专利名称：用于车床主轴的气动夹紧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车床辅助装置，尤其是车床主轴尾部增设斜楔机构的气动夹紧装置。
背景技术：
现有气动车床夹紧装置，经济适用，方便可靠，已在机械行业中广泛采用，特别是应用于专用或半自动车床中。其安装形式分为两种1.气缸安装在主轴上，气缸随主轴一道旋转，后面配置一个受换向阀控制的分配器，且分配器不随主轴旋转，这种安装方式，其气缸的作用力在主轴本身而不在主轴座上；2.气缸安装在机床上，通过特设的接头把气缸活塞杆和夹簧的拉杆连起来，这种安装方式，其气缸的作用力全部作用在主轴座上。
上述两种安装方式的特点是第一种主轴本身承受气缸夹紧产品的作用力，因此轴承寿命高，但分配器不能旋转。70年代，一般车床(专用)转速在1200转/分左右，密封材料虽易磨损，但当时还能满足生产，随着转速要求提高到2000转/分时，有的生产厂家便把分配器设计为依靠间隙控制漏气，采用两个小轴承支撑分配器，来适应2000转/分的速度。由于间隙的存在，一定会漏气。为了有效保证气缸的夹紧和换向，设计者在分配器的两端分别钻了直径为Φ3mm的孔，让漏气排空，气缸做成内径Φ160mm的双活塞结构，作用在活塞杆上的拉力，约1700多kgf。如想进一步提高主轴转速时，专门生产该气缸的厂家认为存在一定的难度。
第二种有生产厂家为轴承加工厂做的专机就是这种形式，经实际使用证明，气缸的作用力为1000kgf，传递到1600转/分的轴承上，主轴寿命大多数只一年，使用者急切希望能提高到五年以上。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种用于车床主轴的气动夹紧装置，它既能有效节约压缩空气又能提高主轴转速，而且结构紧凑合理、使用安全可靠、寿命显著延长。
为实现上述目的，一种用于车床主轴的气动夹紧装置，主轴经其上的前、后端盖及设置在主轴座前、后端内壁的轴座轴承并通过主轴尾部上的锁紧螺母与主轴座固联于一体，所述主轴的中心设一拉杆，所述拉杆的前端设有夹簧，所述拉杆的后部设有松夹机构，该松夹机构包括由设置在主轴尾部内壁拉杆上的钢珠套、位于钢珠套径向通孔中的钢珠、适配于钢珠套内的拉杆套和位于拉杆套中部的钢珠环槽及拉杆套长、短端，适配于钢珠套外的滑套组成的斜楔机构和适配于钢珠套前外端的松夹弹簧，适配于钢珠套内的调整套，适配于钢珠套外的辅助套与设置在拉杆尾部上的垫套、拉杆螺母组成，所述松夹弹簧设置在钢珠套前外端与拉杆定位凸台之间，拉杆套长端的端部与钢珠套内端台阶相靠，拉杆套短端的端部与钢珠套内调整套的一端靠紧，并经调整套的另一端与拉杆尾部上的垫套、拉杆螺母直接固联于拉杆上，所述滑套的径向耳环两侧设有固联活塞组件的平面轴承，所述活塞组件的两端部外径上设有固联气缸组件的锥度轴承，所述气缸组件的缸套上设有定向杆和进、出气嘴。
为了实现结构优化，其进一步的措施是斜楔机构至少设有二级，第一级斜楔机构主要包括钢珠套、钢珠和滑套；第二级斜楔机构主要包括钢珠套、钢珠和拉杆套。
所述滑套内壁设有至少二级配合楔面，其第一级楔面的斜度为45°，第二级楔面的斜度为5°-15°。
所述拉杆套的钢珠环槽斜度为15°-45°。
所述松夹弹簧设置在钢珠套内端台阶与拉杆套短端的端部之间，拉杆套长端的端部与钢珠套内的调整套的一端靠紧，并经调整套的另一端与拉杆尾部上的垫套、拉杆螺母直接固联于拉杆上。
所述固联气缸组件的锥度轴承的外圈，一个设置在主轴尾部处皮带轮的端面，另一个设置在钢珠套尾部处调节螺母的内端。
钢珠套尾部处调节螺母的外部还设有紧固螺母。
本发明采用于车床主轴尾部内壁的拉杆上设置由钢珠套、位于钢珠套径向通孔中的钢珠、适配于钢珠套内的拉杆套和位于拉杆套中部的钢珠环槽及拉杆套长、短端，适配于钢珠套外的滑套组成的斜楔机构以及适配于斜楔机构的活塞组件、气缸组件的技术方案，它不但克服了现有专用或半自动车床主轴与气缸固联结构不合理的缺陷，而且有效解决了车床气缸泄气，主轴转速低，密封材料易磨损，使用寿命短，产品夹持受限制的难题。本发明与现有技术相比具有1)气缸结构紧凑、小巧，通用性好，主轴使用寿命长；2)活塞组件密封性能好，节能降耗效果显著；3)、松夹机构的夹紧级数多，夹紧力量大，夹紧快捷、可靠、安全；4)松夹弹簧具有多种安装方式，它较好地解决了产品内外加工的夹持问题，扩展了车床的使用范围。它适用于不同型号车床的配套使用。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明气动夹紧装置及松夹弹簧第一个具体实施方式
的主视图。
图2为本发明气动夹紧装置及松夹弹簧另一个具体实施方式
的主视图。
图3为图1所示滑套的实施方式主视图。
图4为图1所示滑套二级斜楔机构的楔面放大示意图。
图5为图1所示拉杆套外径上钢珠环槽斜度及拉杆套长、短端的放大示意图。
其中1、主轴，12、前、后端盖，13、主轴座，14、轴座轴承，15、锁紧螺母，16、主轴尾部皮带轮，2、拉杆，21、夹簧，22、松夹弹簧，23、垫套，24、拉杆螺母，25、拉杆定位凸台，3、钢珠套，31、钢珠套径向通孔，32、钢珠，33、钢珠套内端台阶，34、调节螺母，35、紧固螺母，4、拉杆套，41、拉杆套钢珠环槽，42、拉杆套长端，43、拉杆套短端，44、调整套，5、滑套，51、辅助套，52、径向耳环，53、第一级楔面，54、第二级楔面，6、活塞组件，61、平面轴承，7、气缸组件，71、锥度轴承，72、定向杆，73、进、出气嘴。
具体实施例方式
附图所示的一种用于车床主轴的气动夹紧装置，主轴1经其上的前、后端盖12及设置在主轴座13前、后端内壁的轴座轴承14并通过主轴1尾部上的锁紧螺母15与主轴座13固联于一体。主轴1的中心设一拉杆2，拉杆2的前端设有夹簧21，拉杆2的后部设有松夹机构，该松夹机构包括由设置在主轴1尾部内壁拉杆2上的钢珠套3、位于钢珠套3径向通孔31中的钢珠32、适配于钢珠套3内的拉杆套4和位于拉杆套4中部的钢珠环槽41及拉杆套长、短端42、43，适配于钢珠套3外的滑套5组成的斜楔机构和适配于钢珠套3前外端的松夹弹簧22，适配于钢珠套3内的调整套44，适配于钢珠套3外的辅助套51与设置在拉杆2尾部上的垫套23、拉杆螺母24组成。
斜楔机构的工作原理是位于拉杆套4中部钢珠环槽41内的钢珠32经钢珠套3径向通孔31与钢珠套3外部滑套5的楔面配合。
参见图1，松夹弹簧的实施方式是松夹弹簧22设置在钢珠套3前外端与拉杆定位凸台25之间，拉杆套长端42的端部与钢珠套内端台阶33相靠，拉杆套短端43的端部与位于钢珠套3内的调整套44的一端靠紧，并经调整套44的另一端与拉杆2尾部上的垫套23、拉杆螺母24直接固联于拉杆2上。
参见图2，松夹弹簧的另一个实施方式是松夹弹簧22设置在钢珠套内端台阶33与拉杆套短端43的端部之间，拉杆套长端42的端部与钢珠套3内的调整套44的一端靠紧，并经调整套44的另一端与拉杆2尾部上的垫套23、拉杆螺母24直接固联于拉杆2上。
由附图可见，为了扩大夹紧范围和增加夹紧力，斜楔机构至少设有二级，第一级斜楔机构主要包括钢珠套3、钢珠32和滑套5；第二级斜楔机构主要包括钢珠套3、钢珠32和拉杆套4。拉杆套4的钢珠环槽41斜度为15°-45°，此为第二级斜楔机构主要控制参数。其钢珠环槽41内放置6个Φ14的钢珠，钢珠通过对应钢珠环槽41处钢珠套3径向上的6个Φ14的钢珠套径向通孔31与钢珠套3外部滑套5的楔面配合。滑套5内壁设有至少二级配合楔面，其第一级楔面53的斜度为45°，主要用于预夹紧，第二级楔面54的斜度为5°-15°，主要用于增力夹紧。
为了使本发明结构更加紧凑、可靠，采用在滑套5前端内壁设置与主轴1尾端适配的辅助套51，滑套5的径向耳环52两侧设有固联活塞组件6的8112平面轴承61一对，故活塞组件6由前、后两个半活塞经8112平面轴承61夹持滑套5的耳环52构成活塞组件6整体。
活塞组件6的两端部外径上即活塞组件6的前、后端部外径上设有固联气缸组件7的2007114锥度轴承71一对，该锥度轴承71的外圈，一个设置在主轴尾部处皮带轮16的端面，另一个设置在钢珠套3尾部处调节螺母34的内端，使气缸组件7的两端分别由2007114锥度轴承71限定在与主轴同轴的皮带轮16与调节螺母34之间，并经调节螺母34调整，在该调节螺母34的外部还设有紧固螺母35，所以，气缸组件7相对于主轴1只能转动，但不能移动。当主轴1旋转时，气缸组件7的缸套上设置定向杆72。为了实现有效夹紧，在气缸组件7的端盖处设置与气控换向阀联接的进、出气嘴73。
本发明工作原理及特点是1.气缸组件7的两端由一对2007114锥度轴承71的外圈锁定于主轴1尾部的相对位置上，气缸组件7通过2007114锥度轴承71的外圈可以转动，但不能移动，气缸的作用力全部作用于自身主轴上，故主轴轴承与轴承座均不受力，确保了主轴使用寿命在五年以上。
2.活塞组件6由滑套5的径向耳环52将其分成两半，中间配置的两个8112平面轴承61夹持滑套5的耳环52，使前、后活塞组件6各自单独运行，其上的密封圈不需要与高速旋转件产生摩擦，极大地提高了密封圈的使用寿命，密封性能好，减少了漏气，降低了能耗。
3.松夹机构中的二级斜楔机构具有使气缸结构既小巧、紧凑，又通用性大，且第一级斜楔机构中又设二级配合楔面，使夹紧力得到明显的增大。第一级斜楔机构由钢珠套、钢珠和滑套构成；其第一级楔面53的斜度为45°，第二级楔面54的斜度为5°-15°，它利用斜楔增力原理，把最需要夹紧的角度设计在最小处，其夹紧斜角为7-8°，夹紧力却可增加7-8倍。其夹紧斜角是7-8°时，气缸内径为Φ125mm，气缸行程为18mm，却可以与内径Φ180mm的气缸夹紧力相当。第二级斜楔机构由钢珠套、钢珠和拉杆套构成，拉杆套4的钢珠环槽41斜度为15°-45°。它的主要作用是根据夹具口夹紧产品所需变化量的多少选定拉杆套的锥角度；针对现有夹簧锥角为40度时，若设定锥角为90度时，行程为5mm，夹具口变化量3.6mm；当锥角为150度时，行程为1.5mm，夹具口变化量1mm；在锥角由90度向150度变化的过程中进一步扩大了夹紧的力量。
4.松夹弹簧既可设置在钢珠套的外前端部也可设置在钢珠套内端台阶处，较好解决了产品内外加工的夹持问题；使用时，只要更换一根拉杆并把拉杆套反向组装，其松夹弹簧从钢珠套的外前端部移装至钢珠套内端台阶处，它大大扩展了车床加工产品的范围。
5、本发明主要技术参数(1)空气的工作压力为(0.3-0.5)Mpa，按0.5Mpa考虑设计，按0.3mpa实际加工。
(2)夹簧的锥角按(30-40)°考虑，这时夹簧口径变化量在(2.4-3.3)mm，使用时只需装夹产品的夹簧口径比产品外径大0.5mm，就完全可以满足生产要求。
(3)若设计的气缸内径为125mm，行程为18mm，经斜楔增力7倍以后，活塞的推动力421kgf到拉杆上的拉力为2947kgf，18mm的行程在拉杆上为4.5mm。
(4)主轴转速应按轴承允许的转速为依据来分析、选取由手册查得(i)平面轴承8112 允许转速3200转/分允许静负荷7800kgf(ii)锥度轴承2007114 允许转速3400转/分允许动负荷6360kg上述平面轴承上的气缸作用力是421kg，它是2007114锥度轴承允许的静负荷的1/15，是8112平面轴承的1/18.5。因此，主轴转速可以在3000转/分以上范围实现顺利工作。
本发明的用于车床主轴的气动夹紧装置还具有1.结构合理更换调整夹簧的夹紧力度非常方便，卸掉尾端两个拉杆螺母，把夹簧，拉杆从主轴中取出，就很方便的取出旧夹簧；同样，更换完新夹簧后，只要旋转两个拉杆螺母，就可以任意调整夹簧的前后位置，保证可靠的夹紧度。
2.气缸小，重量轻，装拆轻松松开调节螺母和两个拉杆螺母，就可以拆下气缸更换密封圈。
本发明的用于车床主轴的气动夹紧装置不仅对新生产的设备可以配套，以标准化来实现互换，对以前的旧设备，也可按主轴具体情况，在主轴尾端配置钢珠套，对皮带轮做适度修改，就可以使用。该结构不仅适应气动系统，同样也可以应用到油压系统中，为此，将按加工物件大小，设备的不同特点，以此原理设计大小不同，规格不同的一系列机床附件产品，满足机械加工行业的需要。
本发明的具体操作是先将气缸组件7缸套上的定向杆72固定好，使其不随主轴旋转，工作中压缩气体从气缸组件7端盖处的进、出气嘴73输入或输出，使活塞组件前进或后退，同时带动滑套沿主轴前进或后退，滑套的楔面(内锥面)迫使钢珠套通孔中的钢珠沿钢珠环槽的斜面(外锥面)径向前进或后退，从而推动拉杆套沿主轴后退或前进，使拉杆牵动夹簧夹紧产品或卸载产品。上述为夹住产品外径进行机械加工的情形；当要涨紧产品的内孔加工产品的外表面时仅更换一根拉杆，把松夹弹簧从钢珠套的外前端部移装至钢珠套内端台阶处，调节拉杆套的位置，使钢珠压进时，能迫使拉杆套推着拉杆前顶，拉杆前面配置锥度芯杆，把夹簧涨开，就可以夹住产品内孔进行产品外部加工。
以上仅仅是本发明的较佳实施例，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可对此做出各种修改和变换。例如，松夹弹簧的位置变换，滑套结构的变化等等。然而，类似的这种变换和修改均属于本发明的实质。
权利要求
1.一种用于车床主轴的气动夹紧装置，其特征在于主轴(1)经其上的前、后端盖(12)及设置在主轴座(13)前、后端内壁的轴座轴承(14)并通过主轴(1)尾部上的锁紧螺母(15)与主轴座(13)固联于一体，所述主轴(1)的中心设一拉杆(2)，所述拉杆(2)的前端设有夹簧(21)，所述拉杆(2)的后部设有松夹机构，该松夹机构包括由设置在主轴(1)尾部内壁拉杆(2)上的钢珠套(3)、位于钢珠套(3)径向通孔(31)中的钢珠(32)、适配于钢珠套(3)内的拉杆套(4)和位于拉杆套(4)中部的钢珠环槽(41)及拉杆套长、短端(42、43)，适配于钢珠套(3)外的滑套(5)组成的斜楔机构和适配于钢珠套(3)前外端的松夹弹簧(22)，适配于钢珠套(3)内的调整套(44)，适配于钢珠套(3)外的辅助套(51)与设置在拉杆(2)尾部上的垫套(23)、拉杆螺母(24)组成，所述松夹弹簧(22)设置在钢珠套(3)前外端与拉杆定位凸台(25)之间，拉杆套长端(42)的端部与钢珠套内端台阶(33)相靠，拉杆套短端(43)的端部与钢珠套(3)内调整套(44)的一端靠紧，并经调整套(44)的另一端与拉杆(2)尾部上的垫套(22)、拉杆螺母(23)直接固联于拉杆(2)上，所述滑套(5)的径向耳环(52)两侧设有固联活塞组件(6)的平面轴承(61)，所述活塞组件(6)的两端部外径上设有固联气缸组件(7)的锥度轴承(71)，所述气缸组件(7)的缸套上设有定向杆(72)和进、出气嘴(73)。
2.根据权利要求1所述的一种用于车床主轴的气动夹紧装置，其特征在于斜楔机构至少设有二级，第一级斜楔机构主要包括钢珠套(3)、钢珠(32)和滑套(5)；第二级斜楔机构主要包括钢珠套(3)、钢珠(32)和拉杆套(4)。
3.根据权利要求2所述的一种用于车床主轴的气动夹紧装置，其特征在于所述滑套(5)内壁设有至少二级配合楔面，其第一级楔面(53)的斜度为45°，第二级楔面(54)的斜度为5°-15°。
4.根据权利要求2所述的一种用于车床主轴的气动夹紧装置，其特征在于所述拉杆套(4)的钢珠环槽(41)斜度为15°-45°。
5.根据权利要求1所述的一种用于车床主轴的气动夹紧装置，其特征在于所述松夹弹簧(22)设置在钢珠套内端台阶(33)与拉杆套短端(43)的端部之间，拉杆套长端(42)的端部与钢珠套(3)内的调整套(44)的一端靠紧，并经调整套(44)的另一端与拉杆(2)尾部上的垫套(23)、拉杆螺母(24)直接固联于拉杆(2)上。
6.根据权利要求1所述的一种用于车床主轴的气动夹紧装置，其特征在于所述固联气缸组件(7)的锥度轴承(71)的外圈，一个设置在主轴尾部处皮带轮(16)的端面，另一个设置在钢珠套(3)尾部处调节螺母(34)的内端。
7.根据权利要求6所述的一种用于车床主轴的气动夹紧装置，其特征在于钢珠套(3)尾部处调节螺母(34)的外部还设有紧固螺母(35)。
全文摘要
一种用于车床主轴的气动夹紧装置，主轴经轴承与主轴座固联于一体，主轴中心设拉杆，拉杆前端连接夹簧，拉杆的后部设有松夹机构及设置在主轴内壁拉杆上的钢珠套，一松夹弹簧设置在钢珠套前外端与拉杆定位凸台之间，钢珠套内设拉杆套，拉杆套上设钢珠环槽及拉杆套长、短端，钢珠环槽内的钢珠经钢珠套径向通孔与钢珠套外部滑套的楔面配合，滑套的径向耳环两侧设有固联活塞组件的平面轴承，活塞组件的两端部外径上设有固联气缸组件的锥度轴承，气缸组件的缸套上设定向杆和进、出气嘴。本发明具有结构紧凑、合理，密封性能好，完全解决了气缸泄气；二级斜楔机构及滑套内壁的二级楔面增力效果好，夹紧快捷、可靠；适用于不同型号车床的配套使用。
文档编号B23Q3/00GK1915565SQ200610032139
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者宾焕南, 宾莲洁 申请人:宾焕南