CN1216012A - 特别用于工件的固定装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种固定装置,它具有安装在外壳体内起可松开的锁定装置作用的夹紧元件,夹紧元件通过一个压力元件的轴向移动可沿径向移动。这里伸进外壳体内的压力元件可由一第一压力介质和一第二压力介质来加载,第二压力介质与第一压力介质方向相反地作用在压力元件上。在外壳体内形成两个由一个可部分地沿径向移动的和固定在外壳体上的隔板分隔成的沿轴向前后排列的空腔,压力元件与隔板相连接,至少有一个空腔可与一个介质压力源相连接,因此,大大简化了固定装置。

Description

特别用于工件的固定装置
本发明涉及一种固定装置，它具有安装在外壳上的夹紧元件，夹紧元件通过一个压力元件的轴向移动可径向移动，其中伸入外壳的压力元件受一第一压力介质和一第二压力介质加载，且第二压力介质与第一压力介质方向相反地作用在压力元件上。
在文献EP-A-0255042中介绍了一种可固定在机床(例如电腐蚀机)上的卡盘形式的固定装置，用它可夹持一个工件或者一个刀具。一个可与工件接合的夹紧螺栓插入夹盘的一个孔中，用一个球锁定装置在压缩弹簧的作用下固定夹紧螺栓并以反向作用的压缩空气来松开夹紧螺栓。
在从文献EP-A-0614725中已知的固定装置中，由被夹持的工件凸出一个可被装在固定装置外壳内的球锁定装置抓住的销轴。球锁定装置在作用在压力元件上的压缩弹簧的作用下抓住销轴，并采用反作用在压缩弹簧上的压缩空气对压力元件加载来松开工件。
本发明的任务是，对开始时所提到的固定装置作根本简化。为此，按照本发明，在外壳内形成两个由一个可部分地轴向移动并锚固在外壳上的隔板分开的沿轴向前后排列的空腔，其中压力元件与隔板相连接，而且至少有一个空腔可与介质压力源连接。因此，固定装置整体可做成十分扁平，且造价很低。此外，压力元件对第一压力介质或者第二压力介质的起动时间非常短，因此采用本发明的固定装置可分别迅速和牢固地夹紧和松开一个工件。
隔板宜由用柔性塑料做成的圆盘或圆环构成，例如橡胶。此外，外壳内的压力元件宜在装入外壳内的管件内被沿轴向导引。压力元件可以是由圆柱形的活塞做成的，其自由端做成锥形面，夹紧元件紧贴在锥形面上。在活塞的底部宜安装一个径向几乎全部占据了空腔的板，压紧外壳的隔板固定在该板的边缘。在空腔的底板和板的底面之间可以安装一个盘形弹簧，作为压力介质。
本发明可以特别方便地按如下方法进一步改进，即采用一个辅助活塞或者一个冲头可以大大提高松开压力。虽然采用本发明的固定装置可以用很高的压力把工件夹紧，但是被提高的松开压力有利于工件的迅速和无障碍地松开，而不出现咬死或者其他类似的现象。本发明能使压力元件在夹紧和松开之间仅升高1-3mm。
下面将用附图中所示的实施例详细说明本发明。附图中：
图1：可固定在电腐蚀机上的用于夹紧一个底板的卡盘的轴向截面示意图；
图2：另一种卡盘实施形式的轴向截面示意图；
图3：第三个卡盘实施形式的轴向截面示意图；
图4：第四个卡盘实施形式的轴向截面示意图；
图5：本发明另一个实施形式的轴向截面图；
如图1所示的整体以1表示的卡盘有一个例如用工具钢做成的外壳体2，其中轴用5表示。在圆筒形的或者矩形的外壳体2的上面3上构成一个槽的形式或者未表示出的榫的形式的整体以4表示的基准单元，该基准单元与未示出的底板底面上的反向基准单元一起共同用于在空间正交坐标系中相对于外壳体2的精确重复定位，正交坐标系的X-Y平面例如平行于上面3，其Z轴在中轴5上。这种基准单元和反向基准单元本身例如由文献EP-A-0255042已知，所以这里就不详细表示和说明。
外壳体2在与上面3相对的一边用一块板6封闭起来。外壳体2的空内腔用一个能在中轴5方向上轴向运动并锚固在外壳体2的侧壁上的隔板7分隔成前空腔8和后空腔9。后空腔9有一个通向外壳体2外面的通孔10，经这个通孔后空腔9可采用合适的控制装置与未表示出的压力空气源相连接。
相应地从前空腔8通向外壳体2外面设有另一条穿过外壳体2侧壁的通孔11，使前空腔8同样可经通孔11采用合适的控制装置与压力空气源相连接。
在一个穿过构成上面3的端板12并对称于中轴5的通孔中放进一个厚壁管件19，厚壁管件19用一个内部径向凸出的环形凸缘15顶着端板12的内面。管件19从上面3并超过基准单元4露出一段16，在这段16上沿圆周方向设许多个等间距的径向孔。以17表示径向孔中的一个。在每个径向孔17中这么封闭住一个可在其中径向移动的滚珠18，即，使没有一个滚珠18能径向向外离开所在的径向孔。
此外，管件19上径向凸出来的凸起部13套入通孔壁上的纵向短槽13a，使管件在通孔内不会转动，并局限于可克服压缩弹簧32、34作用力轴向移动。
在管件19的中央通孔内放入一个可轴向移动的活塞20，并采用一种安装在管件19的环形槽内的密封环14与前空腔8密封起来。活塞20的加宽的头部处在中央通孔的径向扩大部分，并在其周围做成向外扩大的锥面24。如图1所示，每个滚珠18这么紧靠着锥面24，当活塞20在前空腔8内向内移动时，滚珠18能被径向向外挤，当活塞20向外移动时，在径向孔17内的滚珠18能向内移动。从而，带径向孔17的管件19、滚珠18和活塞20共同组成一个球锁定装置。
活塞导动部分26的内端连接在隔板7的上面，其中设在活塞导动部分26内的套筒28穿过隔板7的中央孔。套筒28环绕着一个直立的居中固定在板6上的销30，使活塞20不仅通过前件14的中央通孔，而且也通过销30在沿中轴5方向轴向移动。
环绕活塞导动部分26的内侧端段周围沿圆周方向等距离排列着许多个已提到的压缩弹簧32、34，每个弹簧分别支承在隔板7上面，并顶在环形凸缘15的下面。
当前空腔8内和后空腔9内的空气压力相同时，压缩弹簧32、34向内拉着隔板7和固定在其上的活塞20，结果滚珠18被径向向外挤。若与卡盘1相连接的底板例如有一个孔，其内径约为环绕滚珠18的一个外圆的直径，则卡盘1在上述压力情况下处在最佳止动位置，这时，滚珠18通过贴靠在上述孔处形成的锥形面上而固定底板。
为了松开卡盘1，即释放底板，采用从所谓压缩空气源送来的压缩空气对后空腔9加压，此压缩空气克服了压缩弹簧32、34的止动力，向外挤隔板7的中间部分并由此带动活塞20，以致使滚珠18能向内移动。
通过用压缩空气对前空腔8加载，使卡盘1的止动力提高，并使活塞20的止动力超过由压缩弹簧32、34产生的止动力。
图2示本发明的另一实施例，与上述实施例主要的差别是，隔板7被通过许多个压缩弹簧132、134支承在端板112上的推力活塞107所取代，在推力活塞的中央部分上用一个螺栓127固定活塞导动部分126。推力活塞107可沿整体以100表示的卡盘的外壳体102的外套121内壁轴向移动，并且使前空腔108与后空腔109分隔起来。因为压缩弹簧132、134支承在端板112上，为了防止在从滚珠118上移过的底板的作用下管件119回移进外壳体102内，在前空腔108内必须始终保持着有一定的空气压力。另一方面，在本发明的范围内仍然如此，在管件119的外段116上设一个环形凸缘，以防止管件119向外壳体102内移动。此外，前空腔108内的空气压力支持由压缩弹簧产生的止动力。
如同上述的实施例，为了松开，后空腔109用足够的空气压力加压，使推力活塞107以及活塞120一起向外移动，滚珠118能径向向内移动。
在如图3所示的本发明的第三个实施例中，通过使推力活塞207的有效面积增大了一个辅助活塞240的有效面积，使止动力提高，辅助活塞240共轴地安装在推力活塞207的后面，并用一个穿过一个中间板242的销轴224与之连接。压缩弹簧232、234一侧支承在端板212上，另一侧支承在推力活塞207上。此外，在外壳体202的取代板6的附件246上，辅助活塞240是这么来安装的，在中间板242的底面和辅助活塞240的上面之间留有一个中间空腔248，它通过一个压缩空气通道250与前空腔208连通。
后空腔209通过另一个压缩空气通道252与一个辅助空腔254连通，这个辅助空腔位于辅助活塞240的底面和附件246的端板256之间。
后空腔209和压缩空气通道通过压缩空气接头210以及前空腔208通过压缩空气接头211分别经未表示出的控制装置与压缩空气源连接起来。
止动力是这么来提高的，当前空腔208加压时，中间空腔248用同样大的压力加压，使辅助活塞240继续向内拉与其通过销轴224相连的推力活塞207，这个拉力从两个活塞上通过一个螺栓260直接传递到活塞220上。
通过在后空腔209内作用在推力活塞207上的空气压力施加释放力来松开，随着推力活塞207驱动辅助活塞240而关闭通道250，通过辅助空腔254内存在的压力来提高这个空气压力。
在如图4所示的本发明另一个实施形式中，外壳体302在其端板312的对面沿轴向加长一个附件346，在这个附件346内安装一个垂直于外壳体302中轴305且能横向移动的冲头340。冲头340利用其加宽头部341可在一空隙344中移动，其纵向垂直于中轴305。空隙344的位于加宽头部341端面前的部分通过一个介质通道310与外壳体302的外部相连接。冲头的与头部341相对的细长端348可在空隙344延长的盲孔350中垂直于中轴305移动，并作用在支承在盲孔350的死端头上的较弱的压缩弹簧352上。
从介质通道310分支出一个平行于空隙344纵向延伸方向延伸的介质侧通道354，这个侧通道354在冲头340的端部348之后通到孔350，在这里冲头340处在如图4所示的前面的原始位置。孔350用另一个介质通道356与后空腔309连接起来，并从孔350的盲端附近分支出去。
外壳体302的内部仍然通过一个推力活塞307分隔成用一个经压缩空气接头311与压缩空气源相连接的前空腔308和已提到的后空腔309，其中，推力活塞307沿外壳体302的外套的内壁可克服许多个支承在端板312上的压缩弹簧332、334的作用进行轴向移动。推力活塞307通过一个螺栓360与对称于中轴15并可沿中轴15方向移动的活塞320牢固连接。
此外，如图4所示的本发明实施形式的其他细部对应于如结合图2所描述的本发明的相关特点。
球锁定装置317、318的闭合压力一方面是由压缩弹簧332、334产生的，另一方面是由通过前空腔308输入的压缩空气产生的。球锁定装置317、318闭合时，推力活塞307处在如图4所示的下死点位置，这时，螺栓360的头部处在封闭外壳体302内空间(直至介质通道356)的板342上。
为了松开或打开球锁定装置317、318，经介质通道310输送压缩空气，其全部起始压力经介质通道354、350、356作用在推力活塞307的底面，并克服压缩弹簧332、334的作用，使推力活塞307沿轴向提升起来。这个打开压力是通过冲头340采用如下方法来提高的：在冲头340头部341端面之前的压力作用下，冲头340在空隙344内以及在孔350内如图4所示向左移动，并关闭介质通道354。由此，打开压力全部作用在冲头340上，由于端部348的作用面积小，打开压力加大，所以作用在推力活塞307上的是一个增大的打开压力。这个打开压力有这么大，使在球锁定装置317、318上出现的任何夹紧都能被安全松开。
弹簧352的用途仅仅是，当用介质通道输送压缩空气的压力减小后，冲头340由关闭通道354的位置又回移到如图4所示的原始位置。
显而易见，在本发明的范围内，作为第二种压力介质，可以采用例如油、水的液态介质，或者其它气体，取代已提到的压缩空气。
此外还应该强调，隔板7的轴向移动的部分以及推力活塞107、207、307的轴向移动长度仅1-3mm，所以外壳体可保持得很扁平，无论如何，在轴向方向仅需要一个很小的结构高度。
最后，图5示本发明的另一种实施形式，其外壳体402环绕着基本上为圆柱形的空腔408、409。空腔408、409有一个中央轴向孔，中央孔中固定放入一个圆筒形的管件419。管件419露出外壳体402的上面403，其自由端周围均匀分布着径向孔417，每个孔放进一个可径向移动的球锁定装置的滚珠418。在管件419的中央孔内放一个可轴向移动的和密封的活塞420，其自由端设有径向向内成阶梯形的斜楔面421、422。球锁定装置的滚珠418沿径向靠在斜楔面421、422上。圆柱形活塞420的伸入空腔408、409内的底部上固定一个圆盘形的板440，沿径向相当大地占据了空腔408、409的空间。一个环形橡胶隔板407沿其外边缘427夹紧在外壳体402上，其内边缘固定在板440的边缘上。隔板407把空腔分隔成一个前空腔408和一个后空腔409。一个轴向伸缩的弹簧环450的外边缘支承在后空腔409的底板424上，其内边缘靠在板440的底面上。
通到前空腔408的第一个压力介质通道在图中未表示出来，通过这个通道可从外部压力介质源对前空腔408施加压力。此外，未表示出的另一个与后空腔409相连接的压力介质通道可通过一个外部压力介质源向后空腔409输送介质压力。
活塞42的中轴404同时也是Z轴。
图5的左边示出在弹簧环450的作用下螺栓420随同板440和隔板边缘427一起处于被提高的位置，滚珠418通过活塞420被径向向外挤到能夹持一个工件例如一个底板的位置。图5的右半边示出通过对前空腔408压力加载克服弹簧环450作用时使螺栓420下降的位置，因此球锁定装置的滚珠418能径向向内移动，并且工件可以从固定装置上被松开。众所周知，若板440紧贴着空腔底板424，则活塞行程到达下死点。活塞行程的上死点由允许滚珠418仅能受限制地径向向外移动的工件确定。

Claims (19)

1．一种固定装置，它具有安装在一个外壳体上起可松开锁定装置作用的夹紧元件(18,118,128,138)，其夹紧元件通过一个压力元件(20,120,220,320)的轴向移动可径向移动，伸入外壳体内的压力元件可被一第一压力介质和一第二压力介质加载，且第二压力介质与第一压力介质反向作用在压力元件上，其特征在于：在外壳(2,102,202,302)内形成由部分轴向移动并锚固在外壳体上的隔板(7)分隔开、沿轴向先后排列的两个空腔(8,108,208,308,9,109,209,309)，其中压力元件与隔板相连接，而且至少有一个空腔(9,109,209,309)可与介质压力源连接。
2．如权利要求1所述的固定装置，其特征在于：第一压力介质包括许多个安装在前空腔(8)内作用在隔板上的压缩弹簧(32,34)。
3．如权利要求1或2所述的固定装置，其特征在于：第一压力介质包括一种在可与一个介质压力源连接的前空腔(8)内存在的压力介质。
4．如以上权利要求中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：压力元件是一个合适的圆柱形活塞(20,120,320,420)，其柱体部(26,426)与隔板(7,107)相连接，其头部(24,424)具有是一个锥面，夹紧元件(18,418)紧靠着锥面。
5．如以上权利要求中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：夹紧元件是许多个沿周围方向均匀分布的滚珠(18,418)。
6．如以上权利要求中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：压力元件特别是它的头部(24)以及夹紧元件(18)沿轴向伸出外壳体(2)的端板(12,112,212,312)。
7．如以上权利要求中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：压力元件(20,420)在管件(19,419)内被轴向导引，管件露出外壳体(2,402)外，并固定在外壳体(2,402)内，在其自由端附近容纳夹紧元件(8,418)。
8．如以上权利要求中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：压缩弹簧(32,34)支承在一个管件(19)上，该管件固定在端板(12)的中间通孔内，并设有多个能容纳夹紧元件(18)的径向孔(17)。
9．如以上权利要求中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：在活塞(420)的底部设置一个径向几乎占据空腔(408,409)内全部位置的盘形板(440)，夹紧在外壳(402)上的环形隔板(407)固定在板(440)上的边缘上。
10．如权利要9所述的固定装置，其特征在于：一个轴向伸缩的弹簧环(450)支承在板(440)的底面和空腔底部(430)上。
11．如以上权利要求中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：隔板是由柔性的塑料例如橡胶做成的。
12．如以上权利要求中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：隔板(7)由在外壳(102,202,302)内沿轴向移动的推力活塞(107,207,307)来取代。
13．如权利要求12所述的止推装置，其特征在于：在外壳(102,202,302)的端板(112,212,312)和推力活塞(107,207,307)之间设置许多个压缩弹簧(132,134；232,234；332,334)。
14．如权利要求12或13所述的固定装置，其特征在于：推力活塞和活塞(120,220,320)的柱体部(126)用一个螺栓(127,260,360)连接起来。
15．如权利要求12至14中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：沿轴向在推力活塞(207,307)的后面安装一个辅助活塞(240,340)，用于提高压力，在辅助活塞的前侧和后侧分别形成一个压力空腔(245,254；350,344)。
16．如权利要求12至15中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：辅助活塞(240)与推力活塞(207)固定连接。
17．如权利要求16所述的固定装置，其特征在于：前空腔(208)通过一个介质通道(250)与在辅助活塞(240)正面之前用于提高闭合压力的辅助空腔(248)联通起来。
18．如权利要求12至17中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：后空腔(209)经一个辅助通道(252)与另一个辅助空腔(254)联通起来，这个辅助空腔是在辅助活塞(240)的后面形成的。
19．如权利要求12至18中的任意一项所述的固定装置，其特征在于：辅助活塞是一个可沿垂直于外壳(302)中轴(305)方向移动的冲头(340)，其细长的柱体部(348)通过一个介质通道(350,356)与后空腔(309)相通，其加宽的头部通过另一个介质通道(354)，当固定装置松开时，与后空腔(309)暂时相通。
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