用于工件支架的机械锁的制作方法

本发明涉及一种机械锁。具体地，本发明涉及一种包括可在制造过程期间使用的机械锁的工件支架。

背景技术：

在制造操作期间，例如机械加工，工件支架可在工具在这种零件上执行工作的同时将零件固定在适当位置。例如，工具可在工件支架将零件保持在适当位置的同时机械加工(例如，钻孔)零件，从而在加工过程期间将误差最小化。

技术实现要素：

工件支架用于在零件上执行工作的同时保持该零件。在本发明中，术语“零件”是指有形物体的物理结构，例如车辆、飞行器、装置或任何其它合适物体。作为非限制性实例，零件可以是车辆发动机的汽缸盖。在制造期间，在零件上执行工作的同时，零件应由工件支架支撑以产生具有尽可能接近所需形式的形状的零件。为此，本发明的工件支架包括用于支撑零件的支撑销和能相对于零件固定支撑销的位置的机械锁。

在一个实施例中，工件支架包括安装板和联接至安装板的机械锁。机械锁包括联接至安装板的基座和沿销轴线延伸的支撑销。支撑销可移动地联接至基座。这样，支撑销可相对于基座沿销轴线移动。工件支架还包括至少部分地设置在基座内部的锁定套环。锁定套环围绕支撑销且包括围绕支撑销设置的第一套环部分。第一套环部分具有背离支撑销的外锥形表面。锁定套环还包括围绕支撑销设置的第二套环部分。第二套环部分具有面向支撑销的内锥形表面。此外，第二套环部分可在解锁位置和锁定位置之间沿销轴线相对于第一套环移动。当第二套环部分处于锁定位置时，锁定套环相对于基座固定支撑销，使支撑销相对于基座和安装板保持固定。

当结合附图时，从下文对实施本教导的最佳模式的详细描述中，本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点将显而易见。

附图说明

图1是机械锁的示意性透视图；

图2是沿图1的剖面线2-2截取的包括图1中示出的机械锁的工件支架的示意性剖面图；

图3是图1中示出的无基座和引导件的机械锁的示意性透视图；

图4是在解锁位置中示出的机械锁的示意性剖面局部视图；

图5是在锁定位置中示出的机械锁的示意性剖面局部视图；以及

图6是用于操作包括图1中示出的机械锁的制造组件的方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中在所有附图中相同的附图编号对应于相同或类似部件，并且自图1和图2开始，工件支架10包括用于支撑零件14的支撑销102和能相对于零件14固定支撑销102的位置的机械锁100。机械锁100可直接联接至安装板12且可用于相对于安装板12固定支撑销102的位置。机械锁100完全是机械的，因此不包括气动或液压电路以将成本降至最低。安装板12和机械锁100是工件支架10的零件，其可包括其它部件。

机械锁100包括支撑销102，其沿销轴线P延伸(即，是细长形的)。如下面详述，支撑销102沿销轴线P相对于安装板12移动以直接接触零件14。零件14可具有平坦表面15，其配置成接触支撑销102。工件支架10是制造组件18的零件，其另外包括能对支撑销102施加扭矩的工具20，例如上螺母器或扭矩扳手。工具20可包括马达以对支撑销102施加扭矩，从而在箭头R1所示的方向上围绕销轴线P转动支撑销102。随着其在箭头R1所示的方向上转动，支撑销102在箭头L1所示的方向上沿销轴线P线性移动。在相反方向上(如箭头R2所示)转动支撑销102使支撑销102在箭头L2所示的方向上移动，该方向与箭头L1所示的方向相反。

支撑销102包括柄104和从柄104沿销轴线P延伸的头部106。头部106可具有六边形剖面以便于工具20和支撑销102之间的接合。因此，工具20可具有插座22，其配置成、形状设置为且尺寸设计为接纳头部106。插座22可具有对应于头部106的六边形形状的六边形形状。不管插座22的形状，工具20可直接接触支撑销102以对支撑销102施加扭矩。

制造组件18还包括用于控制机械锁100的操作的反馈系统19。反馈系统19包括扭矩传感器24，其配置成测量支撑销102所经受的扭矩大小。扭矩传感器24可以是工具20的零件或可以是附接至工具20或锁定销102的外部部件。在一个实施例中，扭矩传感器24是将扭转机械输入转换成电输出信号O的变换器。因此，电输出信号O表示支撑销102所经受的扭矩大小。

反馈系统19还包括与扭矩传感器24通信(例如，电子通信)且能接收扭矩传感器24产生的电输出信号O的控制器26。术语“控制器”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元中的任何一个或各种组合，例如，微处理器和以存储器和存储设备的形式存在的相关非瞬时性存储器介质(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动等)。非瞬时性存储器介质可以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、信号调节和缓冲电路以及一个或多个处理器可访问的其它部件的形式存储机器可读指令。输入/输出电路和设备包括模拟/数字转换器和监测来自传感器的输入的相关设备，这种输入以预设采样频率或响应于触发事件监测。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语是指包括刻度和查找表的任何控制器可执行指令集。控制器26还可包括任何所需逻辑电路，其包括但不限于比例-积分-微分(PID)控制逻辑、高速时钟、模拟-数字(A/D)电路、数字-模拟(D/A)电路、数字信号处理器或DSP，以及所需输入/输出(I/O)设备和其它信号调节和/或缓冲电路。控制器26可执行控制例程以提供所需功能，包括监测来自传感设备和其它联网控制器的输入且执行控制和诊断例程以控制致动器，例如工具20的操作。在进行操作期间，可按照规则间隔执行例程，例如每100微秒或3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。或者，可执行例程以响应于触发事件的发生。

在所示实施例中，控制器26包括处理器28和存储器31。存储器31包括有形、非瞬时性存储器介质，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光学存储器、闪存存储器、电可编程只读存储器(EPROM)等。在所示实施例中，处理器28是与存储器31电子通信且能执行软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法或任何其它合适的控制器可执行指令的集成电路。

可使用直接有线链路、联网通信总线链路、无线链路或任何其它合适的通信链路实现控制器26和扭矩传感器24或工具20之间的通信。通信包括交换任何合适形式的数据信号，包括，例如，经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光学波导的光学信号等。数据信号可包括表示来自传感器的输入的信号、表示致动器命令的信号和控制器之间的通信信号。

控制器50也在通信中(例如，电子通信)且可向工具20发送命令信号C。如下面详述，控制器26可产生且向工具20发送命令信号C以响应于接收自扭矩传感器24的电输出信号O以控制工具20的操作。命令信号C表示将由工具20执行的操作。例如，当支撑销102所经受的扭矩大小大于预定扭矩阈值时，控制器26可命令工具20停用(即，停止对支撑销102施加扭矩)。当支撑销102直接接触(且压靠)零件14时，支撑销102经受大小大于预定扭矩阈值的扭矩。控制器26可至少部分地基于接收自扭矩传感器24的电输出信号O连续监测支撑销102所经受的扭矩，以检测支撑销102何时直接接触(且压靠)零件14。

除了支撑销102以外，机械锁100包括基座120，其直接联接至安装板12。在所示实施例中，紧固件122，例如螺栓，延伸穿过基座120且进入安装板12，以将基座120联接至安装板12。基座120包括基座主体124且限定了延伸穿过基座主体124的内基座空腔126。内基座空腔126配置成、形状设置为且尺寸设计为部分接收支撑销102。弹簧128，例如螺旋弹簧，设置在内基座空腔126内部中。如下所述，弹簧128围绕支撑销102且可朝其解锁位置偏置机械锁100。

机械锁100包括基座120支撑的引导件108。紧固件122，例如螺栓，可延伸穿过引导件108且进入基座120以直接将基座120联接至引导件108。尽管引导件108部分设置在基座120上，但是引导件108的部分设置在内基座空腔126的内部，以将引导件108固定到基座120。弹簧128接触内基座空腔126内部中的引导件108。引导件108包括引导件主体110和延伸穿过引导件主体110的引导件开口112。在所示实施例中，引导件开口112配置为孔。不管其配置，引导件开口112形状设置为且尺寸设计为接收支撑销102。引导件主体110具有限定了引导件开口112的圆周内引导件表面114。内圆周内引导件表面114具有内螺纹部分116，其配置成与支撑销102的外螺纹部分150配合。

机械锁100进一步包括直接地联接至基座120的环形件130。紧固件122能延伸穿过环形件130并进入基座120，以将环形件130联接至基座120。环形件130围绕弹簧128和支撑销102，并且部分地延伸到内基座空腔126中。机械锁100还包括附接套环132，该附接套环部分地设置在内基座空腔126内部。环形件130还围绕附接套环132的部分。附接套环132包括附接套环本体134和从该附接套环本体134延伸的多个钩状件136。钩状件136彼此环形地隔开。此外，钩状件136部分地设置在内基座空腔126内部并且接合(例如，直接地接触)环形件130，由此将附接套环132联接至环形件130。因此，环形件130围绕附接套环132的部分。附接套环本体134包括内附接空腔138，其配置成、形状设置为并且尺寸设计为接收支撑销102。附接开口140延伸穿过附接套环本体134并且直接地引导至内附接空腔138。附接开口140配置成、形状设置为并且尺寸设计为接收支撑销102的柄部104。

支撑销102的柄部104具有第一柄端142和与第一柄端142相对的第二柄端144。第一柄端142比第二柄端144更靠近头部106。第二柄端144配置成直接地接触零件14以支撑该零件14。支撑销102进一步包括设置在第一柄端142和头部106之间的环形边缘148。环形边缘148能用作机械止挡件，以限制支撑销102相对于基座120沿着销轴线P的线性移动。为此，环形边缘148能接触附接套环132以防止支撑销102进一步沿由箭头L1指示的方向移动。柄部104包括外螺纹部分150，其构造成与引导件108的内螺纹部分116配合。

参照图1-5，除了支撑销102以外，机械锁100包括锁定套环152，用以固定支撑销102相对于基座120和安装板12的位置。锁定套环152设置在附接套环132内部。锁定套环152的至少一部分位于内基座空腔126内部。锁定套环152包括第一或内套环部分154以及围绕第一套环部分154的第二或外套环部分156。

第一套环部分154直接地联接至附接套环132，因此相对于附接套环132、引导件108、基座120以及环形件130保持固定。在所示出的实施例中，诸如销之类的紧固件122将附接套环132直接地联接至第一套环部分154。第一套环部分154包括第一主体157和联接至该第一主体158的第一锥形本体160。第一主体158具有圆周形状(例如，圆柱形形状)并且围绕支撑销102。第一锥形本体160也围绕支撑销102并且可与支撑销102直接接触。在所示的实施例中，第一锥形本体160具有圆周形状(例如，圆柱形形状)，但可设想的是，第一锥形本体160可包括多个环形隔开的部件。不管其具体形状，第一锥形本体160具有第一内表面162和与该第一内表面162相对的外锥形表面164。第一内表面162平行于销轴线P并且与支撑销102直接接触，以便于如下文所述固定支撑销102相对于基座120和安装板12的位置。外锥形表面164背离支撑销102面向并且相对于销轴线P限定倾斜角(在下文中为第一倾斜角θ1)。因此，第一锥形本体160的外剖面尺寸D1(例如，外直径)沿由箭头L1指示的方向减小。换言之，第一锥形本体160的外剖面尺寸D1沿由箭头L2指示的方向增大，该方向与由箭头L1指示的方向相反。

第二套环部分156可移动地联接至第一套环部分154并且部分地设置在附接套环132和基座120内部。在所示出的实施例中，第二套环部分156包括第二锥形本体166，该第二锥形本体166包括第一锥形部分168和与该第一锥形部分相对的第二锥形部分170。第一锥形部分168完全地设置在附接套环132内部，具有圆周形状(例如，截头锥形形状)，并且围绕支撑销102和第一套环部分154的第一主体158。第二锥形部分170的外剖面尺寸(例如，外直径)小于第一锥形部分168的外剖面尺寸(例如，外直径)，以允许弹簧128围绕第二锥形部分170。弹簧128并不围绕第一锥形部分168。而是，弹簧128与第一锥形部分168接触以将第二套环部分156沿由箭头L2指示的方向远离引导件108朝向其解锁位置(图4)偏置。具体地，弹簧128部分地设置在钩状件136和第二锥形部分170之间。

第二锥形本体166包括内锥形表面172和与该内锥形表面172相对的外表面174。外表面174至少包括第一外表面部分176、第二外表面部分178以及第三外表面部分180，该第三外表面部分180将第一外表面部分176和第二外表面部分178进行互连。第一外表面部分176和第二外表面部分178可平行于销轴线P。第三外表面部分180垂直于销轴线P，以允许弹簧128能将偏置力施加在第二套环部分156上。

内锥形表面172限定相对于销轴线P的倾斜角(在下文中为第二倾斜角θ2)。因此，第二锥形本体166的内剖面尺寸D2(例如，内直径)沿由箭头L1指示的方向减小。换言之，第二锥形本体166的内剖面尺寸D2沿由箭头L2指示的方向增大，该方向与由箭头L1指示的方向相反。第一倾斜角θ1和第二倾斜角θ2是互补角，以便于第二套环部分156沿着销轴线P相对于第一套环部分154的移动。在本发明中，术语“互补角”意指总和等于90度的两个角。因此，在所示出的实施例中，第一倾斜角θ1和第二倾斜角θ2的总和等于90度。内锥形表面172与支撑销102直接接触，以使得当第二套环部分156处于锁定位置时由锁定套环152施加在支撑销102上的压缩力最大。此外，内锥形表面172与外锥形表面164直接接触，以便于第二套环部分156相对于第一套环部分154在锁定位置和解锁位置之间的移动。

锁定套环152包括环形唇缘182，该环形唇缘直接地联接至第二套环部分156的第二锥形本体166。环形唇缘182至少部分地围绕附接套环132，以便于与工具20接合。在所示出的实施例中，锁定套环152具有延伸穿过环形唇缘182的环形设置的孔184。孔184配置成、形状设置为、尺寸设计为并且设置成接纳附接套环132的钩状件136。环形唇缘182部分地设置在附接套环132的外部，以允许工具20接触第二套环部分156并且将力施加在该第二套环部分156上，同时该工具也将扭矩施加于支撑销102。由于环形唇缘182联接至第二锥形本体166，因而使得环形唇缘182沿着销轴线P移动致使第二套环部分156也沿着销轴线P移动。

如图2所示，工具20能不仅用于将扭矩施加于支撑销102而且用于使得第二套环部分156相对于第一套环部分154沿着销轴线P在解锁位置(图4)和锁定位置(图5)之间移动。如上所述，工具20的插座22能固定地接收支撑销102的头部106，以允许工具20能将扭矩施加于支撑销102。工具20包括主工具本体30，该主工具本体限定插座22和中空杆32，当插座22接收支撑销102的头部106时，该中空杆从主工具本体30沿着销轴线P延伸。中空杆32可具有圆柱形形状，并且不管其形状，能在插座22固定地接纳支撑销102的头部106时至少部分地围绕附接套环132。

中空杆32与主工具本体30一体地形成，并且因此相对于主工具本体30保持固定。因此，当工具20与支撑销102接合时，随着工具20绕销轴线P转动，中空杆32绕销轴线P转动并且沿着销轴线P沿由箭头L指示的方向或者由箭头L2指示的方向移动。中空杆32配置成、形状设置为并且尺寸设计为当插座22固定地接收支撑销102的头部106时接触环形唇缘182，以允许中空杆32能沿由箭头L1指示的方向将力施加在第二套环部分156上。由于中空杆32将力直接地施加在环形唇缘182上，因而第二套环部分156相对于第一套环部分154沿由箭头L1指示的方向移动。

当插座22固定地接收头部106时使得工具20绕销轴线P沿由箭头R1指示的转动方向(图1)转动致使支撑销102绕销轴线P转动并且沿着销轴线P平移。此外，当插座22固定地接收头部106时使得工具20转动也致使中空杆32能将第二套环部分156从解锁位置(图4)驱动至锁定位置(图5)。由于第二套环部分156从解锁位置移动至锁定位置，因而第二锥形本体166将压缩力施加在第一锥形本体160上。再者，第一锥形本体160将压缩力施加在支撑销102上，由此防止支撑销102沿着销轴线P(尤其是沿由箭头L2指示的方向)移动。换言之，当第二套环部分156处于锁定位置中时，支撑销102相对于安装板12和基座120保持固定。

制造组件18可用于当对零件14执行加工时支撑零件14。为了这样做，控制器26可被专门编程以执行图6中作为流程图所示的方法200。方法200开始于步骤202，其要求将第二套环部分156放置在未锁定的位置(图4)(如果其尚未处于该位置)。为此，工具200可被固定至支撑销102。然后，控制器26命令工具20向支撑销102施加扭矩。响应于该命令，工具20向支撑销102施加扭矩。向支撑销102施加扭矩致使支撑销102在例如由箭头R2指示的方向上转动，并且在由箭头L2指示的方向上移动。在此，工具20还在由箭头L2指示的方向上移动(即，远离引导件108)。随着工具20移动远离引导件108，由工具20的空心杆32施加在第二套环部分156的环形唇缘182上的力减小，从而允许弹簧128将第二套环部分156朝未锁定位置(图4)偏置。弹簧128的偏置力最终将第二套环部分156一路驱动到未锁定位置。一旦第二套环部分156处于未锁定位置，方法200就继续进行到步骤204。

在步骤204处，控制器26命令工具20向支撑销102施加扭矩，以便将支撑销102朝零件14移动。响应于该命令，工具20向支撑销102施加扭矩。在该步骤中，向支撑销102施加扭矩致使支撑销102在例如由箭头R1指示的方向上转动，并且在由箭头L1指示的方向上朝零件14移动。随着工具20朝零件14移动，由工具20的空心杆32施加在第二套环部分156的环形唇缘182上的力增加。因此，工具20抵着弹簧128的偏置力将第二套环部分156朝锁定位置(图5)驱动。

方法200的步骤206与步骤204在相同的时间被执行，并且要求确定由支撑销102经受的扭矩大小。为此，扭矩传感器24可例如以规则间隔持续地监测由支撑销102所经受的扭矩。之后，控制器26接收来自扭矩传感器24的电输出信号O，以确定支撑销102经受的扭矩。之后，方法200进行到步骤208。

在步骤208，控制器26将支撑销102经受的扭矩与预定扭矩阈值进行比较，以确定支撑销经受的扭矩是否比预定扭矩阈值大。预定阈值表示当支撑销102的第二柄端144至少直接接触(并且可能压靠)零件14的时刻。如果支撑销102经受的扭矩大小不比预定扭矩阈值大，则方法200返回到步骤206。如果支撑销102经受的扭矩大小比预定扭矩阈值大，则方法200继续进行到步骤210。

在步骤210，控制器26命令工具20停止(即停止向支撑销102施加扭矩)。换句话说，仅当支撑销102经受的扭矩大小大于预定扭矩阈值时，控制器26才命令工具20停止向支撑销102施加扭矩。响应于该命令，工具20停止向支撑销102施加扭矩。之后，方法200继续进行到步骤212。

在步骤212，在零件14上执行工作。作为非限制性实例，可能在零件上钻孔。在零件14上执行完所有所需工作后，方法200继续进行到步骤214。在步骤214，控制器26命令工具20向支撑销102施加扭矩以移动支撑销102的第二柄端144远离零件14，如以上关于步骤202所描述的。与此相应，工具20向支撑销102施加扭矩以在箭头L2指示方向上移动第二柄端144。

尽管已详细描述了实施本教导的最佳方式，但是熟悉本发明相关领域的技术人员将认识到所附权利要求范围内实践本教导的各种替换设计和实施例。