示出的旋转工具2被设计成模块化钻孔工具。该模块化钻孔工具在轴向方向4上沿旋转轴线6延伸。在正常操作期间，旋转工具围绕旋转轴线6沿旋转方向8旋转，该旋转方向同时限定圆周方向。旋转工具由托架10和切削头12构成，切削头附接到托架以便能够更换。切削头12包括主切削刃(未更详细地描述)，这些主切削刃通常在钻头面的中心经由横向切削刃彼此连接，并径向向外延伸。端面处的主后刀面在与旋转方向8相反的方向上邻接主切削刃。切削头12在其圆周侧上包括后表面14，该后表面被相对的凹槽16中断。因此，所述凹槽起始于切削头12，并过渡到托架10。在示例性实施例中，凹槽16大致成螺旋形延伸。托架10具有带沟槽的轴部段，(例如)副切削刃在该轴部段上继续，这些副切削刃起始于切削头12，并沿凹槽16延伸。托架10的带沟槽轴部段通常还与不带沟槽的卡夹部段邻接，旋转工具2利用该不带沟槽的卡夹部段而卡夹到机床中。

同时，托架10和切削头12限定两个连接部件，这两个连接部件经由下文将详细描述的刀具连接彼此相连。

为此，切削头12包括卡夹销18，该卡夹销能以卡夹方式插入托架10的对应销容座20。在示例性实施例中，卡夹销18被设计成圆盘状元件，该元件具有同样为圆盘形且彼此相对的凹陷部。凹陷部由与卡夹销18相交的凹槽16确定。在示例性实施例中，卡夹销18还与引入销22邻接，切削头12在插入过程中借助该引入销预先居中。

在托架10上，销容座20由两个相对的紧固肋板24形成，卡夹销18被接收在这两个相对的紧固肋板之间。为了将切削头12插入托架10，首先在轴向方向上从上方将切削头引入销容座20，随后以与旋转方向8相反的方向将切削头大致转动90°，使其固定在托架10中，旨在夹紧切削头，防止其被拉出。

在操作过程中，托架10传递旋转运动，从而将扭矩传递至切削头12。切削头12和托架10包括彼此对应的若干个功能表面，一方面用于传递扭矩，另一方面用于产生期望的压力配合。彼此对应的表面(在插入状态下变得彼此抵靠)在下方标注相同的参考符号，其中，托架的表面被标注字母a，切削头的表面被标注字母b。

从图1和图3可以看出，紧固肋板24大体上为阶梯式，其中，两个平坦阶梯表面的过渡区域在托架侧上形成扭矩表面26a，抵靠该扭矩表面的将是切削头的对应扭矩表面26b。扭矩表面26a、26b通常被理解为被设计用于在操作期间传递扭矩的表面。

为了将卡夹销18卡夹紧固在销容座20中，形成了卡夹部段28a、28b，这些卡夹部段分别成对地彼此相对。凹槽16分别在相对的卡夹部段28a、28b之间形成。从图2A、图2B和图3中可直接看到，示例性实施例中的每个卡夹部段28a、28b分别包括两个卡夹表面30a与30b、32a与32b，这两个卡夹表面之间形成了过渡区域34a、34b。卡夹表面30a与30b、32a与32b是部分圆柱形壳体表面，即，卡夹销18中的外部壳体表面和销容座20中的内部壳体表面。这些壳体表面平行于轴向方向4延伸，在相对于轴向方向的横截面中观察时，这些壳体表面沿圆弧延伸。

为防止在轴向方向上被拉出，在示例性实施例中额外形成了彼此对应的止动表面36a、36b。这些止动表面在卡夹销18中限定卡夹销18的上边界表面。这些止动表面尤其至少大致沿水平方向，优选地恰好沿水平方向(即，正交于轴向方向4)伸展。在托架10中，在每个紧固肋板24上形成悬臂梁，用来形成相应的止动表面36a。在紧固销18中，止动表面36b直接邻接扭矩表面26b，该止动表面在示例性实施例中被设计成相对于轴向方向4对角倾斜。该止动表面尤其被设计成磨削表面。该止动表面在切削头12的前侧端面的方向上延伸，并在其末端自由地逐渐变细，也就是说，在其末端未被切削头的局部区域覆盖，尤其是未被前侧端面覆盖。这就允许通过磨削，以简单的方式形成止动表面36b。

卡夹部段28a、28b的设计将在下文结合图4A和图4B更详细地说明。为清楚起见，图中基本上只标注了与卡夹销18相关联的参考符号。

在图4B至图4D中可再次看到，示例性实施例中相应的卡夹部段28b包括两个卡夹表面30b、32b，这两个卡夹表面被过渡区域34b彼此分开。由于卡夹部段28b成对布置，所以彼此对应的卡夹表面30b、32b也彼此相对地成对布置。卡夹表面30b的卡夹表面对具有直径d1，卡夹表面32b的卡夹表面对具有直径d2。直径d1略小于直径d2。卡夹表面30b是靠前的卡夹表面，卡夹表面32b是靠后的卡夹表面。应当理解，这意味着靠前的卡夹表面30b在以与旋转方向8相反的方向拧入卡夹销18的过程中，被布置在靠前的位置。

由于卡夹表面30b的直径d1较小，因此卡夹表面在最初被拧入销容座20时可存在一些游隙，直到这些卡夹表面抵达销容座20上与其相关联的卡夹表面30a，这些游隙才会消失。因此，卡夹表面30b、32b被设计和布置成在销容座20中卡夹销18的同一旋转位置处，抵达销容座20上与其相关联的卡夹表面30a、32a。各个相关联的卡夹表面30a与30b、32a与32b因此同时变得彼此接合，从而产生压紧配合或压力配合。为此，尤其规定各个卡夹表面30b、32b在相同的角α上延伸。同时，过渡区域34b在过渡角β上延伸。在示例性实施例中，角α在30°至45°范围内，尤其是在35°至40°范围内。同时，过渡角β优选地在5°至20°范围内，尤其是在约10°至15°范围内。综而观之，相应的卡夹部段28b在2α+β的角度范围上延伸，例如，在80°与110°、优选约95°至105°的角度范围上延伸。

销容座20的卡夹表面30a、32a还被设计为与卡夹销18的卡夹表面30b、32b对应。这些卡夹表面30a、32a优选地与卡夹表面30b、32b一样，在相同的角α上延伸。过渡角β也优选地与卡夹销18的过渡角相同，至少与其相似。

要在彼此关联的卡夹表面28a、28b之间形成期望的压力配合，卡夹部段28b的尺寸相对于销容座20的卡夹部段28a的尺寸应略偏大一些。这意味着销容座20的卡夹表面30a、32a的直径分别略小于卡夹销18的直径d1、d2。尺寸偏大的程度通常为1毫米的百分之几。

尤其从图4C和图4D可以看出，卡夹销18和销容座20的彼此对应的表面部段之间的过渡区域34a、34b中形成了自由空间(即，径向游隙)。就制造过程来说，托架10的卡夹部段28a借助铣刀形成，卡夹销18的卡夹部段28b借助磨削轮形成。由于直径d1、d2不同，所以必须在径向方向上一定程度地移动相应的刀具(磨削轮或铣刀)，而形成过渡区域34a、34b。因此，过渡区域34a、34b由弯曲的线条限定，其中，曲率半径分别对应于所用工具的半径，也就是说，一方面对应于磨削轮的半径，另一方面对应于铣刀的半径。这些半径在图4C中绘出，铣刀的半径为r1，磨削轮的半径为r2。

总而言之，利用具有若干个部分圆柱形的卡夹表面30a与30b、32a与32b的卡夹部段28a、28b的设计，一方面得以将卡夹销18轻松地拧入销容座20。原因是，由于直径存在差异，所以最初几乎不用力就可将卡夹销18拧入销容座，而且只需在有限的角度范围上施加增大的力以产生压力配合。另一方面，在释放过程中只需略微旋转，接下来基本上不用力就可进一步拧松切削头12。

部分圆柱形的设计还具有独特的优势，即两个连接部件10、12对配合与公差精度的要求(尤其是在限定的最终位置处)相对较宽，原因是不需要两个连接部件10、12相对彼此精确地旋转就位。也就是说，相对于预期位置的某种程度转动不会引起夹紧力突然减小。

此外，部分圆柱形的设计(也就是至少在横截面中观察时，卡夹表面30a与30b、32a与32b依据其沿圆弧延伸的设计)在连接的对应部件之间实现了很大程度上分层的接触，故而整体上产生了非常大的夹紧力。

本文引入的概念，即每个卡夹部段都有若干个卡夹表面沿圆弧延伸，另选地还以具有相对于轴向方向对角倾斜的卡夹表面的卡夹销18实施，也就是例如以按燕尾榫方式设计的卡夹销18实施。

本文档结合旋转工具2描述了工具连接，但工具连接的应用不限于此。工具连接的设计原则上还可用于其中的两个连接部件借助围绕旋转轴线6相互转动而以卡夹方式彼此连接的其他工具。

从根本上说，还可能存在不同于示例性实施例中所示的销容座20，该销容座20形成了完整圆周销容座20，使卡夹销18得以被销容座20 360°包围。尤其在此类“完全封闭”销的情况下，提供两个以上连续的卡夹表面30a与30b、32a与32b。在此类完全封闭的设计变型中，只需采取措施确保最初可将卡夹销18插入销容座20。