CN113118799B - 一种工件夹紧装置和机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件夹紧装置和机床，包括箱体、工件轴和气动抱闸，气动抱闸包括：抱闸缸体，呈环状，并连接于工件轴，抱闸缸体内部具有内腔，内腔具有锁紧工件的内环腔壁，内环腔壁具有弹性变形能力；弹簧皮腔，设置于内腔，弹簧皮腔的外缘与抱闸缸体紧固连接，弹簧皮腔的内缘与内环腔壁抵接；其中，弹簧皮腔泄气后，弹簧皮腔沿径向舒展，并对内环腔壁施加作用力，内环腔壁抱紧工件；弹簧皮腔充气后，弹簧皮腔沿轴向膨胀，内环腔壁回弹并与工件相分离。该方案通过在径向尺寸收缩与张开，从而达到夹紧与松开的效果。采用这种夹紧结构，可以实现大扭矩、高刚性的定位夹紧；同时，因结构紧凑、巧妙，相比于传统的液压活塞式夹紧机构，尺寸更小。

Description

一种工件夹紧装置和机床

技术领域

本发明用于机床领域，特别是工件在机床上的夹固，具体涉及一种工件夹紧装置和机床。

背景技术

近几年，机床行业发展迅猛，竞争越来越激烈，对机床的加工能力要求也越来越高,对工件夹紧需求更多且要求更高，主要表现在空间小、重切削、夹紧扭紧大、精度高、稳定性强方面。传统的油压结构需要更大的空间，液压动力系统，工作环境不洁净，夹紧扭动大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种工件夹紧装置和机床。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种工件夹紧装置，包括箱体、工件轴和气动抱闸，所述气动抱闸包括：

抱闸缸体，呈环状，并连接于所述工件轴，所述抱闸缸体内部具有内腔，所述内腔具有锁紧工件的内环腔壁，所述内环腔壁具有弹性变形能力；

弹簧皮腔，设置于所述内腔，所述弹簧皮腔的外缘与所述抱闸缸体紧固连接，所述弹簧皮腔的内缘与所述内环腔壁抵接；

其中，所述弹簧皮腔泄气后，所述弹簧皮腔沿径向舒展，并对所述内环腔壁施加作用力，所述内环腔壁抱紧工件；所述弹簧皮腔充气后，所述弹簧皮腔沿轴向膨胀，所述内环腔壁回弹并与工件相分离。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述内环腔壁设有沿径向向外隆起的凸环，所述凸环的内侧形成凹槽，所述弹簧皮腔的内缘抵接于所述凹槽。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述抱闸缸体包括第一部件和第二部件，所述第一部件和第二部件沿轴向扣合形成所述抱闸缸体，并将所述弹簧皮腔的外缘夹紧。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一部件和第二部件在靠近所述内环腔壁的位置设有环槽。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述工件轴的端部设有固定座，所述固定座内部设有容纳工件的内孔，所述气动抱闸安装于所述固定座尾部。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述箱体设有第一进气口和导气插销，所述固定座设有插销孔，伸出的所述导气插销插入所述插销孔，形成导通所述第一进气口和所述弹簧皮腔的第一气路。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述箱体设有活塞缸和第二进气口，所述导气插销设有活塞体，所述活塞体设置于所述活塞缸，所述第二进气口与所述活塞缸导通以形成驱动所述导气插销伸出的第二气路。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述活塞缸中设有驱动所述导气插销缩回的弹性部件。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述箱体设有编码器读数头，所述工件轴设有编码器码盘。

第二方面，一种机床，包括第一方面中任一实现方式所述的工件夹紧装置。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本发明采用气动抱闸来实现工件在工件轴上的夹紧固定，其具有以下特点：

1、夹紧扭矩大：弹簧片挤压缸体，缸体内孔缩小，由于过盈量足够大，可实现非常大的夹紧扭矩；

2、夹紧及松开过程，缸体变形会很均匀，不会对回转体产生扭转的力，故夹紧松开过程，回转体基本上不会扭动，夹紧精度高。

3、使用寿命长久。

4、对要求使用环境不高，使用气动，无需单独提供动力系统，工作环境干净，无污染；

5、省去中间传统顶杆机构，油缸，体积占用明显减小。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明工件夹紧装置的一个实施例结构示意图；

图2是图1所示的一个实施例气动抱闸结构示意图；

图3是图1所示的一个实施例气动抱闸松开更换工件结构示意图；

图4是图1所示的一个实施例气动抱闸锁紧进行工件加工结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的实施例提供了一种工件夹紧装置，主要用于工件1在机床上的夹固。参见图1，工件夹紧装置包括箱体2、工件轴3和气动抱闸4，工件轴3通过轴承5支承于箱体2。气动抱闸4包括抱闸缸体41和弹簧皮腔42，抱闸缸体41呈环状，并连接于工件轴3，抱闸缸体41内部具有内腔，内腔具有锁紧工件1的内环腔壁43，内环腔壁43具有弹性变形能力，换言之，内环腔壁43通过控制壁厚等方式，内环腔壁43能够在去除弹簧皮腔42对其的作用力后恢复原状。

弹簧皮腔42设置于内腔，弹簧皮腔42的外缘与抱闸缸体41紧固连接，弹簧皮腔42的内缘与内环腔壁43抵接，弹簧皮腔42具有进气口和泄气口，弹簧皮腔42的进气口位于弹簧皮腔42的外缘，通过设置于抱闸缸体41的气道实现通气。其中，弹簧皮腔42泄气后，弹簧皮腔42沿径向舒展，弹簧皮腔42恢复扁平，沿径向舒展，并对内环腔壁43施加作用力，内环腔壁43沿径向均匀变形，内环腔壁43抱紧工件1；弹簧皮腔42充气后，弹簧皮腔42沿轴向膨胀，由于弹簧皮腔42的外缘被固定，弹簧皮腔42的径向尺寸收缩，即弹簧皮腔42的内缘向外收缩，内环腔壁43回弹并与工件1相分离。

本发明通过采用这套工件夹紧装置的方案，可以很好地克服现有技术中存在的问题：抱闸缸体41内孔缩小变形能够将工件1牢牢抱住，抱闸缸体41内孔圆周方向变形一致，夹紧时，工件1基本不发生扭动，能够良好地控制定位精度；同时由于结构简单，可以大大地优化回转工件轴3设计空间，简化机构过多带来的精度偏差，并减轻重量；由于使用压缩空气进行松开与夹紧，不需要单独的动力系统的成本，同时能够实现干净的工作环境。

进一步的，参见图2，内环腔壁43设有沿径向向外隆起的凸环44，向外隆起的凸环44用于直接与工件1配合，实现夹紧。凸环44的内侧形成凹槽，弹簧皮腔42的内缘抵接于凹槽，实现对于弹簧皮腔42的轴向限位和夹紧。

参见图2，抱闸缸体41包括第一部件45和第二部件46，第一部件45和第二部件46形成对称式结构，第一部件45和第二部件46沿轴向扣合形成抱闸缸体41，并将弹簧皮腔42的外缘夹紧，弹簧皮腔42在第一部件45和第二部件46限定的内腔中能够膨胀或收缩。

在一些实施例中，参见图2，第一部件45和第二部件46在靠近内环腔壁43的位置设有环槽47。环槽47位于内环腔壁43的根部，以增加内环腔壁43的变形能力，改善工件夹紧装置的夹紧效果。

气动抱闸4可以直接或间接与工件轴3连接，例如在图1所示的实施例中，工件轴3的端部设有固定座6，固定座6与工件轴3采用锥面配合，固定座6内部设有容纳工件1的内孔61，气动抱闸4安装于固定座6尾部，固定座6通过锥孔配合将调同心的气动抱闸4固定在工件轴3上，同时起到工件1的辅助定位和导气作用。

进一步的，参见图1、图3、图4，为了实现对于连接于工件轴3上气动抱闸4的通气，箱体2设有第一进气口21和导气插销7，固定座6设有插销孔62，伸出的导气插销7插入插销孔62，形成导通第一进气口21和弹簧皮腔42的第一气路，气体通入弹簧皮腔42，弹簧皮腔42充气后，弹簧皮腔42沿轴向膨胀，由于弹簧皮腔42的外缘被固定，弹簧皮腔42的径向尺寸收缩，即弹簧皮腔42的内缘向外收缩，内环腔壁43受挤压力变小，内环腔壁43回弹并与工件1相分离，当压缩空气达到额定压力时，缸体内孔张开至额定尺寸，完成松开过程，进行工件1的松开和更换。

导气插销7可采用手动、电动或气动驱动，例如在一些实施例中，参见图1、图3、图4，箱体2设有活塞缸22和第二进气口23，导气插销7设有活塞体71，活塞体71设置于活塞缸22，第二进气口23与活塞缸22导通以形成驱动导气插销7伸出的第二气路。工件轴3加工完成后，第二进气口23通气，压迫活塞缸22、导气插销7插入固定座6，实现第一气路的导通。

进一步的，活塞缸22中设有驱动导气插销7缩回的弹性部件8，第二气路断气后，导气插销7在弹性部件8的作用下复位，并封闭第一进气口。导气插销7松开固定座6，工件轴3可以恢复正常旋转状态；气动抱闸4在弹簧皮腔42作用下，恢复夹紧状态。夹紧工件1，进行工件1的加工。

如图所示，由于楔形增压的效果，当弹簧皮腔42趋于伸直的时候，弹簧皮腔42可以传输给缸体极大的径向力，从而实现大扭矩的夹紧扭矩。

进一步的，在一些实施例中，参见图1，箱体2设有编码器读数头91，工件轴3设有编码器码盘92。编码器读数头91和编码器码盘92为工件轴3定位反馈用，配合导气插销7，在工件轴3定位完成之后，在固定角度定位，导气插销7可以准确插入固定座6，实现气路导通。

本发明的实施例还提供了一种机床，包括以上任一实施例中的工件夹紧装置。

该方案通过在径向尺寸收缩与张开，从而达到夹紧与松开的效果。采用这种夹紧结构，可以实现大扭矩、高刚性的定位夹紧；同时，因结构紧凑、巧妙，相比于传统的液压活塞式夹紧机构，尺寸更小。所以，该夹紧机构不管在要求重型切削，高刚性的回转工件1上，还是结构紧凑的小型回转工作台上，都有优异的表现；实现了大扭矩、高刚性、小型化、精度稳定等多方面性能的全面提升。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种工件夹紧装置，其特征在于，包括箱体、工件轴和气动抱闸，工件轴通过轴承支承于箱体，所述气动抱闸包括：

抱闸缸体，呈环状，并连接于所述工件轴，所述抱闸缸体内部具有内腔，所述内腔具有锁紧工件的内环腔壁，所述内环腔壁具有弹性变形能力；

弹簧皮腔，设置于所述内腔，所述弹簧皮腔的外缘与所述抱闸缸体紧固连接，所述弹簧皮腔的内缘与所述内环腔壁抵接；

其中，所述弹簧皮腔泄气后，所述弹簧皮腔沿径向舒展，并对所述内环腔壁施加作用力，所述内环腔壁抱紧工件；所述弹簧皮腔充气后，所述弹簧皮腔沿轴向膨胀，所述内环腔壁回弹并与工件相分离；

所述工件轴的端部设有固定座，所述固定座内部设有容纳工件的内孔，所述气动抱闸安装于所述固定座尾部，所述箱体设有第一进气口和导气插销，所述固定座设有插销孔，伸出的所述导气插销插入所述插销孔，固定所述固定座，导气插销的内孔与第一进气口对齐并形成导通所述第一进气口和所述弹簧皮腔的第一气路，缩回的导气插销松开固定座，导气插销的内孔与第一进气口错开并封闭第一进气口。

2.根据权利要求1所述的工件夹紧装置，其特征在于，所述内环腔壁设有沿径向向外隆起的凸环，所述凸环的内侧形成凹槽，所述弹簧皮腔的内缘抵接于所述凹槽。

3.根据权利要求2所述的工件夹紧装置，其特征在于，所述抱闸缸体包括第一部件和第二部件，所述第一部件和第二部件沿轴向扣合形成所述抱闸缸体，并将所述弹簧皮腔的外缘夹紧。

4.根据权利要求3所述的工件夹紧装置，其特征在于，所述第一部件和第二部件在靠近所述内环腔壁的位置设有环槽。

5.根据权利要求1所述的工件夹紧装置，其特征在于，所述箱体设有活塞缸和第二进气口，所述导气插销设有活塞体，所述活塞体设置于所述活塞缸，所述第二进气口与所述活塞缸导通以形成驱动所述导气插销伸出的第二气路。

6.根据权利要求5所述的工件夹紧装置，其特征在于，所述活塞缸中设有驱动所述导气插销缩回的弹性部件。

7.根据权利要求1、5或6所述的工件夹紧装置，其特征在于，所述箱体设有编码器读数头，所述工件轴设有编码器码盘。

8.一种机床，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的工件夹紧装置。

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