CN103978235B - 一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法 - Google Patents

一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法，夹紧机构由基体、涨紧套以及回转轴组成，涨紧套过盈配合在基体零件的内孔或外圆上，并可由螺钉端面固定，回转轴可由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动，回转轴定位停止在任意位置时，可将介质油(气)从进油口压入密封油腔，油(气)压迫使涨紧套在径向方向上均匀变形，并将径向力均匀地作用于回转轴的圆周表面，从而产生摩擦扭矩对回转轴进行角度定位夹紧，回转轴在定位夹紧发生时，既不会产生轴向推动，也不会产生扭曲，因此可实现高精度定位夹紧。

Description

一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法
技术领域
本发明应用于具有任意角度回转定位夹紧功能要求的机床、夹具、工程机械等自动化设备中，具体涉及一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法。
背景技术
回转轴中定位夹紧机构的应用，不但能够为回转轴指定角度加工提供较高的定位精度，还能够分散传动机构定位加工时的受力，将力直接传递给箱体，使驱动系统和传动机构得到释放，从而保证回转轴具有较高的传动精度和寿命，因此，合理设计定位夹紧机构对于具有回转定位夹紧功能要求的设备而言是一项关键共性技术。
在实际的产品开发中所采用的定位夹紧机构形式和布置千差万别，传统的定位夹紧机构具有加工制造成本高、结构复杂且占用空间、制动扭矩小、可靠性低、定位夹紧精度低、夹紧放松响应慢等不足之处，因而在应用过程中效果不甚理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法，本发明所述夹紧机构具有结构简单紧凑、制动扭矩大、响应速度快、定位夹紧精度高的特点。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。
一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构，该定位夹紧机构包括基体、涨紧套以及回转轴，所述涨紧套的外圆与基体的内孔过盈配合，回转轴设置于涨紧套的内孔内，或者所述涨紧套的内孔与基体的外圆过盈配合，回转轴设置于涨紧套的外圆上，所述涨紧套的外圆或内孔上开设有第一环槽，第一环槽通过所述过盈配合封闭形成密封油腔，基体上开设有与密封油腔相连通的油路，进油路和出油路为同一油路。
所述涨紧套的端部通过螺钉固定于基体的端面上。
所述基体的内孔或外圆上开设有第二环槽，第二环槽通过所述过盈配合封闭，且所述第二环槽与第一环槽的开口相对(两个环槽的开口部分至少部分重合或者全部重合)。
所述回转轴由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动，回转轴定位停止在任意角度位置时，将介质油或介质气从油路压入密封油腔，介质油的油压或介质气的气压使涨紧套的薄壁部分在径向方向上均匀变形，并将径向力均匀地作用于回转轴的圆周表面，从而产生摩擦扭矩对回转轴进行角度定位夹紧，当油压或气压卸荷后，涨紧套的薄壁部分恢复为变形前的最初状态，回转轴即可释放运动，所述涨紧套的薄壁部分位于所述第一环槽处。
所述涨紧套的薄壁部分的壁厚根据涨紧套的材料、制动扭矩和刚性、压力介质以及系统压力而定。
所述涨紧套的薄壁部分的壁厚为0.3-3mm。
上述紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构的制造方法，包括以下步骤：
1)在涨紧套的外圆或内孔上开设第一环槽，在基体上分别开设油路以及与油路相连通的第二环槽；
2)经过步骤1)后，在基体的内孔或外圆上涂敷过盈涂层，然后依据热胀冷缩的原理对所述涨紧套和基体进行过盈装配，使第一环槽以及第二环槽封闭形成密封油腔，且保证第一环槽与第二环槽的开口相对(两个环槽的开口部分至少部分重合或者全部重合)；
3)经过步骤2)后，对涨紧套的内孔或外圆进行组合后精加工，易保证与回转轴配合部分的圆轴度和表面粗糙度，精加工后将回转轴装入涨紧套的内孔内(对应于涨紧套的外圆与基体的内孔过盈配合的情况)或将回转轴装于涨紧套的外圆上(对应于涨紧套的内孔与基体的外圆过盈配合的情况)。
所述过盈涂层采用触变性好且具有一定粘度的材料。
所述过盈涂层的材料为润滑脂或密封胶。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明所述定位夹紧机构零件少且结构简单紧凑，占用空间小，适用范围广。
本发明制造工艺简单(无需进行焊接或安装密封零件)，成本低廉。
本发明采用了油压或气压进行均匀的径向夹紧，制动扭矩大、响应速度快、定位夹紧精度高，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图之一(内涨夹紧形式)；图中，a、b表示配合段的基本尺寸；
图2为本发明的结构示意图之二(外涨夹紧形式)；图中，a、b表示配合段的基本尺寸；
图3为内涨夹紧形式在数控磨齿机齿轮螺旋角调整轴上的应用示意图；
图4(a)为外涨夹紧形式在蜗杆砂轮磨齿机上金刚滚轮压力角自动调整轴上的应用示意图之一；
图4(b)为外涨夹紧形式在蜗杆砂轮磨齿机上金刚滚轮压力角自动调整轴上的应用示意图之二；
图中：伺服电机1、联轴节2、摆线减速机3、涨紧套4、基体5、台面轴承6、回转轴7、滚针轴承8、双导程蜗杆9、端面轴承10、滚针轴承11、端面轴承12、蜗轮13、交叉滚针轴承14、密封油腔15、进油口16、过盈涂层17。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
本发明所述紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构包括基体5、涨紧套4以及回转轴7，所述涨紧套4的外圆与基体5的内孔过盈配合，回转轴设置于涨紧套的内孔内(参见图1)，或者所述涨紧套4的内孔与基体5的外圆过盈配合，回转轴设置于涨紧套的外圆上(参见图2)；所述涨紧套4的端部通过螺钉固定于基体5的端面上(通过螺钉固定可以增大锁紧刚性)，所述涨紧套4的外圆或内孔上开设有第一环槽，所述基体5的内孔或外圆上开设有第二环槽，且所述第二环槽与第一环槽的开口相对(两个环槽的开口部分至少部分重合或者全部重合)，第一环槽以及第二环槽通过所述过盈配合封闭形成密封油腔15，基体5上开设有与密封油腔15相连通的油路，进油路和出油路为同一油路。
所述回转轴7由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动，回转轴定位停止在任意角度位置时，将介质油或介质气从油路压入密封油腔15，介质油的油压或介质气的气压使涨紧套4的薄壁部分在径向方向上均匀变形，并将径向力均匀地作用于回转轴7的圆周表面，从而产生摩擦扭矩对回转轴7进行角度定位夹紧，当油压或气压卸荷后，涨紧套的薄壁部分恢复为变形前的最初状态，回转轴即可释放运动，所述涨紧套的薄壁部分位于所述第一环槽处；所述涨紧套4的薄壁部分的壁厚根据涨紧套的材料、制动扭矩和刚性、压力介质以及系统压力而定；所述涨紧套4的薄壁部分的壁厚为0.3-3mm。
上述紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构的制造方法，包括以下步骤：
1)在涨紧套4的外圆或内孔上开设第一环槽，在基体5上分别开设油路以及与油路相连通的第二环槽；2)经过步骤1)后，在基体的内孔或外圆上涂敷过盈涂层17，然后依据热胀冷缩的原理对所述涨紧套4和基体5进行过盈装配，使第一环槽以及第二环槽封闭形成密封油腔，且保证第一环槽与第二环槽的开口相对；所述过盈涂层17采用触变性好且具有一定粘度的材料，例如，所述过盈涂层17的材料为润滑脂或密封胶；3)经过步骤2)后，对涨紧套4的内孔或外圆进行组合后精加工，易保证与回转轴配合部分的几何精度(圆轴度、表面粗糙度等)，精加工后将回转轴7装入涨紧套的内孔内(对应于涨紧套的外圆与基体的内孔过盈配合的情况，第一环槽开设于涨紧套的外圆上，第二环槽开设于基体的内孔上)或将回转轴7装于涨紧套的外圆上(对应于涨紧套的内孔与基体的外圆过盈配合的情况，第一环槽开设于涨紧套的内孔上，第二环槽开设于基体的外圆上)。
实施例
一种液压(气压)紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构，夹紧机构主要由基体、涨紧套和回转轴组成，涨紧套过盈配合在基体的内孔或外圆上，并可由螺钉端面固定，涨紧套的外圆或内孔上以及基体的内孔或外圆上开设有环槽，环槽通过所述过盈配合封闭形成密封油腔，基体上开设有与密封油腔相连通的油路，将介质油(气)从基体上的油路压入密封油腔，油(气)压迫使涨紧套的薄壁部分(所述涨紧套的薄壁部分位于环槽处)在径向方向上均匀变形，并将径向力均匀地作用于设置于涨紧套内孔内或外圆上的回转轴的圆周表面，从而产生摩擦扭矩对回转轴进行角度定位夹紧。
第一方面：在结构上，为了实现定位夹紧的目的，设计了一个涨紧套完成此功能。在尺寸上，为了便于装配和拆卸，只需满足：①尺寸a-尺寸b≥过盈量(直径方向)，②密封油腔两端的过盈长度相等(轴向方向)。此外，根据高压介质(气体或液体)和系统压强的不同，涨紧套的材质和变形部分壁厚也根据实际需求而定，如高压介质选择液压油(系统压力6MPa)，涨紧套材质选用弹簧钢(65Mn或60Si2MnA)，涨紧套变形部分的适宜壁厚为3mm左右。
第二方面：在制造工艺上，为了预防由于零件自身的加工精度(圆度、圆柱度和粗糙度)缺陷引起的渗油漏气现象，在过盈部分进行涂层处理，涂层(即过盈涂层)材料根据需要可选用触变性好且具有一定粘度的材料(如润滑脂、密封胶等)，通过使用涂层，在一定程度上降低了零件的加工精度要求；为了实现高精度大扭矩定位夹紧，制动扭矩和扭转刚性受过盈量的影响，过盈量可根据实际需求而定，由于是过盈装配，常采用热胀冷缩的工艺方法，因此组装后会引起涨紧套的形变，为了实现对回转轴的高精度定位夹紧，可对组合后的涨紧套(内孔或外圆)进行精加工。
回转轴可由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动，回转轴定位停止在任意位置时，可将介质油(气)从油路压入密封油腔，油(气)压迫使涨紧套的薄壁部分在径向方向上均匀变形，并将径向力均匀地作用于回转轴的圆周表面，从而产生摩擦扭矩对回转轴进行角度定位夹紧，回转轴在定位夹紧发生时，既不会产生轴向推动，也不会产生扭曲，因此可实现高精度定位夹紧，当油(气)压完全卸荷，涨紧套变形部分立即弹回最初状态，回转轴即可释放运动。
下面参照图3描述本发明的内涨夹紧形式，主要零件包括伺服电机1、联轴节2、摆线减速机3、涨紧套4、基体5、台面轴承6和螺旋角调整回转轴7。工作过程是：伺服电机1经过联轴节2带动摆线减速机3回转，摆线减速机3带动与基体5经台面轴承联结的螺旋角调整回转轴7旋转以适应齿轮的螺旋角，螺旋角调整回转轴7旋转到位后，由基体5上的进油口(油路的进口)打入高压油，使涨紧套4的薄壁沿径向内涨锁紧螺旋角调整回转轴7，从而实现了齿轮螺旋角的高精度回转定位夹紧，同时伺服电机1和传动元件摆线减速机3得到释放；当需要重新调整齿轮螺旋角时，液压卸荷，伺服电机可带动相关元器件自由回转。
下面参照图4(a)和图4(b)描述本发明的外涨夹紧形式，主要零件包括伺服电机1、联轴节2、滚针轴承8、11、双导程蜗杆9、端面轴承10、12、蜗轮13、金刚滚轮压力角调整回转轴7、交叉滚针轴承14、基体5和涨紧套4。工作过程是：伺服电机1经过联轴节2带动双导程蜗杆9回转，双导程蜗杆9带动蜗轮13回转，由于蜗轮13和金刚滚轮压力角调整回转轴7用螺钉紧固，且金刚滚轮压力角调整回转轴通过交叉滚针轴承14与基体5联结，因此金刚滚轮压力角调整回转轴可由伺服电机1经蜗轮副传动而任意回转，金刚滚轮压力角调整回转轴的回转可使金刚滚轮修整时的压力角改变，当修整压力角调整好时，由基体5上的进油口(油路的进口)打入高压油，使涨紧套4的薄壁沿径向外涨锁紧金刚滚轮压力角调整回转轴，从而实现修整压力角的高精度回转定位夹紧，同时伺服电机1、双导程蜗杆9和蜗轮13的传动环节得到释放；当需要重新调整修整压力角时，液压卸荷，伺服电机可带动相关元器件自由回转。

Claims (6)

1.一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构，其特征在于：该定位夹紧机构包括基体(5)、涨紧套(4)以及回转轴(7)，所述涨紧套(4)的外圆与基体(5)的内孔过盈配合，在过盈部分进行涂层处理，涂层即过盈涂层，过盈涂层选用触变性好且具有一定粘度的材料，回转轴设置于涨紧套的内孔内，或者所述涨紧套(4)的内孔与基体(5)的外圆过盈配合，回转轴设置于涨紧套的外圆上，所述涨紧套(4)的外圆或内孔上开设有第一环槽，第一环槽通过所述过盈配合封闭形成密封油腔(15)，基体(5)上开设有与密封油腔(15)相连通的油路，所述基体(5)的内孔或外圆上开设有第二环槽，第二环槽通过所述过盈配合封闭，且所述第二环槽与第一环槽的开口相对，所述涨紧套(4)的薄壁部分的壁厚为0.3-3mm，所述涨紧套的薄壁部分位于所述第一环槽处。
2.根据权利要求1所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构，其特征在于：所述涨紧套(4)的端部通过螺钉固定于基体(5)的端面上。
3.根据权利要求1所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构，其特征在于：所述回转轴(7)由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动，回转轴定位停止在任意角度位置时，将介质油或介质气从油路压入密封油腔(15)，介质油的油压或介质气的气压使涨紧套(4)的薄壁部分在径向方向上均匀变形，并将径向力均匀地作用于回转轴(7)的圆周表面，从而产生摩擦扭矩对回转轴(7)进行角度定位夹紧，当油压或气压卸荷后，涨紧套的薄壁部分恢复为变形前的最初状态，回转轴即可释放运动。
4.根据权利要求3所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构，其特征在于：所述涨紧套(4)的薄壁部分的壁厚根据涨紧套的材料、制动扭矩和刚性、压力介质以及系统压力而定。
5.一种如权利要求1所述紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在涨紧套(4)的外圆或内孔上开设第一环槽，在基体(5)上分别开设油路以及与油路相连通的第二环槽；
2)经过步骤1)后，在基体的内孔或外圆上涂敷过盈涂层(17)，然后依据热胀冷缩的原理对所述涨紧套(4)和基体(5)进行过盈装配，使第一环槽以及第二环槽封闭形成密封油腔，且保证第一环槽与第二环槽的开口相对；
3)经过步骤2)后，对涨紧套(4)的内孔或外圆进行精加工，精加工后将回转轴(7)装入涨紧套的内孔内或将回转轴(7)装于涨紧套的外圆上。
6.根据权利要求5所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构的制造方法，其特征在于：所述过盈涂层(17)的材料为润滑脂或密封胶。
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