CN1244825A - 夹紧装置 - Google Patents

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Abstract

夹紧装置(10)具有一由横截面为U形的弹性体制成的夹紧环(13)。夹紧环(13)位于具有平行侧壁的保持装置(12)的槽(15)中。槽(15)经连接管(18)与液压源或气动源相连。U形板腹板(21)的外侧用作夹紧面(24)。在夹紧面的范围埋置一定数目的由高强度材料制成的夹紧体(27)。其中至少背离夹紧面(24)的体外线外露。夹紧体(27)具有同夹紧环(13)一样的轴向延伸。槽(15)的一侧壁由夹紧件(31)构成,该夹紧件是夹紧装置的一部分,可在保持装置(12)上轴向移动并借助于一环形密封件(34)密封。夹紧件(31)与轴向作用的力传动装置(36)相连。夹紧装置(10)既可用于工件的外夹紧又可用于工件的内夹紧。

Description

夹紧装置
在加工不同类型的工件时必须将工件固定在一定的位置或必须将其夹紧在加工机器的可移动或不可移动的零件上。在这两种情况中，所采用的夹紧装置不仅必须将工件定位，而且要承受和传递加工过程中的力。其中，工件既不能因夹紧和又不能因加工力改变其形状，这首先对于薄壁工件而言。这些力通常由于摩擦锁紧而被承受。
在加工机上圆形工件的夹紧常采用夹紧套。夹紧套被设计成薄壁，其一侧用作工件的接触面，既可以是工件的外表面的接触面，又可以是空心工件的内表面的接触面。在其余侧，在夹紧套和与其相邻的机器零件之间存在很窄的环形腔，其内装入夹紧套。环形腔在两个轴向密封。当液压或气动工作介质有压力作用在环形腔中时，夹紧套朝工件方向弹性变形并将工件夹紧。夹紧套本身与机器零件通过形状连接或摩擦连接地相连，因此，作用在工件上的加工力可以传递到机器零件上，或者相反，从机器零件传递到工件上。
夹紧套具有的缺点是其径向变形性很小，此外从中间的纵向段向两端段逐渐减小。因此，用夹紧套只能夹紧直径范围很窄的工件，其结果是在夹紧范围不能加工的工件通常不能用夹紧套夹紧。
采用通常具有三个卡爪的爪式卡盘夹紧形状稳定性足够大的工件在工件具有很小的形状稳定性尤其是薄壁工件时不能使用。此外，经常使用的弹簧卡头不能可靠地夹紧直径公差较大的或形状偏差大的，例如不圆的工件。此外，尤其当工件的实际直径不是准确地与弹簧卡头的公称直径一致时，径向夹紧力分布在少数周向位置。这样，薄壁工件受到较高的变形危险。
本发明的目的在于提出一种夹紧装置能将直径公差和/或形状误差较大的工件可靠夹紧和将形状稳定性小的工件尤其是薄壁工件至少变形小地夹紧和加工。这一目的是通过具有权利要求1特征的夹紧装置实现的。
在夹紧装置中，将强度较高的夹紧体埋置在弹性体制成的夹紧环的夹紧面上并使夹紧环具有U形横截面和设置在与其一致的夹紧装置的环形槽中，则夹紧体在U型材的内腔用液压或气动工作介质加载时压向工件，从而将工件径向夹紧。其中，夹紧环的端壁压向与其向邻的夹紧装置的槽的侧壁，从而，一方面夹紧环的内腔很好地向外密封，另一方面在夹紧环的端壁和夹紧装置之间达到良好的摩擦连接而将夹紧环夹紧在夹紧装置中。从而最终将工件径向夹紧在固定着夹紧装置的机器零件上。夹紧环的高弹性可以很好地弥补相当大的直径公差和工件其它的形状误差，例如不圆度。
夹紧环在工作介质没有压力或压力很小时可以在保持装置内在一定的界限内移动，并在工作介质的压力提高后由于夹紧环的材料的弹性还可以变形，而可以将工件在上述界限内调节到所希望的径向额定位置。这样就可以例如当工件的夹紧点存在较大的直径公差和/或较大的偏离圆柱形的形状误差或具有不同轴的夹紧面时，将工件安装在顶点之间并借助于夹紧装置承受切屑加工时出现的转矩，或相反将转矩传递给工件。
通过在弹性夹紧环的圆周上沿周向分布设置较多数目的较高强度的夹紧体，而将相互相同的径向力分配到相应数目的圆周位置上，这样，各夹紧体的径向夹紧力可以保持得相当小，还可达到很高的总体夹紧力。由于夹紧环的弹性而可以将每一夹紧体按相当大的尺寸调整到工件表面偏离理想面的周向误差上，而不用改变由其施加的夹紧力。
在工件夹紧之后，借助于夹紧装置可以将夹紧体轴向夹紧，从而将工件夹紧地固定，完全消除了夹紧环柔性的影响，将工件实际上完全刚性地夹紧。夹紧环甚至可以由径向夹紧力卸载。鉴于夹紧体刚性夹紧较晚，夹紧体开始时的径向夹紧力可以保持得小些，这就首先将薄壁工件时的弹性变形减小，改善了工件的圆度。这一点还可以通过使用尺寸沿夹紧环的周向相当小的夹紧体和较多数目的夹紧体而得到改善。
在权利要求2的结构型式中，夹紧环在夹紧装置上很窄地导向，因此，工件通过夹紧装置而在一定界限内定位。相反，在权利要求3的另一结构型式中，工件连同夹紧装置可以在夹紧装置内在较大的尺寸范围调节，从而可以在加工机内任意调节，因此例如可以补偿较大的形状误差，这些误差在未加工的零件中经常存在。
按照权利要求4的结构型式，用夹紧装置也可以可靠地夹紧那些沿轴向有形状误差，尤其是工件的夹紧面与大体在锥形的或向内拱或向外拱的夹紧面时规定的轴向平行的曲线误差的工件。
在按照权利要求5的结构型式中，在很小的面积压力时可以在夹紧体上施加相当大的轴向夹紧力。
借助权利要求6的结构型式而可以采用市售的零件，例如圆柱滚柱轴承中的滚柱。这些零件本来就具有很高的精度和强度。
下面借助于附图中所示的实施例进一步说明本发明。其中：
图1表示具有外夹紧和工件的夹紧装置的局部纵剖图；
图2表示具有内夹紧和工件的夹紧装置的局部纵剖图；
图3表示具有外夹紧和任意形状的工件的又一夹紧装置的局部横截面。
图1所示的夹紧装置10用于从外部夹紧圆柱形工件11，例如管段或轴和杆，以便首先沿周向向工件11施加转矩，同时也可以沿两个轴向施加轴向夹紧力。
只有夹紧环13的保持装置12由夹紧装置10表示。环形地围绕着工件11的保持装置在所示的区域之外既没有将该保持装置固定设置的紧固件，也没有连接件将其与加工工件11的加工机的零件相连。
用于圆柱形工件11的保持装置12具有空心圆柱形孔14，其净宽度大于工件11的外尺寸。保持装置12在其内侧具有与夹紧环的外形尤其是其宽度一致的环形孔或槽15。槽15的侧壁16和17是平面平行的。槽底18是圆柱形面。
夹紧环13相应于工件11的圆柱形是一本身封闭的具有U形横截面型材的圆环。U形横截面型材由三个相互连接的型材件即腹板21、凸缘22和23构成。U形型材设置成，腹板21背离凸缘22和23的外侧(图1中被覆盖)位于夹紧环13的内侧，它构成夹紧环13的夹紧面24。U形型材的凸缘22和23同时也是夹紧环13的圆盘形凸缘，该凸缘沿径向从腹板21向外凸出。夹紧环13的两个端面25和26是平面平行的。
夹紧环13由一种弹性体制成，该弹性体在一个符合其性能的工艺中被成形为夹紧环。
沿着夹紧环13的夹紧面24的圆周方向在夹紧环13的材料中埋置有多个夹紧体27。它们本身具有与夹紧环13相同的轴向伸长。如图1所示，这些夹紧体在最简单的情况下为圆柱形辊，如同用于滚柱轴承中的一样。夹紧体27是这样埋置在夹紧环13中的，即至少那些外体线是外露的，即不被夹紧环13的材料所覆盖。上述的外体线位于径向穿过工件11的纵轴线和夹紧体27的纵轴线的相交平面内。在外体线的上方，在其两端连接的夹紧体27的圆周段外露也是适宜的。
在安装夹紧环13的保持装置12的环形槽15中通入液压或气动的工作介质用的供给管28。该供给管28在保持装置12的外面与工作介质的压力源相连，这样，工作介质就可以在压力下作用在夹紧环13的环形腔内，也可以再次卸压。
夹紧环13被设计成在卸压状态或在静止状态夹紧环13和其夹紧体27径向向外离工件11的表面有一很小的尺寸，这样就可将工件11插入保持装置10中。一旦经供给管28在环形槽15的保留腔内作用有带压力的工作介质，则夹紧环13的U型材的腹板连同其中埋置的夹紧体27径向向内朝工作11的方向移动，直至夹紧体27和夹紧体27之间留下的夹紧面27的段至少部分地紧贴在工件11上。环形槽15中的压力愈高，则夹紧装置10作用在工件11上的压紧力和夹紧力就愈高。工件11不仅沿圆周方向也沿轴向夹紧在夹紧装置内。
夹紧环13的凸缘22和23在工作介质的压力作用下也沿轴向压向保持装置12的侧壁16和17，这样，凸缘22和23起到阻止工作介质外泄的环形密封唇的作用。此外，凸缘和至少与其相连的一部分腹板的压紧力在夹紧环13和保持装置12之间引起一相应大小的摩擦力，这样就将夹紧环13首先沿圆周方向但也沿径向夹紧在保持装置12内。从而可以从夹紧装置10将夹紧力或保持力传递到工件11上，相反也可以将作用在工件11上的力由夹紧装置10承受并传递给相连的机器零件。
由于夹紧环13由弹性体制成并与保持装置12非刚性机械连接，此外工作介质均匀地作用在夹紧环13的每一圆周位置，因此，夹紧环13能对工件11定中心。将工件11调节在其纵轴上的一定位置必须通过其它方式实现。在夹紧装置10起作用时，夹紧环13在工件11上定中心并固定在其中心位置和至少部分地对工件11的定中心装置或导向装置卸载。
在保持装置12上，槽15的侧壁16由夹紧件31的壁面构成。夹紧件31在保持装置12上沿着连接槽15的槽底18的圆柱形导向面32沿轴向移动，其外周面33位于导向面32上。在外圆周面33的范围设有环形槽，在该环形槽内设置有环形密封件34。该密封件向外密封槽15的内腔。内周面35具有大于工件的最大外直径的净宽度。
夹紧件31是夹紧装置36的一部分。该夹紧装置配设有形式为双作用活塞传动37的力传动装置。借助于力传动装置该夹紧件31就可以在保持装置12上轴向移动并压向夹紧环13。从而将夹紧体27压向保持装置12的相对侧壁17，进而沿轴向和径向以及周向夹紧在保持装置12内。其中夹紧体按相同的方式将工件11夹紧。力传动装置36在图1中仅仅用双作用的活塞传动装置的符号表示。在任何使用情况下，力传动装置可以按普通的形式来实施。
图2所示的夹紧装置40规定用于至少部分为空心的工件31的内夹紧。相应地，用于夹紧环43的保持装置42设计成棒状。
夹紧环43类似于夹紧环13同样具有一U形截面型材，但是该型材的方向相反。图2中被覆盖的夹紧面44由夹紧环43外面的周面构成。夹紧体45沿着该周面埋置在夹紧环中。此外请参阅对夹紧环13的说明。这些说明同样或至少相应地适用于夹紧环43。
在保持装置42上有一与夹紧环43一致的槽46。该槽的内部和一个端面由保持装置42的周面47或壁面48限定。在另一侧，槽46由夹紧件51的壁面49构成。该夹紧件是夹紧装置50的一部分。夹紧件51被引导在保持装置42上，可以移动。其内周面52贴在保持装置42的周面47上。在夹紧件51的内周面52上有一环形槽，其中装有密封件53。在图2中，夹紧件51与用双作用活塞传动的标号表示的力传动装置54相连，该力传动装置同样是夹紧装置50的一部分。借助于力传动装置54夹紧件51在保持装置42上可以沿轴向移动并压向夹紧环43。
保持装置42具有一液压或气动工作介质的供给管55。工作介质可以从压力源引到夹紧环53的U型材的内腔，以便将夹紧环43压在工件41上并将工件41夹紧，如同夹紧装置10中所述的方式一样。
在夹紧装置40中，夹紧环43的两个凸缘56和57伸至与其相对的保持装置42的周面47。因此，夹紧环43在静止位置沿径向在保持装置42上至少导入一定的程度，使得它按相应的程度将工件41预定中心。鉴于夹紧环43的弹性以及工作介质的压力均匀地作用在其四周，因此，即使在夹紧装置40上对工件41的精确定中心也是不可能的。如果不需要预定中心或不用预定中心，甚至夹紧环43在径向希望有一定的可调性，则在夹紧环43的凸缘56和57以及与其相对的保持装置42的周面47之间要保持一相应大小的径向间距。
在使用夹紧装置40时，首先夹紧件51处于其初始位置。在该位置，夹紧环43在保持装置42的槽中尚可自由移动。夹紧环43的工作介质在压力下起作用，从而使夹紧环43连同夹紧体45贴紧在工件41上，进而使工件41径向夹紧。接着，夹紧件51借助于力传动装置44朝夹紧环43压，同时使夹紧件51和与其相对的保持装置42的壁面之间的夹紧体45沿轴向夹紧。通过同时在夹紧体45的端面上产生的摩擦力而使夹紧体沿径向和周向夹紧。从而，夹紧环43的弹性体首先由于周向力，但也由于夹紧装置40和工件41之间的径向力而被卸载。
从图3可见一用于外夹紧工件61的夹紧装置60。该夹紧装置具有不规则的横截面。因此，设置在相应成型的保持装置62内的夹紧环63具有一夹紧面，其剖面线用与工件61的轮廓线的等距线表示。为了更好地理解起见，将夹紧环63的夹紧体65表示成贴在工件61上，以便清楚表明夹紧过程。在夹紧位置，夹紧环63的弹性体至少部分地进一步邻近工件61，或贴在其上。
夹紧环63位于保持装置62的与其尺寸和外形一致的槽66内。该槽最好由几部分组成，以便使槽66更易制造或者可以安装与夹紧环63的外形相符的夹紧件。该夹紧件配有液压的或气动的活塞传动装置。
图3所示的用于外夹紧不规则横截面的工件的例子可以使用在非圆形的规则横截面，这也适用于具有不同于圆形安装面的轮廓线的工件的内夹紧。该轮廓线既可以是规则的也可以是不规则的。

Claims (6)

1.夹紧装置，具有以下特征：
-有一个整体的由弹性体制成的封闭的夹紧环(13；43)，该夹紧环有一U形的横截面型材；
-U型材的腹板(21)的背离凸缘(22，23；56，57)的外侧既是夹紧环(24)内侧上的工件(11)外夹紧用为夹紧面(24；44)，也是夹紧环(43)外侧上的工件(41)内夹紧用的夹紧面；
-连接在腹板(21)上的U型材的两个凸缘(22，23；56，57)分别构成夹紧环(13；43)的端壁；
-夹紧环(13)的两个外端面(25；26)设计成平面平行；
-夹紧环(13；43)的夹紧面(24；44)具有至少近似地为待加工的工件(11；41)的轮廓线的等高线的轮廓；
-在夹紧环(13；43)上沿着夹紧面(24；44)的周向分布设置有一定数目的夹紧体(27；43)；
-这些夹紧体由强度高于弹性环(13；43)材料的材料制成；
-这些夹紧体如此设置在夹紧环(13；43)上，即至少夹紧体(27；45)的朝向工件(11；41)的体外线是外露的；
-该夹紧体至少近似地具有如夹紧环(13；43)的相同轴向延伸；
-具有一夹紧环(13；43)的保持装置(12；42)；
-该保持装置具有一与夹紧环(13；43)一致的环形槽(15；46)，该环形槽在外夹紧时设置在保持装置(12；42)的至少部分空心体的内侧，而在内夹紧时设置在保持装置内部件的外侧；和
-该保持装置或是固定设置或是借助于连接件与不可移动的或可移动的机器零件相连；
-在保持装置(12；42)的背离夹紧环(13；43)的夹紧面(24；44)的一侧上，在夹紧环(13；43)的端壁(22，23；56；57)的部位接入液压或气动工作介质的连接管(28；55)；
-该连接管(28；55)可与工作介质的压力源相连；
-具有一夹紧装置(36；50)，夹紧体(27；45)借助于该夹紧装置轴向夹紧；
-该夹紧装置(36；50)具有一自身封闭的环形夹紧件(31；51)；
-该夹紧件可在夹紧装置(12；42)上轴向移动；
-该夹紧件在夹紧装置(12；42)中构成槽(15；46)的一个侧壁(16；49)；
-在背离工件(11；41)的夹紧件(31；51)的周面(33；52)和与其相对的保持装置(12；42)的周面(32；47)之间设置一环形密封件(34；53)；
-夹紧件(31；51)在保持装置(12；42)上借助于力传动装置(36；54)沿轴向可从自由位置移动到夹紧位置和相反移动；
2.按照权利要求1的夹紧装置，其特征在于，背离夹紧环(43)的夹紧面(44)的端壁(56；57)的周面在夹紧装置(40)的静止状态贴在保持装置(42)内的槽(46)的与其相对的壁(47)上。
3.按照权利要求1的夹紧装置，其特征在于，背离夹紧环(13)的夹紧面(24)的端壁(22；23)的周面在夹紧装置的静止状态具有一离开在保持装置(12)上的槽(15)的壁(18)的间距。
4.按照权利要求1-3中之一的夹紧装置，其特征在于，至少朝向工件(11)的夹紧体(27)的体外线在与其相对的工件(11)的表面垂直指向的纵剖平面内具有与工件表面的切线相同的分布。
5.按照权利要求1-4中之一的夹紧装置，其特征在于，夹紧体(27；45)的两个轴向端面被设计成平面平行。
6.按照权利要求5的夹紧装置，其特征在于，夹紧体(27；45)具有圆柱辊的形状。
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