專利名稱：工件夾緊卡盤及其控制方法
技術領域：
本發明涉及能通過夾緊部的打開/閉合動作來夾緊工件的工件夾緊卡盤及其控制方法。
背景技術：
工件夾緊卡盤目前是已知的，其例如固定到機床等的軸部的前端，并且其通過將壓力流體供應到夾緊部而使夾緊部進行打開/閉合操作從而夾緊工件(比如各種類型的零件)。
本申請人已經建議了一種能通過壓力流體的加壓動作來打開和閉合夾緊部從而夾緊工件的工件夾緊卡盤(例如日本專利公開出版物No.7-328977)。
這種工件夾緊卡盤包括有主體，所述主體具有一對供應壓力流體的端口，其中設在主體中的活塞在壓力流體的加壓動作下在軸向上位移。于是，活塞的軸部就使一個小齒輪旋轉，該小齒輪借助于形成于其側面上的齒條由主體旋轉地支撐。一對夾緊元件分別由小齒輪的旋轉軸可旋轉地支撐。由于小齒輪的旋轉動作，夾緊元件在旋轉軸的中心附近在一個方向上位移以彼此靠近，或者彼此分離。于是，夾緊元件在一個方向上位移以彼此靠近，并且工件被夾緊在夾緊元件之間。(例如參見日本專利公開出版物No.7-328977。)日本專利公開出版物No.7-328977中公開了一種氣動型工件夾緊卡盤，其中該對夾緊元件在壓力流體的加壓動作之下被打開/閉合，其優點在于，通過使用壓力流體獲得了較大的夾緊力。然而，很難任意地控制夾緊元件的打開/閉合程度。換言之，工件夾緊卡盤只能執行完全打開或完全閉合夾緊元件的操作。
近年來，已經尋找出了一種工件夾緊卡盤，其在夾緊工件時提供了預定程度的夾緊力，并且此外，其能根據工件的形狀和/或使用環境來自由地控制夾緊元件的打開/閉合程度。
發明內容
本發明總的目標是提供一種工件夾緊卡盤，其中在夾緊工件時能自由地控制夾緊元件的打開/閉合程度，并且其中能對工件獲得足夠的夾緊力，以及提供一種用于控制工件夾緊卡盤的打開/閉合的方法。
從下述結合附圖的詳細描述中，本發明的以上和其它目標、特點和優點將會更加明顯，在附圖中以舉例的方式示出了本發明的優選實施例。
圖1是局部剖面的正視圖，其中示出了根據本發明一個實施例的工件夾緊卡盤；圖2是示出圖1所示工件夾緊卡盤的側視圖；圖3是沿著圖1中III-III線所截取的剖面圖；圖4是沿著圖2中IV-IV線所截取的剖面圖；圖5是示意性透視圖，其中示出了形成于主體中的流體通道的路線，壓力流體流過該流體通道；圖6是局部省略的橫截面視圖，其中示出了夾緊卡盤的位移量測量機構的修改實施例；圖7是用于執行控制的流程圖，其中由旋轉驅動源所引起的驅動力和由壓力流體所引起的壓力在工件夾緊卡盤中切換或一起使用；圖8是特性要素圖，其中示出了在只是用卡盤執行定位控制時，汽缸內腔內壓力流體的供應狀態和旋轉驅動源的控制信號的應用狀態之間的關系；圖9是特性要素圖，其中示出了在用工件夾緊卡盤執行定位控制和工件夾緊操作時，汽缸內腔內壓力流體的供應狀態和旋轉驅動源的控制信號的應用狀態之間的關系；圖10A至10D是示意性正視圖，其中示出了基本上C形的緊固元件被工件夾緊卡盤所夾緊并且緊固元件被安裝在圓柱形元件的環形槽內的情況；
圖11是放大正視圖，其中示出了利用圖1所示工件夾緊卡盤將工件移動到相鄰電子零件之間空間的情況，并且其中卡盤在電子零件之間執行打開操作以將工件從被夾緊狀態中釋放出來；圖12A和12B是放大正視圖，其中示出了利用工件夾緊卡盤測量工件橫向尺寸的情況，并且其中工件被移動到可插入的安裝孔以使得工件能被插入到安裝孔內；以及圖13是垂直剖面圖，其中示出了根據一個修改實施例的工件夾緊卡盤。
具體實施例方式
參照圖1，附圖標記10指示根據本發明一個實施例的工件夾緊卡盤。
如圖1和2所示，工件夾緊卡盤10(下文中簡稱為“夾緊卡盤10”)包括基本上矩形橫截面的主體12、設在主體12上的殼體14、設在殼體14中的旋轉驅動源16、實現從旋轉驅動源16供應的驅動力的速度變化的齒輪部18、將其速度被齒輪部18改變的驅動力轉變成往復線性運動的轉變機構20、以及夾緊部24，所述夾緊部設在主體12下面并且通過其打開/閉合動作來夾緊工件22。
如圖3所示，主體12包括一對在軸向上形成于其中的第一和第二通孔26和28、形成于主體12上第一和第二通孔26和28之間基本上中部處的連通孔30、以及將壓力流體供應入第一和第二通孔26和28的第一和第二端口32和34(參見圖1)。連通孔30在垂直方向上延伸以使得連通孔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平行地形成于相對于主體12的軸向中心基本上對稱的位置。一對可在軸向上位移的第一和第二活塞36a、36b分別設在第一和第二通孔26、28中。
蓋罩38分別通過形成于其開口處的臺階而與第一和第二通孔26、28的第一端相嚙合。在已經嚙合蓋罩38之后，安裝每個都為基本上C形橫截面的緊固元件40，從而將蓋罩38安裝入第一和第二通孔26、28。在這種布置中，密封元件42安裝在蓋罩38的內圓周表面上的環形槽內。因此，可靠地保持了第一和第二通孔26、28中的氣密性。
在第一和第二通孔26、28的第二端處設置有位移量測量機構44(例如線性傳感器)，其如下所述那樣檢測第一和第二活塞36a、36b的位移量。也就是說，第一和第二通孔26、28被蓋罩38和位移量測量機構44所封閉，并且從而用作汽缸內腔，第一和第二活塞36a、36b可在所述汽缸內腔內在各自軸向上(箭頭X1、X2方向)位移。
尤其，第一氣缸內腔46a、46b設在第一和第二活塞36a、36b以及分別處于第一和第二通孔26、28內的蓋罩38之間。第二汽缸內腔48a、48b設在第一和第二活塞36a、36b和位移量測量機構44之間。換言之，相對于第一和第二活塞36a、36b位于蓋罩38一側(在箭頭X1方向上)的內腔用作第一汽缸內腔46a、46b。相對于第一和第二活塞36a、36b位于位移量測量機構44一側(在箭頭X2方向上)的內腔用作第二汽缸內腔48a、48b。
位移量測量機構44也可以設在第一和第二通孔26、28的第一端側上，并且蓋罩38可以設在第一和第二通孔26、28的第二端側上。
另一方面，轉變機構20的小齒輪50(以下將描述)設在主體12的連通孔30內。第一通孔26和第二通孔28彼此間通過連通孔30相通。具有這種布置，就給出了其中小齒輪50的部分外周邊部分分別稍微突出入第一和第二通孔26、28的狀態(參見圖3)。
如圖1和3所示，第一和第二端口32、34形成于主體12的側面同時彼此間分開預定的距離。第一和第二端口32、34通過形成于主體12中的通道52分別與第一汽缸內腔46a、46b和第二汽缸內腔48a、48b相通(參見圖5)。第一和第二端口32、34通過未示出的管連接到壓力流體供應源。從壓力流體供應源供給的壓力流體從第一和第二端口32、34供應并且通過通道52供應到第一汽缸內腔46a、46b和第二汽缸內腔48a、48b。
尤其，如圖5所示，第一端口32通過第一通道54與布置為靠近第一端口32的第一汽缸內腔46a相通。而且，第二端口34通過第二通道56與第二汽缸內腔48a相通。第一汽缸內腔46a和第二汽缸內腔48b通過形成于第一通孔26和第二通孔28之間的第三通道58彼此相通。而且，第二汽缸內腔48a和第一汽缸內腔46b通過第四通道60彼此相通。第四通道60也在第一通孔26和第二通孔28之間提供為基本上平行于第三通道58。
也就是說，供應到第一端口32的壓力流體通過第一通道54被引入第一通孔26的第一汽缸內腔46a，并且壓力流體通過第三通道58被引入第二通孔28的第二汽缸內腔48b。另一方面，供應到第二端口34的壓力流體通過第二通道56被引入第一通孔26的第二汽缸內腔48a，并且壓力流體通過第四通道60被引入第二通孔28的第一汽缸內腔46b。這樣，壓力流體就從第一和第二端口32、34供應到繞著主體12的連通孔30的中心對角地布置的第一汽缸內腔46a、46b和第二汽缸內腔48a、48b(參見圖3)。
于是，第一和第二活塞36a、36b就由于壓力流體的壓力而在軸向上(在箭頭X1、X2的方向上)位移，所述壓力流體從第一和第二端口32、34被引入第一汽缸內腔46a、46b和第二汽缸內腔48a、48b。
例如，當壓力流體被供應到第一端口32時，那么第一活塞36a就在被引入第一汽缸內腔46a的壓力流體的壓力動作之下朝著位移量測量機構44(在箭頭X2方向上)位移，并且第二通孔28的第二活塞36b就在經由第三通道58被引入第二通孔28的第二汽缸內腔48b內的壓力流體的壓力動作之下朝著蓋罩38(在箭頭X1方向上)位移。也就是說，第一活塞36a和第二活塞36b一直在彼此相對的方向上位移。
當壓力流體被供應到第二端口34時，第一和第二活塞36a、36b在各自與上述相反的方向上位移。
如圖2所示，凹陷入預定深度并且在基本上水平方向上延伸的凹陷62形成于主體12的下部。一對可位移的接合元件114分別為夾緊部24設在凹陷62內。
向下突出一定深度的導軌64在軸向上形成于凹陷62的基本上中部。夾緊部24的連接到接合元件114的第一區塊66由導軌64可位移地支撐，同時彼此間在主體12的軸向上分開預定的距離。
如圖1和2所示，殼體14形成為具有基本上矩形的箱形構造，并且借助于螺栓(未示出)固定到主體12的上部。在殼體14內布置有設在主體12一側的一端上的齒輪部18、設在齒輪部18的上部上的旋轉驅動源(驅動部)16、以及設在旋轉驅動源16的上部上并且檢測旋轉驅動源16的旋轉量或者旋轉角度的第一檢測部68。
旋轉驅動源16包括例如步進馬達、直流電刷式馬達或直流無刷式馬達。旋轉驅動源16未示出的傳動軸連接到齒輪部18。旋轉驅動源16的驅動力通過傳動軸傳遞到齒輪部18。
第一檢測部68包括例如旋轉編碼器。由第一檢測部68所檢測到的旋轉驅動源16的旋轉量和旋轉角度作為檢測信號輸出到未示出的控制器。一個基于這種檢測信號的控制信號(脈沖信號)從控制器輸出到旋轉驅動源16，從而控制旋轉驅動源16的旋轉量或旋轉角度。
齒輪部18包括多個彼此嚙合的齒輪(未示出)。從旋轉驅動源16輸出的驅動力根據齒輪的齒輪比進行定量的速度變化，并且隨后驅動力傳遞到轉變機構20的旋轉軸70。
用于將電流供應到旋轉驅動源16的電源電纜72以及用于將旋轉驅動源16的旋轉量或旋轉角度(由第一檢測部68檢測)輸出到控制器(未示出)的控制電纜72連接到殼體14的上部。
轉變機構20包括旋轉軸70和成對的第一和第二活塞36a、36b(參見圖3)，該旋轉軸70通過齒輪部18連接到旋轉驅動源16并且相對于主體12可旋轉地支撐，該對活塞可在主體12的第一和第二通孔26、28中軸向地位移。
旋轉軸70的一端由主體12的導孔76可旋轉地保持。旋轉軸70的另一端借助于軸環元件78插入到形成于主體12的底面上的孔80中。在其外圓周表面上刻有齒輪齒98的小齒輪50軸向地形成于旋轉軸70的基本上中部并且布置在主體12的連通孔30內。
第一和第二活塞36a、36b中的每個都由比如鐵之類的磁性材料形成。如圖3和4所示，第一和第二活塞36a、36b分別設在第一和第二通孔26、28中。第一頭部元件82由螺栓84連接到第一和第二活塞36a、36b位于蓋罩38一側的第一端側(在箭頭X1的方向上)。而且，第二頭部元件86由螺栓88連接到第一和第二活塞36a、36b位于位移量測量機構44一側的第二端側(在箭頭X2的方向上)。
O形環90和活塞密封圈92安裝在第一和第二頭部元件82、86的外圓周表面上的環形槽內。O形環90和活塞密封圈92緊靠第一和第二通孔26、28的內圓周表面。于是，由于第一和第二頭部元件82、86的結果，在形成于第一和第二通孔26、28中的第一汽缸內腔46a、46b和第二汽缸內腔48a、48b中保持了氣密性。
在軸向上凹進的桿孔94形成于第一和第二活塞36a、36b的第二端側上。桿孔94與形成于第二頭部元件86基本上中部處的孔96相通。在第一和第二活塞36a、36b的位移動作之下，位移量測量機構44的桿104被插入桿孔94和孔96。
另一方面，如圖3所示，第一和第二活塞36a、36b包括齒條部100，該齒條部上刻有齒輪齒98并且分別形成在與小齒輪50相對的側面上。齒條部100與小齒輪50相嚙合，該小齒輪通過連通孔30分別突出入第一和第二通孔26、28。也就是說，第一活塞36a和第二活塞36b借助于齒條部100分別地相對于小齒輪50的中心處于相對的關系。在旋轉軸70的旋轉動作之下，第一和第二活塞36a、36b可借助于小齒輪50和齒條部100在軸向上(在箭頭X1、X2方向上)位移。
也就是說，第一和第二活塞36a、36b和旋轉軸70被提供為使得它們的軸線基本上彼此垂直。借助于小齒輪50和齒條部100，旋轉軸70的旋轉驅動力被轉換成第一和第二活塞36a、36b在基本上水平方向上的往復線性運動。
在這種布置中，第一和第二活塞36a、36b布置為繞著小齒輪50的中心相對于主體12的軸線基本上對稱。因此，第一活塞36a和第二活塞36b以彼此相對的方向位移。例如，當小齒輪50順時針旋轉時(在箭頭A1方向上)，那么第一活塞36a就朝著蓋罩38位移(在箭頭X1方向上)，并且第二活塞36b相反地朝著位移量測量機構44位移(在箭頭X2方向上)。
另一方面，當小齒輪50逆時針旋轉時(在箭頭A2方向上)，那么第一活塞36a就朝著位移量測量機構44位移(在箭頭X2方向上)，并且第二活塞36b朝著蓋罩38位移(在箭頭X1方向上)，它們的方向分別與上述情況相反。
位移量測量機構44包括分別封閉主體12的第一和第二通孔26、28的蓋罩102、安裝在蓋罩102中并朝著第一和第二活塞36a、36b(在箭頭X1方向上)突出的桿104、以及纏繞在桿104外圓周表面周圍的線圈106。每個蓋罩102形成為具有基本上U形的橫截面，并且蓋罩102借助于形成于其圓周邊緣處的邊緣108與第一和第二通孔26、28的第二端相嚙合。通過安裝在蓋罩102外圓周表面上的密封元件42就保持了第一和第二通孔26、28中的氣密性。
本發明并不限于其中為第一和第二通孔26、28分別提供位移量測量機構44從而對第一和第二活塞36a、36b的位移量進行檢測的布置。可以只是為第一和第二通孔26、28中的一個提供位移量測量機構44從而對第一和第二活塞36a、36b中任何一個的位移量進行檢測。
線圈106在軸向(箭頭X1、X2的方向)上以一層或多層的方式基本上均勻地纏繞在桿104的外圓周表面周圍。
位移量測量機構44被操作來使得其上纏繞有線圈106的桿104在第一和第二活塞36a、36b的位移動作之下在桿孔94和孔96內位移。于是，線圈106的電感就發生變化，并且由連接到線圈106端部的第二檢測部110對這種電感變化進行檢測。
另一方面，例如，也可以提供位移量測量機構44a來代替上述位移量測量機構44。也就是說，如圖6所示，相應的線圈106a、106b在設有第二活塞36b的第一和第二汽缸內腔46b、48b的外側纏繞在主體12的外壁表面周圍。從而就能通過由該對線圈106a、106b所產生的輸出電壓或輸出頻率的差值來檢測第二活塞36b的位移量。
對于上述位移量測量機構44a，已經描述了一種布置，其中線圈106a、106b在第二通孔28的外側設在主體12上，以檢測第二活塞36b的位移量。然而，線圈106a、106b也可以設在第一通孔26的外側，以檢測第一活塞36a的位移量。可選的，主體12位于第一和第二通孔26、28外側的部分也可以分別地形成為圓柱形，其中線圈106a、106b分別纏繞在其周圍，以便對第一和第二活塞36a、36b的位移量都進行檢測。
而且，可選地，線圈106可以只是纏繞在第一汽缸內腔46a、46b或第二汽缸內腔48a、48b的外部之一的周圍，以便檢測第一活塞36a和第二活塞36b中任何一個的位移量。
如圖1和4所示，第二檢測部110安裝在主體12的側面上，以便借助于設在其中的未示出電感檢測器來檢測線圈106的電感變化。基于電感檢測器的輸出電壓或輸出頻率的輸出信號通過連接到第二檢測部110的控制電纜112輸出到未示出的控制器。于是，控制器就基于輸出信號計算第一和第二活塞36a、36b的軸向位移量。
夾緊部24設在主體12下面。夾緊部24包括一對可在轉變機構20的第一和第二活塞36a、36b的位移動作之下軸向地位移的接合元件114、一對連接到接合元件114并且沿著導軌64彼此間靠近和分離的第一區塊66、連接到第一區塊66的第二區塊116、以及一對分別連接到第二區塊116并且夾緊工件22的夾緊元件118a、118b。
接合元件114分別設在形成于主體12下部處的凹陷62中。為接合元件114形成有朝著布置在主體12內的第一和第二活塞36a、36b突出的凸起120(參見圖4)。凸起120通過插孔122被插入第一和第二活塞36a、36b的嚙合孔124內，該插孔122貫穿凹陷62以及主體的第一和第二通孔26、28。于是，當第一和第二活塞36a、36b在軸向上位移時，接合元件114就與第一和第二活塞36a、36b一起沿著凹陷62在軸向上位移。
如圖4所示，插孔122在主體12的軸向上延伸預定的長度。當第一和第二活塞36a、36b在軸向上位移時，它們一直被插孔122的外周邊表面所覆蓋。也就是說，防止了插孔122與第一汽缸內腔46a、46b以及第二汽缸內腔48a、48b相通。因為第一和第二頭部元件82、86上安裝有O形環90和活塞密封圈92，包含在第一汽缸內腔46a、46b和第二汽缸內腔48a、48b內的壓力流體就不會通過插孔122泄漏，因此就保持了氣密性。
第一區塊66沿著主體12的導軌64可位移地布置，并且借助于未示出的螺栓連接到接合元件114的下側部。因此，當接合元件114與第一和第二活塞36a、36b一起位移時，第一區塊66就在導軌64的導向動作之下軸向地線性位移。
如圖1和2所示，夾緊元件118a、118b通過孔(未示出)連接到第二區塊116的下部。夾緊元件118a、118b形成為向下延伸預定長度的軸。夾緊元件118a、118b的前端在彼此靠近的方向上傾斜預定的角度。而且，與夾緊元件118a、118b相比直徑減小的銷126a、126b分別安裝在其前端上。
一個夾緊元件118a借助于第一和第二區塊66、116連接到第一活塞36a，并且另一夾緊元件118b借助于第一和第二區塊66、116連接到第二活塞36b。夾緊元件118a、118b可在第一和第二活塞36a、36b的位移動作之下整體地位移。
根據本發明這個實施例的工件夾緊卡盤10基本上如上所述地構造。下面將解釋其操作、功能和效果。
首先，將針對通過對夾緊卡盤10的夾緊元件118a、118b的打開/閉合量進行控制來執行工件22的定位控制的情況進行解釋。
如圖7所示，在步驟S1中，首先，判斷是否應當控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合量，以便只是對工件22執行定位控制。如果只是利用夾緊元件118a、118b執行定位控制，路線進行到步驟S2。
在步驟S2，通過控制器將來自未示出的電源的電流作為控制信號(脈沖信號)應用到旋轉驅動源16(參見圖8所示的范圍8a)。基于控制信號，旋轉驅動源16就被驅動并旋轉預定量。在這種情況下，壓力流體就停止從未示出的壓力流體供應源供應到主體12的第一和第二端口32、34(參見圖8所示的范圍8a)。換言之，在這個步驟中只是控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合量從而只是執行例如工件22的定位操作。因此，此時不需要夾緊工件22所需的夾緊力。因此，就無需供應壓力流體。
從旋轉驅動源16供應的驅動力借助于齒輪部18經受預定的速度變化，并且隨后驅動力被傳遞到旋轉軸70。旋轉軸70順時針地旋轉(在圖3所示箭頭A1的方向上)。于是，與小齒輪50相嚙合的第一和第二活塞36a、36b就在彼此靠近的方向上位移。具體地，第一活塞36a朝著蓋罩38(在箭頭X1方向上)位移，并且第二活塞36b朝著位移量測量機構40(在箭頭X2方向上)位移。
于是，夾緊元件118a、118b借助于接合元件114在彼此靠近的方向上位移，該接合元件與第一和第二活塞36a、36b以及連接到接合元件114的第一和第二區塊66、116相嚙合。夾緊元件118a、118b在從而夾緊工件22的狀態下停止(參見圖1)。
如上所述，基于由控制器事先設定的控制信號來驅動旋轉驅動源16，并且旋轉驅動源16的驅動力被傳遞出去，同時借助于小齒輪50被轉變成該對第一和第二活塞36a、36b的往復線性位移。于是，連接到第一和第二活塞36a、36b的夾緊元件118a、118b就能打開和閉合預定的打開/閉合量。
在此過程中，當第一和第二活塞36a、36b位移時位移量測量機構44分別用來檢測線圈106中的電感變化。基于電感的這種變化所引起的輸出電壓或輸出頻率，可以檢測第一和第二活塞36a、36b的位移量。于是，可以基于第一和第二活塞36a、36b的檢測位移量更準確地控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合量。
位移量測量機構44包括桿104，線圈106相應于該對第一和第二活塞36a、36b分別纏繞在所述桿上，以便從而檢測第一和第二活塞36a、36b各自的位移量。因此，與其中只是一個桿104單獨地設有位移量測量機構44從而只是檢測第一和第二活塞36a、36b之一的位移量的情況相比，能改進分辨率。于是，在利用位移量測量機構44檢測第一和第二活塞36a、36b的位移量時能提高檢測準確度。換言之，可以抑止檢測準確度的分散，這種分散是由于使用夾緊卡盤10的環境產生變化所引起的。因此，就一直可以以穩定的方式獲得第一和第二活塞36a、36b的準確位移量。
于是，在執行夾緊元件對118a、118b相對于工件22的打開/閉合操作時以及在根據應用到旋轉驅動源16的控制信號控制旋轉驅動源16的旋轉量或旋轉角度時，能自由地控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合量。因此，可以執行工件22高度準確的定位。在此過程中，還可以控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合速度。
在步驟S3中，當夾緊部24的夾緊元件118a、118b執行打開/閉合操作以提供預定的打開/閉合量時，判斷是否已經完成工件22的定位操作，并且在確認已經完成定位操作時，基于圖7所示流程圖的這種過程就終止。如果由夾緊元件118a、118b進行的定位操作還沒有完成，那么路線就進行到步驟S2，并再次基于應用到旋轉驅動源16的控制信號用夾緊元件118a、118b來繼續執行打開/閉合操作，以繼續工件22的定位控制。
另一方面，在用夾緊卡盤10完成工件22的定位操作之后，工件22從由夾緊元件118a、118b實現的夾緊狀態中釋放出去。在此過程中，如圖8所示，首先停止將控制信號應用到旋轉驅動源16(參見圖8所示范圍8b)，并且隨后應用一個控制信號以使得旋轉驅動源16在相反方向上被驅動和旋轉(參見圖8所示范圍8c)。在此情況下，仍然停止壓力流體向夾緊卡盤10的供應(參見圖8所示范圍8b、8c)。
于是，在旋轉驅動源16的驅動動作之下，第一和第二活塞36a、36b在與執行定位操作時指定的方向相反的方向上位移。因此，連接到第一和第二活塞36a、36b的夾緊元件118a、118b在彼此分離的方向上位移。于是，工件22從由夾緊元件118a、118b實現的夾緊狀態中釋放出去。
以下將針對其中根據工件22的形狀來控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合量并且在工件22上執行夾緊操作的情況進行詳細地解釋。
首先，在如圖7所示的步驟S1中，判斷是否要以只是執行定位操作的方式來控制夾緊卡盤10的夾緊元件118a、118b的打開/閉合量。在這種情況下，路線進行到步驟S4，因為要與上述定位操作同時地執行工件22的夾緊操作。
換言之，當路線進行到步驟S2時，為了在步驟S1中只是用夾緊卡盤10執行定位控制，夾緊卡盤10放置在定位控制模式。當路線進行到步驟S4時，為了除了用夾緊卡盤10進行定位控制之外還執行工件22的夾緊，夾緊卡盤10布置在扭矩控制模式，其中能提供預定的夾緊力。
隨后，在步驟S4，電流作為控制信號(脈沖信號)從未示出的電源借助于控制器供應到旋轉驅動源16(參見圖9所示范圍9a)。旋轉驅動源16就基于控制信號而旋轉預定量。于是，在旋轉驅動源16的驅動動作之下，第一和第二活塞36a、36b就借助于小齒輪50在軸向上位移。連接到第一和第二活塞36a、36b的夾緊元件118a、118b就在彼此靠近的方向上位移。工件22的定位控制由夾緊元件118a、118b執行。在此情況下，對于主體12的第一和第二端口32、34就停止了壓力流體從壓力流體供應源的供應(參見圖9所示范圍9a)。
隨后，確定是否從將控制信號供應到旋轉驅動源16已經消逝了預定時間T1(例如100至200秒)。如果消逝時間小于預定時間T1(T1＞T)，路線就再次重復步驟S4。如果消逝時間不小于預定時間T1(T1≤T)，路線進行到步驟S6。
在步驟S6，如圖9所示，控制信號持續地輸出到旋轉驅動源16，同時壓力流體從未示出的壓力流體供應源供應到第二端口34(參見圖9所示范圍9b)。在此情況下，第一端口32處于朝著大氣打開的狀態。壓力流體就從第二端口34經過第二通道56被引入第一通孔26的第二汽缸內腔48a。于是，第一活塞36a被壓向蓋罩38(在箭頭X1方向上)。而且，從第二汽缸內腔48a經過第四通道60引入第二通孔28的第一汽缸內腔46b的壓力流體將第二活塞36b壓向位移量測量機構44(在箭頭X2方向上)。
也就是說，從旋轉驅動源16供應的旋轉驅動力在小齒輪50和齒條部100的嚙合作用下作為驅動力在軸向上應用到第一和第二活塞36a、36b。而且，由從第二端口34供應的壓力流體施加的壓力被應用到第一和第二活塞36a、36b。在此情況下，驅動力和壓力都在相同方向上(在箭頭X1方向上)應用到第一活塞36a，并且驅動力和壓力都在相同方向上(在箭頭X2方向上)應用到第二活塞36b。
于是，與由旋轉驅動源16施加的驅動力相結合及作為其的補充，由壓力流體施加的壓力應用到可在第一和第二活塞36a、36b的位移動作之下位移的夾緊元件118a、118b。因此，就能獲得夾緊工件22的更大夾緊力。
在步驟S6，進行控制以使得壓力流體只是在控制信號已經輸出到旋轉驅動源16之后再消逝預定時間T1之后才供應。例如，如果壓力流體是在控制信號已經輸入到旋轉驅動源16之前供應的話，第一和第二活塞36a、36b就在壓力流體實現的加壓作用下軸向地位移。因此，一個負荷就施加在旋轉軸70的小齒輪50與第一和第二活塞36a、36b的齒條部100之間的嚙合部，因此就導致齒條部100和小齒輪50的耐用性降低。
因此，如上所述，進行控制以使得壓力流體只是在控制信號已經輸出到旋轉驅動源16之后再消逝預定時間T1之后才供應。于是，小齒輪50和齒條部100的齒輪齒98之間就不會出現特別大的負荷，并且因而齒條部100和小齒輪50的耐用性就不會降低。
在步驟S7，確認是否該對夾緊元件118a、118b已經正確地夾緊了工件22，并且隨后完成夾緊部24的夾緊元件118a、118b的夾緊操作。如果還沒有完成夾緊操作，路線就進行到步驟S6。在已經完成夾緊操作時，基于圖7所示流程圖的這種過程就終止。
另一方面，當工件22從夾緊卡盤10所實現的夾緊狀態中釋放出來時，就停止壓力流體向第二端口34的供應，并且停止已經應用到旋轉驅動源16的控制信號，如圖9所示(參加圖9所示范圍9c)。然而，應用一個控制信號以使得旋轉驅動源16在相反的方向上被驅動和旋轉(參加圖9所示范圍9d)。在驅動旋轉驅動源16之后再消逝了預定時間T2之后，將壓力流體供應到第一端口32(參加圖9所示范圍9e)。在此情況下，第二端口34處于朝著大氣開放的狀態。
于是，依照旋轉驅動源16的驅動力和壓力流體施加的壓力，第一和第二活塞36a、36b就在與夾緊工件22時所指定的方向相反的方向上位移。因此，連接到第一和第二活塞36a、36b的夾緊元件118a、118b就在彼此分離的方向上位移。于是，工件22就從由夾緊元件118a、118b實現的夾緊狀態中釋放出去。
如上所述，在本發明的實施例中，可以根據夾緊卡盤10的使用狀態來選擇和切換操作，以使得夾緊元件118a、118b可以用只是由旋轉驅動源16施加的驅動力來進行打開/閉合操作，或者可選地，夾緊元件118a、118b可以用除了旋轉驅動源16的驅動力之外還由壓力流體所施加的壓力來進行打開/閉合操作。因此，通過控制旋轉驅動源16的旋轉量或旋轉角度以便從而自由且高度準確地控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合量，夾緊卡盤10能用來高度準確和可靠地夾緊和定位工件22。而且，在由壓力流體實現的加壓動作之下，能可靠地用足夠的夾緊力來夾緊工件22。換言之，夾緊卡盤10提供有能應用到工件22的定位和夾緊功能。在這種布置中，還可以控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合速度。
例如，在其中工件只是被旋轉驅動源的驅動力所夾緊的電動夾緊卡盤的情況下，在希望提供基本上等于常規氣動型夾緊卡盤的夾緊力時，必須提供較大的旋轉驅動力。然而，這就出現了一個問題，從而整個夾緊卡盤變得就尺寸很大，因為旋轉驅動源的尺寸很大，并且因此其成本就比較昂貴。
相反，在本發明的夾緊卡盤10的情況中，只是利用旋轉驅動源16的驅動力來執行工件22需要準確度的定位控制，以實現夾緊元件118a、118b的打開/閉合操作。當工件22被夾緊時，就通過給旋轉驅動源16的驅動力增加由壓力流體引起壓力來實現預定的夾緊力。于是，無需增大旋轉驅動源16的大小來增大夾緊力。因此，可以實現包括有旋轉驅動源16的夾緊卡盤10的較小尺寸。
而且，在主體12內設有位移量測量機構44。位移量測量機構44用來分別測量第一和第二活塞36a、36b在軸向上的位移量。因此，可以高度準確地檢測連接到第一和第二活塞36a、36b的該對夾緊元件118a、118b的打開/閉合量。于是，例如在利用夾緊元件118a、118b執行工件22的定位時能進行高度準確的控制。
以下將針對圖10A至10D所示情況進行解釋，其中基本上C形的工件22a被上述夾緊卡盤10所夾緊，并且其中工件22a被安裝在形成于圓柱形元件128的環形槽130內(參見圖10C和10D)。銷孔132a、132b分別形成于工件22a的開口端。
首先，參照圖10A，控制夾緊元件118a、118b的打開/閉合量以執行定位控制，以便將夾緊元件118a、118b的銷126a、126b插入工件22a的銷孔132a、132b。在此情況下，事先在控制器(未示出)中設定工件22a的銷孔132a、132b之間的間隔距離L1。控制信號從控制器應用到旋轉驅動源16以根據間隔距離L1執行夾緊元件118a、118b的打開/閉合操作。
夾緊元件118a、118b在旋轉驅動源16的驅動動作之下彼此靠近或彼此遠離地位移。當銷126a和銷126b之間的間隔距離L2等于銷孔132a、132b之間的間隔距離L2(L1＝L2)時，停止夾緊元件118a、118b的打開/閉合操作。在此情況下，停止壓力流體向夾緊卡盤10的供應。
隨后，利用例如未示出的運動單元使整個夾緊卡盤10向下位移。夾緊元件118a、118b的銷126a、126b就被插入工件22a的銷孔132a、132b。此后，將控制信號從未示出的控制器應用到旋轉驅動源16。同時地，通過主體12的第一或第二端口32、34供應壓力流體。
于是，在由轉變機構20實現的第一和第二活塞36a、36b的位移動作之下，夾緊元件118a、118b就在彼此靠近的方向上位移。工件22a的開口端就分別在彼此靠近的方向上位移。工件22a逆著排斥力徑向向內地變形，以使得其直徑減小(參見圖10B)。
隨后，如圖10C所示，在工件22a的開口部分閉合的情況下，工件22a被夾緊卡盤10位移入圓柱形元件128。工件22a被位移使得工件22a的外圓周表面與圓柱形元件128的環形槽130相對。
最后，停止壓力流體向夾緊卡盤10的供應，并且第一或第二端口32、34向大氣開放。而且，應用一個控制信號以使得旋轉驅動源16在與上述相反的方向上被驅動和旋轉。于是，在旋轉驅動源16的驅動動作之下，夾緊元件118a、118b就在彼此分離的方向上位移。于是，工件22a就從工件22a的開口部被夾緊元件118a、118b所閉合的狀態下釋放出去。工件22a由排斥力徑向向外地伸展，以使得其直徑增大，從而工件22a就被安裝入環形槽130(參見圖10D)。
如上所述，在夾緊卡盤10的情況下，根據控制信號，通過控制旋轉驅動源16的旋轉量或旋轉角度，就能自由地控制該對夾緊元件118a、118b的打開/閉合量，其中控制信號從未示出的控制器供應。因此，例如，夾緊元件118a、118b的銷126a、126b能容易地插入工件22a的該對銷孔132a、132b中，該對銷孔彼此間分開預定的間隔距離。在夾緊工件22a時，除了由旋轉驅動源16所引起的驅動力之外，由壓力流體所引起的壓力被應用到夾緊元件118a、118b。因此，可以為工件22a獲得希望的夾緊力。
另一方面，如圖11所示，當工件22b(比如電子零件)被安裝到基片136上并且與多個其它電子零件134a、134b一起裝配時，那么首先通過未示出的控制器將控制信號應用到旋轉驅動源16，并且進一步地，在壓力流體供應到主體12的汽缸內腔的情況下用夾緊元件118a、118b夾緊工件22b。夾緊卡盤10被向下位移以使工件22b前進入相鄰電子零件134a、134b之間的空間。
隨后，工件22b被安裝到基片136上，并且隨后停止壓力流體的供應，因此汽缸內腔的內部就處于朝著大氣開放的狀態。而且，將極性與上述控制信號相反的控制信號應用到旋轉驅動源16。于是，就在相反的方向上驅動和旋轉該旋轉驅動源16，并且因而夾緊元件118a、118b就在彼此分離的方向上位移。于是，工件22b就從由夾緊元件118a、118b所實現的夾緊狀態中釋放出來(參考圖11中兩點式鏈線所示的形狀)。
在此過程中，測量夾緊元件118a、18b被前進進入的相鄰電子零件134a、134b之間的距離L3，并且事先在控制器(未示出)中進行設定，因此基于事先測量的間隔距離L3來提供夾緊元件118a、18b的打開/閉合量。控制信號從控制器應用到旋轉驅動源16。于是，當夾緊元件118a、18b在彼此分開的方向上打開時能控制夾緊元件118a、18b的位移量。因此，當工件22b從由夾緊元件118a、118b所實現的夾緊狀態中釋放出來時，夾緊元件118a、118b就不會與相鄰的電子零件134a、134b產生任何接觸。于是，即使是在有限的空間中也能可靠地執行夾緊元件118a、118b的打開操作。
換言之，通過根據應用到旋轉驅動源16的控制信號來控制旋轉驅動源16的旋轉量或旋轉角度，能在將工件22b從其夾緊狀態釋放所需的最小位移量之下打開夾緊元件118a、118b。
另外，還將針對一種情況進行解釋，其中選擇多個不同形狀的工件138a至138c中的一個并用夾緊元件118a、118b夾緊，以便將所選工件移動和插入分別與工件138a至138c的形狀相應的多個安裝孔140a至140c的一個里，如圖12A和12B所示。以下解釋將針對包括在多個工件138a至138c中的中央工件138b被夾緊和移動的情況進行描述。
首先，在夾緊元件118a、118b在彼此分開的方向上被位移到完全打開的狀態下，向下移動夾緊卡盤10以使得工件138b被定位在夾緊元件118a、118b之間。在通過控制器(未示出)將控制信號應用到旋轉驅動源16時，夾緊元件118a、118b在彼此靠近的方向上位移，從而夾緊元件118a、118b緊靠著工件138b的兩個側面(參見圖12A)。
在此情況下，由位移量檢測機構44檢測轉變機構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，未示出的控制器計算出工件138b的橫向尺寸W1。在此情況期間，停止壓力流體向夾緊卡盤10的供應。
隨后，從控制器將控制信號輸出到旋轉驅動源16，同時壓力流體通過第二端口34供應到汽缸內腔。于是，通過轉變機構20的第一和第二活塞36a、36b的位移，夾緊元件118a、118b在彼此靠近的方向上位移。因此，夾緊元件118a、118b就夾住了工件138b。
基于由控制器計算的工件138b的橫向尺寸W1確定安裝孔140b的位置，該安裝孔的橫向尺寸W2與工件138b的橫向尺寸W1相一致。工件138b借助于夾緊卡盤10被插入安裝孔140b(參見圖12B)。
最后，停止壓力流體向夾緊卡盤10的供應，并且隨后壓力流體供應到與上述第二端口34相對的第一端口32。而且，在與上述相反的方向上驅動和旋轉該旋轉驅動源16。于是，夾緊元件118a、118b就在彼此分離的方向上位移，并且工件138b就從由夾緊元件118a、118b所實現的夾緊狀態中釋放出來。
如上所述，在夾緊元件118a、118b夾住工件138a至138c中的每個時，能基于第一和第二活塞36a、36b的位移量來測量工件138a至138c的尺寸，如同位移量測量機構44進行的測量那樣。被測量工件138a至138c中的每個隨后能被移動和插入例如相應于工件外部尺寸的適當安裝孔140a至140c。
本發明并不限于夾緊卡盤10必須固定到機床的軸的前端這種情況，其中通過將電流和壓力流體供應到夾緊卡盤10來自動地執行定位和夾緊工件22、22a、22b、138a至138c的操作。如同如圖13所示的夾緊卡盤10的修改實施例那樣，可以提供另一種布置，其中能由操作員152的手154來握緊夾緊卡盤，以便執行例如夾緊、移動或裝配工件的操作。
根據該修改實施例的夾緊卡盤10包括凹狀/凸狀把手158，其形成于固定到主體12上部的殼體156的外部，以使得操作員152能容易地用一只手154握緊夾緊卡盤150。而且，例如，在殼體156的上部還提供有用于實現夾緊元件118a、118b的打開/閉合操作的打開/閉合開關160、用于調節夾緊元件118a、118b的打開/閉合量的調節按鈕162、用于將夾緊卡盤150的的電源打開或切斷的電源開關164、以及多個用于視覺地識別打開/閉合開關160等的操作狀態的指示燈166。與根據本發明上述實施例的夾緊卡盤10相同的結構部件被標識為相同的附圖標記，并且省略其詳細解釋。
在夾緊卡盤150的情況下，操作員152通過操縱電源開關164來打開夾緊卡盤150的電源。依照未示出的工件的形狀，借助于調節按鈕162來調節夾緊元件118a、118b的打開/閉合量。此后，在壓下打開/閉合開關160時，夾緊元件118a、118b受到打開/閉合操作，從而可以與工件的形狀無關地方便地執行工件的定位或夾緊。
與其中操作員152必須利用工具等來執行工件的夾緊或定位操作或者工件的裝配操作的情況相比，利用夾緊卡盤150能用穩定的夾緊力可靠地夾緊工件。因此，例如在執行裝配工件的操作時能提高生產效率。而且，在執行定位操作時，也能更準確和穩定地定位工件。
雖然已經參照優選實施例具體地示出和描述了本發明，但是能理解到，在不偏離本發明如所附權利要求所限定的精神和范圍之下，本領域的技術人員能對其作出很多變化和變型。
權利要求
1.一種用于借助于一對可打開/閉合的夾緊元件(118a，118b)來夾緊工件(22)的工件夾緊卡盤(10)，所述工件夾緊卡盤(10)包括具有一對端口(32，34)和汽缸內腔(46a，46b；48a，48b)的主體(12)，壓力流體供應入所述端口并且所述壓力流體被引入所述汽缸內腔；連接到所述主體(12)的驅動部(16)，該驅動部根據電信號來驅動和旋轉小齒輪(50)；一對可在所述汽缸內腔(46a，46b；48a，48b)中軸向地位移的活塞(36a，36b)，其中驅動力從所述驅動部(16)通過與所述小齒輪(50)相嚙合的齒條槽(100)傳遞到所述活塞(36a，36b)；夾緊部(24)，其包括連接到該對活塞(36a，36b)的該對夾緊元件(118a，118b)，其中所述夾緊元件(118a，118b)可在所述活塞(36a，36b)的位移動作之下打開/閉合；和位移量測量機構(44，44a)，其檢測所述活塞(36a，36b)在所述軸向上的位移量，其中所述活塞(36a，36b)相對于所述小齒輪(50)的中心彼此相對地布置，并且通過應用來自所述驅動部(16)的所述驅動力和/或由所述壓力流體施加的壓力，所述活塞(36a，36b)在所述軸向上位移。
2.根據權利要求1的工件夾緊卡盤，其中所述位移量測量機構(44)檢測該對活塞(36a，36b)中至少一個的位移。
3.根據權利要求2的工件夾緊卡盤，其中所述位移量測量機構(44)設在所述汽缸內腔(46a，46b；48a，48b)的所述軸向上的第一端側和第二端側中的至少一個上，所述活塞(36a，36b)在所述汽缸內腔(46a，46b；48a，48b)內位移。
4.根據權利要求3的工件夾緊卡盤，其中所述位移量測量機構(44)包括桿(104)和線圈(106)，所述桿(104)設在所述汽缸內腔(46a，46b；48a，48b)的所述第一端和所述第二端中的至少一個上，所述桿(104)朝著所述汽缸內腔(46a，46b；48a，48b)突出并且被插入所述活塞(36a，36b)，所述線圈(106)在所述軸向上纏繞在所述桿(104)的外圓周表面周圍；和當所述活塞(36a，36b)在所述軸向上位移時檢測從所述線圈(106)供應的輸出電壓或輸出頻率。
5.根據權利要求1的工件夾緊卡盤，其中所述位移量測量機構(44a)具有在所述軸向上徑向向外地纏繞在所述汽缸內腔(46a，46b；48a，48b)周圍的線圈(106)，并且當所述活塞(36a，36b)基本上與所述線圈(106)平行地位移時檢測從所述線圈(106)供應的輸出電壓或輸出頻率。
6.根據權利要求1的工件夾緊卡盤，其中該對活塞(36a，36b)包括通過與所述小齒輪(50)相嚙合而在相互相對的方向上位移的一個活塞(36a)和另一個活塞(36b)。
7.根據權利要求1的工件夾緊卡盤，其中該對夾緊元件(118a，118b)的前端被布置和傾斜為使得所述前端彼此靠近。
8.根據權利要求7的工件夾緊卡盤，其中銷(126a，126b)設在該對夾緊元件(118a，118b)的所述前端處，每個銷的直徑形成為小于每個所述夾緊元件(118a，118b)的直徑。
9.根據權利要求1的工件夾緊卡盤，其中所述驅動部(16)包括用于檢測所述驅動部(16)的旋轉驅動量的檢測部(68)。
10.根據權利要求1的工件夾緊卡盤，其中所述主體(12)包括導軌(64)，其線性地和可位移地引導該對夾緊元件(118a，118b)所連接到的區塊(66，116)。
11.一種用于控制借助于可打開/閉合的夾緊部(24)來定位工件(22)的工件夾緊卡盤(10)的方法，所述方法包括將電信號應用到驅動部(16)，用于通過驅動和旋轉被連接到所述驅動部(16)上的小齒輪(50)來在軸向上移動通過齒條部(100)與所述小齒輪(50)相嚙合的活塞(36a，36b)；和當一對連接到所述活塞(36a，36b)的夾緊元件(118a，118b)被打開和閉合時，用位移量檢測機構(44)檢測所述活塞(36a，36b)的位移量，其中通過任意地控制所述夾緊元件(118a，118b)的打開/閉合量來定位所述工件(22)。
12.根據權利要求11的用于控制所述工件夾緊卡盤的方法，還包括驅動所述驅動部(16)以使所述夾緊元件(118a，118b)受到所述閉合操作，從而借助于由所述驅動部(16)所施加的驅動力來夾緊所述工件(22)；和當在驅動所述驅動部(16)之后再消逝預定時間時，通過經由限定在主體(12)內的端口(32，34)將壓力流體供應到所述汽缸內腔(46a，46b；48a，48b)從而在軸向上對所述活塞(36a，36b)施壓，其中所述工件被由所述驅動部(16)施加的所述驅動力和由所述壓力流體所施加的壓力所夾緊。
13.根據權利要求12的用于控制所述工件夾緊卡盤的方法，其中通過控制應用到所述驅動部(16)的所述電信號來控制所述活塞(36a，36b)和所述夾緊元件(118a，118b)的位移速度。
全文摘要
工件夾緊卡盤包括設在主體(12)中的轉變機構(20)，其將來自旋轉驅動源的驅動力轉變成軸向上的位移。在小齒輪(50)的旋轉動作之下，轉變機構(20)的第一和第二活塞(36a，36b)在軸向上位移。而且，通過相應地從形成于主體(12)中的第一或第二端口(32，34)供應壓力流體，在軸向上移動第一和第二活塞(36a，36b)。在旋轉驅動源的驅動動作之下，可借助于一對夾緊元件(118a，118b)來定位工件，并且除了驅動力之外還通過應用壓力流體的壓力來借助于夾緊元件(118a，118b)進一步夾緊工件。
文檔編號B23B31/30GK1817531SQ20061000458
公開日2006年8月16日 申請日期2006年2月9日 優先權日2005年2月10日
發明者五月女元廣, 津田裕司 申請人:Smc株式會社