CN104190979A - 车床气动涨芯夹紧装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车床气动涨芯夹紧装置，该夹紧装置包括沿水平方向依次设置的夹紧机构、固定座、气缸固定座及驱动机构，固定座为水平中空结构且一旋转传动机构藏设于其内部，旋转传动机构穿过气缸固定座且夹紧机构与驱动机构通过旋转传动机构固定连接，通过联动作用由驱动装置拉动旋转传动机构进而带动夹紧机构对工件完成夹紧和松开工序；本发明还设计了一种车床气动涨芯夹紧装置的操作方法；本发明所设计的夹紧装置及其操作方法采用气动涨芯夹紧替代人工拧紧螺栓进行夹紧，结构简单，操作方便，成本低廉，降低了劳动强度，装夹过程稳定受控，大大缩短了车床加工装夹的时间，提高了车床的生产效率。

Description

车床气动涨芯夹紧装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于车床的气动涨芯夹紧装置及其操作方法。

背景技术

车床是主要用于车刀对旋转的工件进行车削加工的机床，在机床上还能用钻头、扩孔钻、饺刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工，车床可对多种工件进行快速方便地加工，车床加工工件时，需要对工件进行夹持。

老的工艺对工件进行夹持时一般使用三爪定位夹持，由于工件批量大，原有三爪定位时车加工转速慢，装夹一个工件的时间长，生产效率低；同时，三爪定位夹紧过程中容易磨损，并且自定心精度不高，三爪悬臂过长与工件装配后动平衡不好，且在反复使用更换后，易于磨损，会造成加工的内孔同轴度达不到图纸要求；在装夹的过程中，三爪张开力不易控制易导致工件夹不紧或变形。

涨芯机构是夹具设计中常见机构，其目的是为了使加工工件定位，并有一定的夹紧作用；目前国内外同行常用的是定心机构有弹簧涨套、滑块、液压塑料等，在滑块、滑柱式机构中采用圆锥形或三楔形拉杆，用锥面或楔块涨开滑柱，其扩张方向均在径向方向，使工件紧紧贴在定位面上，从而使加工的工件精度更高；例如，在水泵壳体车削加工过程中，需要以轴承位基准进行定位夹紧完成车加工，目前采用普通车床C6136、C6140车制水泵壳体，利用车床上主轴联接盘固定弹性涨芯夹具，由人工拧紧螺栓涨开弹性夹头。

现有的技术中，在车床进行工件车削的时候，大多数操作都是在车削夹头的侧壁上钻开一个螺栓孔，然后采用人工手动调节螺栓，进行压紧操作，这样的操作步骤过于复杂，采用人工拧紧夹紧，装夹时间较长、工人劳动强度大、工件压紧的可靠性受工人情绪的影响大，影响生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种采用气动涨芯夹紧替代人工拧紧螺栓的夹紧装置及其操作方法，结构简单，操作方便，成本低廉，降低了劳动强度，且装夹过程稳定受控，大大缩短了车床加工装夹的时间，提高了车床的生产效率。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种车床气动涨芯夹紧装置，包括沿水平方向依次设置的夹紧机构、固定座、气缸固定座及驱动机构，气缸固定座竖直设置且固定座与驱动机构分别固定在其两侧，固定座为水平中空结构且一旋转传动机构藏设于其内部，旋转传动机构穿过气缸固定座且夹紧机构与驱动机构通过旋转传动机构固定连接；

技术效果：本发明整体结构清楚简单，由驱动机构带动旋转传动机构，从而使夹紧机构产生相应的技术效果，在拉力传动方向上受力均匀，结构可靠。

进一步的，本发明的进一步技术方案为：

前述车床气动涨芯夹紧装置中，驱动机构包括固定在气缸固定座远离固定座一侧的螺母座，螺母座水平中空且其内表面具有矩形螺纹，还包括一摇臂，摇臂分为圆形转动部及该圆形转动部侧边延伸出的传动部，圆形转动部的一侧面还具有一水平圆形凸台，水平圆形凸台伸入螺母座内且通过其外圆周上的矩形螺纹与螺母座螺纹配合；

还包括一气缸固定在所述气缸固定座的下端且所述气缸竖直向上伸出一活塞杆，活塞杆与传动部连接，还包括一吊紧拉杆且该吊紧拉杆包括底座及水平拉杆，底座伸入固定座内且水平拉杆依次穿过气缸固定座、螺母座及圆形转动部，并通过一调节螺母将水平拉杆与圆形转动部进行限位固定；

技术效果：采用调节螺母将水平拉杆与圆形转动部进行限位固定，可以有效调节吊紧拉杆的有效移动长度，从而实现摇臂在合理的转角范围内达到对工件的涨夹目的；

旋转传动机构包括藏设于固定座内的一水平中空的轴承座且轴承座的一端通过圆柱头内六角螺钉与吊紧拉杆的底座固定连接，轴承座外壁上还开有一道与其水平中轴线平行的滑动限位槽，一防转螺栓穿过固定座的外壁并伸入该滑动限位槽内；

技术效果：固定座是固定不动的起到保护壳体及支撑的作用，采用滑动限位槽将轴承座与固定座连接起来的同时，还使轴承座能沿车床主轴轴向移动，确保该夹紧装置的正常运行，且该滑动限位槽的长度不小于吊紧拉杆的有效行程长度；

轴承座内还设有一水平中空的旋转轴，旋转轴通过套设在其外部的圆锥滚子轴承与轴承座连接，旋转轴靠近底座的一端端头外径较小且该端端头上套设有螺母，螺母与外径较大部之间还套设有一挡圈，螺母上还套设有止动垫圈；

本发明中设有两圆锥滚子轴承且采用背对背安装，并通过轴承外圈与轴承座的内孔台阶进行轴向定位，旋转轴左端台阶与左轴承内圈端面紧靠，右轴承内圈端面与挡圈紧靠，并通过螺母的拧紧来调整一对轴承的轴向游隙，再通过止动垫圈的铆合，防止螺母松动并破坏轴承组的轴向游隙；通过轴承组件的有效联接，一方面能够保证待夹紧工件随拉杆、弹性夹头在拉紧涨夹的前提下，随车床主轴一起旋转；另一方面能够保证气缸、摇臂、螺母座、气缸固定座、吊紧拉杆等非旋转件相对固定，并发挥其功能；同时使用圆锥滚子轴承减少轴承座与旋转轴的摩擦，降低零件的损坏性，延长零件使用寿命；当车床主轴处于旋转状态下，气缸、摇臂、螺母座、气缸固定座、吊紧拉杆不随车床主轴旋转，通过旋转轴、挡圈、螺母、止动垫圈、圆锥滚子轴承组成旋转体跟随车床主轴旋转，同时，轴承座通过防转螺栓与固定座相对固定，不作圆周旋转；

夹紧机构包括一拉杆且拉杆的一端穿过车床主轴后与旋转轴螺纹配合，且拉杆与旋转轴之间通过固定螺母紧固，拉杆远离旋转轴的一端为椎体结构且与套设在车床主轴上的弹性夹头的内锥面相配合；

前述车床气动涨芯夹紧装置中，轴承座远离底座的一端开口处还设置有一用于密封旋转轴与轴承座之间间隙的骨架油封，采用骨架油封，密封性更佳。

前述车床气动涨芯夹紧装置中，拉杆、车床主轴、旋转轴、轴承座、固定座、吊紧拉杆、螺母座及圆形转动部的水平中轴线相互重合。

前述车床气动涨芯夹紧装置中，矩形螺纹直径为60mm，螺距为10mm，弹性夹头的内锥面选用25°，所述圆锥滚子轴承选用30205圆锥滚子轴承；

本发明中矩形螺纹直径为60mm，螺距为10mm，即摇臂沿矩形螺纹转动一周，则吊紧拉杆在轴向产生10mm的移动；因为弹性夹头在涨夹水泵壳体等套筒类零件时，其径向涨大量只有几十丝（0.1-0.3mm）,如果弹性夹头的内锥面选用25°，只需要摇臂旋转22°，在设计时，实际允许摇臂最大旋转角度达60-70°；

假设工件水泵壳体轴承孔的理论直径为Φ30±0.01，则弹性夹头的外径自由状态直径一般设计为Φ29.9±0.02，在弹性夹头内锥面选用25°时，要使弹性夹头能迅速将水泵壳体夹持牢固，通过计算，拉杆1须要在轴向最大产生（30.01-29.88）/tan25＝0.28mm；在实际操作时，通过调节螺母，改变拉杆锥度拉头与弹性夹头锥面间隙的大小，不仅保证水泵壳体能快速套装到弹性夹头上进行定位，又保证摇臂旋转角度不要太大，要适中，以便能有效夹紧零件；

同时，锥面角度为25°，因为大于钢铁材料的自锁角度，因此当气缸工作，传递松动力时，拉杆不会被弹性夹头锁死，相反，弹性夹头凭借自身的弹性，会推动拉杆端部锥面，迫使拉杆向左移动，消除弹性夹头对水泵壳体的涨紧。

本发明还设计了一种车床气动涨芯夹紧装置的操作方法：

装置开启前，向轴承座与旋转轴之间注入锂基脂使其接触部充分润滑，并通过骨架油封进行密封，根据所需加紧工件的涨夹目的，通过调节螺母预留水平拉杆的移动长度；

开启气缸，活塞杆沿竖直方向推动传动部及圆形转动部旋转，圆形转动部在螺母座的矩形螺纹作用下向外移动，并通过调节螺母的限位作用拉动吊紧拉杆及轴承座，轴承座通过圆锥滚子轴承带动旋转轴车床主轴及拉杆，拉杆的锥形端头在移动过程中迫使弹性夹头涨大，从而弹性夹头对待夹紧的工件进行夹紧，完成工件夹紧工序； 

控制气缸中活塞杆沿竖直方向反向推动传动部及圆形转动部旋转，圆形转动部向螺母座内移动，从而使吊紧拉杆、轴承座、旋转轴、车床主轴及拉杆整体反向移动，弹性夹头靠自身的弹性恢复并收缩到自由状态并与拉杆的锥形端头配合，从而解除对待夹紧工件的涨芯夹紧，完成工件的松开工序。

进一步的，本发明的进一步技术方案为：

前述车床气动涨芯夹紧装置的操作方法，装置开启前，轴承座与旋转轴之间的锂基脂注入量为两者之间空间的三分之一。

本发明中的气缸不是直接对拉杆进行拉紧，而是通过摇臂、吊紧拉杆、旋转传动机构等间接的对拉杆施加拉力，这种非直接的作用效果在工作过程中不会因急停气、停电造成气缸功能的丧失而影响对工件的夹紧，从而提高了产品、人员的安全性，也保证了产品的合格率；

相对于现有技术相比具有：结构简单紧凑，组件之间的联动性好，节能效果显著；弹性夹头夹紧度高，夹紧快捷、可靠、安全，能利用自身的弹性恢复并收缩到自由状态，降低了劳动强度，且装夹过程稳定受控，大大缩短了车床加工装夹的时间，提高了车床的生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例车床气动涨芯夹紧装置的剖视图；

图2为本发明实施例车床气动涨芯夹紧装置的主视图；

图中：1-拉杆，2-固定螺母，3-固定座，4-旋转轴，5-轴承座，501-滑动限位槽，6-防转螺栓，7-圆锥滚子轴承，8-挡圈，9-止动垫圈，10-螺母，11-圆柱头内六角螺钉，12-吊紧拉杆，1201-底座，1202-水平拉杆，13-气缸固定座，14-活塞杆，15-螺母座，16-摇臂，1601-圆形转动部，1602-传动部，17-调节螺母，18-气缸，19-弹性夹头，20-骨架油封。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种车床气动涨芯夹紧装置，结构如图1和2所示，包括沿水平方向依次设置的夹紧机构、固定座3、气缸固定座13及驱动机构，气缸固定座13竖直设置且固定座3与驱动机构分别固定在其两侧，固定座3为水平中空结构且一旋转传动机构藏设于其内部，旋转传动机构穿过气缸固定座13且夹紧机构与驱动机构通过旋转传动机构固定连接。

在本实施例中：驱动机构包括固定在气缸固定座13远离固定座3一侧的螺母座15，螺母座15水平中空且其内表面具有矩形螺纹，矩形螺纹直径为60mm，螺距为10mm，还包括一摇臂16，摇臂16分为圆形转动部1601及该圆形转动部1601侧边延伸出的传动部1602，圆形转动部1601的一侧面还具有一水平圆形凸台，水平圆形凸台伸入螺母座15内且通过其外圆周上的矩形螺纹与螺母座15螺纹配合；

还包括一气缸18固定在气缸固定座13的下端且气缸18竖直向上伸出一活塞杆14，活塞杆14与传动部1602连接，还包括一吊紧拉杆12且该吊紧拉杆12包括底座1201及水平拉杆1202，底座1201伸入固定座3内且水平拉杆1202依次穿过气缸固定座13、螺母座15及圆形转动部1601，并通过一调节螺母17将水平拉杆1202与圆形转动部1601进行限位固定；

旋转传动机构包括藏设于固定座3内的一水平中空的轴承座5且轴承座5的一端通过圆柱头内六角螺钉11与吊紧拉杆12的底座1201固定连接，轴承座5外壁上还开有一道与其水平中轴线平行的滑动限位槽501，一防转螺栓6穿过固定座3的外壁并伸入该滑动限位槽501内，轴承座5远离底座1201的一端开口处还设置有一用于密封旋转轴4与轴承座5之间间隙的骨架油封20；

轴承座5内还设有一水平中空的旋转轴4，旋转轴4通过套设在其外部的圆锥滚子轴承7与轴承座5连接，圆锥滚子轴承（7）选用30205圆锥滚子轴承，旋转轴4靠近底座1201的一端端头外径较小且该端端头上套设有螺母10，螺母10与外径较大部之间还套设有一挡圈8，螺母10上还套设有止动垫圈9；

夹紧机构包括一拉杆1且拉杆1的一端穿过车床主轴后与旋转轴4螺纹配合，且拉杆1与旋转轴4之间通过固定螺母2紧固，拉杆1远离旋转轴4的一端为椎体结构且与套设在车床主轴上的弹性夹头19的内锥面相配合，弹性夹头19的内锥面选用25°；拉杆1、车床主轴、旋转轴4、轴承座5、固定座3、吊紧拉杆12、螺母座15及圆形转动部1601的水平中轴线相互重合。

实施例2

本实施例提供上述实施例1中车床气动涨芯夹紧装置的操作方法，如下：该车床气动涨芯夹紧装置的运行由踏板开关控制；

在静止状态下，活塞杆14收缩在气缸18内，向轴承座5与旋转轴4之间注入占有效空间的三分之一量的锂基脂并通过骨架油封20进行密封，并定期补充加注锂基脂，一般定期为6个月补充一次；

脚踩踏板开关，气缸18进气口进气，出气口出气，活塞杆14从气缸18内竖直向上伸出，带动摇臂作逆时针旋转，在螺母座15的矩形螺纹作用下摇臂同时沿车床主轴的轴向方向向外移动，摇臂向外移动依次带动吊紧拉杆12、轴承座5、旋转轴4、车床主轴及拉杆1移动，旋转轴4的移动通过轴承座5的移动带动圆锥滚子轴承7进而带动旋转轴4，拉杆1移动时其锥面迫使弹性夹头19涨大，从而弹性夹头19对待夹紧的工件进行夹紧，完成工件夹紧工序，此时，活塞杆14完全伸出气缸18；

再次脚踩踏板开关，气缸18的出气口进气，进气口出气，活塞杆14竖直向下收缩，带动摇臂作顺时针旋转，在螺母座15的矩形螺纹作用下摇臂同时沿车床主轴的轴向方向向内移动，摇臂向内移动依次带动吊紧拉杆12、轴承座5、旋转轴4、车床主轴及拉杆1向内移动，在拉杆向内移动时弹性夹头19靠自身的弹性恢复并收缩到自由状态，解除对待夹紧工件的涨芯夹紧，完成工件的松开工序，完成一个加工周期，此时，活塞杆14完全收缩在气缸18内。

在本实施例中，车床主轴一直处于圆周旋转的状态，车床主轴带动拉杆1以及旋转轴4作圆周旋转，旋转轴4通过圆锥滚子轴承7在轴承座5内作圆周旋转；在摇臂16旋转时允许摇臂16最大旋转角度达60-70°。

在操作过程中，可根据实际情况，调节摇臂16外的调节螺母17，调整吊紧拉杆12的有效移动长度，以实现摇臂16在合理的转角范围内达到对工件的涨夹目的，能快速，准确的完成对工件的夹紧工序，吊紧拉杆12有效移动的行程长度不超过轴承座5外壁上滑动限位槽501的长度。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种车床气动涨芯夹紧装置，其特征在于，包括沿水平方向依次设置的夹紧机构、固定座（3）、气缸固定座（13）及驱动机构，所述气缸固定座（13）竖直设置且所述固定座（3）与驱动机构分别固定在其两侧，所述固定座（3）为水平中空结构且一旋转传动机构藏设于其内部，所述旋转传动机构穿过气缸固定座（13）且所述夹紧机构与驱动机构通过旋转传动机构固定连接。

2.根据权利要求1所述的车床气动涨芯夹紧装置，其特征在于：

所述的驱动机构包括固定在气缸固定座（13）远离固定座（3）一侧的螺母座（15），所述螺母座（15）水平中空且其内表面具有矩形螺纹，还包括一摇臂（16），所述摇臂（16）分为圆形转动部（1601）及该圆形转动部（1601）侧边延伸出的传动部（1602），所述圆形转动部（1601）的一侧面还具有一水平圆形凸台，所述水平圆形凸台伸入螺母座（15）内且通过其外圆周上的矩形螺纹与螺母座（15）螺纹配合；

还包括一气缸（18）固定在所述气缸固定座（13）的下端且所述气缸（18）竖直向上伸出一活塞杆（14），所述活塞杆（14）与所述传动部（1602）连接，还包括一吊紧拉杆（12）且该吊紧拉杆（12）包括底座（1201）及水平拉杆（1202），所述底座（1201）伸入固定座（3）内且水平拉杆（1202）依次穿过气缸固定座（13）、螺母座（15）及圆形转动部（1601），并通过一调节螺母（17）将水平拉杆（1202）与圆形转动部（1601）进行限位固定；

所述的旋转传动机构包括藏设于固定座（3）内的一水平中空的轴承座（5）且所述轴承座（5）的一端通过圆柱头内六角螺钉（11）与吊紧拉杆（12）的底座（1201）固定连接，轴承座（5）外壁上还开有一道与其水平中轴线平行的滑动限位槽（501），一防转螺栓（6）穿过固定座（3）的外壁并伸入该滑动限位槽（501）内；

所述轴承座（5）内还设有一水平中空的旋转轴（4），所述旋转轴（4）通过套设在其外部的圆锥滚子轴承（7）与轴承座（5）连接，所述旋转轴（4）靠近底座（1201）的一端端头外径较小且该端端头上套设有螺母（10），所述螺母（10）与外径较大部之间还套设有一挡圈（8），所述螺母（10）上还套设有止动垫圈（9）；

所述夹紧机构包括一拉杆（1）且所述拉杆（1）的一端穿过车床主轴后与旋转轴（4）螺纹配合，且拉杆（1）与旋转轴（4）之间通过固定螺母（2）紧固，拉杆（1）远离旋转轴（4）的一端为椎体结构且与套设在车床主轴上的弹性夹头（19）的内锥面相配合。

3.根据权利要求2所述的车床气动涨芯夹紧装置，其特征在于：所述轴承座（5）远离底座（1201）的一端开口处还设置有一用于密封旋转轴（4）与轴承座（5）之间间隙的骨架油封（20）。

4.根据权利要求3所述的车床气动涨芯夹紧装置，其特征在于：所述拉杆（1）、车床主轴、旋转轴（4）、轴承座（5）、固定座（3）、吊紧拉杆（12）、螺母座（15）及圆形转动部（1601）的水平中轴线相互重合。

5.根据权利要求2所述的车床气动涨芯夹紧装置，其特征在于：所述矩形螺纹直径为60mm，螺距为10mm，弹性夹头（19）的内锥面选用25°，所述圆锥滚子轴承（7）选用30205圆锥滚子轴承。

6.基于权利要求2-5中任意一项权利要求所述的车床气动涨芯夹紧装置的操作方法，其特征在于： 

装置开启前，向轴承座（5）与旋转轴（4）之间注入锂基脂使其接触部充分润滑，并通过骨架油封（20）进行密封，根据所需加紧工件的涨夹目的，通过调节螺母（17）预留水平拉杆（1202）的移动长度；

开启气缸（18），活塞杆（14）沿竖直方向推动传动部（1602）及圆形转动部（1601）旋转，圆形转动部（1601）在螺母座（15）的矩形螺纹作用下向外移动，并通过调节螺母（17）的限位作用拉动吊紧拉杆（12）及轴承座（5），轴承座（5）通过圆锥滚子轴承（7）带动旋转轴（4）、车床主轴及拉杆（1），拉杆（1）的锥形端头在移动过程中迫使弹性夹头（19）涨大，从而弹性夹头（19）对待夹紧的工件进行夹紧，完成工件夹紧工序； 

控制气缸（18）中活塞杆（14）沿竖直方向反向推动传动部（1602）及圆形转动部（1601）旋转，圆形转动部（1601）向螺母座（15）内移动，从而使吊紧拉杆（12）、轴承座（5）、旋转轴（4）、车床主轴及拉杆（1）整体反向移动，弹性夹头（19）靠自身的弹性恢复并收缩到自由状态并与拉杆（1）的锥形端头配合，从而解除对待夹紧工件的涨芯夹紧，完成工件的松开工序。

7.根据权利要求6所述的车床气动涨芯夹紧装置的操作方法，其特征在于：装置开启前，轴承座（5）与旋转轴（4）之间的锂基脂注入量为两者之间空间的三分之一。