CN1012886B - 将工具可拆卸地连接到操纵机构上的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将工具可卸开地装到操纵机构如工业自动机的装置，包括工具夹持器与固定在自动机上的偶合构件。偶合构件有一工具夹持器贴靠其上的自由正表面，多个空气通道与电触点通到该正表面周边区域。该正表面中央有四个突出定心销。工具夹持器上有相应设置的空气通道与电触点以及一个周向刚性而轴向有弹性的在中央的定心盘，盘上有供偶合构件的定心销在装配时插入的孔口。工具夹持器这就精确地定心并且自动接通所有气电连接。

Description

本发明涉及一种将工具可拆卸地连接到操纵机构上的装置，该装置包括一个工具夹持器和一个安装在操纵机构上的偶合部件，据此该工具夹持器和偶合部件的每一个上都包括有锁紧装置通过牢靠的联锁将工具夹持器可拆卸地连接到偶合部件上。本发明具体涉及上面提及那种类型的一种装置，它可以用作在工业自动机上进行气动和/或电动的换工具机构的接合件。

自动操作的和计算机控制的操纵机构在工件的制造和搬运方面，尤其在批量生产中例如在各种装置和另件的安装或装配方面，在将电气和电子元件放置在印刷电路板上或类似的基板上等方面日益显示其重要性。这类操纵机构通常包括一个在其上安装有一个工具的工具夹持器，该工具在一定的结构限度内有一定程度的活动自由度并用以加工上述工件。应当指出的是此文所用的术语“工具”应按广义来理解，不仅指像钻削装置、动力操作的螺丝刀等之类的加工工具，还包括抓取钳、真空夹钳、在工件上涂布粘合剂的装置、测量和试验工具、用于工件盘的装卸机构等等。

只要这种操纵机构仅仅需要满足一种工作要求、例如将一个另件由储料槽中取出并放入一个经过该操纵机构的工件中，在操纵机构的臂上安装适用于此工作的工具不会出现任何问题。但是如只加工小批量，或者当一些操纵机构必须适应几种不同的工作时，那样就必须确保能实现快速工具更换而不发生任何问题，如有可能全自动化。

为此目的，在美国专利4，636，135号中公开了一种装置，该装置包 括一个安装在自动机的臂上的偶合部件和一个可牢靠地锁紧在该偶合部件内、并可从偶合部件上拆卸下来的工具夹持器。由于许多工具、例如抓取钳、都是气动或电动的，该偶合部件要配置有一个在工具夹持器接到其上时跟设置在工具夹持器上的空气入口立即连通的压缩空气接头。此外，在偶合部件和工具夹持器上都设有适合于在工具夹持器装在偶合部件上时接合上的电接头。这样，就有可能事先将一个气动或电动的工具安装在工具夹持器上并配备工具和工具夹持器间所需的空气和/或电接头。

但是，根据美国专利4，636，135号所介绍的装置，有两个问题不能解决或者只能部分地解决;一方面这种装置不是通用的，而是只适用于那种只需用单独一个空气供给接头的气动工具。此外还必须考虑外加接头，例如供压缩空气的外加接头，或者通向真空源的接头，这就导致这种装置不适合用以自动换工具。另一方面，工具夹持器相对于偶合部件的、从而是对操纵机构的定位准确度，特别是重复定位准确度是不能令人满意的。因为根据操纵机构技术领域内的最新水平，操纵机构是能够掌握一个在0.05毫米内的预定目标范围，即使该操纵机构的臂需要重复地返回同一目标位置;非常重要的是该工具相对于操纵机构的臂的位置在自动工具更换以后也要精确地定位并保持住。在操纵机构要实现多个或一系列不同的操作从而在每个操作后必须换工具的情况下，这一点是最重要的。

本发明的一个目的是避免上述的各种缺陷并改进上述类型的装置，使其能够用于一个操纵机构所操作的几乎每一种工具。

本发明的另一个目的是提供一种所提到的类型的、很适用于自动工具更换并避免在工具更换以后还需要用人手来接上附加的空气或电气接头的装置。

本发明还有另外一个目的是提供一种装置，在该装置中工具相对于 操纵机构的臂的位置是经精确地界定的，并且这个精确界定的位置即使在工具频繁更换的情况下以及在工具夹持器和/或偶合部件由于频繁的工具更换而磨损的情况下也能保持住。

本发明提供了一种将一个工具可拆卸地连接至操纵机构上的装置，该装置包括一个工具夹持器和一个安装在该操纵机构上的偶合部件。该工具夹持器和偶合部件的每一个上都包括有锁紧装置通过牢靠的联锁将工具夹持器可拆卸地连接到偶合部件上。

偶合部件具有一个自由外露正面表面，工具夹持器在连接至偶合部件上时就靠置在该正面表面上。

为了自动实现偶合部件和工具夹持器之间空气的和电气的连接，该偶合部件含有多个通到自由外露正面表面上的通道和多个电接触构件，这些构件的端部都位于自由外露正面表面的部位之内。

为了保证该工具夹持器相对于偶合部件精确地定位，该偶合部件含有多个定心销伸出于自由外露正面表面以外并带有一个锥形拔梢的头部，该定心销设置靠近自由外露正面表面。

此外，该工具夹持器含有一个表面部分，该表面部分在通过所述锁紧装置将工具夹持器连接至所述偶合部件上时适应于靠置在偶合部件的自由外露正面表面上。工具夹持器的表面部分上设置有多个其位置与在偶合部件内的所述通道相对应的通道，并设置有多个电触点对应于设置在偶合部件内的所述电接触构件。

此外，工具夹持器还含有一个安装在其表面部分上的盘形定心构件，该构件在轴向上有弹性而在周向上则是刚性的。该定心构件具有多个孔口对应于偶合部件上的定心销，这些孔口在将工具夹持器连接至偶合部件上时，至少部分地跟定心销的锥形拔梢的头部接触。

由于工具夹持器以其表面部分、包括与预先装好的工具相连接的所有气体的和电气的接头，都靠置在带有气体通道和电接触构件的偶合部 件的自由外露正面表面上，这就实现了在工具夹持器装好和锁紧后操纵机构和工具间的所有电气和气体连接都自动接上。此外，偶合部件的锥形拔梢定心销跟在工具夹持器上的轴向弹性定心盘的定心孔口的配合保证了工具夹持器并从而保证了工具不仅能相对于操纵机构的中心轴线准确地定位而且相对于围绕着所述中心轴线的角度也能准确地定位。

在本发明的装置的一个最佳实施例中，偶合部件还包括多个电磁阀，每个所述电磁阀与偶合部件内的一个通道联系，至少一部分电磁阀的进口连接到压缩空气的一个第一气源上，至少有一个电磁阀的进口连接到压缩空气的一个第二气源上，至少有一个电磁阀的进口连接在一个真空源上。这一设计使本发明的装置在要跟大量的不同类型的工具相结合使用时非常有用。

偶合部件上的电接触构件最好是含有轴向弹性地安装的销子，其顶部相对于偶合部件的自由外露正面表面稍微缩进一点以保证一个良好的电连接并避免了短路的危险。

如偶合部件带有四个定心销对称地安置在相对于偶合部件的所述自由外露正面表面缩进一点的偶合部件的正面表面的一个部份上，就可以实现一个非常高的定位准确度。这些定心销与装在工具夹持器的中央部位的盘形定心构件上的孔口相配合。盘形定心构件的大小最好是比工具夹持器小一些，这样使所述多个通道和所述多个电触点沿着一个最好是具有对称的板形体形式的工具夹持器的圆周上设置。为了保证盘形定心构件可以在轴向上弹性变形，工具夹持器的板形体的表面上带有多个与盘形定心构件上的孔口的位置相一致的凹槽。

以下将参考附图对按照本发明的一个最佳实施例进行进一步描述。

图1是本发明的装置的分解的、示意的、部份剖开的侧视图;

图2是一个罩盖卸下的偶合部件的顶视图;

图3是沿图2的Ⅲ-Ⅲ线剖切的剖视图;

图4是沿图2的Ⅳ-Ⅳ线剖切的剖视图;

图5是沿图2的Ⅴ-Ⅴ线剖切的剖视图;

图6是工具夹持器的侧视图;

图7是工具夹持器的顶视图;

图8是沿图7的Ⅷ-Ⅷ线剖切的工具夹持器的一个剖视图。

根据图1，本发明的装置一般包括一个偶合部件1和一个工具夹持器2。偶合部件1设计成安装在一个自动机的一个臂5的端部的一根轴3上。该轴3设置有一个空气通道4用于向偶合部件1供给压缩空气。工具夹持器2包括一个安装板6，在其上可以装一个工具（未示出）、例如一个气动夹钳或一个类似的工具。

安装板6含有一个垂直地从其表面伸出的、设置在中心部位的一个锁栓7，这锁栓用于将安装板6连接到偶合部件1上。为此目的，锁栓7设置有一个适应于容纳在偶合部件1内的一个设计成相配的孔内的头部8。关于工具夹持器2与偶合部件1的连接的细节将在下面结合附图3进行描述。

偶合部件1包括一个表面部分9沿着偶合部件1的周边伸展并自由外露。该表面部分9一方面含有空气通道10而另一方面含有电接触构件11。空气通道10和电接触构件11都分别通到并端接于表面部分9上。在偶合部件1的自由外露正面表面的中心部位设有四个突出的定心梢47对称排列着，这些定心销与安装在工具夹持器2上的定心盘13相配合。工具夹持器2的安装板6一方面设置有连接到接线端子15上的电触点14，而另一方面设置有空气通道16。电触点14和空气通道16都沿着安装板6的圆周设置。此外，当工具夹持器2连接到偶合部件1上时，电触点14和空气通道16的位置就与偶合部件1的电接触构件11和空气通道10的位置相对位。

图2显示图1所示的偶合部件1将罩盖17卸下的一个顶视图，而图 3显示沿图2的Ⅲ-Ⅲ线剖切的一个剖视图。偶合部件1主要是由偶合体18和连接体19构成，二者都是圆形并通过螺钉20相互刚性地紧固在一起。偶合体18含有一个适应于容纳工具夹持器2的锁栓7和头部8的一个中心孔21。一个环形活塞22跟孔21同心设置并可轴向位移;设置弹簧23以将活塞22推到其上端位置。由此环形活塞22的带倒角的侧表面24将容纳在孔21的侧壁27内的钢球25径向朝着孔21的中心推动。这样，锁栓7的头部8就其下侧跟钢球啮合上使锁栓7被偏置而卡住在孔21内，而且工具夹持器2的安装板6就压靠在偶合部件1的自由外露表面部分9上。上面所述的锁紧状态表示在图3中的左侧部分。

为了将工具夹持器2从偶合部件1上脱开，将压缩空气通入活塞上方的环形腔26内，因此活塞22就被推到如图3中的右侧部分所示的最低位置，钢球25就处于自由状态而锁栓就可以从孔21中拉出来。

该偶合部件1的连接体19具有一个基板28，其上设有一个中心空气供给连接件29。偶合部件1可以通过一个环形夹紧构件30安装在自动机的臂5的轴3上。多个电磁控制的空气阀31a-31g围绕着连接件29星形排列安装在基板28上。在图2所示的示例中，设置有以下各种阀：两个阀31a和31b用以控制具有第一个降低压力的压缩空气源;两个阀31c和31d用以控制具有第二个较高压力的压缩空气源;两个阀31e和31f用以控制工具夹持器2的锁紧机构;一个阀31g用以控制在真空条件下的空气供应。

阀31c，31d，31e，31f的进口都连接到主空气供给点即连接到连接件29上，以图3所示的阀31e为例，就是利用径向伸展通道32和轴向伸展通道33相连通的。阀31e和31f的出口是通过轴向伸展通道34连接到环形腔26的，而阀31c和31d的出口与空气通道36的连通是经由通过基板28的轴向延伸通道35实现的。空气通道36伸展通过整个偶合体通到自由外露表面部分9上。在工具夹持器装上去时最好设置一个“O”型环37 来密封。

阀31a和31b的进口与一个分立的空气供给连接件38连通，低压压缩空气通过一个管子（未示出）供到连接件38。阀31a和31b的出口通过跟前述的连接到阀31c的出口的相应空气通道35和36相似的空气通道（未示出）连接到偶合部件1的自由外露表面部分9上。最后，阀31g的进口连接到一个容纳有一个真空管子（未示出）的连接件39上。阀31g的出口通过类似于如图5所示的通道35和36的通道连接到自由外露表面部分9上。

此外，偶合部件1设置有如前面所提到的多个电接触构件11。两个接触销11a和11b在阀31b和31c之间轴向伸展，两个接触销11c和11d在阀31d和31e之间伸展，而两个接触销11e和11f在闽31f和31g之间伸展，通过基板28并通过偶合体18，并终止于自由外露表面部分9的范围内。所有接触销每一个都装入一个绝缘套管42内并含有一个连接到端子41的上部不可动部分44以及一个通到实际接触销构件11的下部轴向可动部分45;一个弹簧43插入在上部分44和下部分45之间以将下部分45推到其最低位置。

最后，偶合部件1设有一个定心构件46，该构件设置在偶合部分1的自由外露表面部分9的中心环绕着中心孔21的部位上。从图3可见，偶合体18设置有一个环形凹座，该定心构件46就容纳在其中。在图示的示例中，该定心构件46配置有四个定心销47，这些定心销相对于偶合部件1的中心纵轴线对称地排列着并且突出表面部分9一定长度;每个定心销47含有一个锥形拔梢头部48。定心销47跟装在工具夹持器2的安装板6上的定心盘13相配合起作用，下面还将进行更详细的说明。

从以上描述和附图可以很清楚地看出，偶合部件1是由一个很紧凑的单元体构成，其一侧装在一个自动机的臂5的端部，从而压缩空气的主要供应通过自动机的臂通过空气通道4和轴3直接提供。所有外加的

空气的和电气的连接都集中在一个连接管49（图1）内。在其另一侧，偶合部件提供一个自由外露表面部分9，该表面部分含有可自由接触到的空气和电气的各连接点以及定心构件46和容纳锁栓7的中心孔21。

从图6至图8可见，安装板6含有一个用螺钉51固定在其上使之相对于安装板6不能转动的定心盘13。定心盘13在圆周方向上是刚性的。定心盘13最好用弹簧钢制成并设置有多个尺寸、形状和位置对应于定心销47的定中心孔口52。假如工具夹持器2要装在偶合部件1上，锁栓7的头部8在钢球25的作用下被拉进中心孔21内，而定心销47就进入定心孔口52中使定心销47的锥形拔梢头部48至少部分地跟定心孔口52的边缘接触上。从而定心盘13轴向弹性变形。为此目的，安装板6在定心孔口52下面的位置设置凹槽53。这样就保证了安装板6相对于偶合部件1的极为牢靠的定位，因此，即使定心梢47已磨损或者锁栓7在中心孔21中具有一个相当大的间隙，定位准确度也不会受到损害。

安装板6含有空气通道16和电触点14。通道16的位置对应于在偶合部件1中的通道36的位置，而触点14的位置对应于偶合部件1中的触点11的位置。为便于为装在安装板6上的气动工具提供所需空气连接，最好是在安装板6的自由表面上为通道16配置连接件54。相应地，电触点14跟连接端子15相连接以便对电动工具提供电气连接。

在前面作为最佳实施例描述的所推荐的装置提供了提供多种预装工具的可能性，这些预装工具每个装在一个工具夹持器2上，所有工具夹持器2和工具间的所需空气和电气连接都已接好。假如这样准备好的工具夹持器2插入偶合部件1中，这些连到偶合部件1从而连到自动机的控制装置的空气和电气连接都被接通，这是因为一当工具夹持器锁在偶合部件1内，工具夹持器的安装板6就配合装靠在偶合部件1的表面部分9上。从而就可能实现一种全自动的不需操作者辅助的工具更换。

利用定心销47和定心盘13来定心提供了在±0.01毫米范围内的令人 满意的高精度;尤其是保证了一个非常高的位置再定精度，对磨损和污染不敏感以及结构简单。这样，即使工具需要在短时间间隔内频繁地更换仍可能长时间连续工作而不发生问题。

在上述实施例中，设有7个阀，6个电气接头和5个空气接头;这对操纵机构所用的多种工具应当是足够的了。因此，本发明的装置应是通用性的。但是，应当理解到可根据需要设置多一些或少一些电气和/或空气接头。

Claims (8)

1、一种将一个工具可拆卸地连接到一个操纵机构上的装置，该装置包括一个工具夹持器和一个安装在操纵机构上的偶合部件，该工具夹持器和该偶合部件每个上都包括有锁紧装置通过可靠的联锁将该工具夹持器可拆卸地连接到该偶合机构上；所述偶合部件含有一个自由外露正面表面，所述工具夹持器在连接到该偶合部件上时就靠置在该正面表面上，偶合部件上有多个空气通道通到该自由外露正面表面上，还有多个其端部放置在该自由外露正面表面部位之内的电接触构件；所述工具夹持器有一个在通过所述锁紧装置将该工具夹持器连接到该偶合部件上时适应于靠置在该偶合部件的该自由外露正面表面上的表面部分，该工具夹持器的该表面部分配备有多个对应于该偶合部件上的所述空气通道设置的通道，并配备有对应于设置在该偶合部件上的所述电接触构件设置的多个电触点，本发明的装置的特征在于具有一套定心装置，该装置具有多个固定在偶合部件(1)的定心构件(46)上的、突出偶合部件的自由外露正面表面(9)一定长度并具有一个锥形拔梢头部(48)的定心销(47)，和一个固定在工具夹持器(2)的安装板(6)上的、在轴向上有弹性而在圆周方向上是刚性的、具有多个形状与位置均与定心销精确配合的并在该工具夹持器连接到该偶合部件上时至少部分地跟对应定心销的锥形拔梢头部接合的定中心孔口(52)的盘形定心构件(13)；本发明的装置的特征还在于在偶合部件内设有多条由控制装置控制通、断的轴向伸展空气通道(33、34、35)以控制本发明的装置的操作。

2、按权利要求1的装置，其特征在于所述控制装置包含多个电磁控制空气阀（31a-31g），每个电磁控制空气阀跟偶合部件的所述多条空气通道中的一组（33、34、35）联系。

3、按权利要求2的装置，其特征在于至少一些所述电磁控制空气阀（31a、31b）的进口连接到第一个较低压力的压缩空气源。

4、按权利要求2的装置，其特征在于至少一个所述电磁控制空气阀（31c-31f）的进口连接到第二个较高压力的压缩空气源。

5、按权利要求2的装置，其特征在于至少一个所述电磁控制空气阀（31g）的进口连接一个真空源。

6、按权利要求1的装置，其特征在于所述定心构件（46）含有四个定心销（47）对称地设置在相对于该偶合部件的所述自由外露正面表面缩进一点的偶合部件的正面表面的一个部份上。

7、按权利要求1的装置，其特征在于所述盘形定心构件（13）装在所述安装板（6）的中心部位。

8、按权利要求7的装置，其特征在于所述工具夹持器的所述安装板（6）在其表面上含有多个跟所述盘形定心构件（13）的所述孔口（52）对应地设置的凹槽（53），使该盘形定心构件（13）在所述定心构件（46）的所述4个定心销（47）跟该盘形定心构件（13）的所述孔口（52）接合时能够沿轴向方向弹性变形。

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