CN116890245B - 高速五轴数控机床用薄管夹持装置及其数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高速五轴数控机床用薄管夹持装置及其数控机床，包括用于管材内部支撑的扩张机构以及用于管材底部支撑的托举机构，扩张机构包括用于管材端部内壁夹持的扩张卡盘，扩张卡盘腔体内壁驱动设置有延伸杆，延伸杆端部设置有用于切割处保护的防护组件，托举机构包括相对设置的两组滑动轨道，两组滑动轨道上滑动设置有若干组托举组件，托举组件与滑动轨道之间通过锁紧扳手相配合，本发明能够有效改变夹持力适配不同厚度的薄壁管材，并且可以对薄壁管材切割过程中的切割处进行防护，避免切割完成陡然脱离的瞬间可能造成的坡口。

Description

高速五轴数控机床用薄管夹持装置及其数控机床

技术领域

本发明属于数控机床设备技术领域，尤其涉及高速五轴数控机床用薄管夹持装置及其数控机床。

背景技术

高速五轴数控机床是一种先进的数控机床，其主要特点是具备了五轴联动的加工能力，能够在一个工件夹持的情况下同时实现多个方向的加工，提高了加工效率和加工精度。在高速五轴数控机床的加工过程中，薄管夹持装置起到了重要的作用，能够有效地固定工件，保证加工质量和稳定性。

薄管夹持装置是一种专门为高速五轴数控机床设计的夹持装置，其主要由夹具和夹持力控制系统等组成，其中申请号201710330914.8公开了一种夹持薄壁套类零件的工装，其主要解决了：“减少夹具对薄壁套类产品变形的影响，提高产品的加工精度，降低对机床的相对精度要求，从而也降低了产品加工的成本”的问题，但是在长期使用过程中，在对薄管夹持装置设计中，衍生出了如下新的问题：1. 夹持力的控制，仅通过扩张板顶紧薄壁管材内壁，很难控制夹持力的大小，容易因夹持力导致工件变形或损坏，2.在薄壁管材的加工过程中，特别是切割完成陡然脱离的瞬间，当缺少一定承托防护时可能造成切割处出现坡口，为了优化薄壁管材夹持装置，从业者设计了高速五轴数控机床用薄管夹持装置及其数控机床。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有薄管夹持装置难以有效改变夹持力适配不同厚度的薄壁管材以及无法对薄壁管材切割处进行防护的问题而提供高速五轴数控机床用薄管夹持装置及其数控机床。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：高速五轴数控机床用薄管夹持装置，包括用于管材内部支撑的扩张机构以及用于管材底部支撑的托举机构；

所述扩张机构包括用于管材端部内壁夹持的扩张卡盘，所述扩张卡盘腔体内壁驱动设置有延伸杆，所述延伸杆端部设置有用于切割处保护的防护组件；

所述托举机构包括相对设置的两组滑动轨道，两组所述滑动轨道上滑动设置有若干组托举组件，所述托举组件与所述滑动轨道之间通过锁紧扳手相配合。

进一步的，所述扩张卡盘包括相对设置的两组卡盘侧板，两组所述卡盘侧板通过内部中空的衔接轴相固定，两组卡盘侧板内壁沿着圆周方向分别均匀分布设置有四组扩张气缸以及伸缩引导杆，所述扩张气缸的伸缩杆与所述伸缩引导杆的端部均设置有扩张板，所述扩张板上均设置有顶紧组件；

位于其中一组所述卡盘侧板的外侧壁转动设置有四组辅助辊，其中相对设置的两组辅助辊上设置有控制其转动的第一驱动电机，所述延伸杆设置于四组所述辅助辊之间。

进一步的，所述伸缩引导杆包括固定设置于所述卡盘侧板内壁的伸缩底筒，所述伸缩底筒内套设有外延杆，所述外延杆的端部固定于所述扩张板内壁。

进一步的，所述顶紧组件包括固定设置于所述扩张板外侧壁的安装底板，所述安装底板上转动设置有翻转辊，所述翻转辊上均匀分布设置有若干顶紧卡爪，相对于所述安装底板的所述翻转辊另一端通过扭转弹簧设置有随动块，位于所述随动块处的所述扩张板侧壁内设置有拨动电机，所述拨动电机的旋转轴上设置有与所述随动块相配合的拨动板，位于所述拨动电机处的所述扩张板外侧壁固定设置有限位板，所述限位板上均匀分布有若干与所述顶紧卡爪相配合的凸块，所述限位板端部侧壁上设置有用于与所述扭转弹簧相配合的限位柱。

进一步的，所述防护组件包括固定设置于所述延伸杆端部的驱动气缸，所述驱动气缸侧壁上固定设置有第一安装环，所述第一安装环端部均匀分布设置有若干固定柱，所述固定柱端部固定设置有第二安装环，所述固定柱中部固定设置有外衔板，若干所述外衔板之间设置有限位环，所述驱动气缸的驱动杆上转动设置有若干驱动件，所述第一安装环前表面转动设置有若干随动件，所述驱动件与所述随动件中部转动连接，所述随动件的端部固定设置有防护机构。

进一步的，所述防护机构包括防护底板，所述防护底板腔体内滑动设置有外延板，所述防护底板与所述外延板通过锁紧螺栓相配合。

进一步的，所述防护机构包括防护底板，所述防护底板腔体内滑动设置有外延板，所述外延板上设置有齿条，所述齿条一侧设置有第二驱动电机，所述第二驱动电机的旋转轴上设置有与所述齿条相配合的齿轮。

进一步的，所述托举组件包括设置于两组所述滑动轨道之间的托举底座，所述托举底座上表面相对设置有两组驱动侧板，其中一组所述驱动侧板上表面设置有第一承托板，所述驱动侧板上均设置有第一轴承，两组所述第一轴承之间设置有丝杆，位于所述丝杆的一端设置有第三驱动电机，所述丝杆两侧设置有导向杆，所述丝杆与所述导向杆之间设置有滚珠螺母底座，所述滚珠螺母底座底座上表面设置有第二承托板，所述第一承托板与所述第二承托板上端均设置有辅助轮。

一种高速五轴数控机床，包括数控机床主体以及所述的高速五轴数控机床用薄管夹持装置，所述数控机床主体一端侧壁上设置有固定底板，所述固定底板上设置有第二轴承，所述衔接轴套设于所述第二轴承内，所述衔接轴上固定设置有第一驱动盘，位于所述固定底板一侧的所述数控机床主体侧壁上设置有第四驱动电机，所述第四驱动电机的旋转轴上设置有第二驱动盘，所述第一驱动盘与第二驱动盘通过橡胶同步带相配合，所述数控机床主体腔体内设置有工作平台，所述托举机构设置于所述工作平台腔体内。

有益效果：本发明设计合理，结构简单稳定，实用性强，具有以下有益效果：

扩张卡盘的设置，可以通过扩张气缸驱动扩张板外延，从而实现针对不同管径规格的薄壁管材的夹持；

顶紧组件的设置，其可以针对一些较薄管材加工时候配合扩张卡盘辅助使用，减少通过扩张卡盘夹持的扩张力对较薄的管材造成影响；

延伸杆的驱动设置，可以保证根据加工位置调整防护组件的位置，保证防护组件抵达有效位置；

防护组件的设置，可以通过延伸杆抵达加工位置，然后其扩张后，不仅可以对加工处起到支撑，也可以避免加工完成的部件从本体脱落，带来的倾斜抖动产生的坡口问题；

托举装置的设计，其可以与扩张机构相辅相成，使管材内外同时受到夹持力，保证薄壁管材加工过程中的稳定性。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明扩张机构的结构示意图；

图3为本发明托举机构的结构示意图；

图4为本发明扩张卡盘的结构示意图；

图5为本发明伸缩引导杆的结构示意图；

图6为本发明A部分的局部放大示意图；

图7为本发明B部分的局部放大示意图；

图8为本发明防护组件的结构示意图；

图9为本发明防护机构的结构示意图；

图10为本发明托举组件的结构示意图；

图11为本发明实施例二的结构示意图。

图中：1-扩张机构、2-托举机构、3-数控机床主体、4-固定底板、5-第二轴承、6-第一驱动盘、7-第四驱动电机、8-第二驱动盘、9-橡胶同步带、10-工作平台；

扩张卡盘、102-延伸杆、103-防护组件、201-滑动轨道、202-托举组件、203-锁紧扳手；

卡盘侧板、1012-衔接轴、1013-扩张气缸、1014-伸缩引导杆、1015-扩张板、1016-顶紧组件、1017-辅助辊、1018-第一驱动电机；

驱动气缸、1032-第一安装环、1033-固定柱、1034-第二安装环、1035-外衔板、1036-限位环、1037-驱动件、1038-随动件、1039-防护机构；

2021-托举底座、2022-驱动侧板、2023-第一承托板、2024-第一轴承、2025-丝杆、2026-第三驱动电机、2027-导向杆、2028-滚珠螺母底座、2029-第三承托板、20210-辅助轮；

10141-伸缩底筒、10142-外延杆；

10161-安装底板、10162-翻转辊、10163-顶紧卡爪、10164-随动块、10165-拨动电机、10166-拨动板、10167-限位板、10168-凸块、10169-限位柱；

10391-防护底板、10392-外延板、10393-锁紧螺栓、10394-齿条、10395-第二驱动电机、10396-齿轮。

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。

实施例

结合图1至图3所示的高速五轴数控机床用薄管夹持装置，包括用于管材内部支撑的扩张机构1以及用于管材底部支撑的托举机构2，扩张机构1与托举机构2相辅相成可以保证薄壁管材加工过程中的平稳性，从而保证加工质量；

扩张机构1包括用于管材端部内壁夹持的扩张卡盘101，从而实现对管材端部的基本承托，扩张卡盘101腔体内壁驱动设置有延伸杆102，延伸杆102端部设置有用于切割处保护的防护组件103，延伸杆102的驱动设置可以带动防护组件103产生位移，从而保证对加工处的有效防护，同时防护组件103还可以对加工处内壁实现一个承托力，避免加工完成的部件从本体脱落，带来的抖动；

托举机构2包括相对设置的两组滑动轨道201，两组滑动轨道201上滑动设置有若干组托举组件202，托举组件202与滑动轨道201之间通过锁紧扳手203相配合，该设置可以通过调节锁紧扳手203的松紧度，实现托举组件202可在滑动轨道201上滑动，从而实现 对托举组件202的位置预设，实现对不同长度的薄壁管材实现有效支撑。

本实施例中结合图4所示的扩张卡盘101包括相对设置的两组卡盘侧板1011，两组卡盘侧板1011通过内部中空的衔接轴1012相固定，衔接轴1012的中空设置便于延伸杆102从内部穿过且不受干涉，两组卡盘侧板1011内壁沿着圆周方向分别均匀分布设置有四组扩张气缸1013以及伸缩引导杆1014，扩张气缸1013的伸缩杆与伸缩引导杆1014的端部均设置有扩张板1015，利用扩张气缸1013的伸缩杆伸缩从而控制扩张板1015外延，使其适配不同管径的薄壁管材，另外过程中伸缩引导杆1014起到导向作用，避免扩张气缸1013长期使用过程倾斜，扩张板1015上均设置有顶紧组件1016，顶紧组件1016配合扩张卡盘101辅助使用，减少通过扩张卡盘101夹持的扩张力对较薄的管材造成影响；

位于其中一组卡盘侧板1011的外侧壁转动设置有四组辅助辊1017，其中相对设置的两组辅助辊1017上设置有控制其转动的第一驱动电机1018，延伸杆102设置于四组辅助辊1017之间，该设置通过第一电机1018驱动两组辅助辊1017的转动并在另外两组辅助辊1017的引导下使延伸杆102产生位移，其中为了确保延伸杆102从扩张卡盘101脱离，可在其端部设置限位块。

本实施例中结合图5所示的伸缩引导杆1014包括固定设置于卡盘侧板1011内壁的伸缩底筒10141，伸缩底筒10141内套设有外延杆10142，外延杆10142的端部固定于扩张板1015内壁，该设置可以保证伸缩引导杆1014在扩张气缸1013工作过程中的有效随动状态，不会导致驱动受到影响。

本实施例中结合图6-7所示的顶紧组件1016包括固定设置扩张板1015外侧壁的安装底板10161，所述安装底板10161上转动设置有翻转辊10162，翻转辊10162上均匀分布设置有若干顶紧卡爪10163，相对于安装底板10161的翻转辊10162另一端通过扭转弹簧设置有随动块10164，位于随动块10164处的扩张板1015侧壁内设置有拨动电机10165，拨动电机10165的旋转轴上设置有与随动块10164相配合的拨动板10166，位于拨动电机10165处的扩张板1015外侧壁固定设置有限位板10167，限位板10167上均匀分布有若干与顶紧卡爪10163相配合的凸块10168，限位板10167端部侧壁上设置有用于与扭转弹簧相配合的限位柱10169，该组件主要利用拨动电机10165带动拨动板10166转动，然后使拨动板10166与随动块10164相作用，实现翻转辊10162的转动，并且翻转辊10162转动过程带动顶紧卡爪10163外延，从而实现对薄壁管材的辅助夹持，其中顶紧卡爪10163端部可设置有硅胶套进行防护，避免对管材内壁造成损伤，另外在工作完成后，再次驱动拨动电机10165使翻转辊10162转动，驱动顶紧卡爪10163内收过程受到凸块10168限位，抵达最佳收纳位置，内收完成后扭转弹簧作用，避免不工作状态下翻转辊10162转动影响扩张卡盘101运行。

本实施例中结合图8所示的防护组件103包括固定设置于延伸杆102端部的驱动气缸1031，驱动气缸1031侧壁上固定设置有第一安装环1032，第一安装环1032端部均匀分布设置有若干固定柱1033，固定柱1033端部固定设置有第二安装环1034，固定柱1033中部固定设置有外衔板1035，若干外衔板1035之间设置有限位环1036，驱动气缸1031的驱动杆上转动设置有若干驱动件1037，第一安装环1032前表面转动设置有若干随动件1038，驱动件1037与随动件1038中部转动连接，随动件1038的端部固定设置有防护机构1039，该组件通过驱动气缸1031的伸缩杆伸缩带动驱动件1037转动，然后驱动件1037与随动件1038相作用从而实现随动件1038带动防护机构1039的外延，使其可以适配不同管径的防护以及支撑，另外限位环1036的设置可以限制随动件1038的扩张角度，避免扩张角度较大仅通过驱动气缸1031驱动难以收回的风险。

本实施例中结合图9所示的防护机构1039包括防护底板10391，防护底板10391腔体内滑动设置有外延板10392，防护底板10391与外延板10392通过锁紧螺栓10393相配合，该设置可以在防护组件103扩张后通过手动调节实现防护机构1039的扩展面积，保证基本的防护以及支撑。

本实施例中结合图10所示的托举组件202包括设置于两组滑动轨道201之间的托举底座2021，设置于滑动轨道201上便于快速调整每组托举组件202的位置，托举底座2021上表面相对设置有两组驱动侧板2022，其中一组驱动侧板2022上表面设置有第一承托板2023，驱动侧板2022上均设置有第一轴承2024，两组第一轴承2024之间设置有丝杆2025，位于丝杆2025的一端设置有第三驱动电机2026，丝杆2025两侧设置有导向杆2027，丝杆2025与导向杆2027之间设置有滚珠螺母底座2028，滚珠螺母底座2028底座上表面设置有第二承托板2029，第一承托板2023与第二承托板2029上端均设置有辅助轮20210，该托举组件202主要通过启动第三驱动电机2026使丝杆2025转动，然后丝杆2025与滚珠螺母底座2028相作用，并在导向杆2027的作用下让其产生位移，从而控制两组第一承托板2023与第二承托板2029之间的距离，达到托举组件202可以适配不同管径承托的作用。

一种高速五轴数控机床，包括数控机床主体3以及高速五轴数控机床用薄管夹持装置，数控机床主体3一端侧壁上设置有固定底板4，固定底板4上设置有第二轴承5，衔接轴1012套设于第二轴承5内，衔接轴1012上固定设置有第一驱动盘6，位于固定底板4一侧的数控机床主体3侧壁上设置有第四驱动电机7，第四驱动电机7的旋转轴上设置有第二驱动盘8，第一驱动盘6与第二驱动盘8通过橡胶同步带9相配合，该设置通过第四驱动电机7带动第二驱动盘8转动，然后在橡胶同步带9作用下使第一驱动盘6转动，达到第一驱动盘6带动扩张机构1转动的目的，使其可以在数控机床工作过程配合铣头辅助转动，使工作更为省时，数控机床主体3腔体内设置有工作平台10，托举机构2设置于工作平台10腔体内，既可起到防护效果也可以保证不影响工作平台10上的铣头运行不受到影响。

实施例二：该实施例二中的防护机构1039是在上述实施例基础上进行改进，上述实施例中公开的技术内容不重复描述，上述公开的实施例内容也属于该实施例二公开的内容。

本发明的一个实施例，结合图11所示，防护机构1039包括防护底板10391，防护底板10391腔体内滑动设置有外延板10392，外延板10392上设置有齿条10394，齿条10394一侧设置有第二驱动电机10395，第二驱动电机10395的旋转轴上设置有与齿条10394相配合的齿轮10396，该防护机构1039主要在防护组件103运行后，通过第二驱动电机10395带动齿轮10396转动，然后齿轮10396与齿条10394相左右，实现外延板10392外延的效果，从而达到与工作切割处相匹配的展开面积，但是该设置相比实施例一的防护机构1039虽然其可以实现自动运行，但是在长期的工作过程中由于其与切割位置较为接近，一些碎屑容易掉落于齿条10394的齿槽内，从而影响后续运行难以展开的问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神.或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.高速五轴数控机床用薄管夹持装置，其特征在于：包括用于管材内部支撑的扩张机构（1）以及用于管材底部支撑的托举机构（2）；

所述扩张机构（1）包括用于管材端部内壁夹持的扩张卡盘（101），所述扩张卡盘（101）腔体内壁驱动设置有延伸杆（102），所述延伸杆（102）端部设置有用于切割处保护的防护组件（103）；

所述托举机构（2）包括相对设置的两组滑动轨道（201），两组所述滑动轨道（201）上滑动设置有若干组托举组件（202），所述托举组件（202）与所述滑动轨道（201）之间通过锁紧扳手（203）相配合；

所述扩张卡盘（101）包括相对设置的两组卡盘侧板（1011），两组所述卡盘侧板（1011）通过内部中空的衔接轴（1012）相固定，两组卡盘侧板（1011）内壁沿着圆周方向分别均匀分布设置有四组扩张气缸（1013）以及伸缩引导杆（1014），所述扩张气缸（1013）的伸缩杆与所述伸缩引导杆（1014）的端部均设置有扩张板（1015），所述扩张板（1015）上均设置有顶紧组件（1016）；

位于其中一组所述卡盘侧板（1011）的外侧壁转动设置有四组辅助辊（1017），其中相对设置的两组辅助辊（1017）上设置有控制其转动的第一驱动电机（1018），所述延伸杆（102）设置于四组所述辅助辊（1017）之间；

所述伸缩引导杆（1014）包括固定设置于所述卡盘侧板（1011）内壁的伸缩底筒（10141），所述伸缩底筒（10141）内套设有外延杆（10142），所述外延杆（10142）的端部固定于所述扩张板（1015）内壁；

所述顶紧组件（1016）包括固定设置于所述扩张板（1015）外侧壁的安装底板（10161），所述安装底板（10161）上转动设置有翻转辊（10162），所述翻转辊（10162）上均匀分布设置有若干顶紧卡爪（10163），相对于所述安装底板（10161）的所述翻转辊（10162）另一端通过扭转弹簧设置有随动块（10164），位于所述随动块（10164）处的所述扩张板（1015）侧壁内设置有拨动电机（10165），所述拨动电机（10165）的旋转轴上设置有与所述随动块（10164）相配合的拨动板（10166），位于所述拨动电机（10165）处的所述扩张板（1015）外侧壁固定设置有限位板（10167），所述限位板（10167）上均匀分布有若干与所述顶紧卡爪（10163）相配合的凸块（10168），所述限位板（10167）端部侧壁上设置有用于与所述扭转弹簧相配合的限位柱（10169）；

所述防护组件（103）包括固定设置于所述延伸杆（102）端部的驱动气缸（1031），所述驱动气缸（1031）侧壁上固定设置有第一安装环（1032），所述第一安装环（1032）端部均匀分布设置有若干固定柱（1033），所述固定柱（1033）端部固定设置有第二安装环（1034），所述固定柱（1033）中部固定设置有外衔板（1035），若干所述外衔板（1035）之间设置有限位环（1036），所述驱动气缸（1031）的驱动杆上转动设置有若干驱动件（1037），所述第一安装环（1032）前表面转动设置有若干随动件（1038），所述驱动件（1037）与所述随动件（1038）中部转动连接，所述随动件（1038）的端部固定设置有防护机构（1039）。

2.根据权利要求1所述的高速五轴数控机床用薄管夹持装置，其特征在于：所述防护机构（1039）包括防护底板（10391），所述防护底板（10391）腔体内滑动设置有外延板（10392），所述防护底板（10391）与所述外延板（10392）通过锁紧螺栓（10393）相配合。

3.根据权利要求1所述的高速五轴数控机床用薄管夹持装置，其特征在于：所述防护机构（1039）包括防护底板（10391），所述防护底板（10391）腔体内滑动设置有外延板（10392），所述外延板（10392）上设置有齿条（10394），所述齿条（10394）一侧设置有第二驱动电机（10395），所述第二驱动电机（10395）的旋转轴上设置有与所述齿条（10394）相配合的齿轮（10396）。

4.根据权利要求2所述的高速五轴数控机床用薄管夹持装置，其特征在于：所述托举组件（202）包括设置于两组所述滑动轨道（201）之间的托举底座（2021），所述托举底座（2021）上表面相对设置有两组驱动侧板（2022），其中一组所述驱动侧板（2022）上表面设置有第一承托板（2023），所述驱动侧板（2022）上均设置有第一轴承（2024），两组所述第一轴承（2024）之间设置有丝杆（2025），位于所述丝杆（2025）的一端设置有第三驱动电机（2026），所述丝杆（2025）两侧设置有导向杆（2027），所述丝杆（2025）与所述导向杆（2027）之间设置有滚珠螺母底座（2028），所述滚珠螺母底座（2028）底座上表面设置有第二承托板（2029），所述第一承托板（2023）与所述第二承托板（2029）上端均设置有辅助轮（20210）。

5.一种高速五轴数控机床，其特征在于：包括数控机床主体（3）以及如权利要求1-4任一所述的高速五轴数控机床用薄管夹持装置，所述数控机床主体（3）一端侧壁上设置有固定底板（4），所述固定底板（4）上设置有第二轴承（5），所述衔接轴（1012）套设于所述第二轴承（5）内，所述衔接轴（1012）上固定设置有第一驱动盘（6），位于所述固定底板（4）一侧的所述数控机床主体（3）侧壁上设置有第四驱动电机（7），所述第四驱动电机（7）的旋转轴上设置有第二驱动盘（8），所述第一驱动盘（6）与所述第二驱动盘（8）通过橡胶同步带（9）相配合，所述数控机床主体（3）腔体内设置有工作平台（10），所述托举机构（2）设置于所述工作平台（10）腔体内。