旋轉夾緊缸致動器的製作方法
2023-11-04 13:18:22
專利名稱：旋轉夾緊缸致動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及旋轉夾緊缸致動器，其具有連接於活塞杆自由端的夾緊臂，活塞杆連接於液缸致動器活塞，使夾緊臂能夠在工件前的夾緊位置和與工件分開的非夾緊位置之間轉動。
JP-B-62-5739的
圖1中所示的一種公知的夾緊缸致動器具有一根活塞杆，在其外表面上設有一條導槽，該導槽由一個傾斜於其軸線延伸的螺旋引導部分和一個與螺旋引導部分連續且相應於夾緊角位的直線引導部分；以及一個導向構件如導銷，其連接於一個端蓋並可滑動地與導槽接合。當裝配在缸的缸孔中且連接於活塞杆的活塞從其後端位置前移時，一連接於活塞杆末端且位於工件前的夾緊角位上的夾緊臂當導槽的直線引導部分相對於導向構件移動時沿直線從工件移開。當活塞杆進一步前移時，導槽的螺旋引導部分相對於導向構件移動，因而夾緊臂被轉至與工作分開的非夾緊角位。
非夾緊角位是由導向構件相對於導槽的螺旋引導部的位置確定的，因而非夾緊角位取決於活塞的行程。因此，夾緊臂不能精確地轉過預定角度，而且夾緊臂不能精確地轉至非夾緊角位，除非夾緊缸致動器的構件被適當地操縱以精確地確定活塞的行程。當夾緊工件的夾緊臂從夾緊角位移至非夾緊角位時，螺旋引導部分的末端與導向構件接觸，旋轉的夾緊臂的慣性力在導向構件和導槽的螺旋引導部分上作用劇烈的衝擊，這會引起導向構件和活塞杆的相應於螺旋引導部分的部分的磨損，從而縮短夾緊缸致動器的壽命。
當與螺旋引導部分進入與相應於夾緊角位的直線引導部分接合時，夾緊臂以及活塞杆停止在夾緊角位上。但是，如不在導向構件上作用劇烈的衝擊就不清楚夾緊臂是否能夠精確地停止在夾緊角位上。
由於活塞杆隨活塞轉動，因而圍繞活塞安裝以密封活塞和限定缸孔的缸壁之間的間隙的密封件(填密圈)對活塞杆的轉動作用一個阻力。該阻力的效應是通過密封件和缸壁之間的摩擦及缸孔的內徑來確定的。因此，夾緊臂不能被轉動，除非足以反抗阻力效應而轉動活塞的軸向壓力作用在活塞上。
因此，本發明的目的是提供一種旋轉夾緊缸致動器，即使其中的活塞行程不被精確控制，它也能夠使夾緊臂轉過一個固定的角度，並且當在非夾緊角位上停止夾緊臂時能夠減小夾緊臂慣性力的作用。
本發明的第二個目的是提供一種互鎖機構，與使導槽和導銷互鎖的滑動導向機構相比較，它對互鎖構件的相對運動作用較小的阻力。
本發明的第三個目的是提供一種杆轉動機構，它具有一根固定一轉動構件如夾緊臂的轉動杆，並且能夠在轉動構件的轉動的兩相反的終端減小轉動構件的慣性力以逐漸停止轉動構件，並且能夠以高的轉動速度使轉動構件開始轉動。
本發明的第四個目的是提供一種旋轉夾緊缸致動器，它具有一個在低阻力下且無需高工作壓力就能夠轉動的旋轉構件。
按照本發明，一種旋轉夾緊缸致動器包括一個缸；一個設置在缸中的活塞；一個安裝在缸的前端的前端罩；一個可轉動的活塞杆，在其外表面設有一條導槽，所述活塞杆容鈉在缸內以便穿過前端罩伸出，並能夠繞其軸線轉動；一個導向構件，它安裝在缸和活塞中的一個上並接合在活塞杆的導槽中，以便能夠在平行於活塞杆軸線的方向上相對於活塞杆移動；以及一條夾緊臂，它連接於活塞杆的自由端，並能夠與活塞杆一起在一夾緊角位和一非夾緊角位之間轉動；其中導槽具有一個傾斜於活塞杆軸線延伸以轉動活塞杆的傾斜引導部分、一個連接於傾斜引導部分的一端且相應於夾緊角位的第一直線引導部分和一個連接於傾斜引導部分另一端且相應於非夾緊角位的第二直線引導部分，傾斜引導部分和第二直線引導部分的連接使導向構件的中心當導向構件相對於活塞杆從傾斜引導部分移至相應於非夾緊角位時基本沿一圓弧移動。
由於當導向構件從傾斜引導部分移至相應於非夾緊角位的第二直線引導位置時，導向構件的中心沿圓弧移動，因而導向構件能夠很順利地相對於活塞杆移動。由於活塞杆在直線移動後停止，而不是當其正在轉動時突然停止，因而轉動中的夾緊臂的轉動慣性力可以在夾緊臂在未夾緊角位停止前被減小。由於活塞杆(以及夾緊臂)的兩個停止角位之間的角度間隔取決於第一和第二直線引導部分之間的角度間隔，因而活塞的行程無需精確地控制，兩停止角位之間的角度間隔可以通過適當加工活塞杆而得到精確的確定。
導槽的傾斜引導部分和相應於未夾緊角位的第二直線引導部分被一個具有圓弧形狀的弓形連接部分所連接，活塞杆被活塞推動時傾斜引導部分的接合導向構件的夾緊導向面，以及相應於未夾緊角位的第二直線引導部分的一個導向面被一個弓形連接面連接，當導向構件被弓形連接部分中的弓形連接面引導時，導向構件的中心沿一圓弧移動。
在弓形連接部分中，當活塞杆被活塞推向非夾緊角位時傾斜引導部分接合導向構件的非夾緊導向面，以及相應於非夾緊角位的第二直線引導部分的另一導向面最好被一弓形連接面連接，當導向構件相對於活塞沿弓形連接面移動時，導向構件的中心沿一圓弧移動。
由於弓形連接部分的中心線兩相反側上的導向面是弓形連接面，因而當導向構件相對於活塞沿任一弓形連接面移動時導向構件的中心沿一圓弧移動。
最好導槽具有半圓形橫截面，導向構件是能沿導槽滾動的滾珠，鋼滾珠受到支承以便在一個軸承構件中轉動。
由於作為導向構件的滾珠沿導槽滾動，因而對活塞杆運動的阻力相對較小。
最好活塞杆在一個第一端部角位和一個第二端部角位之間轉動，活塞杆從第一端部角位轉向第二端部角位而作正轉，從第二端部角位轉向第一端部角位而作反轉，導槽的兩相對導向面分別用作正轉的第一導向面和反轉的第二導向面，從而引導導向構件，使導向構件當活塞杆分別為正轉和反轉而轉動時相對於活塞杆沿不同的路徑移動，正轉的第一導向面和反轉的第二導向面形成引導導向構件的形狀，使導向構件相對於活塞沿一條傾斜於活塞杆軸線的路徑移動，將作用在活塞杆上的推力轉換成將活塞杆從第一端部角位轉向第二端部角位的轉矩，相對於活塞杆在活塞杆運動的最後階段中沿一條正弦曲線或餘弦曲線形狀的路徑移動，以及相對於活塞杆移動而在第二端部角位上不產生任何轉矩。
最好，正轉的第一導向面和反轉的第二導向面形成得使導向構件相對於活塞杆沿一條具有一段正弦曲線或餘弦曲線形狀的路徑移動。
最好，第一和第二導向面形成得在轉動終點上正弦或餘弦曲線的切線平行於活塞杆軸線，而在轉動開始點上正弦或餘弦曲線的切線傾斜於活塞杆軸線。
最好，導槽形成得使導向構件正轉路徑上的轉動開始點與導向構件反轉路徑上的轉動終止點軸向分開一個距離，並使導向構件正轉路徑上的轉動終止點與導向構件反轉路徑上的轉動開始點軸向分開一個距離。
最好，活塞杆在一個第一端部角位和一個第二端部角位之間轉動，活塞杆從第一端部角位轉向第二端部角位而正轉，從第二端部角位轉向第一端部角位而反轉，導槽的兩相對導向面分別用作正轉的第一導向面和反轉的第二導向面，因而使導向構件當活塞杆分別為正轉和反轉而轉動時相對於活塞杆沿導槽中的不同路徑移動，正轉的第一導向面和反轉的第二導向面形成引導導向構件的形狀，使導向構件相對於活塞杆沿一條傾斜於活塞杆軸線的路徑移動，以便將作用在活塞杆上的推力轉換成在轉動開始點的轉矩，使導向構件相對於活塞沿一條逐漸減小由作用在活塞杆上的推力產生的轉矩的路徑移動，以及使導向構件相對於活塞杆移動而不在轉動終止點產生任何轉矩。
最好，在缸一端由前端罩封閉的那種旋轉夾緊缸致動器中，連接於活塞的活塞杆從前端罩向外伸出；導向構件與前端罩相結合以使接合在活塞杆中形成的導槽內，從而當活塞杆被活塞軸向移動時，活塞杆轉動，活塞杆與活塞連接得可以相對於活塞轉動。
最好，通過在活塞杆的一個端部減小直徑而在活塞杆上形成一個減小部分和一個肩部，活塞杆的減小部分裝配在活塞中形成的中心孔中，一個用於將活塞杆的減小部分固定在活塞中的保持件安裝在活塞杆的減小部分的末端上，使活塞保持在活塞杆的肩部和保持件之間，在活塞和活塞杆的肩部之間有一個間隙，活塞杆可相對於活塞轉動。
最好，在活塞杆的減小部分和限定活塞中心孔的壁之間的間隙被一個密封件密封。
由於活塞杆的連接部分的直徑小於活塞的直徑，因而當活塞杆相對於活塞轉動時，活塞並不轉動。由於對活塞杆轉動的阻力小於活塞與活塞杆一起轉動時作用在活塞杆上的阻力，因而通過在活塞上施加一個低的工作壓力就可以轉動活塞杆。
由於導向構件是一滾珠，滾珠受到支承以便在軸承構件中轉動，因而導向構件對活塞杆的轉動的阻力低，所以旋轉夾緊缸致動器可以藉助進一步減小的工作壓力來操縱。
附圖簡要說明如下圖1是本發明第一實施例中的旋轉夾緊缸致動器的縱剖圖；圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線截取的放大橫剖圖；圖3是圖1所示旋轉夾緊缸致動器的平面圖；圖4是在圖1中箭頭Ⅳ的方向上的視圖；圖5是在圖1的旋轉夾緊缸中的活塞杆上形成的導槽的展開圖；圖6A至6D是用於說明圖1所示旋轉夾緊缸致動器的動作的示意圖；圖7A和7B是圖5所示導槽的變型的示意圖；圖8是本發明第二實施例中的旋轉夾緊缸致動器的橫剖圖；圖9是圖8所示旋轉夾緊缸致動器中採用的導槽的展開圖；圖10是用於說明導槽的一部分的示意圖；圖11是用於說明導槽的一部分的示意圖；圖12A至12D是用於說明圖8所示旋轉夾緊缸致動器的動作的示意圖；圖13是圖8所示旋轉夾緊缸致動器中使用的導槽的變型的展開圖；圖14是說明本發明效果的示意圖。
現在參閱表示本發明第一實施例中的旋轉夾緊缸致動器的圖，缸1是用擠壓法或冷拉法製成的鋁管形成的，如圖2所示，它具有限定缸孔5的側壁1a，並且在其外表面設有縱向傳感器固定槽2。在側壁1a中形成多個縱向螺栓通孔3和縱向流體孔4a和4b。當缸1是擠壓法形成的鋁管時，缸孔5通過冷拉法高精度地精加工，而黑色金屬材料或非磁性材料的缸的缸孔則必須用機加工精製，冷拉法形成的缸的缸孔無需任何精加工，因而冷拉法可低成本地製成缸。缸1的側壁1a在其外表面除傳感器固定槽2以外還設有多條相對較寬、相對較淺的周向槽6。槽6可保證操作者牢固抓握缸1，減小在圍繞缸1的缸中的缸1的外表面部分的面積以使缸1的外表面不受損傷，並且可改善缸1的外觀。
一個導向構件座7具有一個外徑等於缸1外徑的凸緣8和一個從凸緣8的後表面9向後(在圖1中看去向下)突伸、裝配在缸孔5中的圓筒形固定部分10。凸緣8在其前表面(在圖1中看去的上表面)上設有一個淺凹部11。導向構件座7的凸緣8設有分別相應於缸1的通孔3的通孔12。導向構件座7設有連接通道14和15，連接通道14用於使前端罩13中形成的第一連接孔22a和裝在缸孔5中的活塞43的前側上的前腔P1相互連接，連接通道15用於使孔4b和在前端罩13中形成的第二連接孔22b相互連接。
前端罩13具有一個孔16，活塞杆40穿過該孔。由於活塞杆40沿孔16的壁滑動，因而前端罩是用耐磨的黑色金屬材料如珠光體延性鑄鐵製成的。前端罩13具有徑向伸出缸1外周邊界的基本呈矩形的形狀，並且在其後表面17設有一個矮凸臺18，凸臺18裝配在導向構件座7的凸緣8的凹部11中。前端罩13的凸臺18和導向構件座7的圓筒形固定部分10具有相同的外徑。後表面17的面對導向構件座7的凸緣8的前端面(在圖1中看去是上端面)的部分是密封面19。後表面17的包圍密封面19的部分是與密封面19齊平的接合面20。
如圖3所示，第一孔21a和第二孔21b在前端罩13的側表面13a上敞開。第一孔21a連接於在凸臺18的後端面(在圖1中看去是下端面)敞開的第一通道22a，第二孔21b連接於在密封面19上敞開的第二通道22b。如圖4所示，連接於孔21a和21b的孔23a和23b可在接合面20上敞開。可以任選孔21a和21b或孔23a或23b。
缸1的敞開的後端(在圖1中看去的下端)由後端罩27覆蓋。如圖4所示，後端罩27設有槽28，通過所述槽傳感器110插在傳感器固定槽2，以及相應於缸1的通孔3的孔29中。後端罩27是通過加工一個拉制的鋁塊形成的。預定厚度的工件是從拉制的鋁塊切下的，工件經過機加工而形成一個裝配在缸孔5中的矮凸臺30、一個用於接納活塞杆40的後端部的凹部31、一條使活塞43後側上的後腔P2和孔4彼此相連的連接槽32和圍繞通孔29的邊緣的沉孔33。後端罩27的面對缸1的前表面在密封面34中被精加工。連接槽32在凸臺30和密封面34中形成。每個密封墊是由夾在橡膠或類似物的彈性片之間的薄金屬片製成的。
密封墊35,36和37分別夾在前端罩13的後表面17和導向構件座7之間、導向構件座7和缸1的前端之間，以及後端罩27和缸1的後端之間。
夾置在後端罩27和缸1之間的密封墊37在其分別相應於傳感器固定槽28、通孔29和連接槽32的部分中設有開口。密封墊37圍繞凸臺30裝配。夾置在前端罩13和導向構件座7之間的密封墊35在其分別相應於螺孔24、第二連接通道22b、孔23a和23b和通孔26的部分中設有開口。密封墊35裝配在凸臺18上並在密封面19和接合面20上延伸。夾置在導向構件座7和缸1的前端之間的密封墊36在其分別相應於通孔12和連接通道15的部分中設有開口。
前端罩13、導向構件座7、缸1、後端罩27和密封墊35,36,37適當地布置，四個螺栓38穿過後端罩27的通孔29、缸1的通孔3和導向構件座7的通孔12，螺栓38的螺紋端部擰在前端罩13的螺孔24內，以便將上述構件固定在一起完成缸組件。上述構件(13,7,1和27)的接合部分別由密封墊35,36和37密封。
活塞杆40穿過導向構件座7內形成的一個孔10a和前端罩13的孔16，活塞杆40的前端部分從前端罩13向前伸出。一個夾緊臂41固定地安裝在活塞杆40的前端部分上。活塞支承部分42是通過減小活塞杆40的後端部分形成的。活塞支承部分42裝配在活塞43的中心孔43a中，使活塞杆40能夠相對於活塞43轉動。一個磁鐵固定件44在活塞43後面的一個位置上可轉動地安裝在活塞支承部分42上，使一個環形永久磁鐵45固定在活塞43和磁鐵固定件44之間。一螺栓46擰在活塞杆40的後端部分中形成的螺孔中，以便將活塞43和磁鐵固定件44固定在活塞支承部分42前端形成的一個肩部47和固定在活塞杆40上的一個墊圈(固定件)48之間，墊圈的前端面48a藉助螺栓46壓緊在活塞杆40的後端上。活塞43和磁鐵固定件44未壓緊在肩部47上，活塞43和磁鐵固定件44在肩部47和墊圈48之間可稍許軸向移動。活塞43和磁鐵固定件44能夠相對於活塞杆40轉動。活塞支承部分42和活塞43的內周之間的間隙由裝在活塞43內周上形成的環形槽中的一個密封件49如一個O形圈密封。
現在參閱圖1和5，活塞杆40在其表面設有一條半圓形橫截面的導槽50。導槽50包括一個第一直線引導部分51、一個螺旋或傾斜引導部分52、一個第二直線引導部分53、一個具有圓弧形狀且將第一直線引導部分51連接於螺旋引導部分52的第一彎曲連接部分70和一個具有圓弧形狀且將第二直線引導部分53連接於螺旋引導部分52的第二連接部分70。第一直線引導部分51在相應於非夾緊角位B的角位上形成，第二直線引導部分53在相應於夾緊角位A的角位上形成。
當用作導向構件的一個鋼滾珠54沿第一直線引導部分51或第二直線引導部分53相對於活塞杆40移動時，活塞杆40在夾緊角位A或非夾緊角位B直線移動。當鋼滾珠54沿螺旋引導部分52移動時，活塞杆40在夾緊角位A和非夾緊角位B之間縱向移動且轉動。
第二彎曲連接部分70的中心線CL1與螺旋引導部分52的中心線CL2及第二直線引導部分53的中心線CL3是連續的。中心線CL1是半徑為R的圓弧，其圓心處於螺旋引導部分52的非夾緊導向面52a的邊緣線52a1與第二直線引導部分53的導向面53a，即，中心線上側的表面的邊緣線53a1的交點P1，上述非夾緊導向面當活塞杆40被活塞43推向非夾緊角位B時接合鋼滾珠54，上述第二直線引導部分53相應於非夾緊導向面52a。半徑R等於導槽50寬度的1/2。
第二彎曲連接部分70的彎曲連接面70a與在活塞杆40被推向夾緊角位A時接合鋼滾珠54的螺旋引導部分52的夾緊導向面52b相交，並與相應於夾緊導向面52b的第二直線引導部分53的導向面53b相交。彎曲連接面70a的邊緣線70a1是半徑為2R且圓心在交點P1的圓弧。當鋼滾珠54相對於活塞杆40從螺旋引導部分52移入第二直線引導部分53時，彎曲連接面70a引導鋼滾珠54，使鋼滾珠54的球心沿第二彎曲連接部分70的中心線CL1移動。
同樣，螺旋引導部分52和相應於夾緊角位A的第一直線引導部分51通過第一彎曲連接部分70連接。當活塞杆40被推向非夾緊角位B時接合鋼滾珠54的非夾緊導向面52a和第一直線引導部分51的導向面51a通過與彎曲連接面70a相同的彎曲連接面70b連接。因此，當鋼滾珠54從螺旋引導部分52移入相應於夾緊角位A的第一直線引導部分51或相應於非夾緊角位B的第二直線引導部分53時，鋼滾珠54的球心沿著圓弧形狀的彎曲路徑移動。
導向構件座7的圓筒形固定部分10設有一個徑向孔53A(圖2)。用於支承鋼滾珠54滾動的一個青銅支承件55裝配在徑向孔53A中，使鋼滾珠接合在導槽50中。當活塞43從圖1所示後端位置向前移向其前端位置以向前移動活塞杆40時，鋼滾珠54相對於活塞杆40移動。在活塞43向前移動的初始階段中，固定夾緊臂41的活塞杆40稍許向前直線移動。在活塞43的軸向移動的中間階段中，活塞杆40從相應於夾緊角位A的角位向著相應於非夾緊角位B的角位向前移動且轉動，如圖3所示。在活塞43的向前移動的最後階段中，活塞杆40在相應於非夾緊角位B的角位上稍許向前移動。當活塞43從前端位置向後端位置向後移動時，活塞杆40的前述運動步驟逆向進行。
前端罩13和後端罩27藉助從後端罩27那側穿過缸1並旋在前端罩13的螺孔24中的螺栓38而被緊固。螺栓38的數目可以不多。由於前端罩13的螺孔24不是通孔，因而即使旋轉夾緊缸致動器在豎直位置上使用，前端罩13朝上時，螺孔24也不被機加工產生的切屑堵塞。由於螺栓38穿過缸1的通孔3和導向構件座7的通孔12且被隱蔽起來，因而旋轉夾緊缸致動器具有令人滿意的外觀。缸1是用側壁內原來就有通孔3的圓筒形鋁件構成的，因而無需為形成通孔3而進行機加工，只要將圓筒形鋁件切成需要的長度就可以方便地製成缸1。只要機加工原來就設有傳感器固定槽28和通孔29的鋁件就可以簡單地製成後端罩27。
旋轉夾緊缸致動器的前端罩13是藉助穿過通孔26的螺栓101(圖3)而緊固在機器的固定構件100或支架底座上。在前端罩13的接合面20上延伸的密封墊35夾在前端罩13和固定件100之間。當一個工件或底板被旋轉夾緊缸致動器的夾緊臂41夾緊，以便藉助工具機加工工件時，即使旋轉夾緊缸致動器因密封墊有彈性而振動，也可防止螺栓101的鬆開。因此，旋轉夾緊缸致動器能夠可靠地夾緊工件。由於前端罩13的後表面17被密封墊35覆蓋，因而在後表面17上敞開的孔和固定件100之間的間隙無需由O形圈密封。
下面描述旋轉夾緊缸致動器的工作。當旋轉夾緊缸致動器處於圖1所示的夾緊狀態時，鋼滾珠54如圖6A所示處於導槽50的第一直線引導部分51中。工作流體通過第二孔21b、第二連接孔22b、連接通道15、孔4b和連接槽32送入後腔P2。然後，支承在活塞杆40上的活塞43向前(在圖6A中看去向左)移動，固定著夾緊工件W的夾緊臂41的活塞杆40當第一直線引導部分51相對於鋼滾珠54移動時稍許向前移動。
當活塞43繼續向前移動時，鋼滾珠54如圖6B所示沿螺旋引導部分52的非夾緊導向面52a相對於活塞杆40移動。因此，活塞杆40從相應於夾緊角位A的角位向著相應於非夾緊角位B的角位前進並轉動，夾緊臂41從夾緊角位A轉向非夾緊角位B。在活塞杆40已達到相應於非夾緊角位B的角位後，夾緊臂41將一個轉動慣性力作用在活塞杆40上，彎曲連接面70a壓在鋼滾珠54上。因此，鋼滾珠54被具有圓弧形狀的彎曲連接面平滑地導入相應於非夾緊角位B的第二直線引導部分53。
因此，如圖6C和6D所示，活塞杆40停止轉動並在相應於非夾緊角位B上稍許向前直線移動。由於夾緊臂41在已經從夾緊角位A移至非夾緊角位B後稍許向前直線移動，因而可以緩和夾緊臂41的轉動慣性力在鋼滾珠54和導槽50上的作用。活塞杆40轉動的角度，因而夾緊臂41的轉動角度是由直線引導部分51和53(圖5)之間的角度間隔L確定的。精確地機加工活塞杆40以形成導槽50就可以精確地確定角度間隔L。因此，即使旋轉夾緊缸致動器組裝使活塞43的行程帶有誤差，夾緊角位A和非夾緊角位B之間的角度間隔L也保持不變。
在圖6D所示的非夾緊狀態中，工作流體通過第一孔21a、第一連接通道22a和連接通道14送入前腔P1。然後，旋轉夾緊缸致動器的前述非夾緊步驟逆向進行，將夾緊臂41從非夾緊角位B轉至夾緊角位A。當活塞43繼續向後移動時，鋼滾珠54沿螺旋引導部分52的夾緊導向面52b相對於活塞杆40移動。因此，活塞杆40向後移動並從相應於非夾緊角位B的角位向相應於夾緊角位A的角位轉動。在活塞杆40已達到相應於夾緊角位A的角位時，夾緊臂41在活塞杆40上作用一個轉動慣性力，彎曲連接面70b壓在鋼滾珠54上。因此，鋼滾珠54被具有圓弧形狀的彎曲連接面70b平滑地導入相應於夾緊角位A的第一直線引導部分51。因此，可以緩和夾緊臂41的轉動慣性力在活塞杆40和鋼滾珠上的作用。
由於鋼滾珠54受到青銅支承件55的支承以便轉動，因而鋼滾珠54沿導槽50滾動的滾動阻力很低，因而工作流體的低工作壓力就可以移動活塞43。活塞杆40可以藉助鋼滾珠54和導槽50的共同作用相對於活塞43轉動。由於活塞杆40的軸線和活塞43的外周之間的距離大於活塞杆40的軸線和活塞43的內周之間的距離，因而密封件49a的阻力對活塞43相對於缸1的轉動產生的轉矩大於密封件49的阻力對活塞杆40的活塞支承部分42相對於活塞43的轉動產生的轉矩。因此，活塞杆40相對於活塞43轉動，而活塞43並不相對於缸轉動，因而作用在活塞杆40上以轉動活塞杆40的推力小於轉動與活塞一起轉動的活塞杆所需要的推力。
在本實施例中活塞杆40的導槽50的每個彎曲連接部分70的中心線CL1是一個圓弧，其半徑R等於導槽50的寬度的1/2。中心線CL1可以是一個具有小於導槽50的寬度的半徑r1的圓弧，如圖7A所示。當螺旋引導部分52的非夾緊導向面52a和相應於非夾緊角位B的第二直線引導部分53的導向面53a被一個彎曲連接面70c(在圖7B中的中心線CL1上側的表面，其邊緣線為具有小半徑r2的圓弧形狀)連接且當鋼滾珠54沿彎曲連接面70c滾動時鋼滾珠54沿圓弧移動時，即使活塞杆40在轉動的最後階段中不能被一輕的夾緊臂的慣性力轉動，鋼滾珠54不能被彎曲連接面70a引導，鋼滾珠54也能夠沿彎曲連接面70c運動，鋼滾珠54的球心能夠沿圓弧移動。具有圖7B所示形狀的導槽適用於JP-B-62-5739中所公開的那種具有不軸向移動而只轉動的夾緊臂的夾緊缸致動器。
磁鐵傳感器110固定在傳感器固定槽2中，它們分別當夾緊臂41處於夾緊角位A以夾緊工件W時對應於固定在活塞43上的磁鐵45的位置，以及當夾緊臂41處於非夾緊角位B時對應於磁鐵45的位置。磁鐵傳感器110之一檢測夾緊臂41在圖1所示夾緊角位A以夾緊工件W時的存在，另一個則檢測夾緊臂41在非夾緊角位以鬆開工件W時的存在。由於支承在活塞杆40上的磁鐵45與黑色金屬材料製成的前端罩13相隔一個長的距離，因而磁鐵45產生的磁場強度不被前端罩13減小，因而磁鐵傳感器能夠檢測夾緊臂41在夾緊角位A及在非夾緊角位B上的存在。
現在對照圖8至14描述按照本發明第二實施例的旋轉夾緊缸致動器，在上述附圖中，與前述旋轉夾緊缸致動器相同或相應的零件使用相同的標號並不再贅述。現在參閱圖8，活塞杆40在其表面上設有如圖9所示的具有U形橫截面的導槽50。導槽50具有與活塞杆40軸線CL成一個角度延伸以轉動活塞杆40的一個螺旋或傾斜引導部分51、相應於夾緊角位A(第一轉動端部)的用於引導活塞杆40直線運動且連接於螺旋引導部分51的一端的一個第一直線引導部分52和相應於非夾緊角位B的用於引導活塞杆40直線運動且連接於螺旋引導部分51另一端的一個第二直線引導部分53。
導槽50具有相對的導向面，即，當活塞杆40沿正向轉動松釋時接合一個導銷54的非夾緊導向面57和當活塞杆40反向轉動夾緊時接合導銷54的夾緊導向面58。
相對於使活塞杆40反向轉動的推力的方向來說，一個夾緊引導部分58A的後表面58A1用作夾緊導向面58。夾緊導向面58形成得使其中心線CLA是一段角度範圍0°至120°的餘弦曲線，如圖10所示。在中心線CLA上的相應於夾緊角位A的轉動終點Aa對應於餘弦曲線上相應於0°角的一點，因而在轉動終點Aa上中心線CLA的切線與推力方向一致。因此，在轉動終點Aa上導銷54作用在活塞杆40上的軸向力並不產生任何轉矩。在相應於非夾緊角位B的轉動起點Ba和中點之間的一段路徑是一段餘弦曲線，其切線傾斜於推力方向。因此，在轉動起點Ba和中點之間的路徑上的一點上導銷54作用在活塞杆40上的推力變成轉矩。
如圖11所示，相對於使活塞杆40正向轉動的推力方向來說，非夾緊引導部分57A的後表面57A1用作非夾緊導向面57。非夾緊引導部分57A和夾緊引導部分58A相對於一個任意選擇的點對稱。非夾緊引導部分57A的中心線CLB是一段60°至180°範圍的餘弦曲線。
如圖9所示，在由非夾緊引導部分57A和夾緊引導部分58A組合而成的導槽50中，非夾緊引導部分57A的中心線CLB的轉動起始端C和夾緊引導部分58A的中心線CLA的轉動終止端Aa在軸向上間隔開來，非夾緊引導部分57A的中心線CLB的轉動終止端D和夾緊引導部分58A的中心線CLA的轉動起始端Ba在軸向上間隔開來。當由非夾緊導向面57(57A1)引導時，導銷54沿著一條相應於中心線CLB的路徑移動。當由夾緊導向面58(58A1)引導時，導銷54沿著一條相應於中心線CLA的路徑移動。
如圖8所示，導向構件座7具有一個設有一徑向孔56的固定部分10，導銷54裝配在徑向孔56中。
假定推力大於轉動中的夾緊臂41的慣性力，下面描述旋轉夾緊缸致動器的工作。當夾緊臂41處於夾緊角位A時，導銷54處於導槽50的第一直線引導部分52的末端，如圖12A所示。當支承在活塞杆40上的活塞43向前(在圖12A中看去向左)移動時，相應於夾緊角位A的第一直線引導部分52相對於導銷54移動，活塞杆40稍許向前移動，即，離開夾緊臂41夾緊工件W的夾緊角位A，轉動起始位置C與導銷54重合。當活塞43進一步向前移動時，非夾緊導向面57接合導銷54，導銷54沿著一條具有中心線CLB的、具有一段餘弦曲線形狀的路徑相對於活塞杆40移動。因此，固定夾緊臂41的活塞杆40軸向移動，從相應於夾緊角位A的位置轉至相應於非夾緊角位B的位置，如圖12B和12C所示。當活塞杆40在轉動起點C開始轉動時，非夾緊導向面57相對於作用在活塞杆40上的推力的方向大角度傾斜，推力轉變成相應的轉矩，活塞杆40開始快速轉動。如果轉動起點C和轉動終點D之間的路徑具有一段0°至180°的餘弦曲線，如圖14所示，當活塞杆40向前移動時轉矩將逐漸產生，活塞杆40將逐漸開始轉動，因此，活塞杆40從相應於夾緊角位A的位置轉至相應於非夾緊角位B的位置將花費一個長的時間。
當轉動終點D趨近導銷54，夾緊臂41的轉動慣性力迫使活塞杆40在非夾緊方向上運動。由於夾緊臂41的質量的確定使得推力可克服慣性力，因而導銷54沿著非夾緊導向面57，即，沿著一條具有一段餘弦曲線形狀的路徑相對於活塞杆40移動。當活塞杆40向前移動時，推力產生的轉矩逐漸減小，當如圖12(C)所示轉動終點D與導銷54重合時轉矩消失。隨後，導銷54平滑地相對於活塞杆40從轉動終點D移入第二直線引導部分53，活塞杆40在非夾緊角位B上稍許前移後停止。
當工作流體通過孔21a，第一連接通道22a和連接通道14送入前腔P1，活塞杆40處於相應於如圖12D所示非夾緊角位B的位置的狀態時，夾緊導向面58沿導銷54移動，導銷54沿著由中心線CLA代表的路徑相對於活塞杆40移動，夾緊臂41從非夾緊角位B轉向夾緊角位A。首先，活塞杆40在相應於非夾緊角位B的角位上稍許後移，導銷54相對於活塞杆40移至一個在圖12C中由雙點劃線表示的、與夾緊引導部分58A的中心線CLA的轉動起點Ba重合的位置。然後，導銷54沿著夾緊導向面58相對於活塞杆40移動。因此，活塞杆40在轉動起點Ba開始快速轉動，當導銷54趨近轉動終點Aa時，作用在活塞杆40上的轉矩逐漸減小，當導銷54達到轉動終點Aa時轉矩消失。然後，導銷54沿著第一直線引導部分52相對於活塞杆40移動，夾緊臂41夾緊工件W。
雖然在第二實施例中，活塞杆正向轉動時導槽50在轉動起點和轉動終點之間引導的導銷54的路徑，以及當活塞杆40反向轉動時導槽50在轉動起點和轉動終點之間引導的導銷54的路徑具有一段餘弦曲線的形狀，但是每條路徑也可以具有一段正弦曲線的形狀。導槽的夾緊導向面和非夾緊導向面可以形成得使導向構件的一段靠近轉動終點的路徑具有一段正弦曲線或餘弦曲線的形狀，相同路徑的在轉動起點和轉動終點之間的一段是直的，並且與推力的方向成一個預定的角度。雖然為了使導銷平滑移動，導銷通往轉動終點的路徑最好具有一段餘弦曲線或正弦曲線的形狀，但是，該路徑也可以具有如圖13所示由連續線段構成的連續彎曲線的形狀。圖13所示連續彎曲中心線相對於活塞杆軸線的傾角向著轉動終點逐漸減小，連接於轉動終點的線段平行於活塞杆軸線。因此，當導銷沿著具有彎曲中心線的路徑相對於活塞杆移動時，作用在活塞上的推力產生的轉矩逐漸減小，在轉動終點Aa(D)消失。在轉動起點Ba(C)，彎曲中心線相對活塞杆軸線的傾角大，因而作用在活塞杆上的推力立即轉變成相應的轉矩。
如上所述，按照本發明，夾緊臂從夾緊角位轉至非夾緊角位，並且在非夾緊角位上平滑地沿軸向移動。因此，與非夾緊角位是由螺旋引導部分確定的傳統的旋轉夾緊缸致動器的導向構件和活塞杆相比較，這種旋轉夾緊缸致動器的導向構件和活塞杆較少承受夾緊臂轉動慣性力的作用，當夾緊臂在非夾緊角位停止時可能作用在導向構件和活塞杆上的衝擊可以被減小。夾緊臂的轉動角度可以與活塞行程無關地加以確定。
活塞杆的正、反轉可以在轉動起點快速開始，因而轉動夾緊臂所需時間可以被縮短。由於在轉動終點推力產生的轉矩可被減至零，因而夾緊臂的轉動可以被很平靜地停止。
由於活塞杆軸線和活塞外周之間的距離大於活塞杆軸線和活塞內周之間的距離，因而活塞杆相對於活塞轉動。對活塞杆相對於活塞的轉動的阻力小於對與活塞一起轉動的活塞杆的轉動的阻力。因此，在活塞杆上作用低的工作壓力就可以轉動活塞杆。
雖然已經在本發明的推薦實施例中對本發明作了某種程度的具體描述，但是，對其顯然可以作出許多修改和變化。因此，本發明顯然可以按照其它方式實施而並不超出本發明的範圍。
權利要求
1．一種旋轉夾緊缸致動器，它包括一個缸；一個設置在缸中的活塞；一個安裝在缸的前端上的前端罩；一個可轉動的活塞杆，該活塞杆在其外表面上設有一條導槽，並裝在缸中，穿過前端罩伸出，在一個相應於夾緊角位的位置和一個相應於非夾緊角位之間被活塞移動；一個導向構件，它安裝在缸和活塞中的一個上並接合在活塞杆的導槽中，以便可以在平行於活塞杆軸線的方向上相對於活塞杆移動；以及一個夾緊臂，它安裝在活塞杆的自由端上，所述夾緊臂能夠與活塞杆一起在夾緊角位和非夾緊角位之間轉動；其中所述導槽具有一個傾斜於活塞杆軸線延伸以便轉動活塞杆的傾斜引導部分、一個連接於傾斜引導部分的一端且相應於夾緊角位的第一直線引導部分和一個連接於傾斜引導部分的另一端且相應於非夾緊角位的第二直線引導部分，傾斜引導部分和第二直線引導部分連接得使導向構件的中心在導向構件相對於活塞杆從傾斜引導部分移至相應於非夾緊角位的第二直線引導部分時基本沿著一條圓弧移動。
2．如權利要求1所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於導槽的傾斜引導部分和相應於非夾緊角位的第二直線引導部分由一個具有圓弧形狀的弓形連接部分連接，傾斜引導部分的在活塞杆被活塞推向夾緊角位時接合導向構件的一個夾緊導向面和相應於非夾緊角位的第二直線引導部分的一個導向面被一個弓形連接面連接，導向構件的中心當導向構件相對於活塞沿弓形連接部分中的弓形連接面移動時沿著一個圓弧移動。
3．如權利要求2所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於在弓形連接部分中，傾斜引導部分的在活塞杆被活塞推向非夾緊角位時接合導向構件的一個非夾緊導向面和相應於非夾緊角位的第二直線引導部分的另一個導向面被一個弓形連接面連接，導向構件的中心當導向構件相對於活塞杆沿著弓形連接面移動時沿著一個圓弧移動。
4．如權利要求1至3中任一項所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於導槽具有半圓形橫截面，導向構件是能夠沿導槽滾動的一個滾珠，滾珠在一個支承件中受到支承以便滾動。
5．如權利要求1所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於活塞在一個第一端部角位和一個第二端部角位之間轉動，活塞杆從第一端部角位向第二端部角位轉動而作正向轉動，從第二端部角位向第一端部角位轉動而作反向轉動，導槽的兩相對的導向面分別用作正轉的第一導向面和反轉的第二導向面，並且引導導向構件，因而當活塞杆分別作正、反轉的轉動時，使導向構件相對於活塞杆沿著導槽中的不同路徑移動，其中正轉的第一導向面和反轉的第二導向面所形成的形狀引導導向構件，使得導向構件相對於活塞杆沿著一條傾斜於活塞杆軸線的路徑移動，以便將作用在活塞杆上的推力轉變成使活塞杆從第一端部角位轉向第二端部角位的轉矩，相對於活塞杆在活塞杆運動的最後階段中沿著一段正弦曲線或餘弦曲線形狀的路徑移動，以及相對於活塞杆在第二端部角位上移動而不產生任何轉矩。
6．如權利要求5所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於正轉的第一導向面和反轉的第二導向面形成得使導向構件相對於活塞杆沿著一條具有一段正弦曲線或餘弦曲線的形狀的路徑從轉動起點向轉動終點移動。
7．如權利要求6所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於第一和第二導向面形成得使正弦或餘弦曲線在轉動終點上的切線平行於活塞杆軸線，並且使正弦或餘弦曲線在轉動起點的切線傾斜於活塞杆軸線。
8．如權利要求5至7中任一項所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於導槽形成得使導向構件路徑上的正轉的轉動起點與導向構件路徑上的反轉的轉動終點軸向隔開一個距離，並且使導向構件路徑上的正轉的轉動終點與導向構件路徑上的反轉的轉動起點軸向隔開一個距離。
9．如權利要求1所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於活塞杆在一個第一端部角位和一個第二端部角位之間轉動，活塞杆從第一端部角位向第二端部角位轉動而作正轉，從第二端部角位向第一端部角位轉動而作反轉，導槽的兩相對導向面分別用作正轉的第一導向面和反轉的第二導向面，因而當活塞杆分別作正轉和反轉時導向構件相對於活塞沿著導槽內的不同路徑移動，正轉的第一導向面和反轉的第二導向面所形成的形狀引導導向構件，使導向構件在轉動起點沿一條傾斜於活塞杆軸線的路徑移動，以便將作用在活塞杆上的推力轉變成轉矩，使導向構件相對於活塞杆沿著一條使作用在活塞杆上的推力所產生的轉矩逐漸減小的路徑移動，並且使導向構件在轉動終點移動而不產生任何轉矩。
10．如權利要求1所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於活塞杆與活塞連接得使其可相對於活塞轉動。
11．如權利要求10所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於通過減小活塞杆一個端部的直徑在活塞杆上形成一個減小部分和一個肩部，活塞杆的減小部分裝配在活塞中心孔內，一個用於將活塞保持在活塞杆的減小部分上的保持件安裝在活塞杆的減小部分的自由端上，使活塞保持在活塞杆肩部和保持件之間，在活塞和活塞杆肩部之間有一軸向間隙，活塞杆可相對於活塞轉動。
12．如權利要求10或11所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於活塞杆減小部分和限定活塞中心孔的壁之間的間隙藉助一個密封件密封。
13．如權利要求10至12中任一項所述的旋轉夾緊缸致動器，其特徵在於導向構件是一個鋼滾珠，鋼滾珠支承在一個青銅支承件中以便滾動。
全文摘要
一種旋轉夾緊缸致動器具有一設在缸中、其表面有一導槽及能夠在相應於夾緊角位的位置和相應於非夾緊角位的位置之間軸向移動的活塞杆。一導向構件裝在缸中以接合在導槽中。活塞杆從第一端部角位轉向第二端部角位而作正轉,從第二端部角位轉向第一端部角位而作反轉。導槽相對導向面分別用作正轉的第一導向面和反轉的第二導向面,使導向構件當活塞杆分別正、反轉時相對於活塞杆沿導槽中不同的路徑移動。第一導向面和第二導向面形成得使導向構件相對於活塞杆在活塞杆運動的最後階段中沿一段正弦或餘弦曲線形狀的路徑移動,並且使導向構件相對於活塞杆在第二端部角位上移動而不產生任何轉矩。
文檔編號B25B5/06GK1298066SQ0012844
公開日2001年6月6日 申請日期2000年11月23日 優先權日1999年11月26日
發明者野田光雄, 石谷雄一, 杉本忠紀 申請人:豐和工業株式會社