CN1890051B - 定位固定装置及定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可提高相对基座体对固定对象物进行定位的定位精度、且可减少零件数量以降低制造成本、即使是长期反复使用也可维持高的定位精度和稳定的紧固状态的定位固定装置。在定位固定装置(3)中，定位机构(13)包括：环状锥面(40)，形成在筒状轴部(10b)的外周部上，用于在水平方向上对工件架(1)进行定位，且越向筒状轴部(10b)的轴芯方向前端侧，环状锥面(40)的直径越小；以及卡合部(41)，是设置在环状卡合构件(11)的内周侧部分上的环状卡合部(41)，可与环状锥面(40)卡合，且由于与环状锥面(40)的卡合而可向径向弹性变形，卡合部(41)具有：可与环状锥面(40)面接触的锥形环部(50)、以及从该锥形环部(50)向径向外侧连接的多个肋(51)。

Description

定位固定装置及定位装置

技术领域

本发明涉及一种将固定对象物定位固定在基座体上的定位固定装置、以及将固定对象物定位在基座体上的定位装置。

背景技术

专利文献1：日本专利特开2001-38564号公报

专利文献2：日本专利特开平08-155770号公报

专利文献3：日本专利特开2003-39264号公报

通常，对于加工中心等的机床，将工件架定位固定在机床的工作台上，对固定在该工件架上的工件实施机械加工。若为精密设备零件等的话，有时要求达到约1μm左右的加工精度，将工件架定位固定在工作台上时产生的误差会对工件的加工精度造成影响。即，工件架相对工作台的定位精度非常重要。一直以来，已有各种相对于固定在工作台上的基座体、或工作台自身形成的基座体将工件架进行定位固定的装置得到实际应用。

在日本专利特开2001-38564号公报(以下称为专利文献1)的带数据功能的紧固装置中，在基座体上以突出状设置有筒状轴部，在该筒状轴部上滑动自如地从外部嵌合有锥形筒，该锥形筒被弹簧构件向上方施力。在工件架上设置有可从外部嵌合在筒状轴部上的环状衬套。在衬套从外部嵌合在筒状轴部上的状态下，利用紧固机构将工件架拉向基座体进行固定，此时，锥形筒以紧贴状嵌合在筒状轴部和衬套的环状锥面之间，从而相对基座体在水平方向上对工件架进行定位，另外，衬套的抵接面从上侧抵接在基座体的承受面上，从而相对基座体在铅垂方向上对工件架进行定位。

在日本专利特开平08-155770号公报(以下称为专利文献2)的平板架等就位装置中，锥体以突出状设置在基座体上，在工件架上设置有可从外部与锥体嵌合的锥形承口，锥体的内周侧形成有用于促进弹性变形的环状凹槽。在锥形承口从外部嵌合在锥体上的状态下，利用紧固机构将工件架拉向基座体进行固定，此时，锥形承口与锥体卡合，锥体向直径缩小侧产生微小的弹性变形，从而紧贴在锥形承口的环状锥面上，由此相对基座体在水平方向上对工件架进行定位，另外，锥形承口的抵接面从上侧抵接在锥体的承受面上，由此相对基座体在铅垂方向上对工件架进行定位。

在日本专利特开2003-39264号公报(以下称为专利文献3)的工件架定位固定装置中，在基座体上以突出状设置有筒状轴部，在工件架上设置有可从外部嵌合在筒状轴部上的环状衬套。在衬套的内周侧部分上形成有可向径向弹性变形的大致呈环状的卡合部，在卡合部的外周侧形成有容许该卡合部的弹性变形的环状退避槽，在卡合部上还形成有多个切槽。在衬套从外部嵌合在筒状轴部上的状态下，利用紧固机构将工件架拉向基座体进行固定，此时，衬套的卡合部与筒状轴部可合，其卡合部向径向外侧的环状退避槽的方向弹性变形，与筒状轴部的环状锥面紧贴，从而相对基座体在水平方向上对工件架进行定位，另外，衬套的抵接面从上侧抵接在基座体的承受面上，从而相对基座体在铅垂方向上对工件架进行定位。

在此，在专利文献1、3的紧固机构中，在筒状轴部的轴孔中插入输出构件，在筒状轴部的前端部分保持有多个钢球，且这些钢球可向径向移动。通过驱动输出构件退入，利用输出构件的前端倾斜部向径向外侧推动多个钢球，使这些钢球卡合在衬套上形成的卡合凹部上，从而产生将工件架拉向基座体进行固定的紧固力。钢球的数量是数个(例如6个)，紧固时，在各钢球卡合的卡合凹部上作用有非常大的力。

但是，在专利文献1～3的发明中存在下述问题。

在专利文献1的带数据功能的紧固装置中，锥形筒与筒状轴部构成为不同的零件，且锥形筒可从外部滑动自如地嵌合在筒状轴部上，用弹簧构件对锥形筒向上方施力，用挡圈进行卡扣。采用具有这种锥形筒的结构，不但零件数量较多、制造成本昂贵，而且反复使用该紧固装置，筒状轴部与锥形筒的滑动部分会被磨损，再者，其磨损粉末堆积有可能导致定位精度显著降低。另外，因为在筒状轴部和锥形筒之间存在些许的间隙，故机械加工产生的切屑油、切削粉末会进入该间隙，有可能导致定位精度降低。

在专利文献2的平板架等就位装置中，需要使锥体向直径缩小方向弹性变形，但锥体由环状连续的厚度比较大的环状壁部构成。因此，锥体很难向直径缩小方向弹性变形，换言之，直径缩小尺寸极小，因此，为了使锥形承口与锥体卡合、且使锥形承口的抵接面抵接在锥体的承受面上，锥体、锥形承口都需要高的制造精度，由此导致整个装置价格昂贵。若显著地强化紧固机构的紧固力，可使锥体向直径缩小方向产生大的弹性变形，但会在锥体的环状锥面上作用大的力，从而易于产生偏磨损，不能长时间维持定位精度。再者，若使锥体向直径缩小方向产生大的弹性变形，则其弹性部分的应力就会过高，可能导致弹性变形部分产生不能回复的永久性变形。

因此，在专利文献3的工件架定位固定装置中，在衬套的环状卡合部的外周侧部分上形成容许卡合部的弹性变形的环状退避槽，还在卡合部上形成多个切槽，因此，卡合部变得易于向径向外侧弹性变形。但是，当在筒状轴部的轴芯与衬套的轴芯不一致的状态(例如即使是稍微错开的状态)下将工件架拉向基座体进行固定时，在卡合部卡合在筒状轴部上后，在无法利用该卡合使筒状轴部的轴芯与衬套的轴芯一致的情况下，卡合部产生局部弹性变形后紧贴在筒状轴部的环状锥面上，在该状态下，工件架被固定在基座体上。即，在工件架的载荷较重时，存在不能高精度且可靠地相对基座体在水平方向上对工件架进行定位的问题。

另外，在专利文献1、3的紧固机构中，紧固时，在多个钢球卡合的衬套的卡合凹部是环状锥面时，各钢球与环状锥面以点接触状卡合，接触面积较小，故会在环状锥面的局部上作用较大的力。因此，尤其是在紧固力较大时，在环状锥面上会出现钢球的接触痕迹，随着反复使用工件架会在环状锥面上不均匀地作用紧固力，从而很难维持稳定的紧固状态。由此，可以加大钢球的尺寸、或增加钢球的数量，但会导致紧固装置大型化等，不利于降低制造成本。

另外，在将金属模具定位固定在可动盘、固定盘等基座体上时，需要尽量提高其定位精度，但在使用专利文献1～3这种装置时，存在与上述相同的问题。

本发明的目的是：在定位固定装置中，通过在基座体的筒状轴部或固定对象物的环状卡合构件上设置可向径向弹性变形的环状卡合部，并将该卡合部构成为具有锥形环部和多个肋，从而提高相对基座体对固定对象物进行定位的定位精度、且减少零件数量以降低制造成本、即使是长期反复使用也可维持高的定位精度和稳定的紧固状态等。

发明内容

本发明的定位固定装置，包括：紧固机构，将固定对象物拉向基座体进行固定，该固定对象物是用于安装需要进行机械加工的工件的工件架或金属模具；以及相对基座体分别在水平方向和铅垂方向上对该固定对象物进行定位的定位机构，其特征在于，包括：以突出状设置在所述基座体上的筒状轴部；以及以可从外部嵌合在该筒状轴部上的形态设在固定对象物上的环状卡合构件，所述定位机构包括：环状锥面，形成在筒状轴部的外周部上，用于在水平方向上对所述固定对象物进行定位，且越向筒状轴部的轴芯方向前端侧，环状锥面的直径越小；以及卡合部，是设置在环状卡合构件的内周侧部分上的环状的卡合部，可与所述环状锥面卡合，且所述卡合部具有：可与所述环状锥面面接触的锥形环部、以及从该锥形环部向径向外侧连接的多个肋，所述卡合部构成为：在与环状锥面卡合的状态下被利用所述紧固机构进行固定时，通过所述多个肋向径向的压缩变形，该卡合部向径向弹性变形(技术方案1)。

在该定位固定装置中，在设在固定对象物上的环状卡合构件从外部嵌合在基座体上突出设置的筒状轴部上的状态下，利用紧固机构将固定对象物拉向基座体进行固定，此时，利用定位机构相对基座体分别在水平方向和铅垂方向上对固定对象物进行定位。在定位机构中，在筒状轴部的外周部上形成有越向筒状轴部的轴芯方向前端侧直径越小的环状锥面，在环状卡合构件的内周侧部分上形成有可与环状锥面卡合的卡合部，在利用紧固机构将固定对象物拉向基座体进行固定时，环状的卡合部向径向外侧弹性变形使直径扩大，从而以紧贴状与环状锥面卡合，由此相对基座体在水平方向上对固定对象物进行定位，在此，设置在基座体和环状卡合构件上的定位用水平面彼此间抵接，由此相对基座体在铅垂方向上对固定对象物进行定位。

因为所述卡合部具有：可与环状锥面面接触的锥形环部、以及从该锥形环部向径向外侧连接的多个肋，因此，在利用紧固机构将固定对象物拉向基座体进行固定时，利用在锥形环部的外周侧形成在多个肋之间的空间促进卡合部的弹性变形，使多个肋压缩变形，使整个锥形环部扩张，从而使卡合部卡合在筒状轴部上，可靠地向径向外侧弹性变形，使锥形环部可靠地紧贴在筒状轴部的环状锥面上。尤其是，多个肋可赋予卡合部适度的刚性，因此，当在筒状轴部的轴芯与环状卡合构件的轴芯不一致的状态下利用紧固机构将固定对象物拉向基座体进行固定时，在使卡合部卡合在筒状轴部上后，首先卡合部处于没有弹性变形的状态，在利用所述卡合使筒状轴部的轴芯与环状卡合构件的轴芯一致后，卡合部产生弹性变形，以紧贴状与环状锥面卡合。

其结果是，即使是较重的固定对象物，也可大幅提高相对基座体进行定位的定位精度。另外，因为卡合部一体地形成在环状卡合构件上，故可减少零件数量，具有更加充分的弹性变形量，由此可加大制造容许公差，降低制造成本，而且，也不易产生对定位精度造成影响的磨损，也不会因机械加工产生的切削油剂、切削粉末等的影响而导致功能降低，即使是长期反复使用也可维持高的定位精度。

另外，本发明的定位固定装置，包括：紧固机构，将固定对象物拉向基座体进行固定，该固定对象物是用于安装需要进行机械加工的工件的工件架或金属模具；以及相对基座体分别在水平方向和铅垂方向上对该固定对象物进行定位的定位机构，其特征在于，包括：以突出状设置在所述基座体上的筒状轴部；以及以可从外部嵌合在该筒状轴部上的形态设在固定对象物上的环状卡合构件，所述定位机构包括：环状锥面，形成在环状卡合构件的内周部上，用于在水平方向上对所述固定对象物进行定位，且越向筒状轴部的轴芯方向前端侧，环状锥面的直径越小；以及卡合部，是设置在筒状轴部的外周侧部分上的环状卡合部，可与所述环状锥面卡合，且所述卡合部具有：可与所述环状锥面面接触的锥形环部、以及从该锥形环部向径向内侧连接的多个肋，所述卡合部构成为：在与环状锥面卡合的状态下利用所述紧固机构固定环状卡合构件时，通过所述多个肋向径向的压缩变形，该卡合部向径向弹性变形(技术方案2)。

在该定位固定装置中，对于定位机构，在环状卡合构件的内周部上形成有越向筒状轴部的轴芯方向前端侧直径越小的环状锥面，在筒状轴部的外周侧部分上形成有可与环状锥面卡合的卡合部，在将固定对象物拉向基座体进行固定时，环状的卡合部向径向内侧弹性变形使直径缩小，从而以紧贴状与环状锥面卡合。所述卡合部具有：可与环状锥面面接触的锥形环部、以及从该锥形环部向径向内侧连接的多个肋，利用在锥形环部的内周侧形成在多个肋之间的空间促进卡合部(锥形环部)的弹性变形，使多个肋压缩变形，使整个锥形环部收缩，从而使卡合部可靠地向直径缩小方向弹性变形。其他起到与技术方案1的发明相同的作用效果。

在上述发明中，可采用如下结构。

所述卡合部具有在所述锥形环部的外周侧或内周侧形成在多个肋之间的多个孔部(技术方案3)。在将固定对象物拉向基座体进行固定时，可使卡合部可靠且适度地向径向弹性变形，并以紧贴状卡合在环状锥面上，可提高相对基座体对固定对象物进行定位的定位精度。另外，例如在厚壁的环状部分上形成多个孔部，从而可简单地将锥形环部和多个肋形成为一体，可抑制制造成本。

在所述孔部中充填有可弹性变形的树脂材料(技术方案4)。能可靠地防止机械加工产生的切削油剂、切削粉末等进入孔部内，可使卡合部可靠且适度地向径向弹性变形，即使是长期反复使用也可维持高的定位精度。

所述定位机构包括：承受面，设置在基座体上，用于在铅垂方向上对所述固定对象物进行定位；以及抵接面，设置在环状卡合构件上，在卡合部与所述环状锥面卡合的状态下，该抵接面与承受面抵接(技术方案5)。也可相对基座体在铅垂方向上可靠地对固定对象物进行定位。

所述紧固机构包括：输出构件，移动自如地插入在所述筒状轴部的轴孔中；多个钢球，分别以可沿径向移动的状态保持在所述筒状轴部的多个保持孔中；多个卡合凹部，形成在环状卡合构件上，在环状卡合构件从外部嵌合在所述筒状轴部上的状态下，可分别与多个钢球面接触或线接触；紧固驱动机构，向远离固定对象物的方向驱动所述输出构件，使多个钢球分别与多个卡合凹部卡合，以将固定对象物固定在基座体上；以及紧固解除机构，向靠近固定对象物的方向驱动所述输出构件，分别解除多个钢球与多个卡合凹部的卡合，从而解除固定对象物和基座体的固定(技术方案6)。

在设在固定对象物上的环状卡合构件从外部嵌合在基座体上设置的筒状轴部上的状态下，利用紧固驱动机构向远离固定对象物的方向驱动输出构件，从而该输出构件将保持在筒状轴部中的多个钢球向径向外侧推动，使其分别可面接触或线接触地卡合在环状卡合构件的多个卡合凹部上，因此可将固定对象物拉向基座体进行固定，从该状态开始，利用紧固解除机构向靠近固定对象物的方向驱动输出构件，使多个钢球向径向内侧退避，分别解除与环状卡合构件的多个卡合凹部的卡合，因此可解除固定对象物和基座体的固定。紧固时，在各钢球卡合的卡合凹部上作用有非常大的力，但由于各钢球可与卡合凹部面接触或线接触地进行卡合，与点接触地卡合在卡合凹部上的情况相比，与卡合凹部的接触面积变大，从而即使是在长期反复使用的情况下，在该卡合凹部上也不会出现钢球的接触痕迹，可维持稳定的紧固状态。

所述卡合凹部形成为局部球面状或局部圆筒面状(技术方案7)。能可靠地使多个钢球分别可面接触或线接触地卡合在多个卡合凹部上。

所述紧固解除机构具有形成在输出构件上的多个退避凹部，可供多个钢球向径向内侧退避，所述紧固驱动机构具有形成在输出构件上的多个倾斜凹部，该倾斜凹部与所述多个退避凹部相连，可向径向外侧推动多个钢球(技术方案8)。从将固定对象物固定在基座体上的状态开始，通过利用紧固解除机构向靠近固定对象物的方向驱动输出构件，可使多个钢球向径向内侧移动，可靠地退避到输出构件的多个退避凹部中，另外，通过利用紧固驱动机构向远离固定对象物的方向驱动输出构件，多个钢球可由输出构件的多个倾斜凹部可靠地向径向外侧推动，从而卡合在环状卡合构件的多个卡合凹部上。

另外，本发明的定位装置，用于相对基座体对固定对象物进行定位，该固定对象物是用于安装需要进行机械加工的工件的工件架或金属模具，其特征在于，包括：以突出状设置在所述基座体上的轴状部；以可从外部嵌合在所述轴状部上的形态设在固定对象物上的环状卡合构件；环状锥面，形成在轴状部的外周部上，用于在水平方向上对所述固定对象物进行定位，且越向轴状部的轴芯方向前端侧，环状锥面的直径越小；以及卡合部，是设置在环状卡合构件的内周侧部分上的环状的卡合部，可与所述环状锥面卡合，且所述卡合部具有：可与所述环状锥面面接触的锥形环部、以及从该锥形环部向径向外侧连接的多个肋，所述卡合部构成为：利用与环状锥面的卡合，通过所述多个肋向径向的压缩变形，该卡合部可向径向弹性变形(技术方案9)。

对于利用该定位装置相对基座体进行定位的固定对象物，利用与该定位装置一体或分开设置的紧固装置固定在基座体上。该定位装置可起到与技术方案1的定位机构基本相同的作用效果。另外，也可像技术方案2的定位机构那样构成为，包括：环状锥面，形成在环状卡合构件的内周部上，用于在水平方向上对所述固定对象物进行定位，且越向轴状部的轴芯方向前端侧，环状锥面的直径越小；以及卡合部，是设置在轴状部的外周侧部分上的环状卡合部，可与所述环状锥面卡合，且由于与环状锥面的卡合而可向径向弹性变形，所述卡合部具有：可与所述环状锥面面接触的锥形环部、以及从该锥形环部向径向内侧连接的多个肋。另外，该定位装置也可与技术方案3～5同样地构成。

附图说明

图1是工件架、基座体及定位固定装置的整体构成图。

图2是定位固定装置(紧固解除状态)的纵向剖视图。

图3是图2的定位固定装置的局部放大图。

图4是定位固定装置(紧固途中状态)的纵向剖视图。

图5是图4的定位固定装置的局部放大图。

图6是定位固定装置(紧固状态)的纵向剖视图。

图7是图6的定位固定装置的局部放大图。

图8是活塞构件的立体图。

图9是环状卡合构件的立体图。

图10是环状卡合构件的俯视图。

图11是环状卡合构件的仰视图。

图12是环状卡合构件的纵向剖视图。

图13是紧固机构的主要部分的纵向剖视图。

图14是图13的a-a线剖视图。

图15是定位固定装置的纵向剖视图。

具体实施方式

下面参照附图对实施本发明的较佳形态进行说明。如图1所示，工件架1(固定对象物)用于安装需要进行机械加工的工件，且该工件架1利用4组定位固定装置3定位固定在基座体2上，该基座体2固定在机床的工作台上，在该状态下，利用机床对固定在工件架1上的工件实施机械加工。工件架1形成为大致呈正方形的厚板状，基座体2也形成为大致呈正方形的厚板状。基座体2也有时由机床的工作台本身构成。4组定位固定装置3在工件架1和基座体2上配置在大致呈正方形的四个角附近。

下面对定位固定装置3进行说明。因为4组定位固定装置3的结构是相同的，故仅对一组定位固定装置3进行说明。

如图2、图4、图6所示，定位固定装置3包括：固定性地设置在基座体2上的基准体10；可从外部嵌合在该基准体10的筒状轴部10b上、并固定性地设置在工件架1上的环状卡合构件11；将工件架1拉向基座体2可解除固定地进行固定的紧固机构12；将工件架1相对基座体2分别在水平方向和铅垂方向上定位的定位机构13；以及喷射除尘用加压空气的空气喷射机构14等。

设在基准体2上的基准体10具有：处于上下方向的中段部分的大直径部10a、从大直径部10a向上方延伸的筒状轴部10b、以及从大直径部10a的下端突出的环状部10c。基准体10的环状部10c内嵌在从上侧形成在基座体2上的收容孔2a中，大直径部10a以与基座体2的上表面抵接的状态利用穿过该大直径部10a的多个螺栓固定在基座体2上，筒状轴部10b处于以突出状设置在基座体2上的状态。在基准体10的大直径部10a和筒状轴部10b上形成有供活塞构件20的杆部20b穿过的轴孔10d。

在大直径部10a的上表面上形成有环状的承受面42，在筒状轴部10b下部的外周面上形成有越向上侧直径越小的环状锥面40。在大直径部10a的下侧，在环状部10c的内侧形成有环状的弹簧收容部10e。在环状部10c上安装有对环状部10c与收容孔2a的壁面之间进行密封的密封构件15、以及对环状部10c与活塞构件20的活塞部20a之间密封的密封构件16，在收容孔2a中，在环状部10c与活塞构件20的活塞部20a的下侧部分之间形成有油室35。

设在工件架1上的环状卡合构件11以内嵌状收容在从下侧形成在工件架1上的收容孔1a中，在夹入高度调整用垫板17进行高度调整后利用多个螺栓固定在工件架1上。在形成在该环状卡合构件11的下端部上的环状凸部的下表面上形成有抵接面43，在环状卡合构件11的内周侧部分上形成有环状的卡合部41。另外，在工件架1上形成有与收容孔1a的上端中央部相连的凹孔1b。

下面对紧固机构12进行说明。

如图2、图4、图6、图8～图12所述，紧固机构12包括：作为输出构件的活塞构件20，其杆部20b移动自如地插入在基准体10的大直径部10a和筒状轴部10b的轴孔10d中；多个(例如6个)钢球22，形成在筒状轴部10b的上端部分，分别以可沿径向移动的状态保持在多个(例如6个)保持孔21中；多个(例如为12个，其中6个与多个钢球22卡合)卡合凹部23，形成在环状卡合构件11的内周侧部分的上端，在环状卡合构件11从外部嵌合在筒状轴部10b上的状态下，可分别与多个钢球22线接触；紧固驱动机构24，向远离工件架1的方向(下方)驱动活塞构件20，使多个钢球22分别与多个卡合凹部23卡合，以将工件架1固定在基座体2上；以及紧固解除机构25，向靠近工件架1的方向(上方)驱动活塞构件20，分别解除多个钢球22与多个卡合凹部23的卡合，从而解除工件架1和基座体2的固定。

活塞构件20具有：活塞部20a、以及从活塞部20a向上方延伸的杆部20b，活塞部20a滑动自如地内嵌在基准体10的环状部10c上，杆部20b移动自如地插入在基准体10的大直径部10a和筒状轴部10b的轴孔10d中。杆部20b和基准体10之间用密封构件18进行密封。在活塞部20a上从上侧形成有环状的弹簧收容孔20c，在该弹簧收容孔20c和基准体10的弹簧收容部10e中以压缩状态收容有多个盘簧30，该盘簧30相对基准体10向下方对活塞构件20施力。

多个保持孔21以周向等间隔(例如间隔60度)的状态形成在筒状轴部10b上。各保持孔21的截面形成为圆形，其直径越向径向外侧越逐渐减小，径向外端部分的直径比钢球22的直径小，以使钢球22不会从保持孔21中脱出，该保持孔21对钢球22进行限制，使其相对筒状轴部10b仅沿大致径向移动。多个卡合凹部23以周向等间隔(例如间隔30度)的状态形成在环状卡合构件11上。各卡合凹部23形成为局部圆筒面状，该局部圆筒面的轴芯形成为相对环状卡合构件11的轴芯向斜下侧倾斜的形状。

紧固驱动机构24包括：所述多个保持孔21，收容多个钢球22，对多个钢球22进行限制，使其相对筒状轴部10b仅大致沿径向移动；对活塞构件20向下方施力的所述多个盘簧30；以及多个(例如6个)倾斜凹部31，形成在活塞构件20的杆部20b的前端部分上，可向径向外侧推动多个钢球22。另外，紧固解除机构25包括：具有所述油室35和活塞构件20的油压缸36；通过形成在基座体2上的油路35a向油室35供给油压的油压装置(未图示)；以及多个(例如6个)退避凹部37，形成在活塞构件20的杆部20b的前端部分上，可供多个钢球22向径向内侧退避。多个倾斜凹部31形成为与多个退避凹部37的上端侧相连，这些倾斜凹部31和退避凹部37在周向上以等间隔(例如间隔60度)的状态形成。

在利用油压装置向油室35供给油压的状态下，活塞构件20位于上升界限位置，在该状态下，杆部20b的多个退避凹部37与筒状轴部10b的多个保持孔21相对，多个钢球22可退避到多个退避凹部37中。当利用油压装置释放油室35中的油压时，紧固驱动机构24的多个盘簧30向下方驱动活塞构件20，利用杆部20b的多个倾斜凹部31向径向外侧推动多个钢球22，使其分别卡合在多个卡合凹部23上，产生将工件架1强力地拉向基座体2进行固定的紧固力。从该状态开始，在紧固解除机构25中，当利用油压装置向油室35供给油压时，该油压向上方驱动活塞构件20，使多个钢球22退避到多个退避凹部37中，分别解除与多个卡合凹部23的卡合，从而解除工件架1和基座体2的固定。

下面对定位机构13进行说明。

如图2～图12所示，定位机构13包括：环状锥面40，形成在筒状轴部10b下部的外周部上，用于在水平方向上对工件架1进行定位，且越向筒状轴部10b的轴芯方向前端侧(上侧)，环状锥面40的直径越小；环状的卡合部41，设置在环状卡合构件11的内周侧部分上，可与环状锥面40卡合，由于与环状锥面40的卡合而可向径向弹性变形；承受面42，设置在基座体2上，用于在铅垂方向上对工件架1进行定位；以及抵接面43，设置在环状卡合构件11上，在卡合部41与环状锥面40卡合的状态下，该抵接面43与承受面42抵接。

在此，在环状卡合构件11的中央部形成有用于导入筒状轴部10b的中心孔11a，在该中心孔11a的上端部分形成有供筒状轴部10b以大致滑动状穿过的小直径孔部11b，在该小直径孔部11b上形成有多个卡合凹部23的径向内端部。从该小直径孔部11b开始向下方连续地形成有越向下侧直径越大的锥形导向孔部11c，从锥形导向孔部11c开始向下方连续地形成有越向下侧直径越大的锥形孔部11d，该锥形孔部11d的内表面成为卡合部41的锥形环部50的内表面。

如图2、图4、图6、图8～图12所述，卡合部41包括：可与筒状轴部10b的环状锥面40面接触的锥形环部50；从该锥形环部50向径向外侧连接的多个(例如为12个)肋51；以及在该锥形环部50的外周侧形成在多个肋51之间的多个(例如为12个)孔部52。该锥形环部50及多个肋51一体形成在环状卡合构件11上，多个肋51和多个孔部52以在周向上交替且等间隔的形态形成。多个孔部52从下侧形成在环状卡合构件11上，在这些孔部52中填充有可弹性变形的树脂材料53。另外，图9是省略了树脂材料53的图。

如图2、图4、图6所示，空气喷射机构14用于在搬入工件架1并将其固定在基座体2上时，进行空气喷射以使筒状轴部10b外面侧和环状卡合构件11内面侧的切削粉末等飞散。该空气喷射机构14包括：与外部的加压空气供给装置连接的基座体2内的空气通路61；基准体10内的空气通路63；活塞构件20的杆部20b内的空气通路64、65；环状槽66；以及喷射孔67、68。在此，空气通路64的下游端部由被弹簧69a向下方施力的滚珠69b盖住，防止切屑油等进入空气通路64中，当供给空气喷射用加压空气时，滚珠69b上升，从而空气通路64的下游端打开。另外，空气通路60、62、69是就位确认用空气传感通路，用于通过供给加压空气来确认环状卡合构件11的抵接面43与基座体2的承受面42的抵接、就位。

下面对定位固定装置3的作用进行说明。

如图2所示，当将工件架1放置在基座体2上时，向油室35供给油压，将紧固机构12切换成紧固解除状态。在该状态下，通过供给到油室35中的油压，活塞构件20克服多个盘簧30的施力而上升到上升界限位置。此时，杆部20b的上端部稍向筒状轴部10b的上侧突出，杆部20b的多个退避凹部37处于从内侧与筒状轴部10b的多个保持孔21相对的位置。即，收容在多个收容孔21中的多个钢球22可向径向内侧移动而退避到多个退避凹部37中，因此，在使搬到基座体2上的工件架1的环状卡合构件11与对应的基准体10对准后，使工件架1下降，从而可使环状卡合构件11从外部嵌合在筒状轴部10b上进行装配。

如图2所示，在将工件架1放置在基座体2上的状态下，向筒状轴部10b的上侧突出的杆部20b的上端部与工件架1的凹孔1b的上壁抵接，由该杆部20b承受支撑工件架1，此时，环状卡合构件11的卡合部41不与筒状轴部10b的环状锥面40紧贴，在径向上也不产生弹性变形，另外，如图3所示，在基准体10的承受面42和环状卡合构件11的抵接面43之间存在间隙。在此，在将工件架1放置在基座体2上时或放置后，利用空气喷射机构14从多个喷射孔67、68喷出空气以使切削粉末等飞散。

其次为了将工件架1定位固定在基座体2上，而使紧固驱动机构24动作。此时，释放油室35中的油压，利用多个盘簧30驱动活塞构件20下降。当驱动活塞构件20下降时，工件架1也下降，接着，杆部20b的上端部退入筒状轴部10b的轴孔10d内，利用杆部20b的多个倾斜凹部31向径向外侧推动多个钢球22，使其向环状卡合构件11的卡合凹部23上卡合，首先如图4所示，环状卡合构件11的卡合部41与筒状轴部10b的环状锥面40卡合，此时，如图5所示，在基准体10的承受面42与环状卡合构件11的抵接面43之间存在些许的间隙。

另外，当驱动活塞构件20下降时，利用杆部20b的多个倾斜凹部31向径向外侧推动多个钢球22，利用与多个卡合凹部23卡合的多个钢球22将紧固力传递给环状卡合构件11、即工件架1，从而将工件架1拉向基座体2。并且，如图6、图7所示，环状卡合构件11的卡合部41向径向外侧弹性变形，且与筒状轴部10b的环状锥面40强力地卡合而成为紧贴状态，相对基座体2在水平方向上对工件架1进行定位，另外，环状卡合构件11的抵接面43与基准体10的承受面42抵接而成为紧贴状态，相对基座体2在铅垂方向上对工件架1进行定位。

在此，如图2所示，在工件架1放置在基座体2上的状态下，很多时候会出现筒状轴部10b的轴芯与环状卡合构件11的轴芯不一致的情况。此时，当将工件架1拉向基座体2进行固定时，在卡合部41与筒状轴部10b的环状锥面40卡合后，首先卡合部41处于没有弹性变形的状态，在利用所述卡合使筒状轴部10b的轴芯与环状卡合构件11的轴芯一致后，卡合部41产生弹性变形，以紧贴状与环状锥面40卡合。另外，当解除工件架1和基座体2的固定时，向油室35供给油压。于是，活塞构件20上升，利用其杆部20b将工件架1顶起，能可靠地解除卡合部41和筒状轴部10b的卡合。

上面说明的定位固定装置3可起到下述效果。

定位机构13包括：环状锥面40，形成在筒状轴部10b的外周部上，用于在水平方向上对工件架1进行定位，且越向筒状轴部10b的轴芯方向前端侧，环状锥面40的直径越小；以及环状的卡合部41，设置在环状卡合构件11的内周侧部分上，可与环状锥面40卡合，由于与环状锥面40的卡合而可向径向弹性变形。因此，在将工件架1拉向基座体2进行固定时，使环状卡合部41向径向外侧弹性变形，从而与环状锥面40以紧贴状卡合，可相对基座体2在水平方向上可靠地对工件架1进行定位。

另外，定位机构13包括：承受面42，设置在基座体2上，用于在铅垂方向上对工件架1进行定位；抵接面43，设置在环状卡合构件11上，在卡合部41与环状锥面40卡合的状态下，该抵接面43与承受面42抵接。因此，也可相对基座体2在铅垂方向上可靠地对工件架1进行定位。

尤其是，卡合部41包括：可与环状锥面40面接触的锥形环部50；从该锥形环部50向径向外侧连接的多个肋51；以及在该锥形环部50的外周侧形成在多个肋51之间的多个孔部52。因此，在将工件架1拉向基座体2进行固定时，可促进卡合部41的弹性变形，使多个肋51压缩变形，使整个锥形环部50扩张，从而可使卡合部41可靠且适度地向径向弹性变形，使锥形环部50可靠地紧贴在筒状轴部10b的环状锥面40上。

在此，在相同的紧固条件下对本发明和专利文献2的发明进行比较，例如在专利文献2的锥体的弹性变形量约为30μm时，本发明的卡合部41的弹性变形量约为80μm。即，因为弹性变形量较大，故可加大本发明的各零件的制造允许公差。若在弹性变形量较小时加大各零件的制造允许公差，则会导致基座体和工件架的铅垂方向定位用的水平面彼此间不紧贴，而只有水平方向定位用的锥面彼此间紧贴，从而这些锥面彼此间会出现间隙。因此，必须耗费成本及时间地对各零件进行高精度的加工。在本发明中，可消除这些技术问题。

并且，在卡合部41上设置有多个肋51，可赋予卡合部41适度的刚性，因此，当在筒状轴部10b的轴芯与环状卡合构件11的轴芯不一致的状态下将工件架1拉向基座体2进行固定时，在使卡合部41卡合在筒状轴部10b上后，首先卡合部41处于没有弹性变形的状态，在利用所述卡合使筒状轴部10b的轴芯与环状卡合构件11的轴芯一致后，卡合部41产生弹性变形，以紧贴状与环状锥面40卡合。

在此，在对本发明和专利文献3的发明进行比较时，以长期维持定位精度为前提，对于可承载在基座体上的工件架的载荷，例如本发明可达到专利文献3的发明的3倍。

其结果是，即使是在工件架1的载荷较大时，也可大幅提高相对基座体2对工件架1进行定位的定位精度。另外，因为卡合部41一体地形成在环状卡合构件11上，故可减少零件数量，降低制造成本，而且，也不易产生对定位精度造成影响的磨损，也不会因机械加工产生的切削油剂、切削粉末等的影响而导致功能降低，即使是长期反复使用也可维持高的定位精度。由于在厚壁的环状部分上形成多个孔部52，从而可简单地将锥形环部50和多个肋51形成为一体，可抑制制造成本。

在紧固装置12中，在设在工件架1上的环状卡合构件11从外部嵌合在基座体2上设置的筒状轴部10b上的状态下，利用紧固驱动机构24向下方驱动活塞构件20，从而该活塞构件20将保持在筒状轴部10b中的多个钢球22利用杆部20b的多个倾斜凹部31可靠地向径向外侧推动，使其可线接触地卡合在环状卡合构件11的多个卡合凹部23上，因此可将工件架1拉向基座体2进行固定，从该状态开始，利用紧固解除机构25向上方驱动活塞构件20，使多个钢球22向径向内侧移动，以可靠地退避到杆部20b的多个退避凹部37中，分别解除与环状卡合构件11的多个卡合凹部23的卡合，因此可解除工件架1和基座体2的固定。

紧固时，在各钢球22卡合的卡合凹部23上作用有非常大的力，但由于各卡合凹部23形成为局部圆筒面状，故各钢球22可与卡合凹部23线接触地进行卡合，与点接触地卡合在卡合凹部23上的情况相比，与卡合凹部23的接触面积变大，从而即使是在长期反复使用的情况下，在该卡合凹部23上也不会出现钢球22的接触痕迹，可维持稳定的紧固状态。

下面对其他实施形态进行说明。

该定位固定装置3A对上述定位固定装置3进行了局部变更，基本上与定位固定装置3相同的构件标记同一元件符号，省略其说明。

如图15所示，定位固定装置3A包括：固定性地设置在基座体2上的基准体10A；可从外部嵌合在该基准体10A的筒状轴部10b上、并固定性地设置在工件架1上的环状卡合构件11A；将工件架1拉向基座体2可解除固定地进行固定的紧固机构12；将工件架1相对基座体2分别在水平方向和铅垂方向上定位的定位机构13A；以及喷射除尘用加压空气的空气喷射机构14等。

定位固定装置3A具有：环状锥面70，形成在环状卡合构件11A的内周部上，用于在水平方向上对工件架1进行定位，且越向筒状轴部10b的轴芯方向前端侧(上侧)，环状锥面70的直径越小；环状的卡合部71，设置在筒状轴部10b的外周侧部分上，可与环状锥面70卡合，由于与环状锥面70的卡合而可向径向弹性变形；承受面42，设置在基座体2上，用于在铅垂方向上对工件架1进行定位；以及抵接面43，设置在环状卡合构件11A上，在卡合部71与环状锥面70卡合的状态下，该抵接面43与承受面42抵接。

卡合部71包括：可与环状卡合构件11A的环状锥面70面接触的锥形环部75；从该锥形环部75向径向内侧连接的多个肋76；以及在锥形环部75的内周侧形成在多个肋76之间的多个孔部77。该锥形环部75及多个肋76一体形成在筒状轴部10b上，在多个孔部77中填充有可弹性变形的树脂材料78。

采用该定位固定装置3A，在将工件架1拉向基座体2进行固定时，使环状卡合部71向径向内侧弹性变形，以紧贴状卡合在环状锥面70上，从而可相对基座体2在水平方向上对工件架1进行定位。并且，因为卡合部71具有锥形环部75、多个肋76及多个孔部77，故在将工件架1拉向基座体2进行固定时，可促进卡合部71的弹性变形，从而使卡合部71卡合在环状卡合构件11A上而可靠地向径向内侧弹性变形，因此，可使锥形环部75可靠地紧贴在环状锥面70上。其他方面，起到与实施例1的定位固定装置3相同的作用效果。

也可对上述定位固定装置3、3A进行以下变更。

1)构成为在环状卡合构件11、11A从外部嵌合在筒状轴部10b的状态下，多个钢球22可分别与多个卡合凹部23面接触。此时，将各卡合凹部23形成为局部球面状。

2)利用盘簧30以外的弹簧、或不利用盘簧30等弹簧而利用油压等流体压向下方驱动活塞构件20以产生紧固力。另外，不利用油压而利用盘簧等弹簧向上方驱动活塞构件20以解除紧固。

3)将环状卡合构件11、11A一体形成在工件架1上。

4)省略树脂材料53、78。

5)将工件架1拉向基座体2进行固定的紧固机构12采用公知的各种紧固机构，例如将设在工件架1上的牵引螺栓利用基座体2侧的驱动构件拉近从而将工件架1固定在基座体2上的结构等。

6)将工件架1定位固定在基座体2上的定位固定装置3、3A不一定是4组，使用一组以上即可。

7)对工件架1进行定位固定的所有定位固定装置不一定都应用本发明，例如在设置4组时，可使对角位置上的两个定位固定装置3、3A应用本发明，其他的定位固定装置仅在铅垂方向上对工件架1进行定位。

8)另外，也可设置一组本发明的定位固定装置3、3A，设置两组相对基座体2仅可在铅垂方向上对工件架1进行定位的第二装置，再设置一组相对基座体2可在铅垂方向和以定位固定装置3、3A为中心的水平面内的旋转方向上对工件架1进行定位的第二装置，从而构成工件定位固定系统。

此时，在这4组装置的对角位置上配置定位固定装置3、3A和第二装置，在另一对角位置上配置两组第一装置。第二装置基本上与定位固定装置3、3A或下面9)所述的定位装置具有相同的结构，但在与定位固定装置3、3A形成的对角线方向上，其筒状轴部的两侧部分被切去。即，在第二装置中，在环状卡合构件从外部嵌合在筒状轴部上的状态下，筒状轴部和环状卡合构件可相对地沿所述对角线方向移动。这样，定位固定装置3、3A的雄侧(基准体(筒状轴部))和雌侧(环状卡合构件)在基座体2、工件架1上的安装误差可在所述对角线方向得到消化而被容许，相对基座体2可在水平方向及铅垂方向上可靠地对工件架1进行定位固定。

9)省去紧固机构12，作为定位装置使用。此时，定位装置包括：以突出状设置在基座体2上的轴状部；以可从外部嵌合在轴状部上的形态设置在固定对象物上的环状卡合构件；环状锥面，形成在轴状部的外周部上，用于在水平方向上对工件架1进行定位，且越向轴状部的轴芯方向前端侧，环状锥面的直径越小；以及卡合部，设置在环状卡合构件的内周侧部分上的环状卡合部，可与环状锥面卡合，由于与环状锥面的卡合而可向径向弹性变形。所述卡合部具有：可与环状锥面面接触的锥形环部、以及从该锥形环部向径向外侧连接的多个肋。

10)对于定位固定装置3、3A，可应用在将金属模具定位固定在可动盘或固定盘等基座体上的情况，另外，可应用在将各种固定对象物定位固定在对应的基座体上的情况。对于上述定位装置也同样。

Claims (12)

1.一种定位固定装置，包括紧固机构和定位机构，所述紧固机构将固定对象物拉向基座体进行固定，该固定对象物是用于安装需要进行机械加工的工件的工件架或金属模具；所述定位机构相对基座体分别在水平方向和铅垂方向上对该固定对象物进行定位，其特征在于，

包括：以突出状设置在所述基座体上的筒状轴部；以及以可从外部嵌合在该筒状轴部上的形态设在固定对象物上的环状卡合构件，

所述定位机构包括环状锥面以及卡合部，所述环状锥面形成在筒状轴部的外周部上，用于在水平方向上对所述固定对象物进行定位，且随着向筒状轴部的轴芯方向前端侧延伸，环状锥面的直径越来越小；所述卡合部是设置在环状卡合构件的内周侧部分上的环状卡合部，可与所述环状锥面卡合，

所述卡合部具有：可与所述环状锥面面接触的锥形环部、从该锥形环部向径向外侧连接的多个肋、以及在锥形环部的径向外侧与肋交替地形成的多个孔部，

通过所述锥形环部的弹性变形和多个肋向径向的压缩弹性变形，锥形环部紧贴在所述环状锥面上，且利用多个肋向所述卡合部赋予刚性，并利用所述多个孔部促进所述卡合部的弹性变形。

2.如权利要求1所述的定位固定装置，其特征在于，在所述孔部中充填有可弹性变形的树脂材料。

3.如权利要求1所述的定位固定装置，其特征在于，所述定位机构包括：承受面，设置在基座体上，用于在铅垂方向上对所述固定对象物进行定位；以及抵接面，设置在环状卡合构件上，在卡合部与所述环状锥面卡合的状态下，该抵接面与承受面抵接。

4.如权利要求1所述的定位固定装置，其特征在于，所述紧固机构包括：

输出构件，移动自如地插入在所述筒状轴部的轴孔中；

多个钢球，分别以可沿径向移动的状态保持在所述筒状轴部的多个保持孔中；

多个卡合凹部，形成在环状卡合构件上，在环状卡合构件从外部嵌合在所述筒状轴部上的状态下，可分别与多个钢球面接触或线接触；

紧固驱动机构，向远离固定对象物的方向驱动所述输出构件，使多个钢球分别与多个卡合凹部卡合，以将固定对象物固定在基座体上；以及

紧固解除机构，向靠近固定对象物的方向驱动所述输出构件，分别解除多个钢球与多个卡合凹部的卡合，从而解除固定对象物和基座体的固定。

5.如权利要求4所述的定位固定装置，其特征在于，所述卡合凹部形成为局部球面状或局部圆筒面状。

6.如权利要求5所述的定位固定装置，其特征在于，所述紧固解除机构具有形成在输出构件上的多个退避凹部，可供多个钢球向径向内侧退避，所述紧固驱动机构具有形成在输出构件上的多个倾斜凹部，该倾斜凹部与所述多个退避凹部相连，可向径向外侧推动多个钢球。

7.一种定位固定装置，包括紧固机构和定位机构，所述紧固机构将固定对象物拉向基座体进行固定，该固定对象物是用于安装需要进行机械加工的工件的工件架或金属模具；所述定位机构相对基座体分别在水平方向和铅垂方向上对该固定对象物进行定位，其特征在于，

包括：以突出状设置在所述基座体上的筒状轴部；以及以可从外部嵌合在该筒状轴部上的形态设在固定对象物上的环状卡合构件，

所述定位机构包括环状锥面以及卡合部，所述环状锥面形成在环状卡合构件的内周部上，用于在水平方向上对所述固定对象物进行定位，且随着向筒状轴部的轴芯方向前端侧延伸，环状锥面的直径越来越小；所述卡合部是设置在筒状轴部的外周侧部分上的环状卡合部，可与所述环状锥面卡合，

所述卡合部具有：可与所述环状锥面面接触的锥形环部、从该锥形环部向径向内侧连接的多个肋、以及在锥形环部的径向内侧与肋交替地形成的多个孔部，

通过所述锥形环部的弹性变形和多个肋向径向的压缩弹性变形，锥形环部紧贴在所述环状锥面上，且利用多个肋向所述卡合部赋予刚性，并利用所述多个孔部促进所述卡合部的弹性变形。

8.如权利要求7所述的定位固定装置，其特征在于，在所述孔部中充填有可弹性变形的树脂材料。

9.如权利要求7所述的定位固定装置，其特征在于，所述定位机构包括：承受面，设置在基座体上，用于在铅垂方向上对所述固定对象物进行定位；以及抵接面，设置在环状卡合构件上，在卡合部与所述环状锥面卡合的状态下，该抵接面与承受面抵接。

10.如权利要求7所述的定位固定装置，其特征在于，所述紧固机构包括：

输出构件，移动自如地插入在所述筒状轴部的轴孔中；

多个钢球，分别以可沿径向移动的状态保持在所述筒状轴部的多个保持孔中；

多个卡合凹部，形成在环状卡合构件上，在环状卡合构件从外部嵌合在所述筒状轴部上的状态下，可分别与多个钢球面接触或线接触；

紧固驱动机构，向远离固定对象物的方向驱动所述输出构件，使多个钢球分别与多个卡合凹部卡合，以将固定对象物固定在基座体上；以及

紧固解除机构，向靠近固定对象物的方向驱动所述输出构件，分别解除多个钢球与多个卡合凹部的卡合，从而解除固定对象物和基座体的固定。

11.如权利要求10所述的定位固定装置，其特征在于，所述卡合凹部形成为局部球面状或局部圆筒面状。

12.如权利要求11所述的定位固定装置，其特征在于，所述紧固解除机构具有形成在输出构件上的多个退避凹部，可供多个钢球向径向内侧退避，所述紧固驱动机构具有形成在输出构件上的多个倾斜凹部，该倾斜凹部与所述多个退避凹部相连，可向径向外侧推动多个钢球。