CN100371120C - 使工件夹具精确定位的机床卡盘 - Google Patents

Abstract

叙述一种用于工件在机床，特别是电火花机床的工作区内精确定位的夹具，它具有把夹具紧固在固定的支承结构上的紧固元件和固定工件的固定件。为了使夹具在工件加工时对于变化的喷淋液压力变得不敏感，夹具和/或工件至少配备一个消振器，其中介绍了四种不同类型的消振器。

Description

使工件夹具精确定位的机床卡盘

技术领域

本发明涉及一种使工件夹具在机床、特别是电火花机床工作区内精确定位的机床卡盘，它具有用来固定在一个固定的支承结构上的紧固元件和用来夹持工件的固定件。

背景技术

在电蚀加工工件时，有必要将从工件上切割下来的细微颗粒从直接的工作区内完全排除出去，以免影响所需加工精度。采用通常的水基喷淋液来清除颗粒，它冲在工作区内的工件上。随着切削速度的不断增加同时形成数量越来越多的待清除颗粒粉沫。它的清除有必要提高喷淋液压力。

电蚀过程本身对于工件无切削力地进行，因为电蚀电极例如以切割金属线的形式不与工件接触，因此不影响工件的定位。相反提高了的、通常不保持恒定的喷淋液压力直接作用在工件上，并在工件内以及它的夹具内激发振动，在这种情况下工件定位的精度从而还有工件加工的结果受到破坏。

为了克服这种困难人们可以设想，将夹具的质量加大到超过正常的强度要求的程度，但是由此使得夹具不便操作并使工作区受到限制。

由DE-A-4139272已知一种带支承体的槽板，它被非金属材料制成的填充体包围，这种材料应该起消声和消振作用。

发明内容

本发明的目的在于：开发一种夹具，它对喷淋液压力不敏感，并且没有对工作区造成限制。

根据本发明，提出一种用来在机床的工作区内使工件夹具精确定位的机床卡盘，所述机床卡盘具有一些用于将所述机床卡盘固定在一个机床工作台上的固定元件和一些用来夹持工件夹具的固定件，其特征在于：所述机床卡盘包括一个设计成一个由吸振材料制成的、平整的阻尼薄膜形式的消振器，该阻尼薄膜面对一个在机床卡盘内的平整的表面。

为此按本发明对于开头所述这一类夹具设想，夹具至少配备一个消振器。由此使从喷淋液传递到工件和它的夹具上的振动能被吸收，使工件定位精度不再受到破坏。其次工作区不会受到按本发明的夹具的限制，因为消振器可以安装在工作区之外。

如果牵涉到两个相互相对振动的零件，在本发明的一种优选结构方案中采用第一种类型的消振器，它两端与零件相连，从而隔绝零件相互之间的相对运动，此外它的阻尼性能是可调的。其次消振器具备一个弹簧常数。它的阻尼能力的提高同时也提高它的弹簧常数。如果夹具配备这种类型的消振器，夹具连同固定在它上面的工件的固有频率也得到提高。如果激振频率接近固有频率，那末这样调整消振器，使固有频率远远低于激振频率。

如果零件大致固定在一个固定壁板上并突出于壁板之前，工件支承在它的自由端上，则在本发明的另一种结构方案中考虑采用第二种类型的消振器。激振振动使零件经受拉伸和压缩载荷。因此在零件外表面上加上一个带有内在阻尼性能的消振器，例如橡胶。另一类适合这种用途的消振器包括合金(高阻尼能力合金＝HDCM)，它们大多以铬铁合金为基，并适合于在低压下喷镀在零件或夹具外表面上。喷镀合金层的厚度在2至3毫米范围内。

这种第二类消振器也可以装在两个零件之间，也就是夹具的两块钢板之间。在这种情况下阻尼材料主要经受动态变化的剪切载荷。作为第二类消振器的具体结构形式考虑具有高阻尼性能的阻尼膜。属于这种阻尼膜的例如有美国Saint Paul的Minnesota矿业和制造公司销售的阻尼膜2552。例如按照本发明的一种方案这类阻尼膜可以设置在工作台和作为特殊工件夹具的卡盘之间。在本发明的另一种结构形式中阻尼材料，如橡胶可以大致按US-A-5,769,561硫化在水平调整头的底板和顶板上。

第三类消振器包含一个配备阻尼材料的物体，例如上面硫化着橡胶的钢球。在本发明一种适宜的结构中橡胶体涂在夹具上接近工件的地方。钢质物体可以是夹具本身，其一侧涂有阻尼材料。橡胶类阻尼材料的固有频率远远小于夹具的固有频率。因此由喷淋液压力留给夹具的振动能量被阻尼材料完全吸收。另一方面如果阻尼材料的固有频率大致等于夹具连同工件待阻尼的固有频率，那末它就反相位振动，也就是说相对于夹具有180°的相位差，这改善通过阻尼材料对夹具振动能的吸收。本发明在其一种看法中设想在夹具上加上一种可方便地调整的消振器。

最后本发明的另一种结构配备第四种类型的消振器，其中振动能的吸收通过相互连接并且在振动时产生剪切应力的板之间的摩擦进行，其中两块或几块同样大小的板通过螺钉连接或粘接连接成一个平板组件。在必要情况下可以附加地在平板组件的板之间加入一块具有加大的摩擦系数的另一块板。

因此本发明根据夹具特定的结构和应用场合的不同对夹具配备不同的消振器，其中消振器可以具有可调的弹簧常数和阻尼常数。

作为本发明目的另一种解决方案配备一种薄膜型夹具，其薄膜相互固定连接，并且在其相互贴合在一起的表面上配备一种适当地加大的摩擦系数。对夹具激振的振动造成薄膜相互之间的相对运动，其能量通过薄膜的摩擦吸收。其结果同样是消振。

其次本发明优选的结构在从属权利要求中给定。

附图说明

下面借助于附图以作为夹具的一个例子的水平调整头的具体结构对本发明加以说明。其中表示：

图1.一个水平调整头的透视图；

图2.按图1的带有消振器的水平调整头的示意顶视图；

图3.按图2的带有第一类消振器的第一种结构形式的水平调整头的局部示意图；

图4.按图2的带有第一类消振器的第二种结构形式的水平调整头的局部示意图；

图5.带有第二类消振器的水平调整头的另一种结构形式的示意侧视图；

图6.按图5的水平调整头的示意顶视图；

图7.带有第二类消振器的水平调整头的又一种结构形式的示意侧视图；

图8.带有另一种第二类消振器的水平调整头的示意侧视图；

图9.带有工件和一个第二类消振器的夹具的示意侧视图；

图10.固定在工作台上的机床卡盘连同一个第二类消振器的示意侧视图；

图11.带有第三类消振器的水平调整头连同用虚线表示的线切割机的主要部件的示意侧视图；

图12.按图11的水平调整头不包括线切割机部件的示意顶视图；和

图13.按照按本发明的一种可选择的水平调整头的示意侧视图；

图14.机床卡盘连同带有第二类消振器的刀架的示意图；

图15.带有第二类消振器的水平调整头的示意侧视图。

具体实施方式

按图1的水平调整头在资料US-A-5,769,561中作了具体说明，因此这里可以明确地参照那里的说明。

水平调整头1具有一个顶板2，它可以通过错开设置在X-Y平面内的调整螺钉3、4克服由两个同样错开设置在这个平面内的弹簧组件5、6产生的预紧力在Z方向相对于底板7调整水平。在底板7前面顶板2上固定一个按资料US-A-4,925,168的精密螺旋虎钳8，在其夹爪9、11之间可以夹紧一个在图1中未示出的工件。顶板2连同精密螺旋虎钳在本发明的意义上构成一个用于工件15(图11)的夹具，工件可以在工作区16内在X、Y和Z方向精确定位以通过线切割机13、14的切割线12进行加工。

在这里所示的实施例中底板7的底面上设有燕尾槽18，使它可以在X方向以及与它垂直的、平行于切割线12方向的Z方向确切地固定在一个没有画出的、固定的、设有对应燕尾槽的、大致像US-A-4,786,776中所示类型的支承结构上。其次支承结构具有一个挡块，它允许底板7在Y方向也可以确切地定位。

图中没有画出喷淋液以及它通向工作区16的输入输出管道。在任何情况下它都以高压沿切割线12在工件15上割出的切口17喷淋工件15。

按照本发明夹具10配备一个或几个消振器。在图2中所示的第一个实施例中顶板2上加工出两个在Y方向相隔一定距离的沿Z方向的螺纹孔20、22。在这两个螺纹孔20、22中的每一个内既可以按图3的结构形式也可以按图4的结构形式各装入一个第一类消振器。

在按图3的结构形式中第一类消振器30由一个设有外螺纹的顶面带内六角31的螺钉32，它从与内六角31相对的底面33起钻孔，以形成盲孔34。在盲孔34内装入一个圆柱形销子36，它支承在底板7的顶面上并通过阻尼器38与螺钉32固定连接。阻尼器38由一个橡胶类的材料制成并既粘接在盲孔34的内表面上又粘接在圆柱销36的外表面上。如图可见，螺钉32其整个长度可以拧入孔20或22内。在振动时承受剪切载荷的阻尼器38可以接受由喷淋液传留给夹具的振动能并通过它的弹性吸收，使夹具10保持不振动。

在按图4的结构形式中第一类消振器40具有在头部44设有外螺纹的螺栓42的形状，它的相对于头部44略微缩小的柄部46做得较短。在柄部46的自由端面上粘接一个由橡胶类材料制成的阻尼器48，它在不承受载荷的状态下具有比柄部46略小一些的直径。在阻尼器48的自由底面上粘接一个销子49，它与柄部具有同样的直径，并且长度方面的尺寸做成这样，使它能伸出顶板2的底面支承在底板7的顶面上。阻尼器48具有和阻尼器38同样的吸收振动能的性能。如果螺栓42比图示的更深地拧入通孔20，阻尼器48的横截面就会胀大，使其弹簧常数和阻尼系数发生变化。也就是说阻尼器48的性能可以通过螺栓42调整。阻尼器48首先适合于那种通孔20、22，这些孔仅仅在其上面一段设有内螺纹，在它下面连接一段光滑的圆柱形孔41。

本发明按图5和6的结构形式中在顶板2的顶面19上加上一种第二类消振器的由橡胶类吸振材料制成的垫50，并通过粘接或硫化与顶板2固定连接。垫50上设有用于安装调整螺钉3、4和弹簧组件5、6的缺口51、52以及53、54。垫50的厚度大致为顶板2厚度的三分之一。但是厚度的选择不必服从什么限制。作为一种选择可以不加上橡胶类材料而在表面19上喷涂开头提到过的HDCM合金。

图7表示第二类消振器的另一种结构形式。水平调整头1同样具有一个其上固定带工件15的螺旋虎钳8的顶板2和一个底板7。第二类消振器58包括一个阻尼材料，如橡胶，它适当地硫化在顶板2的底面和底板7的顶面上。水平调整头的其余部分相当于图1中所示。

图8表示第二类消振器的另一种结构形式。这里在前述结构形式中作为一体的水平调节头70的顶板72在XY平面内分成两块适当地大小相同的和大致通过螺钉连接的板74、76，它们之间放入作为阻尼材料的橡胶或阻尼薄膜75，例如前面提到过的2552。底板以及固定在顶板72上的带工件15的螺旋虎钳8与上述结构相同。

图9和10表示另两种第二类消振器的例子。按图9工件85固定在夹具82的底面上，其中工件85和夹具82之间放入一种例如像上面提到过的阻尼薄膜84的阻尼材料，例如粘接在它们之间。工件85和夹具82用螺钉连接。图10中表示一个工作台86，机床卡盘88作为用于未画出的工件的夹具通过放在中间的阻尼薄膜89固定在工作台上。

图11和12表示用于按图1的水平调整头的第三类消振器。这里设有两个消振器60、65，其中消振器60装在顶板2的侧面24上，消振器65装在顶板2的另一个相对的侧面26上，分别紧挨着精密螺旋虎钳8。在侧面24上用螺钉拧上一块扁平的固定板61，它在其外表面上设有由橡胶类材料制成的板形阻尼器62。阻尼器62在其外表面上带一个重块63。作为另一种选择，重块63例如可以以实心钢球的形式埋入阻尼器62的材料内。重块与顶板2上的激振频率相比具有较低的固有频率，使它可以吸收顶板2的振动能。可以看到侧面装在顶板2上的消振器60不加大水平调整头1的高度，因此可利用的工作区没有变窄。

消振器65的结构和消振器60一样。例如重块67通过板形阻尼器66与固定板68的外表面固定连接，固定板用螺钉拧在外表面26上。固定板61、68中间连接在阻尼器62、66以及重块63、67和顶板2之间允许更换消振器60、65，使它在其固有频率、阻尼特性以及尺寸方面可以和当时的应用场合相匹配。

必要情况下两个消振器60、65也可以直接和工件15未被切割线12加工并位于例如精密螺旋虎钳8夹爪9、11之间的那一部位上下连接。

最后图13表示用于夹具，也就是说在所述应用场合下水平调整头1的顶板2的第四类消振器90。消振器90由一组许多同样大小的板的组件组成，这里是板92、94，它们通过螺钉连接或粘接相互永久连接并用螺钉91、93、95与顶板2的上表面连接。平板组件平行于顶板2上表面延伸，并基本上和它一样大。消振效果通过顶板2振动时受剪切力作用的平板92、94相互之间的摩擦力产生。薄板可以由金属或硬塑料制成。消振效果还可以通过以下方法加大，在与顶板2相邻的板92和顶板的顶面之间放入另一块具有高摩擦系数的薄板96。

其次在本发明范围内，顶板2本身可以通过由一个相应于板组件92、94的三明治型薄板组件制成的方法由薄板组合而成，其中薄板相互面对面的表面可以弄粗糙以加大摩擦系数或在中间放入一块相应于板96的摩擦板。

图14表示作为本发明另一种结构形式的安装在机床工作台100上的托盘101，它带一个机床卡盘102。卡盘102上装夹一个带工件105的工件夹具104。卡盘102和工件夹具104可以是在美国专利文献4,855,558中所述的那种类型。这里参照这份文献中的内容。那末工件夹具104在夹紧状态时面对卡盘的上表面具有一个平整的表面部分，这里用106、108表示，在夹住时它们贴合在从卡盘102上突起的销柱103，107的自由端面上(轴向基准面)。按本发明销柱103、107的自由端面分别设有涂在上面的、开头提到过的HDCM-合金形式的消振器109、110，它防止或者至少明显地吸收轴向基准面的共振。这种合金适宜于通过喷淋的方法在压力作用下涂上，其厚度小于2mm，接着可以磨削以形成基准面。在较简单的结构形式中磨削也可以取消。在本发明的意义上卡盘102可以理解为夹具。

最后图15同样以示意侧视图表示水平调整头，它配备一个第二类的另一种结构类型的消振器。夹紧在底板7上的顶板120由一种开放蜂窝状的、多孔材料例如金属铸件组成，其蜂窝用阻尼材料基本上完全填满。为此完工的铸件浸入例如生橡胶或橡胶溶液中、在铸件吸饱溶液后例如通过热处理把溶剂去除，使橡胶硫化在铸件内。铸件承担顶板120的机械强度，硫化的橡胶122用来消振。在一种可供选择的结构形式中顶板120可以由一个牢固的金属箱体组成，在其空心的内腔中固定例如硫化的橡胶、橡胶球或橡胶组件形式的阻尼材料。

本发明以水平调整头为例子的上述说明指明了原理不同的四类消振器，它们可以用于本发明的范围内。在图2至4中所示的第一类消振器30、40设想，在两个物体，这里是螺钉32或螺钉头44和螺栓36或销子49之间放入由橡胶或橡胶类材料制成的阻尼器38、48，其中一部分32、44可以相对于另一部分36、49激振，这里是通过作用在与顶板2相连的工件15上的喷淋液压力激振。这里通过材料以及它在径向和轴向尺寸的选择可以这样地调整阻尼器38、48的消振能力和弹簧常数，使由阻尼器38、48、顶板2和工件15组成的系统的固定频率远离由喷淋液激发的振动的固有频率。

图5至10表示第二类消振器，其中夹具10的动态性能可以看作一种固体材料，例如一个实心梁的动态性能。也就是两个物体相互之间不存在相对运动。这里在夹具10外表加上一种由带阻尼能力的固体材料，例如橡胶制成的阻尼器50就足够了。

在按图11和12的第三类消振器中阻尼器62、66与一个质量(重块63、67)连接，它以特别简单的方法允许阻尼特性与各个应用场合，也就是说、例如与不同的喷淋液压力相匹配，其中始终可以采用同样的橡胶类材料。其次消振器60、65可以这样地选择尺寸，使它可以尽可能近地装在感应到振动的区域内。由图11可以特别清楚地看到，在线切割机13、14中首先是在Z方向空间关系非常挤。这里只要其应用不引起夹具10在Z方向位置需求的增加的话，消振器60、65这种任意选择尺寸的形式便带来特别的优点。

最后在按图13的第四类消振器中充分利用相连接的板或薄板之间的摩擦力来吸收振动能。

Claims (4)

1.用来在机床的工作区内使工件夹具精确定位的机床卡盘，所述机床卡盘具有一些用于将所述机床卡盘固定在一个机床工作台上的固定元件和一些用来夹持工件夹具的固定件，其特征在于：所述机床卡盘包括一个设计成一个由吸振材料制成的、平整的阻尼薄膜形式的消振器，该阻尼薄膜面对一个在机床卡盘内的平整的表面。

2.按权利要求1的机床卡盘，其特征在于：消振器具有足够高的阻尼性能，以便吸收强加到所述机床卡盘上的振动。

3.按权利要求1的机床卡盘，其特征在于：所述吸振材料是橡胶或一种橡胶类材料。

4.按权利要求3的机床卡盘，其特征在于：所述阻尼薄膜的厚度远小于所述阻尼薄膜的平整的表面的任何尺寸。

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