CN106392114B - 一种随速调节夹紧力的车床卡盘 - Google Patents

Abstract

一种随速调节夹紧力的车床卡盘，包括安装于主轴上的齿轮Ⅰ、安装于车床床身上的液压马达、安装于液压马达输出轴上的齿轮Ⅲ、超越离合器、用于检测齿轮Ⅲ转速的速度检测机构、阀板、设置于阀板内的流量调节阀以压力调节阀。粗车工艺时超越离合器不结合。精车前，超越离合器结合，驱动轴转动通过凸轮Ⅱ驱动压力调节阀的阀杆向内运动，此时压力调节阀的压力变小，从而液压驱动机构处的油压降低，各个卡爪对工件的夹紧力降低，防止在精车工艺时，由于啃刀造成卡爪对工件表面形成划痕。驱动轴转动时同时通过凸轮Ⅰ驱动流量调节阀的阀杆向内运动，此时流量调节阀的流量变大，从而使液压马达的转速提高，使超越离合器的外圈转速再次大于其内圈转速。

Description

一种随速调节夹紧力的车床卡盘

技术领域

本发明涉及数控车床领域，具体涉及一种随速调节夹紧力的车床卡盘。

背景技术

数控车床由于具有加工精度高以及效率高的特点从而得到了广泛的普及，但是数控车床在加工零件时一般需要先粗车后精车的流程工艺，粗车时，车床主轴转速低而车道吃刀量大从而需要车床卡盘的卡爪以较大的压紧力压紧工件，但是精车时，车床主轴转速大幅提高，吃刀量减小，此时工件的转速很高，如果程序错误导致啃刀情况发生时，由于工件在高转速下的惯性大，从而压紧的卡爪会在工件表面形成划痕，从而导致工件的报废。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种随着车床卡盘转速提高卡爪的夹紧力降低的随速调节夹紧力的车床卡盘。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种随速调节夹紧力的车床卡盘，包括车床床身、通过轴承Ⅰ转动安装于车床床身内的主轴、设置于主轴尾端的带轮以及设置于主轴前端的卡盘盘体，所述带轮通过传动皮带与车床电机传动连接，N个卡爪通过滑槽滑动安装于卡盘盘体上，各个卡爪通过卡爪驱动机构驱动其相互同步向外侧打开或同步向内侧收缩，还包括安装于主轴上的齿轮Ⅰ、安装于车床床身上的液压马达、安装于液压马达输出轴上的齿轮Ⅲ、超越离合器、用于检测齿轮Ⅲ转速的速度检测机构、阀板、设置于阀板内的流量调节阀以压力调节阀、通过轴承Ⅲ转动安装于阀板上的驱动轴、设置于流量调节阀上的进油口Ⅱ以及出油口Ⅱ、设置于压力调节阀上的进油口Ⅰ和出油口Ⅰ、分别设置于驱动轴上的凸轮Ⅰ和凸轮Ⅱ以及用于使驱动轴定角度转动的驱动机构，所述超越离合器的外圈通过齿轮Ⅳ与齿轮Ⅲ相啮合，转轴一端转动安装于车床床身上，其另一端与超越离合器内圈相连接，所述转轴上固定有齿轮Ⅱ，所述齿轮Ⅱ与齿轮Ⅰ相啮合，所述卡爪驱动机构驱动为液压驱动机构，进油口Ⅰ以及进油口Ⅱ分别通过油管连接于油泵，液压驱动机构通过油管连接于出油口Ⅰ，液压马达通过油管连接于出油口Ⅱ，当驱动机构驱动驱动轴转动时凸轮Ⅰ推动流量调节阀的阀杆向内侧运动过程中，凸轮Ⅱ推动压力调节阀的阀杆向内侧运动，所述速度检测机构以及驱动机构连接于PLC。

上述液压驱动机构包括通过轴承Ⅱ水平安装于主轴内的滑套、水平滑动插装于滑套内孔中的驱动杆、安装于车床床身上的旋转油缸，所述滑套的外侧端与车床床身相连接，所述驱动杆的尾端连接于旋转油缸的活塞杆，其头端连接有套筒，所述套筒内设置有锥孔，各个卡爪的尾端设置有与锥孔锥度相配的锥头，卡爪与卡盘盘体之间通过弹簧相连，所述锥头滑动插入于锥孔内，当旋转油缸推动驱动杆向前端运动时，套筒驱动各个卡爪沿滑槽向下滑动并拉伸弹簧。

上述速度检测机构包括设置于齿轮Ⅲ外表面上的触发块及光电开关，所述光电开关连接于PLC，所述齿轮Ⅲ每旋转一周，触发块使光电开关产生一次触发信号。

上述驱动机构包括为伺服电机以及蜗轮蜗杆减速机，所述伺服电机的输出轴与蜗轮蜗杆减速机的输入端传动连接，所述驱动轴与蜗轮蜗杆减速机的输出端传动连接，所述驱动轴上设置有反扭力装置，所述反扭力装置作用于驱动轴的扭力与伺服电机转动输出的扭力相反。

为了实现压力调节阀及流量调节阀开度的反馈，还包括连接于驱动轴的用于检测驱动轴转动角度的编码器，所述编码器连接于PLC。

上述反扭力装置包括分别安装于驱动轴上且相互旋向相反的扭转弹簧Ⅰ和扭转弹簧Ⅱ，所述扭转弹簧Ⅰ和扭转弹簧Ⅱ的一端均固定于阀板上，其另一端均固定于驱动轴上。

本发明的有益效果是：粗车工艺时主轴的转速较低，液压马达通过齿轮Ⅲ带动超越离合器的外圈旋转，此时液压马达的转速比主轴的转速高，因此超越离合器的外圈转速大于其内圈转速，此时超越离合器不结合。当粗车完毕后，再进行精车前，数控车床将主轴的转速大幅提高，此时超越离合器的内圈转速突然提高并超过其外圈转速，此时超越离合器结合，其内圈驱动外圈同步转动，此时齿轮Ⅲ的转速提高，速度检测机构检测到齿轮Ⅲ的转速变快并反馈至PLC，PLC控制驱动机构驱动驱动轴转动，驱动轴转动通过凸轮Ⅱ驱动压力调节阀的阀杆向内运动，此时压力调节阀的压力变小，从而液压驱动机构处的油压降低，各个卡爪对工件的夹紧力降低，防止在精车工艺时，由于啃刀造成卡爪对工件表面形成划痕。驱动轴转动时同时通过凸轮Ⅰ驱动流量调节阀的阀杆向内运动，此时流量调节阀的流量变大，从而使液压马达的转速提高，使超越离合器的外圈转速再次大于其内圈转速，不但避免液压马达转速过低导致其对主轴旋转产生的阻力，同时使超越离合器再次脱离可以确保数控车床主轴的转速再次提高时，整个系统可以再次使驱动轴改变偏转角度，从而使压力调节阀的压力进一步降低而同时使流量调节阀的流量进一步提高。

附图说明

图1为本发明的主视剖面结构示意图；

图2为本发明的阀板部位安装结构示意图；

图中，1.车床床身 2.轴承Ⅰ 3.主轴 4.轴承Ⅱ 5.滑套 6.驱动杆 7.卡盘盘体 8.滑槽 9.卡爪 10.弹簧 11.锥头 12.套筒 13.锥孔 14.带轮 15.齿轮Ⅰ 16.转轴 17.齿轮Ⅱ 18.超越离合器 19.液压马达 20.齿轮Ⅲ 21.光电开关 22.触发块 23.阀板 24.压力调节阀 25.流量调节阀 26.进油口Ⅰ 27.出油口Ⅰ 28.进油口Ⅱ 29.出油口Ⅱ 30.轴承Ⅲ31.驱动轴 32.凸轮Ⅰ 33.凸轮Ⅱ 34.伺服电机 35.蜗轮蜗杆减速机 36.扭转弹簧Ⅰ 37.扭转弹簧Ⅱ 38.齿轮Ⅳ 39.旋转油缸。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2对本发明做进一步说明。

一种随速调节夹紧力的车床卡盘，包括车床床身1、通过轴承Ⅰ 2转动安装于车床床身1内的主轴3、设置于主轴3尾端的带轮14以及设置于主轴3前端的卡盘盘体7，带轮14通过传动皮带与车床电机传动连接，N个卡爪9通过滑槽8滑动安装于卡盘盘体7上，各个卡爪9通过卡爪驱动机构驱动其相互同步向外侧打开或同步向内侧收缩，还包括安装于主轴3上的齿轮Ⅰ 15、安装于车床床身1上的液压马达19、安装于液压马达19输出轴上的齿轮Ⅲ 20、超越离合器18、用于检测齿轮Ⅲ 20转速的速度检测机构、阀板23、设置于阀板23内的流量调节阀25以压力调节阀24、通过轴承Ⅲ 30转动安装于阀板23上的驱动轴31、设置于流量调节阀25上的进油口Ⅱ 28以及出油口Ⅱ 29、设置于压力调节阀24上的进油口Ⅰ 26和出油口Ⅰ 27、分别设置于驱动轴31上的凸轮Ⅰ 32和凸轮Ⅱ 33以及用于使驱动轴31定角度转动的驱动机构，超越离合器18的外圈通过齿轮Ⅳ 38与齿轮Ⅲ 20相啮合，转轴16一端转动安装于车床床身1上，其另一端与超越离合器18内圈相连接，转轴16上固定有齿轮Ⅱ 17，齿轮Ⅱ17与齿轮Ⅰ 15相啮合，卡爪驱动机构驱动为液压驱动机构，进油口Ⅰ 26以及进油口Ⅱ 28分别通过油管连接于油泵，液压驱动机构通过油管连接于出油口Ⅰ 27，液压马达19通过油管连接于出油口Ⅱ 29，当驱动机构驱动驱动轴31转动时凸轮Ⅰ 32推动流量调节阀25的阀杆向内侧运动过程中，凸轮Ⅱ 33推动压力调节阀24的阀杆向内侧运动，速度检测机构以及驱动机构连接于PLC。车削前，油泵将液压油经压力调节阀24输送至液压驱动机构处，液压驱动机构驱动N个卡爪动作将待车削的工件夹紧，车床电机通过皮带利用带轮14驱动主轴3旋转，由于先进行的是粗车工艺，主轴3的转速较低。油泵将液压油同时经流量控制阀25输送至液压马达19中，使液压马达19旋转，液压马达19通过齿轮Ⅲ带动超越离合器18的外圈旋转，此时液压马达19的转速比主轴3的转速高，因此超越离合器18的外圈转速大于其内圈转速，此时超越离合器18不结合。当粗车完毕后，再进行精车前，数控车床将主轴3的转速大幅提高，此时超越离合器18的内圈转速突然提高并超过其外圈转速，此时超越离合器18结合，其内圈驱动外圈同步转动，此时齿轮Ⅲ 20的转速提高，速度检测机构检测到齿轮Ⅲ 20的转速变快并反馈至PLC，PLC控制驱动机构驱动驱动轴31转动，驱动轴31转动通过凸轮Ⅱ 33驱动压力调节阀24的阀杆向内运动，此时压力调节阀24的压力变小，从而液压驱动机构处的油压降低，各个卡爪9对工件的夹紧力降低，防止在精车工艺时，由于啃刀造成卡爪9对工件表面形成划痕。驱动轴31转动时同时通过凸轮Ⅰ 32驱动流量调节阀25的阀杆向内运动，此时流量调节阀25的流量变大，从而使液压马达19的转速提高，使超越离合器18的外圈转速再次大于其内圈转速，不但避免液压马达19转速过低导致其对主轴3旋转产生的阻力，同时使超越离合器18再次脱离可以确保数控车床主轴3的转速再次提高时，整个系统可以再次使驱动轴31改变偏转角度，从而使压力调节阀24的压力进一步降低而同时使流量调节阀25的流量进一步提高。

液压驱动机构可以为如下机构，其包括通过轴承Ⅱ 4水平安装于主轴3内的滑套5、水平滑动插装于滑套5内孔中的驱动杆6、安装于车床床身1上的旋转油缸39，滑套5的外侧端与车床床身1相连接，驱动杆6的尾端连接于旋转油缸39的活塞杆，其头端连接有套筒12，套筒12内设置有锥孔13，各个卡爪9的尾端设置有与锥孔13锥度相配的锥头11，卡爪9与卡盘盘体7之间通过弹簧10相连，锥头11滑动插入于锥孔13内，当旋转油缸39推动驱动杆6向前端运动时，套筒12驱动各个卡爪9沿滑槽8向下滑动并拉伸弹簧10。旋转油缸39的活塞杆向外伸出时，套筒12的锥孔13挤压卡爪9向内收缩将工件夹紧，当旋转油缸39的活塞杆内缩回时，弹簧10拉动各个卡爪9向外侧打开，从而实现松开对工件的夹紧。

速度检测机构可以为如下结构，其包括设置于齿轮Ⅲ 20外表面上的触发块22及光电开关21，光电开关21连接于PLC，齿轮Ⅲ 20每旋转一周，触发块22使光电开关21产生一次触发信号。PLC在一个特定周期内根据光电开关21发出的触发信号即可计算出齿轮Ⅲ 20的转动速度，结构简单，运转可靠。

驱动机构可以为如下结构，其包括为伺服电机34以及蜗轮蜗杆减速机35，伺服电机34的输出轴与蜗轮蜗杆减速机35的输入端传动连接，驱动轴31与蜗轮蜗杆减速机35的输出端传动连接，驱动轴31上设置有反扭力装置，反扭力装置作用于驱动轴31的扭力与伺服电机34转动输出的扭力相反。伺服电机34通过蜗轮蜗杆减速机35使驱动轴31精确转动一定角度，从而实现精确控制流量调节阀25的阀杆和压力调节阀24的阀杆向内移动，从而调整其开度，实现液压油流量和压力的精准调节。由于蜗轮蜗杆减速机35具有自锁特性，因此当伺服电机34停止转动后，驱动轴31可以在任意位置锁止，实现流量调节阀25和压力调节阀24开度的固定。上述反扭力装置包括分别安装于驱动轴31上且相互旋向相反的扭转弹簧Ⅰ36和扭转弹簧Ⅱ 37，扭转弹簧Ⅰ 36和扭转弹簧Ⅱ 37的一端均固定于阀板23上，其另一端均固定于驱动轴31上。当驱动轴31正转或反转时其分别驱动扭转弹簧Ⅰ 36或扭转弹簧Ⅱ37转动，由于扭转弹簧Ⅰ 36和扭转弹簧Ⅱ 37旋向相反，因此在驱动轴31正转或反转时扭转弹簧Ⅰ 36或扭转弹簧Ⅱ 37其中一个处于压缩状态，从而提供反扭力，可以确保驱动轴31实现快速复位。

进一步的，还包括连接于驱动轴31的用于检测驱动轴31转动角度的编码器，编码器连接于PLC。编码器可以精准检测驱动轴31的转动角度，并反馈至PLC于伺服电机34形成闭环控制，进一步确保驱动轴31转动角度的精准性。

Claims (6)

1.一种随速调节夹紧力的车床卡盘，包括车床床身（1）、通过轴承Ⅰ（2）转动安装于车床床身（1）内的主轴（3）、设置于主轴（3）尾端的带轮（14）以及设置于主轴（3）前端的卡盘盘体（7），所述带轮（14）通过传动皮带与车床电机传动连接，N个卡爪（9）通过滑槽（8）滑动安装于卡盘盘体（7）上，各个卡爪（9）通过卡爪驱动机构驱动其相互同步向外侧打开或同步向内侧收缩，其特征在于：还包括安装于主轴（3）上的齿轮Ⅰ（15）、安装于车床床身（1）上的液压马达（19）、安装于液压马达（19）输出轴上的齿轮Ⅲ（20）、超越离合器（18）、用于检测齿轮Ⅲ（20）转速的速度检测机构、阀板（23）、设置于阀板（23）内的流量调节阀（25）以压力调节阀（24）、通过轴承Ⅲ（30）转动安装于阀板（23）上的驱动轴（31）、设置于流量调节阀（25）上的进油口Ⅱ（28）以及出油口Ⅱ（29）、设置于压力调节阀（24）上的进油口Ⅰ（26）和出油口Ⅰ（27）、分别设置于驱动轴（31）上的凸轮Ⅰ（32）和凸轮Ⅱ（33）以及用于使驱动轴（31）定角度转动的驱动机构，所述超越离合器（18）的外圈通过齿轮Ⅳ（38）与齿轮Ⅲ（20）相啮合，转轴（16）一端转动安装于车床床身（1）上，其另一端与超越离合器（18）内圈相连接，所述转轴（16）上固定有齿轮Ⅱ（17），所述齿轮Ⅱ（17）与齿轮Ⅰ（15）相啮合，所述卡爪驱动机构驱动为液压驱动机构，进油口Ⅰ（26）以及进油口Ⅱ（28）分别通过油管连接于油泵，液压驱动机构通过油管连接于出油口Ⅰ（27），液压马达（19）通过油管连接于出油口Ⅱ（29），当驱动机构驱动驱动轴（31）转动时凸轮Ⅰ（32）推动流量调节阀（25）的阀杆向内侧运动过程中，凸轮Ⅱ（33）推动压力调节阀（24）的阀杆向内侧运动，所述速度检测机构以及驱动机构连接于PLC。

2.根据权利要求1所述的随速调节夹紧力的车床卡盘，其特征在于：所述液压驱动机构包括通过轴承Ⅱ（4）水平安装于主轴（3）内的滑套（5）、水平滑动插装于滑套（5）内孔中的驱动杆（6）、安装于车床床身（1）上的旋转油缸（39），所述滑套（5）的外侧端与车床床身（1）相连接，所述驱动杆（6）的尾端连接于旋转油缸（39）的活塞杆，其头端连接有套筒（12），所述套筒（12）内设置有锥孔（13），各个卡爪（9）的尾端设置有与锥孔（13）锥度相配的锥头（11），卡爪（9）与卡盘盘体（7）之间通过弹簧（10）相连，所述锥头（11）滑动插入于锥孔（13）内，当旋转油缸（39）推动驱动杆（6）向前端运动时，套筒（12）驱动各个卡爪（9）沿滑槽（8）向下滑动并拉伸弹簧（10）。

3.根据权利要求1所述的随速调节夹紧力的车床卡盘，其特征在于：所述速度检测机构包括设置于齿轮Ⅲ（20）外表面上的触发块（22）及光电开关（21），所述光电开关（21）连接于PLC，所述齿轮Ⅲ（20）每旋转一周，触发块（22）使光电开关（21）产生一次触发信号。

4.根据权利要求1所述的随速调节夹紧力的车床卡盘，其特征在于：所述驱动机构包括为伺服电机（34）以及蜗轮蜗杆减速机（35），所述伺服电机（34）的输出轴与蜗轮蜗杆减速机（35）的输入端传动连接，所述驱动轴（31）与蜗轮蜗杆减速机（35）的输出端传动连接，所述驱动轴（31）上设置有反扭力装置，所述反扭力装置作用于驱动轴（31）的扭力与伺服电机（34）转动输出的扭力相反。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的随速调节夹紧力的车床卡盘，其特征在于：还包括连接于驱动轴（31）的用于检测驱动轴（31）转动角度的编码器，所述编码器连接于PLC。

6.根据权利要求4所述的随速调节夹紧力的车床卡盘，其特征在于：所述反扭力装置包括分别安装于驱动轴（31）上且相互旋向相反的扭转弹簧Ⅰ（36）和扭转弹簧Ⅱ（37），所述扭转弹簧Ⅰ（36）和扭转弹簧Ⅱ（37）的一端均固定于阀板（23）上，其另一端均固定于驱动轴（31）上。