CN1439485A - 自动定位装置 - Google Patents

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Abstract

工件托板(3)上开有一个圆形的定位孔(5)。有一插销件(12)从基板(2)上突起而插入到定位孔(5)内。插销件(12)设有多个倾斜的外表面(13)，它在向上时逐渐变窄。有一形状为薄壁圆筒的中间件(15)被布置在插销件(12)的外侧。中间件(15)设有可配装在定位孔(5)内的垂直外表面，和与插销件(12)的倾斜外表面(13)相对的倾斜内表面(17)。设有圆锥形盘簧(34)可通过拉动件(21)使中间件(15)向下移动以便将它锁紧。

Description

自动定位装置
技术领域
本发明涉及一种装置，该装置能将一活动件如工件托架自动定位到一参照件如机床工作台上。
背景技术
这种自动定位装置一般是将一个活动件的支承表面上开出的圆形定位孔配装到一个从参照件的支承表面上突起的插销上(例如，日本专利公开57-27640号)。
传统的技术必须在定位的孔和芯棒之间设置一个预定的配合间隙以资将前者光滑地配合在后者之内。这种配合间隙使定位精度降低。
发明内容
本发明的目的是要提供一种装置，它能以高精度自动完成定位操作。
为了完成上述目的，本发明按下列方式构造了自动定位装置，如同图1A和1B、图4A和4B或图5所示。
自动定位装置的参照件2有一支承表面2a可接受活动件3的支承表面3a。活动件3的支承表面3a开有一个基本上为圆形的定位孔5。有一要被插入到定位孔5内的插销件12从参照件2上向前端方向突起。插销件12设有一个倾斜的外表面13，该表面当向前端方向延伸时会接近轴线。在插销12外周面之上设有一个环状中间件15使其周面的至少一部分可沿径向扩张和收缩。中间件15设有一个配装在定位孔5内的垂直的外表面16和一个与插销12的倾斜外表面相对的倾斜内表面17。有一拉动件21可沿轴向移动而插入到插销件12内，拉动件21的前端部连接到中间件15上。在参照件2内设有锁紧机构31和松开机构32。锁紧机构31通过拉动件21使中间件15向基端方向移动而被锁紧。与此相反，松开机构32通过拉动件21使中间件15向前端方向移动而被松开。
当将活动件对参照件定位时，首先，活动件的定位孔被配装在参照件的插销上，接着锁紧机构通过拉动件在向基端的方向上驱动中间件。然后中间件的倾斜内表面与插销的倾斜外表面直接或间接地进行斜楔接合，从而使中间件的至少一部分沿径向向外扩张。这样就把中间件的垂直外表面紧密地贴合在定位孔上。同时拉动件通过这个紧密贴合的中间件将活动件推到参照件上。
与此相反，当要松开锁紧的活动件时，只要使松开机构通过拉动件在向前端的方向上驱动中间件即可。这时在倾斜外表面和倾斜内表面之间的斜楔接合被撤消，造成中间件的至少一部分沿径向向内收缩。这样在中间件的垂直外表面和定位孔之间的紧密贴合状态就能被撤消。此后便可使活动件与参照件分离。
在定位孔和中间件互相配合后，本发明能去除配装间隙，因此能将定位孔和中间件平滑地配合在一起，同时以高精度完成定位操作。此外，由于锁紧机构和松开机构都设在参照件内，因此能自动完成定位操作和撤消定位操作，而且还能防止切屑、灰尘等外来物质侵入到锁紧机构和松开机构的内部区域。
另外，在进行锁紧驱动时，拉动件通过中间件将活动件推向参照件。因此，取决于需要，专用的夹紧装置可被省略。
本发明包括下面的装置。
例如，如图1A和1B所示，中间件15为一具有环状壁15a的薄壁圆筒。环状壁15a至少有一部分被这样构造使它能沿径向向外弹性变形，并能靠其自身的弹性恢复力沿径向向内返回。中间件15的内周上设有多个按预定间隔在圆周上互相分隔开的倾斜的内表面17。这个发明能使中间件的外表面不形成任何间隙，因此能防止切屑灰尘等外来物侵入到中间件内的空档内。这样定位装置便能长期使用而可不需维护。
另外，本发明包括下面的装置。
例如，如图1A和1B所示，插销件12的外周上设有多个按预定间隔在圆周上互相分隔开的倾斜的外表面13，并有滚动件18插置在每一个倾斜的外表面13和每一个倾斜的内表面17之间形成的空档内。这个发明能通过滚动件平滑地使倾斜的外表面与倾斜的内表面接合和使前者与后者脱离接合。
另外，本发明包括下面的装置。
例如，如图4A和4B所示，在中间件15的环状壁15a内设有至少一个沿轴向延伸的狭缝51，使环状壁15a能沿径向向外弹性变形并能靠其自身的弹性恢复力沿径向向内返回。这个发明能使中间件容易进行简单而又精确的加工，此外还能大大增加中间件沿径向的弹性变形量。
本发明例如如图4A和4B所示，可将橡胶或类似的弹性密封件52粘附到狭缝51上。在这种情况下，弹性密封件能阻止外来物质侵入到中间件内的空档内。
本发明例如如图1B或图4B所示，包括一个装置其中中间件15在其几乎整个圆周上制有垂直的外表面16。这个发明能增加在中间件和定位孔之间紧密贴合的面积，这样便可能以较高的精度来完成定位操作。
本发明例如如图6所示，包括一个装置其中中间件15设有多个在圆周上互相间隔开的、垂直的外表面。这个发明能够减少垂直外表面的紧密贴合的面积，但能得到大的压下力。
此外，本发明包括下面的装置。
例如如图6所示，中间件15被连结到件12使前者不能环绕轴线旋转。中间件15设有一对互相面对的垂直外表面16、16。卸载表面71、71由在成对的垂直表面之间形成的凹进部构成。按照这个发明，成对的卸载表面能使中间件和定位孔平滑地互相配合，结果可使配装操作容易而且可靠。
再者，本发明包括下面的装置。
例如如图5所示，在插销件12、中间件15和拉动件21中至少有一个是开启的，可以提供一个排放口64、65、66以便排放清洗的加压流体。按照这个发明，由于加压流体能吹掉附着在定位装置上的外来物质，因此定位操作能保证以高精度完成。
另外本发明例如如图4A所示，包括一个装置，其中倾斜的内表面17可直接与倾斜的外表面13接合。这个发明能提供一个简单而紧凑的定位装置。
附图说明
图1A、图1B和图2示出本发明的第一实施例；
图1A为一自动定位装置的立面剖视图；
图1B为在图1A中沿1B-1B线切开的、设在定位装置内的插销机构的平面剖视图；
图2为设在定位装置内、处在沿径向扩张状态的中间件的一个与图1B部分相似的略图；
图3A和3B示出中间件的一种修改；
图3A与图2相似，示出沿径向收缩的中间件；
图3B与图2相似，示出沿径向扩张的中间件；
图4A和4B示出本发明的第二实施例；
图4A为自动定位装置的立面剖视图；
图4B为在图4A中沿4B-4B线切开的剖视图；
图5与图4A相似，示出本发明的第三实施例；
图6与图4B相似，示出本发明的第四实施例。
具体实施方式
在第一实施例中，参照件的基板2被放置在机床的工作台1上。基板2有一支承表面2a可接受活动件的工件托板3的支承表面。工件托板3被布置得可与基板2对齐。
工件托板3的支承表面3a上被开出精密加工的圆形定位孔5。而在基板2上设有与相关定位孔5相当的插销机构6。这里只示出一组定位孔5和插销机构6，但实际上可设置多组定位孔5和插销机构6。
插销机构6的构造如下：
基板2的支承表面2a制有一个阶梯状的连接孔8，有一基准块9精密地配装在其内。该块9通过四个紧固螺栓10固定在连接孔8的阶梯部8a上。插销件12从基准块9上突起并被插入到定位孔5内。插销件12有一与连接孔8基本相同的轴线。
插销件在其外周上设有三个倾斜的外表面13，这些外表面在圆周上以基本相同的间隔互相间隔开，当向上延伸(在向前端的方向)时会与轴线接近。
有一环状中间件15被布置在插销件12的外周之上。在这个实施例中，该中间件15为一薄壁圆筒并被这样构造使它能沿径向向外弹性变形并且用其自身的弹性恢复力沿径向向内返回。
中间件15的整个外周上设有一个垂直的外表面16可配装在定位孔5内。顺便说一下，当中间件15沿径向收缩时，在定位孔5和垂直外表面16之间的配合间隙仅为0.05mm，其时定位孔5的直径例如约为30mm。
而在中间件15的内周上设有三个在圆周上以基本相同的间隔互相间隔开的、与插销件12的三个倾斜外表面13相对的倾斜内表面17。
有三个球(滚动件)18被插入到在相关倾斜外表面13和相关倾斜内表面17之间形成的空间内。在各球18之间可设有保持环(未示出)。
有一拉动件21可垂直移动地插置在插销件12内。拉动件21包括：一个活塞22气密地插置在基准块9的下部内，一个活塞杆23从活塞22向上突起，一个拉动螺栓24以螺纹接合连结在活塞杆23的上部，和一个环26，该环被拉动螺栓24的头部25推动到活塞杆23的上端表面上。中间件15有一上突缘27配装在螺栓头部25和环26之间形成的空档内。
有一锁紧机构31和一松开机构32设在基准块9内。锁紧机构31由多个圆锥盘簧34一个叠一个地层叠在活塞22的上侧构成的。而松开机构32是由一个在活塞22之下形成的松开液压室构成的。
拉动螺栓头部25制有两个小孔37用来驱动螺栓。硅橡胶或类似的密封件38被填充在每一个孔37内。硅橡胶或类似的密封件(未示出)也可填充在紧固螺栓10的头部10a的周围，以便防止切屑、灰尘或类似的外来物质停留在凹缝内。
自动定位装置的操作如下：
在图1A和1B的松开状态下，将压力油供到液压室35内，这样便能使活塞22连同活塞杆23克服圆锥弹簧34的推力而向上移动。活塞杆23通过拉动螺栓24和环26使中间件15升起而转变到沿径向收缩的状态。在本例中，在插销件12的上端表面和环26的下表面之间留有接触间隙。
当要将工件托板3定位在基板2上时，在图1A所示的松开状态下，首先使工件托板3下降，从而将定位孔5配装在中间件15的垂直外表面16上。
其次将液压室35内的压力油放掉，这时圆锥盘簧的推力发挥作用，活塞22通过拉动螺栓24和环26强烈地使中间件15向下移动。于是中间件15的倾斜内表面17通过多个球18与插销件12的倾斜外表面进行斜楔接合。这样如图2所示，中间件15的环状壁15a的三个部分41通过球18弹性地沿径向扩张而紧密地连结在定位孔5上。
同时，拉动螺栓24通过中间件15将工件托板3向下拉动。因此，工件托板3的支承表面3a被推向基板2的支承表面。之后，一个夹紧机构(未示出)将工件托板3强烈地抵压在基板2上。
当要从锁紧状态转变为松开状态时，首先，将夹紧机构(未示出)的夹紧状态撤消。其次，如上所述，将压力油供到液压室35内，这样拉动螺栓24和环26便能使中间件15升起。中间件15由于其自身的弹性恢复力沿径向收缩，因此脱离锁紧状态。此后，工件托板3就被升起。
在上述锁紧驱动时，环26的下表面被移动到与插销件12的上端表面接触，这样就可阻止中间件15继续下降到超过预定的距离。
另外，在锁紧驱动时将中间件往下拉的力可被设定为足够大的值，这样夹紧机构(未示出)便可被省掉。
图3A和3B示出中间件15的一个修改。这个修改不同于第一实施例之处在于插销件12的倾斜外表面13和中间件15的倾斜内表面17被设成两组，因此它们互相面对。图3A示出中间件15沿径向收缩，与图1B相似。图3B示出中间件15沿径向扩张，与图2相似。图3A中的标号45指出由于在定位孔5和中间件15之间定中心的误差而形成的间隙。另外在图3B中，标号46、47分别指出第一和第二松开间隙。
当使用图1B和2及图3B和3B所示的那种定位装置时，由于第一和第二松开间隙46、47的作用能够平滑地将工件托板3配装到基板2上，同时能精密地将前者定位到后者上。
第一实施例和其修改可被修改如下：
倾斜外表面13和倾斜内表面17可被设成至少四组成一组，而不是被设成三组或两组。
再者，可使用圆筒形辊或球形辊来替代球18。此外，球18可被省掉，倾斜外表面13可与倾斜内表面17直接接触。
支承表面2a可被设置在基准块9的突缘9a的上表面上而不是设置在基板2上。
图4A和4B、图5和图6分别示出第二、第三和第四实施例。在这些分开的实施例中，与第一实施例中的构件相似的零件在原则上以相同的标号或字母指出以便说明。
图4A和4B所示的本发明的第二实施例与第一实施例不同之处如下。图4A为自动定位装置的立面剖视图，与图1A相似。图4B为在图4中沿4B-4B线切开的剖视图，与图1B相似。
在本例中，中间件15被制成弹簧筒夹的形状。较具体点说，在中间件15的环状壁15a上设有沿轴向延伸的切缝51向环状壁15a垂直方向的两个相对端开口。这样环状壁15a的近乎整个的周边部就能沿径向向外弹性变形并依靠自身的弹性恢复力沿径向向内返回。在中间件15的近乎整个的外圆周上设有垂直的外表面16。中间件15还具有倾斜的内表面17可与插销件12的倾斜的外表面13直接接触。
切缝51有两种情况，一种是沿轴向垂直地延伸，另一种是对轴向倾斜。此外，切缝51并不限于一条而可为多条。在这种情况下，切缝51可交替在中间件15的一个上表面和一个下表面的周边上开口。
另外，橡胶或类似的弹性密封件52可通过胶粘或填充连结到切缝51上。但根据定位装置的用途弹性密封件52可被省略。
基准块9被压配合到基板2的连接孔8内。有两个千斤顶螺杆54用螺纹接合被连结到基准块9的突缘9a上。当要从基板2上拿掉基准块9时只需将该两螺杆54向下旋转，这样就可用块9的下表面来推动连接孔8的阶梯部8a。
在这第二实施例中，使用压缩螺旋弹簧56来替代图1A中的圆锥盘簧34。
图5示出第三实施例，与图4A相似。
在本例中，松开机构32设有松开液压室35，锁紧机构31也设有锁紧液压室59。
另外还设有供应清洁压缩空气的供应机构。供应机构包括在基板2内的第一流动通道61和在插销件12内的第二流动通道62。第二流动通道62与排放口64、65和66连通。第一排放口64由在拉动螺栓24头部25的下表面内制出的槽形成。第二排放口65开向插销件12的倾斜外表面13。第三排放口66开向插销件12下部的外表面。
各该排放口64、65和66可被倾斜。另外，压缩空气的流动通道可由在插销件12的内周表面和活塞杆23的外周表面之间形成的间隙构成。
此外，清洁压缩空气的排放口可被开向插销件12、中间件15和拉动螺栓24中的至少一个上。
当然，清洁机构也可用于第一和第二实施例。
图6示出第四实施例，与图4B相似。
在本例中，弹簧筒夹的中间件通过一个销钉70被连结到插销件12上，因此它被阻止环绕轴线旋转。中间件15在部分外周上设有两个互相背对的垂直外表面16、16，而在这两垂直外表面之间形成的凹进部则构成卸载表面71、71(见图4A中的双点链线部)。
当使用图6所示那种定位装置时，由于卸载表面71.71的作用，因此能够平滑地将工件托板配装到基板上，同时使前者对后者精确地定位。
另外，图5(或图4A)中所示实施例可被改变成下列结构而不是改变成图6中的实施例。
插销件12在外周上设有两个径向扩张用的突出部使它们互相背对，在这两个突出部之间则设有凹进部。每一个突出部都设有倾斜的外表面。
此外，对于突出部，包括径向扩张用的突出部或图6中的突出的垂直外表面16可设置至少三个使它们在圆周上互相间隔开而不是仅仅两个。这些突出部不仅可用于图6的装置，也可用于图1A和1B、图4A和4B、或图5中的所示装置。
各个实施例能进一步被修改如下：
插销件12可与基准块9分开制造而不是制成一个整体。在这种情况下，插销件12只需用螺栓固紧、螺纹接合或类似方法牢固地固定在基准块9上就可以了。
基准块9可与基板2整体制成，而不是分开制成。
用于锁紧或松开的压力流体可以是压缩空气和类似的气体而不是所举例子的压力油。此外，清洁压力流体可以是氮或类似气体和液体而不是例子中所举的压缩空气。
本发明的定位装置可设有能确定安置的机构。例如基板2的支承表面2a上可开有检测管孔(未示出)，检测用的压缩空气可供到检测管孔内。当工件托板3的支承表面3a与支承表面2a接触时，在检测管孔内的压力便会增加，压力转换器或类似物可感知这个压力增加，从而能够确定工件托板3已被安置在基板2上。
确定安置用的流动通道可用作清洗的流动通道，这样就不必单独设置流动通道。
参照件与活动件的组合除了例子中所举的基板2和工件托板3以外，可以是机床工作台与工件托板、工件托板与夹具基座、夹具基座与工件、和工作夹具如焊接夹具与工件的组合。另外，本发明可用于各种工作机械如激光束加工机、电火花加工机的工件、工具等的定位。
当然本发明的定位装置只须单套便可使用而不必使用多套。

Claims (16)

1.一种自动定位装置，它能将活动件(3)的支承表面(3a)定位放置在参照件(2)的支承表面(2a)上，该装置包括：
一个定位孔(5)，基本上制成圆形并向活动件(3)的支承表面(13)开通；
一个插销件(12)，有一轴线在朝向前端和基端的方向上延伸，并有一倾斜的外表面(13)，该外表面在向前端延伸时能逐渐接近轴线，插销件(12)系从参照件(2)向前端的方向突起，并被固定在参照件(2)上；
一个环状中间件(15)，有一垂直的外表面(16)配装在定位孔(5)内，和一倾斜的内表面(17)与倾斜的外表面(13)相对，中间件(15)被布置在倾斜外表面(13)的外侧，具有至少一个周边部被这样构造使它能沿径向扩张和收缩；
一个拉动件(21)，有一前端部可沿轴向移动地插入到插销件(12)内，拉动件(21)的前端部被连接到中间件(15)上；及
一个锁紧机构(31)和一个松开机构(32)，都设在参照件(2)内，锁紧机构(31)通过拉动件(21)在向基端的方向上移动中间件(15)将它锁紧，而松开机构(32)通过拉动件(21)在向前端的方向上移动中间件(15)将它松开。
2.如权利要求1所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)有一环状壁(15a)和一内周，呈薄壁圆筒状，并且至少一部分环状壁(15a)被这样构造使它能沿径向向外弹性变形，还能依靠其自身的弹性恢复力沿径向向内返回，
中间件(15)在内周上设有多个在圆周上互相间隔开的倾斜的内表面(17)。
3.如权利要求2所述的自动定位装置，其特征在于，设有多个在圆周上互相间隔开的倾斜的外表面，还设有多个滚动件(18)插入到每一个倾斜外表面(13)和第一个倾斜内表面(17)之间形成的空档内。
4.如权利要求1所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)的环状壁(15a)上设有至少一条沿轴向延伸的切缝，使该环状壁(15a)能沿径向向外弹性变形，还能依靠其自身的弹性恢复力沿径向向内返回。
5.如权利要求4所述的自动定位装置，其特征在于，橡胶或类似的弹性密封件(52)被连结到切缝(51)上。
6.如权利要求1所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)在其基本上为整个圆周上制有垂直的外表面(16)。
7.如权利要求1所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)设有多个在圆周上互相间隔开的垂直的外表面(16)。
8.如权利要求7所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)被连结到插销件(12)上以致不能环绕轴线旋转，并设有一对互相背对的垂直的外表面(16、16)，而将在这一对垂直外表面(16、16)之间形成的凹进部构成卸载表面(71、71)。
9.如权利要求1所述的自动定位装置，其特征在于，在插销件(12)、中间件(15)和拉动件(21)中至少有一个开有排放口(64、65、66)以便排放清洁用的压力流体。
10.如权利要求1所述的自动定位装置，其特征在于，倾斜的内表面(17)直接与倾斜的外表面(13)接合。
11.如权利要求2所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)在其基本上为整个周边上设有垂直的外表面(16)。
12.如权利要求2所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)设有多个在圆周上互相间隔开的垂直的外表面(16)。
13.如权利要求2所述的自动定位装置，其特征在于，倾斜的内表面(17)直接与倾斜的外表面(13)接合。
14.如权利要求3所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)在其基本上为整个周边上设有垂直的外表面(16)。
15.如权利要求3所述的自动定位装置，其特征在于，中间件(15)设有多个在圆周上互相间隔开的垂直的外表面(16)。
16.如权利要求4所述的自动定位装置，其特征在于，倾斜的内表面(17)直接与倾斜的外表面(13)接合。
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