CN101422865B - 夹具装置及加工工件的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于机械制造领域的夹具装置。该夹具装置包括固定构件和夹持构件，夹持构件用于安装加工工具或工件，其与固定构件可滑动地固定连接，并可定位于固定构件上的多个位置。当夹持构件受力达到一定值时，其将后退至固定于固定构件上的另一位置。该夹具装置能有效防止在加工过程中由于加工工具或工件之间的作用力过大而导致加工工具和工件的损坏。

Description

夹具装置及加工工件的方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及在对工件进行机械加工时控制工件与加工工具之间的作用力的装置，以及加工工件的方法。

背景技术

机械加工的常用方法之一是利用安装于机床上的加工工具(如钻头、车刀、铣刀等)对工件进行加工。因此，在该加工过程中，加工工具不可避免地要与工件接触，且二者之间相互具有一定的作用力，以实现加工工具对工件的切削。然而，当加工工具与工件之间的作用力过大时，不仅会导致工件不合格，而且还可能导致加工工具损坏。因此，人们试图通过各种方式来控制加工工具与工件之间的作用力(例如，在机床上设计反馈控制***)，以防止由于作用力过大而导致工件和/或加工工具的损坏。然而，现有技术中，这些控制***大都结构复杂，成本昂贵，适用场合也因此而受到限制。

2006年12月13日公布的20061052358.4号中国发明专利申请公开了一种防止钻头折断的台式钻床。该钻床包括底座、支柱、套在支柱上的工作台、机箱及电机。其中机箱上设有张紧轮压力传感器，该传感器由皮带张紧装置和压力应变片组成。其中张紧轮紧压在钻床的传动带上，压力应变片设在张紧轮的顶杆的前端，并与控制电路的输入端电连接，控制电路的输出控制端连接至电机的电源输入端。当钻头由于工件移位、排屑不畅等原因导致负荷过大时，钻床主轴的扭矩将增大，传动带的拉力也随之增大。此时，压力传感器的压力应变片所受的压力也增大，控制电路接受该信号，使电机断电，从而起到保护钻头的作用。然而，这种钻头保护***结构复杂(既涉及机械结构，又涉及控制电路)，成本较高。

KR20040097421号韩国专利申请公开了一种可控制的作用力加工设备，其通过使工件与加工工具之间保持均匀的作用力来提高表面粗糙度和加工精度。参见图1，该设备包括工作台50、加工工具10、传感器20、执行机构30和控制单元90。加工工具10可拆卸地固定于安装在工具进给部件70上的工具夹具上，用于加工工件。传感器20安装在加工工具10的后端，用于检测工具与工件之间的作用力。执行机构30安装于工作台上，使加工工具作靠近或远离工件的移动。工作时，控制单元90将传感器20检测到的工具与工件之间的作用力与预定的作用力进行比较，并根据比较结果控制执行机构30向工具施加的力。该设备尽管能实现对工件与加工工具之间作用力的控制，但同样存在结构复杂，成本昂贵的缺陷。

此外，DE10252652号德国专利申请公开的压力机、DE1043012号德国专利公开的带锯机、以及20041065024.1号中国发明专利申请公开的基于进给力控制的双轴柔性滚弯机，都采用与上述类似的技术：设置力传感器检测加工工具与工件之间的作用力大小，并将检测结果反馈至控制***，控制***根据接收的信号控制机器的工作。

上述这些现有技术中的控制***虽然能有效防止加工工具和工件的损坏，但由于包括复杂的控制***，因此无一例外地大大增加机床的成本。

发明内容

为解决上述现有技术存在的不足的至少之一，本发明提供一种夹具装置，该夹具装置可有效防止在加工过程中由于加工工具与工件之间的作用力过大而导致加工工具或工件被损坏。

本发明还提供一种加工工件的方法，利用该方法加工工件可有效防止在加工过程中由于加工工具与工件之间的作用力过大而导致加工工具或工件被损坏。

按照本发明提供的一种夹具装置，包括：固定构件和夹持构件，固定构件与加工设备固定连接；夹持构件安装待加工工件或加工工具，其与所述固定构件可滑动地固定连接；其中，在操作中，当所述工件与所述加工工具之间的作用力达到一预定值时，所述夹持构件可轴向向所述固定构件移动并固定于所述固定构件上，使得所述工件与所述加工工具分离。

按照本发明提供的另一种夹具装置，包括固定构件和夹持构件，固定构件与加工设备固定连接；夹持构件安装待加工工件或加工工具，其与所述固定构件可滑动地固定连接；其中，所述固定构件具有多个供所述夹持构件固定连接的位置，并且在操作中，当所述工件与所述加工工具之间的作用力达到一预定值时，所述夹持构件可从一个连接位置移动至另一连接位置，从而使得所述工件与所述加工工具分离。

按照本发明提供的加工工件的方法，包括如下步骤：

1)提供一种上述夹具装置，所述夹具装置可固定于加工设备上；

2)将所述加工工具或工件中的一个固定于所述夹具装置上，另一个固定于所述加工设备上；

3)对所述工件进行加工。

附图说明

图1为KR20040097421号韩国专利申请公开的可控制作用力的加工设备的立体图；

图2为本发明第一优选实施方案的剖视图；

图3为本发明第一优选实施方案的立体剖视图；

图4为本发明第二优选实施方案的剖视图；

图5为本发明夹持构件的立体图；

图6为本发明第三优选实施方案的剖视图。

具体实施方式

本发明以机床对待加工工件进行加工为例进行说明。但显然，本发明并不受限于此。

在用机床对待加工工件进行加工时，加工工具(也称刀具，如车刀、铣刀、钻头、镗刀等)和工件都需要固定在机床的不同部件上。

按照本发明提供的夹具装置，其既可安装于机床的主轴上，也可固定在机床的工作台上，用于固定加工工具或待加工工件。显然，如安装于机床的主轴上的本发明的夹具装置安装加工工具，则待加工工件则被相应地固定在机床的工作台上。反之亦然。

为便于说明，下面结合附图并以附图中所示的结构及方位为例对本发明的优选实施方案进行详细描述，这些结构以及在描述时所规定的方位不应当理解为对本发明的限制。

参见图2，其为本发明的第一优选实施方案的剖视图。本发明的该实施方案的夹具装置包括固定构件1和夹持构件2。固定构件1与加工设备(例如机床)固定连接，夹持构件2上安装待加工工件或加工工具，其与固定构件1可滑动地固定连接。在操作中，当所述工件与所述加工工具之间的作用力达到一预定值时，夹持构件2可轴向向固定构件1移动(在图2中为向上移动)并固定于固定构件1上，使得所述工件与所述加工工具分离。

在另一种实施方案中，固定构件1具有多个供夹持构件2固定连接的位置，并且在操作中，当所述工件与所述加工工具之间的作用力达到一预定值时，夹持构件2可从一个连接位置移动至另一连接位置，从而使得所述工件与所述加工工具分离。

参见图2，在发明的第一优选实施方案中，固定构件1为一芯轴，其上端部分具有与机床主轴100(图中双点画线所示)固定的连接结构101，从而可借助该连接结构将其固定于机床主轴100上。夹持构件2固定连接于固定构件1的下端部分103，用于夹持加工工具200。

如图2所示，夹持构件2包括弹性部分21，弹性部分21轴向向固定构件1延伸并终止于连接部分22，连接部分22径向延伸并固定于固定构件1上。固定构件1的下端部分103沿轴向连续成形有多个周向分布的凹陷22′，凹陷22′容纳连接部分22径向延伸形成的突起221。在本实施方案中，如图2中所示，凹陷22′为沿轴向分布的多个周向环形槽。

操作中，加工工具200受到来自工件(图中未示)的向上的反作用力(如图中箭头F所示)。当该反作用力达到一定值时，夹持构件2的弹性部分21会发生变形并有向上移动的趋势，从而使得连接部分22张开，突起221向上滑动。当突起221滑过当前的凹陷22’的顶部时，则将在弹性部分21的弹力作用下卡入与滑出的凹陷22’相邻的另一环形槽内22′内。从而使工件与加工工具分离，避免由于工件与工具之间的作用力过大而导致加工工具或工件的损坏。

与现有技术中复杂的控制***相比，借助本发明的夹具装置来防止由于加工工具和工件之间的作用力过大导致工具或工件的损坏，可大大降低成本投入。而且该夹具装置可直接安装于各种机床主轴或工作台上，因而使用十分方便，适应范围也较为广泛。

如图2和3所示，在本发明的上述实施方案中，夹持构件2包括底壁23和自底壁23向上延伸的多个支撑臂，所述多个支撑臂构成弹性部分21。如图所示，所述支撑臂为上端为自由端的悬臂结构，因而具有弹性。各支撑臂的自由端径向向内延伸形成卡接部，所述卡接部构成连接部分22。卡接部22的前端形成截面为三角形的突起221，供卡接于环形槽内22′内，相应地，环形槽22′的截面形状也为三角形。这种结构的夹持构件既弹性好，又夹持稳固。

当然，本发明并不局限于此。夹持构件2也可设计为其它结构，例如，其仍为夹持件，并包括底壁23，而弹性部分21为底壁23向上延伸形成的两个隔开的接近半圆的弧形壁；甚至如果弹性足够好，弹性部分22可设计成一个完整的周壁。因此，上述示例性的结构不应理解为对本发明的限制。

在本发明的另一实施方案中，本发明的夹具装置还包括用于调节所述工件与所述加工工具分离时所需的作用力的调节构件4。

如图2、3中所示，调节构件4具有可贴合弹性部分21外部轴向的不同位置的刚性结构40，以调节所述工件与所述加工工具分离时所需的作用力。此外，固定构件1的中部102成形有外螺纹10，调节构件4上成形与外螺纹配合的内螺纹10′，外螺纹10的长度大于内螺纹10′的长度。因此，调节构件4在固定构件1的固定位置可调节。

如图2和3所示，本发明的调节构件4包括相互套合的第一调节件41和第二调节件42；第一调节件41上成形有内螺纹10′，内螺纹10′与固定构件1的外螺纹10配合，从而将第一调节件可调节地安装于固定构件1上。第二调节件42具有贴合于弹性部分21外部的刚性结构40。具体而言：

在本实施方案中，第一调节件41具有上端壁411和自所述端壁411的边缘沿轴向向下延伸的周壁412，第二调节件42具有下端壁421和自下端壁421的边缘沿轴向向上延伸的周壁422。周壁412和周壁422螺纹连接，从而使第一调节件41和第二调节件42固定在一起。第一调节件41的端壁411上成形有内螺纹10′。第二调节件42的端壁421形成刚性结构40，即端壁421的内表面贴合于夹持构件2的弹性部分21的外部，当夹持构件2受力时，端壁421对弹性部分21起支撑作用。

如上所述，第一调节件41在固定构件1上的固定位置可上下调节，当第一调节件41固定于固定构件1上的不同位置时，第二调节件42的下端壁421将贴合于弹性部分21的不同高度位置。而端壁421与弹性部分21在高度方向的贴合位置，将直接决定突起221与凹陷22’之间的夹持力，从而决定连接部分22张开以及突起221从凹陷22’滑出所需要的力(下称“滑出预定力”)。因此，通过调节第一调节件41在固定构件1上的固定位置，即可调节夹持构件2的滑出预定力

例如，当欲加工硬度较大的工件时，需要将滑出预定力设定为较大值。这时可将第一调节件41向上调节，使第二调节件42的端壁421贴合于弹性部分21较上部的位置。此时由于弹性部分21与第二调节件42贴合的位置离连接部分22较近，因而突起22 1不易滑出凹陷22’，即滑出预定力较大。反之，将第一调节件41向下调节，则可使滑出预定力变小。

将调节构件4设计成由第一调节件41和第二调节件42组合而成，不仅提高了该调节构件4的加工和装配的方便性，而且还可通过调节第一调节件41和第二调节件42的相对位置进一步调节滑出预定力。

当然，正如本领域技术人员很容易联想到的，也可将调节构件4做成一个整体(即单个部分构成)。例如，将调节构件4设计成类似于图2中所示的第一调节件41和第二调节件42组合形成的空心柱体，其安装方式与第一调节件41和第二调节件42的安装方式相同。加工只需借助镗刀镗出中部的空心部分即可。

在本发明的另一实施方案中，本发明的夹具装置还包括用于使夹持构件2回到初始位置的复位机构3，复位机构3包括可顶靠夹持构件2的推块32。

参见图2和3，本实施方案中，复位机构还包括可滑动地安装于第一调节件41的端壁411上的多根导杆31和固定于导杆31一端的固定板33，推块32则固定于多根导杆3 1另一端(即靠近夹持构件2的一端)。

使用时，机床上预先设有可顶靠固定板33的固定套筒等部件(图中未示)。如果在加工过程中，夹持构件2由于受力过大而使突起221后退至固定于另一凹陷22’内时，则在加工停止后，机床主轴后退时，机床上的固定套筒等部件将顶靠固定板33，固定板33通过导杆31推动推块32顶靠连接部分22的上部面222，从而使夹持构件2回到初始位置。

上述优选实施方案的夹具装置一般用于固定加工工具。

图4所示为按照本发明第二优选实施方案的夹具装置。与第一优选实施方案不同，该夹具装置通常用于夹持工件。因此，如图中所示，该夹具装置的安装方向与第一优选实施方案相反，其固定构件1位于下部，以安装于机床工作台上；夹持构件2位于上部，以固定工件。

如图4所示，按照本发明第二优选实施方案提供的夹具装置除复位机构3与夹持构件2与第一优选实施方案有所不同，其余部件均与第一优选实施方案基本相同。因此下面仅就不同部分予以描述。

如图4所示，在第二优选实施方案中，复位机构3为电磁铁，其包括设于第一调节件41内的线圈33和位于线圈33内部的铁芯，铁芯为永磁体，其形成推块32。

本实施方案中，线圈33的缠绕方式为绕圆周方向环绕。因此，根据右手定则，当在线圈33中通入某一方向的电流后，在线圈33内部产生向上或向下磁场。当磁场方向与永磁体34的极性相同时，则根据同性相斥的原理，磁场力将推动永磁体34向上运动。例如，在如图所示的实施方案中，假设永磁体34上端为N极，下端为S极，则只需在线圈33中通入逆时针方向(从上向下看)的电流(从而产生向上的磁场)，即可使永磁体34向上运动，从而顶靠连接部分22的下端面221，使夹持构件2回到初始位置。

本发明的夹持构件2如图5中所示。通常本发明第二优选实施方案中的夹持构件2也与第一优选实施方案有所不同，其主要用于夹持工件。在具体设计时，本领域技术人员可根据该夹具装置所欲夹持的工件的形状和尺寸，在夹持构件2上设计定位元素和夹紧元件。

图6所示为按照本发明第三优选实施方案的夹具装置。与第二优选实施方案相同，该夹具装置也用于夹持工件，因此其安装方向与第二优选实施方案相同。与第二优选实施方案唯一不同的是，该实施方案中的复位机构3虽然也为电磁铁，并包括设于第一调节件41内的线圈35和位于线圈35内的铁芯36，但其铁芯36为非永磁体，且铁芯36的远离夹持构件2的一端(图6中的下端)超出线圈35，而靠近卡爪22的一端设有所述推块32。

在该实施方案中，当线圈35通电后，线圈35产生的磁力将吸引铁芯36向上移动，因而铁芯36推动其顶部的推块32顶靠连接部分22，从而使夹持构件2回复到初始位置。

按照本发明提供的加工工件的方法，包括如下步骤：

1)提供一种本发明所提供的上述夹具装置，所述夹具装置可固定于加工设备上；

2)将加工工具或工件中的一个固定于所述夹具装置上，另一个固定于所述加工设备上；

3)对所述工件进行加工。

因此，按照本发明提供的方法，能有效防止加工工具或工件在操作过程中由于二者之间的作用力过大而损坏。

显然，上述优选实施方案仅供说明本发明之用，而并非对本发明的限制。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，所做出的各种等效结构变型(如固定构件1和夹持构件2上设置其它卡接方式)皆在本发明的范围之内。本发明的保护范围由权利要求限定。

Claims (17)

1.一种夹具装置，包括：

固定构件(1)，与加工设备固定连接；

夹持构件(2)，安装待加工工件或加工工具，其与所述固定构件(1)可滑动地固定连接；

其中，在操作中，当所述工件与所述加工工具之间的作用力达到一预定值时，所述夹持构件(2)可轴向向所述固定构件(1)移动并固定于所述固定构件(1)上，使得所述工件与所述加工工具分离，

其中，所述夹持构件(2)包括弹性部分(21)，所述弹性部分(21)轴向向所述固定构件(1)延伸并终止于连接部分(22)，所述连接部分(22)径向延伸并固定于所述固定构件(1)上，以及

其中，所述固定构件(1)上成形有周向分布的凹陷(22′)，所述凹陷(22′)容纳所述连接部分(22)径向延伸形成的突起(221)。

2.一种夹具装置，包括：

固定构件(1)，与加工设备固定连接；

夹持构件(2)，安装待加工工件或加工工具，其与所述固定构件(1)可滑动地固定连接；

其中，所述固定构件(1)具有多个供所述夹持构件(2)固定连接的位置，并且在操作中，当所述工件与所述加工工具之间的作用力达到一预定值时，所述夹持构件(2)可从一个连接位置移动至另一连接位置，从而使得所述工件与所述加工工具分离；

其中，所述夹持构件(2)包括弹性部分(21)，所述弹性部分(21)轴向向所述固定构件(1)延伸并终止于连接部分(22)，所述连接部分(22)径向延伸并固定于所述固定构件(1)上，以及

其中，所述固定构件(1)上成形有周向分布的凹陷(22′)，所述凹陷(22′)容纳所述连接部分(22)径向延伸形成的突起(221)。

3.根据权利要求1或2所述的夹具装置，其中，所述凹陷(22′)为沿轴向依次相邻的多个周向环形槽，当所述夹持构件(22)受力达到一预定值时，所述突起(221)从一所述环形槽(22′)滑动至另一所述环形槽内(22′)。

4.根据权利要求1或2所述的夹具装置，其中，所述突起(221)的截面为三角形。

5.根据权利要求1或2所述的夹具装置，其中，所述夹持构件(2)包括底壁(23)，所述弹性部分(21)为自所述底壁(23)延伸出的多个支撑臂，所述连接部分(22)为自各所述支撑臂的自由端径向向内延伸形成的卡接部。

6.根据权利要求1或2所述的夹具装置，其中，还包括用于控制所述工件与所述加工工具分离时所需的作用力的调节构件(4)。

7.根据权利要求6所述的夹具装置，其中，所述调节构件(4)具有可贴合所述弹性部分(21)外部轴向的不同位置的刚性结构(40)，以调节所述工件与所述加工工具分离时所需的作用力。

8.根据权利要求7所述的夹具装置，其中，所述固定构件(1)上成形有外螺纹(10)，所述调节构件(4)上成形与所述外螺纹配合的内螺纹(10′)，所述外螺纹(10)的长度大于所述内螺纹(10′)的长度。

9.根据权利要求8所述的夹具装置，其中，所述调节构件(4)包括相互套合的第一调节件(41)和第二调节件(42)；所述第一调节件(41)上成形有所述内螺纹(10′)，其可调节地安装于所述固定构件(1)上；所述第二调节件(42)具有所述刚性结构(40)。

10.根据权利要求9所述的夹具装置，其中，所述第一调节件(41)具有端壁(411)和自所述端壁(411)的边缘沿轴向延伸的周壁(412)，所述第二调节件(42)具有端壁(421)和自所述端壁(421)的边缘沿轴向延伸的周壁(422)；所述周壁(412)和所述周壁(422)螺纹连接，所述第一调节件(41)的所述端壁(411)上成形有所述内螺纹(10′)，所述第二调节件(42)的所述端壁(421)形成所述刚性结构(40)。

11.根据权利要求9所述的夹具装置，还包括用于使所述夹持构件(2)回到初始位置的复位机构(3)，所述复位机构(3)包括可顶靠所述夹持构件(2)的推块(32)。

12.根据权利要求11所述的夹具装置，其中，所述复位机构(3)还包括可滑动地安装于所述第一调节件(41)的所述端壁(411)上的多根导杆(31)和固定于所述导杆(31)一端的固定板(33)，所述推块(32)固定于所述多根导杆(31)的另一端。

13.根据权利要求11所述的夹具装置，其中，所述复位机构(3)为电磁铁，其包括设于所述第一调节件(41)内的线圈(33)和位于所述线圈(33)内部的铁芯，所述铁芯为永磁体，其形成所述推块(32)。

14.根据权利要求11所述的夹具装置，其中，所述复位机构(3)包括电磁铁，其包括设于所述第一调节件(41)内的线圈(35)和位于所述线圈(35)内部的铁芯(36)，所述铁芯(36)为非永磁体，其远离所述夹持构件(2)的一端超出所述线圈(33)，而靠近所述夹持构件(2)的一端设有所述推块(32)。

15.根据权利要求1或2所述的夹具装置，其中，还包括用于使所述夹持构件(2)回到初始位置的复位机构(3)。

16.根据权利要求1或2所述的夹具装置，其中，还包括用于调节所述工件与所述加工工具分离时所需的作用力的调节构件(4)。

17.一种加工工件的方法，包括：

1)提供一种权利要求1-2中任意一项所述的夹具装置，所述夹具装置可固定于加工设备上；

2)将加工工具或所述工件中的一个固定于所述夹具装置上，另一个固定于所述加工设备上；以及

3)对所述工件进行加工。

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