立式机床及其装夹机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种立式机床的装夹机构，包括卡盘以及设置于卡盘上的多个卡紧装置，卡紧装置包括滑动设置于卡盘上的卡爪以及设置于卡盘上以带动卡爪移动的螺纹驱动件，螺纹驱动件能够通过锥齿轮与同步齿圈传动连接，同步齿圈放置于主轴的台肩上，且与主轴同轴，同步齿圈能够与顶升装置相作用，多个卡爪在初始位置处形成的内切圆的圆心位于主轴的轴线上。上述装夹机构中，螺纹驱动件绕自身轴线转动后驱动卡爪运动，而同步齿圈与主轴同轴，多个螺纹驱动件在同步齿圈上以同样的速度转动，使得多个卡爪组成的内切圆的圆心始终位于主轴的轴线上，卡爪与工件接触后，工件将自动被多个卡爪定位于主轴的轴心处，同时夹紧工件并定心，提高了工件的加工效率。
【专利说明】立式机床及其装夹机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及立式机床【技术领域】，尤其涉及一种立式机床的装夹机构。本发明还涉及一种具有上述装夹机构的立式机床。
【背景技术】
[0002]立式机床工作时，通常采用卡爪实现工件的装夹，随着技术的不断革新，数控机床逐渐占据了较大的市场份额，其可以自动完成主轴的变速、正反转、启动或停止，两个坐标方向的进给和快速移动，以及卡爪的松开、夹紧和定心等，因此其加工效率和精度相比于普通机床具有较大的优势。
[0003]无论是普通立式机床，还是数控立式机床，其加工部件时大多通过安装于卡盘上的多个卡紧装置实现，该卡紧装置通常包括多个卡爪以及与多个卡爪一一对应设置的驱动件。以数控立式车床为例，该车床的卡盘上设置有四个卡爪，这四个卡爪均能够相对于卡盘滑动，将工件放置于卡盘上后，依次操作四个驱动件使得四个卡爪依次靠近工件，直至将工件夹紧，然后操作人员需要手动对刀定心，以确保工件的位置精确度，之后便可进行加工。在其他立式机床中，工件的定位过程与上述数控立式车床的定位过程相似。
[0004]通过上述描述可知，在目前的立式机床上，操作卡爪夹紧工件时，依次操作多个卡爪，每个卡爪的移动量均存在一定的差异，导致该工件的位置出现偏移，因而需要对工件进行对刀定心，以保证工件的加工精度。可见，工件在加工前需要先后进行卡紧和对刀定心两步准备工作，使得工件的定位较为繁琐，致使工件的加工效率较低。
[0005]因此，如何解决立式机床的加工效率较低的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种立式机床的装夹机构，该装夹机构能够提高立式机床的加工效率。本发明的另一目的是提供一种具有上述装夹机构的立式机床。
[0007]为了实现上述第一个目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]一种立式机床的装夹机构，包括卡盘以及设置于所述卡盘上的多个卡紧装置，所述卡紧装置包括滑动设置于所述卡盘上的卡爪，所述卡紧装置还包括设置于所述卡盘上以带动所述卡爪移动的螺纹驱动件，所述螺纹驱动件能够通过锥齿轮与同步齿圈传动连接，所述同步齿圈放置于主轴的台肩上，且与所述主轴同轴，所述同步齿圈能够与顶升装置相作用，多个所述卡爪在初始位置处形成的内切圆的圆心位于所述主轴的轴线上。
[0009]优选地，在上述装夹机构中，所述螺纹驱动件为丝杠。
[0010]优选地，在上述装夹机构中，所述卡紧装置还包括与所述卡爪沿着所述丝杠的轴向定位的丝母，所述丝母套设于所述丝杠上。
[0011]优选地，在上述装夹机构中，所述同步齿圈放置于所述主轴的台肩上时，所述锥齿轮与所述同步齿圈之间具有预定间隙。[0012]优选地，在上述装夹机构中，所述顶升装置包括驱动件以及由所述驱动件作用以将所述同步齿圈撑离所述主轴并能够复位的摩擦件。
[0013]优选地，在上述装夹机构中，所述同步齿圈上与所述摩擦件相对的面上具有摩擦槽，所述摩擦件端部与所述摩擦槽配合。
[0014]优选地，在上述装夹机构中，所述摩擦槽为环形槽，所述摩擦件为环形摩擦件。
[0015]优选地，在上述装夹机构中，所述驱动件为驱动源，所述摩擦件与所述装夹机构的底座形成顶升腔和复位腔，所述驱动源分别通过第一气道和第二气道与所述顶升腔和所述复位腔连通。
[0016]优选地，在上述装夹机构中，所述驱动源为气源。
[0017]优选地，在上述装夹机构中，所述卡紧装置为五个。
[0018]在上述技术方案中，本发明提供的立式机床的装夹机构包括卡盘以及设置于卡盘上的多个卡紧装置，该卡紧装置包括滑动设置于卡盘上的卡爪和设置于卡盘上以带动卡爪移动的螺纹驱动件，该螺纹驱动件能够通过锥齿轮与同步齿圈传动连接，该同步齿圈放置于主轴的台肩上，且与主轴同轴，同步齿圈能够与顶升装置相作用，多个卡爪在初始位置处形成的内切圆的圆心位于主轴的轴线上。该立式机床工作时，主轴与卡盘同步转动，需要装夹工件时，操作顶升装置与同步齿圈相作用，同步齿圈在顶升装置的作用下相对于卡盘静止，而螺纹驱动件依旧与卡盘同步转动，使得螺纹驱动件通过锥齿轮沿着同步齿圈的锥面转动的同时绕着自身轴线转动，继而驱动卡爪向主轴中心移动，从而实现工件的夹持。同理地，需要松开工件时，操作顶升装置与同步齿圈分离即可。
[0019]通过上述描述可知，本发明提供的装夹机构中，顶升装置与同步齿圈作用使得螺纹驱动件相对于同步齿圈转动，进而实现螺纹驱动件沿自身轴线转动后驱动卡爪运动的目的，而上述同步齿圈与主轴同轴，多个螺纹驱动件在同步齿圈上以同样的速度转动，使得多个卡爪组成的内切圆的圆心始终位于主轴的轴线上，显然，多个卡爪与工件接触后，工件将自动被多个卡爪定位于主轴的轴心处，从而在夹紧工件的同时完成工件的定心，无需多次对刀，进而提高了工件的加工效率。
[0020]为了实现上述第二个目的，本发明还提供了一种立式机床，包括机架以及设置于所述机架上的装夹机构，所述装夹机构为上述任一项所述的装夹机构。由于上述装夹机构具有上述技术效果，具有该装夹机构的立式机床也应具有相应的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本发明实施例提供的立式机床的装夹结构的结构示意图。
[0023]上图1中:
[0024]一级轴11、二级轴12、传动齿圈13、卡盘14、工件15、卡爪16、丝母17、丝杠18、锥齿轮19、同步齿圈20、摩擦件21、底座22、第一气道23、第二气道24、主轴25。【具体实施方式】
[0025]本发明的核心是提供一种立式车床的装夹机构，该装夹机构能够提高立式机床的加工效率。本发明的另一核心是提供一种具有上述装夹机构的立式机床。
[0026]为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0027]如图1所示，本发明实施例提供的立式机床的装夹机构，包括底座22、主轴25、卡盘14、卡紧装置和主轴驱动装置，主轴25、卡盘14、卡紧装置和主轴驱动装置均安装于底座22上，卡盘14用于支撑工件15，其可相对于底座22转动，卡紧装置包括滑动设置于卡盘14上的卡爪16，主轴驱动装置包括电机、与电机的输出轴连接的一级轴11、与一级轴11传动连接的二级轴12以及与二级轴12啮合的传动齿圈13，该传动齿圈13与卡盘14相固定，且与主轴25同轴设置，继而通过卡盘14带动主轴25同轴转动，实现工件15的旋转。上述卡爪16可为四个，且沿着卡盘14的周向均匀设置。
[0028]本发明实施例提供的装夹机构的关键改进之处在于，上述卡紧装置还包括螺纹驱动件、锥齿轮19、同步齿圈20以及能够与同步齿圈20相作用的顶升装置，螺纹驱动件可为螺杆，其设置于卡盘14上，用以带动卡爪16移动，且该螺纹驱动件能够通过锥齿轮19与同步齿圈20传动连接，该同步齿圈20放置于主轴25的台肩上，且与主轴25同轴，其上表面和侧表面均通过滚子与卡盘14和主轴25相对转动，当同步齿圈20放置于主轴25的台肩上时，同步齿圈20与锥齿轮19可啮合，两者相对静止。顶升装置用于在夹紧工件15时将同步齿圈20撑离主轴25的台肩，多个卡爪16在初始位置处形成的内切圆的圆心位于主轴25的轴线上，该初始位置为卡爪16安装于卡盘14上后与螺纹驱动件同步转动的位置。上述顶升装置可以是伸缩缸，该伸缩缸的伸缩端与同步齿圈20连接，需要夹紧工件15时，该伸缩缸的伸缩端伸出即可，松开工件15时该伸缩缸的伸缩端缩回。本发明实施例提供的上述装夹机构可用于立式车床、立式铣床或其他立式机床中，尤其可用于数控立式机床中，以得到更好的效果。
[0029]该立式机床工作时，主轴驱动装置使得主轴25与卡盘14同步转动，设置于卡盘14上的螺纹驱动件以及与主轴25接触的同步齿圈20亦同步转动，需要装夹工件15时，操作顶升装置与同步齿圈20相作用，同步齿圈20在顶升装置的作用下与主轴25分离，并相对于卡盘14静止，而螺纹驱动件依旧与卡盘14同步转动，即螺纹驱动件通过锥齿轮19沿着同步齿圈20的锥面转动的同时绕着自身轴线转动，继而驱动卡爪16向主轴25中心移动，从而实现工件15的夹持。同理地，需要松开工件15时，操作顶升装置与同步齿圈20分离，使得同步齿圈20重新与卡盘14同步转动即可。可以理解地，工件15的卡紧和松开分别通过主轴25的正转和反转实现。
[0030]通过上述描述可知，本发明实施例提供的装夹机构中，顶升装置与同步齿圈20作用使得螺纹驱动件相对于同步齿圈20转动，进而实现螺纹驱动件绕自身轴线转动后驱动卡爪16运动的目的，而上述同步齿圈20与主轴25同轴，多个螺纹驱动件在同一个同步齿圈20上以同样的速度转动，使得多个卡爪16组成的内切圆的圆心始终位于主轴25的轴线上，显然，多个卡爪16与工件15接触后，工件15将自动被多个卡爪16定位于主轴25的轴心处，从而在夹紧工件15的同时完成工件15的定心，无需多次对刀，进而提高了工件15的加工效率。另外，上述装夹机构无需多次对刀即可较大程度地保证工件15的精确定心，继而避免反复对刀所导致的工件15的定心精度较差的问题。
[0031]为了增大卡爪16的移动速度，可将上述螺纹驱动件设置为丝杠18，此时，卡爪16上与丝杠18相配合的一端设置有齿状结构，以实现其与丝杠18的相对运动。另外，相对于螺杆，丝杠18上的螺纹不易失效，其使用寿命相对较长。
[0032]上述方案虽然能够增加卡爪16的移动速度，但需要对现有的卡爪16进行改进，导致该装夹机构的制造成本较高，为了解决这一问题，本发明实施例所提供的卡紧装置还包括与卡爪16沿着丝杠18的轴向定位的丝母17，该丝母17套设于丝杠18上，具体地，卡爪16与丝母17可焊接，也可通过定位键连接。此方案中，丝杠18的运动可直接传递至丝母17，丝母17带动卡爪16运动，而丝母17为现有结构，因此可避免对卡爪16进行重新设计，以此达到上述目的。
[0033]具体实施时，由于锥齿轮19与同步齿圈20啮合，当不需要卡爪16移动时，操作人员会进行其他诸如启动、停车等操作，由于惯性、延迟等因素，锥齿轮19会沿着同步齿圈20的锥面转动而导致螺纹驱动件带动卡爪16运动，继而出现误操作，为了避免这一现象，上述同步齿圈20放置于主轴25的台肩上时，锥齿轮19与同步齿圈20之间可设置预定间隙，此时，同步齿圈20与锥齿轮19不接触，两者的运动情况以及受到的作用力互不干扰，只有在顶升装置进入工作状态后，两者才会相对转动，从而防止误操作。
[0034]进一步的技术方案中，上述顶升装置包括驱动件以及由驱动件作用以将同步齿圈20撑离主轴25并能够复位的摩擦件21，该摩擦件21 —般由弹性材料制成。该驱动件可为伸缩缸，该伸缩缸的伸缩端与摩擦件21连接，当伸缩缸的伸缩端伸出时，其可带动摩擦件21上升并与同步齿圈20的下表面接触，使得同步齿圈20沿着主轴25向上运动，即与主轴25的台肩分离，此时，主轴25的转动无法传递至同步齿圈20，而摩擦件21则使得同步齿圈20相对于主轴25静止，以实现螺纹驱动件绕自身轴线转动的目的。相比于伸缩缸直接与同步齿圈20相作用，上述摩擦件21能够增加同步齿圈20受到的摩擦力，进而缩短同步齿圈20由运动转为静止时所需的时间，同时，该摩擦件21可避免同步齿圈20与伸缩缸硬接触所产生的磨损，进而提高同步齿圈20转换工作状态时的可靠性。
[0035]为了优化上述技术方案，本发明实施例提供的同步齿圈20上与摩擦件21相对的面上具有摩擦槽，摩擦件21端部与该摩擦槽配合，以增加摩擦件21与同步齿圈20的作用面积。上述摩擦槽的形状可为矩形、V形或八字形，本发明实施例优选为八字形，以进一步增加摩擦件21与同步齿圈20的作用面积，从而增大两者之间的摩擦力。更进一步地，上述摩擦槽为环形槽，摩擦件21则为环形摩擦件，由此，摩擦件21与同步齿圈20的接触面积更大，更有助于同步齿圈20尽快静止，有效缩短同步齿圈20的响应时间。
[0036]优选的技术方案中，上述驱动件为驱动源，摩擦件21与底座22密封连接以形成顶升腔和复位腔，顶升腔位于摩擦件21的下端，复位腔位于摩擦件21的上端，驱动源分别通过第一气道23和第二气道24与顶升腔和复位腔连通。上述摩擦件21和底座22之间形成气缸结构，底座22上的第一气道23和第二气道24用于传输高压气体，实现摩擦件21的上升和下降。该驱动源可为液压源，也可为气源，为了保证摩擦件21受到足够的推动力，本发明实施例优选气源作为驱动源。
[0037]更优选的技术方案中，上述卡紧装置为五个，即，与工件15接触的卡爪16为五个。由于卡爪16工作时会受到磨损，其磨损量达到一定程度时将无法使用，一般需要更换新的卡爪16才能保证工件的可靠定位，对工件的加工效率产生不良影响。而本实用新型实施例将卡爪16设置为5个，即使其中的个别卡爪16的磨损量较大而无法使用，其他卡爪16也可保证工件的精确定位，此时无需更换卡爪16也可进行正常加工，继而保障了工件的加工效率。另外，通过上述设置方式，还可观察出具体需要更换的卡爪16，以及工件上圆柱度误差相对较大的部分，有益于针对性地更换卡爪16，以及掌握工件的加工质量。当然，根据该装夹机构的应用场合，上述卡紧装置的数量可为六个或更多。
[0038]本发明实施例提供的立式机床包括机架以及设置于机架上的装夹机构，该装夹机构为上述任一方案所述的装夹机构。由于上述装夹机构具有上述技术效果，具有该装夹机构的立式机床也应具有相应的技术效果，此处不再作详细介绍。
[0039]以上对本发明所提供的立式机床及其装夹机构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种立式机床的装夹机构，包括卡盘(14)以及设置于所述卡盘(14)上的多个卡紧装置，所述卡紧装置包括滑动设置于所述卡盘(14)上的卡爪(16)，其特征在于，所述卡紧装置还包括设置于所述卡盘(14)上以带动所述卡爪(16)移动的螺纹驱动件，所述螺纹驱动件能够通过锥齿轮(19)与同步齿圈(20)传动连接，所述同步齿圈(20)放置于主轴(25)的台肩上，且与所述主轴(25)同轴，所述同步齿圈(20)能够与顶升装置相作用，多个所述卡爪(16)在初始位置处形成的内切圆的圆心位于所述主轴(25)的轴线上。
2.按照权利要求1所述的装夹机构，其特征在于，所述螺纹驱动件为丝杠(18)。
3.按照权利要求2所述的装夹机构，其特征在于，所述卡紧装置还包括与所述卡爪(16)沿着所述丝杠(18)的轴向定位的丝母(17)，所述丝母(17)套设于所述丝杠(18)上。
4.按照权利要求1所述的装夹机构，其特征在于，所述同步齿圈(20)放置于所述主轴(25)的台肩上时，所述锥齿轮(19)与所述同步齿圈(20)之间具有预定间隙。
5.按照权利要求1所述的装夹机构，其特征在于，所述顶升装置包括驱动件以及由所述驱动件作用以将所述同步齿圈(20)撑离所述主轴(25)并能够复位的摩擦件(21)。
6.按照权利要求5所述的装夹机构，其特征在于，所述同步齿圈(20)上与所述摩擦件(21)相对的面上具有摩擦槽，所述摩擦件(21)端部与所述摩擦槽配合。
7.按照权利要求6所述的装夹机构，其特征在于，所述摩擦槽为环形槽，所述摩擦件(21)为环形摩擦件。
8.按照权利要求5所述的装夹机构，其特征在于，所述驱动件为驱动源，所述摩擦件(21)与所述装夹机构的底座(22)形成顶升腔和复位腔，所述驱动源分别通过第一气道(23)和第二气道(24)与所述顶升腔和所述复位腔连通。
9.按照权利要求8所述的装夹机构，其特征在于，所述驱动源为气源。
10.按照权利要求1-9中任一项所述的装夹机构，其特征在于，所述卡紧装置为五个。
11.一种立式机床，包括机架以及设置于所述机架上的装夹机构，其特征在于，所述装夹机构为如权利要求1-10中任一项所述的装夹机构。
【文档编号】B23B31/26GK103878405SQ201210558769
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】谭宗保, 王跃龙, 金正哲, 王成波, 李伟伟, 张国欣, 宫绪成 申请人:齐齐哈尔齐车集团方圆工模具有限责任公司