CN1155454C

CN1155454C - 夹具

Info

Publication number: CN1155454C
Application number: CNB011248769A
Authority: CN
Inventors: 高桥一义; 玉井淳
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2004-06-30
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: DE10137198B4; FR2812576A1; TW487617B; CN1337297A; FR2812576B1; KR100393540B1; US20020017751A1; KR20020011896A; US6540217B2; DE10137198A1

Abstract

一种夹具，包括：一肘杆机构(46)，该肘杆机构包括与杆件(32)相连的连接件(72)和连接于该连接件(72)的支承杆(74)，用于将所述杆件(32)的直线运动转换为旋转运动；一长孔(65)，该长孔(65)形成于该连接件(72)上，用于与在杆件(32)的第一端侧上的关节销(70)配合；以及一杆挡块(75)，其形成有固定表面(77)，以便调节所述支承杆(74)的旋转动作。

Description

夹具

技术领域

本发明涉及一种可通过臂夹持工件的夹具，该臂可根据驱动机构的驱动作用而旋转预定角度。

背景技术

通常，夹具气缸用于夹持汽车或类似物的将进行焊接的部件。例如，该夹具气缸如美国专利No.4458889所述。

如图14和15所示，在美国专利No.4458889所述的夹具气缸中，可根据气缸1c的驱动作用而前后运动的活塞杆2布置于一对分开体1a、1b之间。联接器3与该活塞杆2的第一端相连。一对连接件5a、5b和一对滚子6a、6b通过第一轴4分别可旋转地安装在联接器3的两侧。可旋转预定角度的臂8通过第二轴7连接在该对连接件5a、5b之间。

这时，该对滚子6a、6b可借助于安装在孔中的多个滚针9a而滑动。活塞杆2可与滚子6a、6b一起根据滚子6a、6b的导引作用而移动，该滚子6a、6b可沿分别形成于该分开体1a、1b上的轨道槽9b滑动。

不过，对于上述现有技术中美国专利No.4458889所述的夹具气缸，由于臂8的旋转角度，臂8夹持工件的夹持力将降低，因为由该臂8夹持的工件的尺寸、厚度等是变化的。

换句话说，当工件被夹持时，臂8的旋转角度将由于夹具气缸的安装方位角等而改变。因此，臂8夹持工件的夹持力将变化(降低)。

发明内容

本发明的总目的是提供一种夹具，该夹具即使在臂的旋转角度变化时也能基本使该臂夹持工件的夹持力保持恒定。

为了实现上述目的，本发明提供了一种夹具，包括：一本体；一驱动机构，该驱动机构用于使所述本体内部的杆件沿所述本体的轴向移动；一肘杆机构，该肘杆机构包括与所述杆件相连的连接件和连接于所述连接件的支承杆，用于将所述杆件的直线运动转换为旋转运动；一臂，该臂与所述肘杆机构相连，以便根据所述驱动机构的驱动作用而旋转预定角度；一长孔，该长孔用于所述连接件，用于与在所述杆件的第一端侧上的关节销配合；以及一固定机构，该固定机构形成有固定表面，以便调节所述支承杆的旋转动作，其中，所述固定机构包括一个杆挡块，通过使所述支承杆的侧表面抵靠所述杆挡块的所述固定表面，从而在松开状态的初始位置对所述臂的旋转动作进行控制。

通过下面的说明并联系附图，可以更清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，在附图中，本发明的优选实施例以图示实例的方式表示。

附图说明

图1为表示本发明实施例的夹具的主要部件的分解透视图；

图2所示为沿本发明实施例的夹具的轴向的局部垂直剖视图；

图3为表示图2中的锁定机构的局部放大图；

图4为表示臂从图1所示初始位置开始旋转的状态的垂直剖视侧视图，其中夹持有一个工件。

图5为表示当工件厚度变化时关节销相对于长孔的配合状态的侧视图，其中局部进行了省略；

图6为表示臂从图4所示状态开始顺时针方向旋转预定角度时的状态的侧视图，其中局部进行了省略；

图7为表示臂从图6所示状态开始顺时针方向再旋转预定角度时的状态的侧视图，其中局部进行了省略；

图8为沿根据本发明实施例的第一变化形式的夹具的轴向的侧视图，其中局部进行了垂直剖；

图9所示为沿图8中的线IX-IX的垂直剖视图；

图10为表示根据本发明第一改进实施例的夹具中的支承杆的透视图；

图11为沿根据本发明实施例的第二变化形式的夹具的轴向的侧视图，其中局部进行了垂直剖；

图12所示为沿图11中的线XII-XII的垂直剖视图；

图13为表示根据本发明实施例的第二变化形式的夹具中的支承杆的透视图；

图14为表示现有技术的夹具气缸的主要部件的分解透视图；以及

图15为表示图14所示夹具气缸的局部垂直剖视侧视图。

具体实施方式

在图1和2中，参考标号10表示本发明实施例的夹具。夹具10包括：一本体12；一气缸部分(驱动机构)14，该气缸部分以气密方式与本体12的下端相连；一臂20，该臂20与支承部分18相连，该支承部分18具有穿过一对基本圆形的开口(未示出)而向外部凸出的矩形截面部分，该圆形开口穿过本体12形成；以及一锁定机构22，该锁定机构22在本体12的内部，并使臂20在处于松开状态时保持在初始位置。

气缸部分14包括一端块24和一有棱角的桶形缸筒26，该桶形缸筒26的第一端以气密方式与端块24的凹口相连，其第二端以气密方式与本体12相连。

如图2所示，气缸部分14还包括：一活塞30，该活塞30装于缸筒26内，并能沿缸室28往复运动；以及一杆件32，该杆件32与活塞30的中心部分相连，并可与活塞30成一体移动。活塞30的、基本垂直于杆件32的轴线的横截面基本成椭圆形形状。缸室28的横截面形状也基本成与活塞30相符的椭圆形。

活塞密封件36安装在活塞30的外周表面。

未示出的安装孔穿过端块24的四角部分钻出。端块24、缸筒26和本体12通过四个***安装孔内的轴(未示出)分别以气密方式组装起来。一对用于将压力流体(例如压缩空气)引入缸室28或从其中排出的压力流体进口/出口孔42a、42b分别形成于本体12和端块24上。

本体12通过将第一壳体46和未示出的第二壳体装配成一体而构成。并通过分别在第一壳体46和未示出的第二壳体上形成凹形部分而在本体12内形成腔体44。杆件32的自由端朝向腔体44的内部。

在杆件32的第一端设有用于通过肘接头62而将杆件32的直线运动转换成臂20的旋转运动的肘杆机构64。该肘接头62包括：一肘接块56，该肘接块56有一个具有分支的叉形部分，该分支彼此分开预定的间隔距离，且该分支基本彼此平行；以及一关节销70，该关节销可旋转地安装在穿过分支形成的孔内。配合部分54形成于肘接块56的第一侧表面上(见图3)，该配合部分有与滚子件48配合的第一倾斜表面50和第二倾斜表面52，这将在后面说明。

肘杆机构64包括：一连接板(连接件)72，该连接板通过关节销70连接于肘接头62的叉形部分的分支之间；以及一支承杆74，该支承杆74可旋转地由穿过第一壳体46和未示出的第二壳体而形成的一对基本圆形的开口支承。该支承杆74可以与臂20形成一体。

连接板72***肘接头62和支承杆74之间，以便连接肘接头62和支承杆74。

连接板72有一个形成于其第一端侧且基本成椭圆形的长孔65和一个形成于第二端侧的孔(未示出)。该连接板72通过肘接头62和与该长孔配合的关节销70与杆件32的自由端相连。连接板72通过可旋转地安装在孔内的连接销69与支承杆74的叉形部分相连。在连接板72的第一端形成有曲面81(见图2)，该曲面81与导引滚子79接触，这将在后面说明。

在该结构中，与关节销70配合的长孔65形成于连接板72上，以便使关节销70处有间隙。因此，该连接板72具有能在该长孔65的一定范围内移动的自由度。换句话说，不管臂20的旋转角度如何，导引滚子79和形成于连接板72上的弯曲表面81之间的接触部分都能保持在基本恒定的位置。

支承杆74包括：带有分支的叉形部分，该分支形成有孔，以便可旋转地将连接销69安装于该孔内；以及具有矩形截面的支承部分18，该支承部分18以基本垂直于杆件32的轴线的方向(在图2中基本垂直于纸平面的方向)凸出。此外，该支承部分穿过未示出的开口暴露在本体12外部。用于夹持未示出的工件的臂20可拆卸地安装在支承部分18上。因此，支承杆74与臂20成一体旋转。

在支承部分18下面有杆挡块(固定机构)75，该杆挡块75通过螺纹件73固定于第一壳体46的内壁拐角部分。该杆挡块75调节支承杆74的旋转动作。该杆挡块75形成有一固定表面77，该固定表面向右下方倾斜预定角度。

杆挡块75也可以形成为与第一壳体46或未示出的第二壳体成一体伸出，以代替单独构成的杆挡块75。

如图1和3所示，锁定机构22包括：支承点销58，该支承点销58布置于腔体44内并由第一壳体46和未示出的第二壳体支承；一锁定板60，该锁定板60可绕支承点销58的支承点旋转预定角度，该支承点销可旋转地安装在第一端侧上；一滚子件48，该滚子件48通过销钉件66可旋转地支承于锁定板60的分支片61a、61b之间；一配合部分54，该配合部分54在前述肘接块56上，并有第一倾斜表面50、第二倾斜表面52和在第一倾斜表面50和第二倾斜表面52之间的分界部分上形成的脊部分53，这样，滚子件48可以与它们配合；以及一弹簧件68，该弹簧件68的第一端通过形成于锁定板60的端侧并在支承点销58相对侧的凹口67而固定。

弹簧件68的第二端固定在形成于第一壳体46的内壁面上的凹口71上。弹簧件68总是通过其弹力以箭头B所示方向绕支承点销58的支承点压迫锁定板60。换句话说，通过在滚子件48上施加有大于弹簧件68弹力的压力，锁定板60可绕支承点销58的支承点以箭头A所示方向旋转预定角度。

如图3所示，分别将第一倾斜表面50和第二倾斜表面52相对于垂直平面的倾斜角设定为倾斜角α和β，并满足α＞β。这时，优选是，倾斜角α为大约30至45度，倾斜角β为大约10至20度。

假设L₁表示从支承点销58的中心点到使滚子件48与配合部分54邻接的邻接点(销钉件66的中心点)之间的间隔距离，L₂表示支承点销58的中心点到弹簧件68的压力所作用的压力点之间的间隔距离。那么，通过使L₂/L₁的值变大，就可以增加锁定机构22的夹持力。

圆弧形截面的凹口78分别形成于本体12的第一壳体46和未示出的第二壳体的内壁面的上侧。在凹口78内有一导引滚子79，该导引滚子79能通过与连接板72的曲面81接触而旋转预定角度(见图4和5)。

用于可旋转地支承导引滚子79的销钉件82固定在形成于第一壳体46和未示出的第二壳体上的孔中。多个滚针支承件84安装在导引滚子79的通孔的周向上。该导引滚子可通过滚针支承件84的滚转作用而光滑旋转。

本发明实施例的夹具10的基本结构如上所述。下面将介绍其操作、功能和作用。

夹具10通过未示出的安装装置固定在预定位置。管道例如未示出的管子的第一端头分别与该对压力流体进口/出口孔42a、42b相连。管道的第二端与未示出的压力流体供给源相连。

然后，起动未示出的压力流体供给源以便将压力流体(例如压缩空气)从第一压力流体进口/出口孔42b引入布置于活塞30下侧的缸室28内。该活塞30由于引入缸室28内的压力流体的作用而受压，且活塞30沿缸室28向上运动。

活塞30的直线运动通过杆件32和肘接头62而传递给肘杆机构64，且该直线运动通过肘杆机构64的支承杆74的旋转运动而转换成臂20的旋转运动。

换句话说，由于活塞30的直线运动(向上运动)，因此，连接板72和与杆件32的自由端接合的肘接头62被向上压。施加在连接板72上的压力使连接板72绕关节销70的支承点旋转预定角度。而且，上述压力还使支承杆74由于连接板72的连接作用而旋转。

因此，臂20绕支承杆74的支承部分18的支承点逆时针方向旋转预定角度。

在臂20如上所述以逆时针方向旋转的同时，连接板72的曲面81与导引滚子79接触。该导引滚子79在保持与曲面81接触的状态的同时绕销钉件82的中心旋转。

进一步旋转的臂20将靠压未示出的工件W，从而使臂20的旋转动作停止。因此，臂20夹持住工件W(见图4)。

如图5所示，当夹持工件(W、W1、W2)的臂20的旋转角度由于各工件(W、W1、W2)等的厚度不同而变化时，连接板72沿与关节销70配合的长孔65稍微移动。这样，臂20的夹持力能够保持基本恒定，因为连接板72能在长孔65的一定范围内自由移动，这使随该连接板72运动的支承杆74和臂20也有一定的自由度。

换句话说，连接板72具有在长孔65的范围内的自由度，连接板72的弯曲表面81和导引滚子79之间的接触点保持在相同的恒定位置。因此，在本发明的实施例中，即使当夹持工件W的臂20的旋转角度改变时，臂20的夹持力也能保持基本恒定。

随后，当臂20不再夹持工件W时，压力流体根据未示出的方向控制阀的切换作用而从布置于对侧的第二压力流体进口/出口孔42a引入位于活塞30上侧的缸室28中。活塞30由于引入缸室28内的压力流体的作用而受压。活塞30沿缸室28向下运动。

活塞30的直线运动通过肘杆机构64转换成臂20的旋转运动。该臂20顺时针方向旋转(见图6)。

当支承杆74配合臂20的旋转动作而以顺时针方向旋转时，支承杆74的侧表面抵靠杆挡块75的固定表面77，如图7所示，以便调节支承杆74沿顺时针方向的旋转动作。

图7表示了位于长孔65上侧的关节销70，并表示了当杆件32与活塞30成一体向下运动时和当臂20由于惯性力而顺时针方向旋转时关节销70和长孔65之间的一种配合状态。因此，关节销70并不必须与该长孔65的上部配合。

当支承杆74沿顺时针方向的旋转动作受到杆挡块75的调节时，通过供给到位于上侧的缸室28内的压力流体的作用，活塞30进一步向下移动。然后，活塞30到达如图2所示的最下限位置。这时，杆件32和肘接块56与活塞30成一体向下运动。然后，关节销70沿长孔65稍微向下运动(见图7和2，同时相互对比)。

在图2所示的松开状态的初始位置，支承杆74沿顺时针方向的旋转动作受到杆挡块75的固定作用的控制。此外，活塞30到达使活塞30受限制的最下限位置，从而不会进一步向下运动。因此，能可靠防止臂20沿顺时针方向旋转。相反，预定压力的压力流体供给上侧的缸室28，活塞30在供给的压力流体的作用下向上运动。因此，能可靠防止臂20沿逆时针方向转动。

如上所述，即使提供有长孔65以便使臂20有基本恒定的夹持力时，在松开状态的初始位置，该长孔65所允许的自由度也受到限制。因此能可靠防止臂20的后退(backlash)，否则，该长孔65将引起臂20的后退。

下面将对锁定机构22的功能和效果进行介绍。

在臂20顺时针方向旋转以便使活塞30到达最下限的位置之前，与肘接块56一体向下运动的配合部分54的第二倾斜表面52与由锁定板60可旋转地支承的滚子件48配合(见图7)。

在该状态下，锁定板60以箭头A所示方向逆着弹簧件68的弹性力而受压。由锁定板60可旋转地支承的滚子件48分别压过配合部分54的第二倾斜表面52和形成于第二倾斜表面52和第一倾斜表面50之间的分界部分处的脊部分53。然后，该滚子件48与第一倾斜表面50配合。因此，臂20锁定在处于松开状态的初始位置(见图2)。

在该实施例中，初始位置是指活塞30到达活塞内腔28的最下限位置时的状态，如图2所示。

在上述锁定状态中，第二压力流体进口/出口孔48b也处于向大气开放的状态。因此，即使当臂20处于松开状态时且在初始位置时由于某种原因使得压力流体的供给停止，那么该锁定机构22也能可靠地保持该松开状态，并且不会将其释放。

此外，由于有锁定机构22，即使当压力流体向起到驱动机构作用的气缸部分14的供给停止时和当驱动力向臂20的传递被截断时，臂20的松开状态也能够可靠保持。

锁定机构22的使臂20保持松开状态的力(保持力)必须为合适的保持力，以便即使在安装有该夹具10的机器人或类似物进行操作时也能防止该臂20由于惯性力而位移。而且，当压力流体再次从压力流体进口/出口孔42b供给时，该力(保持力)必须能通过活塞30的移动力而释放该松开状态。这时，优选是，配合部分54的第一倾斜表面50相对于垂直平面的倾斜角α大于第二倾斜表面52的倾斜角β。而且，优选是，第一倾斜表面50的倾斜角α设定为大约30至45度，而第二倾斜表面的倾斜角β设定为大约10至20度。

尽管在本发明的实施例中，气缸部分14用作驱动机构，不过，杆件32也可以通过利用未示出的线性致动器或电马达驱动而运动。

根据本发明实施例的第一和第二变化形式的夹具100a、100b如图8至13所示。其中，与图1所示实施例相同的部分以相同的参考标号表示，并省略对它们的详细说明。

根据第一和第二变化形式的夹具100a、100b与上述实施例的夹具10的区别在于：臂20的旋转角度θ先限定为一预定角度。这时，在图8所示的第一变化形式中，臂20的旋转角度θ设定为大约45度。在图11所示的第二变化形式中，臂20的旋转角度θ设定为大约75度。即使在臂20的旋转角度θ被调节为预定角度时，锁定机构22也将臂20锁定在松开状态的初始位置，这与前述实施例相同。

根据第一和第二变化形式的夹具100a、100b各包括：一肘接块102a、102b，该肘接块与杆件32的第一端相连，并有与臂20的预定旋转角度θ相适应的长度；一连接板72，该连接板72通过关节销70连接于肘接块102a、102b的叉形部分的分支之间；以及一支承杆108a、108b，该支承杆可旋转地支承在穿过第一壳体46和未示出的第二壳体而形成的基本圆形的开口上。

如图10和13所示，起到调节臂20旋转角度的机构的作用的固定部分110a、110b在一对支承部分18之间，该对支承部分18有矩形横截面并形成于支承杆108a、108b的两端部分处。由倾斜表面构成的抵靠表面112a、112b(见图8和11)用于固定部分110a、110b。

在该结构中，支承杆108a、108b的抵靠表面112a、112b抵靠在杆挡块75上。因此，在松开状态的初始位置，对臂20的旋转角度θ进行调节。抵靠表面112a、112b优选是由具有与臂20将设定的旋转角度θ相对应的多种倾斜角的倾斜表面来形成。

在本体12的第一侧表面上有一对接近开关118a、118b，该对接近开关通过检测由金属制成并与肘接块102a、102b成一体运动的压板(dog)116而探测臂20的旋转位置。

在该第一和第二变化形式中，通过调节臂20的旋转角度θ，可以获得下面的效果或优点。

首先，通过限制臂20的旋转角度θ，可以避免臂20与布置于夹具100a、100b附近的其它装置、部件等碰撞或接触。因此，可以有效利用狭小的空间进行安装。

第二，通过将臂20的旋转角度θ限制成较小，可以加快该臂20的旋转动作的周期。这样，可以提高工作效率。

第三，通过限制臂20的旋转角度θ，活塞30的位移量减小。因此，可以节省用于使活塞30移动的空气的消耗量。

在该第一和第二变化形式中，臂20的旋转角度θ设定为大约45度和大约75度。不过，通过在装配夹具100a、100b时组装其它的与臂20的旋转角度θ相对应的肘接块和支承杆(未示出)，可以对臂20的旋转角度θ进行不同的设置。

其它的效果和作用与图1所示的实施例相同，因此省略对它们的详细说明。

Claims

1.一种夹具，包括：

一本体(12)；

一驱动机构(14)，该驱动机构(14)用于使所述本体(12)内部的杆件(32)沿所述本体(12)的轴向移动；

一肘杆机构(64)，该肘杆机构包括与所述杆件(32)相连的连接件(72)和连接于所述连接件(72)的支承杆(74)，用于将所述杆件(32)的直线运动转换为旋转运动；

一臂(20)，该臂(20)与所述肘杆机构(64)相连，以便根据所述驱动机构(14)的驱动作用而旋转预定角度；

一长孔(65)，该长孔(65)用于所述连接件(72)，用于与在所述杆件(32)的第一端侧上的关节销(70)配合；以及

一固定机构，该固定机构形成有固定表面(77)，以便调节所述支承杆(74)的旋转动作，其中，所述固定机构包括一个杆挡块(75)，通过使所述支承杆(74)的侧表面抵靠所述杆挡块(75)的所述固定表面(77)，从而在松开状态的初始位置对所述臂(20)的旋转动作进行控制。

2.根据权利要求1所述的夹具，其中：所述杆挡块(75)与壳体(46)分开形成，并在所述壳体(46)的内部，或者所述杆挡块(75)与所述壳体(46)形成一体。

3.根据权利要求1所述的夹具，其中：所述驱动机构包括一气缸部分(14)，该气缸部分(14)包括一活塞(30)，该活塞(30)可根据通过一对压力流体进口/出口孔(42a、42b)供给到缸室(28)中的压力流体的作用而移动。

4.根据权利要求1所述的夹具，其中：用于将所述臂(20)的旋转角度调节为预定角度的机构在所述本体(12)的内部。

5.根据权利要求4所述的夹具，其中：用于将所述臂(20)的旋转角度调节为预定角度的机构包括用于所述支承杆(108a、108b)的固定部分(110a、110b)，通过使所述固定部分(110a、110b)的抵靠表面(112a、112b)抵靠杆挡块(75)而在松开状态的初始位置对所述臂(20)的旋转角度进行控制。

6.根据权利要求1所述的夹具，其中：在所述本体(12)内部有一导引滚子(79)，该导引滚子与形成于所述连接件(72)的第一端的弯曲表面(81)接触。