CN101253020B - 用于工具或工件的定位及夹紧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于工具和/或工件的定位及夹紧装置(1)，其包括：基体(2)、设置成可在基体(2)内移动的活塞(12)、可与活塞连接的榫头(8)、用于相对工具或工件保持器(30)而锁紧定位及夹紧装置的至少一个锁紧装置(15)，该工具或工件保持器具有与基体(2)互补的形状，基体(2)构造成带有用于容纳活塞(12)的圆筒状容纳部(3)，在活塞(12)和榫头(8)之间设置有夹紧锥体(13)，控制表面(17，18)构造在夹紧锥体(13)和活塞(12)上，在锁紧装置(15)上还构造有与夹紧锥体(13)和活塞(12)上的控制表面(17，18)互相作用的控制表面(16)，锁紧装置(15)设置成可以在基体(2)内沿径向移动。

Description

用于工具或工件的定位及夹紧装置
技术领域
本发明涉及一种用于工具和/或工件的定位及夹紧装置，其包括：基体、设置成可在基体内移动的活塞、可与活塞连接的榫头、用于相对工具或工件保持器而锁紧该定位及夹紧装置的至少一个锁紧装置，该工具或工件保持器具有与基体互补的形状。 
背景技术
在机床工业中，工件在所谓的“加工中心”中由计算机控制的工具加工。为了使工件相对于工具而精确地定位并夹紧(反之亦然)，使用了快速夹紧***。通过使用快速夹紧***，确保了在作为计算机控制基础的三维坐标系中，工具或工件的定位可被重复并且精确地限定。如果工具或机床在工件的加工过程中必须被频繁地更换，计算机控制必须保证工件在坐标系中始终处于同一位置。 
从DE10116229A1中公开了一种将工件可解除地固定到机床上的普通类型的装置。用于配合活塞的圆筒状容纳部而形成在基体上。活塞通过液压或气压介质，克服弹簧力沿Z方向移动。与托台相连接的夹紧榫头安装在球套内，其可沿Z方向移动。在夹紧榫头的圆周上，多个钢球设置在球套内，这些钢球可径向地移动。由于夹紧榫头和活塞上夹紧表面的特殊构造，夹紧榫头通过活塞的移动而定位到中心并被夹紧。 
发明内容
由现有技术出发，本发明的目的在于提供一种定位及夹紧装置，其具有微米范围内的精度，由尽可能少的部件组成且保证长的使用寿命和尽可能高的夹紧及保持力。 
本发明的目的通过一种用于工具和/或工件的定位及夹紧装置而实现，该装置包括：基体、设置成可在基体内移动的活塞、可与活塞连接的榫头、用于相对工具或工件保持器而锁紧定位及夹紧装置的至少一个锁紧装置，该工具或工件保持器具有与基体互补的形状，基体构造成带有用于容纳活塞的圆筒状容纳部，在活塞和榫头之间设置有夹紧锥体，控制表面构造在夹紧锥体和活塞上，在锁紧装置上还构造有与夹紧锥体和活塞上的控制表面互相作用的控制表面，锁紧装置设置成可以在基体内沿径向移动。 
本发明的优选改型体现在从属权利要求中。 
保证定位及夹紧装置尽可能高的可重复性是有利的。这通过形成在基体外部圆周上的Z形支座(Auflage)实现。还通过基体外侧圆锥形构造的定心表面( 
Figure G200680032141501D00021
)来实现。又通过把圆锥形构造的定心表面与基体圆柱形外表面保持同心(zentrisch)来实现。以单件形式制成的基体，承担了所有必需的使工件被精确夹紧并对准中心的功能。 
定位及夹紧装置可以被容易地清洁也是有利的。其通过靠近Z形支座、形成在基体内的水平通风口来实现。还通过能使清洁空气经过的通道来实现，这些通道通向基体的圆筒状容纳部。 
附图简述 
根据附图，描述了本发明的示例性实施例。其中： 
图1是根据本发明的定位及夹紧装置的截面图； 
图2是图1所示定位及夹紧装置的透视图； 
图3是图1所示定位及夹紧装置的另一视图； 
图4a、4b是图1所示定位及夹紧装置的锁紧装置的透视图； 
图5是用于图4所示锁紧装置的活塞的透视图； 
图6是用于与定位及夹紧装置互补的工件或工具夹持器的透视图； 
图7是另一个互补的工件或工具夹持器的透视图。 
具体实施方式
图1中显示的是定位夹紧机构1沿着Z轴剖开的截面图。Z轴在这个带X、Y和Z轴的坐标系中是垂直方向的坐标轴。定位及夹紧装置1包括基体2，其下端可固定在平台(此处未画出)或工作台上。在图6和图7中所描述的、构造成与之互补的工件或工具夹持器30也属于定位及夹紧装置1的一部分。基体2基本上具有旋转式对称的均匀结构。用于活塞4的圆筒状容纳部3形成在基体2上。活塞4可沿Z轴方向运动。为了使活塞4朝Z轴的正向运动，使用了液压或气压介质。为了使其朝相反方向运动，则要使用弹簧5和/或液压或气压介质的压力。用于液压或气压介质的进给通道设置在平台上。为了保持基体2和平台之间的密封，在圆柱形外部表面61上设置了O形环6。活塞4和基体2之间的密封通过特制的带X形截面的密封件7来保证。 
液压或气压介质从基体2下面的平台或从工作台而进给到基体2和活塞4的下端。在基体2内延伸的通道形成通向活塞4上端空间的开口的连接部。更进一步地，通道通向用于弹簧5的容纳部和供清洁空气使用的容纳部3，其中，清洁空气对定位及夹紧装置1的清洁是非常必要的。活塞4可以通过弹簧5的压力，也可以通过液压或气压介质的压力朝相反方向运动。对定位和夹紧的操作也可通过把弹簧力与介质压力结合的方式来完成。 
榫头(Zapfen)8旋拧在活塞4的顶端上。榫头8构造成肩状配合螺钉，其带有精确限定的尺寸。肩状配合螺钉8包括螺纹区域9、肩部区域10和头部区域11。在肩状配合螺钉8的头部区域11和活塞4之间，环形压力垫片12和夹紧锥体13由上到下依次设置在肩部区域10上。夹紧锥体13的上端和活塞4的顶端相对彼此平行运动，并保持相同的间隔距离而设置。压力垫片12所起的作用是分散由夹紧锥体13作用在肩状配合螺钉8的头部区域11上的力。 
径向延伸的开口14设置在基体上大约和夹紧锥体13相同的高度处。在该开口内设置有可以径向移动的锁紧装置15。锁紧装置15、夹紧锥体13和活塞4各自具有控制表面16、17、18，其构造成彼此之间相互作用。控制表面16、17、18设置成例如侧面、凹槽或肋的形式，其都与Z轴成相同的45°角度。控制表面16、17、18彼此之间相互平行。这就使得径向移动的锁紧装置15可以受到活塞4和夹紧锥体13运动的强迫引导和强迫控制。通过活塞4克服弹簧5的力的向上运动，锁紧装置15径向朝里运动。相反地，通过活塞4和夹紧锥体13的向下运动，锁紧装置15径向朝外运动。夹紧锥体13具有中心孔32，其内径明显地比肩状配合螺钉8的肩部区域10的外径大。因此夹紧锥体设置成在X轴和Y轴方向上围绕Z轴方向摇摆。这样使单个锁紧装置15运动中的差异得到均衡，同时实现了互补的工件或工具保持器30上的所限定的均匀夹紧。 
锁紧装置15构造成带矩形或圆形截面的滑块或插销。锁紧装置15在其位于基体2内部的端部上具有足部19。足部19使锁紧装置15可以始终紧锁地(unverlierbar)设置在基体2的内部。在基体外部末端，锁紧装置15具有轮廓20，其构造成精确地用于与基体2互补的工件或工具保持器30。 
在顶部，也就是最大锥形直径处，夹紧锥体具有第一锥面31，其与Z轴之间的夹角小于10°。锥面31的陡角可以确保锁紧装置和夹紧锥体13之间发生自锁，即使在失去介质压力或解除弹簧力时，该锁紧装置也能维持可靠坚固的保持力。 
又一中心孔21形成在基体2的顶部，其与容纳部3同心。盖子22紧锁地设置在孔21内。为此，如图1中所示，盖子22构造成带有盖缘24。盖子22可以不带有盖缘24，而是在边缘区域设有凹槽，在凹槽内嵌有卡图或伸缩圈，卡圈或伸缩圈在***到中心孔21之后胀开，从而防止盖子22再次从中心孔21移出。盖子22盖住了肩状配合螺钉8的头部区域，并可在Z轴方向上下移动。在头部11和盖子 22之间设置了弹簧23，其确保了盖子22在从基体2向外压的过程中处于不受压状态，也就是说，没有与互补的工件或工具保持器相联接。通过盖子22向上超出基体2的构造，互补的工件或工具保持器30能够尽可能平缓地接近定位及夹紧装置1或向上被提起。在加载状态下，活塞4压着盖子22朝上移动，直至盖子22与基体2的顶部边缘平齐。盖缘24或盖子22的夹紧环被基体2的止挡件25捕捉。 
图2中显示的是定位及夹紧装置的透视图。这里可以看出，四个锁紧装置15是如何设置在基体2的***圆周上的。另外，四个Z形支座26形成在基体2的底部上。通风口27直接形成在每个Z形支座的上方。通风口27微微朝下倾斜，也就是说，其设置成朝向Z形支座26，并构造成槽状。在互补的工件或工具保持器的定位过程中，压缩气体通过通风口27，将Z形支座吹洗干净。此外，圆锥形的定心表面28形成在基体2上。定心表面28与基体2的圆柱形外表面61完全同心。外表面61和定心表面25的同心设置保证了定位及夹紧装置1可被定位并固定在平台或工作台的精确限定的位置上。 
图3显示的是定位及夹紧装置1的侧面视图。基体2构造成旋转式地对称，其可与互补的工件或工具保持器30精确地配合，如图6和图7所述。图3中还显示了存在性控制部36。钻孔36形成在Z形支座26上，当工件或工具保持器30不处于Z形支座26上时，液压或气压介质就流过小孔。当孔36被工件保持器30覆盖时，可利用流量计或压力计确定，不再有流体通过且工件被正确定位。 
图4a和4b中显示的是锁紧装置15的透视图。图5中显示的是活塞4的透视图。活塞4带有开口(Durchbrüche)29，锁紧装置15可在其中径向地朝内和朝外运动。在锁紧装置和活塞4上可以看到控制表面16、18。另一个与之配合的控制表面17位于夹紧锥体13上。通过控制表面16、17、18确保了锁紧装置15在活塞4和基体2内的两个方向上均可受迫运动。 
锁紧装置15和基体2之间，以及盖子22和基体2之间都没有设置密封件，这样清洁空气可从此处逸出，并且定位及夹紧装置的外侧可被压缩空气清洁，直到基体2接触到互补的工件或工具保持器30。 
图6和图7显示的是两种类型的互补的工件或工具保持器30的透视图。对于较大工件的定位需要多个定位及夹紧装置1。其中之一适用于进行所谓的“零点对中”，而另一个适用于把工件固定在X轴或Y轴方向。其它的装置构造成不用于定位而只用于夹紧或固定。图6中的工件保持器30带有定心表面33，它的周围构造成连续的圆锥形。圆锥形定心表面33的直径与定位及夹紧装置1定心表面28的直径精确地配合。这样确保待联接装置的变形最小的无间隙定位成为可能。圆锥形定心表面28、33的直径构造成使变形只出现在材料的弹性范围内。 
在工件或工具保持器30的朝下边缘具有保护边缘34，其位于定心表面33的前面。保护边缘34可以保护定心表面33不被弄脏和损坏。图7中的工件或工具保持器30具有两个相对而置的定心表面35。图7中的工件或工具保持器构造成只用于在X轴或Y轴方向上的中心对准。 
根据本发明的定位及夹紧装置1带有夹紧***，其也可应用在负荷很大的情况下。因为基体2的定心表面28相对较大，也因为锁紧装置15不带钢球而工作，所以夹紧力分布在面上而非点上。即使在长期使用后，也可以实现重复制造的精确定位。在不会造成损坏的前提下，该锁紧装置1的保持力可以设置成远大于带钢球的装置。 

Claims (17)

1.一种用于工具或工件的定位及夹紧装置(1)，其包括：基体(2)、设置成可在所述基体(2)内移动的活塞(4)、设置成可与所述活塞连接的榫头(8)、用来相对于工具或工件保持器(30)而锁紧所述定位及夹紧装置的至少一个锁紧装置(15)，所述工具或工件保持器具有与所述基体(2)互补的形状，其特征在于，所述基体(2)构造成带有用于容纳所述活塞(4)的圆筒状容纳部(3)，在所述活塞(4)和所述榫头(8)之间设置有夹紧锥体(13)，控制表面(17，18)构造在所述夹紧锥体(13)和所述活塞(4)上，在所述锁紧装置(15)上还构造有与所述夹紧锥体(13)和所述活塞(4)上的所述控制表面(17，18)互相作用的控制表面(16)，所述锁紧装置(15)设置成能够在所述基体(2)内沿径向移动。
2.根据权利要求1所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述锁紧装置(15)的所述控制表面(16)构造成与所述活塞(4)和所述夹紧锥体(13)的所述控制表面(17，18)形状互锁地互相作用，其作用方式使得相对于所述定位及夹紧装置(1)的Z轴的、沿径向朝外和沿径向朝内的受迫控制能够实现。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述榫头(8)构造成带有头部区域(11)、肩部区域(10)和螺纹区域(9)的肩状配合螺钉。
4.根据权利要求3所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述夹紧锥体(13)具有中心孔(32)，其直径大于所述肩状配合螺钉的所述肩部区域(10)的直径。
5.根据权利要求1所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述夹紧锥体(13)在最大的锥形直径区域内具有第一锥形表面(31)，其构造成与Z轴的夹角小于10°。
6.根据权利要求1所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，Z形支座(26)构造在所述的基体(2)的外部圆周上。 
7.根据权利要求6所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，通风口(27)设置在所述基体(2)内，靠近并平行于所述Z形支座(26)。
8.根据权利要求7所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述通风口(27)微微朝下倾斜并构造成槽状。
9.根据权利要求1所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述基体(2)在其外侧上具有构造成圆锥形的定心表面(28)。
10.根据权利要求9中所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述圆锥形构造的定心表面(28)与所述基体(2)的圆柱形外表面(61)同心。
11.根据权利要求3所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，在所述基体(2)中构造有穿过所述圆筒状容纳部(3)的中心孔(21)。
12.根据权利要求11所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，在所述中心孔(21)内，紧锁地设置有可在Z轴方向上运动的盖子(22)。
13.根据权利要求12所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，在所述肩状配合螺钉的头部区域(11)和所述夹紧锥体(13)之间设置有环形压力垫片(12)。
14.根据权利要求13所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述盖子(22)设置在所述压力垫片(12)和所述基体(2)的止挡件(25)之间，其能够克服弹簧力而沿Z轴方向运动。
15.根据权利要求1所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，所述互补的工件或工具保持器具有保护边缘(34)。
16.根据权利要求6所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，至少一个Z形支座(26)上构造有孔(36)，以用于存在性控制。
17.根据权利要求1所述的定位及夹紧装置(1)，其特征在于，在所述基体(2)内构造有通向圆筒状容纳部(3)的、供清洁空气使用的通道。 
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