专利名称：工件夹紧卡盘及其控制方法
技术领域：
本发明涉及能通过夹紧部的打开/闭合动作来夹紧工件的工件夹紧卡盘及其控制方法。
背景技术：
工件夹紧卡盘目前是已知的，其例如固定到机床等的轴部的前端，并且其通过将压力流体供应到夹紧部而使夹紧部进行打开/闭合操作从而夹紧工件(比如各种类型的零件)。
本申请人已经建议了一种能通过压力流体的加压动作来打开和闭合夹紧部从而夹紧工件的工件夹紧卡盘(例如日本专利公开出版物No.7-328977)。
这种工件夹紧卡盘包括有主体，所述主体具有一对供应压力流体的端口，其中设在主体中的活塞在压力流体的加压动作下在轴向上位移。于是，活塞的轴部就使一个小齿轮旋转，该小齿轮借助于形成于其侧面上的齿条由主体旋转地支撑。一对夹紧元件分别由小齿轮的旋转轴可旋转地支撑。由于小齿轮的旋转动作，夹紧元件在旋转轴的中心附近在一个方向上位移以彼此靠近，或者彼此分离。于是，夹紧元件在一个方向上位移以彼此靠近，并且工件被夹紧在夹紧元件之间。(例如参见日本专利公开出版物No.7-328977。)日本专利公开出版物No.7-328977中公开了一种气动型工件夹紧卡盘，其中该对夹紧元件在压力流体的加压动作之下被打开/闭合，其优点在于，通过使用压力流体获得了较大的夹紧力。然而，很难任意地控制夹紧元件的打开/闭合程度。换言之，工件夹紧卡盘只能执行完全打开或完全闭合夹紧元件的操作。
近年来，已经寻找出了一种工件夹紧卡盘，其在夹紧工件时提供了预定程度的夹紧力，并且此外，其能根据工件的形状和/或使用环境来自由地控制夹紧元件的打开/闭合程度。
发明内容
本发明总的目标是提供一种工件夹紧卡盘，其中在夹紧工件时能自由地控制夹紧元件的打开/闭合程度，并且其中能对工件获得足够的夹紧力，以及提供一种用于控制工件夹紧卡盘的打开/闭合的方法。
从下述结合附图的详细描述中，本发明的以上和其它目标、特点和优点将会更加明显，在附图中以举例的方式示出了本发明的优选实施例。
图1是局部剖面的正视图，其中示出了根据本发明一个实施例的工件夹紧卡盘；图2是示出图1所示工件夹紧卡盘的侧视图；图3是沿着图1中III-III线所截取的剖面图；图4是沿着图2中IV-IV线所截取的剖面图；图5是示意性透视图，其中示出了形成于主体中的流体通道的路线，压力流体流过该流体通道；图6是局部省略的横截面视图，其中示出了夹紧卡盘的位移量测量机构的修改实施例；图7是用于执行控制的流程图，其中由旋转驱动源所引起的驱动力和由压力流体所引起的压力在工件夹紧卡盘中切换或一起使用；图8是特性要素图，其中示出了在只是用卡盘执行定位控制时，汽缸内腔内压力流体的供应状态和旋转驱动源的控制信号的应用状态之间的关系；图9是特性要素图，其中示出了在用工件夹紧卡盘执行定位控制和工件夹紧操作时，汽缸内腔内压力流体的供应状态和旋转驱动源的控制信号的应用状态之间的关系；图10A至10D是示意性正视图，其中示出了基本上C形的紧固元件被工件夹紧卡盘所夹紧并且紧固元件被安装在圆柱形元件的环形槽内的情况；
图11是放大正视图，其中示出了利用图1所示工件夹紧卡盘将工件移动到相邻电子零件之间空间的情况，并且其中卡盘在电子零件之间执行打开操作以将工件从被夹紧状态中释放出来；图12A和12B是放大正视图，其中示出了利用工件夹紧卡盘测量工件横向尺寸的情况，并且其中工件被移动到可插入的安装孔以使得工件能被插入到安装孔内；以及图13是垂直剖面图，其中示出了根据一个修改实施例的工件夹紧卡盘。
具体实施例方式
参照图1，附图标记10指示根据本发明一个实施例的工件夹紧卡盘。
如图1和2所示，工件夹紧卡盘10(下文中简称为“夹紧卡盘10”)包括基本上矩形横截面的主体12、设在主体12上的壳体14、设在壳体14中的旋转驱动源16、实现从旋转驱动源16供应的驱动力的速度变化的齿轮部18、将其速度被齿轮部18改变的驱动力转变成往复线性运动的转变机构20、以及夹紧部24，所述夹紧部设在主体12下面并且通过其打开/闭合动作来夹紧工件22。
如图3所示，主体12包括一对在轴向上形成于其中的第一和第二通孔26和28、形成于主体12上第一和第二通孔26和28之间基本上中部处的连通孔30、以及将压力流体供应入第一和第二通孔26和28的第一和第二端口32和34(参见图1)。连通孔30在垂直方向上延伸以使得连通孔30基本上垂直于在基本上水平方向上延伸的第一和第二通孔26和28。
第一和第二通孔26、28平行地形成于相对于主体12的轴向中心基本上对称的位置。一对可在轴向上位移的第一和第二活塞36a、36b分别设在第一和第二通孔26、28中。
盖罩38分别通过形成于其开口处的台阶而与第一和第二通孔26、28的第一端相啮合。在已经啮合盖罩38之后，安装每个都为基本上C形横截面的紧固元件40，从而将盖罩38安装入第一和第二通孔26、28。在这种布置中，密封元件42安装在盖罩38的内圆周表面上的环形槽内。因此，可靠地保持了第一和第二通孔26、28中的气密性。
在第一和第二通孔26、28的第二端处设置有位移量测量机构44(例如线性传感器)，其如下所述那样检测第一和第二活塞36a、36b的位移量。也就是说，第一和第二通孔26、28被盖罩38和位移量测量机构44所封闭，并且从而用作汽缸内腔，第一和第二活塞36a、36b可在所述汽缸内腔内在各自轴向上(箭头X1、X2方向)位移。
尤其，第一气缸内腔46a、46b设在第一和第二活塞36a、36b以及分别处于第一和第二通孔26、28内的盖罩38之间。第二汽缸内腔48a、48b设在第一和第二活塞36a、36b和位移量测量机构44之间。换言之，相对于第一和第二活塞36a、36b位于盖罩38一侧(在箭头X1方向上)的内腔用作第一汽缸内腔46a、46b。相对于第一和第二活塞36a、36b位于位移量测量机构44一侧(在箭头X2方向上)的内腔用作第二汽缸内腔48a、48b。
位移量测量机构44也可以设在第一和第二通孔26、28的第一端侧上，并且盖罩38可以设在第一和第二通孔26、28的第二端侧上。
另一方面，转变机构20的小齿轮50(以下将描述)设在主体12的连通孔30内。第一通孔26和第二通孔28彼此间通过连通孔30相通。具有这种布置，就给出了其中小齿轮50的部分外周边部分分别稍微突出入第一和第二通孔26、28的状态(参见图3)。
如图1和3所示，第一和第二端口32、34形成于主体12的侧面同时彼此间分开预定的距离。第一和第二端口32、34通过形成于主体12中的通道52分别与第一汽缸内腔46a、46b和第二汽缸内腔48a、48b相通(参见图5)。第一和第二端口32、34通过未示出的管连接到压力流体供应源。从压力流体供应源供给的压力流体从第一和第二端口32、34供应并且通过通道52供应到第一汽缸内腔46a、46b和第二汽缸内腔48a、48b。
尤其，如图5所示，第一端口32通过第一通道54与布置为靠近第一端口32的第一汽缸内腔46a相通。而且，第二端口34通过第二通道56与第二汽缸内腔48a相通。第一汽缸内腔46a和第二汽缸内腔48b通过形成于第一通孔26和第二通孔28之间的第三通道58彼此相通。而且，第二汽缸内腔48a和第一汽缸内腔46b通过第四通道60彼此相通。第四通道60也在第一通孔26和第二通孔28之间提供为基本上平行于第三通道58。
也就是说，供应到第一端口32的压力流体通过第一通道54被引入第一通孔26的第一汽缸内腔46a，并且压力流体通过第三通道58被引入第二通孔28的第二汽缸内腔48b。另一方面，供应到第二端口34的压力流体通过第二通道56被引入第一通孔26的第二汽缸内腔48a，并且压力流体通过第四通道60被引入第二通孔28的第一汽缸内腔46b。这样，压力流体就从第一和第二端口32、34供应到绕着主体12的连通孔30的中心对角地布置的第一汽缸内腔46a、46b和第二汽缸内腔48a、48b(参见图3)。
于是，第一和第二活塞36a、36b就由于压力流体的压力而在轴向上(在箭头X1、X2的方向上)位移，所述压力流体从第一和第二端口32、34被引入第一汽缸内腔46a、46b和第二汽缸内腔48a、48b。
例如，当压力流体被供应到第一端口32时，那么第一活塞36a就在被引入第一汽缸内腔46a的压力流体的压力动作之下朝着位移量测量机构44(在箭头X2方向上)位移，并且第二通孔28的第二活塞36b就在经由第三通道58被引入第二通孔28的第二汽缸内腔48b内的压力流体的压力动作之下朝着盖罩38(在箭头X1方向上)位移。也就是说，第一活塞36a和第二活塞36b一直在彼此相对的方向上位移。
当压力流体被供应到第二端口34时，第一和第二活塞36a、36b在各自与上述相反的方向上位移。
如图2所示，凹陷入预定深度并且在基本上水平方向上延伸的凹陷62形成于主体12的下部。一对可位移的接合元件114分别为夹紧部24设在凹陷62内。
向下突出一定深度的导轨64在轴向上形成于凹陷62的基本上中部。夹紧部24的连接到接合元件114的第一区块66由导轨64可位移地支撑，同时彼此间在主体12的轴向上分开预定的距离。
如图1和2所示，壳体14形成为具有基本上矩形的箱形构造，并且借助于螺栓(未示出)固定到主体12的上部。在壳体14内布置有设在主体12一侧的一端上的齿轮部18、设在齿轮部18的上部上的旋转驱动源(驱动部)16、以及设在旋转驱动源16的上部上并且检测旋转驱动源16的旋转量或者旋转角度的第一检测部68。
旋转驱动源16包括例如步进马达、直流电刷式马达或直流无刷式马达。旋转驱动源16未示出的传动轴连接到齿轮部18。旋转驱动源16的驱动力通过传动轴传递到齿轮部18。
第一检测部68包括例如旋转编码器。由第一检测部68所检测到的旋转驱动源16的旋转量和旋转角度作为检测信号输出到未示出的控制器。一个基于这种检测信号的控制信号(脉冲信号)从控制器输出到旋转驱动源16，从而控制旋转驱动源16的旋转量或旋转角度。
齿轮部18包括多个彼此啮合的齿轮(未示出)。从旋转驱动源16输出的驱动力根据齿轮的齿轮比进行定量的速度变化，并且随后驱动力传递到转变机构20的旋转轴70。
用于将电流供应到旋转驱动源16的电源电缆72以及用于将旋转驱动源16的旋转量或旋转角度(由第一检测部68检测)输出到控制器(未示出)的控制电缆72连接到壳体14的上部。
转变机构20包括旋转轴70和成对的第一和第二活塞36a、36b(参见图3)，该旋转轴70通过齿轮部18连接到旋转驱动源16并且相对于主体12可旋转地支撑，该对活塞可在主体12的第一和第二通孔26、28中轴向地位移。
旋转轴70的一端由主体12的导孔76可旋转地保持。旋转轴70的另一端借助于轴环元件78插入到形成于主体12的底面上的孔80中。在其外圆周表面上刻有齿轮齿98的小齿轮50轴向地形成于旋转轴70的基本上中部并且布置在主体12的连通孔30内。
第一和第二活塞36a、36b中的每个都由比如铁之类的磁性材料形成。如图3和4所示，第一和第二活塞36a、36b分别设在第一和第二通孔26、28中。第一头部元件82由螺栓84连接到第一和第二活塞36a、36b位于盖罩38一侧的第一端侧(在箭头X1的方向上)。而且，第二头部元件86由螺栓88连接到第一和第二活塞36a、36b位于位移量测量机构44一侧的第二端侧(在箭头X2的方向上)。
O形环90和活塞密封圈92安装在第一和第二头部元件82、86的外圆周表面上的环形槽内。O形环90和活塞密封圈92紧靠第一和第二通孔26、28的内圆周表面。于是，由于第一和第二头部元件82、86的结果，在形成于第一和第二通孔26、28中的第一汽缸内腔46a、46b和第二汽缸内腔48a、48b中保持了气密性。
在轴向上凹进的杆孔94形成于第一和第二活塞36a、36b的第二端侧上。杆孔94与形成于第二头部元件86基本上中部处的孔96相通。在第一和第二活塞36a、36b的位移动作之下，位移量测量机构44的杆104被插入杆孔94和孔96。
另一方面，如图3所示，第一和第二活塞36a、36b包括齿条部100，该齿条部上刻有齿轮齿98并且分别形成在与小齿轮50相对的侧面上。齿条部100与小齿轮50相啮合，该小齿轮通过连通孔30分别突出入第一和第二通孔26、28。也就是说，第一活塞36a和第二活塞36b借助于齿条部100分别地相对于小齿轮50的中心处于相对的关系。在旋转轴70的旋转动作之下，第一和第二活塞36a、36b可借助于小齿轮50和齿条部100在轴向上(在箭头X1、X2方向上)位移。
也就是说，第一和第二活塞36a、36b和旋转轴70被提供为使得它们的轴线基本上彼此垂直。借助于小齿轮50和齿条部100，旋转轴70的旋转驱动力被转换成第一和第二活塞36a、36b在基本上水平方向上的往复线性运动。
在这种布置中，第一和第二活塞36a、36b布置为绕着小齿轮50的中心相对于主体12的轴线基本上对称。因此，第一活塞36a和第二活塞36b以彼此相对的方向位移。例如，当小齿轮50顺时针旋转时(在箭头A1方向上)，那么第一活塞36a就朝着盖罩38位移(在箭头X1方向上)，并且第二活塞36b相反地朝着位移量测量机构44位移(在箭头X2方向上)。
另一方面，当小齿轮50逆时针旋转时(在箭头A2方向上)，那么第一活塞36a就朝着位移量测量机构44位移(在箭头X2方向上)，并且第二活塞36b朝着盖罩38位移(在箭头X1方向上)，它们的方向分别与上述情况相反。
位移量测量机构44包括分别封闭主体12的第一和第二通孔26、28的盖罩102、安装在盖罩102中并朝着第一和第二活塞36a、36b(在箭头X1方向上)突出的杆104、以及缠绕在杆104外圆周表面周围的线圈106。每个盖罩102形成为具有基本上U形的横截面，并且盖罩102借助于形成于其圆周边缘处的边缘108与第一和第二通孔26、28的第二端相啮合。通过安装在盖罩102外圆周表面上的密封元件42就保持了第一和第二通孔26、28中的气密性。
本发明并不限于其中为第一和第二通孔26、28分别提供位移量测量机构44从而对第一和第二活塞36a、36b的位移量进行检测的布置。可以只是为第一和第二通孔26、28中的一个提供位移量测量机构44从而对第一和第二活塞36a、36b中任何一个的位移量进行检测。
线圈106在轴向(箭头X1、X2的方向)上以一层或多层的方式基本上均匀地缠绕在杆104的外圆周表面周围。
位移量测量机构44被操作来使得其上缠绕有线圈106的杆104在第一和第二活塞36a、36b的位移动作之下在杆孔94和孔96内位移。于是，线圈106的电感就发生变化，并且由连接到线圈106端部的第二检测部110对这种电感变化进行检测。
另一方面，例如，也可以提供位移量测量机构44a来代替上述位移量测量机构44。也就是说，如图6所示，相应的线圈106a、106b在设有第二活塞36b的第一和第二汽缸内腔46b、48b的外侧缠绕在主体12的外壁表面周围。从而就能通过由该对线圈106a、106b所产生的输出电压或输出频率的差值来检测第二活塞36b的位移量。
对于上述位移量测量机构44a，已经描述了一种布置，其中线圈106a、106b在第二通孔28的外侧设在主体12上，以检测第二活塞36b的位移量。然而，线圈106a、106b也可以设在第一通孔26的外侧，以检测第一活塞36a的位移量。可选的，主体12位于第一和第二通孔26、28外侧的部分也可以分别地形成为圆柱形，其中线圈106a、106b分别缠绕在其周围，以便对第一和第二活塞36a、36b的位移量都进行检测。
而且，可选地，线圈106可以只是缠绕在第一汽缸内腔46a、46b或第二汽缸内腔48a、48b的外部之一的周围，以便检测第一活塞36a和第二活塞36b中任何一个的位移量。
如图1和4所示，第二检测部110安装在主体12的侧面上，以便借助于设在其中的未示出电感检测器来检测线圈106的电感变化。基于电感检测器的输出电压或输出频率的输出信号通过连接到第二检测部110的控制电缆112输出到未示出的控制器。于是，控制器就基于输出信号计算第一和第二活塞36a、36b的轴向位移量。
夹紧部24设在主体12下面。夹紧部24包括一对可在转变机构20的第一和第二活塞36a、36b的位移动作之下轴向地位移的接合元件114、一对连接到接合元件114并且沿着导轨64彼此间靠近和分离的第一区块66、连接到第一区块66的第二区块116、以及一对分别连接到第二区块116并且夹紧工件22的夹紧元件118a、118b。
接合元件114分别设在形成于主体12下部处的凹陷62中。为接合元件114形成有朝着布置在主体12内的第一和第二活塞36a、36b突出的凸起120(参见图4)。凸起120通过插孔122被插入第一和第二活塞36a、36b的啮合孔124内，该插孔122贯穿凹陷62以及主体的第一和第二通孔26、28。于是，当第一和第二活塞36a、36b在轴向上位移时，接合元件114就与第一和第二活塞36a、36b一起沿着凹陷62在轴向上位移。
如图4所示，插孔122在主体12的轴向上延伸预定的长度。当第一和第二活塞36a、36b在轴向上位移时，它们一直被插孔122的外周边表面所覆盖。也就是说，防止了插孔122与第一汽缸内腔46a、46b以及第二汽缸内腔48a、48b相通。因为第一和第二头部元件82、86上安装有O形环90和活塞密封圈92，包含在第一汽缸内腔46a、46b和第二汽缸内腔48a、48b内的压力流体就不会通过插孔122泄漏，因此就保持了气密性。
第一区块66沿着主体12的导轨64可位移地布置，并且借助于未示出的螺栓连接到接合元件114的下侧部。因此，当接合元件114与第一和第二活塞36a、36b一起位移时，第一区块66就在导轨64的导向动作之下轴向地线性位移。
如图1和2所示，夹紧元件118a、118b通过孔(未示出)连接到第二区块116的下部。夹紧元件118a、118b形成为向下延伸预定长度的轴。夹紧元件118a、118b的前端在彼此靠近的方向上倾斜预定的角度。而且，与夹紧元件118a、118b相比直径减小的销126a、126b分别安装在其前端上。
一个夹紧元件118a借助于第一和第二区块66、116连接到第一活塞36a，并且另一夹紧元件118b借助于第一和第二区块66、116连接到第二活塞36b。夹紧元件118a、118b可在第一和第二活塞36a、36b的位移动作之下整体地位移。
根据本发明这个实施例的工件夹紧卡盘10基本上如上所述地构造。下面将解释其操作、功能和效果。
首先，将针对通过对夹紧卡盘10的夹紧元件118a、118b的打开/闭合量进行控制来执行工件22的定位控制的情况进行解释。
如图7所示，在步骤S1中，首先，判断是否应当控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合量，以便只是对工件22执行定位控制。如果只是利用夹紧元件118a、118b执行定位控制，路线进行到步骤S2。
在步骤S2，通过控制器将来自未示出的电源的电流作为控制信号(脉冲信号)应用到旋转驱动源16(参见图8所示的范围8a)。基于控制信号，旋转驱动源16就被驱动并旋转预定量。在这种情况下，压力流体就停止从未示出的压力流体供应源供应到主体12的第一和第二端口32、34(参见图8所示的范围8a)。换言之，在这个步骤中只是控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合量从而只是执行例如工件22的定位操作。因此，此时不需要夹紧工件22所需的夹紧力。因此，就无需供应压力流体。
从旋转驱动源16供应的驱动力借助于齿轮部18经受预定的速度变化，并且随后驱动力被传递到旋转轴70。旋转轴70顺时针地旋转(在图3所示箭头A1的方向上)。于是，与小齿轮50相啮合的第一和第二活塞36a、36b就在彼此靠近的方向上位移。具体地，第一活塞36a朝着盖罩38(在箭头X1方向上)位移，并且第二活塞36b朝着位移量测量机构40(在箭头X2方向上)位移。
于是，夹紧元件118a、118b借助于接合元件114在彼此靠近的方向上位移，该接合元件与第一和第二活塞36a、36b以及连接到接合元件114的第一和第二区块66、116相啮合。夹紧元件118a、118b在从而夹紧工件22的状态下停止(参见图1)。
如上所述，基于由控制器事先设定的控制信号来驱动旋转驱动源16，并且旋转驱动源16的驱动力被传递出去，同时借助于小齿轮50被转变成该对第一和第二活塞36a、36b的往复线性位移。于是，连接到第一和第二活塞36a、36b的夹紧元件118a、118b就能打开和闭合预定的打开/闭合量。
在此过程中，当第一和第二活塞36a、36b位移时位移量测量机构44分别用来检测线圈106中的电感变化。基于电感的这种变化所引起的输出电压或输出频率，可以检测第一和第二活塞36a、36b的位移量。于是，可以基于第一和第二活塞36a、36b的检测位移量更准确地控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合量。
位移量测量机构44包括杆104，线圈106相应于该对第一和第二活塞36a、36b分别缠绕在所述杆上，以便从而检测第一和第二活塞36a、36b各自的位移量。因此，与其中只是一个杆104单独地设有位移量测量机构44从而只是检测第一和第二活塞36a、36b之一的位移量的情况相比，能改进分辨率。于是，在利用位移量测量机构44检测第一和第二活塞36a、36b的位移量时能提高检测准确度。换言之，可以抑止检测准确度的分散，这种分散是由于使用夹紧卡盘10的环境产生变化所引起的。因此，就一直可以以稳定的方式获得第一和第二活塞36a、36b的准确位移量。
于是，在执行夹紧元件对118a、118b相对于工件22的打开/闭合操作时以及在根据应用到旋转驱动源16的控制信号控制旋转驱动源16的旋转量或旋转角度时，能自由地控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合量。因此，可以执行工件22高度准确的定位。在此过程中，还可以控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合速度。
在步骤S3中，当夹紧部24的夹紧元件118a、118b执行打开/闭合操作以提供预定的打开/闭合量时，判断是否已经完成工件22的定位操作，并且在确认已经完成定位操作时，基于图7所示流程图的这种过程就终止。如果由夹紧元件118a、118b进行的定位操作还没有完成，那么路线就进行到步骤S2，并再次基于应用到旋转驱动源16的控制信号用夹紧元件118a、118b来继续执行打开/闭合操作，以继续工件22的定位控制。
另一方面，在用夹紧卡盘10完成工件22的定位操作之后，工件22从由夹紧元件118a、118b实现的夹紧状态中释放出去。在此过程中，如图8所示，首先停止将控制信号应用到旋转驱动源16(参见图8所示范围8b)，并且随后应用一个控制信号以使得旋转驱动源16在相反方向上被驱动和旋转(参见图8所示范围8c)。在此情况下，仍然停止压力流体向夹紧卡盘10的供应(参见图8所示范围8b、8c)。
于是，在旋转驱动源16的驱动动作之下，第一和第二活塞36a、36b在与执行定位操作时指定的方向相反的方向上位移。因此，连接到第一和第二活塞36a、36b的夹紧元件118a、118b在彼此分离的方向上位移。于是，工件22从由夹紧元件118a、118b实现的夹紧状态中释放出去。
以下将针对其中根据工件22的形状来控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合量并且在工件22上执行夹紧操作的情况进行详细地解释。
首先，在如图7所示的步骤S1中，判断是否要以只是执行定位操作的方式来控制夹紧卡盘10的夹紧元件118a、118b的打开/闭合量。在这种情况下，路线进行到步骤S4，因为要与上述定位操作同时地执行工件22的夹紧操作。
换言之，当路线进行到步骤S2时，为了在步骤S1中只是用夹紧卡盘10执行定位控制，夹紧卡盘10放置在定位控制模式。当路线进行到步骤S4时，为了除了用夹紧卡盘10进行定位控制之外还执行工件22的夹紧，夹紧卡盘10布置在扭矩控制模式，其中能提供预定的夹紧力。
随后，在步骤S4，电流作为控制信号(脉冲信号)从未示出的电源借助于控制器供应到旋转驱动源16(参见图9所示范围9a)。旋转驱动源16就基于控制信号而旋转预定量。于是，在旋转驱动源16的驱动动作之下，第一和第二活塞36a、36b就借助于小齿轮50在轴向上位移。连接到第一和第二活塞36a、36b的夹紧元件118a、118b就在彼此靠近的方向上位移。工件22的定位控制由夹紧元件118a、118b执行。在此情况下，对于主体12的第一和第二端口32、34就停止了压力流体从压力流体供应源的供应(参见图9所示范围9a)。
随后，确定是否从将控制信号供应到旋转驱动源16已经消逝了预定时间T1(例如100至200秒)。如果消逝时间小于预定时间T1(T1＞T)，路线就再次重复步骤S4。如果消逝时间不小于预定时间T1(T1≤T)，路线进行到步骤S6。
在步骤S6，如图9所示，控制信号持续地输出到旋转驱动源16，同时压力流体从未示出的压力流体供应源供应到第二端口34(参见图9所示范围9b)。在此情况下，第一端口32处于朝着大气打开的状态。压力流体就从第二端口34经过第二通道56被引入第一通孔26的第二汽缸内腔48a。于是，第一活塞36a被压向盖罩38(在箭头X1方向上)。而且，从第二汽缸内腔48a经过第四通道60引入第二通孔28的第一汽缸内腔46b的压力流体将第二活塞36b压向位移量测量机构44(在箭头X2方向上)。
也就是说，从旋转驱动源16供应的旋转驱动力在小齿轮50和齿条部100的啮合作用下作为驱动力在轴向上应用到第一和第二活塞36a、36b。而且，由从第二端口34供应的压力流体施加的压力被应用到第一和第二活塞36a、36b。在此情况下，驱动力和压力都在相同方向上(在箭头X1方向上)应用到第一活塞36a，并且驱动力和压力都在相同方向上(在箭头X2方向上)应用到第二活塞36b。
于是，与由旋转驱动源16施加的驱动力相结合及作为其的补充，由压力流体施加的压力应用到可在第一和第二活塞36a、36b的位移动作之下位移的夹紧元件118a、118b。因此，就能获得夹紧工件22的更大夹紧力。
在步骤S6，进行控制以使得压力流体只是在控制信号已经输出到旋转驱动源16之后再消逝预定时间T1之后才供应。例如，如果压力流体是在控制信号已经输入到旋转驱动源16之前供应的话，第一和第二活塞36a、36b就在压力流体实现的加压作用下轴向地位移。因此，一个负荷就施加在旋转轴70的小齿轮50与第一和第二活塞36a、36b的齿条部100之间的啮合部，因此就导致齿条部100和小齿轮50的耐用性降低。
因此，如上所述，进行控制以使得压力流体只是在控制信号已经输出到旋转驱动源16之后再消逝预定时间T1之后才供应。于是，小齿轮50和齿条部100的齿轮齿98之间就不会出现特别大的负荷，并且因而齿条部100和小齿轮50的耐用性就不会降低。
在步骤S7，确认是否该对夹紧元件118a、118b已经正确地夹紧了工件22，并且随后完成夹紧部24的夹紧元件118a、118b的夹紧操作。如果还没有完成夹紧操作，路线就进行到步骤S6。在已经完成夹紧操作时，基于图7所示流程图的这种过程就终止。
另一方面，当工件22从夹紧卡盘10所实现的夹紧状态中释放出来时，就停止压力流体向第二端口34的供应，并且停止已经应用到旋转驱动源16的控制信号，如图9所示(参加图9所示范围9c)。然而，应用一个控制信号以使得旋转驱动源16在相反的方向上被驱动和旋转(参加图9所示范围9d)。在驱动旋转驱动源16之后再消逝了预定时间T2之后，将压力流体供应到第一端口32(参加图9所示范围9e)。在此情况下，第二端口34处于朝着大气开放的状态。
于是，依照旋转驱动源16的驱动力和压力流体施加的压力，第一和第二活塞36a、36b就在与夹紧工件22时所指定的方向相反的方向上位移。因此，连接到第一和第二活塞36a、36b的夹紧元件118a、118b就在彼此分离的方向上位移。于是，工件22就从由夹紧元件118a、118b实现的夹紧状态中释放出去。
如上所述，在本发明的实施例中，可以根据夹紧卡盘10的使用状态来选择和切换操作，以使得夹紧元件118a、118b可以用只是由旋转驱动源16施加的驱动力来进行打开/闭合操作，或者可选地，夹紧元件118a、118b可以用除了旋转驱动源16的驱动力之外还由压力流体所施加的压力来进行打开/闭合操作。因此，通过控制旋转驱动源16的旋转量或旋转角度以便从而自由且高度准确地控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合量，夹紧卡盘10能用来高度准确和可靠地夹紧和定位工件22。而且，在由压力流体实现的加压动作之下，能可靠地用足够的夹紧力来夹紧工件22。换言之，夹紧卡盘10提供有能应用到工件22的定位和夹紧功能。在这种布置中，还可以控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合速度。
例如，在其中工件只是被旋转驱动源的驱动力所夹紧的电动夹紧卡盘的情况下，在希望提供基本上等于常规气动型夹紧卡盘的夹紧力时，必须提供较大的旋转驱动力。然而，这就出现了一个问题，从而整个夹紧卡盘变得就尺寸很大，因为旋转驱动源的尺寸很大，并且因此其成本就比较昂贵。
相反，在本发明的夹紧卡盘10的情况中，只是利用旋转驱动源16的驱动力来执行工件22需要准确度的定位控制，以实现夹紧元件118a、118b的打开/闭合操作。当工件22被夹紧时，就通过给旋转驱动源16的驱动力增加由压力流体引起压力来实现预定的夹紧力。于是，无需增大旋转驱动源16的大小来增大夹紧力。因此，可以实现包括有旋转驱动源16的夹紧卡盘10的较小尺寸。
而且，在主体12内设有位移量测量机构44。位移量测量机构44用来分别测量第一和第二活塞36a、36b在轴向上的位移量。因此，可以高度准确地检测连接到第一和第二活塞36a、36b的该对夹紧元件118a、118b的打开/闭合量。于是，例如在利用夹紧元件118a、118b执行工件22的定位时能进行高度准确的控制。
以下将针对图10A至10D所示情况进行解释，其中基本上C形的工件22a被上述夹紧卡盘10所夹紧，并且其中工件22a被安装在形成于圆柱形元件128的环形槽130内(参见图10C和10D)。销孔132a、132b分别形成于工件22a的开口端。
首先，参照图10A，控制夹紧元件118a、118b的打开/闭合量以执行定位控制，以便将夹紧元件118a、118b的销126a、126b插入工件22a的销孔132a、132b。在此情况下，事先在控制器(未示出)中设定工件22a的销孔132a、132b之间的间隔距离L1。控制信号从控制器应用到旋转驱动源16以根据间隔距离L1执行夹紧元件118a、118b的打开/闭合操作。
夹紧元件118a、118b在旋转驱动源16的驱动动作之下彼此靠近或彼此远离地位移。当销126a和销126b之间的间隔距离L2等于销孔132a、132b之间的间隔距离L2(L1＝L2)时，停止夹紧元件118a、118b的打开/闭合操作。在此情况下，停止压力流体向夹紧卡盘10的供应。
随后，利用例如未示出的运动单元使整个夹紧卡盘10向下位移。夹紧元件118a、118b的销126a、126b就被插入工件22a的销孔132a、132b。此后，将控制信号从未示出的控制器应用到旋转驱动源16。同时地，通过主体12的第一或第二端口32、34供应压力流体。
于是，在由转变机构20实现的第一和第二活塞36a、36b的位移动作之下，夹紧元件118a、118b就在彼此靠近的方向上位移。工件22a的开口端就分别在彼此靠近的方向上位移。工件22a逆着排斥力径向向内地变形，以使得其直径减小(参见图10B)。
随后，如图10C所示，在工件22a的开口部分闭合的情况下，工件22a被夹紧卡盘10位移入圆柱形元件128。工件22a被位移使得工件22a的外圆周表面与圆柱形元件128的环形槽130相对。
最后，停止压力流体向夹紧卡盘10的供应，并且第一或第二端口32、34向大气开放。而且，应用一个控制信号以使得旋转驱动源16在与上述相反的方向上被驱动和旋转。于是，在旋转驱动源16的驱动动作之下，夹紧元件118a、118b就在彼此分离的方向上位移。于是，工件22a就从工件22a的开口部被夹紧元件118a、118b所闭合的状态下释放出去。工件22a由排斥力径向向外地伸展，以使得其直径增大，从而工件22a就被安装入环形槽130(参见图10D)。
如上所述，在夹紧卡盘10的情况下，根据控制信号，通过控制旋转驱动源16的旋转量或旋转角度，就能自由地控制该对夹紧元件118a、118b的打开/闭合量，其中控制信号从未示出的控制器供应。因此，例如，夹紧元件118a、118b的销126a、126b能容易地插入工件22a的该对销孔132a、132b中，该对销孔彼此间分开预定的间隔距离。在夹紧工件22a时，除了由旋转驱动源16所引起的驱动力之外，由压力流体所引起的压力被应用到夹紧元件118a、118b。因此，可以为工件22a获得希望的夹紧力。
另一方面，如图11所示，当工件22b(比如电子零件)被安装到基片136上并且与多个其它电子零件134a、134b一起装配时，那么首先通过未示出的控制器将控制信号应用到旋转驱动源16，并且进一步地，在压力流体供应到主体12的汽缸内腔的情况下用夹紧元件118a、118b夹紧工件22b。夹紧卡盘10被向下位移以使工件22b前进入相邻电子零件134a、134b之间的空间。
随后，工件22b被安装到基片136上，并且随后停止压力流体的供应，因此汽缸内腔的内部就处于朝着大气开放的状态。而且，将极性与上述控制信号相反的控制信号应用到旋转驱动源16。于是，就在相反的方向上驱动和旋转该旋转驱动源16，并且因而夹紧元件118a、118b就在彼此分离的方向上位移。于是，工件22b就从由夹紧元件118a、118b所实现的夹紧状态中释放出来(参考图11中两点式链线所示的形状)。
在此过程中，测量夹紧元件118a、18b被前进进入的相邻电子零件134a、134b之间的距离L3，并且事先在控制器(未示出)中进行设定，因此基于事先测量的间隔距离L3来提供夹紧元件118a、18b的打开/闭合量。控制信号从控制器应用到旋转驱动源16。于是，当夹紧元件118a、18b在彼此分开的方向上打开时能控制夹紧元件118a、18b的位移量。因此，当工件22b从由夹紧元件118a、118b所实现的夹紧状态中释放出来时，夹紧元件118a、118b就不会与相邻的电子零件134a、134b产生任何接触。于是，即使是在有限的空间中也能可靠地执行夹紧元件118a、118b的打开操作。
换言之，通过根据应用到旋转驱动源16的控制信号来控制旋转驱动源16的旋转量或旋转角度，能在将工件22b从其夹紧状态释放所需的最小位移量之下打开夹紧元件118a、118b。
另外，还将针对一种情况进行解释，其中选择多个不同形状的工件138a至138c中的一个并用夹紧元件118a、118b夹紧，以便将所选工件移动和插入分别与工件138a至138c的形状相应的多个安装孔140a至140c的一个里，如图12A和12B所示。以下解释将针对包括在多个工件138a至138c中的中央工件138b被夹紧和移动的情况进行描述。
首先，在夹紧元件118a、118b在彼此分开的方向上被位移到完全打开的状态下，向下移动夹紧卡盘10以使得工件138b被定位在夹紧元件118a、118b之间。在通过控制器(未示出)将控制信号应用到旋转驱动源16时，夹紧元件118a、118b在彼此靠近的方向上位移，从而夹紧元件118a、118b紧靠着工件138b的两个侧面(参见图12A)。
在此情况下，由位移量检测机构44检测转变机构20的第一和第二活塞36a、36b的位移量。基于第一和第二活塞36a、36b的位移量，未示出的控制器计算出工件138b的横向尺寸W1。在此情况期间，停止压力流体向夹紧卡盘10的供应。
随后，从控制器将控制信号输出到旋转驱动源16，同时压力流体通过第二端口34供应到汽缸内腔。于是，通过转变机构20的第一和第二活塞36a、36b的位移，夹紧元件118a、118b在彼此靠近的方向上位移。因此，夹紧元件118a、118b就夹住了工件138b。
基于由控制器计算的工件138b的横向尺寸W1确定安装孔140b的位置，该安装孔的横向尺寸W2与工件138b的横向尺寸W1相一致。工件138b借助于夹紧卡盘10被插入安装孔140b(参见图12B)。
最后，停止压力流体向夹紧卡盘10的供应，并且随后压力流体供应到与上述第二端口34相对的第一端口32。而且，在与上述相反的方向上驱动和旋转该旋转驱动源16。于是，夹紧元件118a、118b就在彼此分离的方向上位移，并且工件138b就从由夹紧元件118a、118b所实现的夹紧状态中释放出来。
如上所述，在夹紧元件118a、118b夹住工件138a至138c中的每个时，能基于第一和第二活塞36a、36b的位移量来测量工件138a至138c的尺寸，如同位移量测量机构44进行的测量那样。被测量工件138a至138c中的每个随后能被移动和插入例如相应于工件外部尺寸的适当安装孔140a至140c。
本发明并不限于夹紧卡盘10必须固定到机床的轴的前端这种情况，其中通过将电流和压力流体供应到夹紧卡盘10来自动地执行定位和夹紧工件22、22a、22b、138a至138c的操作。如同如图13所示的夹紧卡盘10的修改实施例那样，可以提供另一种布置，其中能由操作员152的手154来握紧夹紧卡盘，以便执行例如夹紧、移动或装配工件的操作。
根据该修改实施例的夹紧卡盘10包括凹状/凸状把手158，其形成于固定到主体12上部的壳体156的外部，以使得操作员152能容易地用一只手154握紧夹紧卡盘150。而且，例如，在壳体156的上部还提供有用于实现夹紧元件118a、118b的打开/闭合操作的打开/闭合开关160、用于调节夹紧元件118a、118b的打开/闭合量的调节按钮162、用于将夹紧卡盘150的的电源打开或切断的电源开关164、以及多个用于视觉地识别打开/闭合开关160等的操作状态的指示灯166。与根据本发明上述实施例的夹紧卡盘10相同的结构部件被标识为相同的附图标记，并且省略其详细解释。
在夹紧卡盘150的情况下，操作员152通过操纵电源开关164来打开夹紧卡盘150的电源。依照未示出的工件的形状，借助于调节按钮162来调节夹紧元件118a、118b的打开/闭合量。此后，在压下打开/闭合开关160时，夹紧元件118a、118b受到打开/闭合操作，从而可以与工件的形状无关地方便地执行工件的定位或夹紧。
与其中操作员152必须利用工具等来执行工件的夹紧或定位操作或者工件的装配操作的情况相比，利用夹紧卡盘150能用稳定的夹紧力可靠地夹紧工件。因此，例如在执行装配工件的操作时能提高生产效率。而且，在执行定位操作时，也能更准确和稳定地定位工件。
虽然已经参照优选实施例具体地示出和描述了本发明，但是能理解到，在不偏离本发明如所附权利要求所限定的精神和范围之下，本领域的技术人员能对其作出很多变化和变型。
权利要求
1.一种用于借助于一对可打开/闭合的夹紧元件(118a，118b)来夹紧工件(22)的工件夹紧卡盘(10)，所述工件夹紧卡盘(10)包括具有一对端口(32，34)和汽缸内腔(46a，46b；48a，48b)的主体(12)，压力流体供应入所述端口并且所述压力流体被引入所述汽缸内腔；连接到所述主体(12)的驱动部(16)，该驱动部根据电信号来驱动和旋转小齿轮(50)；一对可在所述汽缸内腔(46a，46b；48a，48b)中轴向地位移的活塞(36a，36b)，其中驱动力从所述驱动部(16)通过与所述小齿轮(50)相啮合的齿条槽(100)传递到所述活塞(36a，36b)；夹紧部(24)，其包括连接到该对活塞(36a，36b)的该对夹紧元件(118a，118b)，其中所述夹紧元件(118a，118b)可在所述活塞(36a，36b)的位移动作之下打开/闭合；和位移量测量机构(44，44a)，其检测所述活塞(36a，36b)在所述轴向上的位移量，其中所述活塞(36a，36b)相对于所述小齿轮(50)的中心彼此相对地布置，并且通过应用来自所述驱动部(16)的所述驱动力和/或由所述压力流体施加的压力，所述活塞(36a，36b)在所述轴向上位移。
2.根据权利要求1的工件夹紧卡盘，其中所述位移量测量机构(44)检测该对活塞(36a，36b)中至少一个的位移。
3.根据权利要求2的工件夹紧卡盘，其中所述位移量测量机构(44)设在所述汽缸内腔(46a，46b；48a，48b)的所述轴向上的第一端侧和第二端侧中的至少一个上，所述活塞(36a，36b)在所述汽缸内腔(46a，46b；48a，48b)内位移。
4.根据权利要求3的工件夹紧卡盘，其中所述位移量测量机构(44)包括杆(104)和线圈(106)，所述杆(104)设在所述汽缸内腔(46a，46b；48a，48b)的所述第一端和所述第二端中的至少一个上，所述杆(104)朝着所述汽缸内腔(46a，46b；48a，48b)突出并且被插入所述活塞(36a，36b)，所述线圈(106)在所述轴向上缠绕在所述杆(104)的外圆周表面周围；和当所述活塞(36a，36b)在所述轴向上位移时检测从所述线圈(106)供应的输出电压或输出频率。
5.根据权利要求1的工件夹紧卡盘，其中所述位移量测量机构(44a)具有在所述轴向上径向向外地缠绕在所述汽缸内腔(46a，46b；48a，48b)周围的线圈(106)，并且当所述活塞(36a，36b)基本上与所述线圈(106)平行地位移时检测从所述线圈(106)供应的输出电压或输出频率。
6.根据权利要求1的工件夹紧卡盘，其中该对活塞(36a，36b)包括通过与所述小齿轮(50)相啮合而在相互相对的方向上位移的一个活塞(36a)和另一个活塞(36b)。
7.根据权利要求1的工件夹紧卡盘，其中该对夹紧元件(118a，118b)的前端被布置和倾斜为使得所述前端彼此靠近。
8.根据权利要求7的工件夹紧卡盘，其中销(126a，126b)设在该对夹紧元件(118a，118b)的所述前端处，每个销的直径形成为小于每个所述夹紧元件(118a，118b)的直径。
9.根据权利要求1的工件夹紧卡盘，其中所述驱动部(16)包括用于检测所述驱动部(16)的旋转驱动量的检测部(68)。
10.根据权利要求1的工件夹紧卡盘，其中所述主体(12)包括导轨(64)，其线性地和可位移地引导该对夹紧元件(118a，118b)所连接到的区块(66，116)。
11.一种用于控制借助于可打开/闭合的夹紧部(24)来定位工件(22)的工件夹紧卡盘(10)的方法，所述方法包括将电信号应用到驱动部(16)，用于通过驱动和旋转被连接到所述驱动部(16)上的小齿轮(50)来在轴向上移动通过齿条部(100)与所述小齿轮(50)相啮合的活塞(36a，36b)；和当一对连接到所述活塞(36a，36b)的夹紧元件(118a，118b)被打开和闭合时，用位移量检测机构(44)检测所述活塞(36a，36b)的位移量，其中通过任意地控制所述夹紧元件(118a，118b)的打开/闭合量来定位所述工件(22)。
12.根据权利要求11的用于控制所述工件夹紧卡盘的方法，还包括驱动所述驱动部(16)以使所述夹紧元件(118a，118b)受到所述闭合操作，从而借助于由所述驱动部(16)所施加的驱动力来夹紧所述工件(22)；和当在驱动所述驱动部(16)之后再消逝预定时间时，通过经由限定在主体(12)内的端口(32，34)将压力流体供应到所述汽缸内腔(46a，46b；48a，48b)从而在轴向上对所述活塞(36a，36b)施压，其中所述工件被由所述驱动部(16)施加的所述驱动力和由所述压力流体所施加的压力所夹紧。
13.根据权利要求12的用于控制所述工件夹紧卡盘的方法，其中通过控制应用到所述驱动部(16)的所述电信号来控制所述活塞(36a，36b)和所述夹紧元件(118a，118b)的位移速度。
全文摘要
工件夹紧卡盘包括设在主体(12)中的转变机构(20)，其将来自旋转驱动源的驱动力转变成轴向上的位移。在小齿轮(50)的旋转动作之下，转变机构(20)的第一和第二活塞(36a，36b)在轴向上位移。而且，通过相应地从形成于主体(12)中的第一或第二端口(32，34)供应压力流体，在轴向上移动第一和第二活塞(36a，36b)。在旋转驱动源的驱动动作之下，可借助于一对夹紧元件(118a，118b)来定位工件，并且除了驱动力之外还通过应用压力流体的压力来借助于夹紧元件(118a，118b)进一步夹紧工件。
文档编号B23B31/30GK1817531SQ20061000458
公开日2006年8月16日 申请日期2006年2月9日 优先权日2005年2月10日
发明者五月女元广, 津田裕司 申请人:Smc株式会社