利用气动旋转轴驱动控制的卡盘的制作方法

本发明涉及工装夹具领域，尤其为一种利用气动旋转轴驱动控制的卡盘。

背景技术：

随着数控技术的不断发展，为达到优质量和高精度的加工效果，对特殊工件特别是薄壁管材进行快速精确的装夹，显得尤其重要。目前绝大部分数控加工机床的精密旋转轴（主轴）所采用的精密薄壁管材装夹形式为弹簧夹头或气缸外置式三爪卡盘的结构。

采用弹簧夹头结构的旋转轴（主轴）必须根据其夹持的薄壁管材外径大小配作相应孔径的弹簧夹头，这样根据管径频繁的更换弹簧夹头，不仅增加了工作量，还大大增加了生产成本，尤其是在夹持外径较小（小于2mm）的精密薄壁管材时弹簧夹头的夹持力无法调节，容易损伤工件而且装夹精度难以保证，这些都大大制约了数控加工机床对多规格小管径的精密薄壁管材进行高精密加工。

采用气缸外置式三爪卡盘结构的旋转轴（主轴），为防止气爪的驱动气管在旋转时发生缠绕，对传统的气爪结构进行改进，将机械结构沿与旋转轴平行的方向外置，并通过外置气缸驱动一个曲柄连杆滑块机构来控制三爪卡盘的开合，该机构结构复杂，体积大，成本高，除特殊加工用途外很少采用。

技术实现要素：

本发明目的在于解决上述技术问题提供了一种气动式三爪卡盘，采用模块化设计，将高精密气动三爪卡盘与旋转电机集成于一体，并将三爪卡盘的控制气路内置密封，该结构小巧轻便，为加工精密薄壁管零件提供了一种新型的精密旋转轴综合优化解决方案，具体技术方案如下：

利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，连接于内部设置有进料管的安装座，包括回转体、若干夹爪、气动活塞以及中空芯轴，所述回转体可转动地连接于所述安装座的一端，所述中空芯轴设置于所述回转体的中部并且中空芯轴的一端与所述进料管的出口同轴对接；所述气动活塞可沿中空芯轴滑动地套接在该中空芯轴上，并且气动活塞还通过可沿中空芯轴的轴向弹性形变的弹性件与所述回转体弹性连接；所述回转体内部设置有回转气腔，所述安装座上设置有与所述回转气腔连通的进气孔，所述气动活塞的外部设置有受力面，所述回转气腔通过管路与所述受力面的一侧连通，从而在高压气体经由所述进气孔以及回转气腔作用于所述气动活塞的受力面时，气动活塞克服所述弹性件弹力沿所述中空芯轴的轴向移动；所述若干夹爪可径向移动地设置在所述中空芯轴的出口端周侧，并且所述气动活塞与所述夹爪传动连接，在所述气动活塞在高压气体或者弹性件的作用下沿所述中空芯轴往复移动时，气动活塞驱动所述夹爪向心运动或者离心运动。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述气动活塞通过夹爪夹具与所述夹爪连接，所述气动活塞的外部周向对称设置有若干连杆，该连杆的端部倾斜设置有驱动块，驱动块具有相对的两个驱动面即第一驱动面、第二驱动面；所述夹爪夹具可向心或者离心运动地设置在回转体的外侧，并且所述夹爪夹具朝向所述中空芯轴的一侧设置有若干与所述导向块相对应的驱动腔，所述驱动腔内具有与所述第一驱动面、第二驱动面相对应的两个倾斜设置的被动面，并且所述驱动腔的外侧设置有槽口；所述连杆滑动于所述槽口内从而所述驱动块滑动于所述驱动腔内，并且所述第一驱动面、第二驱动面分别与所述两个被动面相抵。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述回转体在所述中空芯轴的外侧径向设置有若干与所述夹爪一一对应的导向槽，所述夹爪夹具滑动连接于所述导向槽。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述导向槽两两成一组，并且同组的两个导向槽之间设置有滚针单元，所述滚针单元可转动设置有若干沿所述导向槽方向分布的滚针，所述夹爪夹具的中部与所述滚针接触。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述滚针单元还包括设置于同组的两个导向槽之间的滚针托架，所述若干滚针可转动地排列设置在所述滚针托架中。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述一组导向槽以及改组导向槽之间的滚针单元形成一个导向机构，任意一个夹爪夹具的两侧对称设置有两个导向机构。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述回转体内设置有位于所述气动活塞外侧的驱动气腔，所述气动活塞的外部固定设置有位于驱动气腔内的受力块，相应地，该受力块可随气动活塞在所述驱动气腔内滑动；所述回转气腔通过管路与驱动气腔连通，所述受力块朝向驱动气腔进气口的侧面为所述受力面。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述夹爪有三个，并且均匀分布于所述中空芯轴的出口端周侧。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述回转体包括分别套接在进料管端部、中空芯轴、气动活塞上的气腔部、连接部以及作业部；所述气腔部转动设置在所述连接座端部，该气腔部的外缘设置有环形槽，该环形槽与连接座的端口配合形成所述回转气腔；回转部朝向夹爪方向的侧面中部设置有嵌入槽，所述连接部嵌于所述嵌入槽内，所述作业部与所述连接部的另一侧面固定连接；所述连接部、作业部的上部设置有与所述回转气腔连通的管路，所述作业部的下部设置有与所述管路连通的驱动气腔。

所述的利用气动旋转轴驱动控制的卡盘，其进一步设计在于，所述弹性件为弹簧，该弹簧套接于所述中空芯轴的外部并且其两端分别与回转体的内壁以及气动活塞的内侧端连接。

本发明的有益效果在于：

1）该精密旋转轴作为数控机床及精密运动平台行业的核心部件，采用气动控制卡盘的三个夹爪同步向心运动来夹持管材，无需更换夹头便可适应多种规格的管材，为国内用户提供性价比更高的精密旋转轴类解决方案。

2）采用气动方式控制的三爪卡盘，相比于传统的弹簧夹头式结构，具有夹持力大小可调、夹持的管材导向性和同心性好等的优点，特别适用于细长径小管材的夹持。

3）相对于弹簧夹头结构的旋转轴，该设计夹持工件部分的接触面积大，工件不易发生变形，而且夹持过程中不会产生像弹簧夹头和夹头柄之间不断的接触发生磨损变形，使用寿命长。

4）三爪卡盘采用的气动夹持，弹簧复位的控制方式，控制气路内置密封设计，该设计不仅解决了三爪卡盘旋转过程中缠绕气管的问题，而且结构紧凑，维护方便。

5）采用“迷宫”式防水设计，提高密封性能，避免加工过程中的水雾进入到三爪卡盘和DD马达中，可以满足客户对特殊管材进行湿切的需求。

6）采用模块化组合设计，将旋转部分和工件夹持部分分开设计和装配，最后将这两个部分密封连接起来，两者即相互独立又具备零部件的整体互换性功能，安装及维修方便，在保证性能条件下，合理降低了制造和维护成本，性价比高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是回转体、夹爪夹具以及夹爪结构示意图。

图3是气动活塞结构示意图。

图4是夹爪夹具结构示意图。

图5是回转体结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明：

如图所示，该利用气动旋转轴驱动控制的卡盘连接于内部设置有进料管6的安装座5，包括回转体1、若干夹爪2、气动活塞3以及中空芯轴4，回转体1可转动地连接于安装座的一端，中空芯轴4设置于回转体的中部并且中空芯轴的一端与进料管6的出口同轴对接；气动活塞3可沿中空芯轴4滑动地套接在该中空芯轴上，并且气动活塞3还通过可沿中空芯轴4的轴向弹性形变的弹性件与回转体1弹性连接；回转体1内部设置有回转气腔11，安装座上设置有与回转气腔11连通的进气孔51，气动活塞3的外部设置有受力面，回转气腔11通过管路与受力面的一侧连通，从而在高压气体经由进气孔51以及回转气腔11作用于气动活塞3的受力面时，气动活塞3克服弹性件弹力沿中空芯轴4的轴向移动；若干夹爪2可径向移动地设置在中空芯轴4的出口端周侧，并且气动活塞3与夹爪2传动连接，在气动活塞3在高压气体、弹性件9的作用下沿中空芯轴4往复移动时，气动活塞3驱动夹爪2向心运动或者离心运动。

气动活塞3通过夹爪夹具7与夹爪2连接，气动活塞3的外部周向对称设置有若干连杆，该连杆的端部倾斜设置有驱动块31，驱动块31具有相对的两个驱动面即第一驱动面311、第二驱动面312；夹爪夹具7可向心或者离心运动地设置在回转体1的外侧，并且夹爪夹具7朝向中空芯轴4的一侧设置有若干与导向块相对应的驱动腔71，驱动腔71内具有与第一驱动面311、第二驱动面312相对应的两个倾斜设置的被动面711，并且驱动腔71的外侧设置有槽口；连杆滑动于槽口内从而驱动块31滑动于驱动腔71内，并且第一驱动面311、第二驱动面312分别与两个被动面711相抵。具体地，夹爪2有三个，并且均匀分布于中空芯轴4的出口端周侧。弹性件为弹簧9，该弹簧套接于中空芯轴4的外部并且其两端分别与回转体1的内壁以及气动活塞3的内侧端连接。

气动活塞在高压气体的作用下克服弹性件的阻力朝安装座方向移动，此时夹爪夹具受气动活塞驱动向心运动，从而夹爪向心运动夹住工件；在高压气体撤除时，气动活塞在弹性件的弹力作用下回位，此时夹爪离心运动松开工件。

回转体1在中空芯轴4的外侧径向设置有若干与夹爪2一一对应的导向槽12，夹爪夹具7滑动连接于导向槽12。

导向槽12两两成一组，并且同组的两个导向槽12之间设置有滚针单元8，滚针单元8可转动设置有若干沿导向槽12方向分布的滚针81，夹爪夹具7的中部与滚针接触。

滚针单元8还包括设置于同组的两个导向槽12之间的滚针托架82，若干滚针可转动地排列设置在滚针托架中。

一组导向槽12以及改组导向槽12之间的滚针单元8形成一个导向机构，任意一个夹爪夹具7的两侧对称设置有两个导向机构。

回转体1内设置有位于气动活塞3外侧的驱动气腔16，气动活塞3的外部固定设置有位于驱动气腔内的受力块32，相应地，该受力块可随气动活塞3在驱动气腔内滑动；回转气腔11通过管路与驱动气腔连通，受力块朝向驱动气腔进气口的侧面为受力面。

回转体1包括分别套接在进料管端部、中空芯轴4、气动活塞3上的气腔部13、连接部14以及作业部15；气腔部转动设置在连接座端部，该气腔部的外缘设置有环形槽，该环形槽与连接座的端口配合形成回转气腔11；回转部朝向夹爪2方向的侧面中部设置有嵌入槽，连接部嵌于嵌入槽内，作业部与连接部的另一侧面固定连接；连接部、作业部的上部设置有与回转气腔11连通的管路，作业部的下部设置有与管路连通的驱动气腔16。

本发明的有益效果在于：

1）该精密旋转轴作为数控机床及精密运动平台行业的核心部件，采用气动控制卡盘的三个夹爪同步向心运动来夹持管材，无需更换夹头便可适应多种规格的管材，为国内用户提供性价比更高的精密旋转轴类解决方案。

2）采用气动方式控制的三爪卡盘，相比于传统的弹簧夹头式结构，具有夹持力大小可调、夹持的管材导向性和同心性好等的优点，特别适用于细长径小管材的夹持。

3）相对于弹簧夹头结构的旋转轴，该设计夹持工件部分的接触面积大，工件不易发生变形，而且夹持过程中不会产生像弹簧夹头和夹头柄之间不断的接触发生磨损变形，使用寿命长。

4）三爪卡盘采用的气动夹持，弹簧复位的控制方式，控制气路内置密封设计，该设计不仅解决了三爪卡盘旋转过程中缠绕气管的问题，而且结构紧凑，维护方便。

5）采用“迷宫”式防水设计，提高密封性能，避免加工过程中的水雾进入到三爪卡盘和DD马达中，可以满足客户对特殊管材进行湿切的需求。

6）采用模块化组合设计，将旋转部分和工件夹持部分分开设计和装配，最后将这两个部分密封连接起来，两者即相互独立又具备零部件的整体互换性功能，安装及维修方便，在保证性能条件下，合理降低了制造和维护成本，性价比高。