TW201726294A

TW201726294A - 用於裝設工具或工件的軸裝置及用於操作該軸裝置的方法

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Publication number: TW201726294A
Application number: TW105131476A
Authority: TW
Inventors: 施密得安德烈斯菲斯奧德; 丹尼爾史伊恩立爾
Original assignee: 華爾特機械製造公司
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-08-01
Also published as: AU2016368964B2; WO2017097556A1; JP2019501783A; US20180318938A1; KR20180088829A; AU2016368964A1; DE102015121228B3; EP3386665A1; CN108290228A

Abstract

本發明係有關於一種用於裝設工具或工件的軸裝置(10)。該軸裝置(10)包含一接收單元(12)，其在一基體(11)中由一旋轉軸承總成(13)支承以便可繞著一縱軸L旋轉。該接收單元(12)有經支承成以便在與該縱軸L平行之縱向R不可移動的一接收套筒(18)以及有經支承成以便可在該接收套筒(18)中沿著該縱軸L滑動的一夾鉗致動元件(23)。在該夾鉗致動元件(23)與該接收套筒(18)之前端(18a)關連的一端上，安置用於夾鉗該工具或該工件的一夾鉗單元(24)。該夾鉗單元(24)用一預張單元(30)預張處於一夾緊位置I。一可致動的釋放單元(34)可使該夾鉗單元、與預張單元(30)的預張力FV反向地移動到一釋放位置II。藉助於一支承單元(48)，可使一輔助軸承(49)、特別是經組配成為軸向軸承者、壓抵在接收套筒(18)上以便實現接收單元(12)在基體(11)上的改良軸向力支承以及減少旋轉軸承總成(13)上由軸向力引起的負荷。

Description

用於裝設工具或工件的軸裝置及用於操作該軸裝置的方法

本發明係有關於一種用於裝設工具或工件的軸裝置，以及用於操作該軸裝置的方法。

例如，由公開案第DE 103 17 097 A1號可知悉此一軸裝置。該軸裝置包含基體以及用旋轉軸承總成支承成可繞著縱軸旋轉的至少一接收單元。接收開口設在接收套筒上。夾鉗致動元件在接收套筒中經支承成可沿著縱軸滑動以及在一端上有夾鉗單元，該夾鉗單元與接收開口互動。藉助於釋放單元，該夾鉗致動元件可在與預張單元的預張力反向地沿著縱軸移動。在這種情況下，該夾鉗單元移動到釋放位置。如果釋放單元不起作用，該預張力將夾鉗單元壓到夾緊位置。

要由釋放單元施加的力必須支承在軸裝置的基體上。不過，旋轉軸承總成經設置成主要可支承用於接收單元之可旋轉支承的徑向力。如果夾鉗單元處於釋放位置，也經由軸承單元支承軸向力。由於旋轉軸承總成的規格，這常有以下影響：由於軸向力大而不允許接收單元旋轉運動，以便不損壞旋轉軸承總成。

考慮到這個先前技術，本發明的目標是要改善上述類型的軸裝置。

本發明達成此目標是用具有申請專利範圍第1項所述之特徵的軸裝置，以及具有申請專利範圍第15項所述之特徵的方法。

根據本發明，該軸裝置包含一基體。一接收單元經由一旋轉軸承總成支承於該基體上或中以便可繞著一縱軸旋轉。該接收單元包含有一接收開口的一接收套筒。該接收開口位在該軸裝置中將會裝上該工具或該工件的末端。

該接收單元的一夾鉗致動元件在該接收套筒中支承成可沿著該縱軸滑動。該夾鉗致動元件可具有桿或棒的形式而且被組配成為推桿。在與該接收開口關連的末端處，配置一夾鉗單元於該夾鉗致動元件上。該夾鉗單元經設置成可抓住或夾住該工具或該工件。

該夾鉗致動元件經支承成它相對於該接收套筒可滑動。該接收套筒經配置成在該縱軸之方向不可移動以及只能在一個旋轉自由度內運動為較佳。

為該接收單元中之一組件的一預張單元經設置成在與該縱軸平行的縱向可產生預張力於該夾鉗單元與該接收套筒之間。該預張力迫使該夾鉗單元進入夾緊位置，於其中，該工具或該工件裝在該接收單元中從而在該軸裝置中。特別是，該預張力的取向使得該夾鉗單元被拉入該接收開口。經由一可啟動的釋放單元，有可能使該夾鉗單元以及較佳為該夾鉗致動元件與該夾鉗單元一起、與該預張力反向地沿著該縱軸移動。因此，該夾鉗單元可從該夾緊位置移動到一釋放位置。在該釋放位置時，有可能從該夾鉗單元卸下工具或工件或把另一工具或工件插入該夾鉗單元。該可啟動的釋放單元能夠以氣動及/或液壓及/或電氣方式產生移動該夾鉗單元所需的力。

此外，該軸裝置包含一支承單元。該支承單元配置於該基體上。該支承單元可在一支承狀態與一休止狀態之間切換。這樣做，該支承單元有一可啟動的致動單元。此外，該支承單元包含一輔助軸承。該致動單元經設置成當該支承單元處於支承狀態時，在該輔助軸承上可產生壓緊力，以及使該輔助軸承壓在該接收套筒上。處於此支承狀態時，該支承單元保證該接收套筒經由該輔助軸承支承於該基體上，亦即，除了經由該旋轉軸承總成以外。因此，形成一額外力路徑(force path)。如果該釋放單元使該夾鉗單元移到該釋放位置，由該釋放單元產生的力必須支承於該基體與該接收單元的接收套筒之間。鑑於該旋轉軸承總成的至少一軸承無法吸收任何或最小軸向力以及主要被設置成可吸收用於可旋轉支承的徑向力，該輔助軸承在另一位置影響該接收套筒的支承。因此可減少必須經由該旋轉軸承總成支承的軸向力。當該支承單元出現在支承位置時，該旋轉軸承總成在該夾鉗單元的釋放位置仍只經受最小負荷。結果，也有可能在該釋放位置以繞著該縱軸旋轉的方式驅動該接收單元。該旋轉軸承裝置不會由於經由該輔助軸承的額外支承而受損而且不會經受過度磨損。

在該支承單元處於休止狀態時，該致動單元不施加任何力至該輔助軸承。在處於休止狀態時，該輔助軸承鬆鬆地(loosely)靠著該接收套筒，或其也可與該接收套筒有段距離。

該輔助軸承被確切地組配成為徑向軸承為較佳。該輔助軸承最好為滾動軸承，以及在該示範具體實施例中，為滾針軸承。

該旋轉軸承總成包含在不同軸向軸承位置能夠吸收徑向力的數個軸承。這些軸承中之至少兩者經配置成彼此在與該縱軸平行的縱向隔開一段距離。該旋轉軸承總成可包含至少一徑向軸承。此外，該旋轉軸承總成可包含至少一徑向/軸向組合式軸承(combined radial/axial bearing)。較佳地，該旋轉軸承總成包含能夠吸收或支承徑向力以及軸向力的至少一斜角球軸承(angular ball bearing)。在一較佳示範具體實施例中，該旋轉軸承總成的所有軸承為滾動軸承。特別是，該旋轉軸承總成不包含經設置成只用於支承軸向力的軸向軸承。

如果第一支承面設於該接收套筒上，該支承面對於該縱軸是在徑向延伸會有利的。該旋轉軸承總成的徑向/軸向軸承抵頂該支承面。因此，該接收套筒與該基體之間不僅支承發生的徑向力，也支承軸向力。

此外，如果該接收套筒有相對於該縱軸以徑向取向的第二支承面是有利的。可將該致動單元設置成可以特定及/或可調整的接觸力使處於支承狀態的該輔助軸承壓抵在該第二支承面上以便在該接收單元與該基體之間實現軸向力的額外支承。

此外，該致動單元包含一致動氣缸為較佳。該致動氣缸可為氣壓缸或液壓缸。在第一示範具體實施例中，該致動單元也可用電力產生壓緊力。用電氣及/或氣動及/或液壓以組合方式產生預張力為有可能。

如果將該致動氣缸的活塞組配成為環形活塞是有利的。相對於該縱軸以共軸方式配置該環形活塞為較佳。該環形活塞圍繞該接收套筒。在這種情況下，該輔助軸承可配置在該環形活塞與該第二支承面之間。

在一示範具體實施例中，該軸裝置可另外包含一控制單元。該控制單元經設置成可啟動該致動單元及該釋放單元。此外，有可能提供一驅動單元用於驅動該接收單元以該縱軸為中心旋轉。該控制單元也可啟動該驅動單元。

如果將該控制單元設置成就在該夾鉗單元正在移動或已移動到該釋放位置之前、期間或之後可直接地切換該支承單元至支承狀態是有利的。只要該支承單元出現支承狀態，該接收單元的可旋轉驅動也可在該釋放位置產生。這樣做，如果用於使該夾鉗單元移到釋放位置的該釋放單元正在移動或已移動的話，只要該支承單元尚未出現該支承狀態，可將該控制單元設置成可停止該驅動單元。

較佳地，上述軸單元的操作如下：在插入新的工件或工具時，該支承單元首先切換到支承狀態。在此之前、期間或之後，該夾鉗單元用該釋放單元移到該釋放位置。在該夾鉗單元處於釋放位置時，有可能插入工具或工件。如果該夾鉗單元中仍有工具或工件，可將它移除。因此，如果簡化工具或工件的插入或移除，在插入或移除工具或工件時，可旋轉驅動該接收單元。隨後，該夾鉗單元移動到該夾緊位置。這樣做，該釋放力用該釋放單元減少使得預張力迫使該夾鉗單元進入該夾緊位置。較佳地，在已取得該夾緊位置後，該支承單元切換到休止狀態。在處於休止狀態時，該接收套筒與該基體之間由於該輔助軸承而沒有軸向力的支承。可以高效節能的方式進行該接收單元繞著該縱軸的可旋轉驅動而不散失於該輔助軸承。

10‧‧‧軸裝置

11‧‧‧基體

12‧‧‧接收單元

13‧‧‧旋轉軸承總成

14‧‧‧旋轉軸承總成的軸承

14a‧‧‧後軸承

14b‧‧‧前軸承

18‧‧‧接收套筒

18a‧‧‧接收套筒的前端

19‧‧‧接收開口

20‧‧‧接觸面

23‧‧‧夾鉗致動元件

23a‧‧‧夾鉗致動元件的內側端

24‧‧‧夾鉗單元

25‧‧‧夾爪

26‧‧‧反向軸承表面

27‧‧‧夾緊軸桿

30‧‧‧預張單元

31‧‧‧彈簧總成

34‧‧‧釋放單元

35‧‧‧第一氣壓缸

36‧‧‧第一氣壓缸空間

37‧‧‧第一活塞

38‧‧‧第一工作腔

39‧‧‧第一氣動線路

40‧‧‧第一氣動連接

41‧‧‧彈簧

42‧‧‧活塞桿

42a‧‧‧活塞桿端

46‧‧‧第一支承面

47‧‧‧第二支承面

48‧‧‧支承單元

49‧‧‧輔助軸承

50‧‧‧致動單元

51‧‧‧第二氣壓缸

52‧‧‧氣缸空間

53‧‧‧第二活塞

54‧‧‧第二工作腔

55‧‧‧第二氣動線路

56‧‧‧第二氣動連接

60‧‧‧驅動單元

61‧‧‧靜子

62‧‧‧轉子

63‧‧‧控制單元

I‧‧‧夾緊位置

II‧‧‧釋放位置

III‧‧‧支承狀態

IV‧‧‧休止狀態

FA‧‧‧壓緊力

FL‧‧‧釋放力

FV‧‧‧預張力

L‧‧‧縱軸

R‧‧‧縱向

本發明的有利具體實施例可從附屬項、說明及附圖推衍出來。以下，參考附圖詳細解釋本發明的較佳示範具體實施例。他們顯示為：第1圖的方塊圖圖示裝有工具或工件之軸裝置的示範具體實施例；第2圖圖示第1圖的軸裝置，其中夾鉗裝置位在用於插入或移除工具或工件的釋放位置；以及第3圖圖示支承單元切換到支承狀態的第1圖及第2圖之軸裝置。

第1圖至第3圖以高度示意的方式圖示軸裝置10之示範具體實施例的基本原理。軸裝置10包含基體11。第1圖至第3圖圖示簡化為一件的基體11；不過，在特定示範具體實施例中，它由數個組件組成為較佳。接收單元12配置在基體11中。接收單元12經支承成可藉助基體11中的旋轉軸承總成13繞著一縱軸L旋轉。由與縱軸L平行的縱向R觀看，旋轉軸承總成13有彼此隔開地配置的至少兩個軸承14。軸承14最好組配成為耐磨軸承。在根據描述於此之第1圖至第3圖的示範具體實施例中，旋轉軸承總成13包括配置在後軸承位置的至少一後軸承14a以及與其在縱向R有一段距離地配置在前軸承位置的至少一前軸承15b。如圖示，該實施例有兩個前軸承14b。前軸承14b最好組配成為斜角球軸承。前軸承14b因此對於接收單元12的旋轉軸承不僅可吸收或支承徑向力，也可吸收或支承軸向力。後軸承14a最好組配成為徑向軸承而且只設置成用於吸收徑向力。

接收單元12包括可旋轉地支承於旋轉軸承總成13之基體11上的接收套筒18。在與待接收工具或工件關連的前端上，接收套筒18有接收開口19。在該示範具體實施例中，接收開口19最好是開口朝向接收套筒18之前端18a的錐形。在這種情況下，接觸面20形成於接收開口19內，該等接觸面朝向縱軸L傾斜延伸。

此外，接收單元12包含配置於接收套筒18中的夾鉗致動元件23以便可沿著縱軸L滑動。在該示範具體實施例中，夾鉗致動元件23有桿形或棒狀組態而且也可稱為推桿。在與接收開口19關連的末端處，夾鉗單元24連接至夾鉗致動元件23。夾鉗單元24可包含各自用一反向接觸面26在接收開口19中抵頂接觸面20的數個夾爪(gripper jaw)25。由於傾斜的接觸面20，當夾鉗致動元件23正在縱向R相對於縱軸L徑向滑動時，夾爪25彼此互相靠近或遠離。第1圖示意圖示夾緊位置I，於其中，夾鉗單元24將工件或工具夾在夾爪25之間。第1圖只示意圖示工件或工具的夾緊軸桿(clamped-in shaft)27。

第2圖及第3圖圖示夾鉗單元24的釋放位置II。在這種情況下，夾鉗單元24與夾鉗致動元件23一起相對於夾緊位置I在縱向R滑動，使得相較於夾緊位置I，夾爪25相對於縱軸L在徑向彼此有較大的距離，以及工具或工件可插在夾爪25之間或從在夾爪25之間的區域移出。在此釋放位置II，夾鉗致動元件23相對於夾緊位置I朝向接收套筒18的前端18a滑動。

此外，接收單元12包含預張單元30。預張單元30在夾鉗單元24與接收套筒18之間產生預張力FV，該預張單元的取向平行縱軸L，亦即在縱向R。預張力FV以此方式起作用使得夾鉗致動元件23被推離開或拉離開前端18a，從而迫使夾鉗單元24進入接收開口19以及被拉，例如。藉由支承夾爪25於傾斜接觸面20上，在夾爪25與插上工具或工件之間實現夾緊或預張力。

在該示範具體實施例中，預張單元30用彈簧總成31表現。彈簧總成31可包含盤簧及/或螺旋彈簧。預張單元30或彈簧總成31在接收單元12內的位置可選在適當的位置。在圖示於此的示範具體實施例中，彈簧總成31用作在接收套筒18與夾鉗致動元件23之間產生壓緊力的壓力彈簧總成。

軸裝置10包括釋放單元34。釋放單元34經設置成在夾鉗單元24將會從夾緊位置I移動到釋放位置II時，可與預張力FV反向地施加釋放力FL至夾鉗致動元件23。釋放力FL示意圖示於第2圖及第3圖。釋放力FL可用電氣及/或液壓及/或氣壓方式產生。

在描述於此的示範具體實施例中，釋放單元34包含第一氣壓缸35。第一氣壓缸35有第一氣缸空間36，於其中，第一氣壓缸35的第一活塞37經配置成可在縱向R滑動，以及在這種情況下，在第一氣缸空間36中以液密方式(fluid-tight manner)界定第一工作腔38。第一氣動線路39連接第一工作腔38至一第一氣動連接40。可將第一氣動線路39組配成為基體11內的渠道。

第一氣壓缸35被組配成為簡單地動作型氣缸。用有至少一彈簧41的彈簧總成迫使第一活塞37進入起始位置(home position)(第1圖)。安置在第一活塞37上的是活塞桿42。活塞桿42有與夾鉗致動元件23之內側端23a關連的活塞桿端42a。如果有活塞桿42的活塞37處於圖示於第1圖的起始位置，活塞桿端42a不抵頂夾鉗致動元件23的內側端23a。

藉由經由第一氣動連接40及第一氣動線路39施加加壓空氣至第一工作腔38，有活塞桿42的活塞37首先朝向夾鉗致動元件23移動直到活塞桿端42a與夾鉗致動元件23的內側端23a互相抵頂。隨後，釋放力FL經由活塞桿42施加至夾鉗致動元件23，該釋放力抵抗(counter-acting)預張力FV且大於預張力FV。結果是，有夾鉗單元24的夾鉗致動元件23相對於接收套筒18可與預張力FV反向地沿著縱軸L滑動。結果，夾鉗單元24可從夾緊位置I(第1圖)移動到釋放位置II(第2圖及第3圖)。由夾鉗致動元件23及夾鉗單元24以此方式進行的衝程係相對小且數量只有數毫米。

接收套筒18有第一支承面46。第一支承面46相對於縱軸L以徑向取向。在該示範具體實施例中，第一支承面46形成為在接收套筒18之台階(step)或凸緣(flange)上的環形表面。旋轉軸承總成13的至少一前軸承14b抵頂第一支承面46。此至少一前軸承14b經設置成除了徑向力以外也可支承接收套筒12與基體11之間的小軸向力。在該示範具體實施例中，至少一前軸承14b被組配成為斜角球軸承。

此外，提供在接收套筒18上的第二支承面47，例如，該支承面相對於縱軸L以徑向取向。第二支承面47形成於台階或凸緣上且圍繞縱軸L，根據該實施例，是以環形且較佳為共軸的方式。第一支承面46與第二支承面47面向接收套筒18的前端18a。

此外，軸裝置10包含包括輔助軸承49及可啟動的致動單元50的支承單元48。在該示範具體實施例中，可致動的致動單元50為第二氣壓缸51。第二氣壓缸51有形成於基體11上的第二氣缸空間52，於其中，第二氣壓缸51的第二活塞53經配置成可在縱向R滑動。第二活塞52在氣缸空間52中流體界定第二工作腔54。第二工作腔54經由第二氣動線路55連接至第二氣動連接56。可將第二氣動線路55組配成為基體11中的渠道。

輔助軸承49配置在第二支承面47與第二活塞53之間。工作腔54位在與輔助軸承49相反的第二活塞53側面上。當壓力施加至第二工作腔54時，第二活塞53推動輔助軸承49頂著第二支承面47，以及同時產生壓緊力FA(第3圖)。

在處於第3圖所示的位置時，用致動單元50以壓緊力FA使輔助軸承49壓在接收套筒18上以及根據該實施例壓在第二支承面47上，在這種情形下，支承單元48處於支承狀態III。如果支承單元48的致動單元50不產生壓緊力FA(第1圖及第2圖)，支承單元48處於休止狀態IV。處於此休止狀態IV時，輔助軸承49可不用力地或鬆鬆地實質抵頂第二支承面47從而抵頂接收套筒18。第1圖及第2圖圖示休止位置IV，此時輔助軸承49經配置成不與對面接收套筒18接觸；不過，這並不是絕對必要。重要的是，出現非致動式被動性(non-actuated passiveness)的狀態似乎是因為致動單元50以及輔助軸承49與接收套筒18之間未產生壓緊力FA。

根據該實施例，支承單元49經設置成在釋放位置II可實現接收單元12及接收套筒18在基體11上的額外支承。這樣做，支承單元48在夾鉗單元23移動到釋放位置II之前、其間或之後切換到支承狀態III，於其中，輔助軸承49用壓緊力FA壓在接收套筒18上。根據該實施例，輔助軸承49具體化為軸向軸承且支承作用在基體11與接收套筒18之間的軸向力。結果，根據該實施例，因在釋放位置II之釋放單元34而作用在接收單元12與基體11之間的軸向力不會全部被旋轉軸承總成13和至少一前軸承14b吸收。反而，軸向力自己分散到至少一前軸承14b與輔助軸承49。至少一前軸承14b的軸向力負荷因此而減少。這允許接收單元12以縱軸L為中心轉動到釋放位置II，而不過度磨損以及不會造成至少一前軸承14b損壞。

為了驅動接收單元12繞著縱軸L，該軸裝置包含驅動單元60。例如，驅動單元60可為有在轉子62中之靜子61的電動馬達。靜子61配置在基體11上，而轉子62不可旋轉地連接至接收單元12以及例如連接至接收套筒18。在圖示於此的示範具體實施例中，用電動馬達表現的驅動單元60在縱向R配置於旋轉軸承總成13的至少一前軸承14b中。

此外，軸裝置10可包含控制單元63。控制單元 63經設置成可啟動驅動單元60及/或釋放單元34及/或支承單元48。結果，控制單元63可發動或停止接收單元12以縱軸L為中心的旋轉，或用釋放單元34實現夾鉗單元24在夾緊位置I與釋放位置II之間的運動，或實現支承單元48在支承狀態III與休止狀態IV之間的切換。這樣做，該示範具體實施例的控制單元63使得加壓空氣有可能各自供給至各個工作腔38及54，或各自使各個工作腔38及54排氣。控制裝置63可用馬達控制單元控制電動馬達的旋轉。因而必須的氣動及/或電氣及/或電子構件不予詳細圖示而且本身可用習知方式實作。為了簡化，第1圖以高度示意的方式圖示控制單元63。可改變必要輸出及/或輸入訊號的數量。

用於插入或移除工具或工件的程序如下：夾鉗單元24藉助釋放單元34移動到它的釋放位置II。在此狀態下，可移除或插入工具或工件。同時，就在這之前或之後，支承單元48切換到支承狀態III，於其中，輔助軸承49例如在一方面提供接收單元12與支承套筒18之間的軸向力支承以及另一方面提供接收單元12與基體之間的軸向力支承。輔助軸承49因此支承因釋放單元34而作用在接收單元12與基體11(第3圖)之間的軸向力之一部份。結果，在夾鉗單元的釋放位置II，有可能以繞著縱軸L旋轉的方式驅動接收單元12，為了插入或移除工具或工件，這應該是有必要或是有利的。由於旋轉及在釋放位置II之軸向力而主要施加至旋轉軸承總成的總負荷由於輔助軸承而足夠小。

隨後，再度去啟動(deactivated)釋放單元34使得它不再產生釋放力FL。在該示範具體實施例中，這在工作腔38向環境排氣時發生。由於預張單元30的預張力FW，夾鉗致動元件23向內移動遠離接收套筒18的前端18a，結果夾鉗單元24回到它的夾緊位置I以及夾緊固定工件或工具。在此之前、期間或之後，支承單元48可切換到它的休止狀態IV(第1圖)。旋轉軸承總成13不需要吸收任何或最小軸向力，使得輔助軸承49不需要，因此，不需經由支承單元48用頂著接收套筒18的力施加壓力。

本發明係有關於一種用於裝設工具或工件的軸裝置10。軸裝置10包含一接收單元12，其在一基體11中由一旋轉軸承總成13支承以便可繞著一縱軸L旋轉。接收單元12有經支承成以便在與該縱軸L平行之縱向R不可移動的一接收套筒18以及有經支承成以便可在該接收套筒18中沿著該縱軸L滑動的一夾鉗致動元件23。在該夾鉗致動元件23與該接收套筒18之前端18a關連的一端上，安置用於夾鉗該工具或該工件的一夾鉗單元24。夾鉗單元24用預張單元30預張處於一夾緊位置I。一可致動的釋放單元34可使該夾鉗單元、與預張單元30的預張力FV反向地移動到一釋放位置II。藉助於一支承單元48，一輔助軸承49、特別是經組配成為軸向軸承者、可壓抵在接收套筒18上以便實現接收單元12在基體11上的改良軸向力支承以及減少旋轉軸承總成13上由軸向力引起的負荷。