TWI454337B - 用來將工件正確定位於夾頭的工件托持器及具有夾頭和工件托持器的夾持裝置 - Google Patents

Description

用來將工件正確定位於夾頭的工件托持器及具有夾頭和工件托持器的夾持裝置

本發明係有關於一種工件裝置與夾持裝置，具有一中心開口以接收工件及兩參考系統，且具有定位構件以可脫離方式將工件裝置於兩不同方向連接於工件托持器上。

於習知技術中，應用工件裝置將工件連接至工具機之工件托持器必須具有高準確度。因此，工件裝置不應僅是連接至工件托持器具有高度準確性，且同時必須有重複可靠性。為讓工件裝置能於正確定義之位置接於工件托持器，工件裝置通常設置有參考系統對應於工件托持器上之參考系統；換言之，工件托持器上之參考系統為對應設計。一旦工件裝置連接至工件托持器上時，工件裝置應至少於X－Y方向採取準確、定義良好之位置，較佳地，當連接於工件托持器時，於Z方向之環狀方向上對準。

歐洲專利號EP－A－0,255,042揭露了一夾持裝置，用於一工具機，具有一工件托持器及一工具握持器。此工件托持器具有兩對中心肋由底面突出，且具有一平面用以對準握持器之X－Y方向。再者，四釘梢由工件托持器表面突出，用以對準握持器之Z方向，而握持器則提供一平面適於抵住上述釘梢之前表面，且握持器包括兩對凹槽，對準前述之中心肋柱，且具有彈性之唇形物以結合於對準用之肋柱；最後，握持器上鑽有一中心孔洞，且收納一下拉螺栓，其中所需之定位正確之下拉力量可轉換至握持器上。因此，夾持器具有一中心球形夾持機制可與上述螺栓結合。

上述之缺點為固定於工件裝置上之工作僅能加工某一側，例如，當你需加工兩側時，則須將一側以完工之工件先行放開，再以不同位置固定於工件裝置上。可理解地，相當費時且有工件定位不準確性之考量。

德國專利號DE－C－861,948揭露一工件托持器，連接於一工具機之軸心，因而可由一位置旋轉至另一位置。此工件托持器包括具有鉗口之夾框，且夾框藉由兩螺栓旋轉180度旋轉固定，因此工件固定於夾框上可被翻轉180度。為定位夾框於軸心頭，於軸心上設有環形肋柱，接合於夾框兩側之凹槽上，且為固定夾框於軸心頭上，夾框上設有握持構件藉由螺栓以進行接合，螺栓連接於藉由一旋轉及軸向移動套件而移動於轉動位置於運轉位置之一載具件。再者，每一握持件具有突出部相對應於位於軸心頭上之凹槽，以確保夾框不至於載具件於運轉位置時轉動。

即使環形肋柱接合於對應環形凹槽可定位夾框到軸心頭上，並未提供構件以正確對準夾框到軸心頭之X－Y軸與Z方向。藉由提供單獨之中心構件，特別地突出部結合於凹陷部，且環形肋柱接合環形凹槽其中之一，系統過於繁雜。此外，工件托持器無法由軸心頭脫離，而連接至另一工具機之軸心。由於夾框僅藉由兩螺栓固定，特別是於夾框接收一工件被加工時，並無較高的力量傳遞。缺點就是收納於夾框時的尺寸是有限制的，如果太大及過長時，夾框不移動工件就無法轉動180度。

另，歐洲專利EP－A－0,900,618揭露具有兩平部之一載具板。後端部包括兩握持部彼此相反，藉此，載具板可於兩不同方向夾持於工件托持器，此握持部根據之前討論的文件EP－A－0,255,042設計，藉由中心夾螺栓以固接至工件托持器。

US專利號3,023,015揭露一雙刃連接於一鑽頭上，包括一平坦握持部，並具有一開放前端與一後端，鑽頭托持器接合件提供於握持部的後端。一雙刃件包括一雙插槽，具有第一端和第二端，可選擇地接於握持部之開放端，一環形阻止肩部位於插槽端部之中間接於握持部前端。可釋放之止動裝置構件設置並於握持部與雙插槽之相反端具有合作件，一套件滑動式設計於握持部上，運作連接於止動裝置構件之構件上。

最後，EP－A－0,970,769揭露用於鑽頭工具機之一握持部，具有中心穿透孔，構成於每一邊上且一接收軸用以收納一鑽刃。握持部設置有軸向洞，交叉設置兩接收洞以固定鑽刃不至於轉動。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種工具載具，具有一中心開口，用於快速簡單連接至不同的托持器構件於不同位置，而特定之位置能準確達到，且此工件托持器必須為簡單且堅固之設計。

為達此目的，本發明提供一工件載具，適於可脫離方式連接至一托持器構件，包括一中心開口延伸於中心縱軸的方向軸，且適於接收一工件。一第一參考系統具有第一中心構件且用於在一第一準確定義位置對準工件載具與托持構件；一第二參考系統則具有一第二中心構件，且用於在一第二準確定義位置對準工件載具與托持構件。

一第一連接件，設於第一參考系統，以可脫離之方式將工件裝置連接於工件托持器於第一位置，且第一連接件環繞工件裝置之中心開口，並延伸於工件裝置之中心縱軸方向；一第二連接件，獨立於第一參考系統，設於第二參考系統，以可脫離之方式將工件裝置連接於工件托持器於第二位置，且第二連接件環繞工件裝置之中心開口，並延伸於工件裝置之中心縱軸方向。

由於工件載具具有兩彼此獨立之參考系統，其中，用於固定工件載具至托持器構件之構件實質延伸於工件載具之中心縱軸方向且環繞中心開口，配置於每一參考系統，基本前提為連接工件載具至拖漸具必須快速簡單且正確而無須中心夾持螺栓件。

本發明同時提供一夾持裝置於托持器上，且工件載具以可脫離方式連接至托持器構件，且托持器構件具有參考系統，用於定義工件載具連接至托持器之位置，且夾持件用以當工件載具連接至托持器時，將其夾持固定。

此工件載具包括包括一中心開口延伸於中心縱軸的方向軸，且適於接收一工件。一第一參考系統具有第一中心構件且用於在一第一準確定義位置對準工件載具與托持構件；一第二參考系統則具有一第二中心構件，且用於在一第二準確定義位置對準工件載具與托持構件。

一第一連接件，設於第一參考系統，以可脫離之方式將工件裝置連接於工件托持器於第一位置，且第一連接件環繞工件裝置之中心開口，並延伸於工件裝置之中心縱軸方向，且具有一夾持表面，用於接合托持器之夾持件：一第二連接件，獨立於第一參考系統，設於第二參考系統，以可脫離之方式將工件裝置連接於工件托持器於第二位置，且第二連接件環繞工件裝置之中心開口，並延伸於工件裝置之中心縱軸方向，且亦具有一夾持表面，用於接合托持器之夾持件。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

第1圖顯示工件載具1及夾持於內之工件4由一側視之的示意圖。工件載具1，包括一圓型碟狀之本體構件2，上具有一中心開口3。開口3之直徑並非固定，但是開口3具有一部分之一第一直徑(較小)及一第二直徑(較大)。工件載具1提供有兩參考系統5,11，位於工件載具1之相反兩端。在第1圖中，當僅有一部份之第二參考系統11可被看見，而第一參考系統5完全可看見。第一參考系統5包括一突出部6，呈圓型平行延伸並共軸於工件載具1之中心縱軸L。同時，工件載具1之中心縱軸L構成工件載具1之Z軸。突出部6之前表面7提供多個中心構件，於本實施例中，中心構件藉由四個中心溝槽8環繞中心開口3均勻分布所構成，以提供於突出部6之前表面7上。這些中心溝槽8用於定位工件載具1之X、Y方向於托持器上(第1圖中未顯示)，及Z軸之環形方向。同時，環形突出部6之平坦前表面7作為將工具載具1夾持於托持器(未顯示)時之Z軸方向停止面。如第1圖所示，中心開口3之一端區域被第一參考系統5之徑向環繞。突出部6之後端，相反於前面部7，具有一環形肩部9沿著突出部6之週邊延伸，作為夾持表面。肩部可藉由托持器之夾持球以接合，將於之後第4圖中進一步解釋。

應注意的是，上述環形突出部6，共軸環繞中心開口3，不僅包括用於準確定位工件載具1於托持器X、Y方向之中心構件8，且包括用於定位工件載具1之Z方向的停止面7，以及提供作為夾持件結合托持器之夾持面的肩部。因此，突出部6結合不同功能之不同構件，其中，溝槽形之中心構件8及停止面7作為Z軸之停止面以構成第一參考系統5。肩部9建立夾持面，因而與第一參考系統5直接相關。此工件載具1為相當簡單之設計。

於本實施例中，工件載具由軸向對稱之本體件所構成，因此，特別適合用於車床中。

應注意的是，其他構件亦可提供作為中心構件，例如，中心栓亦可取代溝槽設計。

第2圖顯示工件載具1及夾持於內之工件4由另一側視之的示意圖，以做為第1圖之比較。在第2圖中，第2參考系統11可被詳細檢視。第二參考系統11包括一突出部12，呈圓型平行延伸並共軸於工件載具1之中心縱軸L。同時，工件載具1之中心縱軸L構成工件載具1之Z軸。突出部12之前表面13提供多個中心構件，於本實施例中，中心構件藉由四個中心溝槽14環繞中心開口3均勻分布所構成，以提供於突出部12之前表面13上。與前述第一參考系統5相同，這些中心溝槽14再次用於定位工件載具1之X、Y方向於托持器上(第1圖中未顯示)，及定位Z軸之環形方向。同時，環形突出部12之平坦前表面13作為將工具載具1夾持於托持器(未顯示)時之Z軸方向停止面。如第2圖所示，中心開口3被第二參考系統11之徑向環繞。突出部12之後端，相反於前面部13，具有一環形肩部15沿著突出部12之週邊延伸，作為夾持表面。肩部可藉由托持器之夾持球以接合，將於之後第4圖中進一步解釋。

第3圖所示為工件4夾於內之工件載具1之縱向剖面圖。在工件載具1與基座本體構件2內部，構件分別提供用於夾持及定位工件4。於本實施例中，這些構件包括：一插縫式環形夾持件17、一推板件18、及多個夾持螺栓19；應注意的是，第3圖僅顯示夾持螺栓19其中之一。環形夾持件17運作原理近似於有縫夾套(collet)，一旦鎖緊夾持螺栓19，環形夾持件17向左移動(藉由推板件18向第一參考系統5方向移動)。由於環形夾持件17被一推板表面21徑向環繞，且朝向第一參考系統方向5直徑逐漸減小，環形夾持件17受到推板構件18影響而往內徑向壓縮，因而，工件4沿著周邊表面受夾持進而同時定位。就Z軸方向定位來說，應注意的是，工件4之環形前表面22停在基座本體件2之一突出部23上。一旦鎖緊夾持螺栓19後，工件4在環形夾持件17受壓影響下，抵接突出部23。因此，可分別確保工件4與其環形前表面確切位於基座本體件2之突出部23上，因而可定位Z軸方向。

在第3圖中，可清楚看見肩部9位於環形突出部6之後端，構成夾持表面給托持器之夾持球所使用。

相對於翻轉式的托持器組合，本發明之工件載具1可完全與連接之托持件脫離，換句話說，可隨時由托持件上移除，甚至連接至另一適合之工件托持器，這至為重要因為工件往往必須被不同的工具機進行加工。在此情況下，依據本發明，工件4不須由工件載具1中移除再插入其他之工件載具，因而可避免因工具機軸而造成工件定位不準確的情況。

於本實施例中，兩參考系統5,11位於兩平面E1,E2上，彼此平行。然而，兩平面亦可具有一角度。

不同於上述之夾持組合件包括環形夾持件17與推板件18，任何適當之構件作為夾持組合，或是僅簡單藉由螺栓將工件4夾持4至工件載具1之方式皆為可能。

第4圖所示為工件載具1連接至托持器25之縱向剖面圖，其中工件載具1藉由第一參考系統5以準確連接至托持器25。為達此目的，托持器25亦提供一參考系統26，此參考系統26用於與工件載具1之第一參考系統5與第二參考系統11合作運作。

托持器25之參考系統26包括四個中心栓構件27，以及幾個停止面構件28，作為Z軸參考且用於與環形突出部6之前面部7相接合，以準確決定工件載具1相對於托持器25之Z軸位置。特別地，並提供有四個曲線停止面28，每一個在兩相鄰中心栓27間延伸。然而，在第4圖之剖面圖中，僅顯示出一停止面28與兩中心栓27。再者，托持器25具有一中心開口29及球形夾持機制30，其中夾持機制30包括至少一活塞31及多個夾持球32。於本例中，環形設計之活塞可用於液壓或氣壓推動。就數量與位置來論，中心栓27對應於工件載具1之中心溝槽8。

一旦將工件載具1夾持至托持器25後，夾持球32受活塞31影響徑向向內受壓，因而，夾持球32停於工件載具1之肩部9(第3圖)上，以在Z方向上拉抵接托持器25。更具體描述球形夾持機制30，可參考美國專利No.6,367,814及No.6,378,877。當工件載具1由托持器25鬆開時，托持器25之中心栓27穿透工件載具1之溝槽8，因此，工件載具1可定位X、Y方向及Z方向之角度位置。

工件載具1設置於托持器25之上，但於兩者之Z軸參考面具有一間隙，此間隙約為幾百公釐，在最後夾持階段，此間隙藉由推中心栓27穿透工件載具1之溝槽8而減少至零，因此，中心栓被推入溝槽中，材料自然彈性可轉為可靠，且此暫時性彈形恢復材料之提供情況，參照美國專利No.4,855,558的情況可被避免。

當最終被夾持後，工件載具1與托持器25不僅於X、Y方向及Z軸旋轉方向固定，同時Z軸方向亦被固定。因此，托持器25之中心開口29共軸於工件載具1之中心開口3，由於托持器25具有中心開口29，因此當工件4連接至工件載具1時，可延伸進入開口29。

工件可被夾持至托持器如上所述，且工件之一邊可進行加工，例如工件4之前平面4a可被磨平。

第5圖所示為工件載具1連接至托持器25之另一縱向剖面圖，其中工件載具1藉由第二參考系統11以準確連接至托持器25上。因此，工件載具1相對於第3圖之情況翻轉了180度，工件載具1連接至托持器25之夾持與定位，如前所述之準確完成，除了依據第二參考系統11，中心栓27與溝槽14之結合及前面部13停止於托持器25之Z軸參考面28之運作部分。工件4依據第二種方式受夾持，工件另一邊即可進行加工，例如此時工件4之前平面4b可被磨平，因而，前平面4a,4b則可確實平行。

由於托持器25之夾持球32直接連接於第一參考系統5或是第二參考系統6之部分的環形突出部6與環形突出部12上，不同的夾持構件設置於工件載具1上，例如夾持螺栓等可避免。因此，有效的工件載具製造成本控制目的可以達到。因為每一環形突出部6,12環繞中心開口，並提供一體周邊肩部9,15，托持器25之夾持件32可接合相當大之夾持面以安全、適當之高夾持力將工件載具1夾持至托持器25上。中心夾持螺栓及內拉螺栓之提供同於習知工件載具，由於中心開口並非必要。再者，本發明之工件載具設計，可確保相對於托持器之高準確度之定位。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．工件載具

2．．．本體構件

3．．．中心開口

4．．．工件

4a．．．前平面

4b．．．前平面

5．．．參考系統

6．．．突出部

7．．．前表面

8．．．溝槽

9．．．肩部

11．．．兩參考系統

12．．．突出部

13．．．前表面

14．．．溝槽

15．．．肩部

17．．．夾持件

18．．．推板件

19．．．夾持螺栓

21．．．推板平面

22．．．前表面

23．．．突出部

25．．．托持器

26．．．參考系統

27．．．中心栓

28．．．停止面

29．．．中心開口

30．．．夾持機制

31．．．活塞

32．．．夾持球

L．．．中心縱軸

E1．．．參考平面

E2．．．參考平面

第1圖係表示本發明工件裝置由一側檢視之示意圖；第2圖係表示本發明工件裝置由另一側檢視之示意圖；第3圖係表示本發明工件裝置夾持一工件之縱軸剖面圖；第4圖係表示本發明之工件托持器與於一第一方向連接之工件裝置之縱軸剖面圖；以及第5圖係表示本發明之工件托持器與於一第二方向連接之工件裝置之縱軸剖面圖。

1．．．工件載具

2．．．本體構件

3．．．中心開口

4．．．工件

5．．．參考系統

6．．．突出部

7．．．前表面

8．．．溝槽

9．．．肩部

11．．．兩參考系統

L．．．中心縱軸

Claims (25)

1. 一種工件裝置，用以可脫離方式連接於一工件托持器，且具有一中心縱軸，包括：一中心開口，延伸於該中心縱軸方向，以接收一工件；一第一參考系統，具有一第一中心構件，依照一第一位置用以對準該工件裝置與該工件托持器；一第二參考系統，具有一第二中心構件，依照一第二位置用以對準該工件裝置與該工件托持器；一第一連接件，設於該第一參考系統，以可脫離之方式將該工件裝置連接於該工件托持器於該第一位置，且該第一連接件環繞該工件裝置之該中心開口，並延伸於該工件裝置之該中心縱軸方向；以及一第二連接件，獨立於該第一參考系統，設於該第二參考系統，以可脫離之方式將該工件裝置連接於該工件托持器於該第二位置，且該第二連接件環繞該工件裝置之該中心開口，並延伸於該工件裝置之該中心縱軸方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之工件裝置，其中該第一連接件與該第二連接件包括一至多個突出部圍繞該中心開口，且每一突出部具有一肩部構成一夾持表面，以讓該工件托持器上之一夾持件結合。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之工件裝置，其中用以對準該工件裝置與該工件托持器之該第一中心構件或該第二中心構件均勻分布於該中心開口附近。
4. 如申請專利範圍第2項所述之工件裝置，其中用以 對準該工件裝置與該工件托持器之該第一中心構件或該第二中心構件位於該一至多個突出部上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之工件裝置，其中該第一連接件或該第二連接件，每一個包括一環狀突出部共軸環繞該中心開口。
6. 如申請專利範圍第5項所述之工件裝置，其中該環狀突出部之外表面，具有一肩部構成一夾持面，以讓該工件托持器上之該夾持件結合。
7. 如申請專利範圍第2或5項所述之工件裝置，其中該突出部至少部分提供一平坦前平面部，用以作為該工件托持器之Z軸參考。
8. 如申請專利範圍第2項所述之工件裝置，其中作為該夾持面之該肩部，設置於該平前部之後面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之工件裝置，其中每一該第一與該第二參考系統至少包括三個中心構件，並以中心凹槽或中心梢的形式以讓該工件裝置進行X-Y方向之對準。
10. 如申請專利範圍第1項所述之工件裝置，其中該中心開口包括用以固定或定位該工件裝置之構件。
11. 如申請專利範圍第1項所述之工件裝置，其中該第一參考系統位於該工件裝置於一第一平面之一邊上，且該第二參考系統位於該工件裝置之一第二平面之一相反邊上，且該第一與第二平面彼此平行。
12. 如申請專利範圍第1項所述之工件裝置，其中該第 一參考系統位於該工件裝置於一第一平面之一邊上，且該第二參考系統位於該工件裝置之一第二平面之一相反邊上，且該第一與第二平面彼此存在一夾角。
13. 如申請專利範圍第1項所述之工件裝置，其中該工件裝置為軸向對稱形狀。
14. 如申請專利範圍第1項所述之工件裝置，其中該第一連接件，設於該第一參考系統，以可脫離之方式將該工件裝置連接於該工件托持器於該第一位置及該第二連接件，設於該第二參考系統，以可脫離之方式將該工件裝置連接於該工件托持器於該第二位置，每一個包括環型突出部環繞於該中心開口，且該突出部包括該第一中心構件用以將該工件裝置於X-Y方向對準於該工件托持器，設置表面用以支撐該工件裝置之Z方向，以及該肩部作為該工件托持器之夾持構件之夾持表面。
15. 一種夾持裝置，具有一工件托持器，且一工件裝置以可脫離方式連接於該工件托持器上，該工件托持器具有一參考表面以定義該工件裝置連接至該工件托持器之位置且一夾持構件用以將該工件裝置夾持固定至該工件托持器，且該工件裝置具有一中心縱軸，並包括：一中心開口，延伸於該中心縱軸方向，以接收一工件；一第一參考系統，具有一第一中心構件，依照一第一位置用以對準該工件裝置與該工件托持器；一第二參考系統，具有一第二中心構件，依照一第二位置用以對準該工件裝置與該工件托持器； 一第一連接件，設於該第一參考系統，以可脫離之方式將該工件裝置連接於該工件托持器於該第一位置，且該第一連接件環繞該工件裝置之該中心開口，並延伸於該工件裝置之該中心縱軸方向；以及一第二連接件，獨立於該第一參考系統，設於該第二參考系統，以可脫離之方式將該工件裝置連接於該工件托持器於該第二位置，且該第二連接件環繞該工件裝置之該中心開口，並延伸於該工件裝置之該中心縱軸方向。
16. 如申請專利範圍第15項所述的夾持裝置，其中該第一與第二連接件包括一至多個突出部圍繞該中心開口，且每一突出部具有一肩部構成一夾持表面，以讓該工件托持器上之一夾持件結合。
17. 如申請專利範圍第15或16項所述的夾持裝置，其中該環狀突出部之外表面，具有一肩部構成一夾持表面。
18. 如申請專利範圍第15項所述的夾持裝置，其中該第一及第二中心構件位於沿著環狀共軸環繞於該中心開口，且其中該工件托持器之參考系統提供於對應於中心構件以接於該工件裝置之該第一及該第二中心構件。
19. 如申請專利範圍第15或16項所述的夾持裝置，其中該一至多個突出部之前表面以中心梢之形式，提供至少三個中心構件。
20. 如申請專利範圍第15或16項所述的夾持裝置，其中該一至多個突出部之前表面以中心凹槽之形式，提供至少三個中心構件。
21. 如申請專利範圍第15或16項所述的夾持裝置，其中該一至多個突出部之前表面設置作為Z軸平面，使得該工件裝置受支撐於Z軸方向並夾持至該工件托持器。
22. 如申請專利範圍第15項所述的夾持裝置，其中該工件托持器具有一中心開口，以接收一工件之一部份至該工件裝置。
23. 如申請專利範圍第15或22項所述的夾持裝置，其中一旦該工件裝置夾持至該工件托持器時，該工件裝置之中心開口與該工件托持器之中心開口彼此共軸。
24. 如申請專利範圍第15項所述的夾持裝置，其中該第一參考系統位於該工件裝置於一第一平面之一邊上，且該第二參考系統位於該工件裝置之一第二平面之一相反邊上，且該第一與第二平面彼此平行。
25. 如申請專利範圍第15項所述的夾持裝置，其中該第一參考系統位於該工件裝置於一第一平面之一邊上，且該第二參考系統位於該工件裝置之一第二平面之一相反邊上，且該第一與第二平面彼此存在一夾角。