专利名称：丝杠垂直升降开合式螺杆传动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型螺杆传动机构，该机构是采用丝杠垂直升降的方式让丝杠与固定的丝母快速啮合或快速脱开。可广泛应用于手工台虎钳、机床用虎钳或机床工座滑台等需要快速越过空行程、快速调正相对距离或需要快速夹紧等场合。
已知可快速开合的丝杠传动机构型式有多种，最常用的是对开螺母式(见
图1)，但因实现螺母对开的传动装置很复杂，所以应用范围较窄。
本发明的目的是克服上述缺点，采用一种单向棘轮式凸轮机构，使丝杠可作快速垂直升降运动，以实现丝杠与固定的丝母快速啮合或脱开，构造简单，成本低。
本发明包括活动滑台、固定台体、丝杠、丝母座、凸轮、棘轮套、棘轮压簧、导键。丝杠穿过凸轮、棘轮套，丝杠两端支承在滑台两端壁的长腰形孔中，可上下作升降移动。棘轮套装在偏心凸轮端面和丝母座的一个内端面之间并套装在丝杠上，其中用导键与丝杠连接，该套的端面上有单向离合式的棘爪(一个或多个)，棘爪有一个垂直面和一个倾斜面，可以相应地与偏心凸轮的棘槽(一个或多个)的垂直面与倾斜面配合;通过一园柱压簧将棘轮套压靠在凸轮端面上。当要夹紧工件时，使手柄顺时针方向转动，带动丝杠和棘轮套一同转动，使棘爪的斜面压在凸轮棘槽的斜面上，从而驱动凸轮转动，在凸轮升程曲线的作用下，致使丝杠升高，使丝杠上的外螺纹与丝母座上的内螺纹相啮合。继续转动手柄，则凸轮上的定位平面被挡住，而使凸轮停止转动，但此时丝杠仍可继续右旋转动，这样一方面棘轮套的棘爪，在其凸轮棘槽斜面的作用下产生轴向分力，当此分力大于弹簧的轴向压力时，该棘爪将从凸轮棘槽中滑出，另一方面，由于丝杠与丝母座的内、外螺纹相啮合，所以丝杠边转动的同时还边向前移动，从而推动活动滑台前进，以实现滑台工作进给或快速夹紧工件的目的。同理，当松开工件时，逆时针方向转动手柄(左旋)，带动丝杠和棘轮套转动，而使棘轮套的棘爪落入凸轮棘槽中，恰好是棘爪的垂直端面与凸轮棘槽的垂直面相接触，从而推动凸轮左旋，在凸轮降程曲线的作用下，而使丝杠下降，致使丝杠上的外螺纹与丝母座上的内螺纹快速脱离啮合，于是，活动台体可以任意推拉，以达到快速地(约一秒钟时间)调整钳口尺度之目的。
下面以台钳为实施例，并参照附图对本发明加以说明。
图1是先有技术的对开螺母式螺杆传动机构。图2是应用本发明传动机构的台钳，表示台钳在松开状态时的剖面图。
图3是图2所示台钳在夹紧工件状态时的剖面图。
图4-Ⅰ为丝母座的主视图。
图4-Ⅱ为图4-Ⅰ的侧视图。
图5为棘轮套的立体图。
图6为偏心凸轮的立体图。
图7-Ⅰ为图2A-A线及D-D线剖面图，表示本发明在松开位置时，丝杠轴颈在活动台体前、后立壁支承孔中的相对位置。
图7-Ⅱ为图2B-B线剖面图，表示本发明在松开位置时，丝杠的外螺纹与丝母座轴孔内螺纹脱开后的相对位置。
图7-Ⅲ为图2所示台钳松开位置时，棘轮套的棘爪与凸轮棘槽相配合局部视图E的正投影图。
图7-Ⅳ为图2C-C线的剖面图，表示本发明在松开位置时，偏心凸轮与丝母座的相对位置。
图8-Ⅰ为图3A′-A′线及D′-D′线剖面图，表示本发明在夹紧位置时，丝杠轴颈与活动台体前、后壁板支承孔的相对位置。
图8-Ⅱ为图3B′-B′剖面图，表示本发明在夹紧位置时，丝杠外螺纹与丝母座轴孔内螺纹的相啮合的位置。
图8-Ⅲ为图3所示台钳夹紧位置时，棘轮套的棘爪从凸轮棘槽中滑出后的局部视图E′的正投影图。
图8-Ⅳ为图3C′-C′线的剖面图，表示本发明在夹紧位置时，偏心凸轮与丝母座的相对位置。
图9-Ⅰ为应用本发明的手动进给铣床的工件送进装置。
图9-Ⅱ为图9-ⅠG-G线的剖面图，表示工作滑台和工作台座之间配合关系。
图10为图2的结构变型实施例之一-即改变了园柱压簧和棘轮套棘爪的结构型式图。
图11为图2的结构变型实施例之二-即改变了园柱压簧施加压力的型式和压力作用点位置图。
图2为应用了本发明“丝杠垂直升降传动机构”的台钳实施例，包括固定台体21、活动台体22、钳口12、14、手柄1、丝杠20、偏心凸轮17、丝母座19、棘轮套9、压缩弹簧8、垫圈6等部件，其中，活动台体22可沿固定台体21内的导轨滑动;手柄1装在丝杠20左端的通孔中，可使丝杠20向左(N向)或向右(M向)转动。
丝杠20两端分别支承在活动台体22前后立板的支承孔7、23内，两支承孔7、23均为长腰孔，只允许丝杠20在垂直方向上下移动;在丝杠20左端凸台内端面60与活动台体22前立板支承孔7外端面之间，有一垫圈6;丝杠20右端台肩处，设有一圆柱压簧44，该簧的一端经垫圈41顶住活动台体22后立板支承孔23内侧，丝杠20右轴颈端部有垫圈42和挡圈43防止丝杠颈脱出。在装配时，要保证丝杠20左端的凸台端面60和垫圈6的端面61之间有一间隙δ，这δ约等于丝杠螺纹螺距的二分之一。这间隙的用处是当丝杠上的螺纹25与丝母座上的内螺纹15在啮合时万一发生牙尖相顶撞而影响啮合时，则这丝杠可以轴向自由串动，以达到顺利啮合。
丝杠20上有键槽，通过导键16与棘轮套9相连，丝杠20同时穿过丝母座19两臂40的轴孔38和偏心凸轮17以及棘轮套9的轴孔，丝杠20上有外螺纹25(见图2，图3)丝母座19的形状为马鞍形(见图4-Ⅰ)，丝母座19用螺栓11固定在固定台体21上，丝母座19的两臂40上分别有同心轴孔38，轴孔38的截面形状是由两段圆弧组成，上圆弧“a”和下圆弧“b”(见图4-Ⅱ)，上图弧“a”的圆心为O1，其圆弧的圆心角α小于(或等于)180°，上圆弧“a”的半径为r1，等于丝杠20上外螺纹25的螺纹内径的一半，两个轴孔38的上圆弧“a”的表面分别有内螺纹15，恰好能与丝杠20上的外螺纹25相啮合;下圆弧“b”的圆心为O2，O2位于O1下方，O1和O2之间有一偏心距“e”，“e”必须大于螺纹15的齿高，同时，下圆弧“b”的半径r2必须大于丝杠20外螺纹25的螺纹半径，以保证丝杠20从O1位置降到O2位置时，与丝母座19的孔壁无任何接触，可沿丝杠的轴向任意移动，如图7-Ⅱ所示。
偏心凸轮17(见图6)为径向偏心凸轮，装在丝母座19的两臂40之间，其凸轮曲线分为降程曲线(最低点为32)和升程曲线(最高点31)。此外，在凸轮17上还有定位凸台52和定位平面51，当左向旋转时，定位凸轮52便与活动台体22上的水平限位面56相碰，此时恰好是凸轮上的凸轮曲线的最低点32相对于丝母座19的平面24，以便使凸轮和丝杠20处于最松弛的O2位置，(见图7-Ⅳ)，同样，(见图8-Ⅳ和图6)，当凸轮右旋时，凸轮上的定位平面51便与活动台体22上的侧壁面55相碰，此时，恰好是凸轮17升程曲线的最高点31与丝母座19的凸轮支承面24相接触，在凸轮升程曲线作用下，迫使丝杠20轴线从O2升到O1，以保证丝杠20上的外螺纹25与丝母座19上的内螺纹15啮合(见图8-Ⅱ);在凸轮17的一个端面45上，有一个(或多个)单向离合式的棘槽53(见图8-Ⅲ)，该棘槽有一个垂直面50和一个倾斜面49。
棘轮套9通过导键16与丝杠20相连，轮套9有一凸缘57，该凸缘上有一个(或多个)单向离合式的棘爪58，该棘爪有一垂直面47和一斜面48(见图7-Ⅲ)在圆柱压簧8的作用下，保证棘轮套9与凸轮19在轴向始终压紧在一起。
下面说明应用本发明的快速夹紧台钳的工作过程，共分五个工作程序，其中第二、三工作程序是联动的，操作时间共约一秒;同样，第四、五工作程序也是联动的，操作时间共约0.5秒。
(一)台钳口的尺寸开度任意调整程序。
此时，凸轮17降程曲线的最低点32相对于丝母座19的凸轮支承面24，凸轮处于松驰位置(见图7-Ⅳ)，丝杠20前，后端轴颈分别支承在活动台体22前，后立板的支承孔(7、23)的下支承面36、37上(图7-Ⅰ)，此时，支承孔7、23的位置保证丝杠20的轴心线位于下圆弧“b”的圆心O2上，丝杠20的外螺纹25与丝母座19的轴孔38内表面此时没有任何接触(见图7-Ⅱ)，而可以用手推拉活动台体22，使活动台体22与丝杠20一起在固定台体21内的导轨上快速滑动，以达到按工作尺寸任意快速调整钳口尺寸开度S的目的。根据工件28的尺寸大小，将活动台体22推到适当位置，使钳口12、14与工件28相接触，此操作过程约为0.5-1秒时间。
(二)丝杠与丝母座的内、外螺纹啮合程序按右旋方向(图3中前头M所示方向)转动手柄1，带动丝杠20向右转动，丝杠20通过导键16带动棘轮套9也向右转动，此时，棘轮套9上的棘爪58位于凸轮17的一个棘槽53之中，棘轮套9向右转动，使棘爪58的倾斜面48压靠在凸轮棘槽53的倾斜面49上(见图8-Ⅲ中的双点划线位置)，在压簧8的轴向力作用下，於是凸轮17在棘轮套的斜面48推动下，也一起向右转动，从而使凸轮的升程曲线在丝母座19上的凸轮支承面24上滑动，直至凸轮19上的定位平面51与活动台体22上的侧壁限位面55相碰而使凸轮17停止转动(见图8-Ⅳ)，此时，恰好凸轮升程曲线的最高点31与丝母座的平面24接触，丝杠20在垂直方向上也升高到最高位置即丝杠20的中心轴线从原来的O2-O2位置，上升一个偏心距“e”的距离，而到达O1-O1位置，直到，丝杠20上的外螺纹25与丝母座19的轴孔38的螺纹15相啮合，其啮合程度应保证不能太紧，应稍有间隙以保证该内、外螺纹付15、25之间能相对自由转动(见图8-Ⅱ)。
(三).夹紧工件程序。(见图3)继续向右转动手柄1，通过丝杠20和导键16带动棘轮套9继续向右转动。因此时凸轮17上的定位平面51已碰到活动台体22的侧壁限位面55上，而使凸轮17停止转动(见图8～Ⅳ)，所以，棘轮套9上的旋转驱动力矩就在压簧8的配合下作用在棘爪58和凸轮棘槽53相接触的斜面48和49上，而产生一个按箭头H向的轴向分力，压缩圆柱弹簧8，当这轴向分力大于弹簧8的轴向压力时，而使棘轮套9沿H方向移动，直至棘爪58从转槽53中完全脱出而沿凸轮17的端面45滑动。继续转动手柄，因丝杠20上的外轴纹25与丝母座的内螺纹15已啮合，螺纹为右旋，而丝母座19又是固定在固定台体21上，就使丝杠20在右旋的同时还按箭头K的方向作轴向前进运动，通过丝杠20左端凸台端面60和挡圈6推动活动台体22移动，直至钳口12，14夹紧工件28。
(四).松开工件程序。
当工件28加工完毕需卸下时，按左旋方向(N向)转动手柄1(见图2)，手柄带动丝杠20向左转动，最初，因丝杠20上的外螺纹25与丝母座19的内螺纹15仍处于啮合状态，所以丝杠边左转动，边沿H向轴向移动，并通过丝杠20右端的垫圈42和挡圈43推动活动台体22一起作H向移动，致使钳口12、14松开工件28。
(五).丝杠与丝母座的内、外螺纹间脱离啮合的程序。(见图2)在松开工件的同时，即在手柄1作向左转动的同时，这棘轮套9在丝杠20和导键16带动下也向左转过一定角度，直至在圆柱弹簧8的压力作用下，使棘爪58落入棘槽53中(见图7-Ⅲ)，因该棘爪是单向离合式的，所以当丝杠20带动棘轮套9继续向左转动，就通过棘爪和棘槽的两个垂直面47和50而推动凸轮17向左旋转，使凸轮逐渐进入松弛位置，即使凸轮降程曲线的最低点32逐渐转到最下面，(见图7-Ⅳ)，直至凸轮17上的定位凸台52与活动台体22上的水平限位台阶56相碰，在碰击反作用力的作用下，使丝杠20受到一个向下的分力W，迫使丝杠20的中心轴线从O1位置下降到O2，正好下降一个高度“e”。从而使丝杠的外螺纹25与丝母座19内螺纹15完全脱离啮合，此时，丝杠20前，后端分别落在活动台体22前、后立板支承孔的下支承面36、37上(见图7-Ⅰ)。故丝杠可随活动台体22前后任意移动，从而使丝杠传动机构重新处于程序1所述的台钳钳口12，14之间的尺寸开度可快速任意调整的状态。
图9为应用了本发明的丝杠升降传动机构的手动进给铣床加工工件的实施例，能实现在空程时的快速进给，工作行程时的慢速进给和加工完毕后工件快速退回这三个手动程序，设备简单，而大大提高了工作效率。包括工作滑台64，固定工作台座68，铣刀67，工件夹具65，工件66，手轮63。工件66被夹具65夹紧，夹具65固定在工作滑台64的T形槽上。工作时，要求工作滑台64带动夹具65在Ⅰ位装卸工件66，然后用手快速推进工作台64一个空行程SQ达到Ⅱ，然后工作滑台64带着工件66开始“工作进给”，刀具67对工件60上表面进行铣削加工，直至加工完毕，达到Ⅲ位，然后刀具67抬起，用手拉着工作滑台64，带着工件66从Ⅲ位快速回到Ⅰ位，卸下工件，完成一个工作循环。该铣床应用了本发明丝杠垂直升降传动机构，其动作原理与图2和图3中的台钳实施例基本相同，如本例中的工作滑台64和工作台座68分别相当于图2和图3中台钳的活动滑台22和固定滑台21。本例中的空行程SQ和工作行程SW分别相当于台钳工作时的钳口尺寸快速调整程序和夹紧程序。如图9所示的铣床工作台64的工作行程较长，则其丝杠20也必然较长，为防止该丝杠20作升降运动时变形太大，可在丝杠的适当部位再增设一套与本发明中工作原理基本相同并同步动作的单向离合式棘轮套和凸轮机构。
综上所述，采用了本发明的薪型螺杆传动机构，可以根据工件的不同尺寸;或其相对位置，快速调整工作滑台之间的距离或快速越过工作台的空行程，提高了工作效率，而简化了结构。
本机构的结构型式可以有多种变型，均不脱离本发明的范围，如图10是结构变型的实施例之一，图11是结构变型的实施例之二。图10是在图2的基础上，用安装在棘轮72端面圆孔中的圆柱导销73和小圆柱压簧70去取代图2中的棘爪58及压簧8，其功能等效。图11是用安装在丝母座端面圆孔中的圆导柱77和小圆柱压簧78取代图2中的压簧8。为防止棘轮套9轴向串动，则在图11中的棘轮套9上，加工出凹槽79，并在凹槽79中安装止销76，其功能也等效。
权利要求
1.一种丝杠垂直升降开合式螺杆传动机构，其特征在于，具有活动滑台、固定台体、丝杠、马鞍形丝母座、偏心凸轮、单向离合式棘轮套、压簧、导键；丝母座固定在台体上，丝杠穿过丝母座和偏心凸轮的轴孔，其丝杠的左右两端轴颈分别支承在活动滑台的前后两端立壁上的长腰形轴孔中，该腰形长孔的长轴是沿垂直方向的；从而使该丝杠只能沿该腰形孔长轴的垂直方向，作向上或向下的升降移动，该丝杠的上下移动，是由偏心凸轮曲线来实现的；单向离合式棘轮套，位于丝母座的一个臂和凸轮端面之间，通过导键与丝杠相连；在该套的端面上有一个(或多个)单向离合式棘爪；与凸轮端面上相应的一个(或多个)单向棘爪槽相配合，这些棘爪和棘槽分别由一个垂直面和一个倾斜面构成；通过压簧将棘轮套和凸轮的端面沿轴向紧压在一起。
2.权利要求1所述的螺杆传动机构，其特征在于丝杠上有外螺纹，丝母座的轴孔上有内螺纹;当丝杠在凸轮的作用下，向上移动时，能与丝母座上的内螺纹相啮合，以夹紧工件或工作进给，当向下移动时，则该丝杠的外螺纹与螺母座上内螺纹脱开，从而滑台可作快速调距自由运动。
3.权利要求1和2所述的螺杆传动机构，其特征在于偏心凸轮有一定位凸台，此凸台与固定台体上的水平限位台阶相碰时，恰好使凸轮的降程曲线最低点朝下，从而丝杠作下降运动恰好到最低点，使内外螺纹处于脱离啮合的状态;凸轮上还有一定位平面，当该定位平面与活动台体的垂直限位侧面相碰时，恰好是凸轮升程曲线最高点转到下面，并与丝母座上的凸轮支承面相接触，迫使丝杠上升运动到最高处，从而使丝杠上的外螺纹与丝母座上的内螺纹处于可转动的啮合状态。
4.权利要求1所述的螺杆传动机构，其特征在于所述丝母座为马鞍形，固定在固定台体上，其两臂上有同心轴孔，轴孔端面形状为上下两段圆弧组成，上圆弧圆心角小于(或等于)180°，其圆弧半径等于丝杠外螺纹的半径，上圆弧配合表面有内螺纹，能与丝杠的外螺纹相啮合;下圆弧的圆心位于上圆弧圆心的下方，其圆弧半径大于丝杠外螺纹的半径，两圆弧的圆心的偏心距大于所述螺纹的齿高。
5.权利要求1-4所述的螺杆传动机构，其特征在于丝杠右端轴颈与活动滑台后立壁之间有一弹簧，并有垫圈和挡圈，装配后，要使丝杠左端的轴台端面与滑台侧面的垫圈之间有一间隙δ，以保证内外螺纹啮合顺利进行。
6.应用权利要求1～5中任一项的螺杆传动机构的台钳(或机床工作台)，其特征在于，其固定钳口(或机床工作台体座)为固定台体，其活动钳口(或机床工作台)为活动滑台。
7.权利要求6所述的台钳，其特征在于棘轮套端面有圆孔，孔中有圆柱导销和小圆柱压簧。
8.权利要求6所述的台钳，其特征在于丝母座一内侧端面上有圆孔，孔中有导柱和小圆柱压簧，棘轮套上有凹槽，凹槽中有止销，止销安装在丝母座上。
9.应用权利要求1-5中任一项的螺杆传动机构的机床工作台，其特征在于在丝杠的适当位置再增设一套同步动作的单向离合式棘轮套和凸轮机构。
全文摘要
一种丝杠垂直升降开合式螺杆传动机构，具有活动滑台、固定台体、丝杠、丝母座、偏心凸轮、棘轮套、导键、弹簧；棘轮套上有单向棘爪，与凸轮端面上的棘槽相配合；单向棘爪带动凸轮转动，使丝杠在凸轮曲线的作用下作升降垂直运动，以与丝母座上的内螺纹啮合或脱开。螺纹脱开时，使活动滑台沿导轨任意快速滑动；螺纹啮合时，丝杠可转动以夹紧工件(或推动工作台进给)。
文档编号B25B1/02GK1040257SQ8810490
公开日1990年3月7日 申请日期1988年8月8日 优先权日1988年8月8日
发明者范朝来 申请人:范朝来