专利名称：能够混合化的带调心功能的高精度卡盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及对保持对象物进行保持的带调心功能的卡盘的改进。
背景技术：
作为将被加工件等保持对象物保持为同心的卡盘，广泛使用三爪卡盘。其结构为， 在卡盘主体上保持有能够在半径方向上移动的3个爪，通过爪驱动装置使3个爪同步移动， 保持被加工件的外周面或内周面。另一方面，还已知通过电磁铁的磁吸引力将被加工件吸引保持在保持面上的电磁 卡盘，下述专利文献1中记载了电磁卡盘的一个例子。专利文献1 JP特开2003-127043号公报。三爪卡盘使3个爪在半径方向上同步移动，因而具有易于将保持对象物保持为与 卡盘同心的优点。但是，以往的三爪卡盘存在定心精度、反复保持位置精度、耐久性等不一 定足够的问题。另外，电磁卡盘因为是通过磁吸引力吸附保持对象物的结构，所以受到保持 对象物必须是磁性材料制的制约，或者，电磁卡盘吸附保持对象物的端面而进行保持，因而 没有定心功能(调心功能)，而存在将保持对象物定心并进行保持需要耗费一定时间的问 题。本发明是以上述情况为背景，以至少解决一个上述问题并获得实用性高于现有技 术的卡盘为课题而提出的。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的卡盘包括(a)卡盘主体，具有中心轴线；(b) 3个槽 形成构件，是与该卡盘主体分开的构件，各自形成有引导槽，以在垂直于所述中心轴线的半 径方向上延伸的姿势可拆卸地固定在所述卡盘主体上；(c)3个爪，具有嵌合部和卡合部， 所述嵌合部以能够滑动的方式分别嵌合在所述槽形成构件的所述引导槽中，所述卡合部从 所述嵌合部向平行于所述中心轴线的方向突出并与保持对象物的外周面和内周面中的至 少一个周面卡合；(d)共计3对按压构件，每对按压构件分别可拆卸地固定在所述槽形成构 件的所述引导槽的开口侧的端面上，分别与所述爪的所述嵌合部的所述开口侧的面卡合， 以防止所述嵌合部从所述引导槽浮起；以及(e)爪驱动装置，使所述3个爪相互同步地在所 述引导槽内移动。如上所述，如果将槽形成构件和按压构件形成为与卡盘主体分开的构件，则能够 与卡盘主体分开对它们单独进行加工，能够获得增大加工自由度的效果。尤其是，在卡盘是 主体的直径为IOOOmm以上那样的大型装置的情况下，相对于因加工所能够使用的设备受 到限制而存在制造需要的时间较长的问题的情况，根据本发明，只要加工多个比较小型的 部件即可，能够使用的设备的范围扩大，从而能够缩短制造需要的时间。另外，通过将槽形成构件和按压构件形成为分开的构件，易于提高与爪的嵌合部 嵌合的部分的尺寸精度，能够获得提高卡盘整体的保持位置精度的效果。
另外，如果能够将按压构件从槽形成构件上卸下，则在保持位置精度因磨损而降 低的情况下，只要将槽形成构件和按压构件更换为新的即可，与每次都更换卡盘主体的情 况相比，能够降低设备成本。或者，槽形成构件和按压构件中的至少一个的修理变得容易， 能够降低维护成本。下面，在本申请中例示几个认为能够申请专利保护的发明(下面称为“能够申请 保护的发明”。能够申请保护的发明至少包括权利要求中记载的发明即“本发明”或“本申 请发明”，但是，也包括本申请发明的下位概念发明、本申请发明的上位概念或另外概念的 发明。)的方式，并说明这些方式。各方式与权利要求同样地分项，对各项标注序号，以按照 需要引用其他项的序号的形式记载。这不过是为了便于理解能够申请保护的发明，不是将 构成能够申请保护的发明的构成要素的组合限定为下面各项记载的内容。即，能够申请保 护的发明应该参照各项的记载、实施例的记载和以往技术等进行解释，只要在这种解释的 限度内，在各项的方式的基础上再附加其他构成要素的方式和从各项的方式中删除构成要 素的方式都是能够申请保护的发明的一种方式。此外，在下面的各项中，(1)项相当于权利要求1，(2)项相当于权利要求2，(4)项 相当于权利要求3，(8)项相当于权利要求4，(11)项相当于权利要求5。另外，权利要求 1 5中的任一项追加了(12)项的特征后相当于权利要求6，该权利要求6追加了(15)项 记载的特征后相当于权利要求7，权利要求6或7追加了(17)项记载的特征后相当于权利 要求8。(1) 一种卡盘，其特征在于，包括卡盘主体，具有中心轴线；3个槽形成构件，与该卡盘主体分开，各自形成有引导槽，以在垂直于所述中心轴 线的半径方向上延伸的姿势可拆卸地固定在所述卡盘主体上；3个爪，具有嵌合部和卡合部，所述嵌合部以能够滑动的方式分别嵌合在所述槽形 成构件的所述引导槽中，所述卡合部从所述嵌合部向平行于所述中心轴线的方向突出并与 保持对象物的外周面和内周面中的至少一个周面卡合；共计3对按压构件，每对按压构件分别可拆卸地固定在所述槽形成构件的所述引 导槽的开口侧的端面上，分别与所述爪的所述嵌合部的所述开口侧的面卡合，以防止所述 嵌合部从所述引导槽浮起；以及爪驱动装置，使所述3个爪相互同步地在所述引导槽内移动。(2)如(1)项所述的卡盘，所述槽形成构件、所述嵌合部和所述按压构件由耐磨性 比所述卡盘主体的材料优良的材料制成。如果采用本项的特征，则能够将(1)项的卡盘的保持位置精度长时间地保持为良 好的状态，提高卡盘的耐久性。(3)如(1)或(2)项所述的卡盘，所述槽形成构件的所述引导槽的所述开口侧端面 和所述爪的所述嵌合部的所述开口侧的面位于同一个平面上，所述按压构件的所述槽形成 构件以及所述嵌合部侧的面形成为一个平面。如果采用本项的特征，通过单纯地对槽形成构件的开口侧端面和嵌合部的引导槽 的开口侧的面中的至少一个面进行平面磨削加工，易于将爪的嵌合部与槽形成构件以及按 压构件在槽深度方向上的间隙形成为适当的大小。
(4)如(1) C3)项中任一项所述的卡盘，使所述槽形成构件、所述嵌合部和所述 按压构件的在所述爪移动时相互滑动的滑动面硬化并对其进行磨削加工。如果采用本项的特征，则能够提高槽形成构件、嵌合部和按压构件的加工精度，而 且能够抑制滑动面的磨损，易于将滑动间隙形成为适当的大小，并且能够长时间良好地维 持该适当的滑动间隙。(5)如(1) (4)项中任一项所述的卡盘，在所述卡盘主体的前表面上形成有从所 述中心轴线以等角度间隔放射状地延伸的3个嵌合槽，所述3个槽形成构件分别嵌合在各 个所述嵌合槽中并固定。如果采用本项的特征，则槽形成构件易于相对于卡盘主体定位，并且，能够提高卡 盘主体保持槽形成构件的保持刚性，另外，通过选定嵌合槽的深度，能够形成槽形成构件和 按压构件不从卡盘主体的前表面突出的状态，提高卡盘的使用性。(6)如(1) ( 项中任一项所述的卡盘，所述3个爪分别是将至少具有所述嵌合 部的滑块和至少具有所述卡合部的爪构件相互可拆卸地固定而形成的。爪构件既可以直接固定在滑块上，也可以经由隔板间接固定在滑块上。另外，爪构 件既可以是包括彼此单独制造且可拆卸地固定的母爪和子爪的结构，也可以是一体地具有 相对于滑块固定的固定部和所述卡合部的结构。如果采用本项的特征，通过准备多种爪构件并相对于一个滑块选择性地固定而使 用爪构件，则能够低价地获得多种爪。或者，在爪构件不耐用的情况下，仅将爪构件更换为 新的即可，能够降低维护成本。(7)如(6)项所述的卡盘，所述爪构件具有固定在所述滑块上的母爪和可拆卸地 固定在该母爪上的子爪，在所述母爪和子爪中的一个上形成以所述中心轴线为中心的部分 内周圆筒面，在另一个上形成与所述部分内周圆筒面对应的部分外周圆筒面，通过使这两 个部分圆筒面在半径方向上相互抵接，来规定子爪相对于母爪在半径方向上的位置。如果采用本项的特征，则能够使子爪相对于母爪的相对定位变得容易，或者能够 提高母爪保持子爪的保持刚性。(8)如(1) (7)项中任一项所述的卡盘，所述爪驱动装置包括驱动构件，以能够滑动的方式与设置在所述卡盘主体的中央的中央引导部嵌合， 并在平行于所述中心轴线的轴向上移动；以及运动变换机构，设置在该驱动构件和所述3个爪中的各个爪之间，将所述驱动构 件在所述轴向上的运动变换为各个所述爪在所述半径方向上的运动，使构成该运动变换机构的构件的相互接触的部分硬化并对其进行磨削加工。如果采用本项的特征，则易于提高运动变换机构的尺寸精度，并且能够提高耐久 性。(9)如(8)项所述的卡盘，所述运动变换机构包括卡合槽和卡合凸部，所述卡合槽 以相对于所述中心轴线倾斜的方式形成在所述3个爪的每一个和所述驱动构件中的一方 上，所述卡合凸部形成在另一方上且以能够滑动的方式与所述卡合槽卡合，使所述卡合槽 与卡合凸部的滑动面硬化并对其进行磨削加工。(10)如⑶或(9)项所述的卡盘，所述中央引导部与卡盘主体分开，并由耐磨性优 于卡盘主体材料的材料制成，由固定在卡盘主体上的中央引导形成构件形成，使该中央引导形成构件与所述驱动构件的滑动面硬化并对其进行磨削加工。如果采用本项的特征，则可提高中央引导形成构件和驱动构件的加工精度，容易 使两者的嵌合间隙形成适当的大小，并且能够提高耐久性。(11)如(10)项所述的卡盘，所述中央引导形成构件可拆卸地固定在所述卡盘主 体上。能够通过更换或修理中央引导构件而容易地维持卡盘的保持位置精度。(12) 一种混合式卡盘，其特征在于，包括电磁卡盘部，具有与卡盘主体形成为一体的电磁铁，通过该电磁铁的磁吸引力将 磁性材料制的保持对象物吸附保持在所述卡盘主体的前表面上；以及三爪卡盘部，包括3个爪和爪驱动装置，该3个爪配置为能够沿着所述卡盘主体的 所述前表面在与该卡盘主体的中心轴线垂直的半径方向上移动，所述爪驱动装置使上述3 个爪相互同步地移动。电磁卡盘部以直接或经由压板间接地与保持对象物的平面紧贴而将该保持对象 物保持在卡盘主体的前表面上，因而具有不会使保持对象物变形的优点，但是另一方面，没 有调心功能，存在需要长时间进行定心作业的缺点。另外，因为通过平面间的基于磁吸引力 产生的摩擦力防止保持对象物移动，所以存在不能牢固地对保持对象物进行保持的缺点和 保持对象物仅限于磁性材料制的缺点。另一方面，因为三爪卡盘部具有调心功能，因而易于进行保持对象物的装卸，另外 具有能够牢固地保持保持对象物的优点。但是，具有如下缺点存在使保持对象物产生变 形、或者在保持保持对象物时因存在爪的滑动间隙而允许保持对象物向离开卡盘主体的方 向移动(称为保持对象物浮起)的趋势，从而成为保持位置精度低的原因。对此，在本项的混合式卡盘中，通过区分使用或同时使用三爪卡盘部和电磁卡盘 部，能够避免基于两者的缺点产生的问题，并且能够获得两者的优点。例如，能够在利用三爪卡盘部的调心功能将保持对象物定心后，使电磁铁磁化而 将保持对象物保持在电磁卡盘部上，并且能够使三爪卡盘部形成释放状态。不需要以较大 的力使三爪卡盘动作以进行定心，因而很少使保持对象物变形，并且最终使三爪卡盘部形 成释放状态，因而能够不产生变形地保持保持对象物。这一效果对保持对象物是环状的被 加工件的情况尤其有效。或者，通过使电磁卡盘部和三爪卡盘部一起形成保持状态，能够特别牢固地保持 保持对象物。这一效果对保持对象物是刚性高的被加工件并且需要进行重切削的情况尤其 有效。而且，通过按照保持对象物的特性选择性地使用电磁卡盘部和三爪卡盘部，能够 用于对各种保持对象物的保持。此外，从扩大本混合式卡盘的适用范围的角度考虑，希望能够在大的范围内(至 少大小两级)控制三爪卡盘部的驱动装置的驱动力。(13)如(1 项所述的混合式卡盘，在所述卡盘主体的所述前表面侧以等角度间 隔设置有分别在所述半径方向上对所述3个爪进行导向的3个导向部，所述电磁铁设置在 上述3个导向部之间的位置。(14)如(1 或(1 项所述的混合式卡盘，所述爪驱动装置包括
驱动构件，以能够滑动的方式与设置在所述卡盘主体的中央的中央引导部嵌合， 并在轴向上移动；以及运动变换机构，设置在所述3个爪的各个爪和所述驱动构件之间，将所述驱动构 件在平行于所述中心轴线的方向上的运动变换为各个所述爪在半径方向上的运动。(15)如(14)项所述的混合式卡盘，还包括施力装置，该施力装置对所述驱动构件 向相对于所述卡盘主体的前进方向施力，并且所述驱动构件包括后退操作部，所述后退操 作部从与所述卡盘主体的所述前表面相向的方向接受克服所述施力装置的作用力而使驱 动构件后退的力。在具有本项特征的混合式卡盘中，希望在利用三爪卡盘部的调心功能时，利用安 装了本卡盘的装置的可动部对后退操作部施加操作力。例如，如果是机床，则因为具有用于 使加工工具移动的移动构件，所以使该移动构件本身或安装在移动构件上的操作构件与后 退操作部抵接来施加后退方向上的力。为了易于接受该力，希望后退操作部比卡盘主体的 前表面向前方突出。本项的混合式卡盘具有如下的优点，即，因为不需要从卡盘主体的后面侧驱动驱 动构件，所以能够将卡盘主体中央部的被限定的空间用于排布向电磁卡盘部供给电流的导 线。(16)如(14)或(1 项所述的混合式卡盘，所述驱动构件包括连接部，该连接部能 够从所述卡盘主体的后面侧连接用于使该驱动构件在平行于所述中心轴线的方向上移动 的驱动轴。本项的混合式卡盘的三爪卡盘部具有与通常的三爪卡盘类似的结构。还能够设置 本项记载的连接部和前项记载的后退操作部这两个构件，如形成这样的结构，则能够获得 通用性好的混合式卡盘。(17)如(1 (16)项中任一项所述的卡盘，还包括控制所述三爪卡盘部和所述 电磁卡盘部的动作的控制装置，该控制装置包括下述控制部中的至少一个(a)第一控制 部，选择性地使所述三爪卡盘部和所述电磁卡盘部形成保持状态；(b)第二控制部，在使所 述三爪卡盘部形成保持状态而使保持对象物定心后，使所述电磁卡盘部形成保持状态并且 使三爪卡盘部形成释放状态；以及(c)第三控制部，使所述三爪卡盘部和所述电磁卡盘部 一起形成保持状态。从实施方式各项的说明可知，在第二控制部中，在基于三爪卡盘部进行定心后使 电磁卡盘部转移到保持状态和使三爪卡盘部转移到释放状态，不必一定按照上述记载的顺 序来进行。(18)如(1 (17)项中任一项所述的混合式卡盘，所述三爪卡盘部具有(1) (11)项中任一项所述的卡盘的结构。若采用本项记载的特征，则能够提高三爪卡盘部的定心精度，因此能够使电磁卡 盘部保持被高精度地定心了的保持对象物，能够获得保持位置精度高并且不会使保持对象 物产生变形的理想的卡盘。另外，即使在使电磁卡盘部和三爪卡盘部一起形成保持状态的 情况下，三爪卡盘部的爪也较少使保持对象物浮起，因而能够获得保持位置精度和保持刚 性都较高的理想的卡盘。
图1是表示作为本发明的一个实施方式的混合式卡盘的正视剖面图。图2是表示所述混合式卡盘的局部的俯视图。图3是放大表示图1的局部的图。图4是图1中的A向视图。图5是表示通过所述混合式卡盘卡紧被加工件的状态的正视剖面图。图6是表示加工所述混合式卡盘的爪的状态的图。图7是表示加工所述混合式卡盘的爪的状态的其他图。图8是表示加工所述混合式卡盘的爪的状态的另一其他图。图9是表示加工所述混合式卡盘的压板的状态的图。图10是表示作为本发明的其他实施方式的三爪卡盘的局部的正视剖面图。标号说明10 混合式卡盘12 电磁卡盘部14 三爪卡盘部20 卡盘主体22⑴极对^极沈 电磁铁28 隔离件30 压板32 =T形槽40 引导槽42 爪44 嵌合槽46 槽形成构件48 开 口侧端面50 按压构件60 滑块62 爪构件70 母爪72 子爪74 嵌合部76 前表面78 突 出部80 宽幅部82 窄幅部84 臂部86 底部90 肩面92 槽侧面94 底面96 臂部侧面 98 臂部端面110 爪驱动装置112 中央引导形成构件114 中央孔116 驱动构件118 轴 构件120 T形槽122 卡合突部130 压缩螺旋弹簧132 施力装置136 突出部138 运动变 换机构152 被加工件160 压板162 子爪加工用夹具164 圆环夹具166 定位螺钉168 部 分圆筒凸面172 部分圆筒凹面174 保持面176 接受面200 混合式卡盘202 爪驱动装置 206 中央引导形成构件208 中央孔210 驱动构件212 牵引杆
具体实施例方式图1 图4中示出了作为本发明的一个实施方式的混合式卡盘。如图2所示，本 混合式卡盘10具有电磁卡盘部12和三爪卡盘部14，如图1所示，本混合式卡盘10例如安 装在立式车床的直径为IOOOmm这样的大直径工作台16上来使用。电磁卡盘部12基本与现有结构相同，因而省略详细说明，但电磁卡盘部12与卡盘 主体20构成为一体，具有18个电磁铁26，该电磁铁沈各自具有N极22和S极Μ。在卡 盘主体20中埋入有非磁性材料制(在本实施方式中为环氧树脂制)的隔离件观，该隔离件 28将各电磁铁的N极22和S极M磁分离。电磁铁沈分为3组(在图示的例子中一组是 6个)，这3组电磁铁沈围绕卡盘主体20的中心轴线0以等角度间隔配置。而且，与各组 电磁铁沈对应地形成有多个(在图示的例中，对应每组电磁铁沈形成7个，共计21个)T 形槽32，该多个T形槽32用于安装多个压板30，并且以在垂直于卡盘主体20的所述中心 轴线0的半径方向上延伸的姿势形成。三爪卡盘部14具有能够沿着3个引导槽40在半径方向上移动的3个爪42，该3 个引导槽40分别形成在3组所述电磁铁沈之间。各引导槽40是由嵌合在3个嵌合槽44 中的槽形成构件46 (参照图4)形成的，该3个嵌合槽44形成在卡盘主体20上。在槽形成 构件46的引导槽40开口一侧的端面即一对开口侧端面48上紧贴有一对按压构件50，如图 4所示，通过多个螺栓52，将上述的一对按压构件50和槽形成构件46 —起固定在卡盘主体20上。另一方面，如图1所示，所述3个爪42各具有滑块60和爪构件62，该爪构件62能 够在半径方向上定位在多个相对位置并固定在所述滑块60上。3个爪构件62是相互协作 而保持保持对象物的构件，上述的3个爪构件62各具有与该保持对象物的外周面或内周面 卡合的卡合部。滑块60和爪构件62在半径方向的相对定位，通过在两者彼此相向的面上 形成的键槽63、64和跨设在该键槽上的键65进行。键槽63形成有多个，从其中选择使用， 由此爪构件62在半径方向上的位置能够变更为多级。爪构件62通过T形块66和螺栓67 固定在具有T形槽的滑块60上，在爪构件62的底面上形成有槽68，T形块66的顶部嵌入 在该槽68中，由此进行爪构件62相对于滑块60的在周向上的定位。通过定位装置，爪构 件62相对于滑块60在半径方向和周向上都被定位，并且固定在滑块60上。图1所示的爪构件62形成为能够直接固定在滑块60上的一体构件，但也可以如 图5所示，将爪构件形成为包括母爪70和子爪72的结构，其中，母爪70可拆卸地固定在滑 块60上，子爪72可拆卸地固定在该母爪70上。母爪72也与所述爪构件62同样，通过定 位装置，相对于滑块60在半径方向和周向上都被定位，并且固定在滑块60上。下面说明子 爪72相对于母爪70的定位。滑块60具有嵌合部74，能够嵌合在所述引导槽40中；突出部(也可称为头 部)78，从该嵌合部74向前方突出，通过所述一对按压构件50之间，相比卡盘主体20的前 表面76向前方突出。虽然引导槽的截面形状也可形成单一的矩形，但图示的引导槽40形 成为具有宽幅部80和窄幅部82且宽幅部80位于引导槽40的开口侧的形状。并且，滑块 60的截面形状为十字形，作为相当于十字的横线部分的一对臂部84嵌合在宽幅部80中，与 十字的沿上下延伸的线相当的部分的下部即底部86嵌合在窄幅部82中，上下延伸的线的 上部形成所述突出部78。卡盘主体20是铸铁制的，槽形成构件46和按压构件50是由能够通过热处理硬化 的材料(例如高碳素钢S50C)制成的，通过淬火被硬化，并且为了确保滑动间隙的精度，通 过磨削对所需要的滑动面进行高精度加工。具体地说，对宽幅部80和窄幅部82之间的肩 面90、宽幅部80两侧的槽侧面92 (也可以是窄幅部82两侧的槽侧面)、所述开口侧端面48 以及按压构件50的与开口侧端面48紧贴一侧的面即底面94进行磨削加工。另一方面，滑块60由能够通过热处理而硬化的材料制造，表面被硬化。例如，由铬 钼钢SCM415制，通过渗碳淬火使表面硬化。然后，对臂部84的两侧面即臂部侧面96 (也可 以是底部86的两侧面即底部侧面98)进行磨削加工。对上述要被磨削加工的面中的两个臂部侧面96之一和开口侧端面48中的任意一 方(在图示的例子中为开口侧端面48)进行适应性磨削加工，使肩面90与底面94间的间 隔和臂部84的厚度之差(滑动间隙)在5μπι以下。在此，所说的“进行适应性磨削加工” 是指，不是依据加工图纸中所示的各部件的各个尺寸进行磨削加工，而是一边适当确认滑 动间隙的量，一边磨削两个臂部侧面96之一或开口侧端面48，使得在磨削加工后滑动间隙 的量在规定公差内(5 4!11以下)。另外，将宽幅部80的两个槽侧面92间的间隔和臂部84的两个臂部端面98间的 间隔之差(滑动间隙)管理为10 μ m以下。与此相对，所述槽形成构件46和按压构件50与滑块60的各面中除上述以外的面之间的间隙有意设定得较大，不需要进行高精度加工。此外，窄幅部82的两个槽侧面间的间隔与底部86的两个侧面间的间隔(底部86 的厚度)之差(滑动间隙)也可以管理为10 μ m以下。另外，在设定引导槽具有矩形的横截面形状的情况下，能够通过管理引导槽底面 与开口侧端面间的间隔和嵌合部的厚度的尺寸精度，来管理滑块60在厚度方向上的滑动 间隙。通过爪驱动装置110，使所述3个爪42相互同步地在半径方向上移动。在图3中 放大示出了该爪驱动装置110，该爪驱动装置110具有固定在卡盘主体20上的中央引导形 成构件112，通过该中央引导形成构件112的中央孔114来引导驱动构件116在轴向上的移 动。在驱动构件116上通过螺栓119可拆卸地固定有轴构件118，该轴构件118能够滑动地 与中央孔114嵌合。在驱动构件116的外周部的相互间隔120度的部分上形成有T形槽120，该T形 槽120作为相对于中心轴线0倾斜的卡合槽，另一方面，在所述滑块60的内周侧端部上形 成有截面形状为T字形的卡合凸部122，该卡合凸部122精度良好地嵌合在T形槽120中。 通过施力装置132向前进方向对驱动构件116施力，从而在通常情况下将3个爪42保持在 扩开位置，其中，所述施力装置132由设置在驱动构件116和卡盘主体20之间的多个压缩 螺旋弹簧130构成，但是，通过对所述轴构件118的从卡盘主体20的前表面76向前方突出 的突出部136施加后退方向的力，使驱动构件116后退，从而使3个爪42缩径，对保持对象 物进行定心。在本实施方式中，由T形槽120和卡合凸部122构成将驱动构件116在轴向 上的运动变换为爪42在半径方向上的运动的运动变换机构138。另外，由突出部136构成 后退操作部。为了防止异物进入该运动变换机构138，在驱动构件116上安装有盖140。而 且，在滑块60的前端部安装有盖142，来双重防止异物进入。所述中央引导形成构件112、轴构件118和驱动构件116由能够通过热处理(在本 实施方式中为淬火)硬化的材料(例如高碳素钢S45C)形成，将这些构件硬化，并且通过磨 削而精度良好地加工中央孔114的内周面和轴构件118的外周面。另外，也使T形槽120 和卡合凸部122硬化，并且通过磨削而精度良好地加工滑动面。如上所述，还能够使用图5所示的具有母爪70和子爪72的爪构件代替图1所示 的爪构件62。在图5所示的例子中，保持对象物是具有大径部146和小径部148且具有中 心孔150的环状的被加工件152，大径部146侧的端面经由压板160与卡盘主体20的前表 面76抵接，并且通过爪构件的子爪72在外周面上保持大径部146。如下述那样精度良好地加工所述母爪70和子爪72。母爪70和子爪72是安装在 使用它们的混合式卡盘10本身的滑块60上来进行加工，下面将该加工方法称为“自身切 削”。首先，如图6所示，圆环夹具164处于支撑在3个滑块60上的状态。另一方面，在 滑块60上经由子爪加工用夹具162固定子爪72，在子爪加工用夹具162与圆环夹具164的 外周面抵接的状态下，固定滑块60。如下述方式进行该固定。机床(在图示的例子中为立 式车床)的工具台165(参照图6)从上方与轴构件118的突出部136抵接，使驱动构件116 克服施力装置132的作用力而向后退位置移动。在该状态下，通过使图3所示的定位螺钉 166与轴构件118的凸缘部抵接而形成将驱动构件116保持在后退位置的状态后，工具台165离开突出部136。然后，通过安装在工具台165上的车刀167，将子爪72外周侧的面切 削加工成规定直径的圆筒的一部分即部分圆筒凸面168。在下面的其他面的加工时也同样。然后，如图7所示，将母爪70固定在滑块60上，切削加工出曲率半径与所述子爪 72的部分圆筒凸面168的曲率半径相等的部分圆筒凹面172。接着，如图8所示，以所述部分圆筒凹面172与部分圆筒凸面168抵接的状态将子 爪72固定在母爪70上，将子爪72的内周侧面即保持面174切削加工成曲率半径等于或大 于被加工件152的大径部146的曲率半径的部分圆筒凹面。通过以上的加工，在保持被加工件152时，使保持面174精度良好地位于以卡盘主 体20的中心轴线为中心的圆的圆周上。如图9所示，以所述压板160也固定在卡盘主体20上的状态加工接受被加工件 152的接受面176，从而能够精度良好地进行被加工件152的轴向上的定位。使用接触式探 头(touch probe) 178管理压板160的高度。在使用本混合式卡盘10时，所述圆环夹具164也可使用于确认爪42的定心精度。 在将圆环糟具164经由适当的压板支撑在卡盘主体20的前表面76上的状态(在本混合式 卡盘10用于立式车床或立式磨床的情况下，前表面76为朝上的面，因而可以仅在前表面76 上安装压板和圆环夹具164)下，如图1所示，通过控制装置184对工具台移动装置186的控 制，使机床的工具台180本身或安装在工具台180上的操作构件182与轴构件118的突出 部136抵接而使驱动构件116后退时，3个爪42缩径而形成保持圆环夹具164的状态。在 该状态下，如果使接触式探头188与圆环夹具164的外周面接触，并且使混合式卡盘10旋 转，则能够确认爪42的定心精度。另外，为了加工磁性材料制的被加工件而将该被加工件保持在本混合式卡盘10 上的情况下，只要进行如下操作即可。在卡盘主体20的前表面76上安装压板30，将被加工 件经由该压板30支撑在卡盘主体20的前表面76上(但是，可以不使用压板30)，与上述确 认定心精度时同样，通过工具台180或者操作构件182使轴构件118和驱动构件116后退 时，三爪卡盘部14缩径，使被加工件相对于卡盘主体20定心。在该状态下，如果通过图1 所示的控制装置184对电磁铁驱动电路190的控制，向电磁铁沈通电而磁化卡盘主体20， 则形成电磁卡盘部12经由磁性材料制的压板30牢固地保持被加工件152的状态。然后， 如果解除基于工具台180或操作构件182将轴构件118和驱动构件116保持在后退位置的 保持，则变为仅由电磁卡盘部12保持被加工件的状态。此外，希望在利用三爪卡盘部进行 定心后，在通过电磁卡盘部12进行保持前，在减弱使驱动构件116后退的方向上的操作力 而降低三爪卡盘14对被加工件的夹紧力的状态下，使电磁卡盘部12形成保持状态。另外， 在本混合式卡盘10朝上的情况下，可以在保持于电磁卡盘部12之前，解除通过三爪卡盘部 14进行的保持。希望控制装置184构成为按照操作者对一个操作构件的操作自动地控制所述三 爪卡盘部14和电磁卡盘部12，但是也可以不是这样的结构。控制装置184也可以构成为， 按照操作者对多个操作构件的依次操作使三爪卡盘部14和电磁卡盘部12依次动作。在本实施例中，可考虑控制装置184包括第一控制部、第二控制部和第三控制部 中的至少一个，其中，(a)所述第一控制部选择性地使三爪卡盘部14和电磁卡盘部12形成 保持状态，(b)所述第二控制部在使三爪卡盘部14形成保持状态而对保持对象物进行定心后，使电磁卡盘部12形成保持状态并且使三爪卡盘部14形成释放状态，(c)所述第三控制 部使三爪卡盘部14和电磁卡盘部12均形成保持状态。如上所述，本混合式卡盘10中，在将被加工件152保持在电磁卡盘部12上时，能 够通过三爪卡盘部14进行定心，因而不需要以往的电磁卡盘中所不可缺少的由操作者进 行的定心作业，从而能够显著缩短装夹被加工件152所需要的时间，能够提高生产效率。而且，在三爪卡盘部14中，滑块60与槽形成构件及按压构件的滑动面、滑块60的 卡合突部122与驱动构件116的T形槽120的滑动面、以及中央引导形成构件112的中央 孔114与轴构件118的滑动面都是在通过热处理而硬化后通过磨削高精度地加工而成，因 此各滑动面间的滑动间隙小于以往的三爪卡盘的各对应部的滑动间隙，能够获得高的定心 精度。而且，进行了该定心后，被加工件通过电磁卡盘部12在经由压板30与卡盘主体20的 前表面紧贴的状态下被保持，因而如以往的利用三爪卡盘保持时那样避免被加工件浮起。 通过上述操作，能够获得提高被加工件的加工精度的效果。通过下面的试验确认这一效果。作为本发明的实施件，使用在本实施方式的混合式卡盘10的滑块60上安装了由 通过所述自身切削法加工的母爪70和子爪72形成的爪构件的装置，将直径680mm的被加 工件152保持在三爪卡盘部14上，来测定保持位置精度。另一方面，作为比较例，将同一被加工件152保持在市场上出售的三爪卡盘上来 测定保持位置精度，该市场上出售的三爪卡盘中，滑块嵌合于在铸铁制的卡盘主体上直接 形成的引导槽中。表1示出了上述测定结果。表权利要求
1.一种卡盘，其特征在于，包括 卡盘主体，具有中心轴线；3个槽形成构件，与该卡盘主体分开，各自形成有引导槽，以在垂直于所述中心轴线的 半径方向上延伸的姿势可拆卸地固定在所述卡盘主体上；3个爪，具有嵌合部和保持部，所述嵌合部以能够滑动的方式分别嵌合在所述槽形成构 件的所述引导槽中，所述保持部从所述嵌合部向平行于所述中心轴线的方向突出并与保持 对象物的外周面和内周面中的至少一个周面卡合；共计3对按压构件，每对按压构件分别可拆卸地固定在所述槽形成构件的所述引导槽 的开口侧的端面上，分别与所述爪的所述嵌合部的所述开口侧的面卡合，以防止所述嵌合 部从所述引导槽浮起；以及爪驱动装置，使所述3个爪相互同步地在所述弓丨导槽内移动。
2.如权利要求1所述的卡盘，其中，所述槽形成构件、所述嵌合部和所述按压构件由耐 磨性比所述卡盘主体的材料优良的材料制成。
3.如权利要求1或2所述的卡盘，其中，使所述槽形成构件、所述嵌合部和所述按压构 件的在所述爪移动时相互滑动的滑动面硬化并对该滑动面进行磨削加工。
4.如权利要求1或2所述的卡盘，其中， 所述爪驱动装置包括驱动构件，以能够滑动的方式与设置在所述卡盘主体的中央的中央引导部嵌合，并在 平行于所述中心轴线的轴向上移动；以及运动变换机构，设置在该驱动构件和所述3个爪中的各个爪之间，将所述驱动构件在 所述轴向上的运动变换为各个所述爪在所述半径方向上的运动，使构成该运动变换机构的构件的相互接触的部分硬化并对该部分进行磨削加工。
5.如权利要求4所述的卡盘，其中，所述中央引导部与卡盘主体分开，并由耐磨性比卡盘主体的材料优良的材料制成，由 可拆卸地固定在卡盘主体上的中央引导形成构件形成，使该中央引导形成构件和所述驱动 构件的滑动面硬化并对该滑动面进行磨削加工。
6.如权利要求1或2所述的卡盘，其中，构成有电磁卡盘部，该电磁卡盘部的电磁铁一体地设置在所述卡盘主体上，并通过该 电磁铁的磁吸引力将磁性材料制的保持对象物吸附保持在所述卡盘主体的前表面上。
7.如权利要求6所述的卡盘，其中， 所述爪驱动装置包括驱动构件，以能够滑动的方式与设置在所述卡盘主体的中央的中央引导部嵌合，并在 平行于所述中心轴线的轴向上移动；以及运动变换机构，设置在该驱动构件和所述3个爪中的各个爪之间，将所述驱动构件在 所述轴向上的运动变换为各个所述爪在所述半径方向上的运动，还包括施力装置，该施力装置对所述驱动构件向相对于所述卡盘主体的前进方向施 力，并且所述驱动构件包括后退操作部，该后退操作部从与所述卡盘主体的所述前表面相 向的方向接受克服所述施力装置的作用力而使驱动构件后退的力。
8.如权利要求6所述的卡盘，其中，由所述3个爪和所述爪驱动装置构成三爪卡盘部，还包括控制所述三爪卡盘部和所述电磁卡盘部的动作的控制装置，该控制装置包括下 述控制部中的至少一个(a)第一控制部，选择性地使所述三爪卡盘部和所述电磁卡盘部 形成保持状态；(b)第二控制部，在使所述三爪卡盘部形成保持状态而使保持对象物定心 后，使所述电磁卡盘部形成保持状态并且使三爪卡盘部形成释放状态；以及(c)第三控制 部，使所述三爪卡盘部和所述电磁卡盘部一起形成保持状态。
全文摘要
本发明获得能够混合化的带调心功能的高精度卡盘，其保持位置精度较高。将卡盘主体(20)和引导爪(42)的滑块(60)的引导部分开制造，由形成引导槽(40)的槽形成构件(46)和防止滑块(60)从引导槽(40)浮起的按压构件(50)构成引导部。驱动爪(42)的爪驱动装置(110)包括与卡盘主体(20)分开的中央引导形成构件(112)和驱动构件(116)。这些构件(60、46、50、112、116)由能够淬火的材料制造，通过磨削高精度地加工滑动面。还能够与卡盘主体(20)一体地设置电磁铁，构成电磁卡盘部。该情况下对于下述情形尤其有效具有爪的三爪卡盘部用于对保持对象物定心，在电磁卡盘部保持保持对象物的状态下使三爪卡盘部形成释放状态。
文档编号B23B31/12GK102107288SQ20101055804
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者五十栖丈二, 小川元, 长井修 申请人:富士机械制造株式会社