專利名稱：墓碑式夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工件支承。具體地說，本發(fā)明涉及通常用于支承多個工件以便進行機加工操作的墓碑式夾具或加工柱。
背景技術(shù)：
墓碑式夾具廣泛地被用于支承一或多個工件，工件在被加工的同時被夾持抵靠于夾具表面。這種基本的夾具通常包括一從一夾具基座上立起的加工柱，該基座適于與一機器支承表面相配合，諸如一加工中心臺。在許多生產(chǎn)環(huán)境中，夾具被固定于可互換式機器臺板的頂表面，這些機器臺板具有與主機器定位和夾持表面相配合的共用定位和夾持表面。而且，該夾具通常具有永久性的定位和夾持器具，被稱為是“專用”于一特定零件的生產(chǎn)。這里，在

圖1a-d中示出了現(xiàn)有技術(shù)的墓碑式夾具外形的幾個實例。圖1a和1b是四面夾具，其中圖1a是實心的，圖1b是空心的。圖1c和1d是T型夾具，它們類似一個倒置的T字，其中圖1c是實心的，圖1d是“開窗”有一通孔。1995年10月3日授予G.A.Ewer等人的、名為“墓碑式夾具”的美國專利5，454，148中示出了一種齊全地配備有在機加工操作中支承多個工件用的夾持和定位器具的墓碑式夾具的一個實例。于1974年2月5日授予H.Seidenfaden的、名為“夾持工件的設(shè)備”的美國專利3，790，153以及于1986年12月23日授予C.D.Rudisill的、名為“組合式固定裝置”的美國專利4，630，811示出了墓碑式夾具的其它實例。于1984年8月28日授予S.Staudenmaier的、名為“用于機床的臺板夾持系統(tǒng)”的美國專利4，468，019以及于1985年4月23日授予T.W.Piotrowski的、名為“具有柔性插銷和插座定位的臺板接納器”的美國專利4，512，068示出了可互換式機器臺板的實例。
在對一工件執(zhí)行操作、尤其是執(zhí)行從工件上去除材料的操作的機器中，經(jīng)常會產(chǎn)生振動。此類去除材料的機器中的一種是CNC(電腦數(shù)控)加工中心，它是一種以自動循環(huán)的方式進行銑削、鉆孔等，并具有可自動互換的刀具的機器(例如見上述的美國專利4，512，068)。通常簡稱為“緩沖器”的調(diào)諧緩沖吸收體包括一用于在需要的地方引入結(jié)構(gòu)緩沖的本體。但緩沖器通常是用于不會變化的結(jié)構(gòu)位置，這種變化會引起頻率響應(yīng)。因此，傳統(tǒng)上，緩沖器一直沒有用于例如一臺加工中心的工件夾具側(cè)，這是因為受機加工的不同工件的質(zhì)量有可能變化。
對于機床的分組件，一種現(xiàn)有技術(shù)的緩沖器已被用于磨床的砂輪頭；這種緩沖器可見1970年8月4日授予R.C.Richter的、名為“用于機床的調(diào)諧振動緩沖器組件”的美國專利3，522，864。在該專利中，砂輪頭可繞一支點擺動，調(diào)諧緩沖器安裝于砂輪頭的一個傾斜表面。該緩沖器包括一緩沖質(zhì)量塊、一位于砂輪頭與緩沖質(zhì)量塊之間的彈性件、以及一將緩沖質(zhì)量塊以對彈性件預(yù)加載的方式固定于砂輪表面的螺栓和彈簧組合。彈性件沿傾斜表面發(fā)生剪切，從而提供在X和Y方向阻尼的剪切分量，抵銷繞支點振動的動量。
對于機器的“刀具側(cè)”，也就是與機器的工件夾具側(cè)相對的一側(cè)，一種旋轉(zhuǎn)緩沖器已被用于水平銑床的刀軸。這種緩沖器示于1955年8月9日授予A.H.Dahl等人的、名為“振動緩沖器”的美國專利2，714，823中。
緩沖也已用于車床的鏜桿支架，如1991年7月23日授予L.T.Siefring的、名為“刀具振動緩沖裝置和方法”的美國專利5，033，340中所示。
大家也知道，可將緩沖器設(shè)置在支承刀具的鏜桿內(nèi)。1967年10月25日授予J.C.Ray的、名為“緩沖調(diào)諧鏜桿”的美國專利3，447，402就示出了這種結(jié)構(gòu)。
對于機床的“工件側(cè)”，直接抵靠于一靜止工件的振動緩沖裝置的一個實例示于1996年2月27日授予P.E.McCalmont的、名為“振動緩沖器”的美國專利5，494，269中。在這種結(jié)構(gòu)中，一緩沖裝置被安裝于機器臺，并用手起動而將一緩沖頭加載于一本來是未受支承的懸臂工件部分上；該緩沖頭在需要將工件從機器上取下時縮回。
1984年3月27日授予J.T.Kamman等人的、名為“用于裝在機床上的工件的振動緩沖器”的美國專利4，438，599中示出了另一種工件緩沖器。在該專利中，一由粘彈性襯墊保持于一撐塊保持器中的撐塊直接抵靠于一細長的旋轉(zhuǎn)工件，以衰減工件的振動。
本發(fā)明可以用于機床的工件側(cè)，尤其適用于那些工件質(zhì)量占夾具和工件總質(zhì)量的百分比較小的場合以及在工件加工的同時總質(zhì)量變化也較小的場合。本發(fā)明在支承工件的墓碑式夾具中裝入了一調(diào)諧緩沖器，從而消除了現(xiàn)有技術(shù)裝置中所固有的許多困難。
發(fā)明揭示本發(fā)明的一個目的在于提供一種工件支承結(jié)構(gòu)，它可以實現(xiàn)性能的提高，而不需犧牲機器本來的操作工作區(qū)。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種墓碑式夾具，它具有一能被調(diào)諧用于較大頻率范圍的緩沖器，從而提高機器工件側(cè)的執(zhí)行能力。
本發(fā)明的還有一個目的在于提供用于工件支承夾具的提高的振動能量吸收性能。
本發(fā)明實施于一墓碑式夾具中，該夾具用于對工件進行操作的機器中，該夾具包括一加工柱，它具有多個從一底部延伸到一頂部的側(cè)面；將該底部安裝和固定于一機床支承件的裝置；將一工件安裝于至少一個加工柱側(cè)面的裝置；以及固定于加工柱的、衰減因?qū)ぜ牟僮鞫a(chǎn)生的振動的緩沖裝置。
在本發(fā)明的一個方面，該墓碑式夾具包括一空心的豎直加工柱，固定于該空心加工柱的緩沖裝置至少部分延伸于該頂部內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個方面，緩沖裝置包括一固定于加工柱的緩沖器基座；一緩沖質(zhì)量塊；至少一個設(shè)置在緩沖器基座與緩沖質(zhì)量塊之間的粘彈性吸收體元件；以及對粘彈性吸收體元件預(yù)加載并相對于緩沖器基座和加工柱安裝緩沖質(zhì)量塊的彈性裝置。
附圖簡述圖1a表示一實心的墓碑式夾具。
圖1b表示一空心的墓碑式夾具。
圖1c表示一T型夾具。
圖1d表示一開有窗口的T型夾具。
圖2是一臺加工中心的立體圖，它具有一固定于一可互換的工件支承臺板的墓碑式夾具。
圖3是較佳實施例的局部剖開的正視圖，表示一固定于一可互換的工件支承臺板的墓碑式夾具，該墓碑式夾具具有一專用的緩沖裝置。
圖4是表示圖3的墓碑式夾具的頂部的放大剖視圖。
圖5是沿圖4的5-5線剖開的平面剖視圖。
圖6是本發(fā)明的另一個實施例的正視圖，表示圖4的零件處于倒置狀態(tài)，使得緩沖質(zhì)量塊位于頂部。
圖7是本發(fā)明的另一個實施例的正視圖，表示一具有一頂置緩沖質(zhì)量塊的受緩沖的墓碑式夾具。
圖8是本發(fā)明的另一個實施例的正視圖，表示一斜接的墓碑式夾具。
圖9是本發(fā)明的另一個實施例的正視圖，表示一具有一表面安裝緩沖裝置的T型墓碑式夾具。
本發(fā)明的最佳實施方式需要指出的是，本文中所含的某些對姿勢的表述，例如“豎直”和“水平”，是為了表示出該較佳實施例而作出的；本發(fā)明不應(yīng)受到這些表述的限制，而可以應(yīng)用于許多空間的取向。
圖2是模擬一種金屬切削機10，諸如一臺水平加工中心；然而，本發(fā)明同樣可適用于許多其它的類型，并可構(gòu)成能對一受支承的工件進行操作的機器。所示的機床10能夠提供工件11與刀具12之間沿三個互相垂直的坐標X、Y、Z的獨立的相對運動；在該機床10中，坐標X和Z位于一水平面內(nèi)。通過沿坐標組的同步的受控運動，可實現(xiàn)工件11與刀具12之間無數(shù)個相對運動矢量。該機床包括一臺板13，它可拆地連接于機床10和一機床平臺14，它們一起形成一支承一墓碑式夾具15和至少一個工件11的共用機床支承件。該機床具有一旋轉(zhuǎn)刀具12，它周期性地作用于工件11，以在一自動操作過程中去除金屬。墓碑式夾具15構(gòu)成一加工柱16，該加工柱具有多個從一底部18向上延伸到一頂部19的側(cè)面17a、b、c、d。墓碑式夾具15至少在其一個側(cè)面17a上具有多個安裝孔20和夾鉗21，作為安裝和固定工件11的裝置。夾具15的頂部19是自由的，底部18由一成一體的帶凸緣的基座22圍繞，該基座提供一將夾具15安裝和固定于臺板13、也就是機床支承件的裝置。由于夾具15僅在其帶凸緣的基座22處固定于機床10，因而沿一基本水平的平面，從頂部19可能看到主要的振動。
圖3是圖1中總地示出的類型的一改進的墓碑式夾具23的正視圖，其中豎直加工柱24是空心的?？招募庸ぶ?4的頂部26固定有一緩沖裝置25，該緩沖裝置25至少部分延伸于頂部26內(nèi)，用于衰減因?qū)ぜ?1進行會產(chǎn)生力的金屬去除操作而引起的振動。
圖4的正視圖和圖5的平面剖視圖是放大的視圖，它們表示圖3的剖開部分的更多細節(jié)。緩沖裝置25是一調(diào)諧緩沖器，它包括一固定于加工柱24的頂部26的剛性板狀緩沖器基座27，該緩沖器基座再支承有一懸掛的緩沖質(zhì)量塊28。實際上，緩沖器基座簡單地包括一與加工柱成一體的部分。緩沖質(zhì)量塊最好是一基本為實心的重金屬塊，諸如鉛或鋼，由于它有抵抗與受緩沖的結(jié)構(gòu)一起運動的趨勢，因而有時也稱作“慣性塊”。緩沖器基座27與緩沖質(zhì)量塊28之間有多個粘彈性緩沖元件29，這些緩沖元件29在Y方向可壓縮地受預(yù)加載。經(jīng)這樣加載后，粘彈性緩沖元件29在緩沖裝置25吸收振動時會沿X方向、也就是水平方向發(fā)生剪切。
緩沖元件29由一些粘彈性材料中的任何一種、例如聚氨酯制成，并最好模塑成圓筒內(nèi)、外徑為30、31的大致的環(huán)形，元件29表面嵌設(shè)于緩沖器基座27和緩沖質(zhì)量塊28中分別形成的相匹配的環(huán)形槽32、33中，以防止滑動?？梢宰⒁獾?，雖然該較佳實施例具有四個緩沖元件29，但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解，可以使用一單個的緩沖元件29，并且元件29的具體形狀可以從所示的環(huán)形變成其它形狀，例如包括實心的方形襯墊。該較佳實施例的一個改進的方面在于，緩沖元件29沿豎直方向被壓縮地預(yù)加載于質(zhì)量塊28與緩沖基座27之間，并允許沿基本水平平面、垂直于預(yù)加載主要發(fā)生剪切操作。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，雖然主要的緩沖特性通過剪切作用而顯現(xiàn)出來，但粘彈性緩沖元件29還在緩沖基座27與質(zhì)量塊28之間垂直于剪切方向有些阻尼振動的內(nèi)在能力；例如是沿Y方向。緩沖質(zhì)量塊28和基座27通過四根細長的螺釘34而抵靠四個緩沖元件29被拉于一起，這些螺釘從基座27的頂部延伸穿過元件29中心并穿過質(zhì)量塊28。緩沖質(zhì)量塊28具有四個較深的沉孔35，它們從其最頂端36開始延伸，從而在細長螺釘34的本體周圍提供較大的間隙，質(zhì)量塊28由位于螺釘34底部的鎖固螺母37固定。由于其軸向方向上固有的彈性剛度，每個螺釘34在受其鎖固螺母37加載時相當于一個負載的拉伸彈簧，從而實現(xiàn)對緩沖元件29的壓縮加載。由于細螺釘34可在其沉孔35內(nèi)撓曲，因而緩沖質(zhì)量塊28可以在水平的X方向、也就是螺釘33的徑向方向上相對于緩沖器基座27而運動。
類似的緩沖元件和槽以及其它的可選擇的預(yù)加載彈簧結(jié)構(gòu)和限制載荷的限動環(huán)的進一步的細節(jié)可參見本說明書背景部分中所提到的美國專利3，522，864，該專利的揭示援引在此僅供參考。對構(gòu)成調(diào)諧緩沖器的構(gòu)件的選擇以及彈性元件29的預(yù)加載大小的確定，可認為是在緩沖器設(shè)計人員的知識范圍內(nèi)容易解決的問題，因而不作單獨的討論。
在圖3、4和5所示的結(jié)構(gòu)中，緩沖質(zhì)量塊28整個位于空心加工柱24內(nèi)。另一個實施例示于圖6中，其中圖3-5的緩沖器構(gòu)件被倒置，緩沖質(zhì)量塊28位于墓碑式夾具27上的緩沖器基座27的上方。圖7中示出了另一個實施例，它類似于圖6的實施例，只是具有一不同的預(yù)加載彈簧結(jié)構(gòu)，其中預(yù)加載螺釘包括固定于一緩沖質(zhì)量塊39底部的雙頭螺栓38，它向下延伸通過緩沖元件40和緩沖器基座41并延伸入一實心加工柱43內(nèi)的間隙沉孔42。螺栓38具有一與一鎖固螺母45相鄰的最下部墊圈44，在緩沖器基座41的下表面47與墊圈44之間安裝有一螺旋壓縮彈簧46。在該結(jié)構(gòu)中，緩沖質(zhì)量塊39趨向于達到最大。
圖8表示另一個實施例，其中墓碑式夾具48具有一支承工件11以便進行機加工操作的豎直側(cè)面49，并且加工柱50具有一斜接表面51、也就是相對于夾具48的水平頂面52而傾斜的表面。這里，采用一個類似于圖6所示的緩沖結(jié)構(gòu)，只是其中緩沖質(zhì)量塊53具有一三角形截面形狀。板狀緩沖器基座54安裝于傾斜表面51，預(yù)加載螺釘55和彈簧56延伸入實心加工柱50內(nèi)的各個間隙孔57。在這種場合下，質(zhì)量塊也趨向于達到最大。由于沿垂直于傾斜表面51的方向預(yù)加載的元件，緩沖質(zhì)量塊53可平行于傾斜表面51而運動，同時緩沖元件58主要是作剪切工作，因而緩沖器可有效吸收具有X和Y分量的振動。再次注意到，圖2的水平加工中心中的墓碑式夾具的主振動預(yù)計可在水平平面或X方向上、通常可在頂部被看到。因此，圖8所示結(jié)構(gòu)的、用于在X和Y方向提供剪切分量的緩沖器常常相對于水平面而形成一相當小的角度。
圖4和5中所詳細示出的環(huán)狀緩沖元件29用于通過緩沖質(zhì)量塊28相對于緩沖器基座27和加工柱24的水平或X方向的剪切運動，主要地緩沖夾具23。然而，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，該元件具有一定的衰減所有方向上的振動的固有能力，包括預(yù)加載方向上的。這種固有的特性被用于本發(fā)明的另一個實施例、圖9中；該正視圖示出了-T型墓碑式夾具59，它在其后部豎直表面61上安裝有一基本按照圖6結(jié)構(gòu)的緩沖裝置60，以實現(xiàn)一較為緊湊的組件。主振動可在夾具59的頂部在水平方向上看到，但豎直安裝的緩沖裝置60的緩沖元件62被選擇成主要緩沖元件預(yù)加載方向(即垂直于表面61)的主振動，而不是剪切方向。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明在對夾具安裝工件執(zhí)行操作的機床中，通過提高動態(tài)剛性，可實現(xiàn)性能的改善，而無需改變諸如刀具或機床主軸之類的機床結(jié)構(gòu)。在采用多種例如安裝于共用臺板的夾具的自動工業(yè)機床中，其中夾具支承有不同的工件，對于某一夾具/工件組，其剛性可以通過選擇專用于該夾具的緩沖元件而調(diào)諧到最佳條件。
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，墓碑式夾具例如可安裝于一直角附件(未圖示)，使加工柱以懸臂方式水平延伸；當這樣安裝時，預(yù)計夾具自由端處的主振動將是沿一豎直平面，在上述較佳的和另外的實施例中所述的原理仍將適用。
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，盡管本發(fā)明的上述較佳實施例擬使用一調(diào)諧緩沖器，但其它的緩沖裝置也可以與夾具一起使用，例如粘性緩沖器或活性控制緩沖器。
雖然以上參照一較佳實施例示出了本發(fā)明，但本發(fā)明不應(yīng)受它限制；相反，本發(fā)明應(yīng)延伸到在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的所有設(shè)計和變型。
權(quán)利要求
1．一種墓碑式夾具(23，48)，用于對工件進行加工的機器中，該夾具包括一加工柱(24，50)，它具有多個從一底部延伸到一頂部的側(cè)面；將底部安裝和固定于一機床支承件(13)的裝置；以及將一工件安裝于至少一個側(cè)面的裝置，其特征在于，還包括固定于加工柱的、衰減因?qū)ぜ庸ざa(chǎn)生的振動的緩沖裝置(25，60)。
2．如權(quán)利要求1所述的墓碑式夾具(23，48)，其特征在于，該緩沖裝置(25，60)鄰近于頂部而固定。
3．如權(quán)利要求2所述的墓碑式夾具(23，48)，其特征在于，該緩沖裝置(25，60)包括一調(diào)諧緩沖器。
4．如權(quán)利要求3所述的墓碑式夾具(23)，其特征在于，該加工柱(24)是空心的，該緩沖裝置(25)至少部分延伸于該頂部(26)內(nèi)，用于衰減因?qū)ぜ庸ざa(chǎn)生的振動。
5．如權(quán)利要求3或4所述的墓碑式夾具(23，48)，其特征在于，該緩沖裝置包括一固定于加工柱的緩沖器基座(27，41，54)；一緩沖質(zhì)量塊(28，39，53)；至少一個設(shè)置在緩沖器基座與緩沖質(zhì)量塊之間的粘彈性緩沖元件(29，40，58，62)；以及對粘彈性緩沖元件預(yù)加載并相對于緩沖器基座和加工柱而安裝緩沖質(zhì)量塊的彈性裝置(34，46，56)。
全文摘要
一種支承工件(11)的墓碑式夾具(23),它具有一加工柱(24),該加工柱裝有一緩沖裝置(25),從而提高結(jié)構(gòu)的動態(tài)剛性。
文檔編號B23Q1/01GK1284020SQ98813363
公開日2001年2月14日 申請日期1998年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月22日
發(fā)明者D·A·伯特, P·E·麥卡爾蒙特 申請人:尤諾瓦Ip有限公司