CN1942282A - 带有弹簧偏置凸轮组件的摆动夹具装置 - Google Patents

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Abstract

提供一适于连接到固定夹具(10)的改进的可移位的夹具(12)，其中，夹具(12)有选择地操作来将一工件(14)接合和固定到固定夹具(10)上。夹具(12)包括一管状本体(22)和一可伸缩地接纳在本体(22)内的活塞(24)。借助于一凸轮组件(26)导向和控制活塞(24)的运动，该凸轮组件(26)包括一形成在活塞(24)内的凸轮轨道(64)和一安装在本体(22)内的相关的凸轮轨道随动球(66)。一弹簧单元(74)也设置在本体(22)上并包括一用来将球(66)自对中和偏置在轨道(64)内的弹簧(82，96)。这确保球(66)在活塞(22)运动过程中光滑地转动，并减小磨损和夹具过早地失效。

Description

带有弹簧偏置凸轮组件的摆动夹具装置
技术领域
本发明广义地涉及用于将工件夹紧到固定夹具上的改进的夹具，具体来说，即所谓的摆动夹具，其同时地沿轴向和转动方向移动以允许容易地放置和移去工件。更具体来说，本发明涉及这样的夹具，其包括一装备有接合工件的外头的可移动的活塞，其中，通过一内部凸轮组件导向和控制活塞运动，所述凸轮组件由特别构造的凸轮轨道和凸轮随动球结构组成。这样的凸轮组件设置有用来将随动球偏置和自对中在相关轨道内的弹簧偏置单元，提供诸多操作上的优点，包括夹紧速度和减小夹具磨损和损坏。
背景技术
液压的夹具普遍地用于制造作业中，用来将工件保持和夹紧在固定夹具上，以便对工件进行机加工或其它方式的加工。典型的液压夹具包括一适于附连到固定夹具上的缸体和一可伸缩地接纳在缸体内以便在一缩回夹紧位置和一延伸释放位置之间运动的活塞。以夹紧头附连到活塞远端，以在活塞处于其缩回夹紧位置时将工件保持和夹紧在固定夹具上。一般地，若干个如此的夹具安装在一单一固定夹具上，以使一工件可在几个位置上牢固地固定，同时对其进行加工。
摆动夹具是包括摆动机构的液压夹具，当活塞延伸到其释放位置时，摆动机构用来摆动夹紧头远离工件。摆动夹具能使工件在固定夹具上的装载和卸载更加容易，尤其是在限制的空间内。
摆动夹具中使用的一种类型的摆动机构是一凸轮组件，它具有一形成在活塞内或缸体内的弧形凸轮轨道或槽以及一附连在其它活塞和缸体上的对应的凸轮随动球。当活塞移位时，随动球沿着弧形凸轮轨道移动，这用来安装要求转动活塞和夹紧头。
摆动夹具中的传统的凸轮组件随着时间的推移遭受过早的磨损，这会干扰夹具的摆动操作。具体来说，当凸轮随动球在轨道内移动时，它承受倾向于将球推向槽侧边的周向力。随着时间推移，凸轮球磨损掉轨道的边缘并沿其长度形成凹痕。这些凹痕和凸轮轨道的磨损区域经常在活塞运动过程中轧住球，形成所谓的“不连贯”的夹紧操作。当一夹具在严重状态中使用时，它的凸轮球可完全地磨损掉轨道的边缘，造成球完全地滚出槽外。
夹具凸轮槽上过度的磨损可以成为一严重的问题。在许多夹紧操作中，对于夹紧头来说，重要的是，摆动到远离工件的一精确位置，然后，当夹具移位到其夹紧位置时，返回到同样精确的起始位置。当夹具上的凸轮槽变得磨损时，摆动夹具不再能够达到该精确和重复性的摆动运动。因此，即使夹具的其余部分仍处于良好的状态，全部的摆动夹具也必须更换。
美国专利No.5,820,118描述了在摆动夹具技术领域内的一种解决性的改进。在此专利中，利用特殊的凸轮轨道设计来防止凸轮随动球过早地磨损凸轮轨道边缘。具体来说，‘118专利中所描述的凸轮轨道包括一中心的弧形区域和一对基本上平面的侧面，其从中心弧形区域切向地延伸。该结构强制凸轮随动球更加中心地座落在凸轮轨道内而不会推压到凸轮轨道的边缘上。
发明内容
本发明涉及可移位夹具的进一步改进，尤其是上述的摆动夹具。广义上说，本发明的夹具包括一用来附连到一固定夹具上的中空本体，该本体具有一内壁。一活塞可伸缩地接纳在本体内以便在夹紧和释放位置之间移动。使用一凸轮组件，导向和控制活塞和本体之间的相对运动，使凸轮组件具有一形成在本体内壁和活塞外壁之一内的凸轮轨道，而一凸轮随动件被接纳在凸轮轨道内并附连到本体内壁和活塞外壁之另一个上。本发明该特别的改进涉及到利用一偏置球朝向凸轮轨道的弹簧。业已发现，使用这样一弹簧提供了诸多操作上的优点，包括提高的夹紧速度和减小磨损。
在优选的形式中，偏置弹簧形成弹簧单元的部分，弹簧单元具有一随动件接合部件并使弹簧远离随动件，由此，偏置随动件通过该部件。弹簧可以是任何要求的结构，例如，一钟形(bellville)弹簧或小的螺旋弹簧。在通常的情形中，凸轮随动件是一球，而弹簧单元安装在夹具本体上的一凹陷内；部件具有一弧形面以便直接接合球，而弹簧位于凹陷内。
附图说明
图1是装备有多个根据本发明的夹具的固定夹具的立体图，其显示为多个夹具将工件接合和夹紧在固定夹具上；
图2是本发明优选夹具的垂直截面图；
图3是沿图2的线3-3截取的局部截面图，并示出用来将凸轮随动球偏置到活塞凸轮槽内的一钟形弹簧组件的结构；
图4是类似于图3的截面图，但其示出一螺旋弹簧组件的使用；以及
图5是类似于图3的截面图，但其示出一形成全部夹具体的一部分的可移去套筒的使用。
具体实施方式
现转到诸附图，图1示出装备有多个夹具12的一固定夹具10，夹具12适于可释放地将工件14夹紧在固定夹具10的位置上。如图所示，示范的固定夹具10包括一支承一直立的安装箱18的底座16，安装箱18具有一支承工件的箱壁20。诸夹具12螺纹地固定在设置在箱壁20内的螺纹孔内(将在下文中描述)。简要地说，在操作中，夹具12有选择地在图1所示的将工件14固定就位的夹紧位置和一缩回的摆开位置之间移动，在工件加工之后缩回摆开位置允许移去工件14，并将另一工件14定位在其位置上。
具体来说，本体22具有一细长段30，其具有一内壁32以及一螺纹的外壁34。各个夹具12包括一细长的管状本体22连同一可伸缩地接纳在本体22内的活塞24，而一凸轮组件广义地用标号26表示，其用来导向和控制活塞24和本体22之间的相对运动。如图所示，各活塞24支承一外夹紧头28，外夹紧头适于接合与箱壁20内的夹紧孔匹配的工件14。一凹陷33形成在细长段30内并如图所示地从壁32向外延伸。细长段30的底部设置有内螺纹36并接纳一对应螺纹的杯形塞头38。本体22还具有一远离塞头38的略微放大的外部40，它具有一与壁32同心的内壁42，因此形成一环形的止挡台肩44。外部40具有一内密封环46和固定圈48。最后，外部40包括一与通道52连通的液压流体端口50。
活塞24包括一装备有接合表面32的密封环56的底部54、一具有一外表面59并从底部54向上延伸的导向部分58，以及一延伸超过外部40的杆60。一相对大的平移弹簧62座落在塞头38内并如图所示地接合底部54的底侧。如图2所示，导向部分58具有一比底部54略微小但比杆60大的直径。
组件26包括多个(这里共三个，图中显示其中两个)沿圆周间隔开的凸轮轨道64a、64b、…，它们形成在活塞部分58的外表面59内。该较佳的的轨道64构造成在活塞运动过程中沿不同的路径导向活塞。例如，轨道64a构造成致使活塞24(和由此的头部28)在活塞缩回和延伸过程中摆动，而轨道64b基本上呈直线，以使活塞22只作往复运动而没有任何摆动运动。此外，组件26包括一凸轮随动球66，其固定在邻近内表面32的本体段30；球66座落在其中一个轨道64内，这从图2和3中可容易地看到。
参考的美国专利No.5,820,118详细地描述了凸轮轨道64和随动球66的一种可能的几何形，本文援引该专利以供参考。然而，简要地说，凸轮随动件具有一外周缘表面，其具有一曲率半径R，而凸轮轨道包括一具有曲率半径R’的中心弧形区域68，曲率半径R’基本上等于半径R。此外，轨道64具有从弧形区域68延伸的一对相对的基本上平面的侧面70、72，使侧面70、72各具有一汇聚在区域68内的近端和一从区域68发散出去的相对的远端，且远端还彼此发散。在其它的实施例中，凸轮轨道具有一匹配凸轮随动件的几何形。具体来说，凸轮轨道基本上具有与对应凸轮随动件相同的曲率半径。
优选的组件26还包括一座落在凹陷33内的弹簧单元74，其偏置球66朝向和进入到相邻轨道64内。参照图3，弹簧单元74包括一传力环形部件76，其具有与球66接合的弧形面78以及一相对的基本上平面的面80。在所示实施例中，一钟形弹簧82设置在凹陷33的内表面和面80之间，由此偏置球68。
图4示出一略作修改的实施例，其中，使用一回弹的弹性体塞头84来容纳一弹簧单元86。在此情形中，一通孔88设置在细长段30内并构造成接纳塞头84。塞头包括一形成一凹陷92的环形壁90。单元86类似于单元74，类似之处在于，它包括一与部件76相同的部件94。然而，在此情形中，螺旋弹簧96座落在凹陷92内并接合部件94的平面的面。
图5示出本发明的另一实施例，其中，使用一外管状壁98连同一可更换的内套筒100一起形成本体22a，内套筒100装备有一凹陷33a。该凹陷33a容纳参照图3所描述的相同的弹簧单元74。使用一可更换的套筒100允许在现场容易地修理一夹具12。
各个夹具28呈一细长元件101的形式，其具有一接合工件的底侧102。使用一螺钉104将各元件101附连到各杆60的外端。
在将细长段30旋入到壁20的预钻孔内而使夹具12安装在固定夹具10的壁20上之后，可使用夹具来将工件14固定就位。转向图2，可以看到各夹具12的弹簧62起作将对应活塞22偏置到其延伸的位置，在所示的实施例中，头28侧向地摆动到一净空的位置，以允许工件14移去和更换到固定夹具上。当进行该操作时，通过端口50施加液压流体而致动个别的夹具，由此，加压的流体向下流过壁32、59之间并接合底部54，由此，抵抗弹簧62的偏置力向下移动活塞。在活塞如此运动过程中，由于凸轮轨道64a和随动球66的配置，头部28侧向地摆动，直到头部进入与工件14保持合适的固定关系为止。在工件14上的操作完成之后，释放加压的液压流体，由此，允许弹簧62将个别的活塞22和夹具28返回到其延伸的和摆开的位置。
提供根据本发明的弹簧单元可提供多个显著的操作优点。首先，弹簧单元确保偏置的凸轮随动球66自对中在相关的轨道64a内。因此，球66被约束在垂直和水平平面内，对凸轮轨道64a提供一静止点，以便通过轴向运动和转动运动作合适的导向。实质上，部件76起作一轴承座圈的作用，允许当活塞移动通过其行程时转动球66，而同时偏置球66以使它们保持完全地接合在轨道64a内。
该结构减小了球66和轨道64a之间产生的静和动摩擦力，特别是在活塞开始运动过程中，允许更光滑的轨道运动并基本上消除了球在轨道内拖曳而不是转动的倾向。弹簧单元给予一均匀的载荷分布，且由于弹簧单元的自对中作用，阻止球66在轨道边缘上滑动。同时，该设计允许球在轨道内一定程度的浮动以补偿制造和操作中产生的变化。业已发现，本发明可减小疏忽的臂接触过程中发生的凸轮损坏现象，这在该技术领域内是经常发生的问题。因此，与现有的设计相比，本发明可有较高的夹紧速度，而同时消除了传统夹具中通常遇到的磨损和操作中的问题。
尽管尚未详细地示出，但可以认识到，本发明的夹具可呈现各种不同的结构。例如，尽管在所示实施例中液压的夹具动作简单，利用平移的弹簧62，但本发明不局限于此。因此，在本技术领域的技术内可熟练地使用双作用的液压设计，其中，加压液压流体用来沿两个方向移动活塞22。或者，在首选可转动的凸轮随动球时，可采用其它的随动件的设计。

Claims (14)

1.在一用来将工件夹紧到一固定夹具上的夹具中，所述夹具具有：一细长的中空本体，所述中空本体用来附连到固定夹具并具有一内壁；一活塞，所述活塞具有一外壁并可伸缩地接纳在所述本体内以便在一将所述工件夹紧到固定夹具上的夹紧位置和一释放位置之间移动；以及一凸轮组件，所述凸轮组件导向所述活塞和所述本体之间的相对运动；所述凸轮组件包括：一凸轮轨道，所述凸轮轨道形成在本体的所述内壁和活塞的所述外壁之一内；以及一凸轮随动件，所述凸轮随动件被接纳在所述凸轮轨道内并附连到本体的所述内壁和活塞的所述外壁之另一个上；本发明的改进在于包括一弹簧，所述弹簧使所述凸轮随动件朝向所述凸轮轨道偏置。
2.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，有一接合所述随动件的传力部件，所述弹簧接合所述部件。
3.如权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述部件具有一接合所述随动件的弧形面和一相对的、接合弹簧的面。
4.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述随动件包括一球。
5.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述凸轮轨道包括一形成在所述活塞外壁内的槽。
6.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，凸轮组件包括形成在所述活塞外壁内的多个不同构造且间隔开的凸轮轨道，所述凸轮随动件可定位在任何一个凸轮轨道内，以便沿对应于一个凸轮轨道结构的对应方向导向所述相对运动。
7.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，还包括一可操作地偶联到所述活塞的夹紧头，所述夹紧头用于在活塞处于其所述夹紧位置时将工件接合和夹紧到固定夹具上。
8.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述凸轮随动件具有一外周缘表面，所述外周缘表面具有一曲率半径，而凸轮轨道包括一曲率半径基本上等于所述凸轮随动件的曲率半径的中心弧形区域以及一对从中心弧形区域延伸的、相对的、基本上为平面的侧面，所述侧面各具有一汇聚在所述中心弧形区域内的近端和一从中心弧形区域发散出去的相对的远端，且这些远端还彼此发散。
9.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述本体包括一外壁和一可操作地与外壁偶联的内套筒，所述套筒具有所述本体内壁。
10.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述弹簧包括一螺旋弹簧。
11.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述弹簧包括一钟形弹簧。
12.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，包括一可回弹的弹性体塞头，该塞头可操作地保持所述弹簧的位置。
13.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，包括形成在所述本体内的液压流体通道，该通道允许将加压的液压流体施加到所述本体内，以便实现所述活塞相对于所述本体的运动。
14.如权利要求13所述的夹具，其特征在于，所述活塞是一单一作用的活塞，有一平移弹簧可操作地与所述活塞偶联。
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