CN109550988A - 一种高精度机床芯轴夹具及其装夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度机床芯轴夹具及其装夹方法，包括涨套、夹具本体和油缸拉杆。涨套与夹具本体可拆卸的连接，夹具本体的下端中心与机床的油缸拉杆连接，通过涨套的扩撑来夹紧待加工工件，夹具本体的下端与机床主轴可拆卸的连接。高精度机床芯轴夹具主要应用于数控机床。具有高转速、高精度、装夹牢靠等特点。可实现自动夹紧，极大提高生产效率和装夹精度。

Description

一种高精度机床芯轴夹具及其装夹方法

技术领域

本发明涉及机床领域，尤其涉及一种高精度机床芯轴夹具及其装夹方法。

背景技术

机床作为工业母机，在国家工业发展过程中具有重要的意义。夹具作为机床不可或缺的一部分，对于提高加工精度和效率有着重要的作用。随着人们对高精度和自动化的要求越来越高，传统的夹具已经无法满足生产，各种自动化夹具应运而生。长久以来，我国的夹具技术相对于国外较落后，产品一直处于低端行列，精度低，稳定性差，靠低价竞争市场。中高端依赖进口，价格昂贵。

芯轴夹具针对夹持工件内孔设计，安装在机床主轴上。目前主流的芯轴夹具为弹性夹头与锥面配合，更换工件时采用手动螺纹拧紧，主要的缺陷为手动操作耗时长，工人劳动强度大，不能与数控机床配合自动夹紧松开，且精度较低。当采用较小间隙提高夹持精度时时，装夹工件时比较困难，易出现工件卡住，特别是装夹尺寸较大的工件时，更易出现上述情况。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度机床芯轴夹具及其装夹方法。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种高精度机床芯轴夹具，包括涨套、夹具本体和油缸拉杆，所述涨套与夹具本体可拆卸的连接，所述夹具本体的下端中心与机床的油缸拉杆连接，通过涨套的扩撑来夹紧待加工工件，所述夹具本体的下端与机床主轴可拆卸的连接。

优选的，所述涨套包括钢件和橡胶体，所述钢件的下端向下突出于所述橡胶体形成卡爪，所述卡爪与所述钢件之间形成涨套环槽。

优选的，所述钢件和橡胶体数量相同且间隔设置，通过弹性的所述橡胶体和钢件粘性连接为一体构成外周可扩撑收缩的涨套。

优选的，通过油缸拉杆的上推下移而使得涨套扩撑收缩。

优选的，所述钢件和橡胶体构成的涨套的内孔为锥形孔，所述锥形孔上窄下宽。

优选的，所述夹具本体包括活塞、涨套固定环、限位固定套和基座，所述活塞的上部可移动的插入所述涨套的内孔中，所述活塞的中部和下部与所述基座的阶梯内孔滑动的套接，所述活塞的底端内凹形成连接孔与油缸拉杆连接。

优选的，在所述活塞的中下部的端面外周缘均布设置活塞平衡孔；在所述活塞与基座上设置容纳销的销孔，所述销用于限制活塞在周向的转动。

优选的，所述基座为带阶梯内孔和阶梯外环的凸台结构，基座包括座体、基座环槽和涨套定位柱，所述涨套定位柱设置在所述座体的上端，所述基座环槽设置在所述座体和涨套定位柱之间，所述座体上平行于中心轴线设置连接孔，并在基座的座体的端面上均布设置平衡螺纹孔。

优选的，所述涨套固定环为两个内圆面设置半环形凹槽的半圆环结构，包括环体和在环体上开设的半环形凹槽，环体上位于所述半环形凹槽上部和下部的上勾位和下勾位；两个所述涨套固定环的上勾位嵌入所述涨套的涨套环槽内，两个所述涨套固定环的下勾位嵌入所述基座的基座环槽内。

一种高精度机床芯轴夹具的装夹方法，方法包括：

①预先校订动平衡，通过动平衡测试，通过螺纹堵头、基座上预设的平衡螺纹孔和活塞平衡孔来调整整个夹具的动平衡；

②将夹具通过螺钉和连接法兰将基座与机床主轴固定连接，机床主轴的油缸拉杆与活塞下端的连接孔连接；

③安装涨套，将涨套与基座通过涨套的卡爪和基座的涨套定位柱匹配卡接定位，将两个半圆环形的涨套定位环对接后卡住涨套环槽和基座环槽，并通过限位固定套紧固；

④装夹待加工工件，将待加工工件装在涨套上，待加工工件的下端面与限位固定套的上端面贴近定位，上推油缸拉杆，活塞的上锥面顶推涨套的内孔面以使得涨套向外撑开，从而夹紧待加工工件；

⑤加工工件，机床主轴旋转驱动夹具，待加工工件加工；

⑥拆卸工件；工件加工完成后，机床主轴停转，下移油缸拉杆带动活塞下移使得涨套收缩，取下加工好的工件。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：该夹具使得机床具有高转速、动平衡稳定并可适应性调节、高精度、装夹牢靠等特点。可实现自动夹紧，极大提高生产效率和装夹精度。

附图说明

图1为机床芯轴夹具的剖视图；

图2为机床芯轴夹具的俯视图；

图3为涨套的结构示意图；

图4为基座的结构示意图；

图5为半环形的涨套固定环的结构示意图。

图中：

1、涨套；1.1、钢件；1.2、橡胶体；1.3、涨套环槽；

2、夹具本体；2.1、活塞；2.2、销；2.3、盖板；2.4、涨套固定环；2.41、上勾位；2.42、下勾位；2.43、半环形凹槽；2.5、限位固定套；2.6、活塞平衡孔；2.7、基座；2.71、座体；2.72、基座环槽；2.73、涨套定位柱；2.8、螺钉；2.9、连接法兰；2.10、平衡螺纹孔；

3、油缸拉杆；

4、待加工工件。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1-图5，一种高精度机床芯轴夹具，包括涨套1、夹具本体2和油缸拉杆3，涨套1与夹具本体2可拆卸的连接，夹具本体2的下端中心与机床的油缸拉杆3连接，通过涨套1的扩撑来夹紧待加工工件4，夹具本体2的下端与机床主轴可拆卸的连接。

高精度机床芯轴夹具主要应用于数控机床。具有高转速、高精度、装夹牢靠等特点。可实现自动夹紧，极大提高生产效率和装夹精度。

参见图3，涨套1包括钢件1.1和橡胶体1.2，钢件1.1的下端向下突出于橡胶体1.2形成卡爪，卡爪与钢件1.1之间形成涨套环槽1.3。钢件1.1和橡胶体1.2构成的涨套1的内孔为锥形孔，锥形孔上窄下宽。钢件1.1和橡胶体1.2数量相同且间隔设置，通过弹性的橡胶体1.2和钢件1.1粘性连接为一体构成外周可扩撑收缩的涨套1。通过油缸拉杆3的上推下移而使得涨套1扩撑收缩。

优选的，其中带环槽的涨套1由六片大小一致的钢件1.1和橡胶体1.2粘合而成，钢件1.1内孔为锥形。

参见图1和图2，夹具本体2包括活塞2.1、涨套固定环2.4、限位固定套2.5和基座2.7，活塞2.1的上部可移动的插入涨套1的内孔中，活塞2.1的中部和下部与基座2.7的阶梯内孔滑动的套接，活塞2.1的底端内凹形成连接孔与油缸拉杆3连接。

在活塞2.1的中下部的端面外周缘均布设置活塞平衡孔2.6；在活塞2.1与基座2.7上设置容纳销2.2的销孔，销2.2用于限制活塞2.1在周向的转动。

参见图1和图4，基座2.7为带阶梯内孔和阶梯外环的凸台结构，基座2.7包括座体2.71、基座环槽2.72和涨套定位柱2.73，涨套定位柱2.73设置在座体2.71的上端，基座环槽2.72设置在座体2.71和涨套定位柱2.73之间，座体2.71上平行于中心轴线设置连接孔，并在基座2.7的座体2.71的端面上均布设置平衡螺纹孔2.10。

参见图5，涨套固定环2.4为两个内圆面设置半环形凹槽的半圆环结构，包括环体和在环体上开设的半环形凹槽2.43，环体上位于半环形凹槽2.43上部和下部的上勾位2.41和下勾位2.42；两个涨套固定环2.4的上勾位2.41嵌入涨套1的涨套环槽1.3内，两个涨套固定环2.4的下勾位2.42嵌入基座2.7的基座环槽2.72内。

工作原理：连接法兰2.9的机床主轴接口与数控机床主轴用螺钉2.8相连，主轴可带动整个夹具旋转。安装前，取下夹具本体2上的限位固定套2.5和两个半圆形的涨套固定环2.4。将带环槽的涨套1放入基座2.7的涨套定位柱上，装上半圆形的涨套固定环2.4，分别卡住带环槽的涨套1和基座2.7的环槽，再装上限位固定套2.5。使用时，将待加工工件4装在带环槽的涨套1上，端面与限位固定套2.5贴紧，数控机床的油缸拉杆3向上推，带环槽的涨套1与活塞2.1的锥面贴合。当继续向上推时，带环槽的涨套1被撑开，夹紧待加工工件4。油缸拉杆3向下拉时，带环槽的涨套1收缩，松开待加工工件4。销2.2可防止活塞在油缸拉杆3上下拉动时发生转动，从而使精度变化。

此外，提供一种高精度机床芯轴夹具的装夹方法，方法包括：

①预先校订动平衡，通过动平衡测试，通过螺纹堵头、基座2.7上预设的平衡螺纹孔2.10和活塞平衡孔2.6来调整整个夹具的动平衡；

②将夹具通过螺钉2.8和连接法兰2.9将基座2.7与机床主轴固定连接，机床主轴的油缸拉杆3与活塞2.1下端的连接孔连接；

③安装涨套1，将涨套1与基座2.7通过涨套1的卡爪和基座2.7的涨套定位柱2.73匹配卡接定位，将两个半圆环形的涨套定位环2.4对接后卡住涨套环槽1.3和基座环槽2.72，并通过限位固定套2.5紧固；

④装夹待加工工件4，将待加工工件4装在涨套1上，待加工工件4的下端面与限位固定套2.5的上端面贴近定位，上推油缸拉杆3，活塞2.1的上锥面顶推涨套1的内孔面以使得涨套1向外撑开，从而夹紧待加工工件4；

⑤加工工件，机床主轴旋转驱动夹具，待加工工件4加工；

⑥拆卸工件；工件加工完成后，机床主轴停转，下移油缸拉杆3带动活塞2.1下移使得涨套1收缩，取下加工好的工件。

夹具的创新点：

①自动定位夹紧

夹具安装到数控机床上，由机床的控制系统控制油缸的移动，可以使夹具自动松开夹紧工件。零件加工完成后，只需将工件取下，放入新的工件加工，无需其他动作。更换工件方便快捷，节省夹具调节时间，提高生产效率。

②内部伸出夹紧，节省装夹空间，更适合一些深度较浅的盲孔装夹。

油缸拉杆3推动活塞2.1向上移动，使带环槽的涨套1撑开并夹紧工件。采用内部伸出夹紧结构，节省装夹空间。防止深度较浅的盲孔装夹时，夹持长度不足。

③活塞平衡孔和基座端面的平衡螺纹孔设计，保证夹具良好的动平衡。

活塞2.1在设计时，预先设计活塞平衡孔2.6，保证整个夹具在设计时整体平衡。基座端面预留平衡螺纹孔2.10，在动平衡测试时，可在平衡螺纹孔2.10增加螺纹堵头，调节整个夹具由于加工误差带来的不平衡。两处的平衡设计，保证夹具良好的动平衡，使得夹具在运转过程中振动小，提高加工精度。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上诉教导，可以进行很多改边及变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变，即根据以上描述的技术方案以及构思，本领域的技术人员能够做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度机床芯轴夹具，包括涨套、夹具本体和油缸拉杆，其特征在于：所述涨套与夹具本体可拆卸的连接，所述夹具本体的下端中心与机床的油缸拉杆连接，通过涨套的扩撑来夹紧待加工工件，所述夹具本体的下端与机床主轴可拆卸的连接。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：所述涨套包括钢件和橡胶体，所述钢件的下端向下突出于所述橡胶体形成卡爪，所述卡爪与所述钢件之间形成涨套环槽。

3.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于：所述钢件和橡胶体数量相同且间隔设置，通过弹性的所述橡胶体和钢件粘性连接为一体构成外周可扩撑收缩的涨套。

4.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于：通过油缸拉杆的上推下移而使得涨套扩撑收缩。

5.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于：所述钢件和橡胶体构成的涨套的内孔为锥形孔，所述锥形孔上窄下宽。

6.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于：所述夹具本体包括活塞、涨套固定环、限位固定套和基座，所述活塞的上部可移动的插入所述涨套的内孔中，所述活塞的中部和下部与所述基座的阶梯内孔滑动的套接，所述活塞的底端内凹形成连接孔与油缸拉杆连接。

7.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于：在所述活塞的中下部的端面外周缘均布设置活塞平衡孔；在所述活塞与基座上设置容纳销的销孔，所述销用于限制活塞在周向的转动。

8.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于：所述基座为带阶梯内孔和阶梯外环的凸台结构，基座包括座体、基座环槽和涨套定位柱，所述涨套定位柱设置在所述座体的上端，所述基座环槽设置在所述座体和涨套定位柱之间，所述座体上平行于中心轴线设置连接孔，并在基座的座体的端面上均布设置平衡螺纹孔。

9.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于：所述涨套固定环为两个内圆面设置半环形凹槽的半圆环结构，包括环体和在环体上开设的半环形凹槽，环体上位于所述半环形凹槽上部和下部的上勾位和下勾位；两个所述涨套固定环的上勾位嵌入所述涨套的涨套环槽内，两个所述涨套固定环的下勾位嵌入所述基座的基座环槽内。

10.一种高精度机床芯轴夹具的装夹方法，其特征在于，方法包括：

①预先校订动平衡，通过动平衡测试，通过螺纹堵头、基座上预设的平衡螺纹孔和活塞平衡孔来调整整个夹具的动平衡；

②将夹具通过螺钉和连接法兰将基座与机床主轴固定连接，机床主轴的油缸拉杆与活塞下端的连接孔连接；

③安装涨套，将涨套与基座通过涨套的卡爪和基座的涨套定位柱匹配卡接定位，将两个半圆环形的涨套定位环对接后卡住涨套环槽和基座环槽，并通过限位固定套紧固；

④装夹待加工工件，将待加工工件装在涨套上，待加工工件的下端面与限位固定套的上端面贴近定位，上推油缸拉杆，活塞的上锥面顶推涨套的内孔面以使得涨套向外撑开，从而夹紧待加工工件；

⑤加工工件，机床主轴旋转驱动夹具，待加工工件加工；

⑥拆卸工件；工件加工完成后，机床主轴停转，下移油缸拉杆带动活塞下移使得涨套收缩，取下加工好的工件。