专利名称:防错柔性快速定位强力夹紧装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种机床与工件间的柔性快换定位夹持装置，现有的装置密封性能差，活塞轴向运动时会发生旋转造成弹簧的损坏，影响夹紧机构的加持功能同时无X、Y轴正负方向无防错功能，容易造成工件的报废和定位精度不高本实用新型提供的一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，包括基础座和与其配套连接的快换托板，还包括防错装置，防错装置由防错销和防错避让槽组成，防错销安装在壳体上表面，防错销避让槽设置在快换托板的下端面与防错销相对应。本实用新型的柔性快换定位夹紧、连接装置可实现柔性定位刚性夹紧、高强度、高精度及防错加持，从而减少加工错误，提高加工精度和加工效率。
【专利说明】防错柔性快速定位强力夹紧装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于精密机械制造加工领域，涉及一种机床与工件间的柔性快
[0002]换定位夹持装置，具体是一种防错柔性快速定位强力夹紧装置。
【背景技术】
[0003]柔性快换定位夹持装置最常用于夹紧带有一个或多个工件的快换托板，可将工件固定于机床加工区的精确位置，而固定到机床加工区的连接件为基础座，快换托板和基础座相卡接。
[0004]中国专利201210387014.4公开了一种组合式气动卡盘，其主要包括底座、卡持机构和气动机构，其中卡持机构是由滚珠、内定位环、外定位环和弹簧等组成。该卡盘在工作时，利用外定位环的重力及弹簧的弹力作用向下，挤压滚珠卡滞在内定位环的滚珠安装孔中，达到紧锁电极的目的；通气时气体抬升外定位环及弹簧后，滚珠后退，消除对电极的紧锁状态，达到拆件的目的。该组合式气动卡盘存在的问题在于，壳体内壁和外定位环外壁属于刚性密封配合，外定位环长时间往返移动会造成壳体内壁和外定位环外壁磨损，造成气密腔室密封性能下降造成气体无法推动外定位环。由于内定位环外壁与外定位环内壁之间没有采用密封措施，所以当气体推动外定位环移动时其他会沿内定位环环壁设有的滚珠安装孔泄出，无法推动活塞运动而无法实现夹紧机构打开功能；其次外定位环在往返移动时由于没有导向装置，在弹簧扭力的作用下会发生以轴线为中心角向转动，弹簧处于倾斜状态而影响夹紧机构稳定和夹紧力，且会损坏弹簧，从而使夹紧功能失效造成安全事故发生。
[0005]中国专利03121636.6公开了一种连接装置。该装置包括卡盘和连接在卡盘上的可拆卸的工件架夹具，将具有夹紧销的工件架固定在卡盘的夹具中，卡盘设有用于容纳夹紧销且具有锥形插入部分插入的中心孔，以及将夹紧销夹紧并牢固地保持在中心孔中的夹紧机构。夹紧销具有与卡盘的锥形插入部分贴合的基准面，用于对工件架的X轴向或Y轴向定位。卡盘上端面设有Z向定位面,用于对工件架的Z轴向定位。该卡盘装置存在的问题在于，只能对X轴向或Y轴向中的一个方向进行定位，如需X轴向、Y轴向同时定位，就必需组合两个或两个以上的连接装置一起使用，且组合装置的安装位置精度要求高。同时单个或多个卡盘夹紧工件架时无法对角向进行定位，导致工件架或工件的角向处于自由状态，无法起到精确定位的功能。由于上述的定位是刚性定位，定位精度不高，使该装置不适合用作精密机械加工；其次当工件托板与卡盘连接后，工件托板或工件只是对角向进行了定位，但工件的X、Y轴正负方向不是唯一的状态，如工件安装错误会造成工件的报废。
[0006]中国专利200410090540.X公开一种连接装置。该装置包括卡盘和工件托板，卡盘上设有至少3个中心销，工件托板上设有与中心销位置和形状对应的槽。工件托板以可装卸的方式与卡盘连接，定位机构和夹紧机构均是刚性的，可承受一定的负荷。当工件托板与卡盘连接时，两者可互相配合从而确定前者相对于后者的Z向位置。卡盘的中心销的宽度小于工件托板的槽宽，因此当工件托板与卡盘连接进行定位时，卡盘上的中心销仅与对应槽的单个侧面接触，中心销与另一侧面之间有间隙，所以四个槽的八个侧面中只有四个贴合，这种定位属于刚性定位，将导致定位的不确定、定位精度降低，使该装置不适合做精确的重复定位装置。此外，当工件托板与卡盘连接后，工件托板或工件也只是对角向进行了定位，但工件的X、Y轴正负方向不是唯一的状态，如工件安装错误会造成工件的报废。
[0007]中国专利200810039898.8还公开一种连接装置。该装置由卡盘、工件托板和拉钉组成，卡盘上含四个定位齿，以径向走向，均匀布列在卡盘的顶面的圆周上，相邻的定位齿之间有四个以径向走向的Z向止动面，工件托板上含凸台、通槽和盲槽，四条通槽以径向走向，均匀布列在工件托板的顶面的圆周上，把凸台分割成四部分，每条通槽的两边有盲槽，通槽与盲槽之间为薄壁，使用时，四个定位齿与四条通槽接插在一起，四个凸台顶面与四个Z向止动面紧贴，盲槽壁柔性变形，使固定在工件托板上的工件得到X轴向、Y轴向和Z轴向的柔性定位和刚性夹紧。但是该装置存在问题是:1、当工件托板与卡盘连接后，工件托板或工件只是对角向进行了定位，但工件的X、Y轴正负方向不是唯一的状态，如工件安装错误会造成工件的报废；该装置在重加工中因会盲槽壁承重力下而造成定位X轴、Y轴方向精度降低；2、在Z向定位时该装置采用为4个面的接触，由于加工误差等原因或造成其中有面无法与卡盘定位面完全接触从而造成Z向定位精度降低；工件的载体或托板上设有的与卡盘定位齿配合的柔性定位槽属薄壁结构，在重切削时径向受力大，会导致定位槽发生大的变形，造成定位精度降低。
[0008]综上所述，已有的夹紧、连接装置的缺点是:1、由于密封性能差，使用中容易出现卡盘的打不开问题；2、活塞轴向运动时会发生旋转造成弹簧的损坏，影响夹紧机构的加持功能；3、快换托板与卡盘连接时X轴、Y轴正负方向无防错功能，会造成X轴、Y轴正负方向不是唯一的状态，如工件安装错误会造成工件的报废；4、在Z向定位时装置采用为4个面的接触，由于加工误差等原因或造成其中有面无法与卡盘定位面完全接触从而造成Z向定位精度降低。
【发明内容】
[0009]本实用新型要解决的技术问题是提供一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，该装置可实现柔性定位刚性夹紧、高强度、高精度及防错加持，从而减少加工错误，提高加工精度和加工效率。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:
[0011]一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，包括基础座和与基础座配套连接的快换托板；基础座包括基础板、壳体和夹紧机构，壳体固定在基础板上，壳体的内壁与基础板形成腔体，夹紧机构设置在腔体内部；壳体上表面设置有定位齿和定位面，快换托板的下表面设置有与定位齿对应的定位槽和凹台；夹紧机构包括内外套设的钢珠套和活塞，钢珠套上设置有容纳若干钢珠的钢珠放置孔，活塞上端面和壳体内腔下表面之间设置有弹簧组；防错柔性快速定位强力夹紧装置还包括防错装置，防错装置由防错销和防错销避让槽组成；防错销设置在壳体上表面，防错销避让槽设置在快换托板的下端面且与防错销相对应；活塞的下端部内周表面嵌入有第一密封圈与钢珠套外圆柱面密封接触，活塞下端部的外周表面嵌入有第二密封圈与壳体内周表面密封接触，壳体底面和基础板的顶面之间还嵌设有第三密封圈；凹台上设置有与定位面对应的Z向定位柱，定位槽上还设有容纳定位齿弹性形变的定位齿避让槽，定位齿避让槽沿定位槽底面中心线向两端对称分布。
[0012]其特征进一步在于，活塞的下端面与基础板上端面还设置有导向装置，导向装置为设置在基础板上端面的导向销和设置在活塞下端面的导向孔。
[0013]其中，钢珠放置孔的纵切面带有锥度，其内端孔的直径小于钢珠的直径，外端孔的直径大于钢珠的直径。
[0014]其中，定位槽槽边斜面角度比定位齿侧表面斜角小1-2°。
[0015]其中，防错销避让槽为盲孔。
[0016]本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点和效果:
[0017]1、本实用新型的基础座内分别从内到外设置三道密封圈，保证壳体内夹紧机构具有良好的气密性，密封性能更稳定可靠，通过气路孔系统的配合使其在使用过程中不宜漏气，气密性良好。
[0018]2、本实用新型的夹紧机构通过在活塞底部和基础座之间增加导向机构和在活塞和壳体之间设置弹簧放置孔，消除了弹簧扭力造成活塞轴线转动，容易使弹簧发生倾斜损坏的问题，保证夹紧机构的良好的稳定性能。
[0019]3、本实用新型通过在基础座和快换托板之间增加防错装置，使工件在安装时X、Y轴正负方向只处于一种安装位置，能有效地防止零件在加工时方向装反造成的废品。
[0020]4、本实用新型的凹台上设置有与定位面对应的Z向定位柱，使得传统的面定位成柱支撑定位，Z向定位更加稳定可靠，同时壳体上表面设有的定位齿齿角度比快换托板的定位槽槽角度大，在夹紧机构提供最高至15000N拉钉时快换托板定位槽发生弹性形变，使定位槽与定位齿面贴合达到精准定位，重复定位精度0.002mm ;同时快换托板定位槽上设有的定位齿避让槽，使弹性变形达到柔性定位效果，通过有限元分析，定位槽避让后侧向受力可达到5000N更适合重切削加工场合使用。
[0021]5、本实用新型柔性快换定位夹紧、连接装置，该装置不仅能提供稳定的夹持力，定位系统具有很高的重复定位精度，而且实现了零件在加工中的快速换装，将零件的装夹找正时间减少至最少，从而缩短了零件的加工周期，有效地提高了机床的利用率，并且降低了生产成本。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型基础座的王视图；
[0023]图2是本实用新型基础座的俯视图；
[0024]图3是图2的A-A剖视图；
[0025]图4是本实用新型快换托板的主视图；
[0026]图5是本实用新型快换托板的俯视图；
[0027]图6是本实用新型中定位齿与定位槽未夹紧状态的横叠面放大视图；
[0028]图7是本实用新型定位齿与定位槽夹紧状态的横叠面放大视图。
[0029]其中:1_定位齿，2_定位面,3_定位槽,4_凹台，5_活塞,6_弹黃组,7_钢珠,8_导向销，9-防错销，10-清洁气孔，11-连接螺栓，12-基础板，13-壳体，14-清洁气路工艺孔，15-防错销避让槽，16-紧固螺钉，17-气路孔系统，18-钢珠避让槽，19-定位齿避让槽，20-夹紧拉钉，21-拉钉固定螺栓，22-Z向定位柱，23-钢珠套，24-第一密封圈；25_第二密封圈；26-第三密封圈。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本实用新型进行详细说明:
[0031]本实用新型提供一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，包括基础座、与基础座配套连接的快换托板和防错装置。参见图1、图2和图3，基础座包括基础板12、壳体13和夹紧机构，壳体13通过若干圆周均布设置的连接螺栓11压紧固定在基础板12上，基础板12的上板面中心开设有凹槽，基础板12的外周上还设置有贯通凹槽槽面的气路孔系统17，气路孔系统17外接有气源，同时在基础板12的凹槽槽面上至少设置有一个导向销8，在壳体13底面和基础板12的顶面之间嵌设有第三密封圈26，(本实用新型中，第三密封圈26嵌入在壳体13的底面环形槽内与基础板12顶面接触，当然，第三密封圈26也可以嵌入基础板12顶面的环形凹槽内与壳体13底面相接触)；壳体13的上表面圆周方向设置有四个定位齿1，这四个定位齿I呈“十”字形分布，在相邻的两个定位齿I之间设置有定位面2，相邻的定位面2和定位齿I成45°夹角；定位齿I为基础座X轴和Y轴方向定位,定位面2为基础座Z轴方向定位；在每个定位面2上均开设有一对清洁气孔10，壳体13的外表面设置有与每个清洁气孔10相连通的清洁气孔工艺孔14。
[0032]参见图3，夹紧机构设置在壳体13与基础板12形成的腔体内，夹紧机构包括活塞5，压缩弹簧组6和钢珠套23，钢珠套23通过紧固螺钉16固定在基础板12上，活塞5套在钢珠套23和壳体13之间。钢珠套23的圆柱面径向设置有钢珠放置孔，钢珠放置孔的纵切面带有锥度，内端孔小于钢珠直径，外端孔大于钢珠直径，钢珠放置孔内设置有若干钢珠7 ；在钢珠套23和活塞5之间设置有钢珠避让槽18。在活塞5的下端部内周表面嵌入有第一密封圈24与钢珠套23外圆柱面密封接触，在活塞5的下端部的外周表面嵌入有第二密封圈25与壳体13内周表面密封接触；活塞5的上端面与壳体13的内腔下表面之间还设置有圆周分布的弹簧组6，弹簧组6的弹簧两端分别放置在活塞5的上端面与壳体13的内腔下表面开设的弹簧放置孔内；同时活塞5的下端面与基础板12上端面之间设置有活塞导向机构，本实用新型中，活塞导向机构为设置在基础板12上端面的导向销8和设置在活塞5下端面的与导向销8对应的导向销孔(活塞导向机构也可为设置在基础板12上端面的导向销孔和设置在活塞5下端面的与导向销孔对应的导向销8)，活塞运动时，导向销8插入导向销孔运动，导向机构至少为一组。由于活塞5底部端面、钢珠套23外圆柱面、基础板12上表面和壳体13内圆周面形成的密闭空腔与气路孔系统17连接，活塞5在弹簧组6、气路孔系统17和导向机构的共同作用下可在钢珠套23的轴向做往复直线滑动。
[0033]参见图4和图5，快换托板的底面上圆周均布设置有四个带有锥度的定位槽3，这四个定位槽3呈“十”字形分布,为快换托板实现X轴和Y轴方向定位；快换托板上定位槽3与基础座上的定位齿I相对应，定位齿I和定位槽3相配合行成X、Y轴方向定位。定位槽3槽边斜面C、D的斜角角度比基础座的定位齿I侧表面斜角小1-2°，而每个定位槽3的底面设有沿定位槽3中心线向两端对称分布的定位齿避让槽19,定位齿避让槽19可使定位槽3在发生弹性变形时提供避让形变空间，在相邻的定位槽3之间均设置有凹台4，快换托板上的凹台4与基础座上的定位面2相对应，相邻的定位槽3和凹台4成45°夹角设置，在每个凹台4上设置有一对Z向定位柱22 (每个凹台上的Z向定位柱22至少为一个)，每一对Z向定位柱22与定位面2配合行成Z轴方向定位；在快换托板底部中心设有夹紧拉钉安装孔，夹紧拉钉20由固定螺杆21固定在安装孔上。
[0034]防错装置由防错销9和防错销避让槽15组成，防错销避让槽15可以为与防错销9匹配的盲孔，防错销9安装在定位齿I和定位面2之间的壳体13表面；防错销避让槽15设置在快换托板的下端面与防错销9相对应。当快换托板与壳体13上表面配合装夹时，防错销9与防错销避让槽15相互配合，使快换托板保持唯一的X、Y轴正负方向状态，当快换托板需要4*90°转位时，可将防错销9卸下即可实现转位。
[0035]本实用新型工作原理如下:将快换托板装入基础座中心孔，快换托板的夹紧拉钉20容置进基础座中心孔中，气路孔系统17断开气源气体泄出后，弹簧组6释放弹力推动活塞5轴向滑动，由导向销8固定活塞5活动时不会发生旋转移动，将钢珠7推入钢珠套23的钢珠放置孔内，钢珠7的一部分伸入到钢珠套23中心通孔的型腔内抱死夹紧拉钉20的加紧槽内，从而实现夹紧功能；在夹紧过程中清洁气孔10打开，清洁定位面2和Z向定位柱22的接触面；夹紧后Z向定位柱22与壳体13的定位面2贴合，实现快换托板Z向刚性高精度定位；当气路孔系统17接通气源，气体进入壳体13与活塞5形成的密闭空腔内推动活塞5沿钢珠套23轴向滑动，并压缩弹簧组6，活塞5释放作用在钢珠7上的力，钢珠7会从钢珠套23的中心通孔退出，实现打开功能。
[0036]当基础座和快换托板夹紧时，壳体12的上表面的定位齿I与快换托板的定位槽3相互配合,快换托板的定位槽3槽角度小于定位齿I齿角度，在当夹紧机构提供最高至15000N拉钉时快换托板的定位槽3发生弹性形变，使定位槽3与定位齿I面贴合达到精准定位，重复定位精度0.002mm,同时,快换托板定位槽3上的定位齿避让槽19,使定位槽3变形达到柔性定位效果，通过有限元分析，定位槽避让后侧向受力可达到5000N更适合重切削加工场合使用。
[0037]参见图6和图7，快换托板与夹紧机构未夹紧时，由于定位槽3槽边斜面C、D的斜角角度比基础座的定位齿I侧表面斜角小1-2°，因此当快换托板与夹紧机构处于夹紧状态时，通过夹紧机构提供的夹紧力，使快换托板的每个定位槽3发生弹性形变，促使快换托板的定位槽3的C、D面与定位齿I的侧表面完全贴合成0°，达到高强度、高精度定位，同时通过快换托板的定位槽的弹性形变，克服定位误差，从而获得较好的重复定位精度。
[0038]本实用新型的技术方案并不局限于本实施例所述的具体内容，凡与本实用新型具有相近或相似的技术方案，均属于本实用新型所涵盖的保护范围。
【权利要求】
1.一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，包括基础座和与基础座配套连接的快换托板；所述基础座包括基础板(12)、壳体(13)和夹紧机构，所述的壳体(13)固定在基础板(12)上，壳体(13)的内壁与基础板(12)形成腔体，所述夹紧机构设置在腔体内部；所述壳体(13 )上表面设置有定位齿(I)和定位面(2 )，所述快换托板的下表面设置有与定位齿(I)对应的定位槽(3)和凹台(4);所述夹紧机构包括内外套设的钢珠套(23)和活塞(5)，钢珠套(23)上设置有容纳若干钢珠(7)的钢珠放置孔，所述活塞(5)上端面和壳体(13)内腔下表面之间设置有弹簧组(6);其特征在于:所述防错柔性快速定位强力夹紧装置还包括防错装置，所述防错装置由防错销(9)和防错销避让槽(15)组成；所述防错销(9)设置在壳体(13)上表面，所述防错销避让槽(15)设置在快换托板的下端面且与防错销(9)相对应；所述活塞(5)的下端部内周表面嵌入有第一密封圈(24)与钢珠套(23)外圆柱面密封接触，活塞(5)下端部的外周表面嵌入有第二密封圈(25)与壳体(13)内周表面密封接触，壳体(13)底面和基础板(12)的顶面之间还嵌设有第三密封圈(26);所述凹台(4)上设置有与定位面(2)对应的Z向定位柱(22)，所述定位槽(3)上还设有容纳定位齿弹性形变的定位齿避让槽(19),所述定位齿避让槽(19)沿定位槽底面中心线向两端对称分布。2.根据权利要求1所述的一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，其特征在于:所述活塞(5)的下端面与基础板(12)上端面还设置有导向装置，导向装置为设置在基础板(12)上端面的导向销(9)和设置在活塞(27)下端面的导向孔。3.根据权利要求1所述的一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，其特征在于:所述的钢珠放置孔的纵切面带有锥度，其内端孔的直径小于钢珠(7)的直径，外端孔的直径大于钢珠(7)的直径。4.根据权利要求1所述的一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，其特征在于:所述的定位槽(3)槽边斜面角度比定位齿(I)侧表面斜角小1-2°。5.根据权利要求1所述的一种防错柔性快速定位强力夹紧装置，其特征在于:所述的防错销避让槽(15)为盲孔。
【文档编号】B23Q11-00GK204295371SQ201420704079
【发明者】贾龙海, 续开伦 [申请人]西安斯诺机械智能科技有限公司