CN2379235Y - 三爪卡盘多功能快速操作装置 - Google Patents

Abstract

三爪卡盘多功能快速操作装置,属机床夹具技术领域,适用于中小车床。杠杆式原动机构固定于车床静止部位,套环式转换机构套在卡盘外壳并随卡盘旋转,操作者不触及卡盘,能够不停车操作。杠杆摆动一次即完成夹紧,被夹直径允差1mm,适合批生产专用。卡盘结构不变,夹紧范围可在卡盘原范围内快速调整;气动与手动操作方式的相互转换只需更换相应杠杆。通用性与专用性统一,适合多品种批生产。装置拆除后,车床与卡盘恢复原状。

Description

三爪卡盘多功能快速操作装置

1.所属技术领域

三爪卡盘多功能快速操作装置，属机床夹具技术领域。

2.背景技术与背景技术文件

2.1现有车床三爪卡盘手动操作技术

三爪卡盘，也称自定心三爪卡盘(以下简称卡盘)，是车床已标准化的基本夹具，现行操作是用＂T＂形卡盘扳手的方榫部份插入卡盘上外露的三个方孔之一，然后施力转动扳手进行夹紧或松开。上述三个方孔分别制在三个小锥齿轮上(参见图1)，是卡盘的操作口。三个操作口作用相同，操作时扳手只需插入其中之一。转动卡盘扳手即是转动小锥齿轮。与小锥齿轮啮合的是一大锥齿轮，大锥齿轮的另一端具有阿基米德螺线的平面螺纹，此螺纹与卡盘三个卡爪的齿纹啮合。扳手转动小锥齿轮时，大锥齿轮也随之转动，从而带动三个卡爪作同心的径向等距移动，最终通过平面螺纹的自锁作用实现夹紧。三爪卡盘通用性好，但只能停车操作，辅助时间长，为了提高生产率，生产量大时常采用其它专用夹具。此外，还不够安全：忘了取下扳手就开车而造成扳手＂飞＂出的事故难以完全避免。

2.2现行车床气动径向夹紧系统

现行车床气动夹紧除需专用气动卡盘外还需随主轴和卡盘一起回转的回转气缸，这种系统实施费用较高，只适宜于大量生产。

2.3有关车床卡盘的专利技术：

序号         名称                          来源(专利公告号)

[1]          车床用自动手动两用卡盘        GG8505270

[2]          快速装夹单动卡盘              CN207155IU

文献[1]是一种车床用手动自动两用卡盘，该卡盘包括一个主轴慢转机构，一个将主轴转动变为卡爪移动的传动装置和一个自动控制装置。该卡盘特别适合于液压车床。

文献[2]所述卡盘用丝杆传动卡爪，丝杆与卡爪必要时可以脱开以便卡爪快速移动。卡爪单独调整可以得到高精度，不属自定心卡盘。

就伸请人目前所知，以车床普通三爪卡盘为对象的多功能快速操作装置尚未见报导。

3.本实用新型的目的

用一种独立部件形式的装置与车床标准三爪卡盘组合，不改变卡盘结构，不用卡盘扳手，操作远离卡盘，能不停车操作，手动气动均适应，通用性和专用性相统一，且安全方便快速，可满足多品种批生产的需要。

4.本实用新型技术方案

下面以在C616型车床和KZ160型卡盘上的实施为例加以说明。

4.1手动操作实施例

图1中，1.固定支座 2.手动杠杆 3.支点轴 4.支臂 5.滚轮 6.卡爪 7.卡盘大锥齿轮 8.卡盘外壳 9.卡盘小锥齿论 10.套体 11.齿条 12.齿轮 13.导板 14.盖板。从功能上讲，本实用新型包括原动机构和转换机构两部份。图1中，(1)～(5)为原动机构主要构件，(10)～(14)为转换机构主要构件，(6)～(9)为卡盘主要构件(卡盘和车床用双点划线画出以示与操作装置本身的区别)。

施力机构中的固定支座(1)利用车床原有螺孔固定于床头箱盖，其上装有支臂(4)，支臂(4)上固定有支点轴(3)，手动杠杆(2)则可绕此支点轴转(摆)动。手动杠杆(2)上有一个由两个滚动轴承支承的滚轮(5)，通过滚轮(5)与转换机构发生联系并施力。

转换机构以其套体(10)与卡盘外壳(8)作准确的间隙配合，可以相对于卡盘轴向移动。套体(10)上一带台阶的矩形孔，两边分别固定着齿条(11)和导板(13)。齿轮(12)是一个联系卡盘和转换机构的受力零件，其下端的方榫部份卡入卡盘小锥齿轮(9)外露的方孔，上端轮齿部份与齿条(11)啮合。在盖上盖板(14)并用相应螺钉固紧后，齿轮顶面与盖板底面之间有一定间隙，既不妨碍两者之间相对运动，又保证齿轮不会脱落。导板(13)的侧平面挡住齿轮(12)的外圆，在使齿轮与齿条保持正常啮合的同时又限制了套体对卡盘的转动。导板与齿条之间存在于齿轮(12)两侧的空位，使套体可相对于卡盘作轴向移动，其满程移动量为尺寸C与齿轮外径之差，一般应保证35。图中两端的虚线圆弧表示套体矩形孔两端离圆柱面一定距离以下被铣空，目的是增大C值而又保持结构紧凑。套体(即齿条)移动35mm，使齿轮(12)和小锥齿轮(9)约转半转，卡爪行程足以夹紧直径误差达1mm的工件(计算见4.4)，适合调整为专用夹具。

除上述安装齿条和导板的矩形孔外，在对应于另两个小锥齿轮的位置，套体上还开了两个槽，槽的大小以能平衡齿条导板安装槽减轻的重量，保证转换机构与卡盘回转中的平衡为准。

原动机构与转换机构之间的连接，通过杠杆(2)上的滚轮(5)卡入套体(10)外圆左端的环形槽实现。当手动杠杆摆动时，滚轮(5)迫使套体(10)连同其上的齿条(11)和导板(13)一起相对卡盘作轴向移动。与此同时，齿条迫使齿轮(12)连同卡盘小锥齿轮(9)一起转动，由此带动卡盘大锥齿轮(7)转动。大锥齿轮另一端的平面螺纹又与卡爪(6)上的齿纹啮合。于是，齿轮(12)的转动最终带动三个卡爪作同心径向移动，实现自定心夹紧。

夹紧范围调整确定后，杠杆(2)摆动的一个行程即可完成夹紧。标准三爪卡盘的平面螺纹都有良好的自锁性，当操作行程结束杠杆(2)不再施力时，卡爪仍然保持对工件的夹紧。只当杠杆反向受力足以克服夹紧机构内的摩擦力时，工件才能被松开。滚轮(5)与套体环槽的配合有一定间隙。杠杆摆动过程中，滚轮压向槽的一边，如果卡盘处于回转状态，则滚轮即随之高速旋转。杠杆行程结束后，滚轮因对槽无作用力而居中悬空，即使套体仍随卡盘转动，滚轮仍能不转。这有利于减少磨损提高寿命。

无论卡盘是否回转都能对卡盘进行操作，而且转动中操作更为灵活。

夹外圆时，齿条导板按图1位置，则当杠杆(2)左摆使套体左移为架紧，反之为松开。

夹内圆时，齿条与导板位置对调，夹紧与松开时杠杆的摆动方向与夹外圆时相同。

4.2气动操作实施例

杠杆的摆动很容易用气缸活塞的移动实现。采用气动时，转换机构与手动操作无异，原动机构中只需把手动杠杆连同其上的滚轮和支点轴拆除，固定支座不变，因气动杠杆的支臂也需固定于固定支座。手动杠杆支臂可以保留。图2是本实施例在C616车床上的俯视图，双点划线表示车头和卡盘，气路布置与一般气动夹紧相似，此从略。

图2中，1.固定支座 4.(手动杠杆)支臂 10.(转换机构)套体 15.气缸支座 16.气缸 17.气动杠杆。气缸支座(15)仍固定在床头箱盖上。气缸(16)为QGB-50×100E。这是一种尾部耳环式气缸，采用这种气缸是为了适应杠杆的转动。气缸直径50，行程100，额定推力764N。气动杠杆(17)上仍有与手动杠杆上相同的滚轮(图中虚线圆)，滚轮与转换机构的连接与手动操作时相同。

气缸活塞推力行程中，气动杠杆(17)顺时针摆动，转换机构套体左移，是为夹紧。反之为松开。

一般气动夹紧系统中，气缸活塞始终受力，而在本实用新型中则不宜采用这种方式，因为这将使滚轮始终压紧套体槽的侧面而不停高速转动，会加快磨损。为了解决这一矛盾，在气路控制上，用两只231 R1型二位三通常闭式按钮阀分别控制夹紧和松开。这样，气缸只在夹紧和松开行程的短暂时间内用气，杠杆上的滚轮也只在此时短暂受力和旋转，不仅有利于减少磨损，而且减少了压缩空气的消耗。如同手动时一样，由于三爪卡盘本身的自锁性，夹紧后杠杆上不再受力完全不引响夹紧效果。

4.3齿轮参数的确定

齿条(11)和齿轮(12)是转换机构主要传力件，其主要参数模数的选择直接关系装置的性能。齿轮齿条模数的确定，最简捷的方法是比照卡盘锥齿模数进行。KZ160型卡盘，其小锥齿轮(9)模数2.5，齿数10。把齿轮(12)的模数也定为2.5，可以在夹紧力方面保持卡盘原有性能。夹紧力要求相对较小时，也可选较小的模数，如2或1.75。下面是齿轮(12)参数的三种类型：

   类型      模数      齿数      外径      额定切向力(N)

   重型      2.5        10        30           1700

   中型      2          12        28           1560

   轻型      1.75       12        24.5         1050

切向力是指套体和齿条移动时对齿轮的作用力。＂额定切向力＂根据齿轮用渗氮钢经气体渗氮制造的条件，按弯曲强度计算而得。中型和轻型齿轮因其外径较小可让齿条有较大的位移而得到较大的转角，最终使卡爪有更大的行程，以利于夹紧直径误差大的工件。齿轮(12)参数确定后，齿条(11)和导板(13)的相关尺寸也就随之而定。

此种齿轮和齿条精度要求不高，主要是保证强度。

对于同一套体，可准备不同模数的齿条齿轮和导板1～3套，根据需要更换。

4.4夹紧行程(以KZ160型卡盘配以重型齿轮(12)为例，下同)

单个卡爪架夹紧行程△ $\mathrm{\Δ}=\frac{l{Z}_1}{\mathrm{\πd}{Z}_2}T\left(\mathrm{mm}\right)---\left(1\right)$

式中

T——卡盘大锥齿轮平面螺纹导程，8；

l——齿条满程移动量，35；

d——齿轮(12)分度圆直径，25；

Z₁——卡盘小锥齿轮齿数，10；

Z₂——卡盘大锥齿轮齿数，54；

代入以上值，得

                           △＝0.66mm

三个卡爪同心径向移动，直径行程为单爪行程的2倍，约1.3mm，对直径误差1mm以内的一般加工面和较精确的毛坯均能有效夹紧，适合调整为专用夹具。若用模数2和1.75的齿轮，夹紧行程更大，对精加工和半精加工更为方便。

4.5转换机构行程比

对一定的卡盘，齿轮(12)模数和齿数确定后，转换机构行程对卡爪行程之比为一常数K，用重型齿时 $K+\frac{l}{\mathrm{\Δ}}=\frac{\mathrm{\πd}{Z}_2}{Z_{1}T}=53---\left(2\right)$ 此值将在计算夹紧力时用到。

4.6夹紧范围的调整

专用夹具时直径行程约1mm，对不同批次的工件，需根据直径调整夹紧范围。停车拆开盖板(14)后，可用大指和食指从齿轮(12)左右两侧空位中把齿轮拔出，也可在齿轮上端的螺孔中旋入一螺钉作为手柄拉出。此后将卡盘扳手插入小锥齿轮方孔，转动扳手使卡爪移到所需位置，再放回齿轮(12)进行试夹，必要时进行细调。

细调时，拔出齿轮(12)，根据松紧需要，用杠杆使套体和齿条向左或向右相对于原位移动一个或几个齿距，然后放回齿轮再试夹，必要时再细调。最小调节量为齿条齿轮相对错位一颗齿时的 ${\mathrm{\Δ}}_{\min }=\frac{1}{Z}\frac{Z_1}{Z_2}T=0.15$

式中Z——齿轮(12)齿数，10。

直径上最小调节量为0.3。

套体右端的三个缺槽，可让卡爪超出套体外圆，以保持卡盘原有夹紧范围。

4.6夹紧力计算

原理：夹紧力的功等于原动力的功以一定的机械效率输出，因此有

                            3W△＝FLη或 $W=\frac{\mathrm{FL}}{3\mathrm{\Δ}}\mathrm{\η}=\frac{1}{3}\mathrm{Fm\η}---\left(3\right)$

式中

F——原动力，操作者或气缸作用于杠杆的力，(N)；

L——原动力的行程，(mm)；

W——单爪夹紧力，(N)；

△——单爪夹紧行程；

m——总行程比 $m=\frac{L}{\mathrm{\Δ}}=\frac{L}{l}\frac{l}{\mathrm{\Δ}}=\frac{L}{l}K---\left(4\right)$

K——式(2)所表示的转换机构行程成比；

——原动机构杠杆比

     手动时             气动时

η——总机械传动效率

根据杠杆机构、齿条传动特别是卡盘平面螺纹等的传动效率计算得

                                    η＝0.25

将有关数据代入式(3)，得

总夹紧力按3W计。计算表明，手动杠杆比12时，与标准卡盘扳手双臂同等力时的夹紧力相当。

若用直径50的气缸，原动力F＝764N，则单爪夹紧力W_气＝8.8×764＝6723N

4.7向心球轴承的选择

特点：承受夹紧时转动齿轮(12)所需切向力，但只在夹紧和松开时短暂受力旋转，转速约为卡盘转速的7～8倍，最高可达15000r/min。选用特轻(1)系列100，额定动负荷3528N，脂润滑时极限转速20000r/min，完全满足要求。

5.与背景技术相比所具有的效果

与前文2所述背景技术相比，本实用新型最显著的效果是使三爪卡盘在实现多功能快速操作的同时，使通用性和专用性相统一，满足多品种批生产需要。又因是在不改变卡盘原有结构条件下将本装置做成独立部件，与用户的标准卡盘组合，故必要时可迅速拆卸使卡盘恢复原状。当用气动操作时，与现行车床气动径向夹紧系统相比，不需回转气缸和另备专用气动卡盘，安装更为简便；气动和手动的相互转换只需装拆相应杠杆，易于调整。同时由于卡盘本身增力比大，可用较小气缸，结构更为紧凑。加以只需短暂用气，可减少压缩空气消耗。

6.实现本实用新型的最好方式

本实用新型最适合中小型车床直径200以下的标准三爪卡盘。最好将此操作装置纳入车床生产范畴，新车床出厂时即配备此装置。新车床的床头箱上最好预设气缸支座和杠杆支座的安装结构。

Claims (6)

1.一种用于中小车床三爪卡盘的多功能快速操作装置，其特征在于卡盘结构不变，而构成该装置的原动机构和转换机构均为能与车床和卡盘快速组合的独立部件，其中固定在车床静止部份的原动机构以其操作杠杆使套在卡盘外壳并随卡盘一起旋转的转换机构对卡盘轴向移动，进而转换成卡盘原有夹紧机构所需的夹紧运动，实现对卡盘的多功能快速操作。

2.根据权利要求1所述的三爪卡盘快速操作装置，其特征是，转换机构在操作杠杆控制下相对于卡盘移动时，固定在转换机构套体上的一付齿条和导板，使一个上端与齿条啮合下端与卡盘操作口同轴卡合的齿轮转动，获得操作卡盘原有夹紧机构所需的运动。

3.根据权利要求1所述的三爪卡盘快速操作装置，其特征是，操作杠杆上的一个滚轮插入转换机构套体外圆左端的环槽，无论卡盘是否回转，都可通过操作杠杆的摆动来操纵转换机构对卡盘的移动。

4.根据权利要求1所述的三爪卡盘快速操作装置，其特征是，转换机构中同时与齿条和卡盘操作口有连接关系的齿轮，可以快速装卸，以便进行夹紧范围的调整。

5.根据权利要求1所述的三爪卡盘快速操作装置，其特征是，原动机构的原动力，既可是手动也可是气动，气动时，与现行车床气动夹紧系统不同之处在于所用气缸为固定式而而非回转式。

6.根据权利要求1所述的三爪卡盘快速操作装置，其特征是，转换机构套体上的导板和齿条可以互换位置，使操作杠杆的摆动方向在夹紧内外圆时保持一致。

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