CN114932444A - 一种轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，属于机加工技术领域，主要用于弱刚度轴，即细长轴的车削加工时实现工件的定位、夹紧和进给。所述轴类零件机加工的自定心进给装置，设置于机架上，包括正反丝杆、设置在正反丝杆上的夹持工件的夹具、驱动夹具做相对运动或背离运动从而夹紧或松开工件的驱动电机、驱动夹具输送工件的进给机构，还设有保持工件夹紧的逆止装置。本发明采用正反丝杆和V形滑轮对工件进行夹紧，可实现工件装夹自动定心，通过进给电机驱动滑轮转动，滑轮摩擦力带动工件移动实现工件的进给，进给过程中，自定心进给装置不产生位移，因此等直径轴类工件的加工长度不受限制。
Description
技术领域
本发明涉及机加工技术领域，具体涉及一种用于弱刚度轴加工时，工件的自定心夹紧进给装置。
背景技术
在机械零件加工中，轴类零件加工占了很大的比例，目前在轴类零件加工方面有很多人在研究，并且也取得了一定的成果。例如：刘刚和孙平波[1]为解决加工复杂、耗时较长的轴类零件输送问题，研究出的一种轴类零件输送排料机构，实现了操作简单、工作量大时依旧可以保证轴类零件规则排列、加快了运输效率、降低了生产成本，但是该研究没有从夹紧时考虑如何进行输送。陈代鑫和马思亮等[2]为解决细长轴的加工问题研究出的一种细长轴零件车削夹具，通过把传统的一夹一顶的回转车削加工转化为一夹一拉的方式，以消除零件的装夹变形，改善细长轴的弯曲变形，但是该研究没有设计出如何实现一夹一拉的具体装置。高峰和周丽敏等[3]研究出一种轴类零件快速装夹夹具，下夹块固定在底座上表面，下夹块两侧分别有立柱固连在底座上表面,并穿过夹紧臂上的通孔，夹紧臂与手柄通过销轴连接，且与上夹块固连，立柱与手柄相对一侧分别具有齿形卡槽，并可在手柄扳至与立柱平行位置时互相啮合；当上夹块与工件接触并夹紧后，扳动把手至与立柱平行的位置,使手柄上的齿形卡槽与立柱上的齿形卡槽互相啮合形成自锁，从而保证夹紧可靠，能快速稳定地夹持轴类零件,并且装夹可靠、方便；但是该研究没有考虑细长轴承受径向力大，夹紧力就算再稳定加工出的轴依旧有精度问题。侯超异[4]就加工工件采用相应的专用夹具设计研究，采用V形块定位，针对性研究缩短工作的时间，提高加工的效率，保证加工成品的完整性；但是该研究只是从定位方面分析，没有从夹紧和输送方面思考。郝静等[6]针对普通车床加工轴类零件的端面和中心孔时存在着生产效率低、尺寸同一性差、工人技术水平要求高等问题,对夹具等系统进行了改良，用PLC控制两台步进电机驱动工件实现自动进给，以提高加工精度；但是该研究是从传统的机床设计系统，无法将系统套用到新型机床。卢启兵[7]等针对传统机械加工行业自动化程度低、效率低、成本高的缺点，设计了一种用于夹紧轴件的末端执行器，计算了锁模力和启闭速度；作为主要部件，太阳齿轮采用有限元法进行分析，该设计结构紧凑，传动效率高，维护方便，但是成本较大，普及率不高。
发明内容
为解决上述问题，以及配合新型机床轴不转动、刀具转动、工件直线拉紧移动的加工方式，本发明提出一种具有自定心、夹紧和输送功能的加工轴类零件的进给装置，该装置在加工过程拉紧细长轴工件，使工件轴线保持直线状态。在加工较长工件时，本发明的进给方式能实现一次性加工，无需分段，节省时间、提高效率，避免多次装夹带来的误差，提高加工精度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，设置于机架上，其特征在于：包括正反丝杆、设置于正反丝杆两端的底座和顶盖、设置在丝杆不同螺纹段的上移动板和下移动板、驱动上移动板和下移动板做相对运动或背离运动的驱动电机，上移动板和下移动板之间设有夹持工件的夹具，以及驱动夹具输送工件的进给机构。
进一步地，所述夹具为分别设置在上移动板和下移动板上的上滑轮和下滑轮，上滑轮和下滑轮呈V字形。
进一步地，所述上滑轮和下滑轮为橡胶材质。
进一步地，所述工件进给机构包括设置在下移动板上的进给电机，进给电机带动下滑轮转动，通过夹具夹紧工件的摩擦力，实现工件的轴向进给。
进一步地，所述驱动电机设于顶盖上，电机与驱动主轴通过弹性联轴器连接，驱动主轴上设有逆止装置。
进一步地，所述逆止装置包括设置在主轴上的棘轮和设置在顶盖上的弹性插锁。
进一步地，所述主轴上设有主动齿轮，正反丝杆的上段设有与主动齿轮啮合的从动齿轮。
进一步地，所述上移动板和下移动板通过螺纹法兰与正反丝杆连接；所述正反丝杠顶端和底端通过轴承分别与顶盖和底座连接；所述正反丝杆数量为三根。
进一步地，所述机床上设有直线轨道，自定心进给装置的底座滑动连接于轨道上，并通过伺服电机驱动自定心进给装置整体在轨道上移动。
进一步地，所述自定心进给装置的底座上设有磁力座。
本发明具有如下有益效果：
1、采用正反丝杆和V形滑轮对工件进行夹紧，调校自定心进给装置夹持中心点与工件轴线在一条直线，可实现工件装夹自动定心。轴类工件的尺寸发生变化时，依然能自定心装夹。
2、夹具采用V形滑轮结构，夹具夹紧工件后，通过进给电机驱动滑轮转动，滑轮摩擦力带动工件移动，从而实现工件的进给。进给过程中，自定心进给装置不产生位移，因此等直径轴类工件的加工长度不受限制。
3、V形滑轮采用TPR材料，TPR材料是是热塑性橡胶材料，具有弹性，夹紧和输送过程不伤工件。
4、主轴设置逆止装置，在工件的夹紧过程中，弹性插锁被转动的棘轮顶起，完成装夹后，弹性插锁顶住棘轮齿槽，避免因负载导致正反丝杆发生转动，保持夹具对工件的夹紧力。
5、进给动力为电机，可设置电机扭矩，在加工过程时，装夹位置从工件毛坯过渡到已加工位置时，工件直径变小，导致夹紧力变小，电机检测此时扭矩发生变化，进而继续转动使得夹具夹紧工件，保持电机的设定扭矩，实现工件小范围直径变动的智能装夹。
6、自定心进给装置整体通过底座滑动连接在轨道上，底座上设有磁力座，在加工等直径轴类零件时，磁力座开启，自定心进给装置通过磁力吸附固定在机床上。当加工阶梯轴时，工件直径变化较大，则磁力座关闭，变换段由伺服电机驱动自定心进给装置移动。
7、自定心进给装置采用拉夹的方式，保证轴加工时的刚度。
附图说明
图1是本发明立体结构示意图；
图2是本发明另一方向立体结构示意图；
图3是本发明逆止装置结构示意图；
图4是本发明进给机构部分结构示意图。
图中：1-正反丝杆，2-底座，3-顶盖，4-上移动板，5-下移动板，6-驱动电机，601-电机支座，7-夹具，701-上滑轮，702-下滑轮，8-进给机构，801-进给电机，802-小齿轮，803-大齿轮，804-齿轮轴座，9-弹性联轴器，10-主轴，11-逆止装置，1101-棘轮，1102-弹性插锁，1103-插锁导向座，1104-锁块，1105锁销，1106-锁座，1107-弹簧，12-主动齿轮，13-从动齿轮，14-螺纹法兰，16-轴承，17-工件。
具体实施方式
下面将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做出创造性劳动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。
实施例1
参照图1-4，一种轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，设置于机架上，位于机床的右边，自定心进给装置包括正反丝杆1，正反丝杆1两端分别是底座2和顶盖3，底座1用于支承整个自定心进给装置，顶盖3上设置驱动电机6，驱动电机6驱动主轴10旋转，主轴10上设置主动齿轮12，正反丝杆1的轴肩上固定设置从动齿轮13，主轴10转动，通过齿轮传动带动正反丝杆1旋转。上移动板4和下移动板5通过螺纹法兰14与正反丝杆1连接，正反丝杆1转动时，设置在正反丝杆1不同螺纹段的上移动板4和下移动板5将旋转运动转换为上下移动，从而上移动板4和下移动板5做相对运动或背离运动。正反丝杠1顶端和底端通过轴承16分别与顶盖3和底座2连接，正反丝杆1转动时，顶盖3和底座2保持固定。上移动板4和下移动板5之间设有夹持工件的夹具7，夹具7包括固定在上移动板4的上滑轮701，以及固定在下移动板5的下滑轮702，上滑轮701和下滑轮702呈V字形，上下滑轮相对运动时，开口相对，将工件夹紧。上滑轮701和下滑轮702为橡胶材质，橡胶是柔性材质，夹紧时不伤工件，还具有减震作用。
下移动板5上设置驱动夹具7输送工件的进给机构8，进给机构8包括设置在下移动板5上的进给电机801，进给电机801带动下滑轮702转动，橡胶材质的夹具7具有较大摩擦力，下滑轮702转动时，带动工件17实现轴向进给。
上移动板4为一块整体，与三根正反丝杆1同时啮合；下移动板5跟其中2根正反丝杆啮合；另一根正反丝杆上设置与其啮合的齿轮轴座804，进给电机801固定在下移动板5，进给电机801主轴穿过齿轮轴座804，齿轮轴座804支承电机主轴，保持整体结构的稳定。进给电机801主轴连接有同步传动的小齿轮802，大齿轮803的轴穿过下移动板5和齿轮轴座804，下滑轮702和大齿轮803同轴，小齿轮802带动大齿轮803转动，从而带动下滑轮702转动，实现工件进给。丝杆总共有3根，三点构成面，通过蜗轮蜗杆结构连接在三根丝杆上的上移动板4和下移动板5更稳定，不容易产生倾斜或振动。
驱动电机6通过电机支座601设于顶盖3上，电机与主轴10通过弹性联轴器9连接，对于这种直线传动模组，弹性联轴器9可降低同轴度要求。
主轴10上设有逆止装置11，由于电机的工作以及轴类零件在加工时会产生振动，并且丝杆不具备自锁性，一旦受到的力比较大，就会产生移动，所以不能仅仅依靠丝杆本身和电机的制动，本发明在主轴10设置了逆止装置11实现自锁。逆止装置11包括设置在主轴10上的棘轮1101和设置在顶盖上的弹性插锁1102，弹性插锁1102包括固定在顶盖3的插锁导向座1103和锁座1106，锁块1104穿过插锁导向座1103抵接在棘轮1101齿槽内，锁销1105穿过锁座1106与锁块1104连接，锁销1105外套装有弹簧1107。需要解锁时拉动锁销1105，使得锁块1104与棘轮1101齿槽分离即可。
所述机床上设有直线轨道，自定心进给装置的底座滑动连接于轨道上，并通过伺服电机驱动自定心进给装置整体在轨道上移动。
所述自定心进给装置的底座上设有磁力座。
实施例2
如附图1-4，在实施例1的基础上，一种轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，设置于机架上，位于机床的右边，自定心进给装置包括正反丝杆1，正反丝杆1两端分别是底座2和顶盖3，底座1用于支承整个自定心进给装置，顶盖3上设置驱动电机6，驱动电机6驱动主轴10旋转，主轴10上设置主动齿轮12，正反丝杆1的轴肩上固定设置从动齿轮13，主轴10转动，通过齿轮传动带动正反丝杆1旋转。上移动板4和下移动板5通过螺纹法兰14与正反丝杆1连接，正反丝杆1转动时，设置在正反丝杆1不同螺纹段的上移动板4和下移动板5将旋转运动转换为上下移动，从而上移动板4和下移动板5做相对运动或背离运动。正反丝杠1顶端和底端通过轴承16分别与顶盖3和底座2连接，正反丝杆1转动时，顶盖3和底座2保持固定。上移动板4和下移动板5之间设有夹持工件的夹具7，夹具7包括固定在上移动板4的上滑轮701，以及固定在下移动板5的下滑轮702，上滑轮701和下滑轮702呈V字形，上下滑轮相对运动时，开口相对，将工件夹紧。上滑轮701和下滑轮702为橡胶材质，橡胶是柔性材质，夹紧时不伤工件，还具有减震作用。
下移动板5上设置驱动夹具7输送工件的进给机构8，进给机构8包括设置在下移动板5上的进给电机801，进给电机801带动下滑轮702转动，橡胶材质的夹具7具有较大摩擦力，下滑轮702转动时，带动工件17实现轴向进给。
上移动板4为一块整体，与三根正反丝杆1同时啮合；下移动板5跟其中2根正反丝杆啮合；另一根正反丝杆上设置与其啮合的齿轮轴座804，进给电机801固定在下移动板5，进给电机801主轴穿过齿轮轴座804，齿轮轴座804支承电机主轴，保持整体结构的稳定。进给电机801主轴连接有同步传动的小齿轮802，大齿轮803的轴穿过下移动板5和齿轮轴座804，下滑轮702和大齿轮803同轴，小齿轮802带动大齿轮803转动，从而带动下滑轮702转动，实现工件进给。丝杆总共有3根，三点构成面，通过蜗轮蜗杆结构连接在三根丝杆上的上移动板4和下移动板5更稳定，不容易产生倾斜或振动。
驱动电机6通过电机支座601设于顶盖3上，电机与主轴10通过弹性联轴器9连接，对于这种直线传动模组，弹性联轴器9可降低同轴度要求。
主轴10上设有逆止装置11，由于电机的工作以及轴类零件在加工时会产生振动，并且丝杆不具备自锁性，一旦受到的力比较大，就会产生移动，所以不能仅仅依靠丝杆本身和电机的制动，本发明在主轴10设置了逆止装置11实现自锁。逆止装置11包括设置在主轴10上的棘轮1101和设置在顶盖上的弹性插锁1102，弹性插锁1102包括固定在顶盖3的插锁导向座1103和锁座1106，锁块1104穿过插锁导向座1103抵接在棘轮1101齿槽内，锁销1105穿过锁座1106与锁块1104连接，锁销1105外套装有弹簧1107。需要解锁时拉动锁销1105，使得锁块1104与棘轮1101齿槽分离即可。
本实施例还在机床上设置了直线轨道，直线轨道的方向与工件轴向一致。由于文字可以清楚描述，因此附图中未体现。自定心进给装置的底座2设置滑块滑动连接于轨道上，轨道末端设置伺服电机，底座上设置螺纹孔，丝杠穿过螺纹孔与底座螺纹连接，伺服电机转动驱动丝杠转动，从而底座在轨道上滑动。如此，本发明提供的装置可加工阶梯轴，不需要再次装夹和设计行程。并且，底座2上还设置磁力座，不需要用到轨道的时候，磁力座落锁，自定心进给装置整体不会发生移动。需要加工阶梯轴时，磁力座解锁，按照设定程序加工即可。
实施例3
在实施例2的基础上，自定心夹紧进给装置靠近切削机构的一侧，还设置自定心工件支承装置，自定心进给机构在拉动工件时，自定心工件支承装置能保持工件的同心度，尤其是自定心进给装置拉动工件行程较长时，自定心工件支承装置的作用尤为重要。自定心工件支承装置也设置在轨道上，并且也设置磁力座，不需要使用时固定在轨道上，需要使用时解锁跟随移动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，设置于机架上，其特征在于：包括正反丝杆、设置于正反丝杆两端的底座和顶盖、设置在丝杆不同螺纹段的上移动板和下移动板、驱动上移动板和下移动板做相对运动或背离运动的驱动电机，上移动板和下移动板之间设有夹持工件的夹具，以及驱动夹具输送工件的进给机构。
2.根据权利要求1所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述夹具为分别设置在上移动板和下移动板上的上滑轮和下滑轮，上滑轮和下滑轮呈V字形。
3.根据权利要求2所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述上滑轮和下滑轮为橡胶材质。
4.根据权利要求2所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述工件进给机构包括设置在下移动板上的进给电机，进给电机带动下滑轮转动，通过夹具夹紧工件的摩擦力，实现工件的轴向进给。
5.根据权利要求1所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述驱动电机设于顶盖上，电机与驱动主轴通过弹性联轴器连接，驱动主轴上设有逆止装置。
6.根据权利要求5所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述逆止装置包括设置在主轴上的棘轮和设置在顶盖上的弹性插锁。
7.根据权利要求6所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述主轴上设有主动齿轮，正反丝杆的上段设有与主动齿轮啮合的从动齿轮。
8.根据权利要求2所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述上移动板和下移动板通过螺纹法兰与正反丝杆连接；所述正反丝杠顶端和底端通过轴承分别与顶盖和底座连接；所述正反丝杆数量为三根。
9.根据权利要求4所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述机床上设有直线轨道，自定心进给装置的底座滑动连接于轨道上，并通过伺服电机驱动自定心进给装置整体在轨道上移动。
10.根据权利要求9所述的轴类零件机加工的自定心夹紧进给装置，其特征在于：所述自定心进给装置的底座上设有磁力座。
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2022
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