CN101417399B - 包括用于可释放地定位工件托盘的卡盘的夹具 - Google Patents

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Abstract

一种包括用于可释放地定位工件托盘的卡盘的夹具，该卡盘设有用于可释放地定位工件托盘的锁紧机构。锁紧机构包括多个夹持构件，该夹持构件被设计为在锁紧位置中接合连接工件托盘的夹持塞。每个夹持构件设有直通钻孔，该直通钻孔在对应夹持构件正确锁紧和/或释放时一端关闭。附加地或可选地，每个夹持构件分配有设有直通钻孔的致动构件，该直通钻孔在对应夹持构件正确锁紧和/或释放时一端关闭。夹持构件和致动构件的直通钻孔由一公共连接管道可分别连接到压缩空气源。此外，提供至少一个传感器用于检测连接管道内的空气流量。利用传感器就能检测夹持构件是否正确地释放或锁紧。

Description

包括用于可释放地定位工件托盘的卡盘的夹具
技术领域
本发明涉及夹具。 
这样的夹具优选用于将设置有工具或工件的工件托盘夹持在限定的位置，该卡盘通常固定地位于机床或压力机的工作台面上，而工件托盘可重复地可释放地精确定位地处于卡盘处。 
背景技术
在半自动或全自动机加工中，将装有待机加工工件的托盘正确地夹持在卡盘的适当位置上或从其上完全释放是很重要的。例如，如果托盘没有正确地定位在卡盘上，在机加工过程中，如铣削过程中，就会产生工件移位的风险，从而导致了破坏性的后果。当托盘在机加工后需要从卡盘上卸下时，必须确保锁紧机构已经完全释放以使托盘能安全脱卡。涉及到重托盘时，也就是托盘重得无法用人工举起，而替代地需要借助机器人装置或起重装置时，这点会特别重要。很容易理解的是夹持构件还没有完全释放就卸下托盘可能会产生同样的破坏和成本过高。检测锁紧机构是否完全锁紧或完全释放时存在的一个问题是中央元件或中央传感器不能识别个体夹持构件是否真正锁紧或释放。基于这一点，试图检测锁紧机构是否正确工作时通常要借助监测辅助变量，例如，锁紧或释放所需的气动压力。然而，这证实是很有问题的，因为它不能始终保证能够可靠地指示夹持构件是否处于伸出的锁紧位置或缩回的释放位置。万一夹持构件趋于卡住不能完全释放或锁紧，那么靠检测辅助变量识别这种情况就会非常困难，甚至是不可能的。 
从德国专利DE19636375得知一种用于托盘的快速释放夹具。用于接收称为“***式接头”(pull-in nipple)的、布置在托盘上的夹持塞(clamping spigot)的卡盘设有直通孔(feedthru)。夹持塞具有刀状接触表面，该表面的任务是分离由机械加工所产生的碎片及类似物。卡盘的锁紧机构设有多个用于牢固地定位夹持塞的锁紧活塞。在它的径向内端部处，每个锁紧活塞具有挡块，该挡块在锁紧条 件下安置在夹持塞的跟部上，非强制地(non-positively)将夹持塞保持在卡盘的直通孔内。作为刀来类似地分离进入的碎片时，所述挡块加倍。锁紧活塞包含轴向直通钻孔，但是文件没有提及关于提供这些钻孔用于什么目的任何内容。卡盘设有多个用于将其喷射干净的喷口。 
德国专利DD26733披露了一种设有用来检查工件位置的装置的卡盘。台钳(vise)形式的卡盘具有两个钳牙(jaw)，每一个钳牙都钻有一个直通孔，两个钳牙通过柔性管连接到卡盘的静止基座部分，卡盘内钻有中心直通孔，该直通孔由水平钻孔连接到两个柔性管。水平钻孔内包含两个节流阀。为了监测管内和钻孔内的压力，设置压力检测装置。通过工件在钳牙内紧贴接触，将工件夹持在位则导致分配给对应钳牙的管子分支内的压力上升，通过所分配的压力检测装置能够检测到这种压力的上升。 
发明内容
本发明的目的是改进具有用来可释放地定位工作托盘的锁紧机构的夹具，这样卡盘自身就不再需要传感器监控锁紧机构的正确运行，同时仍然确保对锁紧机构的夹持构件是否正确锁紧和/或释放进行可靠而简单的识别。 
该夹具设有至少一个具有直通钻孔的夹持构件，该直通钻孔在对应夹持构件正确锁紧和/或释放时一端封闭，和/或至少一个夹持构件分配设有直通钻孔的锁紧销，该直通钻孔在对应夹持构件正确锁紧和/或释放时一端封闭，夹持构件和致动构件的直通钻孔分别通过连接管道连接到压缩空气源，并提供至少一个传感器用于检测连接管道内的压缩空气流量。该装置使得可以通过简单的方式和手段检测夹持构件是否锁紧或释放。即，一旦连接管道内的压缩空气流量超出预定限度时，该装置就能可靠地检测到一个或多个直通钻孔没有被正确地封闭，以指示夹持构件没有正确地锁紧或释放。这样就满足了容易地检测夹持构件是否正确锁紧和/或释放的基本要求。因为，当夹持构件没有按设想的锁紧或释放时，相应的直通钻孔就不会被封闭，流量传感器基于存在于连接管道内的可测压缩空气流量就能检测到这种情况。 
现在参考附图详细描述本发明夹具的优选示意性实施例。 
图1是用于卡盘的锁紧机构的透视图； 
附图说明
图1a是夹持构件的放大图； 
图2是图1所示的锁紧机构及夹持塞的纵向剖面图； 
图3是整个卡盘的纵向剖面图，其中锁紧机构被致动； 
图4是整个卡盘的纵向剖面图，其中锁紧机构未被致动； 
图5是夹具的夹紧塞、处于锁紧状态的两个夹紧构件及其它构件的纵向剖面图； 
图6是夹具的夹紧塞、处于释放状态的两个夹紧构件及其它构件的纵向剖面图； 
图7是夹具的已锁紧的卡盘及其它构件的局部剖面图；和 
图8是夹具的完全释放的卡盘及其它构件的局部剖面图。 
具体实施方式
现参考图1，该图以透视图示出了用于卡盘的锁紧机构2的各个显著部件及夹持塞30。锁紧机构2主要包括致动活塞3、四个压缩弹簧4、四个夹持构件5、以及成四个锁紧销10和四个开启销17形式的致动构件。利用处于卡盘上壳部(未显示)处的压缩弹簧4来支撑致动活塞3，在卡盘处于已装配好的状态下，压缩弹簧4将致动活塞3推入其底部位置，在该底部位置中，该锁紧机构处于锁紧状态。锁紧销10和开启销17二者均牢固连接到致动活塞3。柱塞式夹持构件5用于固定地将夹持塞30定位在卡盘内，它们同时沿轴向(即在Z轴方向上)加载该夹持塞30，以使它与工件托盘结合，通常夹持塞30逆着卡盘固定在工件托盘上。锁紧销10具有斜坡压力面11，该斜坡压力面在活塞3向下运动时将每个夹持构件5沿径向向内推入其锁紧位置。由于压缩弹簧4被偏压成将活塞3保持在其底部位置，因此锁紧销10将夹持构件5限制在它们的锁紧位置上直到活塞3在气动作用下向上运行到其释放位置。如下面详细描述的，在活塞3向上运行时，夹持构件5沿径向向外位移。当然，代替四个锁紧销10，多于或少于四个锁紧销的变化都是可行的，但是需要提供至少两个锁紧销。 
每个夹持构件5的面向夹持塞30的头部设有与夹持塞30的外轮廓相配的面，该面在每个夹持构件5位于锁紧位置时与夹持塞30形成完全面接触。现在参考图1a，该图是夹持构件5的放大前视透视图。夹持构件5的头部6具有弧形压力面7，该弧形压力面在中心处通向钻孔8。这个压力面7与夹持塞的轮廓相配，使得夹持构件5就会由它的弧形压力面7与每个夹持塞成完全的面接触。 
现参考图2，该图是图1所示的锁紧机构2及夹持塞30的纵向剖面图。该图清楚显示了在活塞3的底部位置(换言之即锁紧位置)每个锁紧销10是由它的压力面11推动对应的夹持构件5沿径向向内进入它的锁紧位置。在该锁紧位置处，每个夹持构件5通过它的面与夹持塞30的由一肩部31形成的环形周向夹持表面成完全面接触。此外，很明显的是每个夹持构件5具有直通钻孔8，该直通钻孔8从后端部沿纵向穿过整个夹持构件5，并以小直径钻孔8a的形式在前端部处从头部6通过。当处于锁紧位置的每个夹持构件5与夹持塞30的肩部31成完全面接触时，夹持塞30在该前端部处封闭该直通钻孔8。还很明显的是，每个夹紧构件5在其下侧具有锥形凹部9，每个开启销17在向上运动时由其锥形渐缩的前端部18接合该凹部，从而使得对应的夹持构件5沿径向向外移动以释放该锁。总之，很明显，每个锁紧销10利用螺栓13固定到活塞3上。锁紧销10和螺栓二者都设有直通钻孔12、14。球15置于螺栓13的直通钻孔14和锁紧销10的直通钻孔之间作为截止阀，它的作用下面会详细说明。 
现在参考图3，该图是卡盘1的剖面图，其设有按图2所示配置的锁紧机构2。工件托盘33也表示在图中，夹持塞30固定到该托盘。术语“工件托盘”代表夹持部件，该夹持部件不仅能牢固地定位工件，而且必要时还能定位由卡盘1装卡的工具或其它构件。锁紧机构2图示为处于锁紧状态。显然，卡盘1包括上壳部20和下壳部21，锁紧机构2被置于其间。另外该图还显示了沿径向通往卡盘下壳部21的通道22，23，用于传送压缩空气进气。卡盘1设有接纳夹持塞30的中心孔32，夹持构件5可朝该孔32的纵向中心线进行横向移动。工件托盘33具有对中构件(未示出)，当工作托盘33夹持在卡盘1中时，该对中构件与布置在卡盘1上的其它对中构件配合，使得工作托盘33在X轴和Y轴方向上被定 位。 
上通道22通向周围密封的环形压力室25。所有夹持构件5的后端伸入该压力室25，使得贯穿每个夹持构件5的直通钻孔8与压力室25相通，从而使得所有夹持构件5的直通钻孔8气动地并联连接并连接到该上通道22。为了检查夹持构件5的锁紧状态，并且必要时沿径向向内附加地将夹持构件5推靠在夹持塞30上，经上通道22进给压缩空气。该压缩空气自上通道22流入压力室25并流入通过每个夹持构件5的钻孔8。所有夹持构件5一旦接触夹持塞30，压缩空气流量就会迅速降低至接近零，这由对应的传感器来检测，下面对此有详细说明。 
下通道23与布置在活塞3下面的环形压力空间24相通，自通道23通向压力空间24的通道在图中没有明示。经下通道23进给的压缩空气用于抬起活塞3。 
这导致打开锁紧机构2所需的压缩空气经下通道23进给而用于重新夹持锁紧机构2的压缩空气经上通道22引入。然而，在两种情况下压缩空气进气还用于检查卡盘1的状态，即关于锁紧机构2的夹持构件5是否正确锁紧/释放，下面对此进行了详细说明。用于清洁接触面的压缩空气也可经下通道进给。 
现在参考图4，该图是如图3所示的卡盘1的剖面图，图中锁紧机构2的夹持构件5处于释放位置。为了释放夹持构件5，压缩空气经下通道23供应以进入布置在环形活塞3下面的环形空间24，从而克服压缩弹簧力以将活塞3抬起，并导致锁紧销10和开启销17被向上推动。在锁紧销10向上运动中，它们的斜坡压力面就从每个夹持构件5的后端移开，使得每个夹持构件能够被对应的开启销17沿径向向外移动。在锁紧机构2的释放位置中，夹持塞30能够伸入卡盘1的中心孔32和从该中心孔32退回。 
现参考图5和6，示意性地显示了两个夹持构件5、夹持塞30及其它构件的纵向剖面图，用来帮助解释如何检查夹持构件5可被正确锁紧。除了实际的卡盘，该夹具还包括压缩空气源26、用于检测压缩空气流量的传感器27、连接管道28以及电子控制器/分析器29。在如图5所示锁紧状态下，夹持构件5用它们的头部6与夹持塞30的肩部成完全面接触。如上面所解释的，夹持构件5由锁紧销(未示出)沿径向向内推入它们的锁紧位置。然后当压缩空气自压缩空气源26进给时，它经连接 管道28分别流到夹持构件5，再流到每个纵向钻孔8、8a.由于夹持构件5用它们的头部6与夹持塞30的肩部成完全面接触，因此每个纵向钻孔8a在该端部处被封闭。由于卡盘的空腔(即压力室25(图3))接收压缩空气流，连接管道28内的压缩空气流量就会变得接近零，这是因为压缩空气不能经由从压力室25通向外面的纵向钻孔8、8a泄出。但是，如果一个或更多的夹持构件5不能紧密接触夹持塞30，压缩空气就能经由各纵向钻孔8泄入中心孔32。换言之，如果至少一个贯通夹持构件5的纵向钻孔8、8a没能被夹持塞30封闭，流过连接管道28的压缩空气就会被传感器27检测到，并相应地由电子控制器/分析器29进行检测和分析。由于所有夹持构件5气动地并联连接，因而总是能检测到是否所有夹持构件5正确锁紧或是否有至少一个夹持构件5没有正确锁紧。需注意的是，布置在螺栓13的直通钻孔14和锁紧销10的直通钻孔12之间的截止阀15阻止了压缩空气经所述直通钻孔12、14(图2)从压力室泄出。 
图6显示了处于释放位置的夹持构件5，如箭头指示，该图显示了压缩空气如何经没有接触夹持塞30的夹持构件5的头部6或经由从该头部6通出的钻孔8a泄出，这样利用传感器27很容易检测压缩空气从一个或更多夹持构件5的任何泄出。 
现参考图7和8，图为卡盘的纵向剖面，示意性地显示了压缩空气源26、检测压缩空气流量的传感器27、连接管道28a以及电子控制器/分析器29。这些图用来帮助解释怎样检测夹持构件5的相应释放。压缩空气引入到压力空间24，克服了压缩弹簧力而向上推动活塞3以释放夹持构件5。活塞3的向上运行还带动锁紧销10以及开启销17向上移动，锁紧销10的斜坡接触面则从每个夹持构件5的后端移开，然后每个夹持构件5由每个开启销17沿径向向外移动。只要锁紧销10没有到达顶部位置，注入压力空间24的少量压缩空气流就能经由螺栓13的直通钻孔14以及锁紧销10的直通钻孔12进入到压力室25，再从那经由阀(未显示)泄出到周围环境，这可以由传感器27检测到。如图7中的箭头指示，压缩空气经由直通钻孔12、14和已打开的截止阀15从锁紧销10向上排出，再经位于锁紧销10和上壳部20之间的环形间隙泄出。但是，一旦活塞3到达它的顶部位置，锁紧销10的面密封件16就会接触上壳部20，从而向上将锁紧销10的直通钻孔12密封住，因此压缩空气就会停止泄出，并因此传感器27所检测的流量就会中断，传感器与电子控制器/分析器 29结合很容易检测到这一点。图8显示锁紧销10位于它的顶部位置。因为活塞3的向上运动能自动导致夹持构件5依靠每个开启销17而沿径向向外移动，所以通过检测连接管道28a内的压缩空气流量能够可靠地确定所有夹持构件5是否被正确地释放。 
这样，远离卡盘布置的流量传感器就能够监视锁紧机构和夹持构件5的工作。代替所描述的电子控制器/分析器29，可以应用任何其它例如电的、机电的或机械的控制器/分析器。 
为了将卡盘的上通道22或下通道23(图3)经由各连接管道28(图5)或28a(图7)连接到压缩空气源26，于是提供了阀门(未示出)。尽管图中显示只有一个压缩空气源26，提供两个分开的压缩空气源26当然也是可能的。这种情况下，一个空气源26可以设置为进给上通道22，另一个则进给下通道23。 
当提供两个分离的压缩空气源26时，提供两个流量传感器也是有意义的，为每一个压缩空气源26提供一个，然而，仅提供一个压缩空气源26当然也是可能的。 
虽然在目前描述的实施例中，所有夹持构件的每一个都设有直通钻孔，但是，取决于应用，它们中仅有一个设有直通钻孔也是可能的。为了确保所有夹持构件都能正确地释放，优选是所有成锁紧销形式的夹持构件都设有直通钻孔，然而，再一次取决于具体应用，仅提供一个设有直通钻孔的锁紧销也是可能，采用其中一些夹持构件或一些致动构件设置有直通钻孔的折衷方案也是可能的。 
必要时，也可以将与卡盘的夹持构件接合的夹持表面直接形成在工件托盘上，这样就不需要夹持塞。 
然而，无论何种情况，通过检测与卡盘的夹持构件相连接的管道内的压缩空气流量，都能确保可靠地检测到它们是否正确地锁紧或释放。可以理解的是，正确锁紧或释放不需要压缩空气流量绝对为零。相反地，可以确定任何临界值，低于此临界值就能检测到正确锁紧或释放。与常规的球形夹持构件相比，所示的柱塞式夹持构件通过用相对大的接触面接触夹持塞而具有了能够应付大作用力的优势。 
除了已述优势，根据本发明的夹具还具有另一优势，即，卡盘自身上不需要安装传感器，仅需两条压缩空气进给通道将卡盘与夹具的其它构件相连接，这样当然就不需要在卡盘与其***之间布置任何电 线。在已描述的夹具(其卡盘仅需要用作接口的两条压缩空气进给通道以及远离卡盘布置的流量传感器)的变化中，该卡盘的各显著功能可以被监控并被确认。现在描写的成果使得就用两条压缩空气进给通道就可能： 
-气动地释放卡盘 
-气动地重新夹持卡盘 
-监视正确释放 
-监视正确锁紧，和 
-检测托盘在位/不在位。

Claims (14)

1.一种夹具，该夹具具有卡盘(1)，该卡盘设有用于可释放地定位工件托盘(33)的锁紧机构(2)，该锁紧机构(2)包括多个夹持构件(5)，该夹持构件被设计为在锁紧位置时接合布置在工件托盘(33)处或与工件托盘(33)连接的夹持塞(30)处的夹持面(31)，以将工件托盘(33)固定地定位在卡盘(1)处，其特征在于，设有至少一个具有直通钻孔(8，8a)的夹持构件(5)，该夹持构件的直通钻孔(8，8a)在对应夹持构件(5)正确锁紧时一端被封闭，和/或至少一个夹持构件(5)分配有具有直通钻孔(12)的锁紧销(10)，该锁紧销的直通钻孔(12)在对应夹持构件(5)正确释放时一端被封闭，每个直通钻孔(8，8a，12)可由连接管道(28，28a)连接至压缩空气源(26)，提供至少一个传感器(27)来检测该连接管道(28，28a)内的空气流量。
2.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，多个夹持构件(5)设置有一端可封闭的直通钻孔(8，8a)。
3.如权利要求1或2所述的夹具，其特征在于，多个夹持构件(5)分配有设有直通钻孔(12)的锁紧销(10)。
4.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，该夹持构件(5)构造成柱塞，其包括头部(6)，该头部构造与工件托盘(33)的夹持面或夹持塞(30)的夹持面成完全面接触。
5.如权利要求4所述的夹具，其特征在于，每个夹持构件(5)设有自头部(6)通出的直通钻孔(8a)，该直通钻孔在对应夹持构件(5)正确锁紧时可被工件托盘(33)的夹持面或夹持塞(30)的夹持面封闭。
6.如权利要求4所述的夹具，其特征在于，每个夹持构件(5)都分配有设有直通钻孔(12)的致动构件，该致动构件为锁紧销(10)的形式，在对应夹持构件(5)的锁紧位置中，该直通钻孔(12)打开，在对应夹持构件(5)的正确释放位置中，该直通钻孔(12)被封闭。
7.如权利要求4所述的夹具，其特征在于，该锁紧机构(2)包括至少一个致动活塞(3)，利用该致动活塞，该夹持构件(5)能移动至该锁紧位置和/或释放位置。
8.如权利要求7所述的夹具，其特征在于，该锁紧机构(2)包括用于每个夹持构件(5)的锁紧销(10)，该锁紧销(10)与该致动活塞(3)有效连通，至少一个锁紧销(10)设有直通钻孔(12)，且每个锁紧销(10)的直通钻孔(12)在对应夹持构件(5)的锁紧位置中打开，并在对应夹持构件(5)的正确释放位置中被封闭。
9.如权利要求8所述的夹具，其特征在于，各锁紧销(10)包括面对该对应夹持构件(5)的斜坡压力面(11)，在活塞(3)移动时，该对应夹持构件(5)利用该斜坡压力面而可移位至其锁紧位置。
10.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，该卡盘(1)包括用于接纳夹持塞(30)的中心孔(32)，并且该夹持构件(5)可朝着该中心孔(32)的直通中心线进行横向移动。
11.如权利要求10所述的夹具，其特征在于，该卡盘(1)包括至少四个夹持构件(5)。
12.如权利要求8所述的夹具，其特征在于，卡盘(1)包括空气进给通道(23)，由该连接管道(28，28a)将该空气进给通道连接到压缩空气源(26)和布置在致动活塞(3)后侧的压力空间(24)，每个锁紧销(10)的直通钻孔(12)连接所述的压力空间(24)。
13.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，所有夹持构件(5)都设有一端可封闭的直通钻孔(8，8a)。
14.如权利要求1或2所述的夹具，其特征在于，每个夹持构件(5)都分配有设有直通钻孔(12)的锁紧销(10)。
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