CN110227958A - 钻夹头夹持装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻夹头夹持装置及方法。钻夹头夹持装置包括底板、钻夹头、固定套、夹持伺服电机、旋转伺服电机、第一齿轮传动机构及第二齿轮传动机构；钻夹头包括钻夹头外壳、钻夹头本体及三爪，固定套的前端与钻夹头本体同轴连接，固定套通过第二齿轮传动机构与旋转伺服电机输出轴连接，固定套由旋转伺服电机驱动带动钻夹头夹持工件旋转；钻夹头外壳通过第一齿轮传动机构与夹持伺服电机输出轴连接，夹持伺服电机驱动钻夹头外壳旋转。本申请的钻夹头夹持装置体积小、重量轻，工作效率高，夹持可靠，适用于工作场地有限，夹持工件直径在20mm以内，工件直径变化较大，对夹持力要求不高，以及希望夹持机构轻量化的设备上。

Description

钻夹头夹持装置及方法

技术领域

本发明涉及工件加工技术领域，具体涉及一种钻夹头夹持装置及方法。

背景技术

在连续定长切割一根较长的圆柱形工件时，工件先从夹持机构的尾部穿入，在夹持机构的前端伸出一定长度后，夹持机构自动定心，并做夹持和旋转两个动作等待工件被切割。切割完成后，夹持机构松开工件，工件被从夹持机构的后端向前端移动一定的长度后，夹持机构再次夹紧工件并旋转，依次循环直到一根工件被切割完。

目前能够实现自动定心、夹持并旋转的机构通常采用的是气动卡盘，液压卡盘和电动卡盘。电动卡盘无法让长工件从卡盘的中心孔穿过。气动卡盘和液压卡盘的使用存在如下问题：1、气动卡盘和液压卡盘需要气源和液压站，安装气源和液压站需要一定的工作场地，且气源和液压站的后期维护成本较高；2、气动卡盘和液压卡盘的三爪移动范围比较小，约为5mm～8mm，在频繁变换切割直径相差较大的工件时，需要手动调节可移动卡爪的夹持范围，操作较繁琐；3、气动卡盘和液压卡盘的重量很重，需要刚性较强的支撑机构支撑，相应的体积也会较大。

因此，在工作场地有限，夹持工件直径在20mm以内，工件直径变化较大，对夹持力要求不高，以及希望夹持机构轻量化的设备上，现有卡盘技术便不再适用。

发明内容

为此，本发明的第一目的是提供一种钻夹头夹持装置，采用旋转电机及夹持电机控制钻夹头的夹紧与旋转，该装置体积小、重量轻，工作效率高，夹持可靠，适用于工作场地有限，夹持工件直径在20mm以内，工件直径变化较大，对夹持力要求不高，以及希望夹持机构轻量化的设备上。

本发明的第二目的是提供一种钻夹头夹持方法，用于上述钻夹头夹持装置中。

为实现本发明的第一目的，本发明采用的技术方案是：

一种钻夹头夹持装置，包括底板、钻夹头、固定套、夹持伺服电机、旋转伺服电机、第一齿轮传动机构及第二齿轮传动机构；钻夹头包括钻夹头外壳、钻夹头本体及三爪，钻夹头外壳套在钻夹头本体上与钻夹头本体可转动连接，三爪设于钻夹头本体的滑动槽中，三爪尾部与钻夹头外壳螺旋传动连接，钻夹头外壳正向旋转时驱动三爪从钻夹头本体中伸出夹紧工件，钻夹头外壳反向旋转时驱动三爪回缩放松工件；旋转伺服电机通过底座设于底板上，固定套通过轴承座可转动设于底板上，固定套的前端与钻夹头本体同轴连接，固定套通过第二齿轮传动机构与旋转伺服电机输出轴连接，固定套由旋转伺服电机驱动带动钻夹头夹持工件旋转；夹持伺服电机通过底座设于底板上，钻夹头外壳通过第一齿轮传动机构与夹持伺服电机输出轴连接，夹持伺服电机驱动钻夹头外壳旋转。

为了保证了钻夹头在旋转时三爪不会松开，进一步地，优选在钻夹头夹持工件旋转的状态下，钻夹头的旋转方向与驱使三爪伸出时钻夹头外壳的旋转方向相反。

钻夹头在连续旋转状态下，钻夹头外壳上的第三齿轮与第一齿轮处于一直啮合的状态，夹持伺服电机轴处于自由旋转状态，由于第一齿轮存在自重，会对第三齿轮施加一定的径向力，该径向力和钻夹头需要锁紧时的钻夹头外壳旋转方向一致，保证了夹紧力的持续、可靠。

进一步地，所述第二齿轮传动机构包括第二齿轮、第二齿轮轴及第四齿轮；第四齿轮套装在固定套上，第二齿轮轴通过轴承座可转动设于底板上，第二齿轮轴上套装第二齿轮，第二齿轮与第四齿轮组成齿轮副。

进一步地，所述第一齿轮传动机构包括第一齿轮、第一齿轮轴及第三齿轮；第三齿轮套装在钻夹头外壳上，第一齿轮轴通过轴承座可转动设于底板上，第一齿轮轴与夹持伺服电机输出轴同轴连接，第一齿轮轴上套装第一齿轮，第一齿轮与第三齿轮组成齿轮副。

更进一步地，第一齿轮轴上套装有编码盘，所述编码盘设有若干均匀分布的径向缺口，编码盘的侧面设有光电开关，光电开关与所述缺口对应。

通过读取编码盘侧面的光电开关的输出信号，获取编码盘的转动角度，设定编码盘的转角范围即可控制三爪松开的幅度，三爪只需要松开一点空间，方便圆柱形工件移动即可。编码盘的转动角度由编码盘的径向缺口决定，假设径向缺口设有20个，编码器每转过一个缺口的转动角度即为18°，每个缺口位置均通过光电开关的通断电传递信号。

进一步地，第一齿轮轴与夹持伺服电机输出轴通过挠性联轴器连接；第一齿轮、第三齿轮均为直齿轮。

进一步地，第二齿轮轴与旋转伺服电机输出轴通过挠性联轴器连接；第二齿轮、第四齿轮均为直齿轮。

为实现本发明的第二目的，本发明采用的技术方案是：

一种钻夹头夹持工件的方法，用于上述任意一种钻夹头夹持装置中，包括以下步骤:

S1、将夹持伺服电机、旋转伺服电机的伺服驱动器分别与控制器连接，将工件穿过固定套及钻夹头本体；

S2、控制器控制旋转伺服电机的电源接通，旋转伺服电机的输出轴处于自锁状态，钻夹头本体被固定，夹持伺服电机启动，夹持伺服电机通过第一齿轮传动机构驱动钻夹头外壳正向旋转，三爪从钻夹头本体中伸出夹持工件；

S3、当三爪夹紧工件后，夹持伺服电机的转速趋于0，夹持伺服电机的伺服驱动器向控制器发出低速信号，当控制器接收到该低速信号后，控制夹持伺服电机停转并断开其电源，夹持伺服电机的输出轴为0转矩；

S4、控制器控制旋转伺服电机转动，旋转伺服电机通过第二齿轮传动机构驱动钻夹头本体夹持工件旋转；

S5、当工件完成切割后，控制器控制旋转伺服电机停止转动并仍处于自锁状态，接通夹持伺服电机的电源，控制器控制夹持伺服电机转动，夹持伺服电机通过第一齿轮传动机构驱动钻夹头外壳反向旋转，三爪回缩松开被夹紧的工件。

本发明的有益效果：

1、本申请实现了夹持机构的轻量化，应用于对工件的夹持力要求不高，工作场地有限的工作场合，克服了现有气动卡盘和液压卡盘应用上的技术缺陷。

2、本申请的钻夹头夹持装置，通过电动控制钻夹头代替气动或液压卡盘，实现了钻夹头的自动化操作，提高了设备的自动化程度，降低劳动强度。

3、本申请的钻夹头夹持装置，夹持可靠，工作效率高。

附图说明

图1是示出本申请钻夹头夹持装置第1实施方式的结构示意图；

图2是表示三爪回缩时，钻夹头本体1不动，钻夹头外壳2反向旋转(逆时针)的示意图；

图3是表示三爪伸出时，钻夹头本体1不动，钻夹头外壳2正向旋转(顺时针)的示意图；

图4是表示当三爪夹持工件旋转时，钻夹头本体1、钻夹头外壳2及第一齿轮17的旋转方向示意图，其中F表示第一齿轮17向第三齿轮3施加的径向力F，即第一齿轮17对钻夹头外壳产生的阻力。

附图标记说明：

01三爪；1钻夹头本体；2钻夹头外壳；3第三齿轮；4固定套；5第二齿轮；6第四齿轮；7旋转电机座；8旋转伺服电机；9圆柱形工件；10夹紧伺服电机；11夹紧电机座；12挠性联轴器；13第一齿轮轴；14编码盘；15光电开关；16轴承座；17第一齿轮；18第二齿轮轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及一种优选的实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

在以下的描述中，以图1所示的钻夹头的方位为基准，图中所示的钻夹头的左侧为“前”，反之为“后”。

实施方式1

参阅图1，钻夹头夹持装置包括底板(图中未示出)、钻夹头、固定套4、夹持伺服电机10、旋转伺服电机8、第一齿轮传动机构及第二齿轮传动机构。第二齿轮传动机构包括第二齿轮5、第二齿轮轴18及第四齿轮6。第一齿轮传动机构包括第一齿轮17、第一齿轮轴13及第三齿轮3。

本申请所用钻夹头为现有技术，可由市场采购获得。钻夹头是电动工具行业及机床行业的主要附件之一，广泛应用于手电钻、钻床上。钻夹头主要包括钻夹头外壳2、钻夹头本体1及三爪01。钻夹头外壳2套在钻夹头本体1上与钻夹头本体1可转动连接，三爪01设于钻夹头本体1的滑动槽中，三爪尾部与钻夹头外壳2螺旋传动连接，钻夹头外壳正向旋转时驱动三爪从钻夹头本体中伸出夹紧工件，钻夹头外壳反向旋转时驱动三爪回缩放松工件。在本实施例中，钻夹头外壳2上套装有第三齿轮3。第三齿轮3与钻夹头外壳2过盈配合连接，且通过键定位。

在本实施例中，固定套4为设有一定长度的空心圆管，空心圆管通过两个轴承座16可转动安装在底板上，其前端通过螺钉与钻夹头本体1的后端连接，空心圆管的中心线与钻夹头本体1的中心线重合。空心圆管上套装第四齿轮6，第四齿轮6位于两轴承座之间。第四齿轮6与固定套4过盈配合连接，且通过键定位。

旋转伺服电机8通过其底座7安装在底板上，旋转伺服电机输出轴与固定套4平行。第二齿轮轴18通过两只轴承座16可转动安装在底板上，第二齿轮轴18与夹持伺服电机输出轴通过挠性联轴器12连接，第二齿轮轴18上套装第二齿轮5，第二齿轮5与第四齿轮6组成齿轮副。第二齿轮5与第二齿轮轴18过盈配合连接，且通过键定位。

夹持伺服电机10通过其底座11安装在底板上且与旋转伺服电机8分别位于钻夹头的两侧，夹持伺服电机输出轴与固定套4平行。第一齿轮轴13通过两只轴承座16可转动安装在底板上，第一齿轮轴13与夹持伺服电机输出轴通过挠性联轴器12连接。第一齿轮轴13的一端套装第一齿轮17，其另一端套装编码盘14。第一齿轮17与第一齿轮轴13过盈配合连接，且通过键定位。第一齿轮17与第三齿轮3组成齿轮副。

编码盘14呈圆盘状，其外缘部设有若干均匀分布的径向缺口。在本实施例中，自制编码盘直径100mm，外圆上均匀分布着20个U型缺口槽。

光电开关15通过支架设于编码盘14的侧面与编码盘的U型缺口槽对应。光电开关为现有技术，由市场采购获得。在本实施例中，选用EE-SX670A NPN型号。

在本实施例中，钻夹头选用扳手式钻夹头，其夹持范围在3mm～16mm。轴承座16中的轴承均采用深沟球轴承。第一齿轮17、第二齿轮5、第三齿轮3及第四齿轮6均为模数为1，直径为90mm的直齿轮。夹持伺服电机10采用400W的台达伺服电机，其型号为：ECMA-C10604RS；旋转伺服电机8采用750W的台达伺服电机，其型号为：ECMA-C10807RS。

实施方式2

以实施方式1所述的钻夹头夹持装置为例，说明本发明的钻夹头夹持工件的方法如下：

参阅图1～图4，一种钻夹头夹持工件的方法，包括顺次相接的以下步骤：

S1、将夹持伺服电机10、旋转伺服电机8的伺服驱动器及光电开关15分别与控制器连接，将工件9穿过固定套4及钻夹头本体1；控制器通过累计光电开关15传递的高低电平信号的次数对编码盘进行计数，从而识别编码盘的旋转角度；在本实施例中，控制器采用三菱FX3GA-40MT。

S2、控制器首先控制旋转伺服电机8的电源接通并处于自锁状态，钻夹头本体1被固定在某个角度；夹持伺服电机10启动，夹持伺服电机10驱动第一齿轮17转动，第一齿轮17与第三齿轮3啮合传动，第三齿轮3带动钻夹头外壳2顺时针旋转，即正向旋转，如图3所示；三爪01从钻夹头本体1中伸出夹持工件6；在本实施例中，夹持工件6为直径6mm，长度3m的圆杆。

S3、当三爪夹紧工件9后，夹持伺服电机10的转速趋于0，夹持伺服电机的伺服驱动器向控制器发出低速信号，当控制器接收到该低速信号后，控制夹持伺服电机10停转并控制其电源断开，该电机输出0转矩；

S4、控制器控制旋转伺服电机8驱动第二齿轮5转动，第二齿轮5与第四齿轮6啮合传动，第四齿轮6带动固定套4转动，固定套4带动钻夹头本体1及钻夹头外壳2夹持工件9逆时针旋转，工件9进入切割工序；参阅图3、图4，此时，钻夹头本体1的旋转方向与三爪伸出时钻夹头外壳2的旋转方向相反，第一齿轮17向第三齿轮3施加的径向力F与三爪伸出时钻夹头外壳2的旋转方向一致，保证了夹紧力的持续、可靠；

S5、当工件9完成切割后，控制器控制旋转伺服电机8停止转动并处于自锁状态，控制器对编码盘的计数值清零；夹持伺服电机10的电源接通并旋转，通过第一齿轮传动机构驱动钻夹头外壳2逆时针旋转，即反向旋转，如图2所示；控制器开始对编码盘14计数，三爪01回缩松开被夹紧的工件9，当控制器对编码盘14计数累计达到20时，表明钻夹头外壳2旋转了一圈，三爪01完全松开，程序控制器控制夹持伺服电机10停止转动。

以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术既能实现。

Claims (8)

1.一种钻夹头夹持装置，其特征在于，包括底板、钻夹头、固定套、夹持伺服电机、旋转伺服电机、第一齿轮传动机构及第二齿轮传动机构；钻夹头包括钻夹头外壳、钻夹头本体及三爪，钻夹头外壳套在钻夹头本体上与钻夹头本体可转动连接，三爪设于钻夹头本体的滑动槽中，三爪尾部与钻夹头外壳螺旋传动连接，钻夹头外壳正向旋转时驱动三爪从钻夹头本体中伸出夹紧工件，钻夹头外壳反向旋转时驱动三爪回缩放松工件；旋转伺服电机通过底座设于底板上，固定套通过轴承座可转动设于底板上，固定套的前端与钻夹头本体同轴连接，固定套通过第二齿轮传动机构与旋转伺服电机输出轴连接，固定套由旋转伺服电机驱动带动钻夹头夹持工件旋转；夹持伺服电机通过底座设于底板上，钻夹头外壳通过第一齿轮传动机构与夹持伺服电机输出轴连接，夹持伺服电机驱动钻夹头外壳旋转。

2.如权利要求1所述的钻夹头夹持装置，其特征在于，在钻夹头夹持工件旋转的状态下，钻夹头的旋转方向与驱使三爪伸出时钻夹头外壳的旋转方向相反。

3.如权利要求1或2所述的钻夹头夹持装置，其特征在于，所述第二齿轮传动机构包括第二齿轮、第二齿轮轴及第四齿轮；第四齿轮套装在固定套上，第二齿轮轴通过轴承座可转动设于底板上，第二齿轮轴上套装第二齿轮，第二齿轮与第四齿轮组成齿轮副。

4.如权利要求1或2所述的钻夹头夹持装置，其特征在于，所述第一齿轮传动机构包括第一齿轮、第一齿轮轴及第三齿轮；第三齿轮套装在钻夹头外壳上，第一齿轮轴通过轴承座可转动设于底板上，第一齿轮轴与夹持伺服电机输出轴同轴连接，第一齿轮轴上套装第一齿轮，第一齿轮与第三齿轮组成齿轮副。

5.如权利要求4所述的钻夹头夹持装置，其特征在于，第一齿轮轴上套装有编码盘，所述编码盘设有若干均匀分布的径向缺口，编码盘的侧面设有光电开关，光电开关与所述缺口对应。

6.如权利要求4所述的钻夹头夹持装置，其特征在于，第一齿轮轴与夹持伺服电机输出轴通过挠性联轴器连接；第一齿轮、第三齿轮均为直齿轮。

7.如权利要求3所述的钻夹头夹持装置，其特征在于，第二齿轮轴与旋转伺服电机输出轴通过挠性联轴器连接；第二齿轮、第四齿轮均为直齿轮。

8.一种钻夹头夹持工件的方法，用于上述1～7任意一项所述的钻夹头夹持装置中，其特征在于，包括以下步骤:

S1、将夹持伺服电机、旋转伺服电机的伺服驱动器分别与控制器连接，将工件穿过固定套及钻夹头本体；

S2、控制器控制旋转伺服电机的电源接通，旋转伺服电机的输出轴处于自锁状态，钻夹头本体被固定，夹持伺服电机启动，夹持伺服电机通过第一齿轮传动机构驱动钻夹头外壳正向旋转，三爪从钻夹头本体中伸出夹持工件；

S3、当三爪夹紧工件后，夹持伺服电机的转速趋于0，夹持伺服电机的伺服驱动器向控制器发出低速信号，当控制器接收到该低速信号后，控制夹持伺服电机停转并断开其电源，夹持伺服电机的输出轴为0转矩；

S4、控制器控制旋转伺服电机转动，旋转伺服电机通过第二齿轮传动机构驱动钻夹头本体夹持工件旋转；

S5、当工件完成切割后，控制器控制旋转伺服电机停止转动并仍处于自锁状态，接通夹持伺服电机的电源，控制器控制夹持伺服电机转动，夹持伺服电机通过第一齿轮传动机构驱动钻夹头外壳反向旋转，三爪回缩松开被夹紧的工件。