用于夹持卡盘的实心托盘的制作方法

本发明涉及分别根据权利要求1和权利要求8的卡盘托盘和具有此卡盘托盘的夹持系统。

背景技术：

具有卡盘托盘的夹持系统通常在使用机加工工具的工件机加工（例如轧制、车削或放电机加工（EDM，或电火花机加工））领域中已知。夹持系统用于保持将要机加工的工件或机加工工具（特别在EDM应用中）。高切割力有时在其机加工期间被施加到工件上。这些高的力也因此被传输到在机加工台上保持工件的卡盘系统。因此，夹持系统需要被刚性设计和建造以承受施加的力，特别要准确保持工件的定位，由此避免工件的不准确机加工。

夹持系统的刚性型式是已知的。例如此种系统可以设计为在托盘和卡盘之间具有六个或更多个接触点，由此提供刚性夹持。另一方面，此种已知的系统也具有一些缺点。具有多于6个接触点的夹持联接被超定（overdetermined）。对于高刚度、高负载能力和准确性的组合，超定联接是有利的。问题是以导致与所有参考表面接触而没有任何阻塞（jam）和间隙（play）的方式设计和制造所述超定联接。这可以用高制造公差完成。然而，直到现在，这还不足以达到参考表面要求的位置准确性。原因是设计包括了导致参考表面微位移的公差链。此位移在高精度联接中影响阻塞和微间隙两者。

专利公布US3741573A描述了应用超定原则的早期EDM夹持联接。然而，为了避免阻塞，使用了“紧密配合”（见US3741573A第五栏，第63行）。这意味着，在xy连接处有小的间隙，现在此种间隙是不可接受的，或者在本文的新发明就此计划的应用中是不可接受的。

文献EP0255042B1公开了市场上称为“3R微系统”的夹持系统。此系统使用弹性舌状物。最小化公差链的原则通过具有xy接触边缘被应用，其中z平面与所述舌状物的端部表面的上部边缘在所述xy接触边缘接触。根据新发明，弹性舌状物就准确性来说是非常有利的，但相比于实心联接，提供较低的负载限制和刚度。

EP1068919B1描述了使用实心参考部的夹持联接。托盘的xy接触通过沟槽（见图3）的两台阶设计处于凹进位置。这意味着，这些台阶的高度的公差影响接触边缘位置的准确性。此公差链增加位置误差，导致困难和昂贵的制造或者导致具有阻塞或间隙的联接（此劣势结合文献EP01529594B1在更下文中进一步讨论）。两台阶沟槽的目的是当托盘被放置在台上或者在座体（magazine）中时保护接触边缘。然而，在实际使用中，托盘经常不是仔细地而是粗略地被放置在卡盘上。特别地在自动装载中是这样的情况。接触边缘随后撞击卡盘突出部（lug）参考部并可能被损坏。此问题在EP1068919B1中没有解决，但是将通过新发明的优选实施例解决。

出版物“机械设计手册”（见11章锥齿轮和准双曲面齿轮，Krenzer，Hotchkiss，11.7.7部分）描述了锥齿轮设计的基本规则。接触图案随着负载扩展，但是必须不能到达齿表面的边界，即不能越过齿表面的边缘。这在所述出版物的11.7.7部分中被强调。

US3880267A描述了应用锥齿轮设计基本规则（见前述段落）的超定联接。在图4和图10中示出，突出部元件28被弯曲，从而避免在突出部元件26上的边缘接触。图10结合具有抵靠突出部28顶部的z表面接触展示其。与抵靠直表面的弯曲突出部的结合导致在增加负载情况下的扩展接触和不利的表面公差位移。

EP01529594B1描述了具有与已经引用的文献US3880267A和所述出版物“机械设计手册”一致的表面扩展功能的超定联接。在此专利文献中，弹性钢材料的长度通过仅在所述突出部和沟槽的一侧上具有接触而增加。劣势是，一侧接触减少了在xy平面中的平移刚度以及扭转刚度。这是因为更少的可用xy接触。另一个重要的劣势是，由于产生的公差链，z平面和xy接触点之间轴向距离导致点位置的不准确。此公差链在沟槽的两侧设置接触的情况中将会导致阻塞或间隙。

文献EP1266713A2描述了超定夹持系统，在市场上作为System 3R公司的产品名称“Macro”已知。保持器由烧结材料制成。其使用烧结材料的较低刚度以允许接触边缘的弹性变形。此产品仅在短的时间段内被制造，因为其不久便导致阻塞。在重复的EDM使用中，摩擦变得太高了。

技术实现要素：

本发明的目的是消除已知卡盘托盘或夹持系统的劣势，特别地是避免公差链并由此避免参考表面的微位移。

本发明的目的通过根据权利要求1中的特征设计的卡盘托盘实现。

由于创造性的卡盘托盘，可以达到微米可重复度（即，准确性）以及非常高的联接刚度和负载能力。通过此，非常坚硬和精确的机加工以及磨光两者是可能的。在连续机器的所有这些操作期间，工件安装在同一个托盘上，由此提高生产效率。

此外，托盘具有小的xy参考部-例如两个短的xy参考边缘，在下文的优选实施例中，还具有薄的直立xy参考表面。这对于最小化接触边缘（即，接触区域）也是有利的，因此在夹持期间增加卡盘托盘对于灰尘和颗粒的不敏感度。

本发明通过在边缘上具有xy参考接触来消除公差链，其中z平面与锥状的实心沟槽侧壁在所述边缘处接触/相交。

创造性卡盘托盘的另一个优势是，具有实心沟槽侧壁（即，xy参考表面），其可以将与卡盘突出部的接触由在夹持时向下的限定好的边缘接触扩展为表面接触，用于吸收机加工公差。在机加工中，由于托盘使用时的外部负载，也可能发生成为表面接触的该扩展。扩展为表面接触的幅度还取决于卡盘托盘的制造的实际公差，即在托盘生产中的最后磨光过程。通过其，所述扩展产生必需的弹力以吸收制造公差。成为表面接触的扩展通过在锥体角度中的小差别实现。此特征允许实心联接的制造。

在本发明的优选实施例中，可以预见通过朝着对应的卡盘突出部表面突出的弹性橡胶状元件给参考表面和参考边缘提供保护。在此实施例的特定型式中，橡胶元件也在z平面（即，z参考部）上突出。通过此，当托盘被放置在台上或者座体中时，z平面和xy参考表面或者xy参考边缘被保护。

没有任何一个引用的现有技术单独地或者组合地组合这些元件。特别地，没有任何一个公开了在同一个平面上具有xyz参考部的实心超定联接，从而最小化公差链，允许所谓的CMM测量（坐标机器测量）和主卡盘控制以及具有从z平面边缘扩展的xy接触。

附图说明

本发明、优选实施例以及创造性卡盘托盘的优势和技术效果现在将参考示意性附图说明。

具体实施方式

图1示出了夹持卡盘1.1的3D视图，所述夹持卡盘具有可拆分地连接的拉伸套管1.2和已知的托盘1.3，所述托盘用于在引用文献EP1741511B1中公开的工件或者工具的安装。卡盘1.1具有多个z表面突起1.4，形成z参考平面。卡盘还具有四个相交的xy突出部1.5。这些突出部在两侧具有锥状的xy参考表面。托盘的位置在夹持位置的所有（意思是xyz）方向被确定，没有任何间隙。卡盘和托盘的z平面随后接触，卡盘的xy突出部1.5被轻轻地按压进入所述托盘的沟槽（未示出），导致如上文进一步讨论的接触。

图2a示出了创造性卡盘托盘1.3的下侧的视图。所述下侧具有平坦地表面，限定z平面（即，z参考部2.1）。所述z平面2.1具有沟槽2.2，所述沟槽在两侧具有优选地由非烧结材料制成的实心沟槽侧壁2.3。作为实心的，沟槽侧壁2.3在xy参考表面2.4后面不包含槽（即，平行于xy参考表面2.4延伸并在xy参考表面2.4后面的任何槽），其可以由例如所述弹性舌状物代表，所述弹性舌状物在例如EP255042B1中被公开。xy参考表面2.4位于实心沟槽侧壁2.3的上部部分。xy参考表面2.4穿过z平面2.1（即与z平面2.1相交），并限定xy参考边缘2.5的确切位置。在图2还示出的本发明的优选实施例中，xy参考边缘2.5可以通过弹性保护部2.6（例如由橡胶制成）被保护，免受由夹持的粗略定位和其他冲击或撞击造成的损坏。此保护部可以被优选地放置在沟槽2.2的中间或者在所述沟槽的一侧。在第一情况中，橡胶保护部将xy参考表面分成两个部分，由此形成具有其各自xy参考表面2.4的实心直立条1.6。通过此，每个xy参考表面部分2.4的宽度是小的，导致短的xy参考边缘2.5。在夹持的构造中，xy参考边缘2.5的短边缘接触可以扩展为xy参考表面2.4的小表面接触4.2。这些短边缘或小表面接触是有利的，因为其使卡盘托盘对灰尘和颗粒更不敏感，这影响已知的夹持系统。作为本发明的效果，弹性表面的扩展也发生，以在创造性卡盘托盘制造期间吸收生产的xy参考表面的制造公差。更有利地，弹性表面的扩展在托盘的更高负载下也吸收表面压力，由此避免超过最高允许表面压力。

图2b从另一个角度示出了图2a中所示的创造性卡盘托盘1.3。

图2c示出了本发明，其中，卡盘突出部1.5处于相对于夹持位置的未夹持位置。卡盘突出部1.5的锥状xy参考表面3.1比创造性卡盘托盘1.3的沟槽2.2的对应xy参考表面2.4具有稍微较大的锥状角度。这导致在z平面2.1水平上的边缘接触。通过此，所述边缘的确切位置被确定，允许要求非常高准确性的制造。边缘（即，线）接触根据上述给出的解释可以扩展为表面接触4.2（见图2c的下部视图）。

图3和图4是处于夹持位置的卡盘突出部1.5的放大视图。它们以夸张的方式示出了卡盘突出部1.5的xy参考表面3.1（具有倾斜角度β）和卡盘托盘1.3的xy参考表面2.4（具有倾斜角度α）在锥体角度上的差异，以在z平面的水平上示出边缘接触4.1。

图4在左侧示出了在较低压力（即，较低负载F）下发生的卡盘托盘1.3的实心沟槽侧壁2.3的xy参考表面2.4与卡盘突出部1.5的对应xy参考表面3.1的边缘（即，线）接触4.1。在另一方面，右侧的草图示出了一旦更高压力（即，更高施加负载F）在卡盘系统上，边缘接触4.1扩展为表面接触4.2的情形。相比于现有技术，本发明的改进在于，第一接触或接触区域总是从z平面2.1以线接触4.1开始。通过此，没有远离z平面的公差链。这是制造和测量超定联接能力的前提，所述超定联接具有此种准确的公差从而不出现阻塞或间隙。与限定好的xy参考边缘2.5的接触从一开始确保了创造性卡盘托盘1.3在夹持卡盘上的准确定位。当扩展为表面接触4.2发生时，这也是有效的，因为所述边缘或线接触4.1在夹持过程期间是第一接触，且对卡盘托盘相对于夹持卡盘的最终位置具有最大的影响，由此保证夹持位置的加强的准确性。一旦在边缘的更高表面压力被施加（见图4中右侧的草图），此准确性也因此保持。

图5示出了橡胶保护部2.6在z平面2.1上突起的型式。通过此，卡盘托盘1.3可以被放置在台上或在座体中，而没有损坏xy参考边缘2.5的风险。

本发明涉及具有实心沟槽侧壁用于夹持卡盘的卡盘托盘。卡盘托盘的xy参考部和z参考部因此位于相同的平面中。xy参考部也位于实心沟槽侧壁处，由此实心沟槽侧壁具有锥状外形。实心意味着，在周向方向，沟槽侧壁在xy参考表面后面不包含任何槽或者其他结构薄弱点。

在优选实施例中，xy参考部和z参考部位于的平面是z平面。

创造性的卡盘托盘因此具有实心和锥状的沟槽侧壁，所述沟槽侧壁具有相对于托盘z轴线的倾斜度（α），所述倾斜度（α）低于在对应夹持卡盘中的卡盘突出部的对应的且也是锥状的xy参考表面（相对于z轴线）的倾斜度（β）。

根据本发明，在卡盘托盘与对应卡盘的夹持构造中，首先发生的来自卡盘托盘的xy参考表面和卡盘上对应卡盘突出部的对应xy参考表面的线接触可以从在卡盘托盘的xy参考边缘处的最初线接触扩展为卡盘突出部的xy参考表面和卡盘托盘的xy参考表面之间的表面接触。

在创造性卡盘的又一优选实施例中，实心沟槽侧壁可以包含一个或更多个槽。实心沟槽侧壁于是从其最大宽度减小到至少一个实心直立条。这些实心直立条中的一个或更多个由此限定实心沟槽侧壁的xy参考表面和xy参考边缘。优选地，实心沟槽侧壁仅包含一个槽，所述槽于是限定具有xy参考表面的两个分开的实心直立条。最优选地，形成的实心直立条对称地布置在沟槽两侧。

在优选实施例中，槽包含保护部。所述保护部可以是弹性的，例如由橡胶或者橡胶状的材料制成。所述保护部可以通过螺钉或另一元件被附接到卡盘托盘。在此保护部的又一实施例中，所述保护部越过实心直立条或者实心沟槽侧壁的xy参考表面朝向沟槽的中心突起。最优选地，所述保护部还越过创造性卡盘托盘的z平面突起。

在创造性卡盘托盘的又一实施例中，实心沟槽侧壁由未烧结材料制成。甚至整个卡盘托盘可以由未烧结材料制成。

本发明明显还包括夹持系统，所述夹持系统包括上述的创造性卡盘托盘的所有变体和（传统）夹持卡盘。这是因为创造性卡盘托盘可以单独出售，从而与已知的和已经安装的夹持卡盘一起使用，这是结合夹持卡盘显而易见的。

附图标记

1.1 夹持卡盘

1.2 拉伸套管

1.3 卡盘托盘

1.4 卡盘的z表面突起

1.5 卡盘突出部，xy突出部

1.6 实心直立条

2.1 z平面，z参考部

2.2 沟槽

2.3 实心沟槽侧壁

2.4 xy参考表面

2.5 xy参考边缘

2.6 橡胶保护部

2.7 螺钉

3.1 卡盘突出部1.5的锥状xy参考表面

4.1 卡盘突出部1.5的xy参考表面3.1与卡盘托盘1.3的xy参考表面2.4（即，xy参考边缘2.5）的线接触

4.2 卡盘突出部1.5的xy参考表面3.1与卡盘托盘1.3的xy参考表面2.4的表面接触

α 锥状实心沟槽侧壁2.3（即，xy参考表面2.4）相对于z轴线的倾斜度

β 卡盘突出部1.5的锥状xy参考表面3.1相对于z轴线的倾斜度