气动式自动卡盘 本发明涉及气动或自动可控的卡盘。这种卡盘主要应用在放电加工机械(EDM)中。一种气动式自动卡盘，如此处定义的那样，是一个设有一个专门空气腔的卡盘，该空气腔产生一个附加的夹紧力作用在一个和一工件配合的拉杆上。该基本的夹紧力是由弹簧产生的。而附加的夹紧力用于在卡盘和工件之间并经过工件拉杆提供更高的连接刚性。
放电加工机械典型方式包括一个用于连接工件的卡盘。一个用于一工具握持器之工件的实施例是该握持器固定一个和EDM机械相连的工具；而该工具握持器通常通过一个对中安置的拉杆被夹紧到卡盘上；而拉杆的一端部被连接到工具握持器上。该拉杆被插入到卡盘中并在其中于机械运行期间被夹紧和然后被释放。该工具握持器的上表面与卡盘相接合并且这个上表面包括有与卡盘的相应基准面相配合的基准面以便确保在X、Y和Z方向上精确地定位。
至少两个不同类型的EDM卡盘是公知地：一个是弹簧驱动的卡盘；另一个是气动式卡盘。该弹簧驱动的卡盘用于夹紧该工具握持器，其方式是经过一个拉杆，并唯一地借助一个弹簧以便偏压地锁住或使该拉杆保持在卡盘中。但不提供其它的夹紧力。该弹簧驱动的卡盘靠提供一个开启空气压力到该卡盘中而打开，即开启空气压力操作一个活塞并克服弹簧的偏压作用以开启该卡盘，进而使拉杆能被释放。类似地，当拉杆被插入时，该开启空气压力提供到卡盘以克服弹簧的偏压作用将拉杆插入；然后该开启空气压力被释放；则弹簧的偏压作用将拉杆夹紧到卡盘上。而且，该弹簧驱动的卡盘连接到一个净化空气供给源上以提供净化空气。这种净化空气被引到位于卡盘和握持器之间的基准面上。当该握持器离开卡盘时，该净化空气沿着该基准面冲洗，从而将表面上的灰尘和杂物净化掉。该净化空气是在夹紧握持器时导入到卡盘的。
EDM机设有气动的或空气控制的系统，并由软件控制，例如控制提供给弹簧驱动之卡盘的开启空气压力和净化空气压力的时序。如图1所示，设置了用于开启一个弹簧驱动的卡盘的开放时序。如可以看出的那样，当工具握持器被夹紧到卡盘上时，该开启空气压力和净化空气压力是零，亦即开始就没有空气压力施加到卡盘上。该净化空气首先被转到接通(ON)，随后通过开关转接到开启空气的接通(ON)，而开启空气作用在活塞上克服弹簧的偏压作用，因此引起工具握持器的运动和导致净化孔的打开，因而引起净化空气的压力下降。为此，设置一个夹紧/松开检验措施，它是一个检查该握持器在松开以后已经真正离开卡盘的安全措施。当松开以后该握持器完全离开卡盘时，该净化空气压力则由于未盖住的净化孔而下降。最终，将净化空气压力被完全转到中断(OFF)上。该开启空气压力可以保留在接通(ON)一个予定的时间，但是当工具握持器的拉杆再次被插入卡盘中时它将最终被转到中断(OFF)上。
一个气动式自动卡盘如上所述并为公知的类型，它包括一个设置在活塞底侧上的附加空气腔以产生一个和弹簧之夹紧力同向的附加夹紧力。在美国专利No.4855558中描述了一个气动式自动卡盘，其发明人为拉姆斯布罗，并转让给如同本发明的相同受让人，且对此加以结合参考。该附加的夹紧力在卡盘中通过净化空气压力产生，它在适当的时候转接到(ON)接通上。还设有工具基准系统，其包括轴向的弹性元件以在夹紧时与卡盘的相对基准元件相配合。这种弹性元件有助于拉杆的松开。其它的工具基准系统不设有这种轴向弹性元件。因此，为了松开工件它相对于一个没有那种弹性元件的工具基准系统而言则需要一个更大的开启空气压力。另外，需要一个专门的启动EDM的程序设计，以允许净化空气压力首先转到(OFF)中断，亦即，当打开卡盘时，在附加的空气腔中没有空气压力。
将专门的软件应用于气动的自动卡盘是不合乎需要的。许多已在使用中的EDM机具有只用于控制弹簧力驱动的卡盘的软件，该软件提供一个如图1所示的开启时序。在许多场合中希望用一个气动卡盘来替换一个弹簧驱动的卡盘，同时不需要用专门软件来改变空气控制软件。这是对本发明所涉及之问题的一个解决方案。
本发明涉及一个新的气动或自动卡盘，它可以代替一个弹簧驱动的卡盘，同时不用设置任何特殊的气动空气控制软件。这就是说，本发明新颖的气动式自动卡盘可以应用传统的由弹簧驱动卡盘使用的气动控制软件。本发明新颖的气动式自动卡盘包括一个释放阀，它可自动地关闭到附加夹紧腔的净化空气供给以阻止任何与开启空气力相反的气动反作用力。
本发明的一个目的是，提供一个气动式卡盘，它具有和一个弹簧驱动卡盘的完全兼容性或互换性，同时不需要任何特别的气动空气控制软件。
本发明另一个目的是提供一个具有一个释放阀的气动卡盘以自动地减少或切断该附加的夹紧力以能够开启卡盘和释放工具握持器拉杆。
本发明还有一个目的是提供一个气动式自动卡盘，它具有一个释放阀和一个用于关闭该卡盘的净化空气出口的附加隔离阀，该净化空气出口在夹紧一个工具以后末被复盖。这样导致的优点是，供给到附加空气腔的空气压力高于隔离阀的关闭引起的压力。于是，气动夹紧力更高。
本发明的这些和其它的目的通过参考下面的详细说明及相关的附图描述将变得显而易见。
此后，参考用以说明本发明的附图，对本发明作详细说明。
图1是用于说明一个弹簧驱动式卡盘的开启时序的空气压力(bar)和时间(sec)关系曲线；
图2是本发明卡盘的轴向纵剖图；
图3是设置在图2之卡盘中的一个释放阀放大图；
图4是图2卡盘的气动原理图；
图5是图2卡盘的平面图；
图6是用于说明图2之卡盘的开放时序之空气压力(bar)和时间(sec)的关系曲线；
图7是类似于图6但用于说明关闭时序的曲线；
图8是类似于图2但为多基准卡盘的纵剖图；
图9是用于图8之多基准卡盘但类似于图4的功能原理图；
图10是用于说明图8之多基准卡盘的开启时序并类似于图6的关系曲线；
图11是另一多基准卡盘实施例并类似于图2的剖示图；
图12是沿图11的多基准卡盘之垂直平面取出的类似于图2的半拉剖示图；
图13是设置在图11之多基准卡盘中的隔离阀放大且类似于图2的剖示图；和
图14是图11之多基准卡盘类似于图4的功能原理图；
如在文献US-4855588中特别描述的那样，该卡盘由一个上部件21和一个与其用螺栓连接的杯形下部件23构成。在该下部件23中并围绕一个由下部件23构成的中央直立的管件25设置一个环腔，其中安装一个环形活塞24。该活塞24之轴向延伸的内环表面与管件25之外表面密封地配合；而该活塞24之轴向延伸的外环表面与下部件23的内表面密封配合，因此，将所述环腔分隔成一个上边的开启空气腔27和一个下边的净化空气腔26以用于高的夹紧力。
该管件25装备一个含有径向可移动夹紧球31，32的环结构，这些球构成一个夹紧装置30用于夹紧沿轴向插入管件25中的抽拉杆(未示出)。借助数个等间隔安置的压力弹簧28(仅表示了一个)，该活塞24被轴向地压向上方以用于致动该夹紧装置30(图2)。当该开启空气腔27被足够大的开启空气压力施加载荷时，该活塞24则轴向往下边运动并克服由压力弹簧28产生的力，因此使夹紧装置30释开。该释开的夹紧装置30则允许抽拉杆从卡盘1中轴向地拉出。关于另外的细节请看上述的文献。
一个开启空气通道36设置在上部件21的本体中，其(36)输入孔37置于上部件21的自由上表面35中。通过孔37，该通道36就可以连接到一个开启空气压力源上(未示出)。通道36通入开启空气腔27中以便在接通(ON)时间周期中给其施加以开启空气压力。
一个净化空气导入管道40设置在上部件21的本体中并且位于下部件23的侧壁中。在上表面35中的孔47构成入口以使净化空气进入管道40中，其(47)可以连接到一个净化空气源(未示出)上。很明显地，该开启空气压力源和净化空气压力源可由一个单独的空气压力源实现，其由放电加工机械的一个中央控制装置(未示出)所控制，以便在予定的程序化时间周期中将开启空气压力接通到通道36上，并在予定的程序化时间周期内将净化空气压力转接通到管道40上(见图1)。
管道40包括一通道42，它贯穿上和下部件并朝向在卡盘1之基准面41中的一个净化空气孔45延伸。在一个工件，亦即一个电极握持器(未示出)被夹紧到卡盘1上时，该握持器就靠置在基准面41上并因此盖住孔45。
一个分支管52从管道42引向一个释放阀50的第一释放活塞腔53，释放阀50设置在上部件21的本体中。该释放阀50包括一个释放活塞54，它可以在一个轴向延伸的阶梯缸孔56中一个上端位(图3)和一个下端位(图2)之间运动，它(56)包括一个第一释放活塞腔53和一个比其直径大的第二释放活塞腔55。该第二释放活塞腔55通向开启空气腔27。安装在第二释放活塞腔55中的释放活塞54的基部57因此具有一个比释放活塞54之头部59要大的径向有效面积，而头部59延伸到第一释放活塞腔53中。
当释放活塞54在其下端位置时，分支管道52通过第一释放活塞腔53和将第一释放活塞腔53连到腔26上的管道40之另外通道58而与净化空气腔26相连通。当释放活塞54在其运行途径的上端位置时，则分支管道52与通道58的连通被阻断。而且，通道58和因此腔26被排放：头部59之邻近基部57的部分具有一个形成缝槽51的径向和轴向的切入部，其在一端与通道58相通，而在相反端部与第二释放活塞腔55之部分61相通，该腔55之部分61通过释放活塞54的基部57与开口空气腔27气密地隔绝。腔部分61通过图2和3中虚线所示的通道62与自由的外部空气相通。
假定卡盘1夹住一个工件并因此孔45被盖住。释放活塞54处于其下端位置。开启空气压力P36(亦即在通道36中的压力)和净化空气压力P42都被转至关断(OFF)。该放电加工机械则完成工作。为了使工件从卡盘1中释放，则执行下面的步骤(见图6)：1)净化空气压力P42被转到接通(ON)。由弹簧28产生的夹紧力就被压力P42加大。2)0.3秒以后，开启空气压力P36被转至接通(ON)。释放活塞54向上移到它的上端位置，因此阻断了分支管道52和腔26的连通，并使腔26通过通道62排放。当P26朝着零下降时，压力P36就超过了弹簧28的夹紧力，因而该夹紧装置30变得失效。3)当将拉杆从管件25抽出时，并因此将工件从卡盘1中取出时，该孔45就变为暴露。为了在一个接近0.5秒的短时间期限内，该压力P42的量级下降到一个数值，它可控制并检验对工件已从卡盘1中取出的工作。这种检验是借助将所述值与一予定压力值作对比实现的(图6中的虚线)。如果对比的结果证实了工件已被抽出，压力P42被转至中断off，同时，压力P36要接通(ON)到允许将其他拉杆插入到卡盘1中为止。
该闭合时序亦即夹紧一个工件的程序如下(图7)：4)P36仍在接通(ON)，而P42被转至(ON)。活塞24在其下端部位置而释放阀54保留在其上端位置上。5)当工件完全装入管件25中时传送装置(未示出)将一信号传送给控制装置。作为所述信号的响应，该控制装置将压力P36转至(OFF)中断。活塞24运动到其上端位置以允许夹紧装置30将拉杆夹紧。孔45就被覆盖住，因此，压力P42恢复到其最大值。随着压力P36被转至(OFF)中断，活塞54就下降到其下端位置；因而，分支管道52可以与腔26连通进而夹紧力增加。该控制装置可确认用于适当夹紧的压力P42之最大值。此后，通过该控制装置将压力P42转至中断(OFF)。
于是，气动的卡盘1可以用一个软件驱动，该软件原来被设置为仅仅启动一个弹簧驱动的卡盘。此外，卡盘1能可靠地夹紧和松开、且与卡盘1装备的工具基准系统无关。
依此，该释放阀50可被安装到图8的一卡盘100中，其设有第一基准系统和不同于其的第二基准系统，以用于夹紧一个带第一或第二基准系统的工件。该净化空气导管的管道140包括一个通道142，其一方面分支成4个出口通道144，146(仅表示其中两个)，其每个具有一个孔145，147位于No.1基准系统之辅助的A-基准面148，149中；其(142)另一方面分支成三个出口通道141(仅示出一个)，其每个具有一孔143并位于No2基准系统之辅助的Z基准面中。唯一地是，净化空气压力P142的量级稍稍低于压力P42的量级，因为在夹紧一个属于一个基准系统的工件情况下，另一基准系统的出口通道孔则保持未覆盖(见图10)。该多基准系统的卡盘100之部分结构和功能等同于卡盘1的相应描述。图9表明了卡盘100之夹紧及松开的功能方式。该基准系统No1可以是在US-A-4855558中公开的一种；基准系统No2则是在US专利申请08/571793中公开的。
在本发明另一个实施例中，图11-14表明的多基准系统卡盘200还另外设有一个隔离阀270。它有一个净化空气进入通道242和两个净化空气排出通道246和248。排出通道246和两个净化空气排出通道246和248。排出通道246连到位于No2基准系统之Z基准面中的三个孔243(仅表明一个)上。排出通道248通至四个位于N01系统之Z基准面中的孔245，247(仅表明两个)。在阀壳292中，一个十字形对称的隔离活塞274是浮动设置的并借助两个反向对齐的反作用弹簧271，272，保持在两个相对端位的中间位置上，该弹簧271，272分别置于隔离活塞274中且贴靠在壳体292的相邻壁上。在与隔离活塞274的运行路径成横向延伸的类似盘的径向延伸部275的上方设置一个第一阀腔276，排放通道246由此腔起延伸。该隔离活塞274的上杆部277支承一个0密封环278，它在隔离活塞274从其中间位置朝排出通道246之开口足够地向上运动时将排出通道246关闭。
一个类似的装置构成在延伸部275的下方并相对于其横向中心线为对称设置，该装置包括一个第二阀腔286，由此引伸出该排出通道248并由隔离活塞274的下杆部287支承一个0密封环288。于是，该0形环288在隔离活塞274从其中间位置朝排出通道248的开口足够地向下运动时将排出通道248关闭。
该净化空气通道242通过一个节流阀279连到阀腔276上，并通过一个节流阀289连到阀腔286上。该隔离阀270的功能如下：假定一个工件被夹紧在N01基准系统中，则N02系统的三个孔243未被覆盖，但是N01系统的四个孔245，247被盖住。结果，在排出通道246中的净化空气压力和因此在阀腔276中的压力低于在排出通道248及阀腔286中的净化空气压力。因此，隔离活塞274朝向排出通道246运动，直到它被关闭。这样，将没有任何净化空气从孔243漏出。
相应地，当一个工件被夹紧在N02基准系统中时，在阀腔286中的净化空气压力将低于阀腔276中的压力，结果由隔离活塞274将排出通道248关闭，因此，再没有净化空气从孔245，247中逸出。
这样，在多基准卡盘200中的隔离阀270可对一个基准系统且未结合有一工件的(排出)孔提供自动的关闭作用，此时，所述的工件结合在不同的基准系统中，同时无需改变或增补EDM的中央控制装置和/或使其启运的程序。该程序将卡盘200视为一个弹簧驱动的卡盘来控制它。因此，没有任何空气通过未覆盖的孔从类似卡盘200的卡盘中漏至电解溶槽中。此外，隔离阀270的关闭作用就导致一个更高的气动夹紧力。