专利名称：旋转夹紧缸致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转夹紧缸致动器，其具有连接于活塞杆自由端的夹紧臂，活塞杆连接于液缸致动器活塞，使夹紧臂能够在工件前的夹紧位置和与工件分开的非夹紧位置之间转动。
JP-B-62-5739的
图1中所示的一种公知的夹紧缸致动器具有一根活塞杆，在其外表面上设有一条导槽，该导槽由一个倾斜于其轴线延伸的螺旋引导部分和一个与螺旋引导部分连续且相应于夹紧角位的直线引导部分；以及一个导向构件如导销，其连接于一个端盖并可滑动地与导槽接合。当装配在缸的缸孔中且连接于活塞杆的活塞从其后端位置前移时，一连接于活塞杆末端且位于工件前的夹紧角位上的夹紧臂当导槽的直线引导部分相对于导向构件移动时沿直线从工件移开。当活塞杆进一步前移时，导槽的螺旋引导部分相对于导向构件移动，因而夹紧臂被转至与工作分开的非夹紧角位。
非夹紧角位是由导向构件相对于导槽的螺旋引导部的位置确定的，因而非夹紧角位取决于活塞的行程。因此，夹紧臂不能精确地转过预定角度，而且夹紧臂不能精确地转至非夹紧角位，除非夹紧缸致动器的构件被适当地操纵以精确地确定活塞的行程。当夹紧工件的夹紧臂从夹紧角位移至非夹紧角位时，螺旋引导部分的末端与导向构件接触，旋转的夹紧臂的惯性力在导向构件和导槽的螺旋引导部分上作用剧烈的冲击，这会引起导向构件和活塞杆的相应于螺旋引导部分的部分的磨损，从而缩短夹紧缸致动器的寿命。
当与螺旋引导部分进入与相应于夹紧角位的直线引导部分接合时，夹紧臂以及活塞杆停止在夹紧角位上。但是，如不在导向构件上作用剧烈的冲击就不清楚夹紧臂是否能够精确地停止在夹紧角位上。
由于活塞杆随活塞转动，因而围绕活塞安装以密封活塞和限定缸孔的缸壁之间的间隙的密封件(填密圈)对活塞杆的转动作用一个阻力。该阻力的效应是通过密封件和缸壁之间的摩擦及缸孔的内径来确定的。因此，夹紧臂不能被转动，除非足以反抗阻力效应而转动活塞的轴向压力作用在活塞上。
因此，本发明的目的是提供一种旋转夹紧缸致动器，即使其中的活塞行程不被精确控制，它也能够使夹紧臂转过一个固定的角度，并且当在非夹紧角位上停止夹紧臂时能够减小夹紧臂惯性力的作用。
本发明的第二个目的是提供一种互锁机构，与使导槽和导销互锁的滑动导向机构相比较，它对互锁构件的相对运动作用较小的阻力。
本发明的第三个目的是提供一种杆转动机构，它具有一根固定一转动构件如夹紧臂的转动杆，并且能够在转动构件的转动的两相反的终端减小转动构件的惯性力以逐渐停止转动构件，并且能够以高的转动速度使转动构件开始转动。
本发明的第四个目的是提供一种旋转夹紧缸致动器，它具有一个在低阻力下且无需高工作压力就能够转动的旋转构件。
按照本发明，一种旋转夹紧缸致动器包括一个缸；一个设置在缸中的活塞；一个安装在缸的前端的前端罩；一个可转动的活塞杆，在其外表面设有一条导槽，所述活塞杆容钠在缸内以便穿过前端罩伸出，并能够绕其轴线转动；一个导向构件，它安装在缸和活塞中的一个上并接合在活塞杆的导槽中，以便能够在平行于活塞杆轴线的方向上相对于活塞杆移动；以及一条夹紧臂，它连接于活塞杆的自由端，并能够与活塞杆一起在一夹紧角位和一非夹紧角位之间转动；其中导槽具有一个倾斜于活塞杆轴线延伸以转动活塞杆的倾斜引导部分、一个连接于倾斜引导部分的一端且相应于夹紧角位的第一直线引导部分和一个连接于倾斜引导部分另一端且相应于非夹紧角位的第二直线引导部分，倾斜引导部分和第二直线引导部分的连接使导向构件的中心当导向构件相对于活塞杆从倾斜引导部分移至相应于非夹紧角位时基本沿一圆弧移动。
由于当导向构件从倾斜引导部分移至相应于非夹紧角位的第二直线引导位置时，导向构件的中心沿圆弧移动，因而导向构件能够很顺利地相对于活塞杆移动。由于活塞杆在直线移动后停止，而不是当其正在转动时突然停止，因而转动中的夹紧臂的转动惯性力可以在夹紧臂在未夹紧角位停止前被减小。由于活塞杆(以及夹紧臂)的两个停止角位之间的角度间隔取决于第一和第二直线引导部分之间的角度间隔，因而活塞的行程无需精确地控制，两停止角位之间的角度间隔可以通过适当加工活塞杆而得到精确的确定。
导槽的倾斜引导部分和相应于未夹紧角位的第二直线引导部分被一个具有圆弧形状的弓形连接部分所连接，活塞杆被活塞推动时倾斜引导部分的接合导向构件的夹紧导向面，以及相应于未夹紧角位的第二直线引导部分的一个导向面被一个弓形连接面连接，当导向构件被弓形连接部分中的弓形连接面引导时，导向构件的中心沿一圆弧移动。
在弓形连接部分中，当活塞杆被活塞推向非夹紧角位时倾斜引导部分接合导向构件的非夹紧导向面，以及相应于非夹紧角位的第二直线引导部分的另一导向面最好被一弓形连接面连接，当导向构件相对于活塞沿弓形连接面移动时，导向构件的中心沿一圆弧移动。
由于弓形连接部分的中心线两相反侧上的导向面是弓形连接面，因而当导向构件相对于活塞沿任一弓形连接面移动时导向构件的中心沿一圆弧移动。
最好导槽具有半圆形横截面，导向构件是能沿导槽滚动的滚珠，钢滚珠受到支承以便在一个轴承构件中转动。
由于作为导向构件的滚珠沿导槽滚动，因而对活塞杆运动的阻力相对较小。
最好活塞杆在一个第一端部角位和一个第二端部角位之间转动，活塞杆从第一端部角位转向第二端部角位而作正转，从第二端部角位转向第一端部角位而作反转，导槽的两相对导向面分别用作正转的第一导向面和反转的第二导向面，从而引导导向构件，使导向构件当活塞杆分别为正转和反转而转动时相对于活塞杆沿不同的路径移动，正转的第一导向面和反转的第二导向面形成引导导向构件的形状，使导向构件相对于活塞沿一条倾斜于活塞杆轴线的路径移动，将作用在活塞杆上的推力转换成将活塞杆从第一端部角位转向第二端部角位的转矩，相对于活塞杆在活塞杆运动的最后阶段中沿一条正弦曲线或余弦曲线形状的路径移动，以及相对于活塞杆移动而在第二端部角位上不产生任何转矩。
最好，正转的第一导向面和反转的第二导向面形成得使导向构件相对于活塞杆沿一条具有一段正弦曲线或余弦曲线形状的路径移动。
最好，第一和第二导向面形成得在转动终点上正弦或余弦曲线的切线平行于活塞杆轴线，而在转动开始点上正弦或余弦曲线的切线倾斜于活塞杆轴线。
最好，导槽形成得使导向构件正转路径上的转动开始点与导向构件反转路径上的转动终止点轴向分开一个距离，并使导向构件正转路径上的转动终止点与导向构件反转路径上的转动开始点轴向分开一个距离。
最好，活塞杆在一个第一端部角位和一个第二端部角位之间转动，活塞杆从第一端部角位转向第二端部角位而正转，从第二端部角位转向第一端部角位而反转，导槽的两相对导向面分别用作正转的第一导向面和反转的第二导向面，因而使导向构件当活塞杆分别为正转和反转而转动时相对于活塞杆沿导槽中的不同路径移动，正转的第一导向面和反转的第二导向面形成引导导向构件的形状，使导向构件相对于活塞杆沿一条倾斜于活塞杆轴线的路径移动，以便将作用在活塞杆上的推力转换成在转动开始点的转矩，使导向构件相对于活塞沿一条逐渐减小由作用在活塞杆上的推力产生的转矩的路径移动，以及使导向构件相对于活塞杆移动而不在转动终止点产生任何转矩。
最好，在缸一端由前端罩封闭的那种旋转夹紧缸致动器中，连接于活塞的活塞杆从前端罩向外伸出；导向构件与前端罩相结合以使接合在活塞杆中形成的导槽内，从而当活塞杆被活塞轴向移动时，活塞杆转动，活塞杆与活塞连接得可以相对于活塞转动。
最好，通过在活塞杆的一个端部减小直径而在活塞杆上形成一个减小部分和一个肩部，活塞杆的减小部分装配在活塞中形成的中心孔中，一个用于将活塞杆的减小部分固定在活塞中的保持件安装在活塞杆的减小部分的末端上，使活塞保持在活塞杆的肩部和保持件之间，在活塞和活塞杆的肩部之间有一个间隙，活塞杆可相对于活塞转动。
最好，在活塞杆的减小部分和限定活塞中心孔的壁之间的间隙被一个密封件密封。
由于活塞杆的连接部分的直径小于活塞的直径，因而当活塞杆相对于活塞转动时，活塞并不转动。由于对活塞杆转动的阻力小于活塞与活塞杆一起转动时作用在活塞杆上的阻力，因而通过在活塞上施加一个低的工作压力就可以转动活塞杆。
由于导向构件是一滚珠，滚珠受到支承以便在轴承构件中转动，因而导向构件对活塞杆的转动的阻力低，所以旋转夹紧缸致动器可以借助进一步减小的工作压力来操纵。
附图简要说明如下图1是本发明第一实施例中的旋转夹紧缸致动器的纵剖图；图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线截取的放大横剖图；图3是图1所示旋转夹紧缸致动器的平面图；图4是在图1中箭头Ⅳ的方向上的视图；图5是在图1的旋转夹紧缸中的活塞杆上形成的导槽的展开图；图6A至6D是用于说明图1所示旋转夹紧缸致动器的动作的示意图；图7A和7B是图5所示导槽的变型的示意图；图8是本发明第二实施例中的旋转夹紧缸致动器的横剖图；图9是图8所示旋转夹紧缸致动器中采用的导槽的展开图；图10是用于说明导槽的一部分的示意图；图11是用于说明导槽的一部分的示意图；图12A至12D是用于说明图8所示旋转夹紧缸致动器的动作的示意图；图13是图8所示旋转夹紧缸致动器中使用的导槽的变型的展开图；图14是说明本发明效果的示意图。
现在参阅表示本发明第一实施例中的旋转夹紧缸致动器的图，缸1是用挤压法或冷拉法制成的铝管形成的，如图2所示，它具有限定缸孔5的侧壁1a，并且在其外表面设有纵向传感器固定槽2。在侧壁1a中形成多个纵向螺栓通孔3和纵向流体孔4a和4b。当缸1是挤压法形成的铝管时，缸孔5通过冷拉法高精度地精加工，而黑色金属材料或非磁性材料的缸的缸孔则必须用机加工精制，冷拉法形成的缸的缸孔无需任何精加工，因而冷拉法可低成本地制成缸。缸1的侧壁1a在其外表面除传感器固定槽2以外还设有多条相对较宽、相对较浅的周向槽6。槽6可保证操作者牢固抓握缸1，减小在围绕缸1的缸中的缸1的外表面部分的面积以使缸1的外表面不受损伤，并且可改善缸1的外观。
一个导向构件座7具有一个外径等于缸1外径的凸缘8和一个从凸缘8的后表面9向后(在图1中看去向下)突伸、装配在缸孔5中的圆筒形固定部分10。凸缘8在其前表面(在图1中看去的上表面)上设有一个浅凹部11。导向构件座7的凸缘8设有分别相应于缸1的通孔3的通孔12。导向构件座7设有连接通道14和15，连接通道14用于使前端罩13中形成的第一连接孔22a和装在缸孔5中的活塞43的前侧上的前腔P1相互连接，连接通道15用于使孔4b和在前端罩13中形成的第二连接孔22b相互连接。
前端罩13具有一个孔16，活塞杆40穿过该孔。由于活塞杆40沿孔16的壁滑动，因而前端罩是用耐磨的黑色金属材料如珠光体延性铸铁制成的。前端罩13具有径向伸出缸1外周边界的基本呈矩形的形状，并且在其后表面17设有一个矮凸台18，凸台18装配在导向构件座7的凸缘8的凹部11中。前端罩13的凸台18和导向构件座7的圆筒形固定部分10具有相同的外径。后表面17的面对导向构件座7的凸缘8的前端面(在图1中看去是上端面)的部分是密封面19。后表面17的包围密封面19的部分是与密封面19齐平的接合面20。
如图3所示，第一孔21a和第二孔21b在前端罩13的侧表面13a上敞开。第一孔21a连接于在凸台18的后端面(在图1中看去是下端面)敞开的第一通道22a，第二孔21b连接于在密封面19上敞开的第二通道22b。如图4所示，连接于孔21a和21b的孔23a和23b可在接合面20上敞开。可以任选孔21a和21b或孔23a或23b。
缸1的敞开的后端(在图1中看去的下端)由后端罩27覆盖。如图4所示，后端罩27设有槽28，通过所述槽传感器110插在传感器固定槽2，以及相应于缸1的通孔3的孔29中。后端罩27是通过加工一个拉制的铝块形成的。预定厚度的工件是从拉制的铝块切下的，工件经过机加工而形成一个装配在缸孔5中的矮凸台30、一个用于接纳活塞杆40的后端部的凹部31、一条使活塞43后侧上的后腔P2和孔4彼此相连的连接槽32和围绕通孔29的边缘的沉孔33。后端罩27的面对缸1的前表面在密封面34中被精加工。连接槽32在凸台30和密封面34中形成。每个密封垫是由夹在橡胶或类似物的弹性片之间的薄金属片制成的。
密封垫35,36和37分别夹在前端罩13的后表面17和导向构件座7之间、导向构件座7和缸1的前端之间，以及后端罩27和缸1的后端之间。
夹置在后端罩27和缸1之间的密封垫37在其分别相应于传感器固定槽28、通孔29和连接槽32的部分中设有开口。密封垫37围绕凸台30装配。夹置在前端罩13和导向构件座7之间的密封垫35在其分别相应于螺孔24、第二连接通道22b、孔23a和23b和通孔26的部分中设有开口。密封垫35装配在凸台18上并在密封面19和接合面20上延伸。夹置在导向构件座7和缸1的前端之间的密封垫36在其分别相应于通孔12和连接通道15的部分中设有开口。
前端罩13、导向构件座7、缸1、后端罩27和密封垫35,36,37适当地布置，四个螺栓38穿过后端罩27的通孔29、缸1的通孔3和导向构件座7的通孔12，螺栓38的螺纹端部拧在前端罩13的螺孔24内，以便将上述构件固定在一起完成缸组件。上述构件(13,7,1和27)的接合部分别由密封垫35,36和37密封。
活塞杆40穿过导向构件座7内形成的一个孔10a和前端罩13的孔16，活塞杆40的前端部分从前端罩13向前伸出。一个夹紧臂41固定地安装在活塞杆40的前端部分上。活塞支承部分42是通过减小活塞杆40的后端部分形成的。活塞支承部分42装配在活塞43的中心孔43a中，使活塞杆40能够相对于活塞43转动。一个磁铁固定件44在活塞43后面的一个位置上可转动地安装在活塞支承部分42上，使一个环形永久磁铁45固定在活塞43和磁铁固定件44之间。一螺栓46拧在活塞杆40的后端部分中形成的螺孔中，以便将活塞43和磁铁固定件44固定在活塞支承部分42前端形成的一个肩部47和固定在活塞杆40上的一个垫圈(固定件)48之间，垫圈的前端面48a借助螺栓46压紧在活塞杆40的后端上。活塞43和磁铁固定件44未压紧在肩部47上，活塞43和磁铁固定件44在肩部47和垫圈48之间可稍许轴向移动。活塞43和磁铁固定件44能够相对于活塞杆40转动。活塞支承部分42和活塞43的内周之间的间隙由装在活塞43内周上形成的环形槽中的一个密封件49如一个O形圈密封。
现在参阅图1和5，活塞杆40在其表面设有一条半圆形横截面的导槽50。导槽50包括一个第一直线引导部分51、一个螺旋或倾斜引导部分52、一个第二直线引导部分53、一个具有圆弧形状且将第一直线引导部分51连接于螺旋引导部分52的第一弯曲连接部分70和一个具有圆弧形状且将第二直线引导部分53连接于螺旋引导部分52的第二连接部分70。第一直线引导部分51在相应于非夹紧角位B的角位上形成，第二直线引导部分53在相应于夹紧角位A的角位上形成。
当用作导向构件的一个钢滚珠54沿第一直线引导部分51或第二直线引导部分53相对于活塞杆40移动时，活塞杆40在夹紧角位A或非夹紧角位B直线移动。当钢滚珠54沿螺旋引导部分52移动时，活塞杆40在夹紧角位A和非夹紧角位B之间纵向移动且转动。
第二弯曲连接部分70的中心线CL1与螺旋引导部分52的中心线CL2及第二直线引导部分53的中心线CL3是连续的。中心线CL1是半径为R的圆弧，其圆心处于螺旋引导部分52的非夹紧导向面52a的边缘线52a1与第二直线引导部分53的导向面53a，即，中心线上侧的表面的边缘线53a1的交点P1，上述非夹紧导向面当活塞杆40被活塞43推向非夹紧角位B时接合钢滚珠54，上述第二直线引导部分53相应于非夹紧导向面52a。半径R等于导槽50宽度的1/2。
第二弯曲连接部分70的弯曲连接面70a与在活塞杆40被推向夹紧角位A时接合钢滚珠54的螺旋引导部分52的夹紧导向面52b相交，并与相应于夹紧导向面52b的第二直线引导部分53的导向面53b相交。弯曲连接面70a的边缘线70a1是半径为2R且圆心在交点P1的圆弧。当钢滚珠54相对于活塞杆40从螺旋引导部分52移入第二直线引导部分53时，弯曲连接面70a引导钢滚珠54，使钢滚珠54的球心沿第二弯曲连接部分70的中心线CL1移动。
同样，螺旋引导部分52和相应于夹紧角位A的第一直线引导部分51通过第一弯曲连接部分70连接。当活塞杆40被推向非夹紧角位B时接合钢滚珠54的非夹紧导向面52a和第一直线引导部分51的导向面51a通过与弯曲连接面70a相同的弯曲连接面70b连接。因此，当钢滚珠54从螺旋引导部分52移入相应于夹紧角位A的第一直线引导部分51或相应于非夹紧角位B的第二直线引导部分53时，钢滚珠54的球心沿着圆弧形状的弯曲路径移动。
导向构件座7的圆筒形固定部分10设有一个径向孔53A(图2)。用于支承钢滚珠54滚动的一个青铜支承件55装配在径向孔53A中，使钢滚珠接合在导槽50中。当活塞43从图1所示后端位置向前移向其前端位置以向前移动活塞杆40时，钢滚珠54相对于活塞杆40移动。在活塞43向前移动的初始阶段中，固定夹紧臂41的活塞杆40稍许向前直线移动。在活塞43的轴向移动的中间阶段中，活塞杆40从相应于夹紧角位A的角位向着相应于非夹紧角位B的角位向前移动且转动，如图3所示。在活塞43的向前移动的最后阶段中，活塞杆40在相应于非夹紧角位B的角位上稍许向前移动。当活塞43从前端位置向后端位置向后移动时，活塞杆40的前述运动步骤逆向进行。
前端罩13和后端罩27借助从后端罩27那侧穿过缸1并旋在前端罩13的螺孔24中的螺栓38而被紧固。螺栓38的数目可以不多。由于前端罩13的螺孔24不是通孔，因而即使旋转夹紧缸致动器在竖直位置上使用，前端罩13朝上时，螺孔24也不被机加工产生的切屑堵塞。由于螺栓38穿过缸1的通孔3和导向构件座7的通孔12且被隐蔽起来，因而旋转夹紧缸致动器具有令人满意的外观。缸1是用侧壁内原来就有通孔3的圆筒形铝件构成的，因而无需为形成通孔3而进行机加工，只要将圆筒形铝件切成需要的长度就可以方便地制成缸1。只要机加工原来就设有传感器固定槽28和通孔29的铝件就可以简单地制成后端罩27。
旋转夹紧缸致动器的前端罩13是借助穿过通孔26的螺栓101(图3)而紧固在机器的固定构件100或支架底座上。在前端罩13的接合面20上延伸的密封垫35夹在前端罩13和固定件100之间。当一个工件或底板被旋转夹紧缸致动器的夹紧臂41夹紧，以便借助机床加工工件时，即使旋转夹紧缸致动器因密封垫有弹性而振动，也可防止螺栓101的松开。因此，旋转夹紧缸致动器能够可靠地夹紧工件。由于前端罩13的后表面17被密封垫35覆盖，因而在后表面17上敞开的孔和固定件100之间的间隙无需由O形圈密封。
下面描述旋转夹紧缸致动器的工作。当旋转夹紧缸致动器处于图1所示的夹紧状态时，钢滚珠54如图6A所示处于导槽50的第一直线引导部分51中。工作流体通过第二孔21b、第二连接孔22b、连接通道15、孔4b和连接槽32送入后腔P2。然后，支承在活塞杆40上的活塞43向前(在图6A中看去向左)移动，固定着夹紧工件W的夹紧臂41的活塞杆40当第一直线引导部分51相对于钢滚珠54移动时稍许向前移动。
当活塞43继续向前移动时，钢滚珠54如图6B所示沿螺旋引导部分52的非夹紧导向面52a相对于活塞杆40移动。因此，活塞杆40从相应于夹紧角位A的角位向着相应于非夹紧角位B的角位前进并转动，夹紧臂41从夹紧角位A转向非夹紧角位B。在活塞杆40已达到相应于非夹紧角位B的角位后，夹紧臂41将一个转动惯性力作用在活塞杆40上，弯曲连接面70a压在钢滚珠54上。因此，钢滚珠54被具有圆弧形状的弯曲连接面平滑地导入相应于非夹紧角位B的第二直线引导部分53。
因此，如图6C和6D所示，活塞杆40停止转动并在相应于非夹紧角位B上稍许向前直线移动。由于夹紧臂41在已经从夹紧角位A移至非夹紧角位B后稍许向前直线移动，因而可以缓和夹紧臂41的转动惯性力在钢滚珠54和导槽50上的作用。活塞杆40转动的角度，因而夹紧臂41的转动角度是由直线引导部分51和53(图5)之间的角度间隔L确定的。精确地机加工活塞杆40以形成导槽50就可以精确地确定角度间隔L。因此，即使旋转夹紧缸致动器组装使活塞43的行程带有误差，夹紧角位A和非夹紧角位B之间的角度间隔L也保持不变。
在图6D所示的非夹紧状态中，工作流体通过第一孔21a、第一连接通道22a和连接通道14送入前腔P1。然后，旋转夹紧缸致动器的前述非夹紧步骤逆向进行，将夹紧臂41从非夹紧角位B转至夹紧角位A。当活塞43继续向后移动时，钢滚珠54沿螺旋引导部分52的夹紧导向面52b相对于活塞杆40移动。因此，活塞杆40向后移动并从相应于非夹紧角位B的角位向相应于夹紧角位A的角位转动。在活塞杆40已达到相应于夹紧角位A的角位时，夹紧臂41在活塞杆40上作用一个转动惯性力，弯曲连接面70b压在钢滚珠54上。因此，钢滚珠54被具有圆弧形状的弯曲连接面70b平滑地导入相应于夹紧角位A的第一直线引导部分51。因此，可以缓和夹紧臂41的转动惯性力在活塞杆40和钢滚珠上的作用。
由于钢滚珠54受到青铜支承件55的支承以便转动，因而钢滚珠54沿导槽50滚动的滚动阻力很低，因而工作流体的低工作压力就可以移动活塞43。活塞杆40可以借助钢滚珠54和导槽50的共同作用相对于活塞43转动。由于活塞杆40的轴线和活塞43的外周之间的距离大于活塞杆40的轴线和活塞43的内周之间的距离，因而密封件49a的阻力对活塞43相对于缸1的转动产生的转矩大于密封件49的阻力对活塞杆40的活塞支承部分42相对于活塞43的转动产生的转矩。因此，活塞杆40相对于活塞43转动，而活塞43并不相对于缸转动，因而作用在活塞杆40上以转动活塞杆40的推力小于转动与活塞一起转动的活塞杆所需要的推力。
在本实施例中活塞杆40的导槽50的每个弯曲连接部分70的中心线CL1是一个圆弧，其半径R等于导槽50的宽度的1/2。中心线CL1可以是一个具有小于导槽50的宽度的半径r1的圆弧，如图7A所示。当螺旋引导部分52的非夹紧导向面52a和相应于非夹紧角位B的第二直线引导部分53的导向面53a被一个弯曲连接面70c(在图7B中的中心线CL1上侧的表面，其边缘线为具有小半径r2的圆弧形状)连接且当钢滚珠54沿弯曲连接面70c滚动时钢滚珠54沿圆弧移动时，即使活塞杆40在转动的最后阶段中不能被一轻的夹紧臂的惯性力转动，钢滚珠54不能被弯曲连接面70a引导，钢滚珠54也能够沿弯曲连接面70c运动，钢滚珠54的球心能够沿圆弧移动。具有图7B所示形状的导槽适用于JP-B-62-5739中所公开的那种具有不轴向移动而只转动的夹紧臂的夹紧缸致动器。
磁铁传感器110固定在传感器固定槽2中，它们分别当夹紧臂41处于夹紧角位A以夹紧工件W时对应于固定在活塞43上的磁铁45的位置，以及当夹紧臂41处于非夹紧角位B时对应于磁铁45的位置。磁铁传感器110之一检测夹紧臂41在图1所示夹紧角位A以夹紧工件W时的存在，另一个则检测夹紧臂41在非夹紧角位以松开工件W时的存在。由于支承在活塞杆40上的磁铁45与黑色金属材料制成的前端罩13相隔一个长的距离，因而磁铁45产生的磁场强度不被前端罩13减小，因而磁铁传感器能够检测夹紧臂41在夹紧角位A及在非夹紧角位B上的存在。
现在对照图8至14描述按照本发明第二实施例的旋转夹紧缸致动器，在上述附图中，与前述旋转夹紧缸致动器相同或相应的零件使用相同的标号并不再赘述。现在参阅图8，活塞杆40在其表面上设有如图9所示的具有U形横截面的导槽50。导槽50具有与活塞杆40轴线CL成一个角度延伸以转动活塞杆40的一个螺旋或倾斜引导部分51、相应于夹紧角位A(第一转动端部)的用于引导活塞杆40直线运动且连接于螺旋引导部分51的一端的一个第一直线引导部分52和相应于非夹紧角位B的用于引导活塞杆40直线运动且连接于螺旋引导部分51另一端的一个第二直线引导部分53。
导槽50具有相对的导向面，即，当活塞杆40沿正向转动松释时接合一个导销54的非夹紧导向面57和当活塞杆40反向转动夹紧时接合导销54的夹紧导向面58。
相对于使活塞杆40反向转动的推力的方向来说，一个夹紧引导部分58A的后表面58A1用作夹紧导向面58。夹紧导向面58形成得使其中心线CLA是一段角度范围0°至120°的余弦曲线，如图10所示。在中心线CLA上的相应于夹紧角位A的转动终点Aa对应于余弦曲线上相应于0°角的一点，因而在转动终点Aa上中心线CLA的切线与推力方向一致。因此，在转动终点Aa上导销54作用在活塞杆40上的轴向力并不产生任何转矩。在相应于非夹紧角位B的转动起点Ba和中点之间的一段路径是一段余弦曲线，其切线倾斜于推力方向。因此，在转动起点Ba和中点之间的路径上的一点上导销54作用在活塞杆40上的推力变成转矩。
如图11所示，相对于使活塞杆40正向转动的推力方向来说，非夹紧引导部分57A的后表面57A1用作非夹紧导向面57。非夹紧引导部分57A和夹紧引导部分58A相对于一个任意选择的点对称。非夹紧引导部分57A的中心线CLB是一段60°至180°范围的余弦曲线。
如图9所示，在由非夹紧引导部分57A和夹紧引导部分58A组合而成的导槽50中，非夹紧引导部分57A的中心线CLB的转动起始端C和夹紧引导部分58A的中心线CLA的转动终止端Aa在轴向上间隔开来，非夹紧引导部分57A的中心线CLB的转动终止端D和夹紧引导部分58A的中心线CLA的转动起始端Ba在轴向上间隔开来。当由非夹紧导向面57(57A1)引导时，导销54沿着一条相应于中心线CLB的路径移动。当由夹紧导向面58(58A1)引导时，导销54沿着一条相应于中心线CLA的路径移动。
如图8所示，导向构件座7具有一个设有一径向孔56的固定部分10，导销54装配在径向孔56中。
假定推力大于转动中的夹紧臂41的惯性力，下面描述旋转夹紧缸致动器的工作。当夹紧臂41处于夹紧角位A时，导销54处于导槽50的第一直线引导部分52的末端，如图12A所示。当支承在活塞杆40上的活塞43向前(在图12A中看去向左)移动时，相应于夹紧角位A的第一直线引导部分52相对于导销54移动，活塞杆40稍许向前移动，即，离开夹紧臂41夹紧工件W的夹紧角位A，转动起始位置C与导销54重合。当活塞43进一步向前移动时，非夹紧导向面57接合导销54，导销54沿着一条具有中心线CLB的、具有一段余弦曲线形状的路径相对于活塞杆40移动。因此，固定夹紧臂41的活塞杆40轴向移动，从相应于夹紧角位A的位置转至相应于非夹紧角位B的位置，如图12B和12C所示。当活塞杆40在转动起点C开始转动时，非夹紧导向面57相对于作用在活塞杆40上的推力的方向大角度倾斜，推力转变成相应的转矩，活塞杆40开始快速转动。如果转动起点C和转动终点D之间的路径具有一段0°至180°的余弦曲线，如图14所示，当活塞杆40向前移动时转矩将逐渐产生，活塞杆40将逐渐开始转动，因此，活塞杆40从相应于夹紧角位A的位置转至相应于非夹紧角位B的位置将花费一个长的时间。
当转动终点D趋近导销54，夹紧臂41的转动惯性力迫使活塞杆40在非夹紧方向上运动。由于夹紧臂41的质量的确定使得推力可克服惯性力，因而导销54沿着非夹紧导向面57，即，沿着一条具有一段余弦曲线形状的路径相对于活塞杆40移动。当活塞杆40向前移动时，推力产生的转矩逐渐减小，当如图12(C)所示转动终点D与导销54重合时转矩消失。随后，导销54平滑地相对于活塞杆40从转动终点D移入第二直线引导部分53，活塞杆40在非夹紧角位B上稍许前移后停止。
当工作流体通过孔21a，第一连接通道22a和连接通道14送入前腔P1，活塞杆40处于相应于如图12D所示非夹紧角位B的位置的状态时，夹紧导向面58沿导销54移动，导销54沿着由中心线CLA代表的路径相对于活塞杆40移动，夹紧臂41从非夹紧角位B转向夹紧角位A。首先，活塞杆40在相应于非夹紧角位B的角位上稍许后移，导销54相对于活塞杆40移至一个在图12C中由双点划线表示的、与夹紧引导部分58A的中心线CLA的转动起点Ba重合的位置。然后，导销54沿着夹紧导向面58相对于活塞杆40移动。因此，活塞杆40在转动起点Ba开始快速转动，当导销54趋近转动终点Aa时，作用在活塞杆40上的转矩逐渐减小，当导销54达到转动终点Aa时转矩消失。然后，导销54沿着第一直线引导部分52相对于活塞杆40移动，夹紧臂41夹紧工件W。
虽然在第二实施例中，活塞杆正向转动时导槽50在转动起点和转动终点之间引导的导销54的路径，以及当活塞杆40反向转动时导槽50在转动起点和转动终点之间引导的导销54的路径具有一段余弦曲线的形状，但是每条路径也可以具有一段正弦曲线的形状。导槽的夹紧导向面和非夹紧导向面可以形成得使导向构件的一段靠近转动终点的路径具有一段正弦曲线或余弦曲线的形状，相同路径的在转动起点和转动终点之间的一段是直的，并且与推力的方向成一个预定的角度。虽然为了使导销平滑移动，导销通往转动终点的路径最好具有一段余弦曲线或正弦曲线的形状，但是，该路径也可以具有如图13所示由连续线段构成的连续弯曲线的形状。图13所示连续弯曲中心线相对于活塞杆轴线的倾角向着转动终点逐渐减小，连接于转动终点的线段平行于活塞杆轴线。因此，当导销沿着具有弯曲中心线的路径相对于活塞杆移动时，作用在活塞上的推力产生的转矩逐渐减小，在转动终点Aa(D)消失。在转动起点Ba(C)，弯曲中心线相对活塞杆轴线的倾角大，因而作用在活塞杆上的推力立即转变成相应的转矩。
如上所述，按照本发明，夹紧臂从夹紧角位转至非夹紧角位，并且在非夹紧角位上平滑地沿轴向移动。因此，与非夹紧角位是由螺旋引导部分确定的传统的旋转夹紧缸致动器的导向构件和活塞杆相比较，这种旋转夹紧缸致动器的导向构件和活塞杆较少承受夹紧臂转动惯性力的作用，当夹紧臂在非夹紧角位停止时可能作用在导向构件和活塞杆上的冲击可以被减小。夹紧臂的转动角度可以与活塞行程无关地加以确定。
活塞杆的正、反转可以在转动起点快速开始，因而转动夹紧臂所需时间可以被缩短。由于在转动终点推力产生的转矩可被减至零，因而夹紧臂的转动可以被很平静地停止。
由于活塞杆轴线和活塞外周之间的距离大于活塞杆轴线和活塞内周之间的距离，因而活塞杆相对于活塞转动。对活塞杆相对于活塞的转动的阻力小于对与活塞一起转动的活塞杆的转动的阻力。因此，在活塞杆上作用低的工作压力就可以转动活塞杆。
虽然已经在本发明的推荐实施例中对本发明作了某种程度的具体描述，但是，对其显然可以作出许多修改和变化。因此，本发明显然可以按照其它方式实施而并不超出本发明的范围。
权利要求
1．一种旋转夹紧缸致动器，它包括一个缸；一个设置在缸中的活塞；一个安装在缸的前端上的前端罩；一个可转动的活塞杆，该活塞杆在其外表面上设有一条导槽，并装在缸中，穿过前端罩伸出，在一个相应于夹紧角位的位置和一个相应于非夹紧角位之间被活塞移动；一个导向构件，它安装在缸和活塞中的一个上并接合在活塞杆的导槽中，以便可以在平行于活塞杆轴线的方向上相对于活塞杆移动；以及一个夹紧臂，它安装在活塞杆的自由端上，所述夹紧臂能够与活塞杆一起在夹紧角位和非夹紧角位之间转动；其中所述导槽具有一个倾斜于活塞杆轴线延伸以便转动活塞杆的倾斜引导部分、一个连接于倾斜引导部分的一端且相应于夹紧角位的第一直线引导部分和一个连接于倾斜引导部分的另一端且相应于非夹紧角位的第二直线引导部分，倾斜引导部分和第二直线引导部分连接得使导向构件的中心在导向构件相对于活塞杆从倾斜引导部分移至相应于非夹紧角位的第二直线引导部分时基本沿着一条圆弧移动。
2．如权利要求1所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于导槽的倾斜引导部分和相应于非夹紧角位的第二直线引导部分由一个具有圆弧形状的弓形连接部分连接，倾斜引导部分的在活塞杆被活塞推向夹紧角位时接合导向构件的一个夹紧导向面和相应于非夹紧角位的第二直线引导部分的一个导向面被一个弓形连接面连接，导向构件的中心当导向构件相对于活塞沿弓形连接部分中的弓形连接面移动时沿着一个圆弧移动。
3．如权利要求2所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于在弓形连接部分中，倾斜引导部分的在活塞杆被活塞推向非夹紧角位时接合导向构件的一个非夹紧导向面和相应于非夹紧角位的第二直线引导部分的另一个导向面被一个弓形连接面连接，导向构件的中心当导向构件相对于活塞杆沿着弓形连接面移动时沿着一个圆弧移动。
4．如权利要求1至3中任一项所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于导槽具有半圆形横截面，导向构件是能够沿导槽滚动的一个滚珠，滚珠在一个支承件中受到支承以便滚动。
5．如权利要求1所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于活塞在一个第一端部角位和一个第二端部角位之间转动，活塞杆从第一端部角位向第二端部角位转动而作正向转动，从第二端部角位向第一端部角位转动而作反向转动，导槽的两相对的导向面分别用作正转的第一导向面和反转的第二导向面，并且引导导向构件，因而当活塞杆分别作正、反转的转动时，使导向构件相对于活塞杆沿着导槽中的不同路径移动，其中正转的第一导向面和反转的第二导向面所形成的形状引导导向构件，使得导向构件相对于活塞杆沿着一条倾斜于活塞杆轴线的路径移动，以便将作用在活塞杆上的推力转变成使活塞杆从第一端部角位转向第二端部角位的转矩，相对于活塞杆在活塞杆运动的最后阶段中沿着一段正弦曲线或余弦曲线形状的路径移动，以及相对于活塞杆在第二端部角位上移动而不产生任何转矩。
6．如权利要求5所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于正转的第一导向面和反转的第二导向面形成得使导向构件相对于活塞杆沿着一条具有一段正弦曲线或余弦曲线的形状的路径从转动起点向转动终点移动。
7．如权利要求6所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于第一和第二导向面形成得使正弦或余弦曲线在转动终点上的切线平行于活塞杆轴线，并且使正弦或余弦曲线在转动起点的切线倾斜于活塞杆轴线。
8．如权利要求5至7中任一项所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于导槽形成得使导向构件路径上的正转的转动起点与导向构件路径上的反转的转动终点轴向隔开一个距离，并且使导向构件路径上的正转的转动终点与导向构件路径上的反转的转动起点轴向隔开一个距离。
9．如权利要求1所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于活塞杆在一个第一端部角位和一个第二端部角位之间转动，活塞杆从第一端部角位向第二端部角位转动而作正转，从第二端部角位向第一端部角位转动而作反转，导槽的两相对导向面分别用作正转的第一导向面和反转的第二导向面，因而当活塞杆分别作正转和反转时导向构件相对于活塞沿着导槽内的不同路径移动，正转的第一导向面和反转的第二导向面所形成的形状引导导向构件，使导向构件在转动起点沿一条倾斜于活塞杆轴线的路径移动，以便将作用在活塞杆上的推力转变成转矩，使导向构件相对于活塞杆沿着一条使作用在活塞杆上的推力所产生的转矩逐渐减小的路径移动，并且使导向构件在转动终点移动而不产生任何转矩。
10．如权利要求1所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于活塞杆与活塞连接得使其可相对于活塞转动。
11．如权利要求10所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于通过减小活塞杆一个端部的直径在活塞杆上形成一个减小部分和一个肩部，活塞杆的减小部分装配在活塞中心孔内，一个用于将活塞保持在活塞杆的减小部分上的保持件安装在活塞杆的减小部分的自由端上，使活塞保持在活塞杆肩部和保持件之间，在活塞和活塞杆肩部之间有一轴向间隙，活塞杆可相对于活塞转动。
12．如权利要求10或11所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于活塞杆减小部分和限定活塞中心孔的壁之间的间隙借助一个密封件密封。
13．如权利要求10至12中任一项所述的旋转夹紧缸致动器，其特征在于导向构件是一个钢滚珠，钢滚珠支承在一个青铜支承件中以便滚动。
全文摘要
一种旋转夹紧缸致动器具有一设在缸中、其表面有一导槽及能够在相应于夹紧角位的位置和相应于非夹紧角位的位置之间轴向移动的活塞杆。一导向构件装在缸中以接合在导槽中。活塞杆从第一端部角位转向第二端部角位而作正转,从第二端部角位转向第一端部角位而作反转。导槽相对导向面分别用作正转的第一导向面和反转的第二导向面,使导向构件当活塞杆分别正、反转时相对于活塞杆沿导槽中不同的路径移动。第一导向面和第二导向面形成得使导向构件相对于活塞杆在活塞杆运动的最后阶段中沿一段正弦或余弦曲线形状的路径移动,并且使导向构件相对于活塞杆在第二端部角位上移动而不产生任何转矩。
文档编号B25B5/06GK1298066SQ0012844
公开日2001年6月6日 申请日期2000年11月23日 优先权日1999年11月26日
发明者野田光雄, 石谷雄一, 杉本忠纪 申请人:丰和工业株式会社