TWI701093B - 收縮式夾頭 - Google Patents

Abstract

提供一種不論移動體是否可軸向動作都不會晃動，夾持精確度高，且振動或顫動受到抑制，可執行車削加工的收縮式夾頭。

收縮式夾頭100具備：座體1，由配置於軸向後側的後座體2及配置於軸向前側的移動體3所組成；活塞8，在座體1內軸向移動；及主夾片6，卡合於活塞8，利用楔卡作用而藉設於移動體3的滑槽3a朝半徑方向移動，並且，移動體3係對後座體2相對地軸向移動。

後座體2中，板簧11係以架橋狀配置於保持間隔地設置的座面2a之間，且藉螺栓13將板簧11鎖緊在各座面2a。在座面2a之間，板簧11係藉螺栓16鎖緊在移動體3的座面3b。

Description

收縮式夾頭

本發明係關於一種使用於工作機械的夾頭，更詳言之，係關於具有收縮功能的夾頭。

收縮式夾頭中，在夾持工件之際，首先係將夾片從半徑方向逐漸接近工件，並以不夾緊方式夾持工件。然後，使夾片在限制範圍內朝軸向移動。在此期間，工件係確實的安座於密接固定座。接著，將夾片朝半徑方向移動，最後進行工件的夾持。以不夾緊方式夾持工件的理由係由於即使工件有所傾斜，也可藉由使其抵接於密接固定座而正確地密切接觸。

座體則分割成經由背板而固定於主軸的後座體、及移動體。移動體可藉活塞(plunger)及後座體的導引部而朝軸向對後座體相對移動。夾片係設於移動體側。後座體與移動體則以彈簧連結，夾片接觸工件後，透過藉施加於活塞的氣缸推力使彈簧撓曲，令移動體軸向收縮，利用彈簧的緩衝性將工件以不夾緊方式夾持。最後要將工件夾緊時，再使移動體進一步收縮。例如專利文獻1或專利文獻2中，即揭示有此種構造的收縮式夾頭。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1 美國專利第3460849號公報

專利文獻2 日本特開2003-1507號公報

公知的收縮式夾頭中，後座體雖固定於工作機械的主軸，但移動體卻是由彈簧支持，且形成自後座體浮起的狀態。藉由活塞與後座體的引導部，移動體被引導成可朝夾頭旋轉軸的軸向動作，但無法朝半徑方向及旋轉方向動作。然而，為了要使移動體軸向動作而必需有微小間隙，結果，使移動體產生晃動。又因該晃動而使座體的位置不穩定，且對夾持精確度造成不良影響。而且，也形成加工時的振動或顫動的原因。

有鑒於此種狀況，本發明之目的在於提供一種不論移動體是否可軸向動作都不會晃動，夾持精確度高，振動或顫動受到抑制，可施行車削加工的收縮式夾頭。

本發明係為具備：座體，由配置於軸向後側的後座體及配置於軸向前側的移動體所組成；活塞，在該座體內軸向移動；及主夾片，因前述活塞的移動而受前述移動體的引導，並朝半徑方向移動，而前述移動體係對前述後座體相對地軸向移動的收縮式夾頭，其中，前述後座體係在保持間隔設置的第1座面之間以架橋狀配置有板簧，且藉第1螺栓使該板簧鎖緊在各座面，

前述移動體係在前述第1座面之間藉第2螺栓使前述板簧鎖緊在設於其背面的第2座面。

若依本發明，不論是否為移動體可軸向移動的收縮式夾頭，因移動體係藉由在旋轉軸C的旋轉方向或半徑方向上均不受薄度影響而不易對後座體位移的板簧所支持，故不論是否軸向位移，其他方向上均得以高度剛性予以固定，移動體不會晃動，可施行高精確度的加工。而且，座體剛性得以充分確保，不會因加工而產生顫動或振動。此外，移動體係藉螺栓間接固定於主軸，所以不會晃動。

1‧‧‧座體

2‧‧‧後座體

2b‧‧‧凹溝

2c、2d‧‧‧貫通孔

3‧‧‧移動體

3b‧‧‧移動體座面

3c‧‧‧貫通孔

3d‧‧‧壁面

4‧‧‧夾片

5‧‧‧治具

5a‧‧‧密接固定座

6‧‧‧主夾片

7‧‧‧面塊

7a‧‧‧基準面

7b‧‧‧螺栓孔

8‧‧‧活塞

9‧‧‧收容筒

10‧‧‧彈簧

11‧‧‧板簧

11a、11c、11d‧‧‧貫通孔

12、13、14、16‧‧‧螺栓

17‧‧‧氣缸

21‧‧‧螺桿

22、51b‧‧‧滑動件

51‧‧‧調整件

100、300‧‧‧夾頭

圖1顯示實施例1的夾頭，圖1A為斜視圖，圖1B為剖面圖。

圖2為後座體及板簧的斜視圖。

圖3係顯示活塞及主夾片及夾片，圖3A為斜視圖，圖3B為主夾片6的剖面圖。

圖4係顯示移動體、主夾片、夾片、面塊及治具，圖4A為斜視圖。再者，圖4B為移動體3的後視圖。

圖5顯示夾持工件時的狀態，圖5A為從正面觀看夾頭100的圖式，圖5B、圖5C為移動體3及面塊7的部分剖面圖。

圖6為顯示圖1中的X-X剖面，圖6A係設置2個滑動件22的情況，圖6B係設置1個滑動件22的例子。

圖7係顯示板簧的狀態位移的示意圖。圖7A為無負荷的狀態，圖7B為板簧及滑動件未接觸的狀態，圖7C為板簧及滑動件已接觸的狀態。

圖8為實施例3的夾頭圖式，圖8A為斜視圖，圖8B為剖面圖，圖8C為移動體的後視圖，圖8D為調整件的斜視圖。

[發明的實施形態] [實施例1]

圖1顯示具有實施例1之3個夾片(jaw)4的夾頭100，圖1A為斜視圖，圖1B為剖面圖。夾頭100在座體1的前側面(圖中右方)具備可移動於半徑方向的3個夾片4。而且，座體1的前側面安裝有治具5，治具5的中央則作為供工件抵接的密接固定座5a。座體1由後座體2及圓筒狀的移動體3所組成。後座體2係以夾頭100的旋轉軸C為軸心藉工作機械的主軸(spindle)而旋轉。移動體3可相對於後座體2移動於旋轉軸C的軸向(以下稱為Z方向)。

座體1內插入有可移動於Z方向的活塞8，移動體3設有主夾片6，其可滑動於朝半徑方向設置之滑槽3a。活塞8與主夾片6係以產生楔卡作用的方式卡合。後座體2與移動體3之間設有板簧11。有關兩者固定的詳細構成容後述。數量和夾片4相同而全部共3個的面塊7係藉螺栓13(第1螺栓)夾介著板簧11鎖緊於後座體2。面塊7係貫通移動體3並突出於夾片4的(工件) 挾持位置。該突出的表面即為垂直於Z方向的機械工作基準的基準面7a。基準面7a設有用以安裝治具5的複數個螺栓孔7b。治具5則藉螺栓14固定於面塊7的基準面7a。

圖2為後座體2及板簧11的斜視圖。後座體2係呈環狀，具有保持等角度間隔安裝板簧11的座面2a(第1座面)。座面2a穿設有大小貫通孔2c、2d。貫通孔2d係用於將面塊7固定於座面2a。相鄰座面2a間的凹陷部2e係朝後方(圖中左方)凹窪，其與移動體3之間形成有空間，以容許架橋狀跨在凹陷部2e之上而搭架於相鄰座面2a的板簧11變形。在凹陷部2e的中央設有凹溝2b。凹溝2b中，朝其長度方向設有螺桿21。螺桿21的螺紋方向在其中途有改變，而形成一方為右旋螺紋，另一方為左旋螺紋。而且，可從後座體2的外周側P使螺桿旋轉。螺桿21的兩側螺合有滑動件22，藉由使螺桿21旋轉，可使滑動件互相接近或離開。夾頭100中，凹溝2b的位置係在夾片4後方，座面2a的位置則為面塊7的後方。

板簧11呈環狀。大小各1的貫通孔11c、11d以並列於半徑方向的狀態設置成保持等角度間隔。此外，位在其間的1個貫通孔11a亦以等角度間隔設置。貫通孔11c、11d係和貫通孔2c、2d對應。貫通孔11a則用於將移動體3固定在板簧11。

圖3顯示了活塞8、主夾片6及夾片4，其中，圖3A為斜視圖，圖3B為主夾片6的剖面圖。活塞 8及主夾片6係使3個主夾片6的楔構件6a分別卡合於活塞8的3個楔入部8a。楔入部8a係呈倒T字形的凹溝狀，且傾斜成越往後方(圖中左方)越偏離旋轉軸C的軸心。主夾片6的楔構件6a則插入並滑動於楔入部8a。另一方面，主夾片6兩旁的夾片支架6b係滑動於設在移動體3之半徑方向的滑槽3a。藉由將活塞8對移動體3相對地向後方收縮時，藉由楔卡作用，主夾片6可藉移動體3限制其移動，且藉滑槽3a引導移動於半徑方向。夾片4則以1對1方式固定在主夾片6以夾持工件。

主夾片6的背面穿設有非貫通孔(盲孔)6c。彈簧10則收容於收容筒9，且納設於非貫通孔6c中。彈簧10可在滑槽3a中發揮將主夾片6推向前方(圖中右方)的賦予勢能力，使主夾片6兩旁的夾片支架6b向滑槽3a前側的壁面推壓。依據靜止狀態的夾頭100的旋轉角度位置，作用於各主夾片6的重力會有不同。另一方面，主夾片6和滑槽3a具有滑動間隙。在未有彈簧10的狀態下，各主夾片6會受到對夾頭中心之朝向互不相同的重力，而在滑動間隙內分別倒向重力方向。彈簧10則在夾片4維持工件之前的階段中，將主夾片6推向滑槽3a，使主夾片6不致發生傾倒的情形。

圖4中，顯示了移動體3、主夾片6、夾片4、面塊7及治具5，其中，圖4A為斜視圖，圖4B則為移動體3的後視圖。移動體3中，以等角度間隔設有數量和夾片4相同而全部共3個的貫通孔3c。貫通孔3c的前方(圖4A的右方向)側的壁面3d，在與面塊7之外周 面7c間設有微小間隙，作為可使移動體3滑動在Z方向的滑動面。面塊7的基準面7a設有用以安裝治具5的螺栓孔7b。而且，中央的貫通孔7d收容有螺栓13，該螺栓係用以使面塊7直接固定在未圖式的工作機械主軸或固定在主軸之背板。Y字形的治具5具有保持等角度間隔的3個臂部5b、及位在中央的密接固定座5a。臂部5b設有複數個貫通孔5c，且藉螺栓14固定於面塊7的基準面7a。

移動體3的背面以等角度間隔方式設有數量和夾片4相同而全部共3個的座面3b(第2座面)(圖4A中，只以局部剖面方式顯示1個座面)。座面3b係設在主夾片6背後的3個部位上，其個數和後座體2的座面2a相同(主夾片6的個數也是3個)。和同圓周上的其他部位3f相比，座面3b係向後側(圖4A的左方)突出。座面3b以外的部分則設成不會干擾到平面狀板簧11的方式。座面3b設有孔3e，供穿經板簧11之貫通孔11a的螺栓16(第2螺栓)鎖緊。

再參照圖1及圖2，板簧11係在貫通孔11a的位置使螺栓16插入該貫通孔11a，藉螺栓16鎖緊在移動體3的座面3b。板簧11則在貫通孔11a兩旁的相鄰貫通孔11c、11d位置，使螺栓12插入貫通孔11d，或者使螺栓13插入貫通孔11c，藉螺栓12或者螺栓13鎖緊在未圖式的工作機械主軸或後座體2的座面2a。而且，藉螺栓13將面塊7鎖緊在座面2a。面塊7沒有在途中會擺動的部分，可以剛性構造連接在工作機械的主軸，故可為治具5提供高精確度的基準面7a。

再者，因板簧11係呈環狀(參照圖2)，故可依後座體2、移動體3、後座體2、移動體3的順序沿圓周方向環繞一周的圓周上互不相同地加以固定。依此方式，板簧11即以架橋狀配置在保持間隔設置的座面2a之間，藉螺栓13使板簧11鎖緊在各座面2a。而在相鄰的座面2a之間，則藉螺栓16使板簧11鎖緊在移動體3的座面3b。

夾頭100雖具備3個夾片4，但移動體3側的板簧11的固定部位只要數量和夾片4相同的3個部位即可，而且可提高板簧11的強度。例如，若為具備2個夾片4的夾頭，板簧11的固定部位為2個，若為具備4個夾片4的夾頭，板簧11的鎖緊部位則有4個。

參照圖1說明固定狀態時，首先，後座體2係藉螺栓13(夾持著面塊7)鎖緊在主軸或背板。板簧11則藉螺栓12鎖緊夾持在後座體2與面塊7間，且移動體3藉螺栓16鎖緊在板簧11。從而，移動體3係間接地固定在主軸。板簧11因係藉各螺栓13、12、16鎖緊的狀態，所以環繞旋轉軸C的剛性很高，只能往Z方向彈性變形，以容許移動體3對後座體2相對地擺動。

接著，說明夾頭100的動作。

要夾持工件時，首先將工件抵接於密接固定座5a。繼驅動氣缸17，使活塞8朝Z方向的後方移動。活塞8係經由楔入部8a連接主夾片6，故活塞8朝Z方向後方的移動會施加在主夾片6。

若活塞8再朝Z方向後方移動時，則藉由楔入部8a的楔卡作用，主夾片6會朝向旋轉軸C的軸心移動於半徑方向並接觸工件。雖工件係藉由板簧11的彈性而不夾緊地夾持，但板簧11環繞旋轉軸C周圍的剛性很高，只容許移動體3朝Z方向擺動，故得以維持高度夾持精確度的狀態。

雖板簧11可再位移，但也只能朝Z方向彎曲變形。使抵接於密接固定座5a的工件可因夾片4而壓向密接固定座5a，且縱使工件有傾斜，也可藉板簧11的彈性而密接在密接固定座5a。然後，再提高夾片4的夾持力作最終的夾持。此時，若施加氣缸17的推力F藉以使活塞8向後方移動時，主夾片6會因活塞8而收縮，移動體3的座面3b則往Z方向位移。藉此作用，雖然會有彎曲效應作用在板簧11，但因板簧11厚度很薄，軸向剛性較低，所以容易撓曲。但，在旋轉軸C的旋轉方向或半徑方向上則不受薄度的影響，難以位移。因而，軸向上不論是否位移，其他方向上均可以高度剛性加以固定。

圖5係顯示工件抵接後，使活塞8再往Z方向後方移動，將工件作最終夾持時的狀態，其中，圖5A為從正面觀看夾頭100的圖式(工件W呈剖面狀態)，圖5B、圖5C則顯示移動體3及面塊7的局部剖面。另外，圖5B、圖5C中，設於移動體3及面塊7之間的極小間隙s係經極端放大描繪，俾容易瞭解移動體3與面塊7的作用機制。面塊7可在設於移動體3表面側的貫 通孔3c之壁面3d內滑動。該滑動可使移動體3軸向動作，另一方面則限制其朝其他方向移動。有關於移動體3的壁面3d與面塊7之外周面7c間的極小間隙s，在夾片4夾持工件時，會有力矩負載(moment load)從主夾片6施加在移動體3的滑槽3a，藉由移動體3的貫通孔3c朝半徑方向外方彈性變形而和面塊7接觸(圖5A)。在周圍3個部位的面塊7發生接觸，移動體即固定於面塊7。再者，如圖1所示，藉由將具有3支臂部5b的治具5固定在3個部位的面塊7的基準面7a，也可期待進一步提升面塊7之剛性的作用。

再者，本實施例中，雖係揭示藉楔入部8a的楔卡作用使主夾片6移動的夾頭，但也可應用於以其他樣態使主夾片移動的夾頭。例如，也可應用在如日本特開平6-277910號公報所示的扳手式夾頭。

此外，主夾片6不和活塞8直接卡合，而在和活塞8之間經由例如楔形增力機構等其他構件來驅動主夾片6之型式的夾頭也同樣適用。

[實施例2]

實施例1的說明中，因實施例的說明並不需要滑動件22，故未說明滑動件22與板簧11的關係。茲再說明利用藉滑動件22使板簧11的彈簧係數任意變更的例子作為實施例2。

圖6係顯示圖1的X-X剖面。X-X剖面係為沿著凹溝2b剖開，從後座體2的外周側觀看的圖式。圖6A為設有2個滑動件22的情況，圖6B則顯示設有1個滑動件22時的例子。

圖6A中，凹溝2b在其長度方向設有螺桿21。螺桿21的螺紋方向係在中途有改變，一側為右旋螺紋，另一側則形成左旋螺紋。螺桿21的兩側螺合有滑動件22，右旋螺紋的螺桿21螺合有右旋螺紋的滑動件22，左旋螺紋的螺桿21則螺合有左旋螺紋的滑動件22。藉由使螺桿21旋轉，滑動件22會互相接近或離開。

板簧11係在相鄰的座面2a之間支撐來自1個座面3b的負載。藉氣缸17的推力F施加使移動體3朝Z方向移動的力時，板簧11會向凹陷部2e的空間內變形。板簧11往Z方向位移時，板簧11會接觸滑動件22。板簧11與滑動件22之間設有在無負荷狀態時為0.01~0.2mm左右的間隙。藉由使螺桿21旋轉，滑動件22會互相接近或離開，使板簧11接觸滑動件22時的彈簧係數可任意變化。另外，滑動件22的背面側係接觸於後座體2，使來自板簧11的壓縮力轉移到後座體2。

圖7係以示意性顯示板簧11的位移狀態。圖7A為無負荷的狀態，圖7B為滑動件22未接觸板簧11的狀態，圖7C為滑動件22接觸板簧11後的狀態。若將其一使用方法例顯示時，首先，在工件抵接於密接固定座5a之際，係利用圖7B所示的狀態。板簧11會使用座面2a與座面2a之間的整個距離長度發揮抗拒力。若再加強夾片4的夾持力時，在架橋狀配置於相鄰座面2a之間的板簧11變形的過程中，板簧11會接觸滑動件22。因滑動件22係藉後座體2支撐其背面，故板簧11的變形長度會變短，變成用滑動件22與滑動件22之間已縮短的距離發揮抗拒力。

彈簧係數縮小時，在相同氣缸17的推力情況下，移動體3朝Z方向移動的距離也會變大。於是，夾片4將工件向密接固定座5a推壓的力量也變大。若加大彈簧係數，推壓力則變小。推壓力加大時，可將工件牢牢固定。縮小推壓力時，可以抑制工件歪斜。故可按照工件的加工而調整彈簧係數。

返回圖6。圖6B中，螺桿21的長度為圖6A的一半左右，螺紋的方向在中途也沒有改變，係以一根螺桿21螺合。藉由使螺桿21旋轉，滑動件22可對座面3b接近或離開。

藉由旋轉螺桿21，滑動件22會對座面3b接近或離開，使滑動件22與座面2a之間的板簧11長度改變。結果，依據圖7所示的原理，可使板簧11接觸滑動件22時的彈簧係數任意變更，並且可藉由滑動件22的位置來調整推壓力。

[實施例3]

圖8係顯示實施例3的夾頭300。和實施例1、2相同的構成，均標註相同的元件符號。實施例2中，係藉由從後座體2的外周面旋轉螺桿21來改變滑動件22的位置，俾更改板簧11的彈簧係數。實施例3中，則藉由從移動體3的前面側(圖8A的右側)操作調整件51來改變滑動件51b的位置，俾更改彈簧係數。

圖8A中，移動體3的前面側設有以等角度間隔設置的複數個(實施例中為3個)保養孔56。保養孔56通常係由封閉螺栓52螺合於調整件51的母螺紋孔 51d，而呈封閉的狀態。圖8B中，若從保養孔56取出封閉螺栓52，則調整件51的操作端51a就會顯露出來。封閉螺栓52係用以防止切削粉侵入的元件。操作端51a係為接受六角扳手55插入的母凹溝，可用來旋轉操作設在移動體3與板簧11之間的調整件51。母螺紋孔51d設於操作端51a的內後側。調整件51則貫穿移動體3並正對板簧11。調整件51係如圖8D所示，在正對於板簧11之側具有滑動件51b，在板簧11變形的過程中，滑動件51b會接觸板簧11。在移動體3側設有用以供滑動件51b擺動的凹部53a。旋轉操作調整件51時，滑動件51b接觸板簧11的位置會改變，藉此可變更板簧11的彈簧係數。另外，滑動件51b的背面側係接觸移動體3，使來自板簧11的推壓力轉移到移動體3。

為了使調整件51的旋轉角度容易作離散式改變，凹部53a側以等角度間隔設有閂鎖凹槽53b，而調整件51則設有對閂鎖凹槽53b彈性進退的凸部51c。

然後，使用六角扳手55將調整件51的旋轉角度加以調整後，藉由將封閉螺栓52鎖定，即可施行調整件51的固定。

此外，前述的實施例中，雖係藉由鎖定封閉螺栓52以實施調整件51的固定，但也可設置從移動體3之側面通到調整件51側面的母螺紋孔，並藉由將螺栓螺入該母螺紋孔以固定調整件51，來作為固定調整件51的其他實施例。

若依實施例3，具有可從大部分工作機械中露出情況較多的移動體3的前面側改變滑動件51b的位置以變更板簧11的彈簧係數的效果。再者，相較於實施例2那樣在後座體2裝設螺桿21及滑動件22的方式，本實施例的零件數可減少，也有降低成本的效果。

1‧‧‧座體

2‧‧‧後座體

2b‧‧‧凹溝

2c、2d‧‧‧貫通孔

3‧‧‧移動體

3b‧‧‧移動體座面

3c‧‧‧貫通孔

3d‧‧‧壁面

4‧‧‧夾片

5‧‧‧治具

5a‧‧‧密接固定座

6‧‧‧主夾片

7‧‧‧面塊

7a‧‧‧基準面

7b‧‧‧螺栓孔

8‧‧‧活塞

9‧‧‧收容筒

10‧‧‧彈簧

11‧‧‧板簧

11a、11c、11d‧‧‧貫通孔

12、13、14、16‧‧‧螺栓

17‧‧‧氣缸

21‧‧‧螺桿

22‧‧‧滑動件

100‧‧‧夾頭

Claims (7)

1. 一種收縮式夾頭，具備：座體，由配置在軸向後側的後座體及配置在前側的移動體所組成；活塞，在該座體內軸向移動；及主夾片，因前述活塞的移動而受前述移動體的引導，並朝半徑方向移動，且前述移動體係對前述後座體相對地軸向移動，其特徵為：前述後座體係在保持間隔設置的第1座面之間以架橋狀配置有板簧，且藉第1螺栓使該板簧鎖緊於各座面，前述移動體係在前述第1座面之間藉第2螺栓使前述板簧鎖緊在設於其背面的第2座面。
2. 如請求項1之收縮式夾頭，其中，前述後座體係以等角度間隔具有前述第1座面，前述移動體係在其背面具有和前述第1座面相同數量的前述第2座面，並且，前述板簧係呈環狀，在環繞前述板簧一周的圓周上，前述板簧係藉第1螺栓或第2螺栓互不相同地鎖緊在前述第1座面及前述第2座面。
3. 如請求項1或2之收縮式夾頭，其中，經由設在前述移動體的貫通孔將作為機械工作上之基準的基準面突出於前述移動體前側的面塊，係藉前述第1螺栓鎖緊於前述第1座面，前述移動體係可軸向滑動於前述面塊與前述移動體之貫通孔的側面。
4. 如請求項1之收縮式夾頭，其中，具有滑動件，其係在板簧變形的過程中接觸以架橋狀配置在相鄰第1座面之間的板簧，以改變變形長度；而前述滑動件係可在配置成架橋狀的板簧的長度範圍內，在前述板簧與前述後座體之間改變位置。
5. 如請求項1之收縮式夾頭，其中，具有滑動件，其係在板簧變形的過程中接觸以架橋狀配置在相鄰第1座面之間的板簧，以改變變形長度，而前述滑動件係可在配置成架橋狀的板簧的長度範圍內，在前述板簧與前述移動體之間改變位置。
6. 如請求項5之收縮式夾頭，其中，前述移動體的前面側開設有保養孔，且可經由前述保養孔改變前述滑動件的位置。
7. 如請求項6之收縮式夾頭，其中，前述保養孔通常係藉封閉螺栓加以閉鎖，前述封閉螺栓卸下時，則可經由前述保養孔改變前述滑動件的位置。

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