CN1422724A - 组合虎钳及其球形楔窝对接定位副 - Google Patents

Abstract

本发明属机械工程领域,涉及一种可用作机床附件的组合虎钳和一种可用于对接各种机械零部件的球形楔/窝对接定位副。虎钳元件由压配合球形楔/窝副对接,对接快速精密,配合过程几乎无滑动无磨损,纵使磨损也可修复,使用寿命几乎是无限的。活动钳爪在复合力驱动下,首先由弹簧钢球一直撑着往前至某一整定夹紧程度,而后夹着工件一道往下直至最终完全消除工件的非常定位间隙和爪的滑动间隙。组合虎钳可作为一个组合元,进一步快速追加组装成分度虎钳和各种立式单、多钳站。利用球楔对空心球窝的挤扩功能可大幅降低球窝切削加工要求及其零部件成本。

Description

组合虎钳及其球形楔窝对接定位副

本专利属机械工程领域，涉及一种可用作机床附件的组合虎钳和一种可用于对接包括组合虎钳元件在内的各种机械零部件的球形楔窝对接定位副。

按使用范围，虎钳分台虎钳(安装在钳工台上使用的虎钳)、机用虎钳(安装在铣、刨、钻、镗等机床工作台上使用的中大规格虎钳，往往简称虎钳)和精密虎钳(在工具的磨削、电火花等精密加工及检测中使用的小规格虎钳)。一般来说，无论何种虎钳都可看成是由钳体、固定钳爪、活动钳爪和驱动部件四部分组成的。固定钳爪在钳体上固定不动，活动钳爪在驱动部件的驱动下，沿钳体上的爪轨滑向或滑离固定钳爪，以夹紧或松开两爪间的工件。

按总体结构，虎钳分组合虎钳和非组合虎钳。组合虎钳的外在形式是固定钳爪和钳体分体，内在实质应当是选择不同的钳体、不同的固定钳爪、不同的活动钳爪、不同的驱动部件可组合成各种不同的可再组装成各式多钳站的单台虎钳。由于整体钳体的固定钳爪凸台影响大钳体的精密加工性能，因而固定钳爪与钳体分体不仅仅是虎钳自身组合化进程的需要，同时也是改善机用虎钳的精密加工性能的需要。

按驱动动力，虎钳分手动和机动(包括液动、气动、电动等)；在手动虎钳里，又分丝杠操作式(活动钳爪直接由丝杠或丝母驱动)和螺栓操作式(活动钳爪由螺栓及螺母间的紧固力驱动)；在丝杠操作虎钳里，按丝杠部件相对钳体的爪轨的安装位置，还分上驱动式(丝杠驱动式)和下驱动式(丝母驱动式)。丝杠操作结构的传动效率高而夹紧力大，可满足机用虎钳的要求；螺栓操作结构的传动效率低而夹紧力小，可满足精密虎钳的需要。一般来说，用液、气或电动部件替换丝杠操作部件后，手动虎钳就变成机动虎钳，活动钳爪的驱动件就由丝杠或丝母变成活塞杆或电动杆。

就机用虎钳而言，在传统手动铣、刨床上使用时，只面对大切削力的粗加工，因而夹紧力大的丝杠操作结构和加工精度有限的整钳体结构是可行的；在现代数控及数控加工中心机床上使用时，在一次装夹中不仅要面对粗加工而且还要面对精加工，必须同时满足高夹紧力和高精度的要求，因而加工精度有限的整钳体结构就变得不可行了；此外，数控及数控加工中心机床还需求多钳站一立式机床需求多台相同虎钳并排卧装，卧式机床需求单台或多台相同虎钳竖装，以尽量加大每次自动交换工件的数量，降低平摊在单件上的交换停机时间；因此，随着数控加工技术的发展，机用虎钳正在以固定钳爪分离钳体为起点，逐步向完全组合式发展，以至于选择不同的钳体、不同的固定钳爪、不同的活动钳爪、不同的驱动部件和不同的附件，或选择相同的零部件进行不同的组装或调整，就可得到满足不同需要的各式虎钳，而且这些虎钳还可进一步组装成各种不同类型的多钳站。

就组合虎钳而论，和组合夹具、组合模具、组合机床等一样，组合零部件是通过基准面及基准面上的定位要素对接的，因而对接定位要素直接影响组合零部件的制造成本的高低和包括对接精度、对接刚性、对接重复性、对接快速性以及对接磨损在内的对接性能的好坏。零部件间通过平面对接的现有对接定位方式有“一面两孔”和“一面两槽”。其中“一面两孔”的现有对接定位副是圆柱销/孔副和锥销/孔副，也有专利申请提出过球/锥窝副；其中“一面两槽”的现有对接定位副是键/槽副(槽包括浅键槽和T形槽)，也有专利申请提出过圆柱销/V形槽副。

就活动钳爪而论，对其滑动间隙的处置，长期以来一直就是虎钳创新的焦点。滑动间隙对活动钳爪的滑动是必不可少的，但对工件的夹紧和定位却又是有害的。理想的活动钳爪应当能在工件夹紧过程中自动逐步彻底消除活动钳爪的滑动间隙的同时，还能使活动钳爪对工件产生一个下行定位夹持力。如果活动钳爪的滑动间隙在工件的夹紧过程中得不到自动逐步彻底消除，则活动钳爪的受力歪斜会影响工件的定位和夹紧刚性及稳定性。如果活动钳爪在夹紧过程中能对工件自动产生一下行定位夹持分力，则还可消除工件的非常定位间隙。现有技术的下驱动式虎钳通过驱动丝母对活动钳爪施加一个斜向复合推力一水平分力司工件夹紧，铅垂分力司间隙消除，仅仅实现了对滑动间隙的消除，没能实现对工件的复合夹紧。现有技术的上驱动式虎钳通过一弹簧支撑的楔形钳口垫—当夹紧力引起楔形钳口垫下滑的分力大于其弹簧撑力时，楔形钳口垫就夹着工件一道往下滑动，实现对活动钳爪滑动间隙引起的爪体歪斜所至的工件定位间隙的补偿或抵消，却没能丝毫消除滑动间隙及其所至的爪体歪斜对夹紧稳定性和夹紧刚性的影响。

本专利的目的首先是提出一种新的对接定位副，降低组合零部件的制造成本，提高组合零部件包括对接精度，对接刚性、对接重复性、对接快速性和对接磨损小在内的对接性能，并改善组合系统的组合性以提出一种具有完全组合性的组合虎钳，即选择不同的钳体、不同的固定钳爪、不同的活动钳爪、不同的驱动部件和不同的附件，或选择相同的零部件进行不同的组装或调整，就可得到满足不同需要的各式虎钳，而且这些虎钳还可进一步组装成各种不同类型的多钳站；其次是提出一种活动爪的复合驱动结构和一种活动爪的复合夹紧结构，理想地使活动钳爪的滑动间隙随夹紧进程而自动逐步彻底消除的同时，还使活动钳爪自动产生一可预调的下行定位夹持分力以消除工件的非常定位间隙。

本专利的第一项发明是一种球形楔窝对接定位副—一种由球形楔和球形窝组成的对接定位副，可广泛用作两个机械零部件通过基准面对接时的定位要素，其特征是，如图1所示，所述的球形楔是一颗两边对称截顶的球即对称几何球台，所述的球形窝是一附设在对接基准面上的空心半球窝，球截顶窝空心的实质是确定球为楔的增力性，保证球为楔的有效性以及空出适度的配合接触面积和球窝材料变形流动空间；所述的球为楔的增力性是指配合接触角(α)的大小，所述的球为楔的有效性是指球端面是否未超出其配合球窝底，未超出者为无效楔，非未超出者为有效楔；所述的配合接触角(α)就是球楔于最底配合接触点的斜楔角，球截顶越多或窝空心越多，配合接触角(α)就越小，球为楔的增力能力就越强，同时配合接触面积也就越少，越有利于受力变形；如果相对球截顶过多或相对窝空心过少，就会导致球楔端面未超出其配合窝底，以至于球楔一挤就会因其端面受窝壁变形约束而丧失挤出窝底的自由度，使球为楔的挤扩功能不起作用；如果不顾及结构紧凑，则球不截顶而仅窝空心也可行，因为窝一空心就可同时空出全形球顶挤出窝底的自由度和球窝材料变形流动空间，窝空心多少就可决定球为楔的增力性和配合接触面积。

可想而知，对这种球形楔窝对接副的要求应当是，如图11和图12所示，当两个具有球形窝的基准面通过压力及球形楔对接在一起时，球形楔应当正好完成与两边的球形窝的紧密配合，球形楔的球心正好在对接面上。

如果以全形球与全形窝对接，显然，球顶一旦触及全封闭刚性球窝底，球大圆附近的楔功能不可能获得起作用所需的推力或移动进而放大出任何半点对球窝壁的挤扩力以使球窝“吞下”球心高出对接基准面的球而排除对接不拢的问题，而配合本身也不允许对接中出现球心低于对接基准面而引起的无定位对接状况，那末，“正好”的出路只能是难以胜任的现有机械加工。

然而，球适度截顶后，如图1所示，就是一颗增力球形楔，如果能有效利用之，则有可能挤扩配合球窝正好“吞下”其高出的球心至对接基准面。窝空心后，如图2所示，假设加工窝的理想刃具球头大圆最终只进到位置I而未进到理想足位位置II，相关小圆也只进到位置I′而未进到理想足位位置II′，则在位置II-窝口的直径残留量是： $D-d=2(r-b)=2(r-\sqrt{r^2-a^2}),$ 在位置I′-窝底的直径残留量是： $D^{\′}-d^{\′}=2(\sqrt{r^2-(\sqrt{r^2-r^{\′2}}-a{)}^2}-r^{\′});$ 通过对常用规格球窝的直径残留量(D-d)及(D′-d′)的计算列表考查就可发现，大致控制欠位量(a)，例如，对于r′＝9mm(即α＝30°)、r＝10mm的空心球窝，控制a＝0.05-0.10mm，就可获得一个比理想足位窝口仅小约0.65μm的欠位窝口，一个比相应理想足位圆小约0.07mm的欠位窝底，以至欠位窝口层正好可随工件渗碳淬硬作球楔压入定位，欠位窝底尖角附近易变形又可随工件不淬硬的直径残留量正好可用作球楔的挤扩加工余量，也就是说，适度空心的欠位球窝—一种窝心稍高于窝口基准面的空心球窝，就正适合接受球楔挤扩矫正“吞下”高出的球楔球心至对接基准面，或者说正适合实施球楔对球窝的足位挤扩配合或实现球楔与球窝的足位紧密配合—一种把球楔球心刚好挤平至配合欠位球窝基准面的配合。一个有效的球截顶与窝空心结构的球楔对球窝的挤扩能力十分富裕，轻易就可实现球楔对欠位量相当大(尺寸偏差相当大)的切削欠位球窝的足位挤扩配合矫正，因此，当球楔的精度足够高时，同规格的任何精密球楔与适度非精密(适当欠位量范围)的任何切削球窝都可实现足位挤扩配合，并以不同的窝壁塑性变形塑造出精度相同的精密挤扩球窝，达到有效降低球窝切削加工要求的目的。由于弹性变形的缘故，经首次足位挤扩配合矫正过的球窝仍然还是一欠位球窝，一个欠位量减少的但至少再次配合还会发生弹性变形的欠位球窝，因此，按足位挤扩配合加工获得的球窝都是欠位球窝，与球楔的理想工作配合状态都正好是所需要的足位紧密配合。也就是说，用精密球楔与适度空心及欠位的球窝对接，依靠球楔与球窝间的挤扩配合过程而不依靠精密机械加工就可实现球楔与球窝的程度正好的紧密配合—当两对接基面一受压合拢，球窝就自动对称“吞下”球楔而完成压配合，当一卸压松开，球楔就被球窝“弹出”而退出压配合。由于现有技术球的经济加工精度非常高，因此，球形楔窝对接副及其零部件的精度高而成本低。

由于球楔的入窝配合过程几乎无相对滑动、无磨损，因而球窝可以与其它定位副中相应的孔、槽及锥窝不一样，可以不为耐磨而淬硬；不淬硬的软质塑性球窝结构不仅不会影响窝的耐磨性，反而还会大大降低对相对更硬的配合球楔的磨损，提高球形楔窝副的总体耐磨性；实际上，由于欠位球窝的磨损趋势是足位球窝，而足位球窝的基准面的磨损或微量修磨是回归欠位球窝，因此，几乎无磨损而磨损又可恢复的球窝及其零部件的寿命几乎是无限的。由于球窝可以不淬硬，因此，与其它定位副中相应必须淬硬的孔、槽及锥窝相比，不仅球窝的切削性能最好球窝的制造工序最短，而且还可避开昂贵的磨削工序。由于每次工作配合过程都是一次高硬度的球楔对软质欠位球窝的足位挤扩矫正过程，因而微粒杂物可被挤入球窝而不至于敏感地影响到球形楔窝副的对接精度。由于球形楔窝副的定位要素(球)的中心是无大小的点，不可能产生影响定位要素大小和位置的形位误差，加工中只须简单分别保证定位要素(球)的尺寸公差和位置公差，而相应的销孔副的定位要素的轴线、键槽副的定位要素的对称面、销V槽副的定位要素的轴线与对称面、球锥窝副的定位要素中的轴线的形位误差不仅影响相关定位要素的位置度而且还影响相关定位要素的尺寸大小，因此，球形楔窝副对包括机床和工装的类型、结构、控制、操作、调整等在内的加工技术的要求是最简单的。由于球形楔窝副提供的位置要素(点)与面为对接基准的对接需求是一致的，对接中没有诸如轴线类和对称面类多余误差干涉，因此，球形楔窝副包括对接稳定性和对接精度在内的对接性能也是最好的。由于槽结构要或深或浅割断基准面(多余破坏表面和或多或少损害基体强度)，孔结构不仅要为销的装卸而贯穿基体(影响它向结构设计)而且还要为可制造性而节外生枝地要求一些附加空间(如空刀结构和孔粘接结构等)，而球窝结构既不需要割断基准面也可不贯穿基体，不仅不节外生枝地要求任何附加结构反而还可利用紧固螺钉沉孔而立，或者说球窝底还可顺便结构紧固螺钉的过孔、沉孔或螺纹孔，以至于凡可结构出紧固结构的地方就可结构出球窝对接结构，凡有一组定位与紧固对接结构的地方就可对接一个组合元件，反之亦然，凡是需要对接一个组合元件的地方，只要有最起码的紧固结构的布置条件就可实现，因此，可以说球窝结构具有极佳的构造组合元件的性能，或者说，以球形楔窝副为对接定位要素的组合系统具有极佳的组合性能。另外，球楔的入窝对准象锥销的入孔对准那样轻松随便，而不象键入槽和销入孔对准那样牵涉注意力；球形楔窝副中的球楔可象销槽副中的销和球锥窝副中的球那样快速放取，而不象键和销那样需要花费相当的放取时间；球形楔窝副象锥销孔副那样是耐磨性和刚性都最好的面接触配合，而键槽副和销孔副是耐磨性差、刚性良好的面接触配合，销槽配合副和球锥窝配合副是耐磨性和刚性都最差的线接触配合。

所以，与现有技术相比，球形楔窝对接副集中了所有现有对接副的优点而避开了所有现有对接副的缺点，达到了降低组合零部件的制造成本、提高组合零部件包括对接精度、对接刚性、对接重复性、对接快速性以及对接磨损小在内的对接性能、改善组合系统的组合性的最佳境界。

毫无疑问，双截顶球等同双锥销，空心球窝等同空心锥窝，因此，公开球形楔窝副也就自然公开出双锥楔窝副—一种由双锥销和锥形窝组成的对接定位副，与球形楔窝副同样，可广泛用作两个机械零部件通过基准面对接时的定位要素，其特征是，如图3所示，所述的双锥销是一颗中间大两头小的对称锥销，所述的锥形窝是一附设在对接基准面上的空心锥窝，形锥窝空的实质是确定销为楔的增力性即楔的楔角大小，保证销为楔的有效性即楔的挤出窝底自由度，空出适度的配合接触面积及窝壁材料变形流动空间，以提供有利的销为楔的对配合窝的挤扩变形条件。双锥楔窝副与球形楔窝副的性能差异在于，球形楔窝副的可加工性要稍优于双锥楔窝副，双锥楔窝副的自锁性可优于球形楔窝副，球形楔窝副无而双锥楔窝副有轴线类误差影响，还有就是二者的欠位直径残留量的分布不一样；这些差异既不影响二者的等同性也不影响二者相对其它对接定位副的优越性，但可引起不同实施者的不同选择，因此，如果不将双锥楔窝副作为本专利的第二项发明加以保护，则有的就可能会有意选择双锥楔窝副而避开球形楔窝副。与锥销孔副相比，双锥楔窝副的对接窝是以对接面对称的两个锥窝，只能分体分别制造，适用于可互换的标准零部件；而锥销孔副的对接孔是以对接面接续的一个孔，只能两件一体同时配作，不适用于可互换的标准零部件，只适用于无互换性的专用零部件。

实际上，球形楔窝副的可用性基础是楔对窝的可挤扩加工性，因此，披露球形楔窝副也就同时披露出本专利的第三项发明—一种楔窝欠位保障加工法—一种利用阳楔对配合阴窝的挤扩功能实现阳楔与欠位阴窝的足位紧密配合达到降低阴窝加工成本的方法，其特征是所述阳楔和阴窝的形状可以是球形、圆锥形或棱锥形，所述的欠位阴窝是指稍小于配合阳楔的阴窝或阳楔基准面(楔最大截面或端面)稍高于配合窝口基准面的阴窝，其中阳楔相对配合阴窝的基准高出量叫欠位阴窝的欠位量，所述的足位紧密配合，也可叫足位挤扩配合，是指阳楔基准面刚好被挤平至配合欠位阴窝基准面的配合状态；在结构设计上适度考虑楔的增力性、减少配合接触面积及增加窝底材料塑性，就可轻易实现阳楔与欠位量相当大(尺寸偏差相当大)的切削欠位阴窝的足位挤扩配合，达到过饱和降低阴窝切削加工要求的地步；由于阳楔的经济精度足够高，因此，同规格的任何精密阳楔与适度非精密(适度欠位量范围)的任何切削阴窝都可实现足位挤扩配合，并以不同的窝壁塑性变形塑造出精度相同的精密挤扩阴窝，达到有效降低精密阴窝加工成本的目的；由于弹性变形的缘故，经首次足位挤扩配合矫正过的阴窝仍然还是一个欠位阴窝，一个欠位量变少的但至少再次配合还会发生弹性变形的欠位阴窝，因此，经足位挤扩配合加工获得的楔窝都是欠位阴窝，与阳楔的理想工作配合过程同样都是足位挤扩配合过程；当窝壁的材料弹性过大时，为了获得较小欠位量的欠位阴窝，可对非精密的切削球窝适度实施过位挤扩配合矫正，当窝壁磨损而导致欠位量过小时，可通过窝口基准面的微量修磨而重新恢复；总之，无论是切削加工还是挤扩加工乃至修复加工，都必须保障配合窝是适度欠位阴窝，以保证阳楔与阴窝的工作配合都是足位挤扩配合即足位紧密配合，这就是所谓的楔窝欠位保障加工法。

本专利的第四项发明是一种活动钳爪的复合驱动结构，其特征是，如图5所示，活动钳爪的原始单向驱动球头，通过活动钳爪体上的斜面或中心线稍高于驱动球头轴线的锥形窝施力，使活动钳爪受到复合力F驱动；在所述驱动球头的颈部和钳体的爪约束面(爪支撑面对面)间悬挂一嵌入活动钳爪体内的扣板以限制驱动球头受力上翘，在所述驱动球头与所述扣板间的驱动球头颈部再插挂一开口弹性锁板以把驱动球头直接锁定在活动钳爪的驱动锥窝上和通过扣板间接锁定在活动钳爪的扣板嵌入槽上，所述扣板的作用等同一驱动球头上翘约束力P，所述开口弹性锁板的作用是把驱动球头与活动钳爪锁为一体并消除进退间隙；驱动球头前进时，通过驱动锥窝推动活动钳爪，活动钳爪带着嵌入其体内的扣板一道沿钳体上的爪轨向前滑至受到工件阻碍时，驱动球头的复合推力F将随夹紧进程的继续而渐增，驱动球头的上翘约束力P将随驱动锥窝对驱动球头的铅垂反作用力而渐增，渐增的水平分力司管逐渐夹紧工件，渐增的铅垂分力司管逐渐消除活动钳爪的滑动间隙以保证钳口面及钳口面所夹持的工件不至于受力歪斜，渐增的驱动球头的约束力P司管平衡驱动锥窝对驱动球头的铅垂反作用力，驱动球头后退时，通过锁板和扣板带动活动钳爪后退。图6是本发明实施例图5中的钳体的B-B剖视图，其中面a是活动钳爪沿其滑动的爪轨的爪支撑面，面b是活动钳爪沿其滑动的爪轨的爪导向面，面c是活动钳爪沿其滑动的爪轨的爪约束面；图7是图5的活动钳爪与钳体的装配B-B剖视图，从中可以看出，活动钳爪是通过固定在其上的T型压板被爪约束面约束在钳体爪轨上的。可想而知，如果驱动头轴线与驱动锥窝轴线重合，或如果水平驱动球头不是顶锥窝或斜面而是顶铅垂面，则活动钳爪在原始单一水平动力驱动下，钳口面受工件夹紧反作用力如Pt作用时必然随爪体一同歪斜，导致其夹持着的工件歪离定位面以及导致爪体歪离爪支撑面使爪约束结构受转矩而降低夹紧刚性和稳定性。现有技术上驱动式虎钳的驱动球头就是顶在铅垂面上的，其保持钳口面不至于受力过分歪斜的措施是提高爪轨约束面c对活动钳爪T型压板的约束配合精度，对难于实施精加工的爪轨约束面c提出了过高的要求，大大增加了制造成本。因此，与现有技术相比，本发明通过简单的活动钳爪滑动间隙自动消除机构，大大降低了虎钳制造成本，显著提高了活动钳爪的夹紧精度、夹紧刚性和夹紧稳定性。显然，通过力矩平衡式FxL₁₂＝PtxL_1′2和FxL₃₄＝PbxL_3′4′以及图5展示的F与Pt/Pb间和L₁₂/L_1′2/L₃₄/L_3′4′间的相关几何关系，就可完成与驱动锥窝有关的活动钳爪的结构设计，其中F是驱动球头施加在驱动锥窝上的复合驱动力，Pt是薄板工件被夹紧在最顶时对钳口的反作用力，Pb是薄板工件被夹紧在最底时对钳口的反作用力，Pt和Pb的大小正好都等于F的水平分力，L₁₂/L_1′2/L₃₄/L_3′4′是相关力的力臂。

本专利的第五项发明是一种活动钳爪的复合夹紧结构，其特征是，如图8所示，它是一个由压缩弹簧、垫圈、钢球和调节螺套组成的经螺孔装入活动钳爪体内的可调弹簧钢球撑起结构，拧所述调节螺套入螺孔的程度就可通过所述钢球和所述垫圈同时调整所述压缩弹簧的压缩程度即调整活动钳爪的下行夹紧始动力度和所述钢球突出活动钳爪滑动表面的程度即调整活动钳爪的下行夹紧行程，更换所述压缩弹簧就可调整活动钳爪的下行夹紧临终力度。调小活动钳爪的下行行程同时也在调大活动钳爪的下行始动力度，可保护软质精密工件表面免遭夹紧钳口划伤，必要时可调为零行程以完全关闭下行夹持分力。对设有弹簧钢球撑起结构的活动钳爪来说，在复合力的驱动下，活动钳爪将一直被弹簧钢球撑着在钳体的爪轨上滑动直至触及被夹工件而受阻，这既可减少活动钳爪的滑动阻力又可减轻接触件的滑动磨损；此后，受阻活动钳爪的水平驱动分力和铅垂驱动分力将随夹紧进程的继续而同时渐增，当活动钳爪的铅垂驱动分力增至大于弹簧钢球对活动钳爪的预调撑力时，活动钳爪将夹着工件一道下行直至活动钳爪的滑动表面触及钳体的爪支撑面和工件的定位面触及虎钳的工件定位面，达到同时自动最终彻底消除活动钳爪的滑动间隙和工件的非常定位间隙。如果活动钳爪无复合驱动功能，则活动钳爪无下行驱动分力源，不可能克服弹簧钢球的撑力而带着工件一道下行，因此，可以肯定无复合驱动结构的活动钳爪的弹簧钢球撑起结构不起消除工件的非常定位间隙作用，只起减少活动钳爪的滑动阻力和减轻接触件的滑动磨损作用；反之，如果活动钳爪只有复合驱动结构而无弹簧钢球撑起结构，则活动钳爪只有自动消除活动钳爪滑动间隙功能而无自动消除工件非常定位间隙功能。凡是有复合驱动功能的活动钳爪，无论是上驱动式还是下驱动式，都有不改变原结构而直接增设本复合夹紧结构的条件，改进使用性能。对于无驱动动力源的固定钳爪，如图10a和图10b所示，在固定钳爪的钳口上附设一块内装弹簧钢球的不自锁楔形垫，这块作固定钳口的楔形垫就可象前述的受复合驱动的活动钳爪的钳口一样，在工件的受夹过程中，当楔形垫的下滑力增至大于弹簧钢球的撑力时，就会夹着工件一道下行直至楔形钳口垫触及钳体的爪支撑面和工件的定位面触及虎钳的工件定位面，达到自动最终彻底消除工件的非常定位间隙。由于现有技术上驱动式虎钳的活动钳爪无复合驱动功能，其复合夹紧结构与前述的固定钳爪的复合夹紧结构一样，下行驱动力是靠楔形钳口垫提供的，不仅结构本身需要增加楔垫结构空间而且还需要楔垫保持结构空间，加之现有技术楔形钳口垫的弹簧支撑是撑在爪体的一专门台阶上不象本发明的弹簧钢球是撑在钳体的爪支撑面上的，又引出一个严重影响爪体特别是斜面的可加工性的异形爪体，因此，与现有技术相比，本活动钳爪的复合夹紧结构发明，不仅可简化和缩小要复合夹紧功能的活动钳爪结构而且还可简化要复合夹紧功能的固定钳爪结构(去掉楔垫专用支撑台阶)，大大提高加工性能，降低制造成本提高加工精度。

综上所述，本专利的活动爪的复合驱动结构和复合夹紧结构两项发明，可简单而又理想地使活动钳爪的滑动间隙随夹紧进程得到自动逐步彻底消除的同时，还使活动钳爪自动产生一个可预调的下行定位夹持分力使工件的非常定位间隙得到自动消除，达到了提出该两项发明的目的。

图9a/b/c和图10a/b/c所示的是按前述四项结构发明提出的一种组合虎钳系统的结构视图，同时也是以具体实例进一步说明前述四项结构发明的结构及实施要点的视图。

首先，图9a和图10a是选用相同的钳体、相同的活动钳爪、相同的驱动部件和不同的固定钳爪组合成的两种不同的虎钳；图9a的固定钳爪按图示方位安装时是提供一种V型钳口固定钳爪，可用于竖夹精密圆柱形工件，把固定钳爪旋转180°安装便可提供一种平钳口固定钳爪，可用于装夹精密软质工件；图10a的固定钳爪按图示配置时是提供一种有复合夹紧功能的固定钳爪，卸去楔垫就可用于卧夹圆柱形工件；利用固定钳爪和活动钳爪侧面的螺孔可安装一可调定位器，用于提供工件的第三定位；利用固定钳爪和活动钳爪钳口面上的螺孔可增设各种软质异型钳口，利用固定钳爪和活动钳爪顶面的定位楔窝和紧固螺孔可安装对刀块和钻模板；调节活动钳爪和固定钳爪楔形钳口垫内装的弹簧钢球的突起高度，可调整或关闭钳爪的下行定位夹持分力；用气、液、电动等驱动部件替换图中的丝杠驱动部件，可变手动虎钳为机动虎钳。

其次，图9a和图10a所示的虎钳是上驱动式(丝杠驱动式)虎钳，驱动部件安装在钳体的爪支撑面上，活动钳爪直接由位于钳体上方的短丝杠头驱动，与下驱动式(丝母驱动式)虎钳有一根丝杠纵贯钳体的情况不一样，无丝杠贯穿钳体，因而沿钳体纵向中心线按需设置了一些虎钳安装螺栓过/沉孔，需要时也可以螺栓过/沉槽取代之；由于楔窝对接副的优异可结构性一其定位阴窝可依紧固螺栓过/沉孔或过/沉槽而立，因此，在虎钳安装螺栓沉孔上按需同轴设置了一些有级调整驱动部件位置的定位阴窝，在钳体底部两端和中心的三个过孔下同轴设置了三个虎钳安装定位阴窝；由于楔窝对接副的快速精密可对接性，因此，使虎钳通过固定钳爪和活动钳爪及其驱动部件下面的安装孔进行的安装变得完全可行；由于钳体纵向中心线沿线是钳体原本狭长的虎钳的最适当的安装紧固位置，但此前却未能被人发现和利用，因此，沿钳体纵向中心线最大跨度地同时对虎钳实施最有效的对接定位和紧固，不仅革新和增加了虎钳的可安装性或相互组合性，而且还可免除现有技术钳体两侧的虎钳安装结构和压板空间，缩小虎钳体积和虎钳安装空间，甚至还大大提高了虎钳的安装精度、刚性和可靠性；一为安装更灵活二又因不增加虎钳体积，因而仍然在钳体两侧设置了虎钳安装压板槽。利用图4所示的一端是键另端是阳楔的过渡键楔和钳体底部的定位阴窝，可简单可靠地实现虎钳与机床工作台T形槽的卧式快速对接，必要时，利用楔窝对接副的旋转可调性还可简单可靠地实现虎钳同机床工作台的旋转可调对接；通过在钳体侧面同轴增设一个定位阴窝和一个紧固螺孔把分度游尺对接在钳体侧面上，再通过一副楔窝对接副把钳体对接在分度转座上，再通过可在分度静座中精密转动的分度转座带着钳体和游尺一道相对分度静座上的分度定尺转动分度，最后通过对接紧固螺钉把虎钳和分度转座同时压紧在分度静座上，可简单可靠地实现虎钳通过分度座进行精密游标分度；通过固定钳爪端的钳体底部楔窝对接副把虎钳对接在竖式单钳座上，竖式单钳座再通过对接副对接在机床工作台上，最后通过竖式单钳座上的斜置紧定螺钉和钳体侧面的压板槽端再把虎钳重复夹压在机床工作台上，可简单可靠地实现单台虎钳在机床工作台上的竖式安装；通过钳体底部两头的楔窝对接副把虎钳背靠背或背靠背与肩并肩相结合地对接在上下两块座板上，下座板再通过对接副对接在机床工作台上，可简单可靠地组装成卧式加工中心所需要的各种竖式多钳站。

因此，不难看出，本专利依据楔窝对接定位副发明提出的组合虎钳系统具有完全的组合性，即选择不同的钳体、不同的固定钳爪、不同的活动钳爪、不同的驱动部件和不同的附件，或选择相同的零部件进行不同的组装或调整，就可得到满足不同需要的各式虎钳，而且这些虎钳还可进一步组装成各种不同类型的多钳站。

图1是球形楔窝对接定位副的典型结构图，图2是空心定位球窝的欠位进给切削加工分析说明图，图3是双锥楔窝对接定位副的典型结构图，图4是过渡键球的典型结构图，图5是虎钳活动钳爪的复合驱动结构说明图，图6是图5中的钳体B-B剖视图，图7是图5的B-B剖视图，图8是为活动钳爪和固定钳爪楔口垫提供复合夹紧功能的弹簧钢球撑起结构剖视图。图9a是固定钳爪为V型钳口与平钳口的虎钳，图9b是将图9a中的固定钳爪移走而将其对接紧固件和定位球楔留在原处以及将活动钳爪移走而将其弹簧钢球撑起结构件留在原处的视图，图9c是把图9b中的移出活动钳爪翻转180°后进一步展示其底部结构和扣板嵌入槽的视图。图10a是固定钳爪有复合夹紧功能的虎钳，图10b是将图10a中的固定钳爪楔形钳口垫移走而将其弹簧钢球撑起结构件和保持件(螺钉)留在原处以及将驱动部件移走而将其对接紧固件和定位球楔留在原处的视图，图10c是把图10b中的移出驱动部件旋转180°后进一步展示其扣板和锁板结构及安装的视图。图11是驱动部件与钳体间的球形楔窝对接定位副的结构及理想工作配合状态剖视图，图12是固定钳爪与钳体间的球形楔窝对接定位副的结构及理想工作配合状态剖视图。

Claims (7)

1 一种由球形楔和球形窝组成的球形楔窝对接定位副，可广泛用作两个机械零部件通过基准面对接时的定位要素，其特征是，所述的球形楔是一颗两边对称截顶的球即对称几何球台，所述的球形窝是一附设在对接基准面上的空心半球窝；如果不顾及结构紧凑，则球不截顶而仅窝空心也是可行的。

2 一种由双锥销和锥形窝组成的双锥楔窝对接定位副，可广泛用作两个机械零部件通过基准面对接时的定位要素，其特征是，所述的双锥销是一颗中间大两头小的对称锥销，所述的锥形窝是一附设在对接基准面上的空心锥窝。

3 一种利用阳楔对配合阴窝的挤扩功能实现阳楔与欠位阴窝的足位紧密配合达到降低阴窝加工成本的楔窝欠位保障加工方法，其特征是，所述阳楔和阴窝的形状可以是球形、圆锥形或棱锥形，所述的欠位阴窝是指稍小于配合阳楔的阴窝或阳楔基准面(楔最大截面或端面)稍高于配合窝口基准面的阴窝，其中阳楔相对配合阴窝的基准高出量叫欠位阴窝的欠位量，所述的足位紧密配合，也可叫足位挤扩配合，是指阳楔基准面刚好被挤平至配合欠位阴窝基准面的配合状态；在结构设计上适度考虑楔的增力性、减少配合接触面积及增加窝底材料塑性，就可轻易实现阳楔与欠位量相当大(尺寸偏差相当大)的切削欠位阴窝的足位挤扩配合，达到过饱和降低阴窝切削加工要求的地步；由于阳楔的经济精度足够高，因此，同规格的任何精密阳楔与适度非精密(适度欠位量范围)的任何切削阴窝都可实现足位挤扩配合，并以不同的窝壁塑性变形塑造出精度相同的精密挤扩阴窝，达到有效降低精密阴窝加工成本的目的；由于弹性变形的缘故，经首次足位挤扩配合矫正过的阴窝仍然还是一个欠位阴窝，一个欠位量变少的但至少再次配合还会发生弹性变形的欠位阴窝，因此，经足位挤扩配合加工获得的楔窝都是欠位阴窝，与阳楔的理想工作配合过程同样都是足位挤扩配合过程；当窝壁的材料弹性过大时，为了获得较小欠位量的欠位阴窝，可对非精密的切削球窝适度实施过位挤扩配合矫正，当窝壁磨损而导致欠位量过小时，可通过窝口基准面的微量修磨而重新恢复；总之，无论是切削加工还是挤扩加工乃至修复加工，都必须保障配合窝是适度欠位阴窝，以保证阳楔与阴窝的工作配合都是足位挤扩配合即足位紧密配合，这就是所谓的楔窝欠位保障加工法。

4 一种活动钳爪有复合驱动结构的虎钳，其特征是，活动钳爪的原始单向驱动头，通过活动钳爪体上的斜面或中心线稍高于驱动头轴线的锥形窝施力，使活动钳爪受到复合力驱动。

5 一种按权利要求4所述的活动钳爪有复合驱动结构的虎钳，其特征是，在所述驱动头的颈部和钳体的爪约束面(爪支撑面对面)间悬挂一嵌入活动钳爪体内的扣板以限制驱动头受力上翘，在所述驱动头与所述扣板间的驱动头颈部再插挂一开口弹性锁板以把驱动头直接锁定在活动钳爪的驱动锥窝上和通过扣板间接锁定在活动钳爪的扣板嵌入槽上，所述扣板的作用等同一驱动头上翘约束力，所述开口弹性锁板的作用是把驱动头与活动钳爪锁为一体并消除进退间隙。

6 一种活动钳爪有复合夹紧结构的虎钳，其特征是，虎钳的活动钳爪有一个由压缩弹簧、垫圈、钢球和调节螺套组成的经螺孔装入活动钳爪体内的可调弹簧钢球撑起结构。

7 一种安装结构布局最有效的虎钳，其特征是，虎钳安装螺栓过/沉孔或螺栓过/沉槽沿钳体纵向中心线布置。

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