CN104339173B - 具有偏心件的紧固系统 - Google Patents

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Abstract

用于将线性机械元件(2,102)紧固在机床床身(4)上的紧固系统，其具有包含柄部(35)和头部(37)的夹紧件，其中，头部(37)的直径大于柄部(35)的直径，该系统还具有包含套筒(68)和扭矩传递元件(70)的偏心件(60)，套筒(68)具有偏心孔(66)，其中，头部(37)的外径小于或至少基本相当于该孔(66)的内径。

Description

具有偏心件的紧固系统
技术领域
本发明涉及一种用于线性机械元件的紧固系统，并涉及偏心件、线性机械元件和用于紧固线性机械元件的方法。
背景技术
为了安装线性机械元件(尤其是齿条或线性导轨)，很重要的一点是使得机械元件压靠着机床床身，并在整个长度上准确定向。这在高精度应用中尤为必要。现有技术中已知的方法是：通过螺旋夹具将机械元件压靠在机床床身上并随后通过螺钉固定。这是一个反复过程，因为通过螺旋夹具仅能够在一小段距离上压紧齿条(举例而言)。当齿条已被在此处紧固时，下一位置的螺旋夹具被拧紧以在该位置再次固定齿条。其它劣势在于：不能提供任意需要数目的螺旋夹具；由于机床床身带来的阻碍而不太方便拧紧螺旋夹具；以及螺旋夹具限制了螺钉的使用。
安装过程中的另一问题是两个齿条之间的距离的设定。对此，通常情况下，首先，具有相反齿型的安装辅件通过螺旋夹具压紧在齿条的两端上，然后将新近安装的齿条松弛地旋拧在上面。随后，通过锤子和碾槌以撞击的形式进行微调，其中，碾槌还部分地直接与齿面接合。
EP474397A1描述了一种通过螺栓将线性导轨安装在机床床身上的装置，螺栓能够旋转布置在机床床身的孔中，并且通过螺栓头部可将线性导轨压靠在机床床身的承压部上。在此，螺栓头部相对于螺栓的中心轴偏心形成。为确保线性导轨的位置沿着螺栓的纵轴方向，需要提供额外的夹紧件。
为了邻近线性导轨布置螺栓，机床床身中需要分开的多个孔。这需要增加支出，因此是不可取的。所需的较大数量的零件会产生较高的生产成本和繁琐的安装过程。
发明内容
本发明的目的在于改善现有技术已知的用于线性机械元件的紧固系统。具体地，应该能够实现一种简单的结构或不太复杂的快速安装。此外，需要令人满意的高精度和负载能力。还应降低生产成本。线性机械元件应该能够通过一种简单的安装工艺以可靠的方式进行安装。
上述目的借助于下述的用于线性机械元件的紧固系统、借助于下述的用于线性机械元件的偏心件、线性机械元件和紧固方法得以实现。典型的改进在从属权利要求中详细说明。
一种用于将线性机械元件紧固在机床床身上的紧固系统，所述线性机械元件尤其是齿条或线性导轨，所述紧固系统具有：具有柄部和头部的夹紧件，其中，所述头部的直径大于所述柄部的直径，包括套筒和扭矩传递元件的偏心件，所述套筒具有偏心孔，其中，所述头部的外径小于所述孔的内径或至少基本相当于所述孔的内径，并具有线性机械元件，所述线性机械元件具有贯通的开孔，所述夹紧件和所述偏心件的套筒容纳在所述开孔中。
一种用于上述的用于线性机械元件的紧固系统的偏心件，其中，所述偏心件包括：具有偏心孔的套筒，以及布置在所述套筒的一个轴端上的扭矩传递元件，其中，所述孔延伸穿过所述套筒并穿过所述扭矩传递元件。
一种用于上述的紧固系统的线性机械元件，具有用于容纳夹紧件和偏心件的套筒的至少一个贯通的开孔，其中，所述开孔包括肩部，并且所述开孔在所述肩部的第一侧上成形为椭圆孔且在所述肩部的第二侧上成形为圆形孔。
一种用于通过上述的紧固系统将线性机械元件紧固在机床床身上的方法，所述线性机械元件尤其是具有至少一个开孔的齿条或线性导轨，所述方法包括：将所述机械元件定向在所述机床床身上；将夹紧件插入到所述机械元件的至少一个开孔中；将至少一个偏心件插入到所述机械元件的所述至少一个开孔中并将所述偏心件安装在所述夹紧件的头部上，将所述偏心件在所述开孔中定向以定位所述机械元件，以及拧紧所述夹紧件以将所述机械元件固定在所述机床床身上。
典型的实施例涉及一种用于将线性机械元件紧固到机床床身中的紧固系统，其具有包括柄部和典型圆形的头部的夹紧件。上述头部的直径通常大于柄部的直径。这允许紧靠线性机械元件拧紧。此外，典型的实施例包括偏心件，该偏心件包括具有圆孔的套筒，该圆孔相对于套筒的外圆周偏心。此外，典型的偏心件包括扭矩传递元件。典型的扭矩传递元件为螺母、六角孔、艾伦连接件(Allen connector)或允许用于使偏心件绕着其纵向轴转动的工具接合的其它结构。纵向轴为通常平行于夹紧件的轴定向的轴。在典型实施例中，作为夹紧件，使用的是螺钉或螺栓，该螺钉或螺栓通常具有允许用于转动并夹紧夹紧件的工具接合的头部。典型的头部包括艾伦连接件(Allen connector)或内梅花头螺丝钉连接件。夹紧件的头部的外径通常小于孔的内径或通常至少基本上相当于孔的内径。因此有可能将偏心件安装在头部上。在典型的实施例中，该孔的尺寸使得偏心件能够安装在头部上。在一些示例性实施例中，另外的适配套筒配置在头部和套筒之间以便补偿内径不同于头部的外径的的套筒。
线性机械元件的实施例尤其包括齿条或线性导轨。在齿条作为线性机械元件的情况中，实施例提供的优势例如是：可以相对于参考点精确定位齿条的齿。在线性导轨作为机械元件的情况中，实施例提供的优势例如是：安装简便。
典型的实施例涉及一种用于线性机械元件的紧固系统的偏心件。
本文所述的用于紧固系统的典型的偏心件包括具有偏心孔的套筒。该孔通常为圆形并相对于套筒的外圆周或外轮廓偏心地定向。在本发明的偏心件的典型实施例中，扭矩传递元件布置在一个轴向端上。扭矩传递元件通常与套筒生产为一体件或通过连接工艺(例如焊接)固定连接于套筒。该孔通常沿轴向定位在偏心件中并延伸穿过套筒和扭矩传递元件。多个实施例包括在安装了偏心件后自由触及夹紧件。这可例如通过延伸穿过扭矩传递元件的孔来实现。因此，在齿条定位后，可以通过转动偏心件来拧紧夹紧件。
在典型实施例中，偏心件的套筒的外轮廓为圆形。该套筒的外轮廓为方便的圆筒形。这种圆筒形实施例易于生产。在其它实施例中，套筒的外轮廓为凸轮形或半椭圆形。
该孔通常包括阶梯。在此，该阶梯通常将该孔分隔成位于扭矩传输工具区域中的第一部分和位于套筒区域中的第二部分。在此，上述部分通常具有不同的直径且均为圆形。该阶梯可形成限定的承压部，以促进偏心件在夹紧件上的正确安装。在其它实施例中，该孔具有恒定的直径。这能够使生产简便。
用于本文所述紧固系统的实施例的线性机械元件的典型实施例包括通孔，夹紧件和偏心件的套筒的至少一部分位于或能够容纳在该通孔中。这种线性机械元件提供的优势在于它们能够快速安装。
线性机械元件中的开孔通常包括肩部。通过这种方式，可以形成用于偏心件的套筒和夹紧件的头部的第一区域和用于夹紧件的柄部的一部分的第二区域。因此形成了用于夹紧件的头部的对接面。典型实施例包括至少一个开孔，其在肩部的第一侧上成形为具有第一、相对较大的直径的圆形孔，并在肩部的第二侧上成形为具有第二、相对较小的直径的圆形孔。此外，典型实施例包括至少一个开孔，其在肩部的第一侧上成形为椭圆孔，并在肩部的第二侧上成形为圆形孔。在偏心件拧紧在椭圆孔中的情况下，能够明确地产生引入力。由于紧靠平面挤压偏心件的套筒，因此不会产生横向力，而且，自锁动作得以实现。通过水平或纵向定向的及垂直或横向定向的椭圆孔，能够实现沿两个轴向方向的自主调节能力。椭圆孔的宽度通常大于圆形孔的直径。通过这种方式，可以在所有安装位置紧靠该至少一个开孔的肩部拧紧夹紧件。圆形孔的直径通常小于偏心件的直径或小于头部的直径。通过这种方式形成了用于对接头部的肩部。在典型实施例中，偏心件的套筒短于开孔的长度或者短于线性机械元件在开孔的横截面上的宽度。在典型实施例中，该套筒能够完全容纳在机械元件中或该开孔的椭圆孔中。这允许实现尤为紧凑的构造。在典型实施例中，偏心件并不接合到机床床身中。因此可避免此位置处的支撑。偏心件通常能够安装在夹紧件上。这使得偏心件能够在拧紧夹紧件后移除。
通常，开孔的至少一些椭圆孔沿线性机械元件的纵向定向或水平定向。沿纵向定向的椭圆孔提供的优势在于线性机械元件能够压靠在线性机床床身阶梯上。在典型的实施例中，开孔的所有椭圆孔都沿线性机械元件的纵向定向或水平定向。因此能够将齿条的阻尼最小化。在一些实施例中，开孔的至少一些椭圆孔相对于线性机械元件的纵向横向定向或垂直定向。这些椭圆孔可在偏心件的动作下提供一定程度的调整和移位。垂直定向的椭圆孔采用偏心件提供轴向调整。随着偏心件转动，线性机械元件能够轴向移动并因此相对于另一线性机械元件调整。在一些实施例中，提供了至少一个垂直定向的椭圆孔和至少一个水平定向的椭圆孔。因此可以实现多种功能。因此对于一些实施例，可以压靠线性机械元件而且使两个线性机械元件相对于彼此调整。
在紧固系统的典型实施例中，夹紧件的柄部包括螺纹，用于接合到机床床身的螺纹孔中。这允许实现简单而可靠的安装。其他夹紧件包括卡口连接、弹簧件或诸如花键轴连接的其它主动锁定连接，用于连接于机床床身。
在具有椭圆孔的典型实施例中，椭圆孔的直线长度总计为与该直线长度相垂直的直径的至多20％或至多10％，或者该直线长度至多为5mm或至多为3mm。在此，直线长度通常指的是限定了该开孔的两个半圆形之间的距离。椭圆孔可以通过激光切割制成或可以通过铣削制成。在典型的实施例中，在线性机械元件中提供了多个开孔(每个均具有偏心件)。通过多个开孔，线性机械元件例如可以在多个位置处以限定方式连接至机床床身。
在典型的方法中，通过偏心件实现将线性机械元件压靠在机床床身上。通过偏心件的转动，线性机械元件因偏心性而得以压靠。偏心件通常设计成便于展现出自锁作用。在本发明的方法的实施例变型中，在例如通过用于扭矩传递元件的扳手或连接件拧紧夹紧件的过程中，防止偏心件旋转。通常情况下，每个开孔配置一个偏心件。然而，还可以使配置的开孔多于偏心件，例如为了实现灵活安装的能力。
在本文所述的其中一个实施例中，通过紧固系统将具有至少一个开孔的线性机械元件(尤其是齿条或线性导轨)紧固至机床床身的实施例的典型方法包括：将机械元件定位在机床床身中；将夹紧件插入到机械元件的至少一个开孔中；将至少一个偏心件插入到机械元件的至少一个开孔中，优选插入到该开孔的椭圆孔中；以及将偏心件安装到夹紧件的头部上。偏心件通常在开孔中定位，优选在开孔的椭圆孔中定位，以便定位机械元件。随后拧紧夹紧件用于将机械元件固定在机床床身中。
在固定机械元件之后，在一些实施例中，可选地，可能执行销连接。为此，通常进行钻制销孔并配置销，该销孔可能是在机械元件或机床床身中部分地预先钻制的。该销可被压入。这种额外的销连接会增加连接的刚性并能够在后续的拆卸过程之后简化重新装配。
这些实施例在安装过程中节省了时间并增加了便利性。此外，通过典型的偏心件，可在安装过程之后维持紧靠机床床身的按压动作。在一些实施例中，可在拧紧夹紧件之后移除偏心件。作为保持在线性机械元件中的替代，在一些实施例中，可以在安装过程之后再次移除偏心件并用于进一步的安装过程。附加摩擦力通常产生于线性机械元件与机床床身之间。这提高了安全性或可能使得夹紧件的尺寸更小。另一优势可包括：通过偏心件一个人可以固定线性机械元件。线性机械元件可以采用一种简单而精确的方式相对于已安装线性机械元件定位。由于在机床床身中配置额外的孔并非绝对必要，因此缩短了安装时间和安装成本。由于线性机械元件中无需额外的孔用于安装过程，因此刚性不受影响。
附图说明
下面基于附图阐释本发明的优选实施例的其它优势和特征，其中，在附图中：
图1是典型实施例的一部分的横截面的示意图；
图2示出了典型实施例的偏心件，其同样可在图1和图3的示例性实施例中使用；
图3示出了图1的示例性实施例的一部分的侧视图；
图4示出了图1和图3中示例性实施例的立体图；
图5示出了另一示例性实施例的一部分的截面图；
图6示出了图5的示例性实施例的一部分的侧视图；以及
图7示出了图5和图6中的示例性实施例的立体图。
具体实施方式
下面基于附图描述典型实施例，其中，本发明并不限于这些示例性实施例；而是由权利要求限定本发明的范围。图1至图7示出了典型实施例或其一部分。针对全部附图的描述，相同参考标记用于对应的零件，因此不再结合每个单独的附图重复描述。一些部件或零件在不同实施例中是相同的，因此不再详细地重复阐释。
图1以截面示出了用于紧固线性机械元件的紧固系统的实施例的横截面。在图1的实施例中，提供了一种以齿条形式呈现的线性机械元件2。
线性机械元件2包括斜形的齿23。图1的横截面还示出了延伸穿过线性机械元件2的开孔。该开孔包括肩部27。肩部27将其第一侧与其第二侧分隔开。肩部27的第一侧呈现为椭圆孔31。肩部27的第二侧呈现为圆形孔33。具有柄部35和头部37的夹紧件容纳在具有椭圆孔31和圆形孔33的开孔中。头部37的直径大于圆形孔33的直径。因此，头部37能够对接肩部27，使得肩部27用作承压部。
夹紧件通过螺纹39容纳在机床床身4的螺纹孔41中。由于夹紧件拧紧在螺纹孔41中，线性机械元件2压靠在机床床身4上以固定就位。
为将线性机械元件2设置在机床床身4的限定位置处，线性机械元件2能够借助于偏心件60压靠在机床床身4的对接面64上，对此将参照图2进行更为详细地阐释。在偏心件60中，提供了沿着轴向延伸穿过偏心件60的孔66。偏心件60包括套筒68和扭矩传递元件70。孔66相对于套筒68偏心设置。这意味着孔66的中心轴相对于套筒68的外表面的中心轴是偏心的。孔66包括阶梯72，其使得套筒68的区域的内径大于扭矩传递元件70的区域的内径成为可能。
在典型的实施例中，孔的阶梯提供的优势在于：在扭矩传递元件的区域中，存在相对较大的材料横截面，例如用于形成外部六角形或外部四角形。相反，在套筒的区域中，直径可能更大，以便为夹紧件的头部提供足够的空间。在其它实施例中，为促进生产，孔形成有相同的内径而不含阶梯。
头部37包括在图3中示出的六角孔73。借助于六角孔73，即便在偏心件60处于安装或插入状态时也能够拧紧夹紧件，这是因为能够通过孔66将内六角扳手引导至头部37。
下面，仍参照图2至图4进行阐释，其与图1所示的实施例相关。因此，图2示出的偏心件可在典型实施例中使用或者其本身可构成本发明的一个独立方面。
图2示出了偏心件60的立体图，其中，被掩盖的边缘以虚线示出。在图2和图3中，可以清晰地看到作为扭矩传递元件70的六边形。通过将六角扳手接合在扭矩传递元件70上，能够旋转偏心件60。在此，在图1和图3所示的实施例中，绕着夹紧件的头部37转动偏心件60。
图3示出了图1的示例性实施例的侧视图。在此，可以看出如何通过套筒68将偏心件60压靠在椭圆孔31的内圆周上。通过这种方式，线性机械元件2被沿着图3中向下的方向压靠在机床床身的对接面(未在图3中示出)上。
在其它实施例中，按顺序使用偏心件以例如沿轴向移动齿条，其中，有可能通过旋转偏心件来获得精确的位移。在这种实施例中，可另外地或专门地形成具有垂直椭圆孔或相对于纵向方向横向定向的椭圆孔的开孔。
图4中示出了图1和图3所示示例性实施例的立体图。以齿条形式呈现的两个线性机械元件2紧固至机床床身4。图4的线性机械元件2紧固至图1和图3所示的机床床身4。线性机械元件2仅具有椭圆孔31，椭圆孔31水平定向或沿着线性机械元件2的轴向定向。线性机械元件2的开孔的椭圆孔31不必全部配置有夹紧件，然而，在期望刚性极强的连接时，有可能如此。针对较低刚性，也可能使用比开孔的椭圆孔的数目更少的夹紧件。
在与图4相似的示例性实施例中，偏心件60可能多次使用，例如最初紧固线性机械元件2左侧的偏心件以及随后紧固线性机械元件2的右侧的偏心件。为此，偏心件60最初插入到左侧线性机械元件2的椭圆孔31中，并在拧紧左侧线性机械元件2的夹紧件后再次移除。然后将偏心件60连同新的夹紧件插入到右侧机械元件2的开孔的椭圆孔31中。在此，在夹紧件已松弛地旋拧到机床床身4的螺纹孔41中后，偏心件60被安装到夹紧件的头部上，使得偏心件60的套筒68对接开孔的肩部27(参见图1)。随后转动偏心件60使得线性机械元件2压靠在机床床身4(在图5和图7中机床床身采用附图标记104指代)上。然后，可以通过使内六角扳手穿过孔66接合到六角孔73中而拧紧夹紧件。这种安装工艺极为快速且简单可靠。在线性机械元件2中，形成有销孔92，销孔92可以可选地用于另外地固定线性机械元件2。与螺纹孔41的情况相同，未必所有相对较小的销孔92或相对较大的椭圆孔31都提供有图4中的参考标号，如此是为了提高简洁性。这还类似地适用于图7。
图5至图7示出了另一示例性实施例。图5至图7的示例性实施例涉及以线性导轨的形式呈现的线性机械元件102。再次地，相同参考标记用于相同零件或相似零件，且上述零件不会再次阐释；而是参照图1至图4的描述。具体地，图5至图7的示例性实施例的偏心件60对应于图1至图4的示例性实施例的偏心件。然而，总体而言，需指出，其它偏心件也可在实施例中使用，例如具有一些其它扭矩传递元件(例如，内梅花头螺丝钉连接件)的偏心件。
与图1、图2和图4的示例性实施例的线性机械元件2相同，以线性导轨的形式呈现的线性机械元件102也可通过旋转偏心件60以使套筒68压靠在椭圆孔31的内壁上而压靠在接合面164上。再次，与图1、图2和图4中的示例性实施例相同，拧紧螺纹孔41中的夹紧件来用以定位线性机械元件102。以线性导轨的形式呈现的线性机械元件2仅包括具有椭圆孔31的开孔，椭圆孔31在纵向上定向或水平定向。这使得结构尤为简单。

Claims (12)

1.一种用于将线性机械元件(2,102)紧固在机床床身(4,104)上的紧固系统，所述紧固系统具有：
具有柄部(35)和头部(37)的夹紧件，其中，所述头部(37)的直径大于所述柄部(35)的直径，所述头部(37)允许用于转动并夹紧所述夹紧件的工具接合，
包括套筒(68)和扭矩传递元件(70)的偏心件(60)，所述套筒(68)具有偏心孔(66)，所述偏心孔(66)沿着轴向延伸穿过所述偏心件(60)，
其中，所述头部(37)的外径小于所述偏心孔(66)的内径或至少基本相当于所述偏心孔(66)的内径，并具有
线性机械元件(2,102)，所述线性机械元件(2,102)具有贯通的开孔，所述夹紧件和所述偏心件(60)的套筒(68)容纳在所述开孔中。
2.根据权利要求1所述的紧固系统，其中，所述扭矩传递元件(70)相对于所述偏心孔(66)同轴布置。
3.根据权利要求1所述的紧固系统，其中，所述偏心孔(66)包含阶梯(72)。
4.根据权利要求1所述的紧固系统，其中，所述开孔包括肩部(27)。
5.根据权利要求4所述的紧固系统，其中，所述开孔在所述肩部(27)的第一侧上成形为椭圆孔(31)。
6.根据权利要求5所述的紧固系统，其中，所述开孔在所述肩部的第二侧上成形为圆形孔(33)。
7.根据权利要求1所述的紧固系统，其中，所述夹紧件的柄部(35)包括用于接合到所述机床床身(4,104)的螺纹孔(41)中的螺纹(39)。
8.根据权利要求1所述的紧固系统，其中，所述线性机械元件(2,102)是齿条(2)或线性导轨(102)。
9.一种用于根据权利要求1所述的用于线性机械元件(2,102)的紧固系统的偏心件，其中，所述偏心件(60)包括：
具有偏心孔(66)的套筒(68)，以及
布置在所述套筒(68)的一个轴端上的扭矩传递元件(70)，
其中，所述偏心孔(66)延伸穿过所述套筒(68)并穿过所述扭矩传递元件(70)。
10.一种用于根据权利要求1所述的紧固系统的线性机械元件，具有用于容纳夹紧件和偏心件(60)的套筒(68)的至少一个贯通的开孔，其中，所述开孔包括肩部(27)，并且所述开孔在所述肩部(27)的第一侧上成形为椭圆孔(31)且在所述肩部(27)的第二侧上成形为圆形孔(33)。
11.一种用于通过根据权利要求1所述的紧固系统将线性机械元件(2,102)紧固在机床床身(4,104)上的方法，所述方法包括：
将所述线性机械元件(2,102)定向在所述机床床身(4,104)上；
将夹紧件插入到所述线性机械元件(2,102)的至少一个开孔中；
将至少一个偏心件(60)插入到所述线性机械元件(2,102)的所述至少一个开孔中并将所述偏心件(60)安装在所述夹紧件的头部(37)上，
将所述偏心件(60)在所述开孔中定向以定位所述线性机械元件(2,102)，以及
拧紧所述夹紧件以将所述线性机械元件(2,102)固定在所述机床床身(4,104)上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述线性机械元件(2,102)是具有至少一个开孔的齿条(2)或线性导轨(102)。
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