CN104209600B - 紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构及其使用和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构及其使用和制造方法，夹紧机构包括基座、密封环、环形夹紧盘和回转体，环形夹紧盘用沉头螺钉固定在回转体或基座上，回转体定位停止在任意位置时，可将液、气体压入环形密封腔，使密封活塞装置在轴向方向上产生一定的位移，并将轴向力均匀地作用于环形夹紧盘的环形面，环形夹紧盘受到压力变形，从而产生摩擦扭矩对回转体进行角度定位夹紧，回转体在定位夹紧发生时，既不会产生轴向移动，也不会产生扭曲，因此可实现高精度定位夹紧，当液、气体压完全卸荷，环形夹紧盘立即弹回最初状态，回转体即可释放并任意回转。

Description

紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构及其使用和制造方法

技术领域

本发明涉及可广泛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的定位加紧机构，具体涉及一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构及其使用和制造方法。

背景技术

回转轴中定位夹紧机构的应用，不仅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，将力直接传递给基体，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已经成为具有回转定位夹紧功能要求设备中的一项关键共性技术。

传统的定位夹紧机构在实际的产品开发中所采用的夹紧机构形式和布置千差万别，且在应用过程中效果不甚理想，具有加工制造成本高、结构工艺复杂且占用空间、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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构及其使用和制造方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构，包括基座、回转体和环形夹紧盘，所述回转体由基座支承，基座上开设有环形槽，环形槽内设置有可以沿回转体的轴向移动的密封环，环形槽的底部开设有供液体或气体进出环形槽的开口；环形夹紧盘与回转体相连，环形夹紧盘的一侧表面与密封环相接触，环形夹紧盘的另一侧表面与设置于基座上的环形端盖相对，环形端盖与所述环形夹紧盘的另一侧表面间留有间隙，或者，环形夹紧盘与基座相连，环形夹紧盘的一侧表面与密封环相接触，环形夹紧盘的另一侧表面与回转体相对，回转体与所述环形夹紧盘的另一侧表面间留有间隙；所述密封环包括环形体以及设置于环形体内外圈上的O型密封圈，环形体内外圈上的O型密封圈分别与环形槽过盈配合。

所述环形槽、密封环以及环形夹紧盘环绕于回转体的回转中心。

所述环形夹紧盘的厚度为3～5mm，环形夹紧盘采用弹簧钢制成。

所述环形夹紧盘的内边沿通过螺钉与回转体或基座相连，螺钉与环形夹紧盘的外边沿之间的环形夹紧盘表面上开设有环形凹槽，密封环与环形夹紧盘对应侧表面的外边沿相接触。

所述开口与设置于基座上的接头相连。

上述紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构的使用方法，包括以下步骤：

回转体定位停止在任意角度位置时，将液体或气体由所述开口压入环形槽，压入的液体或气体使密封环在回转体轴向方向上产生位移，并将轴向力作用于环形夹紧盘的一侧表面，环形夹紧盘的一侧表面受力变形后对环形端盖或回转体产生一个正压力，从而产生摩擦扭矩对回转体进行角度定位夹紧。

上述紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构的制造方法，包括以下步骤：

1)回转体与基座装配前，在基座上开设环形槽，在环形槽的底部开设所述开口，将设置于基座上的接头与开口连通，然后在环形槽内安装密封环；

2)经过步骤1)后，将环形夹紧盘通过螺钉固定于回转体上，然后将回转体装配到基座上，使环形夹紧盘的一侧表面与密封环保持接触，然后将环形端盖安装于基座上，使环形夹紧盘的另一侧表面与环形端盖相对；

或者，经过步骤1)后，将环形夹紧盘通过螺钉固定于基座上，使环形夹紧盘的一侧表面与密封环保持接触，然后将回转体装配到基座上，使环形夹紧盘的另一侧表面与回转体相对。

本发明的有益效果体现在：本发明所述定位夹紧机构采用环形夹紧盘和密封环进行配合，利用环形夹紧盘环形面的受控变形并与对应接触面产生摩擦扭矩，从而实现对回转体进行角度定位夹紧，具有结构简单紧凑、制动扭矩大、响应速度快、定位夹紧精度高等特点。

附图说明

图1为本发明所述定位夹紧机构的结构示意图之一；

图2为本发明所述定位夹紧机构的结构示意图之二；

图3为本发明所述环形夹紧盘的结构示意图；

图4为本发明所述密封环的截面示意图；

图5为图2所示定位夹紧机构在数控磨齿机修整器中的应用示意图；

图中：修整器1、回转轴2、环形夹紧盘3、密封环4、角接触球轴承5、角度编码器6、基座7、伺服电机8、减速器9、减速器座10、轴承外圈压盖11、轴承内圈压盖12、液(气)体入口13、回转体14、接头15、环形槽16、沉头螺钉17、环形凹槽18、环形端盖19、内六角螺钉20、外边沿21、内边沿22、环形体23、O型密封圈24。

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。

参见图1，一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构(实例一)，包括基座7、回转体14和环形夹紧盘3，所述回转体14由基座7支承，基座7上开设有环形槽16，环形槽16内设置有可以沿回转体14的轴向移动的密封环4，所述密封环包括环形体23以及设置于环形体23内外圈上的O型密封圈24(参见图4)，环形体内外圈上的O型密封圈24分别与环形槽16过盈配合，环形槽16的槽底部开设有供液体或气体进出环形槽的开口；环形夹紧盘3与回转体14相连，环形夹紧盘3的一侧表面的外边沿与密封环4相接触，环形夹紧盘3的另一侧表面的外边沿与设置于基座7上的环形端盖19相相对，环形端盖19与所述环形夹紧盘3的另一侧表面的外边沿间留有间隙。参见图3，所述环形夹紧盘3的内边沿通过沉头螺钉17与回转体14相连，沉头螺钉17与环形夹紧盘的外边沿之间的环形夹紧盘表面上开设有环形凹槽18。

参见图2，一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构(实例二)，包括基座7、回转体14和环形夹紧盘3，所述回转体14由基座7支承，基座7上开设有环形槽16，环形槽16内设置有可以沿回转体14的轴向移动的密封环4，所述密封环包括环形体23以及设置于环形体23内外圈上的O型密封圈24(参见图4)，环形体内外圈上的O型密封圈24分别与环形槽16过盈配合，环形槽16的槽底部开设有供液体或气体进出环形槽的开口；环形夹紧盘3与基座7相连，环形夹紧盘3的一侧表面的外边沿与密封环4相接触，环形夹紧盘3的另一侧表面的外边沿与回转体14相对，回转体与所述环形夹紧盘3的另一侧表面的外边沿间留有间隙。参见图3，所述环形夹紧盘3的内边沿通过沉头螺钉17与基座7相连，沉头螺钉17与环形夹紧盘3的外边沿之间的环形夹紧盘表面上开设有环形凹槽18。

参见图1以及图2，所述环形槽16、密封环4以及环形夹紧盘3环绕于回转体14的回转中心。所述环形夹紧盘3的厚度为3～5mm，环形夹紧盘3采用弹簧钢制成。

所述开口与设置于基座7上的接头15相连。

上述紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构的使用方法，包括以下步骤：

参见图1，回转体14定位停止在任意角度位置时，将液体或气体由所述开口(即液(气)体入口13)压入环形槽16，压入的液体或气体使密封环4在回转体轴向方向上产生位移，并将轴向力作用于环形夹紧盘3的一侧表面，环形夹紧盘的一侧表面受力变形后对环形端盖19产生一个正压力，从而产生摩擦扭矩对回转体14进行角度定位夹紧。

或者，参见图2，回转体14定位停止在任意角度位置时，将液体或气体由所述开口(即液(气)体入口13)压入环形槽16，压入的液体或气体使密封环4在回转体轴向方向上产生位移，并将轴向力作用于环形夹紧盘3的一侧表面，环形夹紧盘3的一侧表面受力变形后对回转体14产生一个正压力，从而产生摩擦扭矩对回转体14进行角度定位夹紧。

上述紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构的制造方法，包括以下步骤：

参见图1，a1)回转体14与基座7装配前，在基座7上开设环形槽16，在环形槽16的底部开设所述开口，将设置于基座7上的接头15与开口连通，然后在环形槽16内安装密封环4；a2)经过步骤a1)后，将环形夹紧盘3通过沉头螺钉17固定于回转体14上，然后将回转体14装配到基座7上，使环形夹紧盘3的一侧表面与密封环4保持接触，然后将环形端盖19通过内六角螺钉20安装于基座7上，使环形夹紧盘3的另一侧表面与环形端盖19相对。

或者，参见图2，b1)回转体7与基座14装配前，在基座7上开设环形槽16，在环形槽16的底部开设所述开口，将设置于基座7上的接头15与开口连通，然后在环形槽16内安装密封环4；b2)经过步骤b1)后，将环形夹紧盘3通过沉头螺钉17固定于基座7上，使环形夹紧盘3的一侧表面与密封环4保持接触，然后将回转体14装配到基座7上，使环形夹紧盘3的另一侧表面与回转体14相对。

实施例

本发明公开了一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构，该定位夹紧机构包括基座、密封环、环形夹紧盘和回转体，环形夹紧盘用沉头螺钉固定在基座上，回转体可由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动，回转体定位停止在任意角度位置时，可将介质液(气)体从液(气)体入口压入环形密封腔(由密封环以及开设于基座上的环形槽组成)，液(气)体压迫使密封环在回转体轴向方向上产生一定的位移，并将轴向力均匀地作用于环形夹紧盘的环形面，环形夹紧盘外环面受到压力产生轴向变形，环形夹紧盘变形部分和回转体贴合，并在回转体贴合的环形面产生一个正压力，从而产生摩擦扭矩对回转体进行角度定位夹紧，回转体在定位夹紧发生时，既不会产生轴向移动，也不会产生扭曲，因此可实现高精度定位夹紧，当液(气)体压完全卸荷，环形夹紧盘立即弹回最初状态，回转体即可释放并任意角度回转。

为了实现可靠精确定位夹紧，设计了一个环形夹紧盘和一个环形槽及环形活塞密封元件(指可以轴向移动的密封环)完成了此功能。为了实现环形夹紧盘能容易变形和恢复变形前的位置，环形夹紧盘的厚度尺寸应控制在3～5mm左右，且外圈和用于环形夹紧盘固定的螺钉之间应去除一层(单面)或两层(双面)环形区域，环形区域外侧的环形面为外环面(即外边沿)，使环形夹紧盘更容易变形，材料宜选用刚性好、有弹性变形的能热处理(增加刚性)的弹簧钢，另外环形活塞密封元件(即密封环，由于密封环可以轴向移动，类似活塞的运动，所以称为环形活塞密封元件)可以选用尺寸合适的标准密封元件，也可以自行制作环形体，并在环形体的内外圈径向上开环形槽并装入两个O型密封圈，从而得到环形活塞密封元件。采用上述自制的环形活塞密封元件可以克服使用标准密封元件存在的密封环径向配合尺寸过盈量过大引起轴向移动不自如，或者过盈量过小引起密封不可靠的问题。此外，根据所需要夹紧力矩的大小不同，环形夹紧盘的材质和需要的压力也根据实际需求而定。

下面参照图5描述本发明在数控磨齿机修整器中的应用，主要零件包括修整器1、回转轴2(即回转体)、环形夹紧盘3、密封环4、角接触球轴承5、角度编码器6、基座7、伺服电机8、减速器9、减速器座10、轴承外圈压盖11、轴承内圈压盖12和液(气)体入口13。工作过程是：伺服电机8带动减速器9和减速器座10回转，带动回转轴2回转，而修整器1用螺钉固定在回转轴2上，且回转轴2通过角接触球轴承5与基座7联结，转动的角度位置由联接在回转轴2上的角度编码器6检测，修整器1可由伺服电机8经减速器9传动而任意角度回转，当修整器1转动到需要角度位置时，依次通过接头15以及液(气)体入口13向环形槽注入高压液(气)体，密封环4移动使环形夹紧盘3微量变形，并沿轴向压紧回转轴2，产生大的摩擦扭矩，从而实现修整器1的高精度回转定位夹紧，当需要重新调修整器1回转角度位置时，液(气)体入口13压力释放，伺服电机8可带动修整器1任意角度回转。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

⑴零件数量少且结构简单、安装方便；

⑵制造工艺简单且成本低廉；

⑶安装空间极小，适用范围广；

⑷低压力、大扭矩、高刚性、高精度、高可靠性、高响应速度。

Claims (4)

1.一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构，其特征在于：包括基座(7)、回转体(14)和环形夹紧盘(3)，所述回转体(14)由基座(7)支承，基座(7)上开设有环形槽(16)，环形槽(16)内设置有可以沿回转体的轴向移动的密封环(4)，环形槽(16)的底部开设有供液体或气体进出环形槽的开口；环形夹紧盘(3)与回转体(14)相连，环形夹紧盘(3)的一侧表面与密封环(4)相接触，环形夹紧盘(3)的另一侧表面与设置于基座(7)上的环形端盖(19)相对，环形端盖(19)与所述环形夹紧盘(3)的另一侧表面间留有间隙，或者，环形夹紧盘(3)与基座(7)相连，环形夹紧盘(3)的一侧表面与密封环(4)相接触，环形夹紧盘的另一侧表面与回转体相对，回转体与所述环形夹紧盘(3)的另一侧表面间留有间隙；所述密封环包括环形体(23)以及设置于环形体内外圈上的O型密封圈(24)，环形体内外圈上的O型密封圈分别与环形槽(16)过盈配合；

所述环形夹紧盘(3)的厚度为3～5mm，环形夹紧盘(3)采用弹簧钢制成；

所述环形夹紧盘(3)的内边沿通过螺钉与回转体(14)或基座(7)相连，螺钉与环形夹紧盘(3)的外边沿之间的环形夹紧盘表面上开设有环形凹槽(18)，密封环(4)与环形夹紧盘(3)对应侧表面的外边沿相接触；

所述环形槽(16)、密封环(4)以及环形夹紧盘(3)环绕于回转体(14)的回转中心；

由密封环以及开设于基座上的环形槽组成环形密封腔。

2.根据权利要求1所述一种紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构，其特征在于：所述开口与设置于基座(7)上的接头(15)相连。

3.一种如权利要求1所述紧凑型环形轴向高精度定位夹紧机构的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

回转体(14)定位停止在任意角度位置时，将液体或气体由所述开口压入环形槽(16)，压入的液体或气体使密封环(4)在回转体轴向方向上产生位移，并将轴向力均匀地作用于环形夹紧盘的环形面，环形夹紧盘(3)的一侧表面受力变形后对环形端盖(19)或回转体(14)产生一个正压力，从而产生摩擦扭矩对回转体进行角度定位夹紧。

4.一种如权利要求1所述紧凑型环形轴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)回转体(14)与基座(7)装配前，在基座(7)上开设环形槽(16)，在环形槽(16)的底部开设所述开口，将设置于基座(7)上的接头(15)与开口连通，然后在环形槽(16)内安装密封环(4)；

2)经过步骤1)后，将环形夹紧盘(3)通过螺钉固定于回转体(14)上，然后将回转体(14)装配到基座(7)上，使环形夹紧盘(3)的一侧表面与密封环(4)保持接触，然后将环形端盖(19)安装于基座(7)上，使环形夹紧盘(3)的另一侧表面与环形端盖(19)相对；

或者，经过步骤1)后，将环形夹紧盘(3)通过螺钉固定于基座(7)上，使环形夹紧盘(3)的一侧表面与密封环(4)保持接触，然后将回转体(14)装配到基座(7)上，使环形夹紧盘(3)的另一侧表面与回转体(14)相对。