HK1119625B - 包括卡盘和可释放地位於其上的工件托盘的夹持器具 - Google Patents

Description

包括卡盘和可释放地位于其上的工件托盘的夹持器具

技术领域

本发明涉及如权利要求1的前序部分陈述的那样构造的夹持器具。这些夹持器具优选地用于夹持设有工具的工件托盘(pallet)或位置上受限的工件，卡盘(chuck)通常固定地位于机床或压机(press)的工作台上，而工件托盘反复地可释放地精确位于卡盘。

背景技术

就公知的夹持器具而言，产生的压力大多数通过出于这种目的而设置的接触表面传递，且总体张力必须由设有夹持构件的夹持机构进行处理。这种夹持机构通常以多个弹簧加载的夹持球为特征，当工件托盘夹在适当的位置时，这些弹簧加载的夹持球与一种紧固到工件托盘的夹持柱的夹持表面接合或直接与工件托盘本身接合。虽然已证明这种类型的夹持器具有过成功记录，但对于一些用途而言，当工件托盘能够对更高的张力进行处理时往往是有利的。这种用途的一个示例是粉末压机，在这种粉末压机中，用于紧压粉末的压头(ram)紧固到工件托盘上。当实际上的模制动作不仅涉及压头的面而且尤其涉及压头的内和/或外壳体表面时，就需要加上对应的高缩回力来将压头从压模(die)缩回，以能够将压头从高度紧压的粉末块轴向抽出。因此，一定会出现这种情况，即为了将压头抽出，需要将30％以上的紧压力在拉伸方向上施加。换言之，例如，在产生紧压铁粉或陶瓷粉时，需要施加100吨的紧压力，为了移动压头，需要将30吨或更大的力在拉伸方向上施加。在将压头紧固到工件托盘上时，当然也必须将这些力从工件托盘传递到卡盘。可以理解，这些高抽出力并不能够由常规的球夹持机构处理，因为由于这些球的接触表面非常小，所以表面压力往往会非常高。

可从EP-A-0 255 042获知一种用于机床的工具的夹持设备，这种机床包括卡盘和工具夹持器。卡盘包括从其底侧突出的两对定心轨道，这两对定心轨道在X和Y方向设有用于对齐的接触表面，工具夹持器还设有从卡盘的表面突出的四个柱，这些柱用于在Z方向上对齐工具夹持器。工具夹持器包括限定用于夹持前面所提及的柱的面的平坦表面。工具夹持器中还设有两对凹槽，这两对凹槽与这些定心轨道对齐并以柔性唇部为特征，这样这些柔性唇部接触这些轨道。总之，工具夹持器以用于容纳拉杆的中心孔为特征，借助于这种拉杆传递将工件托盘正确地定位于中心所需的夹持力。在这种布置中，卡盘包括中心定位的球锁，这种球锁与这种拉杆配合。将会理解，通过这种拉杆和球锁仅可传递相对较少的张力。

EP-A-0 827 806描述了一种用于夹持紧缩管接头(pull-in nipple)的夹持缸。这种夹持缸设有用于容纳紧缩管接头的中心孔。夹持缸以第一外活塞和径向位于第一外活塞内的第二外活塞为特征。设在这两个活塞之间的是多个夹持构件，这些夹持构件称为锁定活塞，这些锁定活塞用于将该紧缩管接头夹持在适当的位置。这些锁定活塞接合布置在紧缩管接头的前端的凸片，且几个锁定活塞均匀地周向分布。这两个活塞可与这些锁定活塞一起轴向移动，且这些锁定活塞还可径向调节。外活塞设有倾斜表面并通过压缩弹簧径向加载，以使锁定活塞由倾斜表面径向向内推动。将这些锁定活塞构造成柱塞构件。通过液压进行活塞释放。这种夹持缸的一个严重缺陷在于托盘ctz紧缩管接头在延伸方向易于弯曲并仅可处理相对较小的力，因为这些锁定活塞仅与紧缩管接头的相当小的接触表面接触且通过这些锁定活塞在Z方向上定位紧缩管接头的活塞仅由压缩弹簧在延伸方向加载。

还可从EP-A-1 068 919获知一种夹持器件，这种夹持器件能够处理相对较高的倾斜和扭距负载。这种夹持器件包括定位于机床的工作范围内的卡盘和用于安装在卡盘上以夹到卡盘的工件承载装置。卡盘上的第一定位装置和工件承载装置上的第二定位装置作为对齐构件成对配合，以将工件承载装置在X、Y和Z方向上定位。为了将工件承载装置夹在由卡盘上的定位装置所限定的位置中，同样也设有夹持设备。夹持设备包括沿着一种圆环定位的多个夹持球，这些夹持球的夹持力中的有效线大致位于平行于Z轴线的虚圆柱形壳体的区域上面或内部，这些Z轴线切割第一和第二定位装置。压缩负载主要通过Z接触表面从工件承载装置传递到卡盘，当夹持卡盘时，工件承载装置在这些Z接触表面静止。在一方面，虽然这种夹持器件能够处理相对较高的压缩负载并能够传输高扭距和倾斜力矩，但在另一方面，因为在开始时所提及的原因，张力的传输受限。

发明内容

本发明的目的在于使一种夹持器具更加精致，这种夹持器具包括卡盘和可释放地位于其上的工件托盘，以使工件托盘也能够处理高张力负载。

出于这种目的，本发明提供一种包括卡盘和可释放地位于其上的工件托盘的夹持器具，卡盘设有：用于将工件托盘定位的夹持机构，夹持机构包括构造成柱塞的多个夹持构件并以前部为特征，前部设有用于与工件托盘的夹持表面表面接触的压缩表面；工件托盘包括基本上沿其壳体表面延伸的夹持表面，以在夹持期间与柱塞接触，且夹持构件在大的表面区域上与工件托盘的夹持表面进行完全的表面接触，其中，卡盘在开孔的底部设有支撑表面，且工件托盘包括在其底侧的平坦接触表面，在将工件托盘在Z方向上夹持到卡盘时，平坦接触表面与卡盘的支撑表面接触。

本发明的主旨在于卡盘设有柱塞型夹持构件，这种夹持构件接合工件托盘的外侧面，即在大的表面区域上方的基本上沿着壳体表面延伸的夹持表面。这就满足能够在将高的张力传输到卡盘时对这些高的张力进行处理的工件托盘的基本要求，因为与夹持柱相比，沿着工件托盘的壳体表面延伸的夹持表面为这些夹持构件提供大致更大的接触表面。

为了确保工件托盘在被夹持到卡盘时的定位具有绝对的可重复精度，将第一定心构件布置在卡盘上，这些第一定心构件与工件托盘上的另一定心构件配合，以使工件托盘在夹持时相对于卡盘在X和Y方向上定位。

附图说明

现参考附图对根据本发明的夹持器具的优选示例方面进行详细描述，在这些图中：

图1是包括卡盘和工件托盘的夹持器具的透视图；

图2a是卡盘的俯视图；

图2b是工件托盘的仰视透视图；

图3是穿过夹持器具的水平截面图；

图4是穿过处于锁定状态的夹持器具的垂直截面图；

图5是穿过处于释放状态的夹持器具的垂直截面图；

图6是示出了卡盘的衬套以及柱塞的透视图；

图7是以放大比例示出的穿过夹持器具的替代示例方面的垂直截面图。

标号列表

1 卡盘

2 基体

3 衬套

4 中心开孔

5 基板

6 定心构件

7 支撑表面

8  孔

9  狭槽型槽口

10 柱塞

11 压缩弹簧

12 前部

13 压缩表面

14 槽口

15 周向肩部

16 环状活塞

17 底侧

18 顶侧

19

20 压力室

21

22 工件托盘

23 平坦底侧

24 定心构件

25 接触表面

26 壳体表面

27 周向环状凹槽

28 肩部/28a夹持表面

29 通孔

30 螺栓

31 基板

32

33 套环(collar)

34 密封件

35 密封件

具体实施方式

参看图1，图中示出了包括卡盘1和工件托盘22的夹持器具的透视图。卡盘1紧固到基板31，但尽可能将卡盘1直接紧固到机器工作台。工件托盘22用于安装重复地精确位于卡盘1上的工件。不过，在本发明的上下文中，决不将术语工件托盘理解为仅用于安装工件，因为也可将工具和类似的装置紧固。

卡盘1包括沿着衬套3排列的圆柱形基体2。衬套3限定中心开孔4的范围，中心开孔4用于安装工件托盘22并构造成大致呈圆柱形。工件托盘22的平坦底侧23以定心凹槽24为特征，用于在工件托盘22位于卡盘1上时接合布置在卡盘1上的定心凸轮。与这些定心凹槽24接合的这些定心凸轮的完全配合将工件托盘22精确地在X和Y方向上定位，并且当限定在卡盘1上时以相对于在绕Z轴线的角位置定位。工件托盘22构造成大致呈圆柱形并设有环状凹槽27，这种环状凹槽27加工在壳体表面26中并限定工件托盘22的外圆周表面。这种环状凹槽27的一个侧壁在用作夹持表面28a时形成肩部28，在夹持期间，这种夹持表面28a由布置在卡盘1上的夹持构件接合，这将在下面进行描述。夹持表面28a从外部向内倾斜，优选倾斜或弯曲。工件托盘22以通孔29为特征，例如，这种通孔29用于将工件或工具安装或定位。基体2由多个螺栓30固定连接到基板31上。将工件或工具定位所需的工件托盘22的紧固件未在图中示出。

参看图2a，图中示出了卡盘1的俯视图，图中所示出的基板5布置在卡盘1的底部，卡盘1设有四个定心凸轮6，这些定心凸轮6用于将工件托盘22定位。圆扇形支撑表面7在每两个相邻的定心凸轮6之间延伸。这些圆扇形支撑表面7共同形成用于工件托盘22的Z向止动件。出于清洁目的，这些支撑表面7中的每一个设有几个孔8，可通过这些孔8喷射空气，以在工件托盘22位于卡盘时清洁工件托盘22的底侧。

参看图2b，图中示出了工件托盘22的俯视透视图，图中尤其示出了四个凹槽24，形成这些凹槽24以在平坦的底侧23相交，这些凹槽24将平坦的底侧23分成四个平坦的接触表面25。这些凹槽24的形状和尺寸与卡盘1的四个定心凸轮6相对应，以在将工件托盘22夹持到卡盘1时将工件托盘22在X和Y方向上对齐，并且以其绕Z轴线的角位置对齐。

参看图3，图中示出了卡盘1连同位于卡盘1内的工件托盘22的水平截面图，图中尤其示出了四个柱塞10，这些柱塞10用于将工件托盘22夹持到卡盘1。将这四个柱塞10在衬套3中径向可移动地安装，且相互以90°偏置。将这四个柱塞10中的每一个用两个压缩弹簧11加载，以将这个柱塞以安装在卡盘1中的工件托盘22的方向径向向内推动。这些压缩弹簧11的纵向中心线平行于这些柱塞10的插入方向延伸。将实心衬套(liner)3构造成使实心衬套3处理作用于这些柱塞10上的张力。

这些柱塞10的前部分12适合于工件托盘22的夹持表面28a的轮廓，以使每个柱塞10与工件托盘22的形成夹持表面28a的肩部28(图1)接触。优选每个柱塞10与夹持表面28a完全表面接触。这四个柱塞10的要布置成朝向工件托盘22的前侧面12覆盖工件托盘22的总共约320°的圆周，以在这些夹持构件、这些柱塞10以及工件托盘22之间实现相对较大的接触表面，这与常规的球夹持机构不同，在常规的这些夹持机构中，这些球仅有点型接触。卡盘1与工件托盘22之间的大的接触表面形成对能够处理高张力的工件托盘22的基本要求。但在任何情况下，出于这些柱塞10与夹持表面28a的这种大的表面接触的原因，表面增压相对较小，即便是在高的抽出力有效的情况下也是如此。

参看图4，图中示出了穿过处于锁定状态的夹持器具的垂直截面，以及每个柱塞10怎样由这些压缩弹簧11以安装在卡盘1中的工件托盘22的方向推动。由于这些弹簧11的偏压力的原因，该柱塞10以其起到压缩表面13的作用的底侧与环状凹槽27的肩部28表面接触，从而在抵靠卡盘1的基板5向下拉动工件托盘22时形成夹持表面，直到在以这种方式将该柱塞10在Z方向上定位时该柱塞10以其平坦的底侧与卡盘1的这些支撑表面接触。但在任何情形中，夹持表面28a的轮廓或倾度适合于这些柱塞10的前侧面，以在Z方向上推进这些柱塞10时，抵靠卡盘1的基板5将工件托盘22向下拉动。

除了在Z方向上定位这种工件托盘之外，还在X和Y方向上将这种工件托盘定位，并且当夹持到卡盘1上时以在绕Z轴线的角位置定位。正如已在前面说明的那样，这种定位由进入工件托盘22的定心凹槽24的卡盘1的定心凸轮6实现。

为了释放夹持在卡盘1中的工件托盘22，在克服这些压缩弹簧11的力时，必须将这些柱塞10径向向外推动。出于这种目的，设有以环状活塞16的形式的致动器，这种环状活塞16包括突出部分17，所加工的这种突出部分17带有倾斜压力表面，以接合对应的柱塞10内对应的槽口14。环状活塞16的大致平坦的顶侧18与环状压力室20的下端部同时形成。当环状活塞16向下移动时，进入柱塞10的槽口14的环状活塞16的突出部分17将该柱塞10径向向外推动。优选环状活塞16由压力室20气动致动，压力室20在接收压缩空气供应的环状活塞16的上方延伸。还可提供如液压或机电致动器，而不是气动致动环状活塞16。但在任何情形中，在环状活塞16向下移动时，将这些柱塞10分别横向于卡盘1的纵向中心线L和中心开孔4插入。

在从截面观察时，还可明显地看出基体2是怎样主要由其顶侧形成L形状的，基体2包括大致径向延伸的基部2a。衬套3设有周向肩部15，在将衬套3加上张力时，衬套3通过周向肩部15以其全部表面支撑在基体2的基部2a的底侧。这种构造连同基体2的实心结构以及衬套3的实心结构一起使高张力能够由衬套3进行处理并传递到基体2。

参看图5，图中示出了穿过处于释放状态的夹持器具的垂直截面，但并未示出压缩弹簧。为了将工件托盘22从锁定中释放，需要将这些柱塞10径向向外插入。出于这种目的，压力室20接收压缩空气供应并被增压，直到将环状活塞16向下推动。环状活塞16的这种向下运动使其突出部分17进入柱塞10的槽口14中，从而将柱塞10径向向外推动，直到其后侧面与基体2的内侧面接触，并且能够使工件托盘22被从卡盘移出。从图中还可明显地看出如何从外部向内使形成夹持表面的环状凹槽27的肩部径向倾斜。

参看图6，图中示出了卡盘1的衬套3连同柱塞10的透视图，该图尤其使在衬套3中形成的四个狭槽型槽口9更加明显，这些槽口9中的每一个用于安装和引导柱塞10。优选将每个槽口9的高度制得非常精确，以与柱塞10的高度相匹配，以在实现在Z方向上的工件托盘22的重复精确定位时，使柱塞10在Z方向实际上完全准确地位于槽口9内。优选地，每个槽口9比要安装在其中的每个柱塞10的前部12高1至5微米。但在任何情形中，这些柱塞10由衬套3通过表面接触而在Z方向上支撑。

此外，狭槽型槽口9与这些柱塞10的精确匹配在较大的程度上避免尘埃的进入。从图中可明显地看出，杯形前部12、下压缩表面13和圆槽口14在这些柱塞14内。

所示出和描述的夹持设备的优点尤其涉及卡盘的实心结构和这些柱塞的接触表面，且工件托盘能够使非常高的张力分别由工件托盘和夹持设备作为整体进行处理。

根据本发明构造的夹持器具尤其适用于但并不仅限于粉末压制中的用途，在这些用途中，用于紧压粉末的压头紧固到工件托盘上。但在任何情形中，工件托盘能够处理将压头从压模抽出所需的高张力和抽出力。

不过，这些夹持器具也适于用在多水平系统中，这些系统一方面包括同轴堆叠的几个卡盘，另一方面包括几个工具，如相互同轴布置的管状压头。

图7以放大比例示出了穿过夹持器具的替代示例方面的垂直截面图，但仅可明显地看出夹持器具的细节。在此示例中，提供用于释放柱塞10a的环状活塞16a布置在这些柱塞10a的下面，用于插入柱塞10a的突出部分17a布置在顶侧，但接着被分配给对应的柱塞10a。工件托盘22a以在顶侧上的周向套环33为特征，周向套环33径向突出超过工件托盘22a的圆柱形壳体表面。密封件34布置在卡盘1a的顶侧上并在将工件托盘22a夹持在适当的位置时与周向套环33的底侧接触。另一个密封件35布置在工件托盘22a的底部的区域中并与工件托盘22a的底侧接触。这两个密封件34、35用于将卡盘1a相对安全地密封以免变脏，这些密封件34、35尤其保护卡盘1a的灵敏构件不变脏，如柱塞10a、活塞16a等。

Claims (17)

1.一种包括卡盘(1)和可释放地位于其上的工件托盘(22)的夹持器具，所述卡盘(1)设有用于将所述工件托盘(22)定位的夹持机构，所述夹持机构包括构造成柱塞(10)的多个夹持构件并以前部(12)为特征，所述前部(12)设有用于与所述工件托盘(22)的夹持表面(28a)表面接触的压缩表面(13)，其特征在于：所述工件托盘(22)包括基本上沿其壳体表面(26)延伸的夹持表面(28a)，以在夹持期间与所述柱塞(10)接触，且所述夹持构件在大的表面区域上与所述工件托盘的夹持表面进行完全的表面接触，其中，所述卡盘(1)在所述开孔(4)的底部设有支撑表面(7)，且所述工件托盘(22)包括在其底侧的平坦接触表面(25)，在将所述工件托盘(22)在Z方向上夹持到所述卡盘(1)时，所述平坦接触表面(25)与所述卡盘(1)的所述支撑表面(7)接触。

2.如权利要求1所述的夹持器具，其特征在于：所述卡盘(1)包括构造成安装所述工件托盘(22)的中心开孔(4)，且所述柱塞(10)可横向于所述开孔(4)的纵向中心线(L)插入。

3.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述工件托盘(22)包括圆柱形壳体表面(26)。

4.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述工件托盘(22)包括在壳体表面(26)中形成的环状凹槽(27)，所述环状凹槽(27)的一个侧壁形成用作夹持表面(28a)的肩部(28)。

5.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述柱塞(10)由所述卡盘(1)的实心衬套(3)的接触表面在Z方向上支撑。

6.如权利要求5所述的夹持器具，其特征在于：所述柱塞(10)安装在所述衬套(3)的狭槽型槽口(9)内。

7.如权利要求6所述的夹持器具，其特征在于：每个槽口(9)比要安装在其内的柱塞(10)的部分高1至5微米。

8.如权利要求5所述的夹持器具，其特征在于：所述卡盘(1)包括沿着所述衬套(3)排列的圆柱形基体(2)，所述基体(2)包括大致径向延伸的基部(2a)，且所述衬套(3)设有周向肩部(15)，通过与所述基体(2)的所述基部(2a)的底侧的表面接触而在张力负载方向支撑所述周向肩部(15)。

9.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述柱塞(10)利用压缩弹簧(11)加载，所述压缩弹簧(11)的纵向中心线平行于所述柱塞(10)的插入方向延伸。

10.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：定心构件(6)布置在所述卡盘(1)上，并与布置在所述工件托盘(22)上的其它定心构件(24)配合，以使所述工件托盘(22)在夹持期间相对于所述卡盘(1)在X和Y方向上定位。

11.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述卡盘(1)包括至少两个柱塞(10)，所述柱塞(10)的前部包括至少一个压缩表面(13)，每个压缩表面(13)用于与所述工件托盘(22)的夹持表面(28a)表面接触，所述柱塞(10)的压缩表面(13)总体上覆盖所述工件托盘(22)的圆周的至少一半。

12.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：在从截面上观察时，所述工件托盘(22)构造成圆形或矩形，且在所述工件托盘(22)的壳体表面(26)中加工有周向凹槽(27)，所述周向凹槽(27)的一个侧壁形成肩部(28)，所述肩部(28)构造成用于所述柱塞(10)的夹持表面(28a)。

13.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述卡盘(1)包括至少四个柱塞(10)，所述柱塞(10)利用压缩弹簧(11)加载，以使工件托盘(22)可安装在所述卡盘(1)内。

14.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述卡盘(1)设有至少一个远程致动的致动器，利用所述致动器，可将所述柱塞(10)克服所述压缩弹簧(11)的力而插入。

15.如权利要求14所述的夹持器具，其特征在于：以环状活塞(16)的形式构造所述致动器，所述环状活塞(16)包括突出部分(17)，所述突出部分(17)以倾斜的压缩表面为特征，用于插入所述柱塞(10)。

16.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述工件托盘(22)的夹持表面(28a)从外部向内倾斜，且所述柱塞(10)的前部(12)适合于所述工件托盘(22)的夹持表面(28a)的轮廓，以使所述柱塞(10)与所述工件托盘(22)的夹持表面(28a)大表面接触。

17.如权利要求1-2中任何一项所述的夹持器具，其特征在于：所述工件托盘(22a)在其顶侧上设有周向套环(33)，所述周向套环(33)径向突出超过所述工件托盘(22a)的壳体表面，且密封件(34)布置在所述卡盘(1a)的顶侧并在夹持期间与所述周向套环(33)的底侧接触。