CN110944781B - 卡盘机构 - Google Patents

Abstract

卡盘机构具备卡盘主体(10)、设置在卡盘主体内部并能够沿轴向移动的柱塞(40)、以及与柱塞嵌合并借助楔入作用而能够沿径向移动的主卡爪(20)，在卡盘主体形成有沿径向引导主卡爪的、截面呈T字形的引导槽(11)，主卡爪具备窄部(23)和宽部(24)，并具有由该窄部和该宽部形成的T字形截面，在宽部的径向内侧形成有与柱塞的楔槽(41)嵌合的楔部(21)，楔部的宽度方向端面(21a)位于比窄部的宽度方向端面(23a)靠宽度方向外侧的位置。

Description

卡盘机构

技术领域

本发明涉及一种握持工件的卡盘机构。

背景技术

握持工件的卡盘机构具备：设置于卡盘主体的前表面且能沿径向移动的多个主卡爪；和安装于各主卡爪的前表面并握持工件的顶部卡爪。

作为控制主卡爪使其能够沿径向移动的机构，在专利文献1中记载了下述机构：使设于主卡爪的楔部与设于柱塞的楔槽嵌合，并使柱塞沿轴向移动，由此借助楔入作用(wedge action)来使主卡爪沿径向移动。并且，为了加强楔部，在主卡爪形成有与楔部正交的加强肋。

专利文献1：日本专利第2560114号公报

发明内容

－发明所要解决的技术问题－

在专利文献1所记载的卡盘机构中，在卡盘主体形成有引导槽(T槽)，主卡爪被该引导槽引导而沿径向移动。而且，由于柱塞向轴向后方移动，因而主卡爪在楔入作用下向径向内侧移动，由此固定于主卡爪的顶部卡爪就握持工件。此时，产生以下问题，在下文中将对该问题进行详细说明。

即，当顶部卡爪握持住工件时，来自工件的反作用力便施加在顶部卡爪上，并且来自柱塞的载荷施加在主卡爪的楔部上。因此，来自工件的反作用力与来自柱塞的载荷成为力偶，会产生欲使主卡爪旋转的力矩。另一方面，由于卡盘主体的引导槽限制主卡爪旋转，因而卡盘主体便对主卡爪施加对抗力矩的反作用力。然而，因为主卡爪承受反作用力的部位较薄，刚性较低，所以由于施加反作用力，而使得主卡爪产生弹性变形。其结果是，在握持工件时，就会出现固定于主卡爪的顶部卡爪在轴向上浮起(以下简称为“浮起”)的浮起量变大的问题。

尤其是，当在不改变卡盘主体的外径的情况下增大通孔，将直径较大的工件插入通孔内来加工工件时，上述问题变得明显。即，若在不改变卡盘主体的外径的情况下增大通孔，则卡盘主体的壁厚减小而导致刚性降低，并且主卡爪的长度即卡盘主体的引导槽的长度变短，因而施加于主卡爪的对抗力矩的反作用力变大。因此，由于卡盘主体的刚性降低以及对主卡爪施加的反作用力增大，而使得其所引起的顶部卡爪浮起的现象变得更加明显。

本发明正是鉴于上述技术问题而完成的，其主要目的在于：提供一种能够抑制当握持工件时顶部卡爪浮起的卡盘机构。

－用以解决技术问题的技术方案－

本发明所涉及的卡盘机构具备卡盘主体、柱塞及主卡爪，所述柱塞设置在卡盘主体的内部，并能够沿轴向移动，所述主卡爪设置于卡盘主体的轴向前表面，与柱塞嵌合，并借助楔入作用而能够沿径向移动，其特征在于：在卡盘主体的轴向前表面形成有沿径向引导主卡爪的、截面呈T字形的引导槽，主卡爪具备窄部和宽部，并且具有由窄部和宽部形成的T字形截面，在宽部的径向内侧形成有向轴向后方突出的楔部，楔部与形成于柱塞的楔槽嵌合，楔部的宽度方向端面位于比窄部的宽度方向端面靠宽度方向外侧的位置。

－发明的效果－

根据本发明，能够提供一种能抑制当握持工件时顶部卡爪浮起的卡盘机构。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的一个实施方式中的卡盘机构的结构的剖视图。

图2(a)、图2(b)是分别示出本发明的一个实施方式中的卡盘主体和柱塞的结构的立体图。

图3是示意性地示出本发明的一个实施方式中的主卡爪的结构的立体图。

图4(a)是从图3所示的箭头A的方向观看主卡爪所得到的侧视图，图4(b)是示出窄部的宽度方向端面与楔部的宽度方向端面间的距离L、和宽部的未形成有楔部的部位的位移D之间的关系的曲线图。

图5是示意性地示出本发明的一个实施方式中的主卡爪的其它结构的立体图。

图6是示出现有的卡盘机构的结构的剖视图。

图7是示出现有的卡盘主体的结构的局部立体图。

图8是示出现有的主卡爪的结构的立体图。

图9(a)～图9(c)是分别从宽度方向观看现有主卡爪时的主视图、俯视图及侧视图。

具体实施方式

在说明本发明之前，参照图6～图9，对现有的卡盘机构在利用楔入作用使主卡爪向径向内侧移动来握持工件时产生浮起的主要原因进行说明。

图6是示出现有的卡盘机构的结构的剖视图。图7是示出卡盘主体的结构的局部立体图。图8是示出主卡爪的结构的立体图。需要说明的是，在本说明书的说明中，将与卡盘主体的旋转轴J平行的方向X设为“轴向”，将握持工件的一侧设为“前方”，并将其相反侧设为“后方”。并且，将以卡盘主体的旋转轴J为中心的半径方向Y设为“径向”，将中心侧设为“内侧”，并将其相反侧设为“外侧”。

如图6所示，在卡盘主体110的轴向前表面设有能够沿径向移动的主卡爪120，并在主卡爪120的前表面安装有顶部卡爪130。并且，在卡盘主体110的内部设置有能够沿轴向移动的柱塞140。

并且，如图7所示，在卡盘主体110的轴向前表面形成有沿径向引导主卡爪120的、截面呈T字形的引导槽111。

如图8所示，主卡爪120具备宽度方向W上的长度较短的窄部123和宽度方向W上的长度较长的宽部124，并且具有由窄部123和宽部124形成的T字形截面。而且，宽部124被引导槽111的宽槽引导，从而主卡爪120沿径向移动。

在主卡爪120上且在宽部124的径向内侧，形成有向轴向后方突出的楔部121。并且，为了加强楔部121，形成了与楔部121正交的加强肋122。需要说明的是，如图7所示，在卡盘主体110形成有用于避免与加强肋122相干扰的肋回避槽112。

由于主卡爪120的宽部124被卡盘主体110的引导槽111的宽槽引导着进行移动，因而需要对与引导槽111接触的宽部124的表面124c进行研磨。不过，由于加强肋122的径向外侧端面形成为比宽部124的与卡盘主体110的引导槽111接触的部位更向径向外侧突出，因而无法沿宽度方向W研磨宽部124的两端部的表面124c。因此，需要沿径向Y研磨宽部124的表面124c，但在该情况下，就需要缩小楔部121的宽度，以避免楔部121妨碍沿径向Y进行研磨的研磨动作。因此，楔部121的宽度方向端面121a形成为位于比窄部123的宽度方向端面123a靠宽度方向内侧的位置。

返回图6，对在握持工件时所产生的浮起的主要原因进行说明。

如图6所示，在柱塞140形成有与形成于主卡爪120上的楔部121嵌合的楔槽141。而且，因为柱塞140向轴向后方移动，所以主卡爪120借助楔入作用而向径向内侧移动，由此固定于主卡爪120的顶部卡爪130就握持工件(未图示)的外径部分。

当顶部卡爪130握持住工件时，如图6所示，来自工件的反作用力F₁就施加在顶部卡爪130上。与此同时，来自柱塞140的载荷F₂施加在与柱塞140的楔槽141嵌合的主卡爪120的楔部121上。因此，来自工件的反作用力F₁与来自柱塞140的载荷F₂成为力偶，而产生欲使主卡爪120沿逆时针旋转的力矩。

另一方面，由于卡盘主体110的引导槽111限制主卡爪120旋转，因而如图6所示的那样，卡盘主体110对主卡爪120施加对抗力矩的反作用力R₁、R₂。

即，如图8所示，在主卡爪120上，来自柱塞140的载荷F₂施加在楔部121上，并且对抗力矩的反作用力R₁、R₂施加在宽部124的与卡盘主体110的引导槽111抵接的部位。

图9(a)～图9(c)是当从宽度方向W观看主卡爪120时分别示出了施加在主卡爪120上的载荷F₂以及反作用力R₁、R₂的主视图、俯视图及侧视图。

特别是，如图9(c)所示，承受反作用力R₁的宽部124的部位124b未形成有楔部121，因而较薄且刚性较低。因此，由于反作用力R₁施加在该部位124b上，因而部位124b会产生弹性变形，这成为在握持工件时使顶部卡爪130的浮起量增大的主要原因。

如图7所示，在卡盘主体110形成有用于避免与加强肋122相互干扰的肋回避槽112。因此，在卡盘主体110的形成有肋回避槽112的部位处，壁厚减小，因而刚性降低。其结果是，由于来自主卡爪120的载荷(与反作用力R₁大小相同但方向相反的力)施加在引导槽111上，因而卡盘主体110也会产生弹性变形，这也成为使顶部卡爪130的浮起量增大的主要原因。

当在不改变卡盘主体110的外径的情况下增大通孔，将直径较大的工件插入通孔内来加工工件时，由上述主要原因引起浮起量增大的这一问题就变得尤其显著。即，若在不改变卡盘主体110的外径的情况下增大通孔，则卡盘主体110的壁厚减小而导致刚性降低，并且主卡爪120的长度即卡盘主体110的引导槽111的长度变短，因而施加在主卡爪120上的对抗力矩的反作用力R₁、R₂变大。因此，由于卡盘主体110的刚性降低及对主卡爪120施加的反作用力R₁、R₂增大，而使得其所引起的顶部卡爪130浮起的现象变得更加显著。

基于上述见解，本申请发明旨在提供一种能够抑制当握持工件时顶部卡爪浮起的卡盘机构。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明并不局限于以下实施方式。并且，在不脱离发挥本发明的效果的范围内，能够适当地进行改变。

图1是示意性地示出本发明的一个实施方式中的卡盘机构1的结构的剖视图。

如图1所示，就本实施方式中的卡盘机构1而言，在卡盘主体10的轴向前表面设置有能够沿径向移动的主卡爪20，并在主卡爪20的前表面安装有顶部卡爪30。并且，在卡盘主体10的内部设置有能够沿轴向移动的柱塞40。

图2(a)、图2(b)是分别示出本实施方式中的卡盘主体10和柱塞40的结构的立体图。

如图2(a)所示，在卡盘主体10的轴向前表面形成有沿径向引导主卡爪20的、截面呈T字形的引导槽11。

并且，如图2(b)所示，在柱塞40形成有与形成于主卡爪20上的楔部嵌合的楔槽41。

图3是示意性地示出本实施方式中的主卡爪的结构的立体图。

如图3所示，主卡爪20具备宽度方向W上的长度较短的窄部23和宽度方向W上的长度较长的宽部24，并且具有由窄部23和宽部24形成的T字形截面。而且，宽部24被引导槽11的宽槽引导，从而主卡爪20沿径向移动。

并且，在主卡爪20上且在宽部24的径向内侧，形成有向轴向后方突出的楔部21。需要说明的是，与图8所示的现有的楔部121相比，本实施方式中的楔部21的宽度方向W上的长度较长。

如图1所示，当顶部卡爪30握持住工件(未图示)的外径部分时，与图6所示的结构相同，来自工件的反作用力F₁施加在顶部卡爪30上。与此同时，来自柱塞40的载荷F₂施加在与柱塞40的楔槽41嵌合的主卡爪20的楔部21上。因此，来自工件的反作用力F₁与来自柱塞40的载荷F₂成为力偶，而产生欲使主卡爪20沿逆时针旋转的力矩。另一方面，由于卡盘主体10的引导槽11限制主卡爪20旋转，因而卡盘主体10便对主卡爪20施加对抗力矩的反作用力R₁、R₂。

即，如图3所示，在主卡爪20上，来自柱塞40的载荷F₂施加在楔部21上，并且对抗力矩的反作用力R₁、R₂施加在宽部24的与卡盘主体10的引导槽11抵接的部位。

边参照图4(a)、图4(b)，边对本实施方式的卡盘机构1的作用和效果进行说明。在此，图4(a)是从图3所示的箭头A的方向观看主卡爪20所得到的侧视图。

如图4(a)所示，在本实施方式中，楔部21形成为：楔部21的宽度方向端面21a位于比窄部23的宽度方向端面23a靠宽度方向外侧的位置。因此，即使反作用力R₁施加在宽部24的未形成有楔部21的部位24b上，也由于比窄部23的宽度方向端面23a更向宽度方向外侧突出的部位21b发挥支撑作用，因而能够缩小部位24b的位移。由此，能够抑制当握持工件时顶部卡爪30浮起。

图4(b)是示出当以窄部23的宽度方向端面23a为基准并将到楔部21的宽度方向端面21a为止的距离设为L时，部位24b的位移D与距离L之间的关系的曲线图。需要说明的是，当距离L为负时的位移D示出了下述现有楔部121的位移情况，即：如图6所示的那样，现有楔部121的宽度方向端面121a位于比窄部123的宽度方向端面123a靠宽度方向内侧的位置。

如图4(b)所示，在楔部21的宽度方向端面21a位于比窄部23的宽度方向端面23a靠宽度方向外侧的情况下(L＞0)，与现有的楔部121(L＜0)相比，部位24b的位移D大幅度减少。例如，就现有的楔部121而言，当设L＝－3mm时，位移D约为0.009mm，与此相对，就本实施方式的楔部21而言，当设L＝3mm时，位移D约为0.004mm，位移D减至一半以下。

根据本实施方式，通过使楔部21的宽度方向端面21a形成为位于比窄部23的宽度方向端面23a靠宽度方向外侧的位置(L＞0)，从而能够抑制当握持工件时顶部卡爪30浮起。由此，能够实现下述卡盘机构1，即：即使在不改变卡盘主体10的外径的情况下增大通孔，也抑制住当握持工件时顶部卡爪30浮起。

需要说明的是，在本实施方式中，通过使楔部21的宽度方向端面21a形成为位于比窄部23的宽度方向端面23a靠宽度方向外侧的位置(L＞0)，从而能够发挥本发明的效果，而当将窄部23的宽度方向端面23a与宽部24的宽度方向端面24a之间的距离设为L₀时，形成为L≥1/3×L₀，更优选形成为L≥2/3×L₀，由此能够进一步发挥本发明的效果。并且，如图5所示，楔部21的宽度方向端面21a也可以形成为与宽部24的宽度方向端面24a齐平(L＝L₀)。

并且，在本实施方式中，随着增大楔部21的宽度，而能够增大与楔部21正交地形成于楔部21的径向外侧侧面处的加强肋22的宽度。由此，加强肋22能够确保足够厚的壁厚(宽度方向上的厚度)，从而即使不像现有加强肋122那样形成为比宽部24的与卡盘主体10的引导槽11接触的部位更向径向外侧突出，也能够确保楔部21的强度。因此，不需要如图7所示的那样在卡盘主体10形成用于避免与加强肋22相干扰的肋回避槽112。其结果是，卡盘主体10的刚性提高，因而能够抑制由卡盘主体10的弹性变形所引起的浮起现象。并且，由于减少了形成肋回避槽112的加工工序，所以也降低了卡盘机构1的成本。

在本实施方式中，因为加强肋22的径向外侧端面位于比宽部24的与卡盘主体10的引导槽11接触的部位靠径向内侧的位置，所以能够沿宽度方向W对宽部24的表面24c进行研磨。因此，即使增大了楔部21的宽度，楔部21也不会妨碍沿宽度方向W对宽部24的表面24c进行研磨的研磨动作。

综上所述，利用优选的实施方式对本发明进行了说明，但上述说明并非为限定事项，当然能够进行各种改变。

－符号说明－

1 卡盘机构

10 卡盘主体

11 引导槽(T槽)

20 主卡爪

21 楔部

21a 楔部的宽度方向端面

22 加强肋

23 窄部

23a 窄部的宽度方向端面

24 宽部

24a 宽部的宽度方向端面

30 顶部卡爪

40 柱塞

41 楔槽

Claims (5)

1.一种卡盘机构，其具备卡盘主体、柱塞及主卡爪，所述柱塞设置在所述卡盘主体的内部，并能够沿轴向移动，所述主卡爪设置于所述卡盘主体的轴向前表面，与所述柱塞嵌合，并借助楔入作用而能够沿径向移动，所述卡盘机构的特征在于：

在所述卡盘主体的轴向前表面形成有沿径向引导所述主卡爪的、截面呈T字形的引导槽，

所述主卡爪具备窄部和宽部，所述窄部和所述宽部形成T字形截面，并且从所述主卡爪的径向外侧端部延伸至径向内侧端部，

在所述宽部的径向内侧端部形成有向轴向后方突出的楔部，该楔部与形成于所述柱塞的楔槽嵌合，

所述楔部的宽度方向端面位于比所述窄部的宽度方向端面靠宽度方向外侧的位置。

2.根据权利要求1所述的卡盘机构，其特征在于：

当将所述窄部的宽度方向端面与所述楔部的宽度方向端面之间的距离设为L、并将所述窄部的宽度方向端面与所述宽部的宽度方向端面之间的距离设为L₀时，为L≥1/3×L₀。

3.根据权利要求1所述的卡盘机构，其特征在于：

所述楔部的宽度方向端面与所述宽部的宽度方向端面齐平。

4.根据权利要求1所述的卡盘机构，其特征在于：

在所述楔部的径向外侧侧面形成有宽度比该楔部的宽度窄的加强肋。

5.根据权利要求4所述的卡盘机构，其特征在于：

所述加强肋的径向外侧端面位于比所述宽部的与所述卡盘主体的引导槽接触的部位靠径向内侧的位置。

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