CN103949682A - 电动可调式车床主轴卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动可调式车床主轴卡盘，在主轴的中部安装有绕组与磁极构成的电磁驱动机构，其磁极转子为空心结构，内壁设有螺纹，一外螺纹滑套旋入转子孔内，该外螺纹滑套两端为八边形，穿入两个机盖中心的八边形孔内；滑环上的三个支撑杆穿过主轴套上的孔，支撑杆末端的孔与连杆端部的孔同心配合，并装入转轴销形成转动副连接，滑环、连杆与卡盘滑块形成了双滑块机构；每个卡盘滑块装入的卡盘槽内装有弹簧，卡盘滑块上设有燕尾槽，燕尾槽与一个卡爪上的燕尾形凸起构成滑动配合，本发明采用电磁机构代替液压系统推动卡爪张开，结构简单、成本低，容易调节卡爪径向位置，且可实现多种尺寸毛坯的装夹。

Description

电动可调式车床主轴卡盘

技术领域

本发明涉及一种电动可调式车床主轴卡盘，属于工业装备设计制造技术领域。 

背景技术

当前，普通车床中多采用三爪卡盘对零件毛坯进行装夹，其结构简单，成本低，定位精度适中，但由于采用了端面螺纹传动，完全依靠手动进行装夹，自动化程度低，工作效率低下，不适合用于先进制造系统；柔性制造和计算机集成制造系统中的机床多采用液压卡盘装夹零件，其夹持力大，稳定性高，其原理是利用液压缸推动杠杆机构将卡爪张开，装入工件后，液压缸反方向回位，依靠弹簧驱动拉块和杠杆机构将卡爪收紧，从而加紧工件。这种液压卡盘结构较为常见，但该卡爪机构能够装夹的零件尺寸范围固定，需要拆卸卡爪位置才能装夹尺寸差别较大的零件，而且液压卡盘中心不能做成中空，不利于长回转体零件毛坯的连续装夹，且由于使用了液压系统，结构复杂，成本较高。 

发明内容

本发明的目的是提供一种电动可调式车床主轴卡盘，将电磁转矩通过螺旋副转换为轴套的移动，从而驱动卡爪的张开，再利用弹簧弹力驱动卡爪夹紧零件。电动可调式车床主轴卡盘是一种结构简单、实用、成本低的自动化夹具。 

本发明的电动可调式车床主轴卡盘设有：由定子、绕组、转子螺母和外螺纹滑套，机壳和机盖构成的电磁驱动机构；由主轴套、滑环、连杆、卡盘滑块和卡爪、弹簧、卡爪丝杠和卡盘构成的夹紧机构，其特征在于： 

所述电动可调卡盘的电磁驱动机构径向上设有一个两相八极定子、8个绕组和一个四极转子螺母，转子螺母两端装入机盖上固定的轴承内孔中，转子螺母外壁上镶嵌有永磁体，内壁设有螺纹与一外螺纹滑套旋合，外螺纹滑套两端分别穿入两个机盖中间的八边形孔内，当转子螺母被驱动旋转时，将驱动外螺纹滑套产生轴向的直线运动。外螺纹滑套的直线运动将推动滑环轴向移动，而滑环将带动连杆驱动三个卡爪滑块和安装在卡盘滑块上的卡爪张开，并压缩与卡盘滑块接触的弹簧；当装入加工零件毛坯后，控制绕组加电顺序，驱动转子螺母反转，将使外螺纹滑套反向移动，并与滑环脱离，同时，被压缩的弹簧将推动卡盘滑块带动卡爪向卡盘中心移动，从而夹紧零件。

所述电机设有1个两相八极定子，定子上固定有8个绕组，定子中间穿过转子螺母，并留有气隙。 

所述转子螺母为一空心圆柱结构，内壁设有螺纹，外侧固装有四个瓦型永磁体，转子两端部设有轴肩，轴肩用于定位转子螺母与轴承之间的位置。 

所述外螺纹滑套为空心结构，中部设有外螺纹，并与转子螺母内壁上的螺纹旋合在一起形成螺旋副连接，滑套两端为八边形结构，穿入机盖上的八边形孔内，滑套可相对于机盖轴向滑动而不能转动。 

所述机盖为圆盘形，中间有八边形孔，孔内穿过外螺纹滑套。 

所述滑环为圆环形，内壁套入主轴外侧，在圆环一侧端面上设有三个伸出的支撑杆穿过主轴套上的三个孔；每个支撑杆末端设有孔，孔内穿过转轴销，转轴销同时还穿入一连杆的末端的孔中，并用轴用挡圈定位，两者形成转动副连接。 

所述主轴套为空心圆柱结构，在圆柱一侧端面上对称开有三个缺口，三个缺口底部设有孔与轴套另一侧端面贯通，孔内穿过滑环上的支撑杆。 

所述卡盘为中间有孔的圆盘形结构，在盘面上圆周方向对称开有三个横截面为“十”型的槽，在三个槽靠近圆盘边缘外侧部分为加工为平面结构，上面开有螺纹孔，用于旋入固定弹簧盖的螺钉。 

所述卡盘滑块为长方体，两对称侧面上开有凸台结构，形状大小与卡盘上的“十”型槽配合，长方体下表面设有两个凸起，凸起上开有燕尾槽，槽形状与卡爪上的燕尾型凸起配合；上表面有“工”型凸起，“工”型凸起中部有孔，孔内穿过装在连杆上安装的转轴销，连杆与卡盘滑块形成转动副连接。 

所述卡爪为长方体结构，长方体上表面一端设有台阶形结构，下表面设有截面为燕尾形的凸起，凸起形状与卡盘滑块上的燕尾槽配合，燕尾形凸起中部设有凸台，上面有螺纹孔，孔内旋入卡转丝杠，通过转动卡爪丝杠可以调节卡爪相对于卡盘滑块的位置。 

本发明中的电动可调式车床主轴卡盘将磁极的转矩通过螺旋副转换为轴套的移动，从而驱动卡爪的张开，再利用弹簧弹力驱动卡爪夹紧零件，是一种结构简单，控制方便，成本低的自动化机床夹具。 

附图说明

图1、图2是本发明电动可调式车床主轴卡盘的内部组成结构图； 

图2（A）、（B）是本发明电动可调式车床主轴卡盘卡爪张开、夹紧时的工作原理图；

图3、（A）、（B）是本发明电动可调式车床主轴卡盘的卡爪位置调节原理图；

图4、（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的定子主视图和轴测图；

图5、（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的转子螺母主视图和轴测图；

图6（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的外螺纹滑套主视图和轴测图；

图7（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的机壳主视图和轴测图；

图8（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的机盖主视图和轴测图；

图9（A）、（B）、（C）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的滑环主视图和轴测图；

图10（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的主轴套主视图和轴测图；

图11（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的连杆主视图和轴测图；

图12（A）、（B）、（C）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的卡盘滑块主视图和轴测图；

图13（A）、（B）、（C）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的卡爪主视图和轴测图；

图14（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的丝杠主视图和轴测图；

图15（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的卡盘主视图和轴测图；

图16（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的弹簧顶销的主视图和轴测图；

图17（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的弹簧盖的主视图和轴测图；

图18（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的传动带轮的主视图和轴测图；

图19（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的丝杠挡块主视图和轴测图；

图20（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的轴承座主视图和轴测图；

图21（A）、（B）分别是本发明电动可调式车床主轴卡盘中的主轴主视图和轴测图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。 

参见图1～图21，介绍本发明电动可调式车床主轴卡盘的结构组成：它将电机原理应用到机床夹具中，用于取代现有的液压驱动型机床卡盘，具有成本低、结构简的单特点。该电动卡盘设有：定子1、绕组2、转子螺母3，外螺纹滑套4，主轴5，传动带轮6，滑环10，连杆18，主轴套21，卡盘20，卡盘滑块15，卡爪17，卡爪丝杠16，弹簧14，弹簧顶销13，弹簧盖12，转轴销19；整个夹具的支撑部分为定子外壳9、机盖8和前、后轴承座7。其中，由定子1，绕组2，转子螺母3、外螺纹滑套4以及外壳9，机盖8构成的电磁驱动机构套在主轴5的中部；由滑环10、连杆18、卡盘滑块15、卡爪17、弹簧14构成的夹紧机构安装在卡盘20、弹簧定销13、弹簧盖12和主轴套21构成的机架上。当电磁机构上电时，转子螺母旋转，并利用螺旋副连接驱动外螺纹滑套移动推动滑环、连杆和卡盘滑块以及卡爪向卡盘外侧移动，此时，弹簧被压缩，卡盘处于张开状态(参见图2A)，可将工件装入卡盘中心孔内进行装夹；然后控制电磁机构的控制方式，使转子螺母反转，将推动外螺纹滑套向主轴尾部移动，脱离与滑环的接触，由于弹簧弹力作用，卡盘滑块以及卡爪将向卡盘中心移动（参见图2B），夹紧零件。 

参见图1和图2，介绍本发明电机中的电磁绕组的工作原理和结构组成： 

本发明卡盘设有一个定子1（参见图4）和一个转子螺母3（参见图5），绕组2绕制在定子1上，转子螺母3外侧镶嵌有永磁体3A，前、后端部3C段分别装入两个机盖8中心处固装的轴承内孔中。当需要装夹零件毛坯时，将主轴停转，控制线圈绕组的加电顺序和电流方向，可以驱动转子螺母3旋转；转子螺母3内孔中设有螺纹3B与外螺纹滑套4外壁上的螺纹4A旋合在一起构成螺旋传动副，端部4B部分则穿入前、后机盖中心处的八边形孔8A内，转子螺母3的旋转将使外螺纹滑套产生轴向运动，当其向卡盘端运动时，将推动滑环10移动，而滑环10上的孔10B通过转轴销19与连杆18、卡盘滑块15构成双滑块机构，滑环10的移动最终使得卡盘滑块15向卡盘边缘移动并将弹簧14压缩。由于卡爪17通过丝杠16固定在卡盘滑块15上，因此，卡盘滑块15向卡盘边缘的运动使得卡爪17处于张开状态，此时可装入零件毛坯；当调整绕组加电顺序和电流方向后，能够使转子螺母3反向转动，使外螺纹滑套4向主轴5的末端移动，外螺纹滑套4与滑环10分离，此时，由于弹簧14的弹力作用，卡盘滑块15将向卡盘中心移动并带动卡爪17一起移动，进而将零件毛坯夹紧。

参见各附图，下面具体介绍本发明电动卡盘各个零件的结构组成，其零件包括：定子1、绕组2、转子螺母3、外螺纹滑套4、主轴5、传动带轮6、滑环10、连杆18、主轴套21、卡盘20、卡盘滑块15、卡爪17、卡爪丝杠16、弹簧顶销13、弹簧盖12、转轴销19、定子外壳9、机盖8和前、后轴承座7。 

本发明电动卡盘的定子9为外侧圆环形，内侧凸起构件，其凸起上分布有绕组；转子螺母3为管状构件，外壁镶嵌有永磁体3A，端部设有凸台3C，3C装入前、后机盖8上孔8B上安装的轴承孔中；定子外壳9为空心圆柱体结构，整体装入机床机架中固定。 

本发明电动卡盘的外螺纹滑套4（参见图6）为空心圆柱结构，中部外侧设有螺纹4A，两端部外侧横截面形状为八边形4B，4B段装入机盖8（参见图8）中心的八边形孔8A内，外螺纹滑套4相对于机盖可以轴向移动，而不能相对转动。滑环10（参见图9）为圆环中空结构，环一侧端面上对称设有三个支撑杆10A，三个支撑杆10A分别穿过主轴套21上的三个孔21A，使得滑环10可以相对于主轴套21轴向滑动；支撑杆末端设有孔10B，转轴销19穿过孔10B和连杆18一端上的孔18A将两者连接，连杆18另一端上的孔和卡盘滑块15上的孔15B中穿过转轴销19，两者形成转动副连接。 

卡盘滑块15（参见图12）主体为长方体结构，上表面设有“工”型凸台，凸台中部侧方开有空15B，“工”型凸台一端设有圆柱凸起15A装入弹簧14内，长方体下表面设有两个方形凸台，两个凸台上都开有燕尾槽15D和孔15C，燕尾槽形状与卡爪17（参见图13）上的燕尾形凸起相配合，通过燕尾槽的配合，卡爪17可以相对于卡盘滑块15移动；孔15C内穿过丝杠16（参见图14），丝杠上设有两段螺纹16A和16B， 16A段螺纹旋入卡爪上的螺纹孔17B内，16B螺纹伸出15C孔的外侧部分上旋套一锁紧螺母；当丝杠16转动时，卡爪17将相对于卡盘滑块15移动，卡爪移动到合适位置时，转动16B上旋套的锁紧螺母可以将丝杠16锁紧，固定住卡爪17相对于卡盘滑块15的位置，从而实现了卡爪17装夹零件直径范围的调节。此外，弹簧顶销13（参见图16）旋入弹簧盖12（参见图17）的螺纹孔12A内，转动弹簧顶销可以调整弹簧14对于卡盘滑块15的压力，从而实现装夹力的调节。 

本发明电动卡盘的主轴5（参见图21）为空心结构，前端分别套上主轴套21（参见图10）和卡盘20（参见图15），螺栓穿过20B后旋入21B孔内，将三者固联在一起；主轴套21为圆柱形空心结构，圆柱侧面开有三个槽，槽底设有孔21A，孔内穿过滑环上的支撑杆10A，两者形成滑动副连接；主轴5后端套上带轮6（参见图18），并用螺栓将两者固连在一起，主轴电机通过带传动将动力传输给带轮6和主轴5。 

本发明设计的电动卡盘滑块卡爪张开范围为16mm，通过丝杠调节卡爪位置后，可装夹零件直径范围为44~95，尽管结构仍然存在一些需要改进之处，但是基本实现了发明目的。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。 

Claims (9)

1.一种电动可调式车床主轴卡盘，是将电磁驱动装置和机床夹具集成为一体的自动化机床夹具，其特征在于：

所述一种电动可调式车床主轴卡盘，主轴为空心结构，在主轴中段安装有绕组与定、转子构成的电磁驱动机构，其转子为空心圆柱结构，内壁设有螺纹，一外螺纹滑套旋入转子内壁上的螺纹内，该外螺纹滑套两端为八边形，穿入两个固定机盖的八边形孔内，八边形孔限制外螺纹滑套能够相对于机盖轴向滑动而不能转动；绕组上电后驱动转子转动，转子内螺纹与外螺纹滑套形成的螺旋传动驱动外螺纹滑套在轴向上移动，并推动滑环移动；滑环设有三个支撑杆，分别穿入主轴套上的孔内，每个支撑杆末端的孔内装入一个转轴销，转轴销同时装入一个连杆端部的孔内，两者形成转动副连接，连杆另一端也通过转轴销与一卡盘滑块形成转动副链接，卡盘滑块设有凸台并装入卡盘上的槽内，滑环、连杆与卡盘滑块形成了双滑块机构；当滑环相对于主轴轴向滑动时，将推动卡盘滑块在卡盘径向上移动，进而推动卡爪张开；每个卡盘滑块上设有燕尾槽，每个燕尾槽与一个卡爪上的燕尾凸起构成滑动配合，卡爪丝杠中部的螺纹部分旋入卡爪上的孔内，卡爪丝杠两端的光轴部分装入卡盘滑块上的两个孔内，通过拧动丝杠可调节卡爪相对于卡盘中心的位置；另外，卡盘滑块装入的卡盘槽内装有弹簧，当电磁机构驱动转子反向旋转后，滑环沿轴向返回原位后，弹簧将推动卡盘滑块带动卡爪夹紧工件。

2.根据权利要求1所述的电动可调式车床主轴卡盘，其特征在于：所述转子为一空心圆柱结构，内壁设有螺纹，外侧镶嵌有四个瓦型永磁体，转子两端部设有轴肩，轴肩用于转子螺母相对于轴承定位。

3.根据权利要求1所述的电动可调式车床主轴卡盘，其特征在于：外螺纹滑套为空心结构，中部设有外螺纹，并与转子内壁上的螺纹旋合在一起形成螺旋副连接，滑套两端为八边形结构，穿入机盖上的八边形孔内，滑套可相对于机盖轴向滑动而不能转动。

4.根据权利要求1所述的电动可调式车床主轴卡盘，其特征在于：所述机盖为圆盘形，中间有八边形孔，孔内穿过外螺纹滑套。

5.根据权利要求1所述的电动可调式车床主轴卡盘，其特征在于：所述滑环为圆环形，内壁套入主轴外侧，在圆环一侧端面上设有三个伸出的支撑杆，每个支撑杆末端设有孔，孔内穿过转轴销，转轴销同时还穿过一连杆末端的孔中，并用轴用挡圈定位，两者形成转动副连接。

6.根据权利要求1所述的电动可调式车床主轴卡盘，其特征在于：所述主轴套为空心圆柱结构，在圆柱侧面上圆周方向上对称开有三个缺口，三个缺口底部设有与轴套另一侧端面贯通的孔，孔内穿过滑环上的支撑杆。

7.根据权利要求1所述的电动可调式车床主轴卡盘，其特征在于：所述卡盘为中间有孔的圆盘形结构，在盘面上圆周方向对称开有三个横截面为“十”字型槽，在三个槽靠近圆盘边缘外侧部分为加工为平面结构，上面开有螺纹孔，用于旋入固定弹簧盖的螺钉。

8.根据权利要求1所述的电动可调式车床主轴卡盘，其特征在于：所述卡盘滑块为长方体，两对称侧面上开有凸台结构，形状大小与卡盘上的“十”型槽配合，长方体底侧面上设有两个凸起，凸起上开有燕尾槽，槽形状与卡爪上的燕尾型凸起配合；相对应的另一侧上有“工”型凸起，“工”型凸起中部有孔，孔内穿过装在连杆上安装的转轴销，连杆与卡盘滑块形成转动副连接。

9.根据权利要求1所述的电动可调式车床主轴卡盘，其特征在于：所述卡爪为长方体结构，长方体一端设有台阶形结构，卡爪底面设有截面为燕尾形的凸起，凸起形状与卡盘滑块上的燕尾槽配合，燕尾形凸起中部设有凸台，上面有螺纹孔，孔内旋入卡转丝杠，通过转动卡爪丝杠可以调节卡爪相对于卡盘滑块的位置。