CN1221366A - 工件夹具用快速装卸作动器 - Google Patents

Abstract

一种与夹持管状工件于固定位置的轴向运动卡盘共同起作用的快速装卸作动器,包括相对机床(20)壳体成固定关系安装的固定件(12)和可旋转地安装的支架(38)所带的推力件(42),支架朝向和背离固定件而旋转,驱动推力件(42)和多扇形部夹头(26)的端壁(44)相接合,使夹头以半径方向骑于扇形部支承面(30),以便与工件(24)外周相接而将其固定于机床(20)中。推力件(42)通过枢轴连接部(48)可旋转地装于支架(38),使推力件即使在支架与夹头端壁不很精确地平行时也将随夹头(26)的端壁(44)而自定位。在另一装置中,可用球形推力销给夹头(26)传递轴向力,而且这一装置可包括一个推力传递隔离套(86)。提供一根杆(50)和凸轮(52)装置通过与推力杆相连的推力螺母(58)共同作用的推力杆(54)给处于终端旋转位置的支架(38)施加正向力。可提供一个快速拆卸枢轴连接部(40),使支架(38)快速从邻近固定件的正常工作位置分离,借此而允许快速更换机床中的夹头。

Description

工件夹具用快速装卸作动器

发明的背景

发明的领域

本发明涉及一种驱动工件夹持卡盘进入将管状工件夹持在机床中诸如此类设备中的夹紧位置的作动器。

相关资料和一般讨论

通常采用各种卡盘装置将工件，特别是管状工件夹持在用来对工件进行机加工或切削作业的机床中的夹紧位置。当采用带锥形支承面或诸如此类结构的组合的弹簧夹头时，各夹头部与其支承面的相对轴向运动，根据卡盘的结构，使各夹头部径向向内，或向外，从而夹在轴向穿过夹头中心孔或各夹头部外周围的管状工件的相邻外圆或圆周上。就各夹头部随它们与它们的支承面之间的相对轴向运动而被驱动进入与工件接合这一意义上讲，这种夹头被认为是轴向作动式的。

在这种轴向作动夹头型的卡盘中，必须提供一些装置来对夹头系统施以轴向运动以夹紧工件。一般，使用作机械或手动运动的旋转的螺纹套筒，杆，推力螺母等装置，来对夹头系统施加轴向推力，将工件夹紧在夹头中。这种夹头装置可在例如下列美国专利中看到，Conradson的No.5,489,933；Smith等人的658,473；Plinton等人的123,197；Hartness的425,224；Miller的1,400,306；Schoensiegel的2,460,149；Queitzsch的2,517,346；Madsen的2,735,689；和Saine等人的4,319,503。

最理想的是拼合的夹头工件夹具由将工件快速装卸于机床的快速装卸装置作动，从而能提高机床的生产率。几种上述的先有技术专利包括这种快速装卸机构。但，它们一般不能达到结构简单，低成本和能快速更换夹头以适应不同尺寸的工件。同样，各种先有技术的夹头作动器均需要多少有些复杂和相当困难的结构布置，这些结构布置使夹头驱动机构保持平行于夹头系统，从而将全部夹头部均匀地驱动进入夹紧位置，而将工件保持定心于夹头的中心孔内。

发明的简述

本发明提供一种与夹持管状工件的可轴向运动的卡盘共同起作用的快速装卸作动器。该作动器包括一个固定件和一个可朝向或背离该固定件而旋转的推力件支架；至少一个装于该支架和该支架一起旋转运动的推力件；和一个用以将该支架和推力件固定在向前旋转位置并防止该支架和推力件转离固定件的锁定装置。

在一个实施例中的作动器装于拼合的夹头系统附近，随着支架向固定件旋转，推力件与各夹头部相接合，并驱动它们相对锥形夹头支承面向前移动而使夹头夹紧穿过夹头中心孔的管状工件的周围。

为了获得机械动作的优点，提供了一根手动操纵杆和一个与此杆相连的凸轮，以驱动支架进入向前的终端旋转位置，使推力件与各夹头部相接合，从而锁定推力件和夹头以固定夹紧工件的夹头。

该固定件则以一适当的方式固定于机体或与机床成为一体，这样，在作动器工作期间，它相对于机床壳体保持固定。该支架由一个快速拆卸的销钉装成可绕枢轴旋转的结构，此销钉可使支架从与固定件相邻的位置快速拆除以便可快速更换机床中的夹头。

在本发明的一个实施例中的一个推力件可旋转地安装于支架上，这样，当支架向夹头作向前的旋转运动而使推力件与各夹头部相接合时，它可相对于支架随意地转动。这可使推力件保持在与各夹头部相平行的位置，借此，在夹头动作进入夹紧位置期间均匀地驱动所有的夹头部。

在本发明的这个实施例中，推力件的枢轴线与支架的枢轴线位于同一平面，而推力件的枢轴线最好平行于支架的枢轴而延伸。

在本发明的另一个实施例中，一对由圆形销组成的推力件装于支架上，这样，当支架向其前进的旋转位置转动时，它们向夹头系统移动，按本发明的这个实施例，该圆形推力件与在平行于夹头孔延伸的轴向开口中导向的推力传递隔离套一起使用。

附图的简要说明

图1为装有按本发明一个优选实施例构造的快速装卸作动器的轻型管端口方机床的侧视图；

图2为图1的顶视图；

图3为图1的正视图；

图4为沿图2的Ⅳ-Ⅳ线所取的垂直剖视图；

图5表示按本发明结构的快速装卸作动器的另一个应用实施例；和

图6表示处于打开位置的图5所示快速装卸作动器的应用实施例。

本发明的优先实施例的详述

如图1至3所示，本发明的快速装卸作动器的应用实施例由10表示，并包括一固定件12，按该实施例，此件由包括上部13和下部14的拼合板组成，并用紧固件15将13和14固定在一起。固定件12上设有一中心螺纹孔16(见图4)，其中拧入形成轻型管刨床20的一端部的外螺旋固定装置18，例如U.S.专利No.4,319,503所表示的型式。该固定件12的结构也可为单件或不同型式的多一件组装件。

机床20包括一个由驱动电机(未示出)驱动旋转来与管状工件24端接合并对其进行切削的刀具22，工件通常用一拼合夹头26(见图4)与机床20的壳体保持夹紧关系。工件24被这样夹紧在夹头26内，使工件24的端部邻近于切刀22，便能通过操作手柄28使旋转驱动的切刀前进，以使管状工件24的端部表面刨平或切成方形。

夹头26通常由在夹头支承表面30内的夹头26轴向前进而使其动作，而与管状工件24的外圆相接合，支承表面30沿夹头26前进方向向内渐缩，从而如图4所示，夹头26向左前进使分开的夹头的两个半部向内收缩，并与位于沿轴线33延伸的夹头26的中心孔32的管状工件24的外周相接合。在作用于夹头的轴向压力卸载后，适当膨胀的弹簧34和弹性带36往往会使夹头26打开。将工件24沿轴向从夹头26的右侧取出也可使夹头的两个半部打开到容纳下一工件的位置。可提供一适当的机构以防止夹头26整个地从机床20的端部18分离。虽然夹头26如图所示分成2部分，但可理解为按已知的夹头结构的原理，夹头可由任意数量部分组成。

为快速装卸夹头26，作动器10包括一个通过横向延伸的销40可旋转地连接以相对固定件12作旋转运动的推力件支架38，使支架38可绕销40旋转，这样，在其作至少部分的向前和向后旋转运动期间使支架接近和撤离固定件12。在本实施例中，销连接于固定件12的下部14。然而，销40可位于另一个位置，这样，它相对于固定件12固定，允许支架38以上述方式旋转。

支架38携带推力件42，与夹头26的一个端壁或数个端壁44相接合。当支架38沿向前的旋转方向接近夹头26时，推力件42的前端46与夹头26的端壁44相接合，使夹头26前进，并沿其支承面30向里运动，借此，使各夹头部26围绕安置于夹头孔32内的工件收缩。

推力件42通过横向延伸的枢轴销钉48与支架38可旋转地连接，此销使推力件42可绕中心穿过销48的横向轴线旋转。由图4可见，穿过销48的推力件42的旋转运动的轴线与包含支架38旋转所绕的下枢轴销40的中心轴线处于同一平面49中，而且，按此优先实施例，推力件42的旋转运动的横向轴线与支架38可旋转地连接的销40的旋转轴线相平行。将推力件42可旋转地装于支架的方式可允许推力件42即使在支架38实际上不平行于夹头端壁44时也能使其随夹头26的端壁44而自定位，从而使夹头均匀地向其夹紧位置作轴向移动。

提供一作动器杆50，可操纵支架38绕邻近于固定件12的销40作正向的终端旋转运动。杆50包括或连于凸轮52，凸轮与固定件12的相邻表面相接触。杆50也通过横向销56可旋转地与螺纹推力传递杆或件54相连，因此，转动杆50使凸轮52与支架12的上半部13相接合，如图1所示，当杆50逆时针转动时，由于凸轮52的曲线，也使杆54拉向图1所示的左侧。

推力传递杆54穿过支架38中的孔55，并连接到取螺母58形式的推力反作用元件上，而此螺母58拧到推力传递杆54的螺纹部。推力螺母58与支架38的上壁面相接合，如附图所示，并且，销56和螺母58之间的距离可通过转动螺母58而改变，根据支架38的终端旋转运动，使它处于以下述方式使夹头26作动的理想位置。

在图1-3所示的实施例的操作中，螺母58在调节杆54上被这样调节，在杆50处于向上或“夹头未夹紧”的位置时，允许支架38以顺时针方向绕销40旋转，从而使夹头26位于打开或“夹头未夹紧的”位置。在这种“夹头未夹紧的”位置，推力件42将被移离邻近于夹头26的端壁44的位置，足以能使夹头26的各部打开以容纳或释放工件。

然后，将管状工件24轴向插过推力件42和夹头26的控制孔，直到位于相对刀具22的一理想位置，使刀具前进会与管状工件端部相接触，以便切削工件的端壁部，使工件的端部形成方形或其它形状。

然后，如图1所示逆时针方向转动杆50，借此，凸轮52与固定件12相接合，并将销56拉向图1所示的左侧，同时拉杆54也借此拉向左侧，同样通过螺母58使支架38以逆时针方向作终端旋转运动，使推力件42与夹头26的端壁44相接合，并驱动夹头26沿其支承面30向里运动，借此夹紧工件24的外圆。由于凸轮52，支架12和销56之间的“多中心”关系，杆50倾向于保持原位，故夹头26被锁定在前进的“夹头夹紧”位置。于是，可由机床20对工件24的端部进行切削作业直到想要释放工件24为止。释放工件可简单地以如图1所示的顺时针方向向上转动杆50进行，这也使支架38和推力件42转离夹头26的端壁44，借此释放夹头26，并允许它移到“夹头未夹紧的”位置。

为易于将支架38从它邻近固定件12的位置上拆下和分解，销40可以采用在此技术领域内众所周知的快速拆卸销的结构。尤其是，用一定位机件(例如径向可移动的球形件)使快速拆卸销40保持在其位置上，并可通过简单地推压销或杆使定位机件从安置销的孔中释放此销而迅速地将此销从支架38中拆卸下来。螺母58也可从杆54上卸下，于是支架38即可整体地从它的接近于固定件12的位置卸下，因此可容易地拆下夹头26，并在需要时更换不同的夹头。在同样的机床20上可使用不同的夹头，从而使机床适用于不同尺寸的工件。按例，夹头26从支架38的方向的支承面30和较大端拆下。如此，可快速而简易地将支架38拆下远离夹头26以消除将夹头26从其支承件拆下时的任何干涉，这是本发明的一个优点。

应当理解图示的本发明实施例仅仅是示例性可采用不同方案的结构元件以基本相同的操作方式并应用与本发明实施例相同的原理，实现同样的功能。

例如，杆和螺母58可以是相反地放置，以使凸轮52靠在支架38上而不是靠在固定件12上。同样，固定件12也可以与优先实施例所示的不同方式固定于机床。例如，固定件12可用螺栓固定于机床的壳体，使其中心孔与机床的工件夹持夹头相对准。同样，在该实施例中，虽然推力件42直接与夹头26的端壁相接合，而如果在夹头26与推力件42之间有一间隔时，可在夹头26与推力件42之间采用隔离元件，在推力件42与夹头26的端壁之间传递推力。

也应理解只要不离开本发明的精神和范围，枢轴销40的安置也可改变。例如，如果固定件12为机床壳体的组成部分或与壳体成一整体，则可将枢轴销40安置在机床的壳体上，为支架38在固定件12附近提供一枢轴连接。同样，在支架38中安装推力件42的枢轴销48也可采用依然允许推力件42相对支架38有所需的旋转运动的不同结构而改变。

图1-3所示的凸轮42的形状同样是示例性的，并可改变以适当对处于终端旋转位置的支架38施加力的需要，在该位置上，它通过推力件42给夹头26作用一轴向驱动力。同样，夹头26的结构也可改变，以适合专门的要求。例如，一种用以驱动数个销使其径向向里靠在工件上的凸轮装置可用来代替夹头26及其支承面，并可利用各种其它型式的工件夹持卡盘，只要它们可借助由支架38的旋转运动而产生的普通轴向推力而动作。

当然，夹头26也可以相反，各夹头部骑在内支承面上，以使各夹头部向外膨胀，按已知的原理与空心工件相接合。同样，使夹头26动作的轴向推力可施加到支承面30，而各夹头部26相对机床壳体被固定，从而起到夹头的夹紧作用。

可利用各种型式的夹紧装置，借此，快速装卸作动器10可被通用或专用地装在各种机床壳体，由支架38传递轴向力而使工件夹持卡盘动作。虽然，按此优先实施例，杆54穿过支架38中的孔55而延伸，该孔55也可在支架38中以槽的形式径向向外地延伸，并在固定件12中可提供一类似的开口，使杆54至少能通过销56周围的这种槽向外旋转远离支架38。这将允许快速地将杆54和螺母58从支架38上拆下，从而允许支架38旋转或移离夹头26。

图5和6表示一个本发明的快速装卸作动器的另一实施例。在此实施例中，机床60包括一装有固定件64和支架66的壳体62。固定件64固定地装于机床60的壳体62，而支架66由枢轴销68可旋转地连接于壳体62，销68相对于中心孔70而横向延伸，孔70的假想轴线71穿过被用于将管状工件(未示出)夹紧于机床60中的夹头72。

因与支架66相连的杆作动凸轮74，使支架66绕销68旋转。如图5所示杆76带着凸轮74顺时针转动，使支架66在凸轮带动下，借助装在杆76上的销78，螺纹推力传递杆80和与固定件64相作用的推力反作用螺母82而转向终端旋转位置。当然，螺母82拧在螺纹杆80上，以对支架66的终端位置作精确调节。

由于支架66与夹头72的后端面83之间有间隔，故提供一推力传递隔离套86以在推力件84和夹头72的后端面之间传递推力，该推力传递隔离套86可在沿假想轴线71延伸的孔87内轴向运动，并包括一个通常与夹头72的孔91同心的孔89。

如图6所示，由于销68在壳体62的位置，将螺母82拧松，使其不与固定件64接触，允许支架66转离夹头72部位，以便更换隔离件86和更换支承面88中的夹头72、为使杆80可绕销78上转动而使螺母脱开固定件64，可在固定件64的上端提供一条槽90，当拧松杆80上的螺母82时，此槽允许杆80向上转动而离开固定件64。图6中，隔离套86已从组件中拆去。

按本发明的这个实施例，支架66包括一个孔84，当支架向终端旋转位置旋转时，该孔通常与夹头72的孔91同心。主孔84的直径的相对侧提供一对已被打圆或成球面端的推力件85，并固定在支架66上的这两个位置，例如用压配合将这两个推力件85压入钻在支架66中的孔中，可提供任何适当方式将推力杆85固定在支架66中。两个推力件85以横向间隔关系位于孔84的直径的相对侧，基本上位于包括假想轴线71的横向平面中。因此，根据支架66的终端旋转运动，推力件85的球形末端与隔离件86的后端面93相接合，使其向左作轴向位移，如图5所示，借此，使各夹头部72向它的夹紧位置作轴向位移。推力件85的球形末端确保即使支架66在其终端旋转位置上不平行于隔离件86的后端面93，也可使其与隔离套86的后端面93保持适当接触。推力件85与后端面93的接合面要适当淬火，以免在作动器使用期间过渡磨损。

在本发明的两个实施例中，支架66安装得使它绕相对于夹头孔横同延伸的横向轴线转向和转离其相应的固定件。可以理解，作动系统也可被安排成绕位于夹头孔一侧的垂直轴作旋转运动，而作动器杆可在大致水平面内操作。如此，本发明不限制作动器系统支架的枢轴线的特定定向，并且进口通道也可位于任何理想的位置，只要在操作期间可方便地操作作动器系统的杆即可。如果如图5和6所示的本发明的实施例中由销68形成的枢轴线被定向成垂直或其它方向，则推力件85应被配置成使它们处在孔84的直径相对侧的适当位置，以便在支架66的终端旋转运动期间，与隔离套86的后端面93上直径相对部位相接合，从而确保隔离套86被均匀地沿轴向向夹头72移动。只要与图示实施例相同方式起作用，即可使用各种其它形式的推力件85。

这里所述的本发明实施例仅为示例性的，本发明只受下文所述权利要求书范围的限制。

Claims (23)

1．一种与夹持管状工件的轴向运动卡盘共同起作用的快速装卸作动器包括：

一个固定件；

一个可旋转地安装成可绕弧线朝向或背离固定件作旋转运动的推力件支架，使支架在它的至少部分的向前和向后旋转运动期间相应地接近和退离固定件，

至少一个装于支架的推力件当支架向前和向后旋转运动时，它与支架一起可移向和移离该固定件；

一个将支架固定在向前旋转位置上并防止支架在所述向前旋转位置上转离该固定件的锁定装置。

2．按权利要求1所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的锁定装置包括一个用以正向驱动支架使其转向固定件的推力作动器。

3．按权利要求2所述的快速装卸作动器，其特征在于，该推力作动器是一个操作凸轮的杆和一个与凸轮共同作用的推力反作用件，所述的凸轮与固定件或支架其中之一相连，所述的推力反作用件可与固定件和支架中另一种相接合。

4．按权利要求1所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的支架可旋转地装于限定支架旋转运动轴线的支架枢轴连接部，所述的支架枢轴连接部位于朝向所述推力件的一侧并与所述推力件有一间隔。

5．按权利要求4所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述支架枢轴连接部将支架可旋转地连接于固定件。

6．按权利要求4所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的锁定装置包括一个用以正向驱动该支架使其转向该固定件的推力作动器。

7．按权利要求4所述的快速装卸作动器，其特征在于，该推力作动器是一个操作凸轮的杆和一个由螺纹推力传递杆与凸轮相连的推力反作用件，所述的凸轮与固定件或支架其中之一相连，所述的推力反作用件可与固定件和支架中另一件相接合，而所述的推力传递杆在凸轮和推力反作用件之间延伸。

8．按权利要求4所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的推力件包括一个工件安装孔，所述的推力件可旋转地与支架相连；并且还包括一个限定所述推力件旋转运动轴线的推力件枢轴连接部，所述推力件旋转运动轴线位于包括支架枢轴连接部的同一平面内。

9．按权利要求8所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的支架枢轴连接部还限定所述支架旋转运动的一根轴线，其中所述推力件旋转运动轴线平行于支架旋转运动轴线延伸。

10．按权利要求9所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的锁定装置包括一个用以正向驱动支架使其转向固定件的推力作动器。

11．按权利要求10所述的快速装卸作动器，其特征在于，该推力作动器是一个操作凸轮的杆和一个与凸轮共同作用的推力反作用件，所述的凸轮与固定件或支架其中之一相连，所述的推力反作用件可与固定件和支架中另一件相接合。

12．按权利要求1所述的快速装卸作动器，其特征在于包括一个用以将所述支架从其枢轴装置上卸下的快速拆卸机构。

13．按权利要求1所述的快速装卸作动器，其特征在于，至少一个推力件被安装成相对于支架作旋转运动。

14．按权利要求1所述的快速装卸作动器，其特征在于，包括一个适于与所述推力件共同起作用的推力传递件，所述的支架包括一个安装工件的孔；所述的推力件包括至少一个推力件，它带有适于与所述推力件相接合的球形端面，所述的至少一个推力件处在所述孔的一侧。

15．一种与夹持管状工件的夹持卡盘共同起作用的快速装卸作动器，包括：

一个与管状工件相接合并包括至少一个径向可动扇形部的夹持卡盘，该扇形部被安装成可径向移动，当扇形部相对于支承面轴向移动时，将扇形部与相邻工件接合，并使工件保持在相对于卡盘固定的一个位置；

一个配置在卡盘附近处于相对固定位置的固定件；

一个可旋转地安装在支架枢轴连接部的推力件支架，可绕弧线朝向或背离该固定件作旋转运动以使支架在至少部分的向前和向后旋转运动期间相应地接近和退离固定件；

至少一个装于支架的推力件，当支架向前和向后转动时，它可与支架一起移向和移离该固体件所述的推力件被配置成在支架的所述向前旋转位置，对卡盘施加一轴向驱动力，驱动卡盘扇形部移向工件接合位置；

一个将支架固定在所述向前旋转位置上和防止支架在所述向前旋转位置转离固定件的锁定装置。

16．按权利要求15所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的锁定装置包括一个用以正向驱动支架使其转向固定件的推力作动器。

17．按权利要求16所述的快速装卸作动器，其特征在于，该推力作动器是一个操作凸轮的杆和一个与凸轮共同作用的推力反作用件，所述的凸轮与固定件或支架其中之一相连，所述的推力反作用件可与固定件和支架中另一件相接合。

18．按权利要求15所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的支架枢轴连接部限定该支架旋转运动的一根轴线，所述支架枢轴连接部被配置在所述推力件的一侧，并与所述推力件有一间隔。

19．按权利要求15所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的推力件可旋转地与所述支架相连，并包括一个限定所述推力件相对于该支架作旋转运动的轴线的推力件枢轴连接部，所述的旋转运动轴线处在包括支架旋转运动轴线的同一平面内。

20．按权利要求19所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的支架枢轴连接部轴线位于所述推力件的一侧并与所述推力件有一间隔。

21．按权利要求20所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的推力件通过一推力件枢轴连接部可旋转地安装于支架，该枢轴连接部限定一根推力件相对于支架作旋转运动的轴线，并平行于支架旋转运动轴线而延伸。

22．按权利要求15所述的快速装卸作动器，其特征在于，包括一台具有与其相连的相对固定的壳体的机床，所述的固定件和卡盘固定于所述机床的壳体。

23．按权利要求15所述的快速装卸作动器，其特征在于，所述的卡盘和壳体包括安装工件的同轴线的孔；一个位于邻近所述夹头壳体上的孔内的推力传递隔离件；所述的推力件被设置成在壳体上的孔内朝向和远离所述夹头的活动扇形部可轴向移动，当所述的隔离件向着并对着夹头扇形部移动时，所述的隔离件与所述的夹头扇形部相接合，并使扇形部向工件固定位置移动；所述支架包括一个安装工件的支架孔；所述的推力件包括一对具有球形端面并在支架孔直径相对侧上有间隔的推力件。

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