CN100429038C - 一种夹紧机构 - Google Patents

Abstract

一种夹紧机构，包括第一连接件和可释放地连接到第一连接件的第二连接件。第一连接件设有4个至少部分为锥形的中心销，可与4个槽接合，所述槽对应设置在第二连接件上。两个连接件设有用作Z向基准的止动表面，当夹紧到一起时，可与夹紧到一起的两个连接件配合，确定第二连接件相对第一连接件的Z向位置。相对槽的中心销设计成，各中心销只能位于相关槽的一个侧面。因此，中心销和槽的另一侧面之间仍有间隙。对于4个槽的总共8个侧面，中心销总是位于径向相对的两对侧面，而不会位于相对的另外两对侧面。

Description

一种夹紧机构

技术领域

本发明涉及夹紧机构，其包括第一连接件，设有至少3个中心销，其具有至少部分的锥形；和第二连接件，可释放地连接到所述第一连接件。第二连接件设有多个槽，其数目对应于设置在第一连接件的中心销的数目，当所述第二连接件连接到所述第一连接件时，设置在第一连接件的中心销与槽接合。

第一连接件和第二连接件都设有Z向基准止动面，可互相配合，当第二连接件连接到第一连接件时，确定第二连接件相对第一连接件的Z向位置。

背景技术

这种连接机构最好用于夹紧带有一个或多个工件的连接件，工件位于机床加工区的精确位置。带有工件的一个连接件通常设计成工件的载体或托板，而另一个可固定到机床加工区的连接件一般为卡盘。

在已知的夹紧机构中，一个连接件，即卡盘，设有4个中心销，各包括两个锥形侧表面。另一个连接件，即工件载体或托板，设有4个槽，其位置和形状对应于4个中心销。在将工件载体夹紧到卡盘的操作过程中，中心销与槽接合，工件载体与卡盘在X和Y的方向上及围绕Z轴的角度位置上对准。这种已知夹紧机构的重大缺点是，当工件载体夹紧到卡盘时，中心销可塞在或卡在槽中。

欧洲专利EP-A-0 255 042公开了一种夹紧机构，可将工件或刀具连接到机床上。基本上，夹紧机构包括卡盘、电极保持架以及可连接到电极保持架的张力螺栓。电极保持架的顶侧设有4个槽，围绕Z轴互相偏差90度。每个槽的各侧面开有切口，形成沿Z向具有弹性的唇部。卡盘底部凸出的4个肋部的位置和形状对应于电极保持架的槽。在卡盘的角部区域，设置了4个柱用作Z向基准。当电极保持架夹紧到卡盘时，卡盘的肋部与弹性唇部接触，使唇部沿Z向和轴向内弯曲，直到作为Z向基准的柱碰到设置在电极保持架顶部的支承表面，其结果是确定了电极保持架相对卡盘的Z向位置。利用位于弹性唇部的肋部，电极保持架相对卡盘在X向和Y向定位，并定位绕Z轴的角度。

美国专利3,880,267公开了一种夹紧机构，由第一和第二离合件组成，各离合件的表面形成凸出件，一个离合件的凸出件可连接接触另一离合件的凸出件，形成驱动连接。一个离合件的凸出件的类型是凸出件纵向凸出弯曲，另一离合件的凸出件的类型是凸出件纵向下凹弯曲。而且，离合件的凸出件的凸出和下凹曲率之间纵向不配合。第一离合件的特征是弹性大于第二离合件。当离合件连接到一起形成驱动关系和当一个离合件的膨胀率大于另一离合件时，两个离合件的相接触的凸出件产生圆周向应力，为了释放产生的应力，在第一离合件的表面设置了一个或多个间隙，当凸出件的壁面对第二离合件的凸出件时，可承受位于间隙附近的凸出件的热膨胀。这样的离合件不适合精确夹紧卡盘上的托板，尤其还因为整个系统是复杂的多重定位系统。此外，一个离合部分相对另一离合部分的位置不是沿Z向，即轴向，进行定位。

欧洲专利EP-A-0 897 776公开了一种用于机床的连接组件，可以扭转固定方式固定待加工的工件。该组件包括托板，可保持待加工的工件；并设有导槽及托板支承件，因此托板位于托板支承件上。托板支承件包括对准表面，可使托板与托板支承件对准。对准表面有多个对准凸轮，其包括基体部分和位于基体部分下面的切口。设置切口便于相关的对准凸轮弹性变形，凸轮设置成两个相对的凸轮与导槽配合。多个支承端基本上位于对准表面的角部。此外还设置了旋转托板，因此，托板支承件可脱开地连接到旋转托板。旋转托板包括正交固定到托板支承件的支承壁和包括滑动表面的引导件，滑动表面具有燕尾状并设有切口，使引导件具有弹性。

最后，德国专利DE-C-337 933公开了一种可连接两个轴的离合器。为实现此目的，一个轴设有包括轮缘的正齿轮。另一轴包括带有圆柱形孔的齿轮。齿轮的圆柱形孔设置成，当两个轴连接到一起时，正齿轮的两个齿总是与齿轮的一个圆柱形孔接合。这种离合器不完全适合精确夹紧托板到卡盘，当该系统是复杂的多重定位时更是如此，连接时正齿轮相对齿轮的轴向位置不能很好的定位。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种夹紧机构，其包括第一连接件，设有至少3个中心销；和第二连接件，设有可与中心销接合的槽，可释放地连接到所述第一连接件，夹紧机构是刚性的可传递高负荷。本发明的另一目的是提出一种上面提到的夹紧机构，其可减少中心销在相接合的槽夹住或卡住的危险。本发明的又一目的是提出一种上面提到的夹紧机构，其第二连接件以高精度可重复地夹紧到第一连接件。

为了满足这些或其他目的，本发明提供一种夹紧机构，包括第一连接件，其具有中心线并设有至少3个至少部分为锥形的中心销；和第二连接件，具有中心线，可释放地连接到所述第一连接件，并设有多个具有两个相对侧面的槽，所述槽的数量对应于所述第一连接件的所述中心销的数量，当所述第二连接件连接到所述第一连接件时，设置在所述第一连接件的所述中心销与所述槽接合；所述第一和第二连接件都设有用作Z向基准的止动表面，当所述第二连接件连接到所述第一连接件时，可互相配合确定所述第二连接件相对所述第一连接件的Z向位置，其特征在于，所述第一连接件的所述中心销设置成各所述中心销只位于相关槽的所述两个侧面中的一个，因此，当所述第二连接件连接到所述第一连接件时，所述中心销和相关槽的另一侧面之间存在间隙；因此，至少在第一槽，所述中心销位于第一槽的两个侧面中的一个侧面，该侧面比另一侧面更接近于与所述第一槽相邻的第二槽，而在所述相邻的第二槽，所述中心销位于第二槽的两个侧面中的一个侧面，该侧面比另一侧面更接近于相邻的所述第一槽；或者至少在第一槽，所述中心销位于远离与所述第一槽相邻的第二槽的侧面，而在所述相邻的第二槽，所述中心销位于远离所述相邻第一槽的侧面，使所述第二连接件相对所述第一连接件的位置通过X和Y向以及其角度位置来确定。

设置在第一连接件的中心销的宽度小于设置在第二连接件的槽的宽度。因此，第一连接件上的中心销设置成，各中心销只位于相关槽的两个侧面中的一个，因此，当第二连接件连接到第一连接件时，中心销和槽的另一侧面之间存在间隙；因此，至少在第一槽，中心销位于面对与第一槽相邻的第二槽的侧面，而在相邻的第二槽，中心销位于面对相邻的第一槽的侧面，使第二连接件相对第一连接件的位置通过X和Y向以及其角度位置确定。

当然，也可以使得，至少在第一槽，中心销位于远离与第一槽相邻的第二槽的侧面，而在相邻的第二槽，中心销位于远离相邻的第一槽的侧面。

这样，各个槽就只连接一个中心销，且中心销只位于槽的一个侧面，同时在另一侧存在间隙，使得中心销在相接合的槽中夹住或卡住的危险减少。由于这些特征，与相邻槽接合的至少两个中心销位于这些相邻槽的侧面，这些槽的侧面互相面对或者互相远离，第二连接件相对第一连接件的位置在X和Y的方向上精确确定，以及围绕Z轴的角度位置精确确定，在很大程度上避免了重复定位，其结果是，第二连接件以非常高的精度可重复地夹紧到第一连接件，即使中心销只位于相关槽的一个侧面。

附图说明

下面将参考附图，详细介绍根据本发明的夹紧机构的实施例，附图中：

图1a显示了第一连接件的顶视图；

图1b显示了第一连接件的侧视图；

图2a显示了第二连接件的顶视图；

图2b显示了第二连接件的侧视图；

图3显示处于安装状态的两个连接件的侧视图；

图4显示了图3一部分的放大图；

图5显示了处于夹紧状态的两个连接件的沿图3的剖面B-B的剖视图。

具体实施方式

图1a显示了基本为圆柱形的第一连接件10的顶视图。图1b显示了基本为圆柱形的第一连接件10的侧视图。通常，该第一连接件10连接到机床，用作夹紧如图2a和2b所示的第二连接件15的夹紧件，连接件15可接纳工件、刀具或类似器件。

在第一连接件10的顶部，凸出有4个中心销1，2，3，4。这些中心销相对中心线Z互相偏移90°。各个中心销1，2，3，4包括两个锥形侧面1a，1b，2a，2b，3a，3b，4a，4b。

在两个中心销1，2；2，3；3，4；4，1之间都设有中间表面6，用作Z向基准。在表面6的中间，设有出口7，可将空气排出。为了固定，第一连接件10设置了多个固定孔12。

图2a和图2b显示的第二连接件15容纳加工刀具，工件或类似的器具。其具有类似的设计，具有圆柱形结构，包括中心凹部16，可容纳夹紧销(未显示)，通过夹紧销可连接到第一连接件10。从第二连接件15的底面设有凸出的4个部分17，18，19，20，具有部分环形形状。其顶表面设有用作Z向基准的基准表面17a，20a，这从图2b清楚显示出。部分17，18，19，20形成4个槽21，22，23，24，其形状和位置对应于第一连接件10的中心销。槽21，22，23，24的侧面21a，21b，22a，22b，23a，23b，24a，24b具有锥形，因此侧面21a，21b，22a，22b，23a，23b，24a，24b的上区的倾斜比侧面21a，21b，22a，22b，23a，23b，24a，24b的下区小，如图4所示。

应当知道，各个槽21，22，23，24有两个侧面，即侧面21a，21b；22a，22b；23a，23b和24a，24b。因此，各个槽只有一个侧面，即槽21的侧面21a，槽22的侧面22a，槽23的侧面23a，和槽24的侧面24a用作第一连接件的特定中心销的支承表面。下面对此将有更详细的解释。槽侧面的角度可与中心销侧面的角度配合。

图3是显示了两个连接件10，15的处于接合状态但未互相夹紧的侧视图。应当注意到，第二连接件15显示出具有部分剖视图。接合意味着在这种连接方式中第二连接件15没有施加任何夹紧力地位于第一连接件10。换句话，两个连接件10，15尚未互相夹紧。

在上面提到的接合状态，第二连接件15不仅在X和Y方向上相对第一连接件10定位，而且还相对其绕Z轴Z的角度位置定位。仍需要解决的事情是确定Z向的位置。为了夹紧第二连接件15到第一连接件10，从而确定第二连接件15相对第一连接件10的Z向位置，如将在下面进一步解释的，可通过前面提到的张力螺栓(未显示)朝第一连接件10拉第二连接件15。

在图3的局部剖开部分，显示了通过典型方式接合到第二连接件15的槽的中心销。图4以放大图显示出与第二连接件15的槽21接合的中心销1。图4的放大图显示出中心销1只是接触槽的一个侧面，换句话，只是接触槽的右侧面21a，间隙S保持在中心销1和槽的左侧面21b之间。这种设计的实现可通过分别在对称的槽和对称的销上去除槽的一侧或销的一侧的材料。

不论以何种方式，中心销1的右侧面1a都位于槽21的右侧面21a。在图中所示的状态，没有任何夹紧力作用，间隙A的宽度在数千分之一英寸，位于第二连接件15的特定基准面20a和第一连接件10的Z向基准止动表面6之间。在所示实施例中，为了简化，间隙A以放大的宽度显示。当第二连接件15朝第一连接件10夹紧，利用中心销1的材料弹性和槽21的侧面21a的材料弹性，间隙A减少到零。

在夹紧过程中，第二连接件15沿Z向拉向第一连接件。使第二连接件15的基准表面20a位于第一连接件10的Z向止动表面6，这时实现了第二连接件15相对第一连接件10的Z向定位。由于连接件10，15在没有夹紧力作用下互相接合和定位后，第二连接件15可利用中心销1，2，3，4的材料弹性和相关槽21，22，23，24的侧面的材料弹性，在夹紧动作中沿Z向朝第一连接件10移动，这样就没有必要设置具有Z向弹性的构件。

根据特殊的要求，各中心销1，2，3，4与相关槽侧面接触的接触区尺寸可以变化。在非常高的扭曲力通过中心销1，2，3，4进行传递的情况下，与实现非常高自洁作用的情况相比，上面提到的接触区当然需要选择大许多。为了实现高自洁作用，中心销和槽侧面之间的接触区应当尽可能小。在这样的连接中，应当区别线接触、区域接触和正安装接触；线接触和区域接触之间的差别、区域接触和正安装接触之间的差别和线接触和正安装接触之间的差别不能准确区分，是可变化的。在所显示的实施例中，两个连接件10，15未夹紧到一起，中心销1的锥形侧表面1a的前端沿直线位于相关的槽侧面21a上，即形成线接触。为了实现这种接触，中心销1的锥形侧表面1a的角度，其适合位于相关的槽侧面21a，与相关的槽侧面21a的角度差为0.5％。中心销1以线接触方式位于相关槽侧面21a的区域用标记X表示。因为中心销1，2，3，4的材料的弹性变形和相关的槽21，22，23和24的侧面的材料弹性变形，夹紧操作后，原来的线接触改变为区域接触。

图5显示了处于夹紧状态的两个连接件10、15沿图3的剖面B-B的剖视图。为了简化图面，在图5中省略了第一连接件10的固定孔12。

在下面的说明中，分别提到相邻的槽和相邻的中心销，因此，应当知道，用语“相邻的”表示，相邻的槽和相邻的中心销分别是处于连续位置的槽和中心销，如沿连接件的圆周方向所看到的。在设置了4个槽和4个中心销的情况下，这意味着不相邻的槽和中心销分别位于径向相对的位置。

在第一连接件的4个中心销1，2，3，4当中，第一中心销1，即接近图的下边的中心销的右侧面位于第一槽21的侧面21a。在第一中心销1的左侧面和第一槽21的左侧面21b之间保持有间隙S1。沿逆时针方向可看到，相邻的第二中心销2位于第二槽22的面对相邻的第一槽21的侧面22b，间隙S2保留在第二中心销2和槽22的远离第一槽21的相关槽侧面22a。沿逆时针方向可看到，下一个相邻的中心销3未位于第三槽23的面对相邻的第二槽22的侧面23b，间隙S3保留在这个侧面，中心销3位于槽23的远离第二槽22的相关槽侧面23a。最后，沿逆时针方向可看到，下一个相邻的第四中心销4位于第四槽24的面对相邻的第三槽23的侧面24b，间隙S4保留在第四中心销4和槽24的远离第三槽23的相关槽侧面24a。

作为4个槽21，22，23和24的固有部分的全部8个侧面21a，21b，22a，22b，23a，23b，24a，24b中，中心销1，2，3和4总是位于两对径向相对的侧面21a，23a；22b，24b，中心销1，2，3，4不会位于其余两对径向相对的侧面21b，23b；22a和24a。

在各种情况下，为了确定一个连接件相对另一个的角度位置，必须保证各中心销位于相关槽的一个侧面上，因此至少一个中心销必须位于相关槽的侧面，沿圆周方向看，该侧面相对其余中心销所在的槽侧面。换句话，只是作为示例，在4个中心销的情况下，3个中心销可位于相关槽的前侧面，如顺时针方向看，而第四个中心销必须位于其相关槽的后侧面。或者，如前面介绍的示例，4个中心销中，2个中心销位于相关槽的前侧面，而其余的两个中心销位于相关槽的后侧面。

由于各个中心销位于其相关的槽侧面，可施加高夹紧力，Z向基准止动表面具有很大的面积，本发明的夹紧机构刚度很高，可承受X，Y，Z方向的很大力。由于各中心销只位于一个槽侧面，夹紧机构对污染比较不敏感。

应当知道，可以对本发明的现有夹紧机构进行改进，即，使夹紧机构的中心销位于两个槽侧面。这只需将中心销的一侧和/或槽的一侧的材料去除，如前面已经介绍的那样。

Claims (11)

1.一种夹紧机构，包括第一连接件，其具有中心线并设有至少3个至少部分为锥形的中心销；和第二连接件，具有中心线，可释放地连接到所述第一连接件，并设有多个具有两个相对侧面的槽，所述槽的数量对应于所述第一连接件的所述中心销的数量，当所述第二连接件连接到所述第一连接件时，设置在所述第一连接件的所述中心销与设置在所述第二连接件的所述槽接合；所述第一和第二连接件都设有用作Z向基准的Z向止动表面，当所述第二连接件连接到所述第一连接件时，可互相配合确定所述第二连接件相对所述第一连接件的Z向位置，其特征在于，所述第一连接件的所述中心销设置成各所述中心销只位于相关槽的所述两个侧面中的一个，因此，当所述第二连接件连接到所述第一连接件时，所述中心销和相关槽的另一侧面之间存在间隙；因此，至少在第一槽，所述中心销位于第一槽的两个侧面中的一个侧面，该侧面比另一侧面更接近于与所述第一槽相邻的第二槽，而在所述相邻的第二槽，所述中心销位于第二槽的两个侧面中的一个侧面，该侧面比另一侧面更接近于相邻的所述第一槽；或者至少在第一槽，所述中心销位于远离与所述第一槽相邻的第二槽的侧面，而在所述相邻的第二槽，所述中心销位于远离所述相邻第一槽的侧面，使所述第二连接件相对所述第一连接件的位置通过X和Y向以及其角度位置来确定。

2.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，设置在所述第一连接件的所述中心销的宽度小于设置在所述第二连接件的所述槽的宽度。

3.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，所述第一连接件设有4个中心销，围绕所述中心线均匀分布，所述第二连接件设有4个槽，围绕所述中心线均匀分布。

4.根据权利要求3所述的夹紧机构，其特征在于，互相相对的所述中心销分别位于各自相关槽的一个侧面，这两个侧面是径向相对的。

5.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，当所述第一和第二连接件互相接合但未夹紧时，所述中心销以线性接触方式位于相关槽的侧面。

6.根据权利要求5所述的夹紧机构，其特征在于，所述中心销包括至少一个锥形的侧表面，所述至少一个锥形的侧表面位于相关槽的一个侧面，因此，所述至少一个锥形侧表面的角度与所述侧面的角度差为0.2°到2°，当所述第一和第二连接件接合但未夹紧时，所述中心销的前端沿直线位于所述侧面。

7.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，当所述第一和第二连接件互相夹紧时，所述中心销以面接触方式位于相关槽的侧面。

8.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，所述第一和第二连接件可互相配合，当所述第一和第二连接件接合但未夹紧时，Z向基准止动表面之间存在间隙，因此一旦所述第二连接件夹紧到所述第一连接件，利用所述中心销和/或所述槽侧面的材料弹性，可使所述间隙减少到零，在所述夹紧机构夹紧的状态下，Z向基准止动表面互相接触。

9.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，所述中心销是对称结构，所述槽具有不对称的形状。

10.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，所述Z向基准止动表面分别在所述第一连接件的所述中心销和第二连接件的所述槽之间延伸。

11.根据权利要求1所述的夹紧机构，其特征在于，所述Z向基准止动表面为部分环面形状。

Images