CN103111647A - 顶尖浮动式卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶尖浮动式卡盘，所述顶尖浮动式卡盘包括：盘体，所述盘体上设有中心孔；定位单元，所述定位单元配合在所述中心孔内，用于对工件中心定位；浮动夹紧单元，所述浮动夹紧单元设在所述盘体上，所述浮动夹紧单元包括多个可不同步运动以夹紧中心定位在所述定位单元上的所述工件的高爪；和连接单元，所述连接单元分别与所述浮动夹紧单元和用于驱动所述浮动夹紧单元的驱动装置相连。根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘具有能够在对工件中心定位的情况下夹紧工件、减小多次装夹的定位误差等优点。

Description

顶尖浮动式卡盘

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体而言，涉及一种顶尖浮动式卡盘。

背景技术

随着现代制造技术的发展，对机床及其主要功能部件的精度提出了更高的要求，卡盘的夹持精度是影响工件加工误差的一项主要因素。液压动力卡盘是数控机床上以高速回转油缸为动力源的通用夹具，其精度直接影响数控机床的整体精度，是数控机床几大关键的功能部件之一。

对于一些精度要求较高、加工工序较多的工件，需要在工件上加工出中心工艺孔进行辅助定位，以减小多次装夹造成的定位误差。但是，现有的卡盘无法在利用中心工艺孔对工件进行中心定位的情况下夹紧工件。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够在对工件中心定位的情况下夹紧工件、减小多次装夹的定位误差的顶尖浮动式卡盘。

为实现上述目的，本发明提出一种顶尖浮动式卡盘，所述顶尖浮动式卡盘包括：盘体，所述盘体上设有中心孔；定位单元，所述定位单元配合在所述中心孔内，用于对工件中心定位；浮动夹紧单元，所述浮动夹紧单元设在所述盘体上，所述浮动夹紧单元包括多个可不同步运动以夹紧中心定位在所述定位单元上的所述工件的高爪；和连接单元，所述连接单元分别与所述浮动夹紧单元和用于驱动所述浮动夹紧单元的驱动装置相连。

根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘通过设置所述定位单元，且设置具有可不同步运动的多个所述高爪的所述浮动夹紧单元，可以在利用所述定位单元对所述工件进行中心定位的同时，利用多个所述高爪夹紧所述工件。具体而言，可以先将所述工件上的中心工艺孔配合在所述定位单元上，以对所述工件进行中心定位。然后调节多个所述高爪以夹紧所述工件。也就是说，即使中心定位在所述定位单元上的所述工件的形状不规则，也可以利用不同步运动的多个所述高爪夹紧所述工件。由此可以利用具有所述顶尖浮动式卡盘的机床加工精度要求较高、工序较多的工件，从而可以减小多次装夹工件而造成的定位误差。因此，根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘具有能够在对工件中心定位的情况下夹紧工件、减小多次装夹的定位误差等优点。

另外，根据本发明的顶尖浮动式卡盘还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述中心孔沿所述盘体的轴向定向且所述中心孔与所述盘体的同轴度小于或等于0.005毫米。由此可以提高所述顶尖浮动式卡盘的夹持精度。

根据本发明的一个实施例，所述定位单元包括：中心轴，所述中心轴过渡配合在所述中心孔内，所述中心轴的上表面设有中心槽；和顶尖，所述顶尖设在所述中心槽内，所述顶尖的顶心向上伸出所述中心槽用于对所述工件进行中心定位。由此不仅可以将所述定位单元固定在所述盘体上，且可以实现利用所述定位单元对所述工件进行中心定位。

根据本发明的一个实施例，所述中心轴通过第一紧固件可拆卸地安装在所述盘体上。由此可以将所述中心轴稳固地且可拆卸地安装在所述盘体上，且所述中心轴的安装和拆卸方便。

根据本发明的一个实施例，所述顶尖和所述中心槽的壁之间设有用于对所述顶尖周向定位的第一定位键。这样可以提高加工精度。

根据本发明的一个实施例，所述顶尖和所述中心槽径向间隙配合，所述顶尖的下端与所述中心槽的底壁之间设有弹性件。所述顶尖浮动式卡盘可以对具有不同尺寸的中心工艺孔的工件进行中心定位。

根据本发明的一个实施例，所述定位单元还包括定位套，所述定位套设在所述盘体上且绕所述顶心设置。由此可以利用所述定位套对所述工件进行轴向定位。

根据本发明的一个实施例，所述浮动夹紧单元还包括：多个基爪，多个所述高爪分别对应地设在多个所述基爪上，所述基爪在所述盘体的径向上可移动地设在所述盘体上以带动所述高爪沿所述盘体的径向移动；多个杠杆，多个所述杠杆分别可枢转地设在所述盘体上，多个所述杠杆分别与多个所述基爪相连以分别带动多个所述基爪移动；浮动套，所述浮动套在所述盘体的径向和轴向上可移动地设在所述盘体上，所述浮动套在所述盘体的轴向上移动时推动所述杠杆转动；和导套，所述导套在所述盘体的轴向上可移动地设在所述盘体上，所述导套与所述浮动套相连以带动所述浮动套在所述盘体的轴向上移动。由此可以利用所述浮动夹紧单元的多个所述高爪夹紧中心定位在所述定位单元上的所述工件，且所述浮动夹紧单元的结构简单，性能可靠。

根据本发明的一个实施例，所述浮动夹紧单元还包括多个连接块，多个所述高爪分别通过多个所述连接块与多个所述基爪相连。这样不仅可以使所述顶尖浮动式卡盘的结构更加合理，而且可以使多个所述高爪更加方便地夹持所述工件。

根据本发明的一个实施例，所述高爪上设有第一齿条且所述盘体上设有与所述第一齿条啮合的第二齿条，所述高爪与所述连接块通过第二紧固件可拆卸地相连。这样可以提高所述顶尖浮动式卡盘夹持所述工件的稳定性，

根据本发明的一个实施例，所述盘体上设有沿所述盘体的径向定向的滑槽，所述基爪可滑动地设在所述滑槽内。这样可以将所述基爪沿所述盘体的径向可移动地安装在所述盘体上。

根据本发明的一个实施例，所述滑槽的横截面为工字形，所述基爪的横截面为工字形，所述滑槽与所述基爪在上下方向上间隙配合，所述连接块的横截面为倒T形。这样不仅可以在不影响所述基爪在所述滑槽内滑动的情况下在上下方向上对所述基爪进行定位，而且可以将所述连接块更加稳固地固定在所述基爪上。

根据本发明的一个实施例，所述杠杆具有大臂和小臂，所述小臂上设有圆柱件，所述基爪上设有直槽，所述圆柱件配合在所述直槽内以便所述杠杆转动时带动所述基爪沿所述盘体的径向移动。由此可以实现所述杠杆转动时带动所述基爪移动，且所述杠杆和所述基爪的结构简单、配合可靠。

根据本发明的一个实施例，所述浮动套的横截面的面积由上至下逐渐减小，所述浮动套向下移动时推动所述大臂带动所述杠杆转动且所述杠杆推动所述基爪向内移动以带动所述高爪夹紧所述工件。由此可以使所述浮动套向下移动时通过所述杠杆和所述基爪带动所述高爪夹紧所述工件。

根据本发明的一个实施例，所述杠杆上设有传动臂，所述浮动套向上移动时推动所述传动臂带动所述杠杆转动且所述杠杆推动所述基爪向外移动以带动所述高爪离开所述工件。这样可以便于从所述顶尖浮动式卡盘上取下所述工件。

根据本发明的一个实施例，所述导套的横截面为环形，所述导套绕所述定位单元设置且与所述定位单元径向间隙配合。由此不仅可以使所述导套在所述盘体上的位置更加合理，而且所述导套移动时不会影响所述中心轴。

根据本发明的一个实施例，所述导套与所述定位单元之间设有用于对所述导套周向定位的第二定位键。由此可以进一步提高所述顶尖浮动式卡盘的稳定性，从而可以进一步提高所述顶尖浮动式卡盘的夹持精度。

根据本发明的一个实施例，所述浮动套的横截面为环形，所述浮动套绕所述导套设置且在所述盘体的径向上与所述导套之间具有间隙，所述导套上设有沿上下方向间隔开的凸缘和锁紧螺母，所述浮动套的至少一部分位于所述凸缘和所述锁紧螺母之间。这样即可以实现所述导套移动时带动所述浮动套沿所述盘体的轴向移动，又可以实现所述浮动套在所述盘体的径向上可移动，并且所述导套和所述浮动套的结构简单、制造容易、配合稳定可靠。

根据本发明的一个实施例，所述盘体上设有用于将所述顶尖浮动式卡盘安装在机床上且与所述盘体的同轴度小于或等于0.005毫米的止口，所述连接单元包括通过所述止口与所述浮动夹紧单元相连的连接螺钉和用于将所述连接螺钉连接到所述驱动装置的连接螺母。这样不仅可以利用所述驱动装置通过所述连接单元带动所述浮动夹紧单元夹紧所述工件，而且可以使所述顶尖浮动式卡盘与所述驱动装置的连接更加方便。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘的俯视图；

图2是根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘的左视图；

图3是根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘的剖视图；

图4是根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘的杠杆的结构示意图。

顶尖浮动式卡盘10、盘体100、止口110、中心轴210、第一紧固件211、顶尖220、第一定位键221、弹性件222、定位套230、高爪310、第二紧固件311、基爪320、直槽321、杠杆330、大臂331、小臂332、传动臂333、圆柱件334、浮动套340、导套350、第二定位键351、凸缘352、锁紧螺母353、连接块360、连接螺钉410、连接螺母420。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘10。如图1-图4所示，根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘10包括盘体100、定位单元、浮动夹紧单元和连接单元。

盘体100上设有中心孔。所述定位单元配合在所述中心孔内，所述定位单元用于对工件中心定位。所述浮动夹紧单元设在盘体100上，所述浮动夹紧单元包括多个可不同步运动以夹紧中心定位在所述定位单元上的所述工件的高爪310。所述连接单元分别与所述浮动夹紧单元和用于驱动所述浮动夹紧单元的驱动装置（图中未示出）相连。

根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘10通过设置所述定位单元，且设置具有可不同步运动的多个高爪310的所述浮动夹紧单元，可以在利用所述定位单元对所述工件进行中心定位的同时，利用多个高爪310夹紧所述工件。具体而言，可以先将所述工件上的中心工艺孔配合在所述定位单元上，以对所述工件进行中心定位。然后调节多个高爪310以夹紧所述工件。也就是说，即使中心定位在所述定位单元上的所述工件的形状不规则，也可以利用不同步运动的多个高爪310夹紧所述工件。由此可以利用具有顶尖浮动式卡盘10的机床加工精度要求较高、工序较多的工件，从而可以减小多次装夹工件而造成的定位误差。因此，根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘10具有能够在对工件中心定位的情况下夹紧工件、减小多次装夹的定位误差等优点。

其中，所述中心孔可以沿盘体100的轴向定向且所述中心孔与盘体100的同轴度可以小于或等于0.005毫米（盘体100的轴向与上下方向一致，上下方向如图2-图4中的箭头A所示）。由此可以提高顶尖浮动式卡盘10的夹持精度。

图1-图3示出了根据本发明一个具体实施例的顶尖浮动式卡盘10。如图1-图3所示，所述定位单元可以包括中心轴210和顶尖220。中心轴210可以过渡配合在所述中心孔内，即中心轴210的公差带与所述中心孔的公差带交迭，中心轴210的上表面可以设有中心槽。顶尖220可以设在所述中心槽内，顶尖220的顶心可以向上伸出所述中心槽用于对所述工件进行中心定位。由此不仅可以将所述定位单元固定在盘体100上，且可以将所述工件上的中心工艺孔配合在顶尖220的顶心上，以实现利用所述定位单元对所述工件进行中心定位。

其中，中心轴210可以通过第一紧固件211可拆卸地安装在盘体100上。由此可以将中心轴210稳固地且可拆卸地安装在盘体100上，且中心轴210的安装和拆卸方便。

可选地，如图3所示，顶尖220和所述中心槽的壁之间可以设有用于对顶尖220周向定位的第一定位键221。通过设置第一定位键221，可以利用第一定位键221对顶尖220进行周向定位，以防止顶尖220转动。这样可以提高中心定位在顶尖220上的所述工件的稳定性，从而可以提高加工精度。

有利地，如图3所示，顶尖220和所述中心槽可以径向间隙配合（顶尖浮动式卡盘10的径向如图1-图4中的箭头B所示），顶尖220的下端与所述中心槽的底壁之间可以设有弹性件222。由此可以利用弹性件222支撑顶尖220，使顶尖220在上下方向上可以做较小位移，这样可以避免因不同工件上的中心工艺孔的尺寸不同而影响中心定位的效果。即顶尖浮动式卡盘10可以对具有不同尺寸的中心工艺孔的工件进行中心定位。

可选地，如图1-图3所示，所述定位单元还可以包括定位套230，定位套230可以设在盘体100上且定位套230可以绕顶尖220的顶心设置。具体地，定位套230可以通过螺钉或螺栓可拆卸地安装在盘体100上。通过设置定位套230，可以使中心定位在顶尖220上的所述工件支撑在定位套230上，从而可以利用定位套230对所述工件进行轴向定位。

图1-图4示出了根据本发明一个具体示例的顶尖浮动式卡盘10。如图1-图4所示，所述浮动夹紧单元还可以包括多个基爪320、多个杠杆330、浮动套340和导套350。多个高爪310可以分别对应地设在多个基爪320上，基爪320可以在盘体100的径向上可移动地设在盘体100上以带动高爪310沿盘体100的径向移动。多个杠杆330可以分别可枢转地设在盘体100上，多个杠杆330可以分别与多个基爪320相连以分别带动多个基爪320移动。浮动套340可以在盘体100的径向和轴向上可移动地设在盘体100上，浮动套340在盘体100的轴向上移动时可以推动杠杆330转动。导套350可以在盘体100的轴向上可移动地设在盘体100上，导套350可以与浮动套340相连以带动浮动套340在盘体100的轴向上移动。

具体而言，如图3所示，所述工件中心定位在所述定位单元上后，可以控制导套350沿盘体100的轴向移动，导套350带动浮动套340沿盘体100的轴向运动，浮动套340推动多个杠杆330转动，杠杆330转动时通过带动基爪320而带动高爪310移动，所述工件的外轮廓较大的地方先与高爪310接触，之后与所述工件接触的高爪310以及相应的基爪320和杠杆330不再运动，浮动套340在不运动的杠杆330的作用下沿盘体100的径向移动，此时浮动套340继续沿盘体100的轴向移动会推动其余的杠杆330转动，从而带动与所述工件还未接触的高爪310夹紧所述工件。以此类推，直至所有高爪310夹紧所述工件。

由此可以利用所述浮动夹紧单元的多个高爪310夹紧中心定位在所述定位单元上的所述工件，且所述浮动夹紧单元的结构简单，性能可靠。

其中每个基爪320上可以设有一个用于输送润滑油的油杯。

可选地，如图3所示，所述浮动夹紧单元还可以包括多个连接块360，多个高爪310可以分别通过多个连接块360与多个基爪320相连。换言之，一个连接块360可以设在一个基爪320上，且一个高爪310可以设在一个连接块360上。这样不仅可以使顶尖浮动式卡盘10的结构更加合理，而且可以使多个高爪310更加方便地夹持所述工件。

有利地，如图1所示，高爪310上可以设有第一齿条且盘体100上可以设有与所述第一齿条啮合的第二齿条，高爪310与连接块360可以通过第二紧固件311可拆卸地相连。这样多个高爪310夹紧所述工件后，可以拧紧第二紧固件311，所述第一齿条和所述第二齿条紧密啮合且相对之间不能产生位移，由此可以将高爪310固定在盘体100上。加工完成后，可以松开第二紧固件311，所述第一齿条和所述第二齿条可以产生相对位移以允许高爪310移动而松开所述工件。换言之，可以在夹紧所述工件后将高爪310固定在盘体100上，从而可以提高顶尖浮动式卡盘10夹持所述工件的稳定性，

图3和图4示出了根据本发明一个实施例的顶尖浮动式卡盘10。如图3和图4所示，盘体100上可以设有沿盘体100的径向定向的滑槽，基爪320可以可滑动地设在所述滑槽内。这样可以将基爪320沿盘体100的径向可移动地安装在盘体100上。

具体地，所述滑槽的横截面可以为工字形，基爪320的横截面可以为工字形，所述滑槽与基爪320在上下方向上可以间隙配合。也就是说，基爪320的上表面与所述滑槽的上壁之间具有间隙，基爪320的下表面与所述滑槽的下壁之间具有间隙，这样可以在不影响基爪320在所述滑槽内滑动的情况下在上下方向上对基爪320进行定位。连接块360的横截面可以为倒T形，由此可以增加连接块360与基爪320的接触面积，以将连接块360更加稳固地固定在基爪320上。

可选地，如图3和图4所示，杠杆330可以具有大臂331和小臂332，小臂332上可以设有圆柱件334，基爪320上可以设有直槽321，圆柱件334可以配合在直槽321内以便杠杆330转动时可以带动基爪320沿盘体100的径向移动。由此可以实现杠杆330转动时带动基爪320移动，且杠杆330和基爪320的结构简单、配合可靠。

具体而言，如图3所示，浮动套340的横截面的面积可以由上至下逐渐减小，浮动套340向下移动时可以推动大臂331带动杠杆330转动且杠杆330可以推动基爪320向内移动以带动高爪310夹紧所述工件。这样可以利用浮动套340和杠杆330构成楔面-杠杆系统，从而可以使浮动套340向下移动时通过杠杆330和基爪320带动高爪310夹紧所述工件。

进一步地，杠杆330上可以设有传动臂333，浮动套340向上移动时可以推动传动臂333带动杠杆330转动且杠杆330可以推动基爪320向外移动以带动高爪310离开所述工件。具体地，传动臂333和大臂331可以位于杠杆330的同一侧且传动臂333可以位于大臂331的上方。通过在杠杆330上设置传动臂333，可以在所述工件完成加工后向上推动浮动套340，以使浮动套340通过杠杆330和基爪320带动高爪310离开所述工件，以便于从顶尖浮动式卡盘10上取下所述工件。

有利地，导套350的横截面可以为环形，导套350可以绕所述定位单元设置且导套350与所述定位单元可以径向间隙配合。换言之，导套350可以套设在中心轴210上，且在盘体100的径向上导套350与中心轴210之间可以具有间隙。由此不仅可以使导套350在盘体100上的位置更加合理以便于导套350带动浮动套340沿盘体100的轴向移动，而且导套350移动时不会影响中心轴210。

更为有利地，如图3所示，导套350与所述定位单元之间可以设有用于对导套350周向定位的第二定位键351。具体地，第二定位键351可以设在导套的内侧壁与中心轴210的外周壁之间。由此可以进一步提高顶尖浮动式卡盘10的稳定性，从而可以进一步提高顶尖浮动式卡盘10的夹持精度。

可选地，如图3所示，浮动套340的横截面可以为环形，浮动套340可以绕导套350设置且浮动套340在盘体100的径向上与导套350之间可以具有间隙，导套350上可以设有沿上下方向间隔开的凸缘352和锁紧螺母353，浮动套340的至少一部分可以位于凸缘352和锁紧螺母353之间。换言之，导套350的上端可以一体形成有凸缘352，导套350上可以旋有位于凸缘352下方的锁紧螺母353，浮动套340套设在导套350上且在盘体100的径向上浮动套340与导套350之间可以具有间隙，浮动套340的至少一部分可以位于凸缘352和锁紧螺母353之间。导套350向上移动时可以通过锁紧螺母353向上推动浮动套340，导套350向下移动时可以通过凸缘352向下推动浮动套340，且在盘体100的径向上浮动套340可以相对导套350移动。也就是说，即可以实现导套350移动时带动浮动套340沿盘体100的轴向移动，又可以实现浮动套340在盘体100的径向上可移动，并且导套350和浮动套340的结构简单、制造容易、配合稳定可靠。

具体而言，在盘体100的径向上导套350与浮动套340之间的间隙可以为0.3毫米。

图2和图3示出了根据本发明一个示例的顶尖浮动式卡盘10。如图2和图3所示，盘体100上可以设有用于将顶尖浮动式卡盘10安装在机床上且与盘体100的同轴度小于或等于0.005毫米的止口110，所述连接单元可以包括通过止口110与所述浮动夹紧单元相连的连接螺钉410和用于将连接螺钉410连接到所述驱动装置的连接螺母420。具体地，连接螺母420可以与导套350相连，连接螺母420可以分别与所述驱动装置和连接螺钉410相连。由此可以利用所述驱动装置依次通过连接螺母420和连接螺钉410带动导套350上下移动，即可以利用所述驱动装置通过所述连接单元带动所述浮动夹紧单元夹紧所述工件，并且通过设置所述连接单元可以使顶尖浮动式卡盘10与所述驱动装置的连接更加方便。

有利地，盘体100内可以具有容纳腔，所述定位单元可设在所述容纳腔内且顶尖220的顶心可以向上伸出所述容纳腔，所述浮动夹紧单元可以设在所述容纳腔内且多个高爪310可以向上伸出所述容纳腔，与所述浮动夹紧单元相连的所述连接单元可以向下伸出所述容纳腔。由此不仅可以利用盘体100保护所述定位单元、所述浮动夹紧单元和所述连接单元，而且可以使顶尖浮动式卡盘10的外观更加整齐、美观。

可选地，如图1所示，高爪310可以为三个，基爪320可以为三个，杠杆330可以为三个。这样可以在保证夹持所述工件的稳定性的情况下减少顶尖浮动式卡盘10的生产材料，从而可以降低顶尖浮动式卡盘10的生产成本。

下面以三个高爪310举例说明根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘10的工作过程。如图3所示，顶尖浮动式卡盘10使用时，通过止口110安装在机床上，所述工件通过顶尖220中心定位且通过定位套230轴向定位在顶尖浮动式卡盘上。所述驱动装置的拉杆通过连接螺钉410传递轴向拉力，通过导套350带动浮动套340向下运动，所述工件的轮廓距离中心远的地方会先接触高爪310，此后与所述工件接触的高爪310停止运动，与停止运动的高爪310对应的杠杆330推动浮动套340径向浮动，同时浮动套340继续向下运动，以实现另外两个高爪310继续径向运动，直到第二个高爪310、第三个高爪310依次与所述工件接触为止，实现完全夹紧所述工件。

下面描述根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘10的设计方法。顶尖浮动式卡盘10主要有两个设计指标：浮动套340轴向主动运动与高爪310径向夹紧运动的速度传递比k和补正量δ。顶尖浮动式卡盘10实现浮动补正功能的主要设计变量有a、b、α、β、R。其中，a为杠杆330的小臂332的长度、b为杠杆330的大臂331的长度、α为浮动套340的楔角（即浮动套340的外周面与水平方向的夹角）、β为杠杆330的大臂331与小臂332之间的夹角、R为浮动套340与导套350径向间隙的一半。

设计指标与设计变量有如下计算公式：

$k={\mathrm{\μ}}_1\frac{b}{a}---\left(1\right)$

$\mathrm{\δ}={\mathrm{\μ}}_2\frac{a}{b}R---\left(2\right)$

式中 ${\mathrm{\μ}}_1=-\frac{\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{\sin \mathrm{\α}}$

${\mathrm{\μ}}_2=5|\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β}+\arcsin (\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})+\frac{\cos \mathrm{\α}}{5}))-\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β}+\arcsin (\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})-\frac{\cos \mathrm{\α}}{10}))|$

由式(1)和(2)得到：δk=μ₁μ₂R  (3)

为方便使用可将α和β与μ₁、μ₂的关系制成表，可将α和β系列化和标准化，见表1和表2。设计步骤如下：

(1)、选取α和β，读表1和表2获得μ₁、μ₂；

(2)、根据设计要求确定δ；

(3)、根据顶尖浮动式卡盘10的功能选择行程比k，从而计算出R；

(4)、根据顶尖浮动式卡盘10的大小(有约束a+bcos(π-β)<l)分配a和b，l是盘体内腔径向尺寸，由规格大小决定。

表1：μ₁与α、β的关系表

表2；μ₂与α、β的关系表

根据本发明实施例的顶尖浮动式卡盘10的设计方法与现有的专家经验设计方法相比，由于采取了严格的数学分析方法，不仅保证了产品的功能的质量，而且缩短了产品的开发周期，减小了开发成本。利用本发明实施例的顶尖浮动式卡盘10的设计方法，可以设计出任意设计指标下的任意规格的顶尖浮动式卡盘10。

举例说明：

(1)取α=20°，β=150°，此时μ₁=2.88,μ₂=0.72；

(2)δ取2mm；选行程k=5；

(3)计算得R=4.8mm；

(4)由根据顶尖浮动式卡盘10的大小（l取60）进行分配得a=24mm，b=41mm。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (19)

1.一种顶尖浮动式卡盘，其特征在于，包括：

盘体，所述盘体上设有中心孔；

定位单元，所述定位单元配合在所述中心孔内，用于对工件中心定位；

浮动夹紧单元，所述浮动夹紧单元设在所述盘体上，所述浮动夹紧单元包括多个可不同步运动以夹紧中心定位在所述定位单元上的所述工件的高爪；和

连接单元，所述连接单元分别与所述浮动夹紧单元和用于驱动所述浮动夹紧单元的驱动装置相连。

2.根据权利要求1所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述中心孔沿所述盘体的轴向定向且所述中心孔与所述盘体的同轴度小于或等于0.005毫米。

3.根据权利要求1所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述定位单元包括：

中心轴，所述中心轴过渡配合在所述中心孔内，所述中心轴的上表面设有中心槽；和

顶尖，所述顶尖设在所述中心槽内，所述顶尖的顶心向上伸出所述中心槽用于对所述工件进行中心定位。

4.根据权利要求3所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述中心轴通过第一紧固件可拆卸地安装在所述盘体上。

5.根据权利要求3所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述顶尖和所述中心槽的壁之间设有用于对所述顶尖周向定位的第一定位键。

6.根据权利要求3所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述顶尖和所述中心槽径向间隙配合，所述顶尖的下端与所述中心槽的底壁之间设有弹性件。

7.根据权利要求3所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述定位单元还包括定位套，所述定位套设在所述盘体上且绕所述顶心设置。

8.根据权利要求1所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述浮动夹紧单元还包括：

多个基爪，多个所述高爪分别对应地设在多个所述基爪上，所述基爪在所述盘体的径向上可移动地设在所述盘体上以带动所述高爪沿所述盘体的径向移动；

多个杠杆，多个所述杠杆分别可枢转地设在所述盘体上，多个所述杠杆分别与多个所述基爪相连以分别带动多个所述基爪移动；

浮动套，所述浮动套在所述盘体的径向和轴向上可移动地设在所述盘体上，所述浮动套在所述盘体的轴向上移动时推动所述杠杆转动；和

导套，所述导套在所述盘体的轴向上可移动地设在所述盘体上，所述导套与所述浮动套相连以带动所述浮动套在所述盘体的轴向上移动。

9.根据权利要求8所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述浮动夹紧单元还包括多个连接块，多个所述高爪分别通过多个所述连接块与多个所述基爪相连。

10.根据权利要求9所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述高爪上设有第一齿条且所述盘体上设有与所述第一齿条啮合的第二齿条，所述高爪与所述连接块通过第二紧固件可拆卸地相连。

11.根据权利要求8所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述盘体上设有沿所述盘体的径向定向的滑槽，所述基爪可滑动地设在所述滑槽内。

12.根据权利要求11所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述滑槽的横截面为工字形，所述基爪的横截面为工字形，所述滑槽与所述基爪在上下方向上间隙配合，所述连接块的横截面为倒T形。

13.根据权利要求8所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述杠杆具有大臂和小臂，所述小臂上设有圆柱件，所述基爪上设有直槽，所述圆柱件配合在所述直槽内以便所述杠杆转动时带动所述基爪沿所述盘体的径向移动。

14.根据权利要求13所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述浮动套的横截面的面积由上至下逐渐减小，所述浮动套向下移动时推动所述大臂带动所述杠杆转动且所述杠杆推动所述基爪向内移动以带动所述高爪夹紧所述工件。

15.根据权利要求14所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述杠杆上设有传动臂，所述浮动套向上移动时推动所述传动臂带动所述杠杆转动且所述杠杆推动所述基爪向外移动以带动所述高爪离开所述工件。

16.根据权利要求8所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述导套的横截面为环形，所述导套绕所述定位单元设置且与所述定位单元径向间隙配合。

17.根据权利要求16所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述导套与所述定位单元之间设有用于对所述导套周向定位的第二定位键。

18.根据权利要求8所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述浮动套的横截面为环形，所述浮动套绕所述导套设置且在所述盘体的径向上与所述导套之间具有间隙，所述导套上设有沿上下方向间隔开的凸缘和锁紧螺母，所述浮动套的至少一部分位于所述凸缘和所述锁紧螺母之间。

19.根据权利要求1所述的顶尖浮动式卡盘，其特征在于，所述盘体上设有用于将所述顶尖浮动式卡盘安装在机床上且与所述盘体的同轴度小于或等于0.005毫米的止口，所述连接单元包括通过所述止口与所述浮动夹紧单元相连的连接螺钉和用于将所述连接螺钉连接到所述驱动装置的连接螺母。

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