CN112620675A - 一种夹爪式卡盘定心调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹爪式卡盘定心调节方法，包括：S101：感应柱的轴线与夹爪式卡盘的转轴校准；S102：工件预夹；S103：调节组件与夹爪式卡盘的连接安装；S104：基于感应柱的压力传感器获取各个跟随连接件对感应柱产生的压力并构建弧度与压力的对应关系；S105：基于弧度与压力的对应关系判断需进行调节的弧度位置；S106：基于需进行调节的弧度位置，利用距离需进行调节的弧度位置最近的小锥齿轮所对应的调节单元进行调节，直至需进行调节的弧度位置的压力值与预设值一致；S107：重复执行步骤S104至S106，直至弧度与压力的对应关系与预设关系一致,夹爪式卡盘定心调节结束。该方法及系统可自动化的完成卡盘的对中调节，具有自动化程度高、对中调节精度高等优点。

Description

一种夹爪式卡盘定心调节方法及系统

技术领域

本发明涉及到机床领域，具体涉及到一种夹爪式卡盘定心调节方法及系统。

背景技术

图1示出了现有技术的三爪卡盘的结构示意图。在轴类零件的机械加工过程中，爪式卡盘是常用的工件固定夹具之一，其中，三爪卡盘(又称三爪卡盘)是爪式卡盘中最常见的一种。

一般的，爪式卡盘的运行原理为，通过驱动件驱动连接件运动，连接件上均匀配合有若干个夹爪101，在连接件运动的同时，所述若干个夹爪101在连接件的带动下，同步朝向或远离连接件的轴线运动。

具体的，针对三爪卡盘，驱动件为小锥齿轮103(一般沿大锥齿轮102圆周方向设置有多个)，连接件为大锥齿轮102，大锥齿轮102背面设置与小锥齿轮103配合的平面螺纹，小锥齿轮102可驱动大锥齿轮102绕轴线转动；三个夹爪配合在大锥齿轮102正面的平面螺纹上，在平面螺纹的带动下，三个夹爪同步朝向或远离大锥齿轮102的正面运动(夹爪的运动由外壳进行导向，图中未示出)。

由夹爪的驱动原理可知，一方面，不同位置的夹爪均配合在同一平面螺纹上，其对中性能并不高；另一方面，受加工精度、配合精度、甚至是操作精度的影响，每个夹爪与平面螺纹之间的配合情况是不同的，一般的，三爪卡盘的自行对中精确度仅为0.05-0.15mm，在高精度的机械加工中不满足使用需求。

对于已生产的机床而言，需要从操作精度方向考虑三爪卡盘的对中调节。

一般的，现有的三爪卡盘使用方法为，在卡入工件后，通过驱动小锥齿轮使夹爪加紧工件，在夹紧后，分别对不同的小锥齿轮进行二次操作，操作完成后，转动三爪卡盘后利用仪器测量工件转动时的表面弹跳量，然后对三爪卡盘进行调整，直至弹跳量在预设范围内，由于上述操作均需要通过人力完成，耗时长且精度不可控。

发明内容

为了节省工件夹持时的时间以及提高工件的对中性，本发明提供了一种夹爪式卡盘定心调节方法及系统，可自动化的完成卡盘的对中调节，具有自动化程度高、对中调节精度高等优点。

相应的，本发明提供了一种夹爪式卡盘定心调节方法，包括：

S101：感应柱的轴线与夹爪式卡盘的转轴校准；

S102：工件预夹；

S103：调节组件与夹爪式卡盘的连接安装；

S104：基于感应柱的压力传感器获取各个跟随连接件对所述感应柱产生的压力并构建弧度与压力的对应关系；

S105：基于所述弧度与压力的对应关系判断需进行调节的弧度位置；。

S106：基于所述需进行调节的弧度位置，利用距离所述需进行调节的弧度位置最近的小锥齿轮所对应的调节单元进行调节，直至所述需进行调节的弧度位置的压力值与预设值一致；

S107：重复执行步骤S104至S106，直至所述弧度与压力的对应关系与预设关系一致,夹爪式卡盘定心调节结束。

可选的实施方式，所述感应柱的轴线与夹爪式卡盘的转轴校准包括：

在感应柱远离所述夹爪式卡盘的一侧的设置第一定位孔，感应柱的轴线与所述第一定位孔的轴线同轴；

在夹爪式卡盘远离所述感应柱的一侧设置第二定位孔，第二定位孔与夹爪式卡盘的旋转轴线同轴；

基于辅助工件对第一定位孔和所述第二定位孔进行同轴校准。

可选的实施方式，所述辅助工具包括第一卡件、第二卡件、第一卡杆、第二卡杆、第一连杆和第二连杆，所述第一卡件用于配合在第一定位孔中，所述第二卡件用于配合在第二定位孔中；第一卡件的下端为与第一卡件外壁配合的凹曲面，第二卡件的下端为与第二卡件外壁配合的凹曲面；第一连杆、第二连杆设置在第一卡件的上端和第二卡件的上端之间。

可选的实施方式，所述调节组件与夹爪式卡盘的连接安装包括：

将调节组件上的跟随连接件外伸的一端连接至夹爪上；

将调节组件的驱动元件的输出端基于软轴与小锥齿轮的驱动孔连接。

可选的实施方式，所述跟随连接件外伸的一端与夹爪的连接方式包括磁吸、螺接、卡接。

可选的实施方式，所述基于感应柱的压力传感器获取各个跟随连接件对所述感应柱产生的压力并构建弧度与压力的对应关系包括：

基于感应柱的弧度以及对应的压力值在坐标系中生成光滑曲线。

相应的，本发明还提供了一种夹爪式卡盘定心调节系统，用于实现任一项所述的夹爪式卡盘定心调节方法。

综上，本发明提供了一种夹爪式卡盘定心调节方法及系统，在实际应用中可很好的自动化或半自动化的实现夹爪式卡盘对工件的夹持定心调节功能，具有操作便利、自动化程度高、对中调节精度高等优点。

附图说明

图1示出了现有技术的三爪卡盘的结构示意图；

图2示出了本发明实施例刀架模块三维结构示意图；

图3示出了本发明实施例的调节架三维结构示意图；

图4示出了本发明实施例的跟随连接件三维结构示意图；

图5示出了本发明实施例的弹性单元结构示意图；

图6示出了本发明实施例的夹爪式卡盘定心调节方法流程示意图；

图7示出了本发明实施例的辅助工具结构示意图。

具体实施方式

下面将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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

具体的，由于本发明实施例的夹爪式卡盘定心调节方法需要依赖夹爪式卡盘定心调节系统实现，因此，本发明实施例首先对所涉及的夹爪式卡盘定心调节系统的一种实施例进行说明。

具体的，夹爪式卡盘定心调节系统本质上是一套用于辅助实现夹爪式卡盘定心调节方法的刀架模块，因此，本发明实施例以一种具体的刀架模块实施方式进行说明。

图2示出了本发明实施例刀架模块三维结构示意图。

本发明实施例提供了一种刀架模块，包括刀架组件2，还包括调节组件1。

图3示出了本发明实施例的调节架三维结构示意图，图4示出了本发明实施例的跟随连接件三维结构示意图。

具体的，所述调节组件包括调节架100、若干个跟随连接件101和若干组调节单元102。

参照附图图3，具体的，沿所述调节架100的轴线上设置有一感应柱113，所述感应柱113的外壁沿圆周方向设置有若干个压力感应器114；具体的，本发明实施例的刀架模块是对应于三爪卡盘设置的，相应的，感应柱113的外壁均匀设置有三个接触面，三个接触面上分别设置有对应的压力感应器114。具体实施中，压力感应器114可采用遍布设置的形式设置在接触面上，以满足多种型号的跟随连接件的接触需求；也可以针对跟随连接件与接触面的接触位置进行针对性设定。具体的，压力感应器114可采用的类型可以为多种，如薄膜式压力传感器，本发明实施例不特别针对说明。需要说明的是，由于本发明实施例对尺寸要求较高，在压力传感器的选型以及具体选用时，需要进行厚度的误差确认，每一个接触面上的压力传感器的厚度需要保持一致。

具体的，所述若干个跟随连接件101沿所述轴线的圆周方向均匀设置，且所述若干个跟随连接件101中的任一个跟随连接件101滑动配合在所述调节架100上，所述若干个跟随连接件101中的任一个跟随连接件101只具有朝向或远离所述轴线运动的平动自由度。

具体的，所述若干个跟随连接件中的任一个跟随连接件101具有至少两根导向柱121，每一个所述跟随连接件101的导向柱121滑动配合在所述调节架100上。在多个导向柱121的导向下，可保证跟随连接件101的运动方向的唯一性(对中运动)；在跟随连接件101与夹爪连接在一起后，可保证其运动与夹爪的运动方向高度一致。

具体的，所述若干个跟随连接件101在朝向所述轴线的方向设有弹性单元123；具体的，图中的弹性单元123仅用于示出弹性单元的设置位置，弹性单元123的具体结构在附图图5中示出。

图5示出了本发明实施例的弹性单元结构示意图。所述弹性单元123包括弹性件133和接触件131，所述接触件131基于所述弹性件133设置在所述跟随连接件101上，且在所述跟随连接件122运动过程中，所述接触件131保持与所述感应柱接触。具体的，本发明实施例基于压力传感器反映接触件131的运动位置，为了提高分辨率，所述弹性单元还包括力放大模块，所述接触件基于所述力放大模块与所述弹性件133连接。具体的，本发明实施例的力放大模块基于杠杆原理制成，具体的，本发明实施例的接触件131设置在一支杆的一端上，支杆的另一端与弹性件133连接，支杆的中部铰接在铰接件132上，具体的，接触件131一侧的支杆长度较另一侧要长。具体的，力放大模块的另一作用为，将接触件131与感应柱接触时所产生的相互作用力从对弹性件133的压力转换为对弹性件的拉力，可保证弹性件不会被压缩至最小值，保证弹性单元的正常运行。此外，该设置方式还可以是弹性件133保持在张紧行程内，弹性件133在张紧行程内的压力的变化值是至最为准确的，因此，接触件131因位置变动对感应柱所产生的压力变化是最为准确的。

具体的，所述若干个组调节单元中的任一组调节单元102包括驱动元件，所述驱动元件用于驱动卡盘的小锥齿轮运动，起到了模拟人手工对小锥齿轮驱动的功能。

此外，除了实体结构外，调节单元和感应柱上的压力感应器还受到软件的控制。具体的，调节单元和感应柱上的压力感应器连接至一智能设备(可以为工控机、微机等设备)上，智能设备负责接收压力感应器反馈的压力，并根据预设逻辑(如不同方向的压力感应器值趋于一定制)控制对应的调节单元对小锥齿轮进行控制，以使压力感应器所反馈的压力值满足设定逻辑要求。

具体的，所述若干个组调节单元中的任一组调节单元还包括软轴(图中未示出)，所述软轴的输入端与所述驱动元件连接，所述软轴的输出端用于驱动卡盘上的小锥齿轮。

进一步的，由于调节组件在工作时，需要有准确的对中性(调节架100的轴线与卡盘的转轴共线)，考虑到刀架的位置与卡盘的转轴的相对位置的固定，本发明实施例的刀架模块还包括固接件3，所述刀架组件2和调节组件1分别设置在所述固接件3的两侧。

一般的，刀架组件一般会设置直线导轨上，以便于驱动刀具运动，相应的，在本发明实施例中，所述固接件3配合在一直线导轨4上。需要说明的是，该直线导轨4可以为电控导轨。

进一步的，为了保证刀架组件和调节组件在切换方向时的角度准确性，在本发明实施例中，所述直线导轨4固定在一分度盘5上，所述分度盘5的分度角度为180/n°,n为180的约数。

本发明实施例的刀架模块的应用对象为机床，相应的，本发明实施例还提供了一种机床，包括夹爪式卡盘和任一项所述的刀架模块；具体的，夹爪式卡盘为现有技术下的夹爪式卡盘，本发明实施例的刀架模块可用于对现有的机床设备进行改造，夹爪式卡盘的结构可参照附图图1。

具体的，所述刀架模块在用于调节用途时，所述夹爪式卡盘的自转轴线与所述调节架的轴线保持共线，以保证感应柱的轴线与所述夹爪式卡盘的自转轴线的共线。

所述夹爪式卡盘包括若干个夹爪和若干个夹爪驱动孔；所述若干个跟随连接件中的任一个跟随连接件的一端用于与所述若干个夹爪中所对应的一个夹爪连接；若干组调节单元中的任一组调节单元用于与所述若干个夹爪驱动孔中所对应的一个夹爪驱动孔(即小锥齿轮的驱动端)连接。调节单元可针对性的调节每一个小锥齿轮，从而调节该侧的小锥齿轮对大锥齿轮的力，从而微调该侧相对应的夹爪的位置。

进一步的，所述机床还包括机台；在所述刀架模块包括直线导轨和分度盘时，所述分度盘嵌入设置在所述机台上，所述直线导轨紧贴所述机台的台面设置。具体的，本发明实施例为了完成刀架组件和调节组件的180°的转向，通过将直线导轨设置在分度盘上的方式，可很好的对刀架组件和调节组件进行转向；所述直线导轨紧贴所述机台的台面设置的目的在，分度盘只负责转向，具体的支撑力由直线导轨提供。

进一步的，为了进一步保证转向的精准性，所述机台上设置有对所述直线导轨进行限位的限位件；所述限位件可以保证转向后的刀架组件和调节组件在所需的位置上。

具体实施中，该刀架模块在机床上的使用方法如下：

首先基于分度盘将调节组件对准夹爪式卡盘，然后在夹爪式卡盘上利用夹爪初步夹紧工件，然后通过直线导轨调节调节组件与夹爪式卡盘的距离，并使跟随连接件连接到对应的夹爪上(具体的连接方式可以为磁吸、螺接、卡接等方式)，然后将调节单元连接至对应的小锥齿轮的驱动孔上；此时，跟随连接件的接触件碰触在感应柱上并对感应柱对应的位置产生一定的压力，该压力可以通过机器或人工进行读取；根据预设逻辑(如预设压力的大小/基于最大值或最小值进行校准等)，以对应方向的调节单元对小锥齿轮进行松紧调整，以使最终感应柱所获取的压力值与预设逻辑一致，完成工件夹取的对中调整。

需要说明的是，该刀架模块和机床需要定期维护，维护的内容包括：感应柱与夹爪式卡盘的轴线校准、不同弹性件之间的一致性校准、压力传感器的一致性校准、分度盘的转向校准。

图6示出了本发明实施例的夹爪式卡盘定心调节方法流程示意图。

进一步的，本发明实施例还提供了一种夹爪式卡盘定心调节方法，包括：

S101：感应柱的轴线与夹爪式卡盘的转轴校准；

具体的，本发明采用特定的辅助工具进行感应柱与夹爪式卡盘的转轴校准，参照附图图6所示结构，分别在感应柱(即调节组件1)远离所述夹爪式卡盘的一侧的设置第一定位孔，感应柱的轴线与所述第一定位孔的轴线同轴，在夹爪式卡盘远离所述感应柱的一侧设置第二定位孔(由于夹爪式卡盘50远离所述感应柱的一侧一般设置有卡盘驱动单元51，因此，第二定位孔可加工在卡盘驱动单元的外壳的对应位置上)，第二定位孔与夹爪式卡盘的旋转轴线同轴。

需要说明的是，由于第一定位孔与感应柱是加工在统一物体上的，加工后不因位置的变化而变化，因此，第一定位孔和感应柱的同轴性是能够得到保证的；同理，第二定位孔与夹爪式卡盘的同轴性也是可靠的。

具体的，本发明实施例的辅助工具包括第一卡件61、第二卡件62、第一卡杆63、第二卡杆64、第一连杆65和第二连杆66，所述第一卡件61(外壁为光滑圆柱面)用于配合在第一定位孔中，所述第二卡件62(外壁为光滑圆柱面)用于配合在第二定位孔中；第一卡件61的下端为与第一卡件61外壁配合的凹曲面，第二卡件62的下端为与第二卡件62外壁配合的凹曲面；第一连杆65、第二连杆66设置在第一卡件61的上端和第二卡件62的上端之间，具体的，第一连杆65和第二连杆66的两端滑设在第一卡件61和第二卡件62预设的定位孔中；具体实施中，当第一卡件61的下端和第二卡件62的下端能够同时卡在第一卡件61、第二卡件62上时，表示感应柱的轴线与夹爪式卡盘的转轴校准完毕，感应柱的轴线与夹爪式卡盘的转轴位于同一直线上；由于在具体实施中，机床需要在水平地面上安装(安装前会进行水平面的找准)，因此，进一步的，为了更加可视化的看到校准情况，在第一立杆65或第二连杆66上可设置水平仪67，通过水平仪67的示出情况直观的看出是否完成校准。

S102:工件预夹；

通过夹爪式卡盘将所要加工的工件进行预夹，在通过小锥齿轮对夹爪进行夹紧方向的运动控制时，夹爪刚对工件形成固定后可停止动作；通过转动夹爪式卡盘判定工件的夹取位置有没明显的错误。

S103：调节组件与夹爪式卡盘的连接安装；

将调节组件上的跟随连接件外伸的一端连接至夹爪上，连接方式可根据实际情况选用，如采用磁吸、螺接、卡接等方式；将调节组件的驱动元件的输出端基于软轴与小锥齿轮的驱动孔连接。连接的过程中需要注意各部件之间的对应关系。

S104：基于感应柱的压力传感器获取各个跟随连接件对所述感应柱产生的压力并构建弧度与压力的对应关系；

具体的，因为夹爪式卡盘一般包括有至少三个夹爪，相应的，跟随连接件的数量至少为三个，相应的，对于感应柱而言，至少可以获取三个准确的压力值；具体的，基于感应柱的弧度以及压力值建立坐标系，其中，三个具体的弧度以及三个具体的弧度所对应的压力值(三个坐标点)是可知的，然后以光滑曲线连接三个坐标点，得到所有弧度对应的压力值。

S105：基于所述弧度与压力的对应关系判断需进行调节的弧度位置；

具体的，由于同轴关系，夹爪在夹爪式卡盘轴线的弧度与跟随连接件在感应柱的轴线的弧度是一致的，相应的，小锥齿轮在夹爪式卡盘轴线的弧度与跟随连接件在感应柱的轴线的弧度是一致的。

需要说明的是，夹爪的夹持力是通过大锥齿轮提供的，而大锥齿轮所提供的夹持力本质上是通过平面螺纹对大锥齿轮提供的朝轴线方向运动的力提供的；由于大锥齿轮的平面螺纹与夹爪之间的配合并非是完全吻合的，因此，小锥齿轮的运动会对该侧的大锥齿轮的平面螺纹与夹爪之间产生一定的额外作用力，从而使各个方向的夹爪的运动行程是不一致的；本发明实施例通过跟随连接件对感应柱的压力情况反映出夹爪的运行行程，最终目的是要将各个夹爪的运动行程保持一致(对中)；综上而言，误差的来源除了不可更改的平面螺纹的缺陷，还包括不同小锥齿轮之间所产生的额外作用力的效果，本发明实施例主要的目的就是通过微调各个小锥齿轮，以尽可能的保证工件的夹持对中效果。

具体的，通过弧度与压力的曲线以及预设曲线之间的比较，可以判断出需要调节的位置(弧度)。

S106：基于所述需进行调节的弧度位置，利用距离所述需进行调节的弧度位置最近的小锥齿轮所对应的调节单元进行调节，直至所述需进行调节的弧度位置的压力值与预设值一致；

S107：重复步骤S104至S106，直至所述弧度与压力的对应关系与预设关系一致,夹爪式卡盘定心调节结束。

综上，本发明实施例提供了一种夹爪式卡盘定心调节方法及系统，在实际应用中可很好的自动化或半自动化的实现夹爪式卡盘对工件的夹持定心调节功能，具有操作便利、自动化程度高、对中调节精度高等优点。

以上对本发明实施例所提供的一种刀架模块及机床进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种夹爪式卡盘定心调节方法，其特征在于，包括：

S101：感应柱的轴线与夹爪式卡盘的转轴校准；

S102：工件预夹；

S103：调节组件与夹爪式卡盘的连接安装；

S104：基于感应柱的压力传感器获取各个跟随连接件对所述感应柱产生的压力并构建弧度与压力的对应关系；

S105：基于所述弧度与压力的对应关系判断需进行调节的弧度位置；。

S106：基于所述需进行调节的弧度位置，利用距离所述需进行调节的弧度位置最近的小锥齿轮所对应的调节单元进行调节，直至所述需进行调节的弧度位置的压力值与预设值一致；

S107：重复执行步骤S104至S106，直至所述弧度与压力的对应关系与预设关系一致,夹爪式卡盘定心调节结束。

2.如权利要求1所述的夹爪式卡盘定心调节方法，其特征在于，所述感应柱的轴线与夹爪式卡盘的转轴校准包括：

在感应柱远离所述夹爪式卡盘的一侧的设置第一定位孔，感应柱的轴线与所述第一定位孔的轴线同轴；

在夹爪式卡盘远离所述感应柱的一侧设置第二定位孔，第二定位孔与夹爪式卡盘的旋转轴线同轴；

基于辅助工件对第一定位孔和所述第二定位孔进行同轴校准。

3.如权利要求2所述的夹爪式卡盘定心调节方法，其特征在于，所述辅助工具包括第一卡件、第二卡件、第一卡杆、第二卡杆、第一连杆和第二连杆，所述第一卡件用于配合在第一定位孔中，所述第二卡件用于配合在第二定位孔中；第一卡件的下端为与第一卡件外壁配合的凹曲面，第二卡件的下端为与第二卡件外壁配合的凹曲面；第一连杆、第二连杆设置在第一卡件的上端和第二卡件的上端之间。

4.如权利要求1所述的夹爪式卡盘定心调节方法，其特征在于，所述调节组件与夹爪式卡盘的连接安装包括：

将调节组件上的跟随连接件外伸的一端连接至夹爪上；

将调节组件的驱动元件的输出端基于软轴与小锥齿轮的驱动孔连接。

5.如权利要求4所述的夹爪式卡盘定心调节方法，其特征在于，所述跟随连接件外伸的一端与夹爪的连接方式包括磁吸、螺接、卡接。

6.如权利要求4所述的夹爪式卡盘定心调节方法，其特征在于，所述基于感应柱的压力传感器获取各个跟随连接件对所述感应柱产生的压力并构建弧度与压力的对应关系包括：

基于感应柱的弧度以及对应的压力值在坐标系中生成光滑曲线。

7.一种夹爪式卡盘定心调节系统，其特征在于，用于实现权利要求1至6任一项所述的夹爪式卡盘定心调节方法。

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