CN101648283A - 夹盘装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及夹盘装置及方法，夹盘装置有用于夹紧物体的两个或更多个爪和用于调节夹紧在爪中的物体的旋转中心的调节机构。调节机构有可在物体被夹紧在夹盘中后调节被夹紧物体的旋转中心的位置的两个调节装置，以及任选的用于探测被夹紧在爪中的物体的位置的传感器机构。夹盘装置通过获得来自传感器机构的测量信息而感测被夹紧物体在将被切削的位置处的实际旋转中心，并可随后移动夹紧物体的爪的旋转中心，以确保物体在将被切削的位置对准中心，而无须在夹盘处对准。夹盘装置适用于其中被夹紧物体保持静止而切削工具旋转和轴向移动的机加工装置。但是，其还可用于其中被夹紧物体相对于切削工具旋转而切削工具径向和轴向移动但不旋转的机加工装置中。

Description

夹盘装置及方法

技术领域

本发明涉及一种夹盘装置和一种使夹盘中的物体对准中心的方法。特别是，本发明的夹盘和方法对于使管状构件对准中心是有用的。

背景技术

机械加工管状件通常包括在夹盘中夹紧管状件，夹盘以一定轴向距离远离待被切削的管状件的区域来定位。夹盘的夹紧抵抗切削力，并相对于切削工具来使管状件对准中心。但是，即使管状件的外部在夹盘的轴向位置处是理想的圆形，管状件作为整体也可能不是几何上真正地圆柱形的，结果，即使管状件在夹盘的轴向位置处正确地对准中心，管状件的被切削的区域也可能未相对于切削工具对准中心，从而导致不均匀的机械加工。当机械加工管状件上的锥形特征时，这可引起特定的问题。

对此问题的一种典型的解决方案是，最初用可缩回的夹盘在将要被机械加工的区域中夹紧管状件，并随后用第二个夹盘来进一步靠后夹紧该管状件，以匹配管状件的两个轴向间隔开的部分的中心。前部的夹盘随后缩回，以允许切削进行。

发明内容

本发明提供了一种夹盘装置，其具有用于夹紧物体的两个或更多个爪，以及用于调节夹紧在爪中的物体的旋转中心的调节机构。

通常，调节机构具有第一和第二调节装置，第一和第二调节装置可在物体被夹紧在夹盘中后调节被夹紧的物体的旋转中心的位置，且在典型的实施方式中，调节机构可在超过一个轴线上且通常在单一的平面调节物体的旋转中心。第一调节装置通常可通过在直线中移动被夹紧的物体而调整被夹紧的物体的径向位置。第二调节装置通常可通过在弧线中移动被夹紧的物体而调整被夹紧的物体的径向位置。可设置超过一个的线性的第一调节装置，但在多数的实施方式中一个通常是足够的。在一些实施方式中，超过一个的线性(直线)的调节装置足以调节被夹紧的物体的旋转中心，且弧形运动的第二调节装置无须在每一实施方式中。同样，本发明的简单的实施方式可设计有单一的弧形的调节装置，并不带有线性的(第一)调节装置。第二调节装置通常可相对于第一调节装置来移动被夹紧的物体。

被夹紧的物体通常为圆柱形，且通常为用于油井、气井或水井的管状件。

通常，夹盘安装在可通过调节装置来相对于框架移动的托架上。通常，框架是固定的，且不移动。托架可具有超过一个的滑动组件，每一滑动组件具有分离的且相应的调节机构，且每一滑动组件可相对于其它的滑动组件移动。通常两个滑动组件和调节装置可满足要求，但可选择超过两个，且他们可彼此处在不同的平面中运转。例如，两个滑动组件可运转在相同的平面中(一个线性运动、一个围绕轴线摆动并以弧形来移动被夹紧的物体)，且另一滑动组件允许在不同的平面中移动，例如具有万向节，以允许对被夹紧的物体的长轴的调节。

夹盘装置通常具有用于探测夹紧在爪中的物体的位置的传感器机构。传感器机构通常包括一个或多个激光测量装置，激光测量装置测量每一相应的激光测量装置和被夹紧的物体之间的距离。激光器之外的其它的测量装置可同样运转。通常，传感器机构和夹盘安装在夹盘装置的不同的部分上，使得在调节机构的作用下，其中的一个相对于另一个移动。例如，当夹盘安装在托架上时，传感器机构通常安装在框架上，使得夹盘随调节装置相对于在固定的框架上的径向静止的激光装置径向移动。在某些实施方式中，传感器机构可相对于被夹紧的物体轴向移动，以在被夹紧的物体的不同轴向位置上测量传感器和被夹紧的物体之间的距离，例如在邻近切削工具处测量。因此，夹盘装置可通过获得来自传感器机构的测量信息而感测被夹紧的物体在将被切削的位置处的实际的旋转中心，并可随后移动夹紧物体的爪的旋转中心，以确保物体在将被切削的位置处对准中心，而无须使物体在夹盘处对准中心。

传感器机构从而可具有移动机构，以相对于被夹紧的物体轴向地移动它们，用于在另一位置处探测被夹紧的物体的旋转中心，并可随后将传感器机构返回到夹盘装置上的初始位置。

通常，传感器机构彼此相对地成对设置，并通常与调节装置中的一个的轴线径向对齐，通常是与第一调节装置的轴线径向对齐。来自传感器的读数用于将调节装置驱动到零位置(null position)，在零位置中物体在将被切削的区域中对准中心。这可在动力下或手动下完成。在读取装置和调节装置之间可存在伺服环路，以使移动自动化。

夹盘装置适合用于其中被夹紧的物体保持静止而切削工具旋转地和轴向地移动的机械加工装置中，且在此情况下，夹盘装置被用于将被夹紧的物体移动到与切削工具的旋转轴线同心的位置。但是，其也可应用于其它的机械加工装置，在这些机械加工装置中，被夹紧的物体相对于切削工具旋转，切削工具径向地和轴向地移动，而不旋转。

本发明还提供了使夹盘装置中的物体对准中心的方法，该方法包括在夹盘装置的爪中夹紧物体，以及调节被夹紧在爪中的物体的旋转中心。

附图说明

现将参考附图通过实施例来描述本发明的实施方式，其中：

图1至11是在夹紧和对准管状件的中心的过程中的第一夹盘装置的顺序的视图(图1、2、5和6是透视图，而图3、4和7-11是端部视图)；

图12是第二夹盘装置的端部截面图；

图13是图12中的第二夹盘装置的平面截面图；以及

图14是图12中的第二夹盘装置的侧面截面图。

具体实施方式

现参考附图，第一夹盘装置1具有通常形成铣削装置的前壁的框架10。夹盘装置1通常适合于铣削管状件T，且包括框架10的装置的前壁通常具有开口(未显示)，以允许管状件穿过框架10。开口可为矩形或圆形，以容纳被夹紧的物体。在本设计中，夹盘装置1将管状件T保持静止，同时带有切削工具的铣削头(未显示在本实施方式中)围绕静止的管状件T旋转。但是，在装置的另外的实施方式中，可围绕静止的或以受限制的方式(例如仅轴向地或径向地)移动的切削工具来旋转被夹紧的管状件或其它被夹紧的物体。

框架10作为用于调节机构的静止的固定件，该调节机构可移动管状件的轴线，以将其与切削头的旋转中心对齐。调节机构上安装有夹紧爪25，例如，四个爪25设置在调节机构中，用于夹紧管状件T并保持其静止。调节机构可随后在管状件T被爪25夹紧后被致动，以便依据期望的切削装置的旋转中心来调整管状件的对齐。现将更具体地描述调节机构。

在夹盘装置1中，调节机构包括具有第一调节器12和第二调节器20的托架。第一调节器12为线性调节器，且通常包括安装在框架10的平的外部表面上并能在平行于框架10的外部平面的单一的平面中滑动的矩形板12p。板12p受线性的滑动引导件10g的约束而对角地滑动，引导件10g固定到框架10的外部表面，并可限制板12p的移动范围，但是允许其沿对角线来滑动，例如图3中所显示的从左下角到右上角，或从右上角到左下角。

第二调节器20安装在可滑动板12p上，且通常包括一对环形板20a、20b，且其同心的开口21通常与滑动板12p中的开口和与框架中的开口对齐。对齐的开口21适合于接纳和允许管状件T或待与夹盘装置1一起使用的任何其它被夹紧的物体通过。

第二调节器20通常通过枢轴销(未显示在本实施方式中)来连接到滑动板12p，该枢轴销沿如图1中所显示的轴线A垂直于上述一对环形板和滑动板12p延伸。因此，第二调节器20可围绕轴线A上的枢轴销相对于滑动板12p摆动。应注意到，板12p的线性滑动将用与作用到板12p的相同的线性位移来移动摆动的第二调节器机构20。但是，第二调节器20围绕枢轴点A相对于板12p的摇动不包括板12p的任何相应的运动。

第二调节器20的同心的环形板20a、20b还用于安装四个爪25。爪25设置成相对于环形板20a、20b的中央轴线径向移动，以夹紧开口21中的管状件T。

由于两个调节器12和20允许相对于固定的板10调节第二调节器20中的环形圈的轴线的位置，所以被夹紧在爪25中的管状件T的旋转轴线可相对于在其它位置处的切削工具而被调节。

夹盘装置1还有具有呈四个激光测量头30a-d的形式的传感器机构。激光测量头30安装在液压活塞31上，液压活塞31安装在框架10上并穿过框架10延伸。活塞31驱动垂直于固定的框架10的激光测量头30轴向延伸。头30向内径向地朝被夹紧的管状件T(或其它物体)发出激光束，且从每一头30到管状件T的外部表面的距离被测量并被任选地报告到处理器(未显示)。通过延伸液压活塞31来相对于固定的框架10移动头30的位置，管状件T的旋转中心不仅可在夹盘处(活塞缩回)而且还可在切削装置处(活塞延伸)被测量。

现将参考图1至11来描述第一夹盘装置的运转。

管状件T提供到框架10、滑动板12和环形板20a、20b中的同心开口21，环形板20a、20b支撑爪25，并可相对于滑动板12p围绕枢轴点A摆动。此刻，如图1中所显示，液压活塞31为缩回的，爪25同样为缩回的。如图2中所显示，随着管状件T穿过同心开口，从环形板20a的中央开口21伸出，爪25如图3中所显示的最初为缩回的，但是如图4中所显示，爪随后朝里径向地前进，以夹紧管状件T，如图4中所显示，从而为对从开口21中伸出的管状件T的端部进行机械加工作准备。随着爪夹紧管状件T，如图5中所显示，活塞31延伸以驱动激光测量装置的头30垂直地远离框架10的平面，使得激光测量装置30对准待由切削工具切削的管状件T的端部。如图6中所示，激光装置30随后被驱动，以测量相应的头30a-d与待被切削的管状件T的区域中的管状件T的外部表面之间的距离。如在图7中所显示的，尽管管状件T被夹紧的端部相对于第二调节器20对准中心，但是管状件T不是理想的圆柱体，因此，管状件T的将被切削的端部未与切削工具的旋转中心对齐。

为了纠正该问题，第一调节器12被致动，以将板12p从图7的右上角滑到到左下角，从而导致板12p在图7和8之间的滑动，使得管状件T靠近激光测量装置30c，并进一步远离激光测量装置30a。但是，如图8中所显示的，管状件T仍然过于接近激光测量装置30b，且过于远离图8的右下角的激光测量装置30d。因此，一旦完成了对滑动板12p的适当调节，第二调节器20就随后被致动，以围绕将第二调节器20连接到第一调节器12的枢轴销的轴线A来摆动管状件T。因此，管状件T以浅弧线(shallow arc)从显示在图8中的位置(朝右下角的激光测量装置30d)移动，通过图9中所显示的位置，直到其到达图10中所显示的位置，在图9中所显示的位置中，管状件T仍正朝激光测量装置30d移动，在图10中所显示的位置中，管状件T的轴线在朝激光测量装置30d的方向上移动得稍微过多，因此需要围绕枢轴点A稍微往回朝左上角的激光测量装置30b移动，最终到达图11中所显示的基本上对齐的位置，在该位置中，将被切削的管状件T的延伸的端部距激光测量装置30中的每一个的距离相同。激光测量装置及其轴向移动机构被周期性地校准，以确保其与将被使用的切削工具的旋转轴线是同心的。

现参考图12、13和14，显示了第二夹盘装置的详细视图。第二夹盘装置101具有许多与第一夹盘装置1相同的特征，且类似的部件将被分配相同的参考数字，但是都增加了100。第二夹盘装置101因此具有带有第一调节器112和第二调节器120的框架110。在第二夹盘装置101中，框架110通过滑动引导件110g来限制板112p。如图12中所显示，板112p在框架110上从上到下竖直地滑动。与先前一样，第二调节器120在枢轴点A枢轴地连接到滑动板112p，并与其一起滑动，但第二调节器120可相对于滑动板112p枢轴地转动。板112p的滑动由线性致动器113来致动(显示在图14中)，致动器113包括一螺栓，该螺栓保持束缚在框架110上，并啮合在连接到轴向臂112A的束缚螺母或带螺纹的槽内，轴向臂112A从滑动板112p的内面延伸。线性致动器113的螺栓在轴向臂112a上的束缚螺母中的旋转以图12中所显示的箭头B的方向上下移动112p。

如以上所描述的，第二调节器120包括一对同心的环形板120a、120b，如对于第一夹盘装置所描述的，环形板120a、120b支撑夹紧管状件T的爪125，且通过枢轴销A’枢轴地连接到线性的第一调节器112。如图14所示，枢轴销A’穿过第二调节器120的摆动组件、穿过板112p延伸，并终止于第一调节器112的背板112B上的轴承组件中。如对于第一实施方式所描述的，管状件T最初由安装在第二调节器120上的爪125夹紧(可存在两个、三个、或四个，或某些其它数量的爪125)。在管状件T相对于第二调节器120对准中心后，滑动板112p由线性致动器113驱动而上下竖直地滑动，直到找到在将被切削的区域中的管状件T的轴线接近于切削工具140的旋转中心的适当的位置，其后第二调节器120按显示在图12中的箭头C围绕枢轴销A’枢轴地旋转，直到激光测量装置130指示将被机械加工的管状件T的端部与切削工具140同心为止。

第二调节器120可由摇动组件致动器来围绕枢轴A’摆动，摇动组件致动器包括一螺栓，该螺栓被保持束缚在滑动板112p上，并啮合在被保持束缚在第二调节器120的背面上的螺母中。调节可手工实现，或可用若干个电动机来自动操作。

可结合修改和改进，而不偏离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种夹盘装置，其具有用于夹紧物体的两个或更多个爪和用于调节被夹紧的物体的旋转中心的调节机构。

2.如权利要求1所述的夹盘装置，其中所述调节机构适合于在超过一个轴线上调节被夹紧的物体的旋转中心。

3.如权利要求1或2所述的夹盘装置，其中所述调节机构具有第一调节装置和第二调节装置。

4.如权利要求3所述的夹盘装置，其中所述第一调节装置和所述第二调节装置适合于在单一的平面中调节被夹紧的物体的旋转中心。

5.如权利要求3或4所述的夹盘装置，其中所述第一调节装置和所述第二调节装置适合于在物体被夹紧在所述爪中后调节被夹紧的物体的旋转中心。

6.如权利要求3至5中的任何一个所述的夹盘装置，其中所述第一调节装置适合于通过在直的路径中移动被夹紧的物体来调节所述被夹紧的物体的径向位置。

7.如权利要求3至6中的任何一个所述的夹盘装置，其中所述第二调节装置适合于通过在弧形的路径中移动被夹紧的物体来调节所述被夹紧的物体的径向位置。

8.如权利要求3至7中的任何一个所述的夹盘装置，其中所述第二调节装置适合于相对于所述第一调节装置来移动被夹紧的物体。

9.如先前任一权利要求所述的夹盘装置，其具有用于探测夹紧在所述爪中的物体的位置的传感器机构。

10.如权利要求9所述的夹盘装置，其中所述传感器机构包括一个或多个激光测量装置，所述一个或多个激光测量装置被设置成测量每一相应的激光测量装置和被夹紧的物体之间的距离。

11.如权利要求9或10所述的夹盘装置，其中所述传感器机构和夹盘安装在所述夹盘装置的不同位置上，使得在所述调节机构的作用下，所述传感器机构和所述夹盘中的一个相对于另一个移动。

12.如权利要求9至11中的任何一个所述的夹盘装置，其中所述传感器机构具有移动机构，以相对于被夹紧的物体轴向移动所述传感器机构，用于在超过一个的间隔开的位置处探测所述被夹紧的物体的旋转中心。

13.如权利要求9至12中的任何一个所述的夹盘装置，其中所述传感器装置成对地相对设置。

14.一种方法，其用于在夹盘装置中对准物体的中心以为机械加工所述物体作准备，所述方法包括在夹盘装置的爪中夹紧物体，并调节被夹紧在所述爪中的物体的旋转中心。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述夹盘装置具有用于探测被夹紧在所述爪中的物体的位置的传感器机构，且所述方法包括以下步骤：在被夹紧的物体的将被机械加工的位置处测量所述传感器距被夹紧的物体的距离，以及调节物体在所述爪处的位置，使得被夹紧的物体在将被切削的区域中对准中心。

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