專利名稱：利用可轉(zhuǎn)動凸輪減小反沖力的固定工具夾柄的裝置的制作方法
本申請是1994年4月8日提交的名稱為“用于固定工具柄的裝置”的，申請案號為K-1174號的共同未審定申請。
本發(fā)明涉及在基座件內(nèi)固定工具夾的裝置，特別是涉及使用控制鎖桿的凸輪機構(gòu)在基座件內(nèi)固定工具夾。
金工操作一般使用硬金屬的刀頭進行的。這種刀頭固定在工具夾上。工具夾不是暫時地就是永久地固定在基座件上，基座件是機床例如車床或銑床的一部分。
由于工作的極端條件，刀頭必須經(jīng)常更換，為此，刀頭必須從工具夾上卸下。金工操作的經(jīng)濟性使得在工具夾上更換刀頭所需的期間關(guān)機是很法經(jīng)濟的。使用可卸式工具夾則更合乎需要。因此，可以卸下帶有刀頭的整個工具夾，并更換另一個已經(jīng)在工具夾應有位置上具有新刀頭的工具夾。
從經(jīng)濟觀點考慮，要使更換工具夾變得簡易而迅速。為快速更換工具夾，這是促使生產(chǎn)不同的商用結(jié)構(gòu)的因素之一。
埃里克遜等人的美國專利第4747735號，名稱為“可卸式安裝的工具夾和方法”就是這種結(jié)構(gòu)的一個例子，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的申請人，這里用作本申請的參考文獻。該參考文獻敘述彈簧加載的往復移動鎖桿，通過彈簧向后推動鎖桿，以便經(jīng)向地向外移動鎖緊件，從而將工具夾固定在工具夾支承件內(nèi)。為了解脫工具夾，鎖桿必須頂著彈力推進，以便鎖緊件退回；此外，以便工具夾彈離工具夾支承件。在該專利中敘述的鎖緊機構(gòu)必須軸向地移動而不能側(cè)向移動。
本發(fā)明是一種用于可卸式固定管狀工具柄的裝置，該裝置由具有朝前表面的基座件和貫穿朝前的表面的孔組成。為了接納管狀柄，該孔從朝前的表面向后延伸。在基座件內(nèi)沿縱軸線延伸的是具有前端和后端的鎖桿，鎖桿可以前后往復移動，以便將孔內(nèi)的管狀柄拉到鎖緊位置以及從孔中把管狀柄推到未鎖緊位置。另外，鎖桿具有橫過縱軸線的孔，形成前壁，該前壁用作鎖桿凸輪從動面?？赊D(zhuǎn)動的凸輪安裝在基座件上，并具有穿過鎖桿上的孔的凸輪柱。凸輪可以在鎖桿中轉(zhuǎn)動，以提供前后往復移動。具有凸輪從動面的環(huán)可滑動地安裝在緊靠凸輪柱的鎖桿的凸緣上。彈簧安裝在環(huán)和鎖桿后端之間，用于把鎖桿推到鎖緊位置。通過凸輪的轉(zhuǎn)動，凸輪柱作用在環(huán)凸輪從動面上，從而壓迫彈簧并把鎖桿推到鎖緊位置；而又通過凸輪的反方向轉(zhuǎn)動，使彈簧減壓，從而脫開鎖桿。凸輪柱的作用是通過在鎖桿凸輪從動面和環(huán)凸輪從動面之間產(chǎn)生的干涉限制彈簧減壓。
在本發(fā)明的一個實施例中，凸輪柱具有由圓柱形部分構(gòu)成的第一凸輪段和由非圓柱形部分構(gòu)成的第二凸輪段，用于接觸鎖桿凸輪從動面和環(huán)凸輪從動面。
在本發(fā)明的第二個實施例中，凸輪柱由具有單一的非圓柱形部分的凸輪段構(gòu)成，用于接觸鎖桿凸輪從動面和環(huán)凸輪從動面。
在本發(fā)明的第三個實施例中，凸輪柱由具有圓柱形部分的第一凸輪段和具有圓柱形部分的第二凸輪段構(gòu)成，第二凸輪段偏離第一凸輪段，因此，通過這些部分來接觸和分離鎖桿凸輪從動面和環(huán)凸輪從動面。
再參閱本發(fā)明的下面的詳細敘述并結(jié)合附圖進一步闡明本發(fā)明的上述的和其它方面。現(xiàn)簡要地說明附圖如下

圖1顯示在未鎖緊位置上的工具夾基座件的側(cè)剖圖。
圖2顯示在鎖緊位置上的工具夾基座件的側(cè)剖圖，在鎖緊位置上工具夾被固定。
圖3顯示在鎖桿最靠前的位置上接觸可轉(zhuǎn)動凸輪的立體圖。
圖4顯示把鎖桿推到其最靠后位置上的可轉(zhuǎn)動凸輪的立體圖。
圖5說明本發(fā)明的分解立體圖。
圖6顯示把圖1所顯示的視圖轉(zhuǎn)動90°的側(cè)剖圖。
圖7顯示把圖2所顯示的視圖轉(zhuǎn)動90°的側(cè)剖圖。
圖8顯示在鎖緊位置和未鎖緊位置上的可轉(zhuǎn)動凸輪的相對位置圖。
圖9顯示說明本發(fā)明的彈簧的位移與可轉(zhuǎn)動凸輪的轉(zhuǎn)動相對應的曲線圖。
圖10顯示可轉(zhuǎn)動凸輪的立體圖，在該圖中，根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例凸輪具有非圓形段。
圖11說明在圖10中所顯示的凸輪，在凸輪表面延伸的整個長度上具有非圓形部位。
圖12顯示在鎖緊位置上圖10的凸輪的剖視頂視圖。
圖13顯示在未鎖緊位置上圖10的凸輪的剖頂視圖。
圖14顯示在未鎖緊位置上工具夾基座件的側(cè)剖圖，在該圖中，可轉(zhuǎn)動凸輪具有類似于圖11中所顯示的橫剖面的凸輪柱。
圖15顯示在鎖緊位置上工具夾基座件的側(cè)剖圖，在該圖中，可轉(zhuǎn)動凸輪具有類似于圖11中所顯示的橫剖面的凸輪柱。
圖16顯示在未鎖緊位置和鎖緊位置之間的位置上的工具夾基座件的側(cè)剖圖，在該圖中，可轉(zhuǎn)動凸輪具有類似于圖11中所顯示的橫剖面的凸輪柱。
圖1顯示具有前端15的工具夾10，在前端15上安裝刀頭20，刀頭20由墊片(未畫出)與工具夾10隔開。刀頭20和墊片25通過裝置例如夾子30固定在工具夾上。夾子30由銷35固定在工具夾10上。工具夾10具有朝后的對接面40和具有從前端15向后延伸的柄壁50的管狀柄45。
在柄壁50內(nèi)工具夾10可以具有對準槽53。在柄壁50內(nèi)設(shè)置相隔開的孔眼55。在孔眼55中工具夾10可以具有朝前的凹形接觸面60。
工具夾10是圍繞縱軸線56設(shè)置的。在整個說明書中，縱軸線56被用作基準線，如在附圖中是很明顯的，在說明書中詳述的許多部件都是繞縱軸線56對稱的。根據(jù)這一理由，描述時往往提及單個零件，這種描述顯然也適用于其它完全相同的零件。
圖1中顯示的工具夾是一種常用的工具夾使用于非轉(zhuǎn)動刀具的機床例如車床上。但是，工具夾顯然也可以安裝非轉(zhuǎn)動應用或轉(zhuǎn)動應用的刀具。另外，工具夾10最靠近前端15的部分一般繞縱軸線56相對于管狀柄95轉(zhuǎn)動相當90°角。然而，為了說明本發(fā)明的目的，將使用目前的定位。
另外，在附圖中，以與接納孔相分離經(jīng)向地顯示管狀柄。當然，本發(fā)明涉及凸輪和鎖桿在工具夾和接納孔之間的配合，顯然可以如圖所示，或者也可以是干涉配合。
工具夾接納件65具有朝前的對接面67和繞縱軸線56由孔70構(gòu)成的孔，它固定在基座件75上并且是基座件75的一部分。
在貫穿基座件75的通道80內(nèi)的是短管85，短管85插入工具夾接納件65的孔70；孔90縱向地貫穿短管85，而鎖桿95可滑動地安裝在孔90內(nèi)。
凹部100朝向鎖桿95的前端97，凹部100可以和貫穿短管85的徑向孔105相對準。鎖桿95可以在其任何位置上但是最好在與鎖桿95為整體的基座110處通過推拉沿縱軸線56移動。當鎖桿95推離工具夾10時，徑向地向外推動位于短管85的孔105內(nèi)和鎖桿95的凹部100內(nèi)的鎖緊件115。
圖1顯示工具夾10脫離基座件75。為了在基座件75內(nèi)固定工具夾10，定位鎖桿95，使鎖緊件115在凹部100內(nèi)并置于徑向孔105內(nèi)。在這一位置上，工具夾10的管狀柄45可以插進孔70。
如圖2所示，當工具夾10定位于孔70內(nèi)時，可以以箭頭117的方向?qū)㈡i桿95從工具夾10拉開，因此，鎖緊件115從凹部100徑向地向外移到滑道116，從而使鎖緊件115進入孔眼55，并接觸管狀柄45的朝前的凹形接觸面60。當鎖桿95以箭頭117的方向縮進時，工具夾10推入工具夾接納件65內(nèi)，同時，工具夾10的朝后的對接面40接觸工具夾接納件65的朝前的對接面67。鎖桿95的這個作用把工具夾10固定在工具夾接納件65內(nèi)。
為了從工具夾接納件65中松開工具夾10，以箭頭119的方向朝工具夾10推動鎖桿95，以這種方法，鎖緊件115退回到徑向孔105和凹部100內(nèi)，以便提供足夠的間隙，使工具夾10從工具夾接納件65中脫出，如圖1所示。
當工具夾10鎖緊在基座件75內(nèi)時，工具夾接納件65可以有彈性變形，所以產(chǎn)生很大的摩擦力，把工具夾10保持在工具夾接納件65內(nèi)。為了解脫工具夾10，鎖桿95在工具夾接納件65的前端延伸。因此，鎖桿95凸出在通道80之外，并接觸在工具夾10的管狀柄45內(nèi)的碰撞區(qū)120。以這種方法，繼續(xù)朝工具夾10的方向推動鎖桿95，將迫使鎖桿95撞擊碰撞區(qū)120，從而從工具夾基座件75中推出工具夾10。因此，通過移動鎖桿95，可以在基座件75內(nèi)固定或解脫工具夾10，從而為工具夾10的快速更換創(chuàng)造了條件。
本發(fā)明的要點是一種機構(gòu)，該機構(gòu)用于按箭頭119的方向把鎖桿95推進到圖1所示的解脫位置以及按箭頭117的方向縮進鎖桿95，以便將工具夾10固定在圖2所示鎖緊位置。
在圖1和圖2中所示的該裝置的關(guān)鍵零件在圖3和圖4中顯示更為清楚。具體來說，圖3顯示鎖桿95的最靠前的位置，類似于圖1中顯示的位置。可轉(zhuǎn)動凸輪具有縱軸線155，它貫穿可轉(zhuǎn)動的凸輪，可轉(zhuǎn)動的凸輪具有可以呈圓柱形的凸輪柱160。凸輪柱160具有偏離凸輪150的縱軸線155的縱軸線165。凸輪柱160具有至少一個凸輪面170?？赊D(zhuǎn)動凸輪150設(shè)置在貫穿鎖桿95的孔180內(nèi)。所以，在鎖桿95上，在孔180的壁的前部產(chǎn)生一個凸輪從動面。凸輪150橫向地固定在基座件75內(nèi)(如圖1)，因此，它只允許繞凸輪的縱軸線155轉(zhuǎn)動。另一方面，允許鎖桿95沿縱軸線56縱向地移動。以這種方法，在凸輪150的一個位置上，如圖1和圖3所示，凸輪柱160的凸輪面170接觸鎖桿95的凸輪從動面185，便以箭頭119方向把鎖桿95推到未鎖緊位置；在凸輪150的第二個位置上，如圖2和圖4所示，凸輪柱160的凸輪面170便以箭頭117的方向推動鎖桿95，所以導致鎖緊件115離開凹部100并移到滑道116，如圖2和圖4所顯示的樣子，從而把工具夾鎖緊在基座件75內(nèi)。值得注意的是，在圖4顯示凸輪面170是直接和鎖桿95接觸的，雖然這可以使鎖桿95在適當方向上位移，但是，在圖2中顯示一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中凸輪150使用一種中間的彈簧/環(huán)結(jié)構(gòu)把鎖桿95推到鎖緊位置。在該結(jié)構(gòu)中凸輪柱160作用在環(huán)195上，壓迫與鎖桿的后端205連接的彈簧200，從而以箭頭117的方向推動鎖桿。
從圖1-4可以看出，通過凸輪150從圖1和圖3顯示的最靠前的位置轉(zhuǎn)動到圖2和圖4顯示的最靠后的位置，就把鎖桿從未鎖緊位置推到鎖緊位置，把工具夾10固定在工具夾基座件75內(nèi)。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的裝置的部件分解圖。為了顯示沿著被橫向圓孔220和鎖桿導架225之間隔斷的縱軸線56上的工具夾接納件65的孔70、鎖桿室210和彈簧室215分割地顯示基座件75和工具夾接納件65。短管85延伸在孔70內(nèi)，短管85本身具有孔90，鎖桿95貫穿在孔90中，并使鎖緊件115和鎖桿95的凹部100對準。凸輪150和凸輪柱160安裝在鎖桿95的孔180內(nèi)，因此，凸輪表面170可以接觸鎖桿95的凸輪從動面185。通過橫向圓孔220橫向地限制凸輪150。
環(huán)195具有孔235，它裝配在鎖桿后端部205上，直到和鎖桿凸緣240接觸為止，所以環(huán)繞著可轉(zhuǎn)動凸輪150的凸輪柱160。環(huán)195通過彈簧200緊靠在鎖桿凸緣240上，彈簧200通過螺帽245固定在鎖桿后端部205上。螺帽通過螺栓250連接在鎖桿后端部205上，螺栓250以螺紋和鎖桿后端部205相連接。雖然在圖5中顯示的零件200是螺旋形彈簧，這是為了說明其作用，但最好使用一串貝氏彈簧。通過螺帽/螺桿結(jié)構(gòu)壓縮彈簧。
在鎖桿的一段也可以產(chǎn)生更大的撓性，以提供回彈力，所以不需要彈簧200。例如，連接孔180的鎖桿95的橫截面可以減小。與該結(jié)構(gòu)中，環(huán)195可以省去，便于凸輪柱160直接接觸鎖桿95，以便在鎖緊位置和未鎖緊位置之間推動鎖桿95。但是，在該結(jié)構(gòu)中，孔180應減小尺寸，使凸輪柱160能往復移動鎖桿95。
鎖桿凸緣240嵌入鎖桿室210并對鎖桿95提供橫向支撐，同時允許鎖桿95沿縱軸線56移動。以這種方法，凸輪150可以轉(zhuǎn)動，最好和連接室255的機床一起轉(zhuǎn)動，將鎖桿95從未鎖緊位置推到鎖緊位置。
參看圖1，應該注意在孔70中如果沒有工具夾10，凸輪的轉(zhuǎn)動將引起鎖桿95沿縱軸線56來回地往復運動，但作為一個整體，相對于環(huán)90就沒有移動。在這種情況下，鎖桿95將在工具夾接納件65的孔90中移動，同時鎖緊件115也將在徑向孔105內(nèi)來回地自由移動。
但是，如圖2所示，當工具夾10接入孔70內(nèi)時，通過凸輪柱160和環(huán)195的凸輪從動面197的接觸向后推動鎖桿95。然后，鎖緊件115從凹部100向外移動到滑道116，并接觸管狀柄45的朝前的凹形接觸面60，嵌入工具夾10。在這一位置上，凸輪150繼續(xù)轉(zhuǎn)動將引起環(huán)195和鎖桿凸緣240脫離接觸，并離開鎖桿凸緣240沿鎖桿95方向滑動，從而壓迫彈簧200，所產(chǎn)生的彈力通過螺栓250轉(zhuǎn)移到鎖桿95上。螺栓250把彈簧200固定在鎖桿95上。間隙257突出地顯示環(huán)195和鎖桿凸緣240的這一分離。
應該注意彈簧200是頂著環(huán)195預負載的。如果環(huán)195相對于鎖桿95沒有位移，鎖桿95可縮回而不接觸彈簧200。但是，當鎖緊件115嵌入管狀柄45時，便限制了鎖桿95。接箭頭117的方向進一步移動環(huán)195將引起環(huán)195相對于鎖桿95的移動。這樣，又壓迫彈簧200并把總的預負載力傳遞到鎖緊件115上以固定管狀柄45。
環(huán)195和鎖桿95將按箭頭117的方向移動，直到鎖緊件115在滑道116上從凹部100移到鎖緊件115嵌入管狀柄45為止。這一距離稱為鎖緊行程。在滑道116上鎖緊件115嵌入管狀柄45的精確位置依賴于制造公差。根據(jù)上述理由，這一鎖緊距離稱為平均鎖緊行程。
在圖6和圖7中再次顯示了在未鎖緊位置和鎖緊位置上該裝置的側(cè)剖圖。在未鎖緊位置上(圖6)凸輪表面170接觸鎖桿95的凸輪從動面185。在該位置上，鎖緊件115(在側(cè)剖圖中所顯示的)休止在鎖桿95的凹部100內(nèi)。為了清晰起見，在該視圖中已經(jīng)省略了工人夾接納件65(圖5)。在圖6中可以看出，凸輪柱160的厚度即直徑等于或略小于鎖桿95的凸輪從動面185和環(huán)195的凸輪從動面197之間的距離。為了提供這一間隙，環(huán)195休止在鎖桿95的凸緣240上(未畫出)。
但是，在鎖緊位置上(圖7)，鎖緊件115(以虛幻線表示)在滑道116上移動，直到和管狀柄(未畫出)接觸為止。為了清晰起見，工具夾接納件65和工具夾10已經(jīng)從該圖中省略。在這一位置上，凸輪150進一步轉(zhuǎn)動，結(jié)果引起環(huán)195和鎖桿95一起移動，壓迫彈簧200，所以又移回鎖桿95。
從圖6和圖7中應當注意兩個顯著的特點，圖6顯示凸輪表面170是在凸輪柱160的中部凸輪面170a上接觸鎖桿凸輪從動面185的，為未鎖緊位置；圖7顯示凸輪面170是在凸輪面1790的上部和下部170b、170c上接觸環(huán)195的凸輪從動面197的，因為環(huán)195具有孔235，如在圖5中可以看出。這是因為兩個重要的理由第一，在凸輪面170和凸輪從動面185及197之間的對稱接觸。這樣，在基座件75內(nèi)，由于在鎖桿95或環(huán)195上的不平衡力使擠塞鎖桿95的可能性變得最小。例如，如果凸輪柱160只是在凸輪面170的上部接觸環(huán)195，那么在基座件75內(nèi)往往引起粘合，從而使環(huán)195的縱向移動造成困難。
第二，使用凸輪面170的分開的縱向部分用于松開和鎖緊鎖桿95。如在圖6中可以看出，凸輪面170的間部分170a接觸鎖桿95的凸輪從動面185，而凸輪面170的上部或下部170b、170c接觸環(huán)195。以這種方法，分散在凸輪柱160和從動面185，197之間的磨損面，使磨損減至最小。象下面將要敘述的，在凸輪柱160上環(huán)195和鎖桿95的接觸在不同的徑向位置上也會出現(xiàn)。
再簡要地參看圖1和圖2，可轉(zhuǎn)動的凸輪150和凸輪柱160以虛幻線顯示，在圖8中也顯示了它們的位置，但是，為了說明起見，縮小了凸輪柱的直徑。關(guān)于凸輪的位置，作為基準，在凸輪150的轉(zhuǎn)動中，凸輪柱160離工具夾10(未畫出)最遠標記為零，并將反時針方向轉(zhuǎn)動視為正向轉(zhuǎn)動。
從圖8和圖1可以看出，在未鎖緊位置上，凸輪150定位在大約135°角的位置上。雖然，凸輪轉(zhuǎn)動到標記為180°的位置無疑是可能的，但為了縮小在鎖緊位置和未鎖緊位置之間的凸輪轉(zhuǎn)動的范圍，有意地將凸輪的轉(zhuǎn)動限制為小于180°。當基座件75在密閉位置時，為轉(zhuǎn)動而使用工具例如扳手使凸輪具有一個有限的位移是所期望的。凸輪150通過止動螺釘260(圖5)被限制在這一轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)，止動螺釘260旋在基座件75的孔265上，并嵌入環(huán)繞凸輪150與期望凸輪150轉(zhuǎn)動相符的大約135°延伸的圓弧形的凹槽270內(nèi)。
從圖8(B)和圖1所顯示的未鎖緊位置轉(zhuǎn)動到圖8(A)和圖2顯示的鎖緊位置，當凸輪150從未鎖緊位置順時針方向轉(zhuǎn)動時，鎖桿95依箭頭117的方向移動。當工具夾10在孔70內(nèi)時，鎖緊件115從凹部100向外移，鎖緊件115嵌入工具夾10的朝前的凹形接觸面60。此時，限制鎖桿95的縱向移動。但是，可轉(zhuǎn)動的凸輪繼續(xù)順時針方向轉(zhuǎn)動，結(jié)果引起凸輪面170推動環(huán)195緊靠彈簧200，從而壓迫彈簧并增加向后的力，將鎖桿95推到鎖緊位置。
彈簧200的最大位移隨著可轉(zhuǎn)動凸輪150轉(zhuǎn)動到0°時出現(xiàn)。但是為了使可轉(zhuǎn)動的凸輪150保持在由于彈力突然地返回到未鎖緊位置的可能減到最小的位置，凸輪150將超轉(zhuǎn)到-5°的位置上，并通過止動螺釘260(圖5)和凸輪150的凹槽270限制凸輪的轉(zhuǎn)動。雖然這一超越轉(zhuǎn)動將損失一些作用在鎖桿95上的彈力，但這可以提供的可靠的鎖緊性能，因而這種力的微小損失是合理的。
圖8連同圖1和圖2也說明凸輪從鎖緊位置到未鎖緊位置的轉(zhuǎn)動是小于180°的。當凸輪150從鎖緊位置反時針方向轉(zhuǎn)動時，凸輪柱160朝工具夾10的方向移動，當環(huán)195朝鎖桿凸緣240方向移動時，允許彈簧200擴張；另外，當環(huán)195接觸凸緣240時，凸輪轉(zhuǎn)動引起凸輪柱160接觸鎖桿95的凸輪從動面185。然后，鎖桿95按箭頭119方向推進，直到鎖桿前端97接觸工具夾10的碰撞區(qū)120為止。此時，進一步轉(zhuǎn)動凸輪，產(chǎn)生一個正作用，撞擊工具夾10，使之離開基座件75。裝置的設(shè)計使得可獲得上述正作用的轉(zhuǎn)動范圍為大約45°。
如前所述，沿著凸輪柱的接觸是對稱的，并發(fā)生在鎖桿的未鎖緊位置和鎖緊位置的不同長度的。
在圖1和圖2中所示的這種結(jié)構(gòu)還包含另一特點。即使凸輪柱的接觸發(fā)生在沿該柱的相同長度上，也限制凸輪的轉(zhuǎn)動，以便接觸該柱的不同的徑向部分，從而把鎖桿推到鎖緊位置和未鎖緊位置。如以圖8作為例子，凸輪柱160接觸環(huán)，就沿暗線所示的線段272縮進鎖桿；凸輪柱160接觸鎖桿，就沿暗線所示的線段274鎖緊鎖桿。因為這些表面是在凸輪柱160的不同的徑向位置上，所以在凸輪柱160上的磨損將減至最小。
當工具夾位于孔內(nèi)時，在圖8中說明的凸輪150的順時針方向轉(zhuǎn)動提供凸輪柱160的轉(zhuǎn)動，凸輪柱160的轉(zhuǎn)動移動環(huán)，并把力傳遞到鎖桿上。當環(huán)壓迫彈簧時，該力也傳遞到鎖桿上。為了達到徹底地鎖緊鎖桿，產(chǎn)生1000磅以上的彈力是不難得到的。當鎖桿95在未鎖緊位置和鎖緊位置之間移動時，通過凸輪以扭矩的形式傳遞該力。通常，使用手工工具例如扳手轉(zhuǎn)動可轉(zhuǎn)動的凸輪，并將產(chǎn)生的高彈力通過凸輪以大扭矩的形式傳遞到扳手，結(jié)果，當鎖桿在鎖緊位置和未鎖緊位置之間移動時，有一個凸輪的不需要的反作用力。
圖9顯示凸輪的轉(zhuǎn)動從與0°相對應的鎖桿的鎖緊位置(A)轉(zhuǎn)動到與135°相對應的未鎖緊位置(B)的凸輪柱和彈簧位移的關(guān)系。線280反映當凸輪從鎖緊位置到未鎖緊位置轉(zhuǎn)動時，將要和環(huán)195接觸處的凸輪柱160的位移。如上所述，凸輪150的鎖緊位置實際上是轉(zhuǎn)動到-5°。但是為了表示方便起見，在圖9中沒有顯示。從分析在圖9中顯示的線280可以看出，當凸輪轉(zhuǎn)到未鎖緊位置時，斜度逐步變得較陡。該同一線條也顯示彈簧位移的圖形，直到環(huán)195接觸鎖桿凸緣240時為止，該接觸發(fā)生在凸輪轉(zhuǎn)動到大約49°處。這將是鎖桿95在圖1和圖2中顯示的位置之間的位置。此時，當凸輪進一步轉(zhuǎn)動時，彈簧不再減壓，但鎖桿仍依箭頭119的方向移動，解脫工具夾10。但是，在這一期間，凸輪轉(zhuǎn)動影響彈簧的位移，有一個明顯的力作用在產(chǎn)生高扭矩的凸輪柱上。作為彈簧的典型設(shè)置，當壓力超過1000磅時，鎖緊和松開倘桿95所需要的，由凸輪傳遞的力和有關(guān)轉(zhuǎn)矩，對于上述反沖力的重量性來說，就變得意義重大了。
需要減小該反作用力的結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的第二實施例的要點。通過改變凸輪柱的形狀，使之不同于圓柱形，就可以在移動的范圍內(nèi)改變彈簧的位移。再參閱圖1顯示的結(jié)構(gòu)，如果工具夾10不在孔70內(nèi)，那么當圓柱形凸輪150從未鎖緊位置轉(zhuǎn)到鎖緊位置時，整個組件包括鎖桿95、環(huán)195、彈簧200和端蓋205，當它們通過凸輪柱160位移時，一起位移。而這一結(jié)構(gòu)，在環(huán)195和鎖桿95之間沒有相對位移。當工具夾10限制鎖桿95時，凸輪150的轉(zhuǎn)動只作用在環(huán)195上并壓迫彈簧200。從圖9中可知這一移動所展現(xiàn)的曲線280。
現(xiàn)在已經(jīng)知道，通過改變凸輪柱的外形，可以有利地影響彈簧的位移，擴大轉(zhuǎn)動的范圍，在轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)減壓(或增壓)。另外，單純使用圓柱形凸輪柱導致在凸輪柱上引起磨擦，減小反作用力。通過沿凸輪柱的長度采用偏心的凸起部，直接作用而使凸輪轉(zhuǎn)動的彈簧位移可以減小。具體地說，凸輪柱可以受彈簧減壓(或增壓)的干涉以便減小凸輪的扭矩。另外，彈簧的位移可以將彈簧的減壓(或增壓)分配在凸輪轉(zhuǎn)動的較大范圍上，從而減小在短轉(zhuǎn)動內(nèi)傳遞的很大的力以有利于在更大的轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)傳遞較小的力。另外，通過擴大凸輪轉(zhuǎn)動的范圍使彈簧減壓(或增壓)，在凸輪柱的轉(zhuǎn)動位置上，力被分布到凸輪柱上，這可形成一個較小的力矩臂，從而進一步減小扭矩。
圖10顯示凸輪150具有帶有三個不同的段161、162和163的凸輪柱160。段161、162和上面敘述的凸輪柱形狀是完全相同的。但是段163包括一個偏置的凸起部290。圖11顯示凸輪150具有帶有單一的段164的凸輪柱160。單一的段164具有和圖10中段163完全相同的外形。圖12顯示通過圖10的段163或圖11的段164的凸輪柱160的橫截面圖。假設(shè)凸輪柱的段161和162的半徑為r1，段163包括半徑為r2的偏置凸起部半徑r2和半徑r1相互過渡而形成連續(xù)的表面。與凸輪柱160的中心線165和凸輪150的中心線155相交的線167作為基線，距半徑r1的最大偏離將發(fā)生在距基座大約65°角處，這是大約在轉(zhuǎn)動凸輪的位移的中途。半徑r2的大小大約等于鎖緊件115從滑道116的底部移到滑道的鎖緊件接合管狀柄的部分的距離。這一距離叫做平均鎖緊行程。
再參看圖1，如果工具夾10沒有到應有的位置，凸輪150的轉(zhuǎn)動將移動鎖桿95、環(huán)195、彈簧200和端蓋205，而作為一個整體，在構(gòu)件之間沒有相對位移。此外，圓柱形凸輪柱160在鎖桿95的凸輪從動面185和環(huán)195的凸輪從動面197之間，在鎖桿孔180內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。變型的凸輪將產(chǎn)生不同的結(jié)果。具體地說，圖14至圖16顯示并將作更詳細的闡述，變型的凸輪150在鎖桿95的凸輪從動面185和環(huán)195的凸輪從動面197之間將作為一個楔，從而在轉(zhuǎn)動中將兩部分分開。即使鎖桿95沒有定位在孔70中，凸輪150的轉(zhuǎn)動也將把彈簧壓到r2和r1之差的最大量。
與圖8中的(A)相對應，圖12顯示在鎖緊位置上的凸輪；與圖8中的(B)相對應，圖13顯示在未鎖緊位置上的凸輪。另外，現(xiàn)在除了凸輪150具有與圖10或11所示相似凸輪柱160外，圖14和圖15顯示的基座件75和工具夾10與前面所述的和圖1及圖2所顯示的基座件75和工具夾10是完全一樣的。在凸輪150從鎖緊位置到未鎖緊位置的轉(zhuǎn)動中。環(huán)195類似于前面所述的方式跟隨凸輪柱160的第一段161和第二段162(或凸輪柱164)而動。但是，當鎖桿95從鎖緊位置移到未鎖緊位置時，由于凸起部290的加入，雖然這一轉(zhuǎn)動的總效果是讓簧減壓，從而趨向于產(chǎn)生一個反沖力，但凸起部290將作用在鎖桿95的凸輪從動面185上，稍微地分離鎖桿凸緣240和環(huán)195。這又將壓迫彈簧，引起鎖桿95和環(huán)195兩者各自的凸輪從動面185、197夾住凸輪柱160。圖9中顯示的線282表示由鎖桿和環(huán)之間的這種相對運動所引起的彈簧的位移。在凸輪轉(zhuǎn)動的中途大約65°處，彈簧的位移最大。
使用數(shù)值來表示本發(fā)明，在鎖桿95和環(huán)195之間的最大位移發(fā)生在轉(zhuǎn)動的大約65°處，并具有大約0.05英寸的值，如線282所示。0.05英寸這個值相應于平均鎖緊力所需要的最大彈簧位移。從線282可以看出，使用圖1至圖8所述的圓形凸輪，0.05英寸的彈簧位移出現(xiàn)在大于大約40°的轉(zhuǎn)動位置上。由于圖10和圖11中所示的變型凸起部結(jié)構(gòu)，根據(jù)線280的彈簧的變位，只允許直到凸輪的凸起部干涉這種變位為止，如由線282所示。
為明確目的起見，線280已經(jīng)疊加在線282上，顯示帶有變型凸起部的實際彈簧變位。由相交的線280和282的上段顯示實際的彈簧變位，由于凸起部使彈簧變位的大小出現(xiàn)在70°和135°之間，這是大于60°的范圍。相反，沒有凸起的凸輪的結(jié)構(gòu)，整個變位出現(xiàn)在0°到40°之間，在40°范圍內(nèi)。
圖14說明帶有變型凸起部的凸輪在基座件75內(nèi)的應有的位置上，可以看出凸起部290在靠近鎖桿95的凸輪從動面185的一個位置上。當凸輪150順時針方向轉(zhuǎn)到鎖緊位置時，凸起部作為一個楔靠在鎖桿的凸輪從動面上，從而把彈簧的壓力增加到大于轉(zhuǎn)動開始時原凸輪外形引起的壓力的程度但同時引摩擦，阻礙轉(zhuǎn)動。在圖16中顯示的中間位置說明了這一點。
進一步的轉(zhuǎn)動使凸起部290超越了與鎖桿95的凸輪從動面185的接觸，直到僅僅使圓形凸輪部分(圖10的161、162或圖11的164)接觸從動面185為止。在圖15中顯示在鎖緊位置上的凸輪150。
如果中央段163保持圓柱狀外形，而上段和下段161、162各具有類似于凸起部290那樣的凸起部，那么在凸輪柱160的中央段163上，由偏置的凸起部290所產(chǎn)生的效果是完全一樣的。只要彈簧減壓(或增壓)分布在一個比圖1至8所示圓形凸輪結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的更大的轉(zhuǎn)動范圍上，就可以產(chǎn)生需要的效果。
最后，應當明白，凸起部290的定向可以轉(zhuǎn)換180°，以便和環(huán)195發(fā)生接觸，而與鎖桿95相對立。但是從圖10中可以看出，在這種情況下，段161和162和凸起的段163必須互換。
已經(jīng)敘述的凸輪裝置常常把往復移動傳給快換工具夾的鎖桿，以便把工具夾固定在工具夾基座上或使工具夾從基座松脫。
對該裝置的上述各個具體實施例可以進行各種變型，而不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于可卸式固定工具夾管狀柄的裝置，它包括a)一個基座件，它具有朝前的表面和與朝前的表面相交并向后延伸的孔，該孔用于接納管狀柄；b)在基座件內(nèi)沿縱軸線延伸的具有前端和后端的鎖桿，該鎖桿并能前后往復移動，用于在孔中把管狀柄拉到鎖緊位置以及用于從孔中把管狀柄到未鎖緊位置，所述鎖桿具有垂直于所述縱軸線的孔，限定一個前壁，用作鎖桿凸輪從動面；c)安裝在基座件上的可轉(zhuǎn)動的凸輪，它具有穿過鎖桿上的孔的凸輪柱，該凸輪可在鎖桿上工作，以提供前后往復移動。d)具有凸輪從動面并可滑動地設(shè)置在緊靠凸輪柱的鎖桿的凸緣上的環(huán)；e)設(shè)置在環(huán)和鎖桿后端之間的彈簧，用于把鎖桿推向鎖緊位置；f)其中，通過凸輪的轉(zhuǎn)動，凸輪柱作用在環(huán)凸輪從動面上，壓迫彈簧并把鎖桿推到鎖緊位置，而通過凸輪反方向轉(zhuǎn)動使彈簧減壓并松開鎖桿；g)其中，凸輪柱通過在鎖桿凸輪從動面和環(huán)凸輪從動面之間產(chǎn)生的干涉起到限制彈簧減壓的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于凸輪柱具有由圓柱形部分構(gòu)成的第一凸輪段和由非圓柱形部分構(gòu)成的第二凸輪段，用于接觸鎖桿凸輪從動面和環(huán)凸輪從動面；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于非圓柱形部分具有最大的偏離，從而在凸輪轉(zhuǎn)動的鎖緊位置和未鎖緊位置之間的一個轉(zhuǎn)動位置上，在兩個從動面之間產(chǎn)生最大的干涉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于非圓柱形部分的最大偏離大約等于鎖桿的平均鎖緊行程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于凸輪柱由具有單一的非圓柱形部分的凸輪段構(gòu)成，用于接觸鎖桿凸輪從動面和環(huán)凸輪從動面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于非圓柱形部分具有最大的偏離，在凸輪轉(zhuǎn)動的鎖緊位置和未鎖緊位置之間的一個轉(zhuǎn)動位置上，在兩個從動面之間產(chǎn)生最大的干涉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于非圓柱形部分的最大偏離大約等于鎖桿的平均鎖緊行程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于凸輪柱由具有圓柱形部分的第一凸輪段和具有圓柱形部分的第二凸輪段所組成，第二凸輪段偏離第一凸輪段，使鎖桿凸輪從動面和環(huán)凸輪從動面被該兩部分接觸和分離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于偏離的圓柱形部分具有最大的偏離，從而在凸輪轉(zhuǎn)動的鎖緊位置和未鎖緊位置之間的一個轉(zhuǎn)動位置上，在兩個從動面之間產(chǎn)生最大干涉。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于非圓柱形部分的最大偏離大約等于鎖桿的平均鎖緊行程。
全文摘要
通過在鎖緊位置和未鎖緊位置之間軸向地往復移動的鎖桿(95)來可卸式固定工具夾管狀柄(45)的一種裝置，利用可轉(zhuǎn)動的凸輪(150)使鎖桿(95)往復移動，可轉(zhuǎn)動的凸輪(150)驅(qū)動預負載彈簧(200)，形成一個將鎖桿(95)固定在鎖緊位置上的力，可轉(zhuǎn)動凸輪(150)包括一個非圓柱形凸輪柱(160)，當鎖桿(95)從鎖緊位置移到未鎖緊位置時，在凸輪柱(160)上通過預負載彈簧(200)可以產(chǎn)生一個最小的反沖力。
文檔編號B23B29/00GK1144498SQ95192202
公開日1997年3月5日 申請日期1995年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月8日
發(fā)明者羅伯特·A·埃里克森 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司