CN108698179B - 包括自动离合器系统的电驱动卡紧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括自动离合器系统的电驱动卡紧系统，其可在加工工件的车床利用离合器机构将驱动主轴的马达动力选择性地传递至用于驱动卡盘的牵引杆和主轴，根据本发明的一个形态的电驱动卡紧系统，其特征在于，包括：外壳，其以固定的形式设置于机床的本体；主轴，其为中空管形态，并以相对于外壳能够旋转的形式设置于所述外壳内部；驱动部件，其以相对于主轴能够相对旋转的形式设置于所述主轴的后方部外侧；马达，其使得所述驱动部件旋转；螺母盖，其一侧固定于所述驱动部件，在中央部形成有内螺纹；牵引杆，其以相对于主轴能够进行沿轴向的直线运动但不可能进行相对旋转运动的形式设置于所述主轴的内侧，在后端部与所述内螺纹进行螺旋结合的外螺纹形成于外周面；离合器部件，其以相对于主轴能够沿轴向进行线性移动的形式设置于所述主轴的外面，沿着移动方向与所述驱动部件相结合或与所述外壳相结合，同时将主轴选择性地连接于驱动部件和外壳中任意一个；离合器驱动部，其使得所述离合器部件沿主轴的轴向进行往复移动。

Description

包括自动离合器系统的电驱动卡紧系统
技术领域
本发明涉及一种机床，更为详细地，涉及一种电驱动卡紧系统，其可在加工工件的车床利用离合器机构将驱动主轴的马达动力选择性地传递至用于驱动卡盘的牵引杆和主轴。
背景技术
通常，机床包括工件和加工工具，在两个当中一个被固定时，另一个进行旋转，从而对工件的形状进行加工，根据旋转部可分为车床和铣床。
所述车床以在加工工具静止的状态下工件进行旋转的方式构成，通常，包括：卡盘，其对工件进行固定；牵引杆，其用于驱动所述卡盘；主轴，其使得牵引杆、卡盘、工件旋转。
就现有的车床而言，为了驱动牵引杆和主轴，需要各自独立的驱动系统，基本上，牵引杆适用液压系统，主轴适用电力系统。以液压式进行操作的现有的牵引杆的问题在于，设置复杂，不仅无法控制卡盘夹紧工件的力，而且效率低。为了解决所述问题，持续进行用电力系统来代替液压系统的努力(美国登记专利US 4,573,379等)。
虽然如此，因为牵引杆和主轴仍需要独立的各自的电驱动系统，所以存在的问题在于，整体车床系统的结构复杂，需要分别设置作为电力系统的驱动源的马达，因此尺寸及费用增加。
发明内容
本发明用于解决如上所述的问题，本发明的目的在于提供一种电驱动卡紧系统，其利用离合器机构将马达的动力选择性地传递至用于驱动卡盘的牵引杆和主轴，从而可利用一个电驱动部来进行车床作业。
根据用于实现如上所述的目的的本发明一个形态的电驱动卡紧系统，其特征在于，包括：外壳，其以固定的形式设置于机床的本体；主轴，其为中空管形态，并以相对于外壳能够旋转的形式设置于所述外壳内部；驱动部件，其以相对于主轴能够相对旋转的形式设置于所述主轴的后方部外侧；主轴马达，其使得所述驱动部件旋转；离合器部件，其在所述驱动部件和所述外壳的一端部之间以沿轴向能够进行线性移动的形式设置于所述主轴的外面，沿着移动方向与所述驱动部件相结合或与所述外壳相结合，同时将主轴选择性地连接于驱动部件和外壳中任意一个；离合器驱动部，其使得所述离合器部件进行操作；牵引杆，其以相对于主轴能够进行沿轴向的直线运动但不可能进行相对旋转运动的形式设置于所述主轴的内侧，根据所述离合器部件导致的主轴的约束条件，相对于主轴沿轴向进行直线运动或与主轴一起进行旋转。
根据本发明另一个形态的电驱动卡紧系统，其特征在于，包括：外壳，其以固定的形式设置于机床的本体；主轴，其为中空管形态，并以相对于外壳能够旋转的形式设置于所述外壳内部；驱动部件，其以能够旋转的形式设置于所述主轴的后方部外侧；马达，其使得所述驱动部件旋转；驱动轴，其以相对于主轴能够旋转的形式设置于所述主轴的内侧，后端部固定于所述驱动部件并与驱动部件一起旋转，在前端部以螺旋形形成有第一螺纹；栓槽键，其固定于所述主轴的前方部，沿主轴的轴向形成有花键槽；运动转换轴，其在后方部形成有与所述第一螺纹进行螺旋结合的第二螺纹，在前方部形成有花键凹凸，花键凹凸与所述栓槽键的花键槽相结合并沿着花键槽在轴向上进行移动；牵引杆，其以固定的形式设置于所述运动转换轴；离合器耦合器，其以相对于主轴能够沿轴向进行线性移动的形式设置于所述主轴的外面，沿着移动方向与所述驱动部件相结合或与所述外壳相结合，同时将主轴选择性地连接于驱动部件和外壳中任意一个；离合器驱动部，其使得所述离合器耦合器沿主轴的轴向进行往复移动。
根据本发明又另一个形态的电驱动卡紧系统，其特征在于，包括：外壳，其以固定的形式设置于机床的本体；主轴，其为中空管形态，并以相对于外壳能够旋转的形式设置于所述外壳内部；驱动部件，其以相对于主轴能够相对旋转的形式设置于所述主轴的后方部外侧；主轴马达，其使得所述驱动部件旋转；离合器部件，其在所述驱动部件和所述外壳的一端部之间以沿轴向能够进行线性移动的形式设置于所述主轴的外面，沿着移动方向与所述驱动部件相结合或与所述外壳相结合，同时将主轴选择性地连接于驱动部件和外壳中任意一个；离合器驱动部，其使得所述离合器部件进行操作；牵引杆，其以相对于主轴能够进行沿轴向的直线运动但不可能进行相对旋转运动的形式设置于所述主轴的内侧，根据所述离合器部件导致的主轴的约束条件，相对于主轴沿轴向进行直线运动或与主轴一起进行旋转；编码器，其对所述主轴的旋转量进行测量；编码器旋转装置，其与所述离合器部件及编码器相连接，当离合器部件与主轴一起旋转时，将离合器部件的旋转力传递至编码器。
根据本发明，用一个马达选择性地使得牵引杆的轴方向移动和主轴的旋转运动产生，从而可对工件进行加工，因此具有如下优点：可简化驱动装置的构成，缩小装置的整体大小。
另外，就本发明的电驱动卡紧系统而言，因为牵引杆和主轴之间不产生相对速度，所以在主轴进行旋转时牵引杆无法利用离心力进行前进，因此具有不会产生夹紧力变弱的现象的优点。换句话说，就本发明的电驱动卡紧系统而言，与钳口相连接的牵引杆与主轴以花键结构进行连接，运动转换适配器的外螺纹与螺母盖的内螺纹进行螺旋结合，并以相同的速度进行旋转，因此，为了使得牵引杆不会因离心力而被推向前方，在结构上为被锁紧(locked)的状态。由此，因为牵引杆在结构上被锁紧，所以即使在高速旋转，钳口也不会张开，而且能够提供稳定的夹紧力。
附图说明
图1是根据本发明的第一个实施例的电驱动卡紧系统的侧面图。
图2是图1所示的电驱动卡紧系统的切割立体图。
图3及图4是图1所示的电驱动卡紧系统的截面图，图3表示离合器打开(on)的状态，图4表示离合器关闭(off)的状态。
图5是对图1所示的电驱动卡紧系统的主要构成部进行切割而表示的切割立体图。
图6是根据本发明的第二个实施例的电驱动卡紧系统的切割立体图。
图7及图8是图6所示的电驱动卡紧系统的截面图，图7表示离合器打开(on)的状态，图8表示离合器关闭(off)的状态。
图9是对图6所示的电驱动卡紧系统的主要构成部进行切割而表示的切割立体图。
图10是根据本发明的第三个实施例的电驱动卡紧系统的截面图。
图11是对图10所示的电驱动卡紧系统的主要构成部进行分解而表示的分解立体图。
图12是表示图10所示的电驱动卡紧系统的离合器部件的立体图。
图13及图14是图10所示的电驱动卡紧系统的主要部分(离合器部件和离合器驱动部及编码器旋转装置等)的放大图，图13表示离合器打开(on)的状态，图14表示离合器关闭(off)的状态。
图15是针对根据本发明的第四个实施例的电驱动卡紧系统的主要部分的截面图。
图16是图15的电驱动卡紧系统的分解立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，对根据本发明的优选实施例的包括自动离合器系统的电驱动卡紧系统进行详细说明。
参照图1至图5，根据本发明的第一个实施例的电驱动卡紧系统，包括：外壳10；主轴20，其为中空管形态,以相对于外壳能够旋转的形式设置于所述外壳10内部；驱动部件30，其以相对于主轴20能够相对旋转的形式设置于所述主轴20的后方部外侧；主轴马达(未示出)，其使得所述驱动部件30旋转；螺母盖40，其一侧固定于所述驱动部件30；运动转换适配器55，其为与所述螺母盖40的中央部进行螺旋结合的圆筒管形态；牵引杆50，其以固定的形式与所述运动转换适配器55相结合，并设置为在所述主轴20的内侧相对于主轴20沿轴向进行直线运动；离合器部件，其在所述驱动部件30和所述外壳10的一端部之间以沿轴向能够进行线性移动的形式设置于所述主轴20的外面，沿着移动方向与所述驱动部件30相结合或与所述外壳10相结合，同时将主轴20选择性地连接于驱动部件30和外壳10中任意一个；离合器驱动部，其使得所述离合器部件进行操作。
在该实施例中，所述离合器部件构成为环形态的离合器耦合器60，离合器耦合器60以相对于主轴20能够沿轴向进行线性移动的形式设置于所述主轴20的外面。
所述外壳10形成为内部空的圆筒形，并以固定的形式设置于机床的本体。在该实施例中，所述外壳10包括：外壳本体11，其为筒形状，前方面和后方面以开放的形式形成；前面盖12，其为圆盘形，与所述外壳本体11的前方面相结合，在中央部形成有所述主轴20的前方部通过的开口部；后面盖13，其为圆盘形，与所述外壳本体11的后方面相结合，在中央部形成有所述主轴20的后方部通过的开口部，在外面形成有第二锁紧凹凸14，第二锁紧凹凸14用于与所述离合器耦合器60进行连接。
在所述外壳10的前面盖12的前方部外侧设置有用于加工工件的卡盘C，在所述卡盘C以沿半径方向能够移动的形式设置有用于夹紧工件的钳口(jaw)J。所述钳口J通过连接部件(未示出)与所述牵引杆50的前端部相连接，通过牵引杆50的前进后退线性运动沿半径方向进行移动，同时夹紧工件或者解除夹紧。
所述主轴20构成为长长的圆筒管形态，以能够旋转的形式设置于所述外壳10的内侧空间。在所述主轴20的外面和外壳10的内面之间设置有多个主轴轴承25，多个主轴轴承25以使得主轴20能够相对于外壳10旋转的形式进行支撑。
在所述主轴20的后方部外周面沿着圆周方向以间隔一定间距的形式排列有花键键槽21，花键键槽21用于允许所述离合器耦合器60的轴向移动而不允许相对旋转。并且，在所述主轴20的后端部内周面以沿轴向延长的形式形成有多个花键槽22，多个花键槽22用于能够使得所述运动转换适配器55沿轴向移动而防止相对旋转运动。所述花键槽22沿着圆周方向以间隔一定间距的形式排列于主轴20的后端部内周面。
所述驱动部件30沿着主轴20的外面以能够旋转的形式设置于所述主轴20的后端部。所述驱动部件30以带(未示出)或者齿轮等动力传递部件(未示出)为媒介从主轴马达获得动力的传递并进行旋转。在所述驱动部件30的内面和主轴20的外面之间设置有滑轮轴承35，滑轮轴承35以相对于主轴20使得驱动部件30能够旋转的形式进行支撑。
在所述驱动部件30的前方面形成有轮齿形态的第一锁紧凹凸32，第一锁紧凹凸32用于与所述离合器耦合器60进行连接。
所述螺母盖40形成为圆盘形并在中央部形成有孔，所述运动转换适配器55通过所述孔的同时与所述孔相结合，所述螺母盖40的前方面以固定的形式与驱动部件30相结合，并与驱动部件30一起进行旋转。在形成于所述螺母盖40中央的孔的内周面以螺旋形形成有内螺纹41。
所述运动转换适配器55形成为在外周面形成有外螺纹56的圆筒管形态，并以沿前后方向能够进行直线运动的形式与所述螺母盖40的中央部相结合，外螺纹56与所述内螺纹41进行螺旋结合。在所述运动转换适配器55的外周面前方部形成有沿着花键槽22进行滑动的花键凹凸57，相对于主轴20无法进行旋转运动而能够仅沿轴向进行移动，花键槽22形成于所述主轴20的内周面。由此，若通过驱动部件30的旋转使得螺母盖40旋转，则运动转换适配器55通过内螺纹41和外螺纹56的作用而相对于螺母盖40及主轴20沿前后方向进行直线运动。
所述牵引杆50作为根据所述离合器部件导致的主轴20的约束条件相对于主轴20沿轴向进行直线运动或者与主轴20一起进行旋转的构成要素，后端部插入于所述运动转换适配器55的前端部而被固定，从而与运动转换适配器55一起在主轴20的内侧沿前后方向进行直线运动。在将所述牵引杆50和运动转换适配器55制作成独立个体后，相互结合而被使用，但是与此不同地，也可以将牵引杆50和运动转换适配器55制作成一体。
所述离合器耦合器60是设置为在所述驱动部件30的前方部和外壳10的后方部之间相对于所述主轴20沿轴向进行滑动的离合器部件，执行如下功能：沿着移动方向与所述驱动部件30相结合或与所述外壳10相结合，同时将主轴20选择性地连接于驱动部件30和外壳10中任意一个。
在该实施例中，所述离合器耦合器60形成为环形态，在中央部形成有所述主轴20通过的圆形的孔，并且构成为在中央部内周面形成有轮齿形态的离合器凹凸61的结构，离合器凹凸61以仅沿轴向能够移动的形式与所述主轴20外周面的花键键槽21相啮合。此外，在所述离合器耦合器60的后方部形成有轮齿形态的第一耦合凹凸62，第一耦合凹凸62与驱动部件30的第一锁紧凹凸32相啮合，在前方部形成有轮齿形态的第二耦合凹凸63，第二耦合凹凸63与外壳10的第二锁紧凹凸14相啮合。
虽然在附图中未示出，但是使得所述离合器耦合器60操作的离合器驱动部(未示出)可以利用螺线管方式的驱动器或者气压缸或液压缸或者线性马达等公知的多种线性运动装置来构成，所述螺线管方式的驱动器随着从外部施加电源而向离合器耦合器60沿轴向施加力并能够使得离合器耦合器60沿轴向移动，所述气压缸或液压缸随着气压或液压的施加而进行操作，所述线性马达通过电力使得线性运动产生。
此外，如上所述，作为离合器驱动部(未示出)，除了在两个方向上向离合器耦合器60施加力来使得离合器耦合器60前进后退的方式外，额外设置在一个方向上向离合器耦合器60施加弹性力的弹性体(未示出)，从而离合器驱动部(未示出)在一个方向上向离合器耦合器60施加力并使得离合器耦合器60前进或后退，然后若去除由离合器驱动部产生的外力，则也可以通过弹性体的弹性力使得离合器耦合器60向另一个方向进行线性移动。针对这样的例子，参照下面图10至图14所示的第三个实施例进行说明。
接下来，参照图3及图4对根据所述第一个实施例的电驱动卡紧系统的驱动方法进行详细说明。
首先，参照图3，若因向离合器驱动部(未示出)施加电源或施加空气压力从而成为打开(on)离合器的状态，则离合器耦合器60从主轴20的后方向前方(附图上的右侧)移动，从而离合器耦合器60前方面的第二耦合凹凸63与后面盖13后方面的第二锁紧凹凸14相啮合。由此，因主轴20与外壳10相结合而限制旋转。
在此状态下，若主轴马达(未示出)进行操作，则驱动部件30从主轴马达获得动力的传递并进行旋转，螺母盖40与驱动部件30一起进行旋转。此时，运动转换适配器55的外螺纹56与螺母盖40进行螺旋结合，运动转换适配器55通过花键凹凸57及花键槽22之间的作用被约束为不能相对于主轴20进行旋转，因此运动转换适配器55及固定于运动转换适配器55的牵引杆50沿轴向进行后退(附图上向左侧方向进行线性移动)。
随着所述牵引杆50相对于主轴20向后方进行线性移动，设置于卡盘C的钳口J缩拢的同时稳固地夹紧工件。当然，在完成对工件的加工后，驱动部件30利用主轴马达向相反方向进行旋转，使得运动转换适配器55及牵引杆50沿轴向进行前进，从而钳口J将夹紧的工件放开。
另外，如上所述，若在牵引杆50进行后退并且钳口J稳固地夹紧工件的状态下，向离合器驱动部(未示出)施加电源或施加空气压力从而成为关闭(off)离合器的状态，则如图4所示，离合器耦合器60从主轴20的前方向后方(向附图上的左侧)移动，从而离合器耦合器60后方面的第一耦合凹凸62与驱动部件30前方面的第一锁紧凹凸32相啮合。由此，主轴20可以以离合器耦合器60为媒介与驱动部件30相连接并进行旋转。
在此状态下，若主轴马达的动力传递至驱动部件30而使得驱动部件30旋转，则牵引杆50与主轴20一起进行高速旋转，同时实现工件的加工。
如上所述，根据本发明，可用一个主轴马达选择性地使得牵引杆50的轴向移动和主轴20的旋转运动产生，从而加工工件，因此具有如下优点：简化驱动装置的构成，缩小装置的整体大小。
此外，就本发明的电驱动卡紧系统而言，因为牵引杆50和主轴20之间不产生相对速度，所以在主轴20旋转时牵引杆50无法利用离心力进行前进，因此不会产生夹紧力变弱的现象。换句话说，当主轴20和牵引杆50进行高速旋转的同时加工工件时，从卡盘产生的离心力使得卡盘的钳口J张开，从而减少夹紧力，但是，就本发明的电驱动卡紧系统而言，与所述钳口J相连接的牵引杆50与主轴20以花键结构相连接，运动转换适配器55的外螺纹56与螺母盖40的内螺纹41进行螺旋结合，并以相同的速度进行旋转，因此为了能够防止牵引杆50由于离心力而被推向附图上的右侧(向前方)，在结构上成为锁紧(locked)的状态。由此，因为牵引杆50在结构上被锁紧，所以即使在高速旋转，钳口J也不会张开，而且能够提供稳定的夹紧力。
参照图6至图9，根据本发明的第二实施例的电驱动卡紧系统包括：外壳10；主轴20，其为中空管形态，并以相对于外壳能够旋转的形式设置于所述外壳10内部；驱动部件30，其以相对于主轴20能够相对旋转的形式设置于所述主轴20的后方部外侧；驱动轴140，其以相对于主轴20能够旋转的形式设置于所述主轴20的内侧；栓槽键180，其固定于所述主轴20的前方部，沿主轴的轴向形成有花键槽181；运动转换轴170，其在前方部形成有花键凹凸172，花键凹凸172与所述栓槽键180的花键槽181相结合并沿着花键槽181在轴向上进行移动；牵引杆150，其以固定的形式设置于所述运动转换轴170的中心部；离合器耦合器60，其为以相对于主轴20能够沿轴向进行线性移动的形式设置于所述主轴20的外面的离合器部件；离合器驱动部，其使得所述离合器耦合器60沿着主轴20的轴向进行往复移动。
与前面叙述的实施例相类似地，所述外壳10包括：外壳本体11，其为筒形状，前方面和后方面以开放的形式形成，固定于机床本体；后面盖13，其为圆盘形，与所述外壳本体11的后方面相结合，在中央部形成有所述主轴20的后方部通过的开口部，在后方面形成有第二锁紧凹凸14，第二锁紧凹凸14用于与所述离合器耦合器60进行连接。
所述主轴20构成为长长的圆筒管形态，以能够旋转的形式设置于所述外壳10的内侧空间。在所述主轴20的外面和外壳10的内面之间设置有多个主轴轴承25，多个主轴轴承25以使得主轴20能够相对于外壳10旋转的形式进行支撑。
在所述主轴20的后端部外周面形成有轮齿形态的花键键槽21，花键键槽21用于允许所述离合器耦合器60的轴向移动而不允许相对旋转。
所述驱动部件30以能够旋转的形式设置于所述主轴20的后端部外侧。所述驱动部件30以带或者齿轮等动力传递部件(未示出)为媒介从主轴马达获得动力的传递并进行旋转。所述驱动部件30的中心部以固定的形式与所述驱动轴140的后端部相结合，从而若驱动部件30进行旋转，则驱动轴140也一起进行旋转。
在所述驱动部件30的前方面形成有轮齿形态的第一锁紧凹凸32，第一锁紧凹凸32用于与所述离合器耦合器60进行连接。
所述驱动轴140具有长长的圆筒管形态，后端部固定于所述驱动部件30的中心部。所述驱动轴140以相对于主轴20能够旋转的形式设置于主轴20的内侧。在所述驱动轴140的外面和主轴20的内面之间设置有多个轴轴承142，多个轴轴承142以使得驱动轴140能够相对于主轴20旋转的形式进行支撑。
在所述驱动轴140的前端部内周面以螺旋形形成有作为内螺纹的第一螺纹141。
所述运动转换轴170插入于所述驱动轴140的前端部内侧并以相对于驱动轴140沿轴向进行线性运动的形式进行结合，在运动转换轴170的后方部外周面形成有与第一螺纹141进行螺旋结合的作为外螺纹的第二螺纹171，前方部形成有花键凹凸172，花键凹凸172与所述栓槽键180的花键槽181相结合并沿着花键槽181在轴向上进行移动。由此，若驱动轴140进行旋转，则运动转换轴170通过所述第一螺纹141和第二螺纹171、所述花键槽181及花键凹凸172之间的作用沿轴向进行前进后退。
所述牵引杆150在所述运动转换轴170的前方与运动转换轴170的中心部相结合。与前面叙述的第一个实施例的牵引杆150一样，所述牵引杆150也通过连接部件(未示出)与卡盘C的钳口J相连接，若牵引杆150进行后退，则钳口J向半径方向内侧移动并夹紧工件，若牵引杆150进行前进，则钳口J向半径方向外侧移动并将工件放开。
所述栓槽键180构成为圆筒体，并以固定的形式设置于所述主轴20的前端部内侧，在中央部的孔的内周面形成有与所述运动转换轴170的花键凹凸172相连接的花键槽181，从而运动转换轴170相对于栓槽键180不能进行旋转，但是以能够进行线性运动的形式进行连接。
参照图7至图8，对根据如上所述构成的本发明的第二个实施例的电驱动卡紧系统的驱动方法进行如下详细说明。
首先，参照图7，若向离合器驱动部(未示出)施加电源或施加空气压力从而成为打开(on)离合器的状态，则离合器耦合器60从主轴20的后方向前方(附图上的右侧)移动，从而离合器耦合器60前方面的第二耦合凹凸63与后面盖13后方的第二锁紧凹凸14相啮合。由此，因主轴20与外壳10相结合而限制旋转。
在此状态下，若主轴马达(未示出)进行操作，则驱动部件30从主轴马达获得动力的传递并进行旋转，驱动轴140与驱动部件30一起进行旋转。此时，驱动轴140的第一螺纹141与运动转换轴170的第二螺纹171进行螺旋结合，运动转换轴170由于栓槽键180而被约束为不能进行旋转，因此运动转换轴170及固定于运动转换轴170的牵引杆150沿轴向进行后退(附图上向左侧方向进行线性移动)。
随着所述牵引杆150相对于主轴20向后方进行线性移动，卡盘C缩拢的同时稳固地夹紧工件。
如上所述，若在牵引杆50进行后退并且卡盘C稳固地夹紧工件的状态下，向离合器驱动部(未示出)施加电源或施加空气压力从而成为关闭(off)离合器的状态，则如图8所示，离合器耦合器60从主轴20的前方向后方(向附图上的左侧)移动，从而离合器耦合器60后方面的第一耦合凹凸162与驱动部件30前方面的第一锁紧凹凸32相啮合。由此，主轴20可以以离合器耦合器60为媒介与驱动部件30相连接并进行旋转。
在此状态下，若主轴马达的动力传递至驱动部件30而使得驱动部件30旋转，则驱动轴140、运动转换轴170及牵引杆50与主轴20一起进行高速旋转，同时实现工件的加工。
另外，在所述第二个实施例中，使得离合器耦合器60操作的离合器驱动部(未示出)也可以利用螺线管方式的驱动器或者气压缸或液压缸或者线性马达等公知的多种线性运动装置来构成，所述螺线管方式的驱动器随着从外部施加电源而向离合器耦合器60沿轴向施加力并能够使得离合器耦合器60沿轴向移动，所述气压缸或液压缸随着气压或液压的施加而进行操作，所述线性马达通过电力使得线性运动产生。
并且，图10至图14表示根据本发明的电驱动卡紧系统的第三个实施例。
参照图10至图14，与前面叙述的第一个实施例相类似地，根据本发明的第三个实施例的电驱动卡紧系统包括外壳10、主轴20、驱动部件30、螺母盖40、运动转换适配器55、牵引杆50，但是还包括对主轴的旋转量进行测量的编码器280及编码器旋转装置，并且在离合器部件、离合器驱动部的构成等方面存在差异，离合器部件用于执行将主轴20选择性地连接于驱动部件30和外壳10中任意一个的功能，离合器驱动部用于使得所述离合器部件进行操作。
根据所述第三个实施例的电驱动卡紧系统的编码器旋转装置构成为，与离合器部件及编码器280相连接，在离合器部件与主轴20一起进行旋转时，将离合器部件的旋转力传递至所述编码器280。在该实施例中，所述编码器旋转装置包括：主轴编码器滑轮281，其与所述离合器部件相结合并与离合器部件一起进行旋转；编码器滑轮282，其与所述编码器280的轴相连接；带283，其缠绕在所述主轴编码器滑轮281的外面和编码器滑轮282的外面，将主轴编码器滑轮281的旋转力传递至编码器滑轮282。
并且，所述离合器部件包括：夹紧离合器261，其在所述主轴编码器滑轮281的前方以能够进行旋转运动及轴向移动的形式设置于所述载体270的内侧，随着构成离合器驱动部的载体270向前方进行移动，前方面紧贴于所述外壳10的后端部；主轴旋转离合器262，其在所述主轴编码器滑轮281的后方(附图上的左侧)与所述夹紧离合器261相连接，随着载体270向后方进行移动，后方面紧贴于所述驱动部件30的前方面。
所述离合器驱动部包括：离合器驱动马达291，其固定于所述外壳10；减速器292，其对所述离合器驱动马达291的动力进行减速并传递；小齿轮293，其与所述减速器292的输出轴相结合并进行旋转；载体270，其从所述小齿轮293获得离合器驱动马达291的动力的传递并进行旋转，沿着主轴20的轴向往复移动一定距离，同时使得所述夹紧离合器261沿主轴20的轴向移动。
所述载体270具有环形态，在所述载体270的外周面沿着圆周方向形成有从动齿轮部272，在内周面形成有与后面盖13的螺纹13a进行螺旋结合的螺纹271，从动齿轮部272与所述小齿轮293相啮合并获得旋转力的传递，后面盖13固定于所述外壳10的后端部。
由此，若电源施加到所述离合器驱动马达291而使得离合器驱动马达291向顺时针或逆时针方向进行操作，则离合器驱动马达291的旋转力通过减速器292以大扭矩传递至小齿轮293，从而使得小齿轮293旋转，由此，载体270相对于后面盖13进行旋转的同时，载体270通过后面盖13的螺纹13a和载体270的螺纹271之间的作用进行旋转，并沿着前后方向进行直线移动。
另外，构成所述离合器部件的夹紧离合器261及主轴旋转离合器262在所述驱动部件30的前方部和外壳10的后方部之间分别配置于所述主轴编码器滑轮281的前方部和后方部，并且设置为相对于所述主轴20沿轴向进行滑动，所述主轴旋转离合器262沿着移动方向与所述驱动部件30的前方面相结合，或所述夹紧离合器261与所述外壳10后端部的后面盖13的后方面相结合，同时执行将主轴20选择性地连接于驱动部件30和外壳10中任意一个的功能。
在该实施例中，所述夹紧离合器261构成为在中央部形成有所述主轴20通过的圆形的孔的环形态，并且具有如下结构：通过形成于所述主轴编码器滑轮281的多个贯通孔281a与所述主轴旋转离合器262相结合的多个结合凸起261a向后方凸出形成。所述结合凸起261a具有曲面板形态，多个结合凸起261a沿着圆周方向以间隔一定间距的形式排列。所述结合凸起261a通过如螺丝265一样的紧固装置与所述主轴旋转离合器262相结合。
在所述夹紧离合器261的前方面设置有多个第一摩擦衬垫263，第一摩擦衬垫263紧贴于所述后面盖13的后方面的同时提供摩擦力。
所述主轴旋转离合器262具有在中央形成有主轴20所通过的开口部的环形态。在所述主轴旋转离合器262的后方面设置有多个第二摩擦衬垫264，多个第二摩擦衬垫264紧贴于所述驱动部件30的前方面的同时提供摩擦力。所述主轴旋转离合器262的开口部的内周面与所述主轴编码器滑轮281一起与栓槽键266相结合并与夹紧离合器261一起相对于主轴20沿轴向进行移动，栓槽键266与所述主轴20的花键键槽21相连接。
在所述主轴旋转离合器262和主轴编码器滑轮281之间设置有压缩弹簧273，压缩弹簧273相对于主轴编码器滑轮281向主轴旋转离合器262朝后方施加弹性力。所述压缩弹簧273设置于多个弹簧插入孔281b的内侧，多个弹簧插入孔281b形成于主轴编码器滑轮281。
所述夹紧离合器261和主轴旋转离合器262利用压缩弹簧273沿主轴20的轴向进行移动，压缩弹簧273设置于载体270、所述主轴旋转离合器262及主轴编码器滑轮281之间。更为具体地，若载体270从离合器驱动马达291获得动力的传递而进行旋转的同时向前方进行移动，则夹紧离合器261被拉向前方，从而夹紧离合器261的前方面紧贴于后面盖13的后方面，若载体270向后方进行移动，则由于所述压缩弹簧273的弹性力，主轴旋转离合器262向后方加压，从而紧贴于驱动部件30的前方面。
所述编码器280作为用于对主轴20的旋转量进行测量并检测主轴20的位置的构成要素，与编码器280的轴相连接的编码器滑轮282通过带283与所述主轴编码器滑轮281相连接，通过所述主轴编码器滑轮281及带283机械地获得主轴20的旋转力的传递并准确地检测主轴20的旋转量。在该实施例中，所述编码器280设置于所述离合器驱动部的一侧。
所述主轴编码器滑轮281设置于所述夹紧离合器261和主轴旋转离合器262之间，其内周面与栓槽键266相结合并与主轴旋转离合器262一起进行旋转运动，栓槽键266与所述主轴旋转离合器262相结合。所述主轴编码器滑轮281形成为与所述夹紧离合器261的结合凸起261a相对应的形态，从而沿着圆周方向以间隔一定间距的形式排列有所述结合凸起261a所通过的多个贯通孔281a，并且构成为形成有多个弹簧插入孔281b的环形态，所述压缩弹簧273以插入的形式设置于多个弹簧插入孔281b。所述主轴编码器滑轮281以前方面与设置于所述外壳10后方部的轴承锁紧螺母36的后方面相连接的形式被支撑。为了向主轴轴承25提供预紧力而使用所述轴承锁紧螺母36，主轴20、主轴轴承25、轴承锁紧螺母36在主轴20旋转时一起旋转。所述主轴20和轴承锁紧螺母36通过螺丝等紧固结合装置进行紧固结合。
在图10中未说明标号15是与所述螺母盖40的后方相结合的旋转轴，未说明标号18及19分别是通过固定销16及旋转防止支架17固定于所述外壳10的旋转外壳及旋转外壳盖。
接下来，对根据所述实施例的电驱动卡紧系统的驱动方法进行详细说明。
首先，参照图13，若电源施加到离合器驱动部的离合器驱动马达291而成为打开(on)离合器的状态，则载体270相对于后面盖13进行旋转的同时，向前方移动一定距离。由此，夹紧离合器261及与夹紧离合器261相结合的主轴旋转离合器262向前方移动一定距离，夹紧离合器261的前方面紧贴于后面盖13的后方面的同时，因主轴20与外壳10相结合而限制旋转。此时，主轴旋转离合器262的后方面与驱动部件30隔开一定距离。
在此状态下，若主轴马达(未示出)进行操作，则驱动部件30从马达获得动力的传递并进行旋转，螺母盖40与驱动部件30一起进行旋转。此时，运动转换适配器55的外螺纹56与螺母盖40进行螺旋结合，运动转换适配器55通过花键凹凸57及花键槽22之间的作用被约束为相对于主轴20不能进行旋转，因此运动转换适配器55及固定于运动转换适配器55的牵引杆50沿轴向进行后退(附图上向左侧方向进行线性移动)。
随着所述牵引杆50相对于主轴20向后方进行线性移动，设置于卡盘C的钳口J缩拢的同时稳固地夹紧工件。当然，在完成对工件的加工后，驱动部件30利用主轴马达(未示出)向相反方向进行旋转，使得运动转换适配器55及牵引杆50沿轴向进行前进，从而钳口J将夹紧的工件放开。
另外，如上所述，若在牵引杆50进行后退并且钳口J稳固地夹紧工件的状态下，电源施加到离合器驱动马达291而成为关闭(off)离合器的状态，则如图14所示，载体270相对于后面盖13进行旋转的同时向后方移动一定距离。由此，去除使得夹紧离合器261向前方移动的力。此时，因为主轴旋转离合器262由于设置于主轴编码器滑轮281内侧的压缩弹簧273而向后方得到强大的弹性力，所以主轴旋转离合器262及夹紧离合器261向后方移动一定距离，从而夹紧离合器261从后面盖13分离出来的同时，主轴旋转离合器262的后方面牢固地紧贴于驱动部件30的前方面。
在此状态下，若主轴马达(未示出)的动力传递至驱动部件30而使得驱动部件30高速旋转，则使得主轴旋转离合器262和夹紧离合器261高速旋转，与主轴旋转离合器262相结合的主轴20与牵引杆50一起高速旋转，同时实现工件的加工。此时，主轴编码器滑轮281与主轴旋转离合器262一起进行旋转，从而使得编码器滑轮282进行旋转，因此编码器280可实时对主轴20的旋转量进行测量。
如上所述，根据本发明,可用一个主轴马达选择性地使得牵引杆50的轴向移动和主轴20的旋转运动产生，从而加工工件，因此具有如下优点：简化驱动装置的构成，缩小装置的整体大小。
此外，就本发明的电驱动卡紧系统而言，因为牵引杆50和主轴20之间不产生相对速度，所以在主轴20旋转时牵引杆50无法利用离心力进行前进，因此不会产生夹紧力变弱的现象。换句话说，当主轴20和牵引杆50进行高速旋转的同时加工工件时，从卡盘产生的离心力使得卡盘的钳口J张开，从而减少夹紧力，但是，就本发明的电驱动卡紧系统而言，与所述钳口J相连接的牵引杆50与主轴20以花键结构相连接，运动转换适配器55的外螺纹56与螺母盖40的内螺纹41进行螺旋结合，并以相同的速度进行旋转，因此为了能够防止牵引杆50由于离心力而被推向附图上的右侧(向前方)，在结构上成为锁紧(locked)的状态。由此，因为牵引杆50在结构上被锁紧，所以即使在高速旋转，钳口J也不会张开，而且能够提供稳定的夹紧力。
在前面叙述的实施例中说明了如下构成：夹紧离合器261、后面盖13、主轴旋转离合器262分别紧贴于驱动部件30的同时进行面接触，从而可通过摩擦力传递动力，但是，也可以在所述夹紧离合器261的前方面和后面盖13的后方面构成轮齿形态的凹凸，夹紧离合器261和后面盖13以凹凸结合结构相啮合的同时相结合，从而传递动力。
此外，在前面叙述的实施例中，在牵引杆50的后端设置具有外螺纹56的运动转换适配器55，运动转换适配器55用于牵引杆50的线性移动，在螺母盖40设置与所述外螺纹56进行螺旋结合的内螺纹41，通过内螺纹41和外螺纹56的作用使得运动转换适配器55及牵引杆50相对于主轴20沿着前后方向进行直线运动，但是与此不同地，为了能够通过使得摩擦阻力最小化来增加牵引杆50的推力，也可以利用滚珠螺杆(ball screw)或滚柱丝杠(roller screw)等使得牵引杆50相对于主轴20进行直线移动。
图15及图16是前面叙述的实施例的变形例，该实施例的电驱动卡紧系统在离合器部件及编码器旋转装置的构成方面与前面叙述的第一个实施例存在差异。更为具体地，该实施例的离合器部件包括：夹紧离合器261，其以能够进行旋转运动及轴向移动的形式设置于载体270(参照图10及图11)的内侧，随着载体270向前方进行移动，前方面紧贴于所述外壳10的后端部；主轴旋转离合器262，其与所述夹紧离合器261的前方相结合并与夹紧离合器261一起移动，同时紧贴于所述驱动部件30的前方面；弹簧外壳10，其以与轴承锁紧螺母36(参照图10及图11)的后端部相连接的形式被支撑，轴承锁紧螺母36配置于所述夹紧离合器261的内侧，前端部设置于外壳10的后方部；压缩弹簧273，其相对于所述弹簧外壳10向主轴旋转离合器262朝向后方施加弹性力。
并且，用于向编码器280传递主轴20的旋转力的编码器旋转装置包括：编码器滑轮282，其与所述编码器280的轴相连接；带283，其缠绕在所述主轴旋转离合器262的外面和编码器滑轮282的外面，并向编码器滑轮282传递主轴旋转离合器262的旋转力。
换句话说，该实施例的电驱动卡紧系统具有如下结构：没有构成另外的主轴编码器滑轮281(参照图11)，与编码器280相连接的带283直接连接于主轴旋转离合器262的外面。
以上，本发明参照实施例进行了详细说明，但是应理解为，如果是本发明所属的技术领域中具有通常知识的技术人员，则在不脱离上面所说明的技术思想的范围内当然能够进行各种置换、附加及变形，如上所述的变形的实施形态也属于由下面所附的专利权利要求书而决定的本发明的保护范围。
产业上利用可能性
本发明可适用于加工工件的车床等机床产业。

Claims (4)

1.一种包括自动离合器系统的电驱动卡紧系统，其特征在于，包括:
外壳(10)，其以固定的形式设置于机床的本体；
主轴(20)，其为中空管形态，并以相对于外壳能够旋转的形式设置于所述外壳(10)内部；
驱动部件(30)，其以相对于主轴(20)能够相对旋转的形式设置于所述主轴(20)的后方部外侧；
主轴马达，其使得所述驱动部件(30)旋转；
离合器部件，其在所述驱动部件(30)和所述外壳(10)的一端部之间以沿轴向能够进行线性移动的形式设置于所述主轴(20)的外面，沿着移动方向与所述驱动部件(30)相结合或与所述外壳(10)相结合，同时将主轴(20)选择性地连接于驱动部件(30)和外壳(10)中任意一个；
离合器驱动部，其使得所述离合器部件进行操作；
牵引杆(50)，其以相对于主轴能够进行沿轴向的直线运动但不可能进行相对旋转运动的形式设置于所述主轴(20)的内侧，根据所述离合器部件导致的主轴的约束条件，相对于主轴沿轴向进行直线运动或与主轴一起进行旋转；
编码器(280)，其对所述主轴的旋转量进行测量；
编码器旋转装置，其与所述离合器部件及编码器(280)相连接，当离合器部件与
主轴(20)一起旋转时，将离合器部件的旋转力传递至编码器；
所述编码器旋转装置包括:
主轴编码器滑轮(281)，其与所述离合器部件相结合，与离合器部件一起旋转；
编码器滑轮(282)，其与所述编码器(280)的轴相连接；
带(283)，其缠绕在所述主轴编码器滑轮(281)的外面和编码器滑轮(282)的外面，将主轴编码器滑轮(281)的旋转力传递至编码器滑轮(282)；
所述离合器部件包括:
夹紧离合器(261)，其设置为在所述主轴编码器滑轮(281)的前方以主轴的轴向为中心能够进行旋转运动及轴方向移动，当所述离合器驱动部向前方移动时，夹紧离合器(261)向前方直线移动并紧贴于所述外壳(10)的后端部；
主轴旋转离合器(262)，其在所述主轴编码器滑轮(281)的后方与所述夹紧离合器(261)相连接，当夹紧离合器(261)利用离合器驱动部向后方移动时，主轴旋转离合器(262)也一起向后方移动并紧贴于所述驱动部件(30)的前方面；
在所述主轴编码器滑轮(281)形成有多个贯通孔(281a)，在所述夹紧离合器(261)形成有多个结合凸起(261a)，多个结合凸起(261a)通过所述贯通孔(281a)与所述主轴旋转离合器(262)相结合；
所述主轴编码器滑轮(281)通过前方面与设置于所述外壳(10)的后方部的轴承锁紧螺母(36)的后方面相连接而得到支撑，在所述主轴编码器滑轮(281)设置有多个弹簧插入孔(281b)，在所述弹簧插入孔(281b)的内侧设置有压缩弹簧(273)，压缩弹簧(273)将弹性力向后方赋予给所述主轴旋转离合器(262)，若所述离合器驱动部向后方移动，则主轴旋转离合器(262)利用所述压缩弹簧(273)向后方移动并紧贴于驱动部件(30)的前方面；
所述主轴旋转离合器(262)与沿着花键键槽(21)合并相对于主轴(20)沿轴向进行滑动，花键键槽(21)进行滑动的检槽键(266)相结沿轴向形成于主轴(20)的外周面。
2.根据权利要求1所述的包括自动离合器系统的电驱动卡紧系统，其特征在于，所述离合器驱动部包括:
离合器驱动马达(291)，其固定于所述外壳(10)；
小齿轮(293)，其获得从所述离合器驱动马达(291)传递的动力并进行旋转；
载体(270)，其在外周面沿着圆周方向形成有从动齿轮部(272)，在内周面形成有螺纹(271)，获得从所述小齿轮(293)传递的离合器驱动马达(291)的动力并进行旋转，沿主轴(20)的轴向往复移动一定距离，同时使得所述夹紧离合器(261)沿主轴(20)的轴向移动，从动齿轮部(272)与所述小齿轮(293)相啮合并获得旋转力的传递，螺纹(271)与形成于所述外壳(10)的后端部的螺纹进行螺旋结合。
3.根据权利要求1所述的包括自动离合器系统的电驱动卡紧系统，其特征在于，在所述夹紧离合器(261)的前方面设置有第一摩擦衬垫(263)，第一摩擦衬垫(263)紧贴于所述外壳(10)的后端部的同时提供摩擦力，在所述主轴旋转离合器(262)的后方面设置有第二摩擦衬垫(264)，第二摩擦衬垫(264)紧贴于所述驱动部件(30)的前方面的同时提供摩擦力。
4.根据权利要求1所述的包括自动离合器系统的电驱动卡紧系统，其特征在于，还包括:
螺母盖(40)，其为圆筒形，一侧固定于所述驱动部件(30)，在中央部形成有内螺纹(41)，圆筒管形态的运动转换适配器(55)结合于所述牵引杆(50)的后端部，运动转换适配器(55)在外周面后方部形成有外螺纹(56)，在外周面前方部形成有花键凹凸(57)，外螺纹(56)与所述内螺纹(41)进行螺旋结合，花键凹凸(57)沿着花键槽(22)进行滑动，花键槽(22)沿轴向形成于所述主轴(20)的内周面。
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