CN114042947B - 一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心装置,包括四爪夹盘套筒,在四爪夹盘套筒前后端沿径向分别安装有四个前夹爪和四个后夹爪,四个前夹爪及四个后夹爪分别沿圆周均匀分布,所有的前夹爪和后夹爪的结构一致,并且前后夹爪之间对应连线与四爪夹盘套筒的回转轴线平行;在四爪夹盘套筒前后端外侧分别设置有两个调节组件,每两个调节组件一一水平相对对称设置;还包括测量架,测量时测量架伸进工件内腔中,测量架后端与电机一驱动连接,测量架前端间隔安装有两个位移传感器。本发明还公开了一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法。本发明的装置及方法,提高了四爪夹盘的可靠性,使四爪夹盘的自动化调心更简单、更有效。
Description
技术领域
本发明属于机械设备技术领域,涉及一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心装置,本发明还涉及一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法。
背景技术
现有技术的三爪夹盘是车床上的主流夹具之一,主要用于表面质量较好的回转体零件的夹紧,具有高效、高质量的夹紧效果;但对外形非回转、复杂或被夹紧面质量较差的工件,三爪夹盘无法实现有效夹紧和定心,通常只能采用四爪夹紧方式。四爪夹盘需要分别调节四个夹爪才能使被加工表面回转中心与机床主轴回转中心一致,以实现被加工表面的有效加工。
现有的四爪夹盘的调心原理不同于三爪夹盘,三爪夹盘夹紧工件时,其三个夹爪同时向轴线移动,属于定心夹紧机构,使用非常方便,但对于被夹紧表面复杂、非回转面、表面质量较差等情况,三爪夹盘难以实现有效夹紧定位,这时需要四爪调心定位;四爪夹盘调心时,需要对四个夹爪分别进行调节,这时需要用千分表或百分表等辅助测量才能调节好,有经验的师傅可以很快调节好偏心,经验不足的人可能会导致偏心越调越大;对于较长的空心工件加工,需要在工件前、后各设置一套四爪夹盘,导致工件调心越来越复杂,调心难度越来越大,因此工程实际中迫切需要一种能够代替手工操作的四爪自动调心装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心装置,解决了现有四爪夹盘没有专用的调节设备,手工调心难度大,调节精度差的问题。
本发明的另一目的是提供一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,解决了现有四爪夹盘调心过度依赖操作者经验、调心效率低的问题。
本发明采用的技术方案是,一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心装置,包括四爪夹盘套筒,在四爪夹盘套筒前后端沿径向分别安装有四个前夹爪和四个后夹爪,四个前夹爪沿圆周均匀分布,四个后夹爪同样沿圆周均匀分布,所有的前夹爪和后夹爪的结构一致,并且前后夹爪之间对应连线与四爪夹盘套筒的回转轴线平行;在四爪夹盘套筒前后端外侧分别设置有两个调节组件,总共四个调节组件,每两个调节组件一一水平相对对称设置;还包括测量架,测量时测量架伸进工件内腔中,测量架后端与电机一驱动连接,测量架前端间隔安装有两个位移传感器。
本发明采用的另一技术方案是,一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,利用上述的四爪自动调心装置,按照以下步骤实施:
步骤1、固定工件,将工件放入四爪夹盘套筒中,通过四爪夹盘套筒的前、后夹爪固定好工件;
步骤2、启动位移传感器,将测量架伸进工件的内部,使得位移传感器D1、位移传感器D2分别与前夹爪位置A、后夹爪位置B对应,位移传感器与四爪夹盘套筒的回转中心的偏移量为P0;
步骤3、测量与绘制工件内圆曲线,操纵驱动电机带动四爪夹盘套筒及工件旋转,以X轴为参考位置开始记录旋转角度信息θi及通过位移传感器D1、位移传感器D2采集的位移信息Qi,根据所采集到的位移和角度信息绘制工件内圆曲线图,该工件内圆曲线图的坐标如下:
步骤5、按照逻辑顺序拧紧和放松各个夹爪;
步骤6、重新利用两个位移传感器检测工件的偏心量是否满足要求,若不满足要求,重复上述步骤2-步骤5;
步骤7、如果工件满足偏心要求后,再通过调节组件W1、调节组件W2、调节组件W3、调节组件W4将所有夹爪拧紧到预定值,使工件装夹牢靠,即成。
本发明的有益效果是,通过在前、后两个四爪夹盘两侧对称位置各设置一套调节组件,基于位移传感器测得工件偏心量,并通过数学模型换算出各夹爪的调整量,然后根据自动调节策略,按照一定顺序调节各夹爪位置,从而快速实现工件调心,大大减轻了四爪夹盘对人工经验的过度依赖,不仅提高了操作效率,而且大大减轻工人的劳动强度;本发明的夹爪采用夹爪套凸台直接作用在夹盘上,保证了夹爪不会松脱,提高了四爪夹盘的可靠性;通过莫氏锥结合实现了夹爪的快速拧紧或松开,使四爪夹盘的自动化调心更简单、更有效。
附图说明
图1是本发明装置的总体布局示意图;
图2是本发明装置中的单个夹爪的结构示意图;
图3是本发明装置中的调节组件的结构示意图;
图4是本发明装置中的另一种莫氏锥结合的脱离结构示意图;
图5是本发明方法采用的工件偏心测量示意图;
图6是本发明方法采用的工件偏心量计算示意图。
图中,1.工件,2.四爪夹盘套筒,3.挡销,4.夹爪套,5.顶头,6.紧固螺母,7.向心轴承,8.推力轴承,9.转轴,10.端盖,11.轴承,12.固定套,13.拧紧轴,14.减速器,15.支架,16.滑座,17.导轨块,18.导轨条,19.伺服电机,20.底板,21.缸体,22.底座,23.活塞挡块,24.驱动电机,25.测量架,26.支座,27.通孔一,28.通孔二,29.透气孔,30.电机一,31.电机二;
另外,四个前夹爪分别表示为A1、A2、A3、A4,四个后夹爪分别表示为B1、B2、B3、B4,四个调节组件分别表示为W1、W2、W3、W4,两个位移传感器分别表示为D1、D2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参照图1,本发明装置的整体结构是,包括四爪夹盘套筒2,在四爪夹盘套筒2中安置有待加工的工件1,在四爪夹盘套筒2前后端沿径向分别安装有四个前夹爪(即前夹爪A1、前夹爪A2、前夹爪A3、前夹爪A4)和四个后夹爪(即后夹爪B1、后夹爪B2、后夹爪B3、后夹爪B4),四个前夹爪沿圆周均匀分布,四个后夹爪同样沿圆周均匀分布,所有的前夹爪和后夹爪的结构一致,并且前后夹爪之间对应连线与四爪夹盘套筒2的回转轴线平行;在四爪夹盘套筒2前后端外侧分别设置有两个调节组件,总共四个调节组件(即调节组件W1、调节组件W2、调节组件W3、调节组件W4),每两个调节组件一一水平相对对称设置;还包括测量架25,测量时测量架25伸进工件1内腔中,测量架25后端与电机一30驱动连接,测量架25后端在电机一30带动下通过导轨丝杠实现水平横向调整运动,在电机二31带动下通过导轨丝杠实现水平纵向调整运动,测量架25前端间隔安装有两个位移传感器(即位移传感器D1、位移传感器D2)。
参照图2,每一个前夹爪或后夹爪的结构是,包括作为安装主体的夹爪套4,夹爪套4的外圆周设置有螺纹台阶面,螺纹台阶面上套装有紧固螺母6,夹爪套4的螺纹台阶面从内向外穿出四爪夹盘套筒2并且通过紧固螺母6固定在四爪夹盘套筒2上;夹爪套4内腔中通过向心轴承7和推力轴承8定位支撑安装有转轴9,转轴9的内端(即朝向工件1的方向)通过螺纹与顶头5套装连接,夹爪套4圆周开有径向销孔,该径向销孔中安装有挡销3,挡销3的内端头伸进顶头5外圆上的轴向限位槽中;转轴9外端头形状为莫氏锥。
夹爪套4通过紧固螺母6固定在四爪夹盘套筒2上,顶头5与转轴9通过螺纹传动连接,转轴9通过向心轴承7和推力轴承8定位在夹爪套4中,挡销3用于限制顶头5的径向转动,转轴9只能通过螺纹传动使顶头5在夹爪套4内轴向移动,从而实现对工件1的夹紧和放松。前夹爪及后夹爪的结构设置,使得所受夹紧力通过推力轴承8和夹爪套4内段凸台直接作用在四爪夹盘套筒2上,可以承受较大作用力,工作可靠性高。
参照图3,每个调节组件的结构是,包括安装在底座22上的底板20,底板20上安装有导轨条18,导轨条18的外端上表面安装有缸体21,导轨条18上通过两组导轨块17支撑有滑座16,滑座16上固定安装有支架15和支座26;支架15上固定安装有伺服电机19,支座26的孔洞中套装有轴承11,轴承11内端面设置有端盖10,轴承11中套装有拧紧轴13,拧紧轴13为空心轴,拧紧轴13的内端头为莫氏锥孔,拧紧轴13外段套装有固定套12,拧紧轴13外端通过减速器14(或联轴器)与伺服电机19驱动连接;固定套12径向设置有通入压缩空气的通孔一27,拧紧轴13沿径向设置有若干通孔二28,保证任何时候至少有一个通孔二28与通孔一27相通。
需要拧紧顶头5时,缸体21活塞杆伸出推动滑座16朝向工件1的方向移动,通过支座26带动拧紧轴13向工件1方向移动,使拧紧轴13内端头的莫氏锥孔与转轴9外端头的莫氏锥相结合;然后,伺服电机19通过减速器14带动拧紧轴13旋转,再通过莫氏锥的结合,带动转轴9旋转,实现顶头5朝向工件1方向的移动,完成顶头5对工件1的夹紧。
拧紧结束需要放松时,缸体21活塞杆缩回,由于莫氏锥结合方式具有一定的自锁功能,为了使之快速脱开,拧紧轴13内部设置为空心,并在其外端沿圆周方向设置了若干通孔二28,通过固定套12外侧设置的通孔一27,将压缩空气通过通孔一27和通孔二28输入拧紧轴13的内孔中,进而在转轴9外端面形成作用力,使拧紧轴13与转轴9之间的莫氏锥结合能够迅速分离。
伺服电机19通过其内部编码器实现旋转角度控制,进而准确控制转轴9的旋转角度和顶头5的前后准确移动量。
缸体21选用气缸或液压缸。
参照图4,为了实现转轴9与拧紧轴13之间的莫氏锥结合能够迅速脱离,本发明的另一种实施例结构是,在拧紧轴13的莫氏锥孔沿径向开有透气孔29,在拧紧轴13内端的莫氏锥孔内段设置有一个活塞挡块23,利用拧紧轴13外端通孔一27及通孔二28输入的气压或液压,通过顶压活塞挡块23转换成作用力,向工件1的方向前进,活塞挡块23内端面直接顶压转轴9外端头,从而实现转轴9与拧紧轴13的莫氏锥结合的快速、有效脱离;由于在拧紧轴13内端位置设置了透气孔29,在通孔一27及通孔二28输入气压或液压时能够迅速实现排气,使活塞挡块23快速、有效接触转轴9。
参照图5,为工件1的偏心测量示意图,两个位移传感器D1、D2分别固定在测量架25上,并分别与四爪夹盘套筒2的前夹爪位置A处和后夹爪位置B处相对应,当四爪夹盘套筒2带动工件1旋转时,两个位移传感器D1、D2分别测量出所在夹爪位置的工件1的偏心量,从而为偏心调节提供依据。
参照图6,为工件1在前夹爪位置A处的偏心量计算示意图,O为四爪夹盘套筒2的回转中心,O1为工件1内孔轴线位置,以四爪夹盘套筒2的回转中心O为原点建立直角坐标系XOY,A1A4作为X轴,A2A3作为Y轴;由于位移传感器偏离四爪夹盘套筒2的回转中心O的位置和方位是已知的,根据位移传感器所测得的位移数据,即可绘制出图6所示的工件内圆轮廓图,经过数学回归处理,计算出工件内圆中心的偏心距r及其与X轴的偏心角度为了使工件1的内孔回转O1与四爪夹盘套筒2的回转中心O重合,经数学计算能够得到结果是:沿X左移沿Y下移即可实现工件1的内孔回转O1与四爪夹盘套筒2的回转中心O重合,这样就确定出了各夹爪的调整方向及其调整量。
同理,以四爪夹盘套筒2的回转中心O为原点建立直角坐标系,B1B4作为X轴,B2B3作为Y轴,同样绘制出后夹爪B处的工件内圆曲线图,进而确定出其偏心量。
本发明的偏心调整方法,基于上述的装置整体布局、偏心量测量及调整量计算原理,按照以下步骤具体实施:
步骤1、固定工件1,将工件1放入四爪夹盘套筒2中,通过四爪夹盘套筒2的前、后夹爪固定好工件1;
步骤2、启动位移传感器,将测量架25伸进工件1的内部,使得位移传感器D1、D2分别与前夹爪位置A、后夹爪位置B对应,位移传感器与四爪夹盘套筒2的回转中心的偏移量为P0;
步骤3、测量与绘制工件内圆曲线,操纵驱动电机24带动四爪夹盘套筒2及工件1旋转,以X轴为参考位置开始记录旋转角度信息θi及通过位移传感器D1、D2采集的位移信息Qi,根据所采集到的位移和角度信息绘制工件内圆曲线图,该工件内圆曲线图的坐标如下:
步骤5、按照逻辑顺序拧紧和放松各个夹爪,
由于只有位于水平方向的夹爪才能够实现夹爪的拧紧或放松,以图6和图1为例,按照如下逻辑顺序进行偏心调节:
5.1)将工件1逆时针旋转90°,使前夹爪A3、后夹爪B3位于水平左侧位置,分别与调节组件W4、调节组件W3对应;
5.2)通过调节组件W4、调节组件W3使前夹爪A3、后夹爪B3放松,然后,将工件1顺时针旋转90°,使前夹爪A1、前夹爪A4、后夹爪B1、后夹爪B4位于水平位置,并分别与调节组件W4、调节组件W1、调节组件W3、调节组件W2对应;
5.3)根据计算出的工件1在X向的偏心量转换成的夹爪位移量,使调节组件W4、调节组件W3分别对前夹爪A1、后夹爪B1进行相应的放松操作,然后调节组件W1、调节组件W2分别对前夹爪A4、后夹爪B4进行相应的拧紧操作,达到初拧紧值(取值范围为8-10公斤)即可,以实现X方向的偏心调整;
5.4)将工件1继续顺时针旋转90°,使前夹爪A2、前夹爪A3、后夹爪B2、后夹爪B3位于水平位置,并分别与调节组件W4、调节组件W1、调节组件W3、调节组件W2对应;
5.5)根据计算出的工件1在Y向偏心量转换成的夹爪位移量,使调节组件W4、调节组件W3分别对前夹爪A2、后夹爪B2进行相应的放松操作,然后使调节组件W1、调节组件W2分别对前夹爪A3、后夹爪B3进行相应的拧紧操作,达到初拧紧值即可,以实现Y方向的偏心调整;
步骤6、重新利用两个位移传感器检测工件1的偏心量是否满足要求,若不满足要求,重复上述步骤2-步骤5;
步骤7、如果工件1满足偏心要求后,再通过调节组件W1、调节组件W2、调节组件W3、调节组件W4将所有夹爪拧紧到预定值(取值范围为40-70公斤),使工件装夹牢靠,即成。
Claims (7)
1.一种基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,利用一种四爪自动调心装置,其特征在于,按照以下步骤实施:
步骤1、固定工件(1),将工件(1)放入四爪夹盘套筒(2)中,通过四爪夹盘套筒(2)的前、后夹爪固定好工件(1);
步骤2、启动位移传感器,将测量架(25)伸进工件(1)的内部,使得位移传感器D1、位移传感器D2分别与前夹爪位置A、后夹爪位置B对应,位移传感器与四爪夹盘套筒(2)的回转中心的偏移量为P0;
步骤3、测量与绘制工件内圆曲线,操纵驱动电机(24)带动四爪夹盘套筒(2)及工件(1)旋转,以X轴为参考位置开始记录旋转角度信息θi及通过位移传感器D1、位移传感器D2采集的位移信息Qi,根据所采集到的位移和角度信息绘制工件内圆曲线图,该工件内圆曲线图的坐标如下:
步骤5、按照逻辑顺序拧紧和放松各个夹爪;
步骤6、重新利用两个位移传感器检测工件(1)的偏心量是否满足要求,若不满足要求,重复上述步骤2-步骤5;
步骤7、如果工件(1)满足偏心要求后,再通过调节组件W1、调节组件W2、调节组件W3、调节组件W4将所有夹爪拧紧到预定值,使工件装夹牢靠,即成。
2.根据权利要求1所述的基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,其特征在于:所述的四爪自动调心装置的结构是,包括四爪夹盘套筒(2),在四爪夹盘套筒(2)前后端沿径向分别安装有四个前夹爪和四个后夹爪,四个前夹爪沿圆周均匀分布,四个后夹爪同样沿圆周均匀分布,所有的前夹爪和后夹爪的结构一致,并且前后夹爪之间对应连线与四爪夹盘套筒(2)的回转轴线平行;在四爪夹盘套筒(2)前后端外侧分别设置有两个调节组件,总共四个调节组件,每两个调节组件一一水平相对对称设置;还包括测量架(25),测量时测量架(25)伸进工件(1)内腔中,测量架(25)后端与电机一(30)驱动连接,测量架(25)前端间隔安装有两个位移传感器。
3.根据权利要求2所述的基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,其特征在于:所述的前夹爪或后夹爪的结构是,包括作为安装主体的夹爪套(4),夹爪套(4)的外圆周设置有螺纹台阶面,螺纹台阶面上套装有紧固螺母(6),夹爪套(4)的螺纹台阶面从内向外穿出四爪夹盘套筒(2)并且通过紧固螺母(6)固定在四爪夹盘套筒(2)上;夹爪套(4)内腔中通过向心轴承(7)和推力轴承(8)定位支撑安装有转轴(9),转轴(9)的内端通过螺纹与顶头(5)套装连接,夹爪套(4)圆周开有径向销孔,该径向销孔中安装有挡销(3),挡销(3)的内端头伸进顶头(5)外圆上的轴向限位槽中;转轴(9)外端头形状为莫氏锥。
4.根据权利要求2所述的基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,其特征在于:所述的调节组件的结构是,包括安装在底座(22)上的底板(20),底板(20)上安装有导轨条(18),导轨条(18)的外端上表面安装有缸体(21),导轨条(18)上通过两组导轨块(17)支撑有滑座(16),滑座(16)上固定安装有支架(15)和支座(26);支架(15)上固定安装有伺服电机(19),支座(26)的孔洞中套装有轴承(11),轴承(11)内端面设置有端盖(10),轴承(11)中套装有拧紧轴(13),拧紧轴(13)为空心轴,拧紧轴(13)的内端头为莫氏锥孔,拧紧轴(13)外段套装有固定套(12),拧紧轴(13)外端通过减速器(14)与伺服电机(19)驱动连接;固定套(12)径向设置有通入压缩空气的通孔一(27)。
5.根据权利要求4所述的基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,其特征在于:所述的拧紧轴(13)沿径向设置有若干通孔二(28)。
6.根据权利要求4所述的基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,其特征在于:所述的拧紧轴(13)的莫氏锥孔沿径向开有透气孔(29),在拧紧轴(13)内端的莫氏锥孔内段设置有一个活塞挡块(23)。
7.根据权利要求1所述的基于莫氏锥结合的四爪自动调心方法,其特征在于,所述的步骤5的具体过程是,由于只有位于水平方向的夹爪才能够实现夹爪的拧紧或放松,按照如下逻辑顺序进行偏心调节:
5.1)将工件(1)逆时针旋转90°,使前夹爪A3、后夹爪B3位于水平左侧位置,分别与调节组件W4、调节组件W3对应;
5.2)通过调节组件W4、调节组件W3使前夹爪A3、后夹爪B3放松,然后,将工件(1)顺时针旋转90°,使前夹爪A1、前夹爪A4、后夹爪B1、后夹爪B4位于水平位置,并分别与调节组件W4、调节组件W1、调节组件W3、调节组件W2对应;
5.3)根据计算出的工件(1)在X向的偏心量转换成的夹爪位移量,使调节组件W4、调节组件W3分别对前夹爪A1、后夹爪B1进行相应的放松操作,然后调节组件W1、调节组件W2分别对前夹爪A4、后夹爪B4进行相应的拧紧操作,达到初拧紧值即可,以实现X方向的偏心调整;
5.4)将工件(1)继续顺时针旋转90°,使前夹爪A2、前夹爪A3、后夹爪B2、后夹爪B3位于水平位置,并分别与调节组件W4、调节组件W1、调节组件W3、调节组件W2对应;
5.5)根据计算出的工件(1)在Y向偏心量转换成的夹爪位移量,使调节组件W4、调节组件W3分别对前夹爪A2、后夹爪B2进行相应的放松操作,然后使调节组件W1、调节组件W2分别对前夹爪A3、后夹爪B3进行相应的拧紧操作,达到初拧紧值即可,以实现Y方向的偏心调整。
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