CN111300105A - 一种多管径自定心装置 - Google Patents

Abstract

一种多管径自定心装置。本发明采用垂直布局结构，利用固定板在待加工管材的四周设置四个内配导轨，为四连杆联动系统提供导向，配合轴承结构实现四连杆联动系统的联动，从而驱动由治具块构成的上夹具和夹具，分别通过上夹具底部所设置的V字形的上凹夹持部和下夹具顶部所设置的V字形的下凹夹持部对待加工管材的外壁提供夹持。由此，本发明能够利用同一套夹持装置自动配合待加工管材的外壁尺寸，使得不同管径的管材均能够被固定在相同的中心高度，实现精准联动，对工件进行自定心夹持。

Description

一种多管径自定心装置

技术领域

本发明涉及数控机床精密加工技术领域，具体而言涉及一种多管径自定心装置。

背景技术

随着数控技术的不断发展，为追求高速高精度和多功能的数控加工效果，现有数控机床的许多元器件需要进行更新。

精密定位装置作为数控机床必不可少的核心元器件之一，被大量应用于超精密加工的数控机床中。

目前，精密加工设备常常需要对多种产品进行精密加工，不同产品需要不同尺寸的精密定位装置进行固定。现有的定位装置，其一般只能够适用于单一种类的产品，不能同时覆盖多种产品加工范围。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种多管径自定心装置，本发明采用垂直布局结构，利用内配导轨，轴承和治具块构成一种能满足不同管径要求的自定心装置。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种多管径自定心装置，其包括：

下底板，其水平地固定在机床上；

固定板，其垂直地固定在下底板的上方，其中部设置有用于供待加工管材通过的通孔；

气缸固定板，其水平地固定在固定板的后侧，设置在所述通孔的下方；

夹钳驱动气缸，其固定在所述气缸固定板上；

夹钳，其与所述夹钳驱动气缸连接，由夹钳驱动气缸驱动而打开或关闭，用于夹持待加工管材的后侧；

上夹具，其设置在所述固定板的前侧且位于所述通孔的上方，所述上夹具的底部设置有V字形的上凹夹持部；

下夹具，其设置在所述固定板的前侧且位于所述通孔的下方，所述下夹具的顶部设置有V字形的下凹夹持部；

四连杆联动系统，其设置在所述固定板的前侧，分别连接所述上夹具和下夹具，用于同时驱动所述上夹具向下移动、驱动所述下夹具向上移动，所述上夹具的上凹夹持部与所述下夹具的下凹夹持部分别抵接待加工管材的上侧外壁和下侧外壁，所述上夹具和下夹具相互配合夹持在待加工管材的前侧。

可选的，上述任一所述的多管径自定心装置，其中，所述四连杆联动系统包括：

第一连杆，其顶端连接所述上夹具的一侧；

第二连杆，其底端连接所述下夹具的一侧；

第三连杆，其顶端连接所述上夹具的另一侧；

第四连杆，其底端连接所述下夹具的另一侧；

第一轴承，其连接所述第一连杆的底端和第二连杆的顶端；

第二轴承，其连接所述第三连杆的底端和第四连杆的顶端；

第一滑座，其连接在所述第一轴承的后侧，位于第一轴承和固定板之间；

第二滑座，其连接在所述第二轴承的后侧，位于第二轴承和固定板之间；

所述固定板上还在所述通孔的中心所在的高度上设置有两个水平导轨，两个水平导轨分别水平设置在所述通孔的两侧，所述第一滑座与其中一个水平导轨连接，所述第二滑座与其中另一个水平导轨连接，所述第一滑座、所述第二滑座分别沿所述两个水平导轨平移，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆随所述第一滑座、所述第二滑座平移而同步的向所述通孔的中心收拢或打开，驱动所述上夹具向下移动、驱动所述下夹具向上移动夹持待加工管材。

可选的，上述任一所述的多管径自定心装置，其中，所述四连杆联动系统还包括：

垂直导轨，其包括两个，分别垂直设置在所述通孔的两侧，所述上夹具的一端与其中一个垂直导轨连接，所述上夹具的另一端与其中另一个垂直导轨连接，所述上夹具随同所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆向所述通孔的中心收拢而同步的沿所述垂直导轨向下平移，所述上夹具随同所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆远离所述通孔的中心打开而同步的沿所述垂直导轨向上平移。

可选的，上述任一所述的多管径自定心装置，其中，所述四连杆联动系统还包括：

连接板，其水平地固定在固定板的前侧，设置在所述通孔的下方；

顶升座，其固定连接在所述下夹具的下方，所述第二连杆的底端设置在所述顶升座的一侧，所述第四连杆的底端设置在所述顶升座的另一侧，所述顶升座位于所述连接板的上方；

轴承座，其包括两个，两个轴承座分别固定设置在所述连接板的两侧；

导杆，其包括两个，两个导杆的顶端分别固定在所述顶升座的两侧，两个导杆的下侧分别与两个轴承座连接，两个导杆分别在两个轴承座内与所述下夹具同步的向上或向下移动。

可选的，上述任一所述的多管径自定心装置，其中，所述四连杆联动系统还包括：

气缸，其固定设置在所述连接板的下侧，所述气缸的活塞杆的顶端与所述顶升座固定连接，驱动所述顶升座沿所述导杆向上或向下带动所述下夹具平移。

可选的，上述任一所述的多管径自定心装置，其中，所述上夹具的上凹夹持部内侧、所述下夹具的下凹夹持部内侧还分别设置有顶珠，所述顶珠抵接在供待加工管材的外壁表面。

可选的，上述任一所述的多管径自定心装置，其中，所述顶珠包括有多个，所述顶珠对称的排布在所述上夹具的上凹夹持部内侧、和所述下夹具的下凹夹持部内侧。

可选的，上述任一所述的多管径自定心装置，其中，所述连接板的下侧还固定连接有筋板，所述筋板分别固定支撑在所述连接板的两端与所述下底板之间。

有益效果

本发明采用垂直布局结构，利用固定板在待加工管材的四周设置四个内配导轨，为四连杆联动系统提供导向，配合轴承结构实现四连杆联动系统的联动，从而驱动由治具块构成的上夹具和夹具，分别通过上夹具底部所设置的V字形的上凹夹持部和下夹具顶部所设置的V字形的下凹夹持部对待加工管材的外壁提供夹持。由此，本发明能够利用同一套夹持装置自动配合待加工管材的外壁尺寸，使得不同管径的管材均能够被固定在相同的中心高度，实现精准联动，对工件进行自定心夹持。

本发明相比于传统的单个产品单个切割治具的固定方式，可以通过同一套切割治具对不同管径的待加工管材进行加工，能够节省设备成本，减少治具更换和调整的时间，压缩管材的生产周期。

本发明设置驱动四连杆联动系统的气缸安装在固定板底端，利用固定板前侧的垂直导轨和水平导轨保证四连杆联动系统所连接的上、下夹具其V字形的夹持部能够正对固定板的通孔中心，保证管材能够自动定心固定，以方便机床加工。

本发明还进一步的在固定板后侧设置有由夹钳驱动气缸和夹钳构成的“防逃式”结构。该结构能够保证分别从待加工管材的两侧对其进行固定，能够保证管材在加工作业过程中不会逃料，不会因加工作用力导致料跑偏或夹不到等现象。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的多管径自定心装置的整体结构示意图；

图2是本发明的多管径自定心装置的主视图；

图3是本发明中多管径自定心装置的侧视图；

图中，1为上夹具；2为第一连杆；31为水平导轨；32为垂直导轨；4为固定板；5为顶升座；6为连接板；7为轴承座；8为导杆；9为气缸；10为下底板；11为顶珠；12为下夹具；13为第二滑座；14为第二轴承；15为夹钳；16为气缸；17为气缸固定板；18为筋板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“前、后”的含义指的是相对于轨道系统本身而言，由夹钳指向上、下夹具的方向为前，反之为后；而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是使用者正对多管径自定心装置前侧时，使用者的左边即为左，使用者的右边即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对多管径自定心装置时，由下底板指向上夹具的方向即为上，反之即为下，而非对本发明的装置机构的特定限定。

图1为根据本发明的一种多管径自定心装置，其包括图2以及图3所示的：

下底板10，其水平地固定在机床上；

固定板4，其垂直地固定在下底板10的上方，其中部设置有用于供待加工管材通过的通孔；

气缸固定板17，其水平地固定在固定板4的后侧，设置在所述通孔的下方；

夹钳驱动气缸16，其固定在所述气缸固定板17上；

夹钳15，其与所述夹钳驱动气缸16连接，由夹钳驱动气缸16驱动而打开或关闭，用于夹持待加工管材的后侧；

上夹具1，其设置在所述固定板4的前侧且位于所述通孔的上方，所述上夹具1的底部设置有V字形的上凹夹持部；

下夹具12，其设置在所述固定板4的前侧且位于所述通孔的下方，所述下夹具12的顶部设置有V字形的下凹夹持部；

四连杆联动系统，其设置在所述固定板4的前侧，分别连接所述上夹具1和下夹具12，用于同时驱动所述上夹具1向下移动、驱动所述下夹具12向上移动，所述上夹具1的上凹夹持部与所述下夹具12的下凹夹持部分别抵接待加工管材的上侧外壁和下侧外壁，所述上夹具1和下夹具12相互配合夹持在待加工管材的前侧。

由此，本发明所提供的适用于不同管的径自定心装置，其采用“四联杆+精密导向组件+二指夹钳”，通过气缸提供动力来保证对薄壁管件进行精准夹持定位。该多管径自定心装置能够通过固定板在待加工管材的四周为夹角设置四个内配导轨，为四连杆联动系统提供导向，配合轴承结构实现四连杆联动系统的联动，从而驱动由治具块构成的上夹具和夹具，分别通过上夹具底部所设置的V字形的上凹夹持部和下夹具顶部所设置的V字形的下凹夹持部对待加工管材的外壁提供夹持。由此，本发明基于上述结构能够相较于现有治具具备如下优势：

1）本发明所提供的装置可以满足不同管径的固定要求，同时夹持不同管径的代加工管材时能够始终保持管材的中心高不变

2）通过采用“四连杆”联动，通过微型导轨做导向作业，实现精准联动，对管材进行精准的自定心夹持。

3）相比于传统的单个产品配备单个切割治具，本发明可利用同一套装置对各类型各尺寸管材进行加工作业，可以节省成本，方便加工，和优化生产周期。

4）本发明所提供的治具采用“防逃式”设计，工件的前后两侧被同时夹紧固定，不会逃料，不会导致料跑偏或夹不到等现象。

5）在保证加工作业性能的条件下，本发明能够合理降低制造成本，性价比高，相比国外同类产品，具有极大竞争优势。

具体而言，本发明所采用的四连杆联动系统可设置为具体包括：

第一连杆2，其顶端连接所述上夹具1的一侧；

第二连杆，其底端连接所述下夹具12的一侧；

第三连杆，其顶端连接所述上夹具1的另一侧；

第四连杆，其底端连接所述下夹具12的另一侧；

第一轴承，其连接所述第一连杆2的底端和第二连杆的顶端；

第二轴承14，其连接所述第三连杆的底端和第四连杆的顶端；

第一滑座，其连接在所述第一轴承的后侧，位于第一轴承和固定板4之间；

第二滑座13，其连接在所述第二轴承14的后侧，位于第二轴承14和固定板4之间；

所述固定板4上还在所述通孔的中心所在的高度上设置有两个水平导轨31，两个水平导轨31分别水平设置在所述通孔的两侧，所述第一滑座与其中一个水平导轨31连接，所述第二滑座13与其中另一个水平导轨31连接，所述第一滑座、所述第二滑座13分别沿所述两个水平导轨31平移，所述第一连杆2、第二连杆、第三连杆、第四连杆随所述第一滑座、所述第二滑座13平移而同步的向所述通孔的中心收拢或打开，驱动所述上夹具1向下移动、驱动所述下夹具12向上移动夹持待加工管材；

所述固定板4上还在所述通孔的两侧分别垂直设置有两个垂直导轨32。由此，所述上夹具1的一端与其中一个垂直导轨32连接，所述上夹具1的另一端与其中另一个垂直导轨32连接，所述上夹具1随同所述第一连杆2、第二连杆、第三连杆、第四连杆向所述通孔的中心收拢而同步的沿所述垂直导轨32向下平移，所述上夹具1随同所述第一连杆2、第二连杆、第三连杆、第四连杆远离所述通孔的中心打开而同步的沿所述垂直导轨32向上平移。

为实现对该四连杆联动系统准确地提供驱动力，本发明还设置有如下的定向驱动控制结构，其包括：

连接板6，其水平地固定在固定板4的前侧，设置在所述通孔的下方；

顶升座5，其固定连接在所述下夹具12的下方，所述第二连杆的底端设置在所述顶升座5的一侧，所述第四连杆的底端设置在所述顶升座5的另一侧，所述顶升座5位于所述连接板6的上方；

轴承座7，其包括两个，两个轴承座7分别固定设置在所述连接板6的两侧；

导杆8，其包括两个，两个导杆8的顶端分别固定在所述顶升座5的两侧，两个导杆8的下侧分别与两个轴承座7连接，两个导杆8分别在两个轴承座7内与所述下夹具12同步的向上或向下移动。

气缸9，其固定设置在所述连接板6的下侧，所述气缸9的活塞杆的顶端与所述顶升座5固定连接，驱动所述顶升座5沿所述导杆8向上或向下带动所述下夹具12平移。

由此，该装置是通过上夹具1和下夹具12开合对管材进行自定心方式来实现对不同管径夹持，而上、下夹具1、12则可通过四个连杆来连接至动力源，通过气缸9伸缩所输出的动力来提供对夹具的驱动。为保证夹具平移夹紧过程中能够使其V字形的下凹夹持部和上凹夹持部的凹陷中心严格对齐工件定心位置，保证不同管径的管材都能够被固定在同一轴线方向，上述的两组夹具及其所连接的连杆还通过轴承座7和2根导杆8来导向。如此，本发明能够通过四组导轨来进行导向定位，利用两组水平导轨31确定不同管子的中心高度位置，利用两组垂直导轨32，利用导轨限制夹具移动方向实现精密定位和夹持。本发明对管材所提供的夹持力的大小可通过气路的调压阀，通过控制气缸的压力大小来控制。本发明在来料之前是可通过固定在气缸固定板17上的夹钳驱动气缸16驱动夹钳15来夹住管材的后侧，再进行上述动作。这样的设计一方面是能够防止料逃掉；另一方面还能够减少来料的位置确认。

其中，为进一步保证待加工管材能够准确地被固定在上、下夹具的V字形的上凹夹持部和下凹夹持部的凹陷中心，所述上夹具1的上凹夹持部内侧、所述下夹具12的下凹夹持部内侧还可进一步的分别设置有顶珠11，利用所述顶珠11抵接在供待加工管材的外壁表面，使得管材的顶端正对上夹具上凹夹持部的凹陷中心，使得管材的底端正对下夹具下凹夹持部的凹陷中心。具体而言，所述的顶珠11可对称的排布在所述上夹具1的上凹夹持部内侧、和所述下夹具12的下凹夹持部内侧，抵接在待加工管材和相应的夹具之间，增加管材的定位受力点。

为保证气缸对四连杆联动系统所输出的驱动力稳定，本发明还可进一步的在所述连接板6的下侧还固定连接有筋板18，使得所述筋板18分别固定支撑在所述连接板6的两端与所述下底板之间，保证连接板6、其上的导杆8稳定，使得四连杆联动系统及其所连接的上下夹具能够稳定的张开或收缩，夹持待加工管材。

本发明所提供的多管径自定心装置还具备有如下特点：

1）该组合式衬套能够满足不同管径夹持；

2）该组合式衬套能够满足夹持不同薄壁管材的同时，还能可以满足管子在中间360°不停的旋转和前后伸缩动作；

3）该组合式衬套，稳定性好，外形独特，零件易加工，开发成本低，开发周期短，能满足不同外径的夹持，可以节省客户来料打样加工的周朝，也非常适合用于超精密加工的数控机床中。

4）该组合式衬套采用成本低廉的标准件（滑轨、轴承、顶珠、气缸）来组合使用，后续维护成本低，维护方便

本发明所提供的多管径自定心装置能够节省跟客户快速打样的测试时间和节约客户打样所需的治具成本，具有高效、快捷、节约等众多优点。目前该装置已成功的应用在自主研发的某型号机床上，各项设计指标均达到设计要求。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多管径自定心装置，其特征在于，包括：

下底板（10），其水平地固定在机床上；

固定板（4），其垂直地固定在下底板（10）的上方，其中部设置有用于供待加工管材通过的通孔；

气缸固定板（17），其水平地固定在固定板（4）的后侧，设置在所述通孔的下方；

夹钳驱动气缸（16），其固定在所述气缸固定板（17）上；

夹钳（15），其与所述夹钳驱动气缸（16）连接，由夹钳驱动气缸（16）驱动而打开或关闭，用于夹持待加工管材的后侧；

上夹具（1），其设置在所述固定板（4）的前侧且位于所述通孔的上方，所述上夹具（1）的底部设置有V字形的上凹夹持部；

下夹具（12），其设置在所述固定板（4）的前侧且位于所述通孔的下方，所述下夹具（12）的顶部设置有V字形的下凹夹持部；

四连杆联动系统，其设置在所述固定板（4）的前侧，分别连接所述上夹具（1）和下夹具（12），用于同时驱动所述上夹具（1）向下移动、驱动所述下夹具（12）向上移动，所述上夹具（1）的上凹夹持部与所述下夹具（12）的下凹夹持部分别抵接待加工管材的上侧外壁和下侧外壁，所述上夹具（1）和下夹具（12）相互配合夹持在待加工管材的前侧。

2.如权利要求1所述的多管径自定心装置，其特征在于，所述四连杆联动系统包括：

第一连杆（2），其顶端连接所述上夹具（1）的一侧；

第二连杆，其底端连接所述下夹具（12）的一侧；

第三连杆，其顶端连接所述上夹具（1）的另一侧；

第四连杆，其底端连接所述下夹具（12）的另一侧；

第一轴承，其连接所述第一连杆（2）的底端和第二连杆的顶端；

第二轴承（14），其连接所述第三连杆的底端和第四连杆的顶端；

第一滑座，其连接在所述第一轴承的后侧，位于第一轴承和固定板（4）之间；

第二滑座（13），其连接在所述第二轴承（14）的后侧，位于第二轴承（14）和固定板（4）之间；

所述固定板（4）上还在所述通孔的中心所在的高度上设置有两个水平导轨（31），两个水平导轨（31）分别水平设置在所述通孔的两侧，所述第一滑座与其中一个水平导轨（31）连接，所述第二滑座（13）与其中另一个水平导轨（31）连接，所述第一滑座、所述第二滑座（13）分别沿所述两个水平导轨（31）平移，所述第一连杆（2）、第二连杆、第三连杆、第四连杆随所述第一滑座、所述第二滑座（13）平移而同步的向所述通孔的中心收拢或打开，驱动所述上夹具（1）向下移动、驱动所述下夹具（12）向上移动夹持待加工管材。

3.如权利要求2所述的多管径自定心装置，其特征在于，所述四连杆联动系统还包括：

垂直导轨（32），其包括两个，分别垂直设置在所述通孔的两侧，所述上夹具（1）的一端与其中一个垂直导轨（32）连接，所述上夹具（1）的另一端与其中另一个垂直导轨（32）连接，所述上夹具（1）随同所述第一连杆（2）、第二连杆、第三连杆、第四连杆向所述通孔的中心收拢而同步的沿所述垂直导轨（32）向下平移，所述上夹具（1）随同所述第一连杆（2）、第二连杆、第三连杆、第四连杆远离所述通孔的中心打开而同步的沿所述垂直导轨（32）向上平移。

4.如权利要求2-3所述的多管径自定心装置，其特征在于，所述四连杆联动系统还包括：

连接板（6），其水平地固定在固定板（4）的前侧，设置在所述通孔的下方；

顶升座（5），其固定连接在所述下夹具（12）的下方，所述第二连杆的底端设置在所述顶升座（5）的一侧，所述第四连杆的底端设置在所述顶升座（5）的另一侧，所述顶升座（5）位于所述连接板（6）的上方；

轴承座（7），其包括两个，两个轴承座（7）分别固定设置在所述连接板（6）的两侧；

导杆（8），其包括两个，两个导杆（8）的顶端分别固定在所述顶升座（5）的两侧，两个导杆（8）的下侧分别与两个轴承座（7）连接，两个导杆（8）分别在两个轴承座（7）内与所述下夹具（12）同步的向上或向下移动。

5.如权利要求1-4所述的多管径自定心装置，其特征在于，所述四连杆联动系统还包括：

气缸（9），其固定设置在所述连接板（6）的下侧，所述气缸（9）的活塞杆的顶端与所述顶升座（5）固定连接，驱动所述顶升座（5）沿所述导杆（8）向上或向下带动所述下夹具（12）平移。

6.如权利要求1-5所述的多管径自定心装置，其特征在于，所述上夹具（1）的上凹夹持部内侧、所述下夹具（12）的下凹夹持部内侧还分别设置有顶珠（11），所述顶珠（11）抵接在供待加工管材的外壁表面。

7.如权利要求6所述的多管径自定心装置，其特征在于，所述顶珠（11）包括有多个，所述顶珠（11）对称的排布在所述上夹具（1）的上凹夹持部内侧、和所述下夹具（12）的下凹夹持部内侧。

8.如权利要求4所述的多管径自定心装置，其特征在于，所述连接板（6）的下侧还固定连接有筋板（18），所述筋板（18）分别固定支撑在所述连接板（6）的两端与所述下底板之间。

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