TWI382890B

TWI382890B - 驅動作動單元之方法及執行該方法之裝置

Info

Publication number: TWI382890B
Application number: TW095124736A
Authority: TW
Inventors: Hangleiter Eugen
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2013-01-21
Also published as: TW200719996A; US20080224423A1; EP1954431A2; ES2427096T3; EP1954431B1; WO2007031046A2; KR20080055857A; JP2009507662A; JP5015157B2; WO2007031046A3; CN101817095A; DE102005048800A1; KR101404350B1; US8297893B2; CN101817095B

Description

驅動作動單元之方法及執行該方法之裝置

本發明係由一種用以驅動作動單元之方法構成。該作動單元用於一夾緊裝置之夾緊及放鬆。夾緊裝置具一於機器主軸上可軸向移動之拉桿，用以作動一與夾爪共同作用之夾頭，其中，夾緊時，首先藉由該作動單元於軸向夾緊方向對拉桿施力，直到其軸向位置因自鎖而相對機器主軸被固定，在形成自鎖後，作動單元之夾緊裝置即停止對拉桿施力，而夾緊裝置繼續維持功能，在放鬆夾緊裝置時，拉桿藉由作動單元向與夾緊方向相反之放鬆方向移動。本發明之另一標的物係一種執行本方法之裝置。

於技術現況中，例如德國專利案DE 140 638 A1，已知許多夾緊裝置，其藉由夾緊鉗將例如具空心軸錐面之工件夾緊。為作動夾緊裝置，亦使用稱為放鬆單元之作動單元，其軸向移動屬於夾緊裝置之拉桿。於夾緊工件時，拉桿被拉向與夾緊鉗相背反方向，且作動單元提供夾緊所需之夾緊力，使該位置保持，其中，拉桿之正確定位位置係藉由盤形彈簧組或螺紋盤形彈簧支持。若要再結束夾緊，拉桿藉由作動單元向反方向回轉移動。該類具相屬作動單元及其操作所需之方法之夾緊裝置，在實務中已通過考驗。不過該技術現況已到達極限，因機器主軸轉速不斷增加，動平衡品質必須持續上升，其中，尤其是需要持續對拉桿出力之盤形彈簧組或螺紋盤形彈簧，造成負面作用。

因此，本發明之任務係，準備提出一種驅動作動單元之方法，其不使用現有該類彈簧仍可進行。本發明之另一任務係準備提出執行本方法之裝置。

本任務中有關方法部分係藉由上述方法加以解決，其特徵為，作用於拉桿上之力，只需在夾緊及放鬆時施加，在機器主軸上以較高速度轉動，夾緊裝置發揮作用時，作動裝置不需施力於拉桿上。

要注意的是，為縮短更換時間，例如工具交換，也可能於夾緊時，於自鎖形成後，機器主軸加速時要降低施加之力，亦即從作動單元到拉桿之力傳動鏈被中斷後，機器主軸即可加速。

另外，在本發明範疇中，尤為安全之考量，在放鬆時，於機器主軸轉動停止後才向放鬆方向施力，亦即在機器主軸完全到達靜止狀態後，作動單元及拉桿間之力傳動鏈才又建立，以防止不確實夾緊之工件傷害或損傷。

本任務中有關裝置部分係以下列方法解決，即夾緊裝置具一在機器主軸內可軸向移動加以支承之拉桿，用以作動設有一與夾爪共同作用之夾頭，該夾緊裝置於夾緊位置時，拉桿之軸向位置藉由自鎖而確保，且設有一作動單元，拉桿位於夾緊位置時，作動單元在力流上與拉桿為解耦。此設計尤可能排除用於作動拉桿所需之作動單元部分元件對動平衡品之質負面影響，尤其是拉桿與作動單元之連結，不再對動平衡品質有負面影響。這些優點，可特別輕易達成，當在拉桿之夾緊位置，作動單元相對拉桿做非接觸之定位，亦即自由之拉桿與整個機器主軸可不與作動系統接觸而轉動。

此外，有一實施形式證實是有利的，其如此設計，即在拉桿上設置第一線圈，其與一設置在機器主軸上，與第一線圈同軸設置之第二線圈共同作用，該第二線圈以非接觸方式，與一配置於靜止之作動外殼上之靜子相聯結。以此設計，基本上實現出一線性馬達，其中藉由不同之電流方向可驅使拉桿向夾緊方向或是放鬆方向移動。

在一特別偏好之實施形式有以下之特徵：拉桿具一環盤，其設置於第一活塞之活塞室內，第一活塞則是設置在作動裝置以高壓媒質作動之汽缸室內。在此實施形式中，與使用線圈之實施例相比，允許夾緊及放鬆時有接觸之工作方式，但仍確保拉桿及其環盤在夾緊裝置作用時，以非接觸方式相對作動裝置定位。因為這是在高轉速下維持良好動平衡品質決定性之要求，而在靜止狀態下啟動夾緊裝置則可允許有接觸。

另外，在本發明範疇中，汽缸室內第一活塞從中央位置向雙方向之移動行程，較活塞室內環盤於雙移動方向之移動行程為大，因不藉由第一活塞額外之移動可能性，不僅可使環盤與活塞室間保持接觸，除此之外，也提供夾緊裝置作動所需之拉桿移動。

尤其最好在作動裝置之第二汽缸室內設置一第二活塞，其在拉桿位於夾緊位置內對第一活塞出力。為使該裝置順利發揮功能，重要的是，活塞室內環盤之中央位置在操作時要維持準確，而該準確定位只靠控制汽缸室內之壓力關係很難得到保証。藉由使用第二活塞，可以簡單方式達成此要求，該第二活塞決定在夾緊位置內第一活塞之正確位置，因而一併決定環盤在活塞室內之位置。

為在夾緊位置內第二活塞達到正確位置，第二活塞之有效直徑較第一活塞者大，且經由一三位換向閥，在拉桿之夾緊位置內，第一活塞及第二活塞相互相背之側，施以相同之壓力。

另外，在本發明範疇中，作動單元為行程控制之故，設置環型感測器與設置在拉桿上之指示器相互作用，故藉由此實施形式，可以監控拉桿之移動，以導入夾緊力。

在另一實施形式中，其特徵為，作動單元具一轉動套管，其具一與機器主軸相連接之分配器軸及一不轉動之支承高壓媒質接口之分配器外殼，該高壓媒質接口用以對設置於活塞室內之，與拉桿連結之活塞之二側面施力。在此實施形式中要注意的是，在任何操作狀態下，也就是不論是夾緊、放鬆及工作中，拉桿與作動裝置間均有非接觸聯結，但依前述要求，作動單元在夾緊位置內與拉桿就力流而言無聯結，亦即高壓媒質接口只在啟動時施加壓力，而在操作時接口無壓力，因為在所希望之高達每分鐘120000轉之轉速，尤其是密封件在受壓力時會有較高之消耗。

根據另一實施形式，在機器主軸上設計一主軸鎖蓋，其具一在圓周方向之凹槽，為在夾緊及放鬆時解除主軸負荷，至少二在徑向對立之栓伸入凹槽內，而栓則是設計在可在軸向移動之作動單元汽缸壁上，其中，汽缸壁為在夾緊及放鬆後將栓維持在中央位置，設置在雙移動方向作用之支持於外殼上之彈簧。

另外一或是補充之可能性是，汽缸壁為在夾緊及放鬆後將栓維持在中央位置，設置一漏斗面，且在外殼上設置一定心件，在最簡單的實施方式中，定心件是由一承受彈簧力之球構成。

同樣，定心件也可由一可施加壓力之錐形栓構成。

在另一具二設置給作動裝置之活塞實施形式中，其特徵為，第一活塞配置給夾緊程序，而在夾緊時環盤被施力，且在作動單元內設置一與第一活塞獨立可移動之放鬆活塞，其在放鬆時施力於環盤上。

圖中顯示一夾緊裝置，用以夾緊具空心軸錐面1之工件2 或是工具，為此夾緊裝置具一在本體3內可於軸向移動加以支承之拉桿4，用以作動設有一與夾爪5共同作用之夾頭6，即藉由拉桿4在放鬆位置及夾緊位置間之軸向移動，該放鬆位置顯示於圖一下半部，而夾緊位置則顯示於圖一上半部。為夾緊工件2，拉桿4藉由一在圖二至圖四中所顯示，以後再更近一步說明之作動單元20，從放鬆位置拉進夾緊位置，中間經過拉鉗7、及螺栓8、及螺紋環9，夾頭6在軸向移動，因而使夾爪5之爪頭10於徑向移動到達空心軸錐面1上。

注意在圖一所顯示之夾緊裝置中，於本體3內設置一不可在軸向移動之夾緊套筒11，拉鉗7於其上被軸向導引，拉鉗之內側面位於拉桿4上，其中拉桿4具一錐形頭12，拉鉗7具一楔環13且夾緊套筒11具一內錐面14。因而，當拉桿4從放鬆位置移至夾緊位置會出現自鎖，其決定拉鉗7之軸向位置，即使作動裝置不再施加拉力於拉桿4也是如此。該作動單元20經拉桿4作用之力故而藉由自鎖而暫時被儲存，確保工件2夾緊在空心軸錐面1上，且無需藉用夾緊彈簧出力以確保在夾緊位置時拉桿4相對本體3或是夾緊套筒11之軸向位置。夾緊之安全性因而不會受到夾緊彈簧疲勞之影響。除此之外，藉由使用自鎖，未受夾緊彈簧之力之拉桿4可與全部之主軸或是本體一起轉動，而不必與其作動單元20維持連接，因而改善平衡品質，且可提高轉速。

另外從圖看到，錐形頭12以一徑向凸緣15向拉桿4方向縮小，拉鉗7具一內環16以貼於凸緣15上，且拉鉗7以其內環16在夾緊套筒11之內錐面14軸向範圍可避開凸緣15。圖中所示之實施例中，錐形頭12之錐角為6度，而夾緊套筒11之內錐面14錐角則為12度。楔環13之內周面傾斜角及外周面傾斜角與相貼合之元件有相應之傾斜角。

以下簡述本裝置之功能。出發點係顯示於圖中下半部之放鬆位置，藉由作動單元20，在拉桿4上施加拉力，使拉桿4在圖中向左移動。移動時，因拉鉗7之內軸環16位於拉桿4之凸緣上，拉桿4帶動拉鉗7，為避免不平衡，拉鉗在二長孔17內相對套筒被導引，經由螺栓8、螺紋環9、夾頭6，使夾爪5及其夾頭10於徑向向外偏轉，並貼於空心軸錐面1之後切面18上。藉由凸緣15及內環16之共同作用，夾頭6可快速軸向移動，在移動一預定之軸向位移後，拉鉗7之內環16可避開凸緣15，並以楔環13之內周面貼在錐形頭12上，同時以外周面壓迫夾緊套筒11之楔環13。繼續在軸向移動拉桿4，拉鉗7只有少量軸向移動，但在錐形頭12及夾緊套筒11之力逐漸增高，直到自鎖出現為止，所得之夾緊力依然會維持住，即使作動單元20之拉力不再作用在拉桿4上。

若現在要解除夾緊，拉桿4自夾緊位置向放鬆位置從左到右移動，使錐形頭12及夾緊套筒11間拉鉗7之夾鎖被放鬆，拉桿4相對拉鉗7移動，直到其貼合面19貼在螺紋環9上，而拉桿4凸緣15之內環16又可從後出力。拉桿4繼續移動，造成夾頭6移動，使夾爪5及其夾頭10放鬆工件2。

該夾緊裝置之夾緊及放鬆可從圖二至圖四中，選擇一加以實現作動單元20，各作動單元相互一致之特徵為，在拉桿4位於夾緊位置時，從作動單元20到拉桿4之力傳動鏈被中斷。在圖二及圖三之實施形式中，是以下列方式達成，即在拉桿4位於夾緊位置時，作動單元20相對拉桿以無接觸方式定位，在圖二所示之實施形式中，拉桿4上裝置有第一線圈21，在機器主軸3上設置與之共同作用之第二線圈22，與第一線圈21同軸，第二線圈22以無接觸方式，與設置在靜止之作動外殼20上之靜子相聯結。該作動單元20在所有之操作情況下以不接觸方式作用於拉桿4上，亦即在夾緊及放鬆時，也在夾緊裝置與機器主軸3以高轉速轉動工作時。

圖三顯示一實施形式，其中拉桿4具一環盤26，其設置在第一活塞28之活塞室27內，活塞設置在以高壓媒質推動之作動單元汽缸室29內，其中，在汽缸室29內，第一活塞28從中央位置向雙方向之移動行程，較活塞室27內，環盤26於雙移動方向之移動行程為大，因而除了移動第一活塞28將環盤26貼於活塞室軸向之頂面及背面外，也可強迫其繼續移動以作動夾頭6。當拉桿4完成自鎖後，進入工作位置，為以絕對把握確保環盤26與活塞室27頂面及背面之接觸可再消除，在作動單元20內，在第二汽缸室30設置第二活塞31，其在拉桿4位於夾緊位置時，施力於第一活塞28上，其中第二活塞31之有效直徑較第一活塞28者為大，且經由一三位換向閥32，第一活塞28及第二活塞31相背之側，在拉桿4，位於夾緊位置時，施加以相同壓力，因而由於第二活塞31有較大之有效面積，第二活塞一定會貼在第一活塞28上，而且第二活塞31貼在第二汽缸室30之頂面，確保環盤26是位在中央位置。在此實施形式中，作動單元20為行程控制設置環形感測器33，與設置在拉桿上之指示器34相互作用。

在圖四中顯示另外一實施形式，其中，作動單元20具一轉動套管35，其包括一與機器主軸3相連接之分配器軸36及一固定之支承高壓媒質接口37之分配器外殼38，高壓媒質接口37用於對設置於室39內，與拉桿4聯結之活塞40之二側面施加壓力。其中，該二實施形式保證在任何操作狀態下拉桿4與作動單元20均有接觸，但在使用夾緊裝置時力傳動鏈被中斷，因為在完成自鎖後高壓媒質接口37可被切換至零輸入壓力。

圖二至圖七之所有實施形式中，作動單元20在其另一軸末端設置輸入件25，可用以導入氣體或冷卻劑至夾緊裝置內之拉桿4。

圖五顯示一實施形式，其中在機器主軸3上之主軸鎖蓋41上設有在圓周方向之凹槽42，為在夾緊及放鬆時解除主軸負荷，至少二在徑向對立之栓43伸入凹槽內，栓則是設計在可軸向移動之作動單元20之汽缸壁44上，其中，汽缸壁44為在夾緊及放鬆後將栓43維持在中央位置，設置二雙移動方向作用之支持於外殼上之彈簧45，與之相比，在圖六中則顯示另一可能性，其中汽缸壁44為在夾緊及放鬆後將栓43維持在中央位置，設有一漏斗面46，且在外殼上設有一定心件47，其由承受彈簧力之球48(圖五)，或由可施加壓力之錐形栓49構成。

最後，圖七顯示一實例，其中，作動單元20上設有二活塞，不過該二活塞非相互獨立作動，即第一活塞28配置給夾緊程序，而在夾緊時環盤26被施力，且在作動單元20內設置一與第一活塞28獨立可移動之放鬆活塞50，其在放鬆時，施力於環盤26上。

1‧‧‧空心軸錐面

2‧‧‧工件

3‧‧‧本體

4‧‧‧拉桿

5‧‧‧夾爪

6‧‧‧夾頭

7‧‧‧拉鉗

8‧‧‧螺栓

9‧‧‧螺紋環

10‧‧‧爪頭

11‧‧‧夾緊套筒

12‧‧‧錐形頭

13‧‧‧楔環

14‧‧‧內錐面

15‧‧‧凸緣

16‧‧‧內環

17‧‧‧長孔

18‧‧‧後切面

19‧‧‧貼合面

20‧‧‧作動單元

21‧‧‧線圈

22‧‧‧線圈

23‧‧‧作動外殼

24‧‧‧靜子

25‧‧‧輸入件

26‧‧‧環盤

27‧‧‧活塞室

28‧‧‧活塞

29‧‧‧汽缸室

30‧‧‧汽缸室

31‧‧‧活塞

32‧‧‧三位換向閥

33‧‧‧環形感測器

34‧‧‧指示器

35‧‧‧轉動套管

36‧‧‧分配器軸

37‧‧‧高壓媒質接口

38‧‧‧分配器外殼

39‧‧‧室

40‧‧‧活塞

41‧‧‧主軸鎖蓋

42‧‧‧凹槽

43‧‧‧栓

44‧‧‧汽缸壁

45‧‧‧彈簧

46‧‧‧漏斗面

47‧‧‧定心件

48‧‧‧球

49‧‧‧錐形栓

50‧‧‧放鬆活塞

以下藉圖式之實施例更近一步說明本發明。各圖所示為：圖一由作動單元控制夾緊裝置之縱向剖面圖，圖二第一實施形式中作動單元之縱向剖面概括圖，圖三與圖二相應之第二實施形式中作動單元之剖面圖，圖四與圖二相應之另一實施形式中作動單元剖面圖，圖五與圖三相應之主軸去負荷之示圖，圖六與圖五相應之示圖，具另一實施形式之主軸去負荷，及圖七另一般具二活塞之作動單元之實施形式。