CN105171323B - 开口式三爪自定心回转装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开口式三爪自定心回转装置，该装置包括组装在一起的自定心卡盘部分和自定心回转部分，自定心卡盘部分用于夹紧工件，自定心回转部分带动工件进行回转加工。本发明采用开口式自定心卡盘，因此特别适合一些两边均具有法兰的接管与法兰的自动打底焊接，该类工件在焊接完成后可沿着该卡盘的开口直接吊离。也很适合一些较长的圆形工件的自动焊接、开孔、切割等，避免了将较长工件在中心具有通孔的回转卡盘设备上作业时必须从一端插入的工作模式，采用该设备可直接将较长工件自上而下的放置在设备上，可较少不必要的工时浪费，提高设备的工作效率，以及减少设备的整体长度。

Description

开口式三爪自定心回转装置

技术领域

本发明涉及一种用于圆形工件的自动焊接以及火焰开孔下料等的工装工具，特别是一些较长的管件以及管件两端都带有法兰的工件的自动焊接使用的开口式三爪自定心回转装置，属于机械加工工艺工装技术领域。

背景技术

在石油、天然气、化工等行业中，需要对圆形工件进行加工，如管子的切割、开孔、焊接等。由于需要加工的工件种类规格较多，尺寸不一，给加工带了诸多不便。一般来说是采用滚轮架等简单工装，人工进行切割、开孔、焊接等，这种方式精度无法保证，加工出的工件质量差，并且加工效率低，成本高。

专利申请文件201010221148.X，就公开了一种环缝自动焊管钳，包括箱体、驱动和旋转机构、夹紧机构，夹紧机构采用拨叉结构，其优点是，由于三爪卡盘夹紧法兰面，三爪卡盘旋转过程中带动弯管／法兰件旋转，法兰内外两侧的焊缝由于离夹持的三爪卡盘非常接近，基本忽略了工件的径向跳动，另外，三爪卡盘夹紧的是法兰面（法兰是机加件，精度高），内外两条焊缝和三爪卡盘在平行面上，如果将一把自动焊枪移到弯管／法兰的外角焊缝上，另一把焊枪从三爪卡盘中伸入到内角焊缝上，就能够实现两条焊缝的同时自动化焊接，焊接过程中基本不用人工调整焊枪到焊缝的位置，效率提高了至少两倍。但是这种结构比较复杂，成本很高，由于各拨叉结构之间通过多个部件进行中间动力传动，使得加工精度较低。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种可有效防止工件在连续旋转过程中的轴向窜动，避免工件在连续旋转作业过程中因轴向窜动而造成的不合格率的开口式三爪自定心回转装置。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种开口式三爪自定心回转装置，该装置包括组装在一起的自定心卡盘部分和自定心回转部分，自定心卡盘部分用于夹紧工件，自定心回转部分带动工件进行回转加工。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：

自定心卡盘部分由呈三角形排布的三个定心卡盘组成，三个定心卡盘由同一动力驱动并同步联动，实现开口自定心卡盘部分自定心功能。

进一步优化：三个定心卡盘位于同一平面上间隔120度均匀分布。

进一步优化：其中一个定心卡盘为主卡盘，另外两个为副卡盘，主卡盘与两个副卡盘之间分别通过连接杆传动连接；通过同一动力驱动，用于驱动主卡盘和两个副卡盘上的卡爪进行同步松紧。

进一步优化：主卡盘内还设置有与卡爪相啮合并用于驱动卡爪动作的伞齿轮，该伞齿轮与卡盘动力装置传动连接。

卡盘动力装置包括一可上下移动的卡盘传动杆，所述卡盘传动杆靠近主卡盘的端部设置有可与伞齿轮进行插接并啮合传动的传动杆连接头。

卡盘传动杆上连接有用于驱动卡盘传动杆进行上下位移的推进装置和用于驱动卡盘传动杆转动的紧固装置，推进装置与紧固装置配合动作。

进一步优化：推进装置包括安装在卡盘传动杆端部的气缸，该气缸与外部动力气源连通。

进一步优化：紧固装置包括预紧装置，该预紧装置包括一体连接的伺服电机和减速机，所述减速机的动力输出轴上安装有减速机齿轮，所述卡盘传动杆上与减速机齿轮相对应的位置安装有传动杆齿轮，减速机齿轮与传动杆齿轮始终啮合。

进一步优化：紧固装置还包括深紧装置，深紧装置包括安装在卡盘传动杆一侧的气扳机，气扳机上安装有气扳机齿轮，气扳机齿轮与传动杆齿轮始终啮合。

工作时，由气缸带动卡盘传动杆上下移动实现与主卡盘的伞齿轮的连接与脱开，当传动杆连接头与伞齿轮连接上后由伺服电机驱动减速机旋转，通过减速机齿轮和传动杆齿轮带动卡盘传动杆连续旋转，从而带动开口自定心卡盘部分的卡爪移动，实现开口自定心卡盘部分对于工件的自动夹紧与松开；

当伺服电机带动开口自定心卡盘部分的卡爪夹紧工件之后，再由气扳机通过气扳机齿轮冲击卡盘传动杆，依靠冲击力实现开口自定心卡盘部分的卡爪可靠的夹紧工件,可保证工件的有效夹持率在99%以上，超过其他定心回转装置及工装。

自定心卡盘具有自锁功能，因此当开口自定心卡盘部分的卡爪夹紧工件之后便会保持夹紧，可有效防止开口式的自定心卡盘夹持住工件之后工件意外脱落。

且自定心卡盘的自定心精度高，将自定心卡盘作为开口自定心卡盘部分的功能部件可很好的保证开口自定心卡盘部分工作的可靠性，且使开口自定心卡盘部分自定心精度达到很高的程度。

另一种优化：自定心回转部分包括其中一个具有开口的开口盘支撑座，所述开口盘支撑座上安装有可与开口盘支撑座相对转动的开口圆盘，自定心卡盘部分的三个定心卡盘安装在开口圆盘上并可随开口圆盘同步转动。

开口圆盘的外圆周与开口盘支撑座之间具有一定的间隙，开口圆盘支撑在开口盘支撑座内并可在开口盘支撑座内连续旋转。

进一步优化：开口盘支撑座上还安装有驱动开口圆盘转动的动力驱动装置。

动力驱动装置包括安装在开口盘支撑座上的步进电机，步进电机通过联轴器传动有RV减速机，RV减速机的动力输出轴上安装有主动齿轮。

开口圆盘的底部设置有开口齿圈，所述开口盘支撑座上安装有两个分别与开口齿圈相啮合的从动齿轮，两个从动齿轮还分别与主动齿轮啮合传动，由一个主动齿轮同时驱动两个从动齿轮带动开口齿圈连续旋转。

开口齿圈的开口宽度小于两个从动齿轮与开口齿圈啮合点的直线距离。这样可保证两个从动齿轮在驱动开口齿圈连续旋转的过程中始终最少有一个从动齿轮是与开口齿圈啮合的。可有效保证开口自定心卡盘部分的回转精度。

工作时，由步进电机通过联轴器驱动RV减速机旋转，RV减速机带动主动齿轮连续转动，从而驱动两个从动齿轮同时朝着同一个方向连续旋转，再由两个从动齿轮同时驱动开口齿圈连续旋转。

本发明采用上述方案，其工作原理是：

夹紧杆向外打开，放入工件，气缸将卡盘传动杆推动插入伞齿轮，伺服电机驱动传动杆齿轮旋转，从而带动伞齿轮转动，驱动卡爪运动，从而使夹紧杆夹紧工件，然后由气扳机冲击传动，驱使夹紧杆将工件夹持更加牢靠。当工件需要旋转时，步进电机驱动主动齿轮旋转，主动齿轮驱动两个从动齿轮带动开口齿圈连续旋转，进而工件进行回转加工。

在使用该装置夹持住圆形工件连续旋转过程中，由于工件始终被该设备的三个夹紧杆夹持住，因此可有效防止工件在连续旋转过程中的轴向窜动，避免工件在连续旋转作业过程中因轴向窜动而造成的不合格率。

本发明采用开口式自定心卡盘，因此特别适合一些两边均具有法兰的接管与法兰的自动打底焊接，该类工件在焊接完成后可沿着该卡盘的开口直接吊离。也很适合一些较长的圆形工件的自动焊接、开孔、切割等，避免了将较长工件在中心具有通孔的回转卡盘设备上作业时必须从一端插入的工作模式，采用该设备可直接将较长工件自上而下的放置在设备上，可较少不必要的工时浪费，提高设备的工作效率，以及减少设备的整体长度。

本发明采用上述方案，三爪卡盘夹紧工件旋转的径向跳动可达到Φ300直径上跳动0.2mm。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1为本发明实施例的总装结构示意图；

附图2为本发明实施例中的自定心卡盘装置的结构示意图；

附图3为附图2的主视图；

附图4为附图3中的A-A向剖视图；

附图5为附图3中的B-B向剖视图；

附图6为本发明实施例中的自定心回转装置的结构示意图；

附图7为附图6的后视图。

图中：1-开口圆盘支撑座；1A-主卡盘；2、3-副卡盘；4-夹紧杆；5-连接杆；6-刚性联轴器；7-传动杆齿轮；8-减速机齿轮；9-减速机；10-伺服电机；11-气扳机；12-气扳机固定座；13-气缸；14-气扳机齿轮；15-连接头；16-卡盘传动杆；16A-伞齿轮；17-卡爪；18-传动杆连接头；19-蝶形齿轮；20-圆盘“∧”型边；21-第一V型轮固定座；22-第二V型轮固定座；23-开口圆盘；24-从动齿轮；25-步进电机；26-主动齿轮；27-第三V型轮固定座；27A-第四V型轮固定座；28-RV减速机；29-联轴器；30-步进电机固定座；31-V型轮；32-开口齿圈。

具体实施方式

实施例，如图1、图2所示，一种开口式三爪自定心回转装置，包括组装在一起的自定心卡盘部分和自定心回转部分，自定心卡盘部分用于夹紧工件，自定心回转部分带动工件进行回转加工。

如图3所示，自定心卡盘部分由呈三角形排布的三个定心卡盘组成，三个定心卡盘由同一动力驱动并同步联动，实现开口自定心卡盘部分自定心功能。

三个定心卡盘包括在同一平面上120度均匀分布的主卡盘1A、副卡盘2、副卡盘3；每个卡盘上都设置有夹紧杆4。

夹紧杆4与卡爪17是通过螺纹连接的，更换不同长度的夹紧杆4可实现大范围不同直径的管件的夹持。

主卡盘1A与副卡盘2、副卡盘3之间分别通过连接杆5连接；连接杆5的两端分别通过刚性联轴器6连接有连接头15；

靠近副卡盘2、副卡盘3的连接头15分别插入到副卡盘2、副卡盘3中，并与副卡盘2、副卡盘3中的伞齿轮传动连接，用于驱动副卡盘2、副卡盘3上的卡爪进行松紧。

如图5所示，靠近主卡盘1A的两个连接头15分别插入到主卡盘1A内并与安装在主卡盘1A内的蝶形齿轮19传动连接；

该蝶形齿轮19与设置在主卡盘1A上的卡爪17传动；

主卡盘1A内还设置有与卡爪17相啮合并用于驱动卡爪17动作的伞齿轮16A，该伞齿轮16A与卡盘动力装置传动连接。

卡盘动力装置包括一可上下移动的卡盘传动杆16，所述卡盘传动杆16靠近主卡盘1A的端部设置有可与伞齿轮16A进行插接并啮合传动的传动杆连接头18。

卡盘传动杆16上连接有用于驱动卡盘传动杆16进行上下位移的推进装置和用于驱动卡盘传动杆16转动的紧固装置。推进装置与紧固装置配合动作。

如图3、图4所示，推进装置包括安装在卡盘传动杆16端部的气缸13，该气缸13与外部动力气源连通。

紧固装置由预紧装置和深紧装置组成，预紧装置包括一体连接的伺服电机10和减速机9，所述减速机9的动力输出轴上安装有减速机齿轮8，所述卡盘传动杆16上与减速机齿轮8相对应的位置安装有传动杆齿轮7，传动杆齿轮7与卡盘传动杆16键连接并可沿卡盘传动杆16轴向移动，减速机齿轮8与传动杆齿轮7始终啮合。

深紧装置包括安装在卡盘传动杆16一侧的气扳机11，所述气扳机11安装在一气扳机固定座12上，气扳机11上安装有气扳机齿轮14，气扳机齿轮14与传动杆齿轮7始终啮合。

工作时，由气缸13带动卡盘传动杆16上下移动实现与主卡盘1A的伞齿轮16A的连接与脱开，当传动杆连接头18与伞齿轮16A连接上后由伺服电机10驱动减速机9旋转，通过减速机齿轮8和传动杆齿轮7带动卡盘传动杆16连续旋转，从而带动开口自定心卡盘部分的卡爪17移动，实现开口自定心卡盘部分对于工件的自动夹紧与松开；

当伺服电机10带动开口自定心卡盘部分的卡爪17夹紧工件之后，再由气扳机11通过气扳机齿轮14冲击卡盘传动杆16，依靠冲击力实现开口自定心卡盘部分的卡爪可靠的夹紧工件,可保证工件的有效夹持率在99%以上，超过其他定心回转装置及工装。

自定心卡盘具有自锁功能，因此当开口自定心卡盘部分的卡爪夹紧工件之后便会保持夹紧，可有效防止开口式的自定心卡盘夹持住工件之后工件意外脱落。

且自定心卡盘的自定心精度高，将自定心卡盘作为开口自定心卡盘部分的功能部件可很好的保证开口自定心卡盘部分工作的可靠性，且使开口自定心卡盘部分自定心精度达到很高的程度。

伺服电机10在该场合使用时是采用力矩模式，这样可防止开口自定心卡盘部分的卡爪夹紧工件之后堵转而烧毁电机。

如图1、图6、图7所示，自定心回转部分包括其中一个具有开口的开口盘支撑座1，所述开口盘支撑座1上安装有可与开口盘支撑座1相对转动的开口圆盘23，自定心卡盘部分的三个定心卡盘安装在开口圆盘23上并可随开口圆盘23同步转动。

开口圆盘23的外圆周与开口盘支撑座1之间具有一定的间隙，开口圆盘23通过两个第一V型轮固定座21和多个第二V型轮固定座22以及第三V型轮固定座27和第四V型轮固定座27A支撑在开口盘支撑座1内；

开口圆盘23的外圆周上设置有圆盘“∧”型边20，所述开口盘支撑座1的上端开口处两侧分别安装有可与圆盘“∧”型边20配合传动的V型轮31。

圆盘“∧”型边20是为了与V型轮31配合导向，使开口自定心卡盘部分沿着固定的轨道连续旋转。V型轮导向部分是为了使V型轮与开口圆盘的V型边配合，固定开口自定心卡盘部分的连续旋转的滚道。

由于工件在被夹持时连续旋转的过程中是沿着开口圆盘的V型边与V型轮的配合滚道旋转的，因此可有效提高工件的自定心旋转精度。

开口盘支撑座1上还安装有驱动开口圆盘23转动的动力驱动装置。

动力驱动装置包括安装在开口盘支撑座1上的步进电机25，步进电机25通过步进电机固定座30固定安装在开口盘支撑座1上。

步进电机25通过联轴器29传动有RV减速机28，RV减速机28的动力输出轴上安装有主动齿轮26；

开口圆盘23的底部设置有开口齿圈32，所述开口盘支撑座1上安装有两个分别与开口齿圈32相啮合的从动齿轮24，两个从动齿轮24还分别与主动齿轮26啮合传动。由一个主动齿轮26同时驱动两个从动齿轮24带动开口齿圈32连续旋转。

开口齿圈32的开口宽度小于两个从动齿轮24与开口齿圈32啮合点的直线距离，这样可保证两个从动齿轮24在驱动开口齿圈32连续旋转的过程中始终最少有一个从动齿轮24是与开口齿圈32啮合的。可有效保证开口自定心卡盘部分的回转精度。

工作时，由步进电机30通过联轴器29驱动RV减速机28旋转，RV减速机28带动主动齿轮26连续转动，从而驱动两个从动齿轮24同时朝着同一个方向连续旋转，再由两个从动齿轮24同时驱动开口齿圈32连续旋转。

本发明采用上述方案，其工作原理是：夹紧杆4向外打开，放入工件，气缸13将卡盘传动杆16推动插入伞齿轮16A，伺服电机10驱动传动杆齿轮7旋转，从而带动伞齿轮16A转动，驱动卡爪17运动，从而使夹紧杆4夹紧工件，然后由气扳机11冲击传动，驱使夹紧杆4将工件夹持更加牢靠。当工件需要旋转时，步进电机25驱动主动齿轮26旋转，主动齿轮26驱动两个从动齿轮24带动开口齿圈32连续旋转，进而工件进行回转加工。

上述实施例中，三个定心卡盘并不局限于在同一平面上120度均匀分布，加工工件也不局限于圆形工件，当需要加工非圆形工件时，可根据需要将三个定心卡盘呈大致的三角形排布固定工件，使得非圆形工件的回转中心与开口圆盘中心重合即可。也可实现防止工件在连续旋转过程中的轴向窜动，避免工件在连续旋转作业过程中因轴向窜动而造成的不合格率的发明目的。

Claims (10)

1.一种开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：该装置包括组装在一起的自定心卡盘部分和自定心回转部分，自定心卡盘部分用于夹紧工件，自定心回转部分带动工件进行回转加工；

自定心卡盘部分由呈三角形排布的三个定心卡盘组成，三个定心卡盘由同一动力驱动并同步联动，实现开口自定心卡盘部分自定心功能；

其中一个定心卡盘为主卡盘（1A），另外两个为副卡盘（2、3），主卡盘（1A）与两个副卡盘（2、3）之间分别通过连接杆（5）传动连接 ；通过同一动力驱动，用于驱动主卡盘（1A）和两个副卡盘（2、3）上的卡爪（17）进行同步松紧；

主卡盘（1A）内还设置有与卡爪（17）相啮合并用于驱动卡爪（17）动作的伞齿轮（16A），该伞齿轮（16A）与卡盘动力装置传动连接。

2.根据权利要求 1 所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：三个定心卡盘位于同一平面上间隔 120 度均匀分布。

3.根据权利要求 2 所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：卡盘动力装置包括一可上下移动的卡盘传动杆（16），所述卡盘传动杆（16）靠近主卡盘（1A）的端部设置有可与伞齿轮（16A）进行插接并啮合传动的传动杆连接头（18）。

4.根据权利要求 3 所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：卡盘传动杆（16）上连接有用于驱动卡盘传动杆（16）进行上下位移的推进装置和用于驱动卡盘传动杆（16）转动的紧固装置，推进装置与紧固装置配合动作。

5.根据权利要求 4 所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：推进装置包括安装在卡盘传动杆（16）端部的气缸（13），该气缸（13）与外部动力气源连通。

6.根据权利要求5 所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：紧固装置包括预紧装置，该预紧装置包括一与动力装置传动连接的减速机齿轮（8），所述卡盘传动杆（16）上与减速机齿轮（8）相对应的位置安装有传动杆齿轮（7），传动杆齿轮（7）与减速机齿轮（8）啮合。

7.根据权利要求6 所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：紧固装置还包括深紧装置，深紧装置包括安装在卡盘传动杆（16）一侧的气扳机（11），气扳机（11）上安装有气扳机齿轮（14），该气扳机齿轮（14）与传动杆齿轮（7）啮合。

8.根据权利要求 1所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：自定心回转部分包括其中一个具有开口的开口盘支撑座（1），所述开口盘支撑座（1）上安装有可与开口盘支撑座（1）相对转动的开口圆盘（23），自定心卡盘部分的三个定心卡盘安装在开口圆盘（23）上并可随开口圆盘（23）同步转动。

9.根据权利要求 8所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：开口圆盘（23）的外圆周与开口盘支撑座（1）之间具有一定的间隙，开口圆盘（23）支撑在开口盘支撑座（1）内并可在开口盘支撑座（1）内连续旋转。

10.根据权利要求9 所述的开口式三爪自定心回转装置，其特征在于 ：开口盘支撑座（1）上还安装有驱动开口圆盘（23）转动的动力驱动装置。