一种智能卡盘的制作方法

本发明涉及一种激光切割机或激光焊接机，尤其涉及一种用于激光切割机或激光焊接的卡盘。

背景技术：

现有激光切割机或激光焊接机中，为了保证加工精度和加工质量，通常采用管材旋转、刀具只作进给运动的结构。其中，为了固定管材，激光切割机或激光焊接机采用卡盘装置来夹持管材，卡盘装置包括固定座、用于夹紧管材的夹紧机构、驱动夹紧机构旋转的驱动机构；夹紧机构包括卡盘、若干套适配不同口径的管材的夹紧套、驱动夹紧套夹紧管材的气缸。现有激光切割机或激光焊接机的卡盘装置存在以下技术问题：（1）采用气缸作为卡盘夹紧管材的动力源，由于气缸是用气动控制其动作的，属于模糊控制，导致管材外径大小不同时，由于气缸杆的行程所限，气缸的产生夹紧力不一致，对已经数字化的精密加工的激光切割机或激光焊接机显得不太适配；（2）对于外径大小不同的管材，需要配套一系列的夹紧套，导致一台激光切割机或激光焊接机，需要数量很大的夹紧套与之配套，直接导致夹紧套的库存量大，占用场地空间大，采购成本高，现场管理复杂；（3）加工外径大小不同的管材时需要不断更换对应的夹紧套，导致劳动强度大、使用不方便、工作效率低下等一系列的问题；（4）夹紧机构体积大，只能和激光切割机或激光焊接机形成分体配合，难以和激光切割机或激光焊接机融为一体形成一体化结构，设备占用空间大；（5）夹持点少，且难以扩展夹持点，只能用来夹持圆管材或方管，对异形管无法进行夹持。

技术实现要素：

为解决现有卡盘式夹紧机构存在上述技术问题，本发明提供一种可以数字控制且使用更方便的智能卡盘。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种智能卡盘，包括固定座、用于夹紧管材的夹紧机构、驱动夹紧机构旋转的驱动机构，驱动机构设置于固定座的后侧，夹紧机构设置于固定座的前侧；其特征是：

所述固定座上设有前后贯通的卡盘安装孔，卡盘安装孔内嵌设有卡盘轴承；

所述夹紧机构包括旋转卡盘、卡爪锁紧盘、卡爪；

所述驱动机构包括电机安装盘、卡盘旋转套、外大齿轮、内大齿轮、外小齿轮、内小齿轮、外盘伺服电机、内盘伺服电机；

所述旋转卡盘设置于固定座的前侧，旋转卡盘的后部可旋转地嵌套在卡盘轴承内；

所述卡盘旋转套设置于固定座的后侧，卡盘旋转套的前部与旋转卡盘的后部固定连接；

所述旋转卡盘的后部设有空心的卡盘内轴套，卡盘内轴套上嵌设有锁紧盘轴承；

所述卡爪锁紧盘设置于旋转卡盘的后侧，卡爪锁紧盘的圆心处设有锁紧盘安装孔，卡爪锁紧盘通过锁紧盘安装孔可旋转地嵌套在锁紧盘轴承上；

所述电机安装盘固定在卡盘旋转套的后侧，电机安装盘的圆心处设有空心轴套，空心轴套的前部设有内齿轮轴承；

所述外大齿轮固定在电机安装盘的后侧，外大齿轮的圆心处设有外齿轮通孔；

所述内大齿轮设置在卡盘旋转套内部，内大齿轮的前部与卡爪锁紧盘的后部固定在一起；内大齿轮的圆心处设有内齿轮通孔，内大齿轮通过内齿轮通孔可旋转地嵌套在内齿轮轴承上；

所述内盘伺服电机设置在电机安装盘的后侧，内盘伺服电机的电机轴向前伸出到电机安装盘的前侧，内小齿轮设置在内盘伺服电机的电机轴前端并与内大齿轮啮合；

所述固定座后侧设有电机座，外盘伺服电机设置在电机座上，外盘伺服电机的电机轴向前伸出到电机座的前侧，外小齿轮设置在内盘伺服电机的电机轴前端并与外大齿轮啮合；

所述旋转卡盘内设有3个或3个以上的径向孔，径向孔的开口均匀分布在旋转卡盘的圆周上，径向孔内设有可在径向孔内自由滑动的活动杆；旋转卡盘的前侧和后侧在与径向孔对应的位置设有与径向孔连通的滑槽，活动杆的杆身侧面上设有供卡爪穿过的横孔，活动杆的顶端设有与横孔连通的卡爪固定孔，卡爪垂直地穿过活动杆的横孔并可滑动地设置在滑槽中，卡爪固定孔内设有将卡爪锁紧的卡爪锁紧螺丝；卡爪上设有与该卡爪锁紧螺丝匹配的卡爪螺纹孔；

所述卡爪锁紧盘的前侧表面设有渐开线螺旋凸纹，卡爪前端设有与该渐开线螺旋凸纹匹配啮合的啮合齿，卡爪的末端设有安装工件夹紧头的夹具固定螺纹孔。

卡爪锁紧盘和卡爪之间的动作关系如下，由于卡爪锁紧盘的渐开线螺旋凸纹是连继变化的，卡爪的啮合齿可在渐开线螺旋凸纹形成的“轨道”内相对滑动，由于卡爪是圆周方向是静止的，卡爪锁紧盘旋转时，在渐开线螺旋凸纹的作用下，卡爪在旋转卡盘上作连续径向的滑动。

进一步地，前述空心轴套的后部设有导电滑环，导电滑环上设有与固定座连接的滑环支架，内盘伺服电机与导电滑环电性连接。

进一步地，前述固定座的前侧在卡盘安装孔边缘设有安装卡盘轴承的环形缺口槽，卡盘轴承嵌套在该环形缺口槽内，固定座的前侧设有将卡盘轴承压紧在环形缺口槽内的轴承压板，轴承压板中间设有供旋转卡盘穿过的压板孔。

进一步地，前述卡爪锁紧盘在锁紧盘安装孔的后侧设有锁紧盘安装套，卡爪锁紧盘通过锁紧盘安装套嵌套在锁紧盘轴承上；卡爪的末端面设有若干道防止安装工件夹紧头的防滑条纹。

进一步地，前述内大齿轮在内齿轮通孔的前侧设有内齿轮安装套，内大齿轮通过内齿轮安装套嵌套在内齿轮轴承上；内齿轮安装套与锁紧盘安装套固定在一起；所述电机安装盘的外径大于卡盘旋转套的外径，外大齿轮的外径大于电机安装盘的外径，内大齿轮的外径小于卡盘旋转套的外径；内大齿轮的齿数为内小齿轮的齿数的5~40倍，外大齿轮的齿数为外小齿轮的齿数的5~40倍。

进一步地，前述旋转卡盘的后部边缘处设有与卡盘内轴套同心的卡盘外轴套，卡盘外轴套的外径大于卡盘内轴套的外径且小于旋转卡盘的外径；旋转卡盘通过卡盘外轴套嵌套在卡盘轴承内。

进一步地，前述卡盘旋转套的圆心处设有卡盘套旋转孔，卡盘套旋转孔的后侧设有容纳内大齿轮的内齿轮旋转槽；卡盘套旋转孔的前侧设有卡盘套轴套，卡盘套轴套紧配合地套在卡盘外轴套内。

进一步地，前述内盘伺服电机和内小齿轮组成内齿轮驱动器，内齿轮驱动器为2~4组，均匀分布在电机安装盘上。如此可以电机安装盘重心分布均匀，避免一头重一头轻，有利于提高电机安装盘旋转时的动平衡，转动时更为稳定。

进一步地，前述外盘伺服电机和外小齿轮组成外齿轮驱动器，外齿轮驱动器为两组，分别对称地设置在固定座上；固定座后侧设有罩住驱动机构的保护盖。如此可以增加外大齿轮两侧的受力的均匀性，使外大齿轮运动更为稳定。

进一步地，前述电机安装盘上设有至少一块重量与内盘伺服电机和内小齿轮总重量相等的动平衡配重块。如此可以电机安装盘重心分布均匀，避免一头重一头轻，有利于提高电机安装盘旋转时的动平衡，转动时更为稳定。

工作原理如下：驱动机构分两路驱动来驱动夹紧机构工作，一路主要由外盘伺服电机、外小直齿轮、外大齿轮、电机安装盘、卡盘旋转套组成驱动旋转卡盘旋转的卡盘旋转驱动器；另一路主要由内盘伺服电机、内小齿轮、内大齿轮组成驱动卡爪锁紧盘旋转的锁紧盘旋转驱动器。工作时，锁紧盘旋转驱动器会随旋转卡盘一起旋转。（1）夹持管材原理，每组工件夹紧头通过紧固螺丝固定在卡爪的末端即可形成多爪卡盘，管材安装好后，内盘伺服电机启动即可通过内小齿轮、内大齿轮驱动卡爪锁紧盘旋转，卡爪通过啮合齿沿着卡爪锁紧盘的渐开线螺旋凸纹运动，由于卡爪和活动杆是固定在一起的，活动杆不能转动，只能带动卡爪在旋转卡盘的径向孔内滑动，卡爪从而将卡爪锁紧盘的旋转运动转为卡爪的直线滑动，从而使卡爪带动工件夹紧头向内运动，将管材夹紧；同理，松开管材时，内盘伺服电机反转即可，卡爪也随之反向滑动，工件夹紧头松开管材。（2）管材旋转原理，管材夹持固定好后，外盘伺服电机启动，卡盘旋转驱动器驱动旋转卡盘旋转，内盘伺服电机随电机安装盘一起旋转，内盘伺服电机通过导电滑环与电源连接，此时，卡爪锁紧盘保持锁紧状态，卡爪锁紧盘也随旋转卡盘一起旋转，卡爪不会松开，管材也随旋转卡盘一起旋转，便于激光切割机或激光焊接机对管材进行切割加工和焊接加工。

由上可知，相对于现有技术，本发明具有如下的优点：（1）采用内盘伺服电机作为卡盘夹紧管材的动力源，卡爪锁紧盘的圆周旋转运动代替气缸的直线运动，对管材的夹持实现数字化控制，与控制器结合实现智能控制，卡爪产生夹紧力一致性好，很好地与已经数字化的精密加工的激光切割机或激光焊接机进行无缝适配；（2）夹持口径大小可调，代替了一系列的夹紧套，适用于形状和外径大小不同的管材，没有夹紧套库存，不需要配备夹紧套占用场地空间，没有夹紧套的采购成本，现场管理简单高效；（3）加工外径大小不同的管材时不需要更换对应的夹紧套，劳动强度大大减少、使用非常方便、工作效率大幅提高，运输成本降低；（4）夹紧机构结构紧凑、体积小，可以很好地和激光切割机或激光焊接机匹配融为一体，形成一体化结构，节省了设备的占用空间；（5）实现多点夹持，夹持点可扩展或减少，既能用来夹持圆管材或方管，对异形管也能进行夹持。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为图1的a-a向剖视图。

图3为图1的后视图。

图4为图1的左视图。

图5为图1的立体图。

图6为图5的分解图。

图7为固定座的主视图。

图8为旋转卡盘的立体图。

图9为卡爪锁紧盘的主视图。

图10为图9的a-a向剖视图。

图11为卡爪的立体图。

图12为图11的剖视图。

图13为活动杆的主视图。

图14为图13的a-a剖视图。

图15为电机安装盘的主视图。

图16为图15的a-a向剖视图。

图17为内大齿轮的主视图。

图18为图17的a-a向剖视图。

图19为卡盘旋转套的主视图。

图20为图19的a-a向剖视图。

附图标号说明：1-固定座，2-夹紧机构，3-驱动机构；10-卡盘安装孔，11-卡盘轴承，12-轴承压板，13-电机座，14-保护盖，15-压板孔，16-环形缺口槽。20-旋转卡盘，201-卡盘内轴套，202-卡盘外轴套，203-锁紧盘轴承，204-径向孔，205-滑槽，21-卡爪锁紧盘，211-锁紧盘安装孔，212-渐开线螺旋凸纹，213-锁紧盘安装套；22-卡爪，221-卡爪螺纹孔，222-夹具固定螺纹孔，223-啮合齿，224-防滑条纹；23-活动杆，231-横孔，232-卡爪固定孔，233-卡爪锁紧螺丝，24-工件夹紧头；30-电机安装盘，301-空心轴套，31-卡盘旋转套，311-卡盘套旋转孔，312-卡盘套轴套，313-内齿轮旋转槽，32-外大齿轮，321-外齿轮通孔，33-外小齿轮，34-外盘伺服电机，35-内大齿轮，352-内齿轮轴承，353-内齿轮安装套，36-内小齿轮，37-内盘伺服电机，38-导电滑环，381-滑环支架，39-动平衡配重块。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式，对本发明及其有益技术效果进行进一步详细说明。

参见图1~图20，本发明优选实施的智能卡盘，包括固定座1、用于夹紧管材的夹紧机构2、驱动夹紧机构2旋转的驱动机构3，驱动机构3设置于固定座1的后侧，夹紧机构2设置于固定座1的前侧；其特征是：

参见图2，所述固定座1上设有前后贯通的卡盘安装孔5，卡盘安装孔5内嵌设有卡盘轴承11；参见图2，所述夹紧机构2包括旋转卡盘20、卡爪锁紧盘21、卡爪22、工件夹紧头24；

参见图2，所述驱动机构3包括电机安装盘30、卡盘旋转套31、外大齿轮32、内大齿轮35、外小齿轮33、参见图2，内小齿轮36、外盘伺服电机34、内盘伺服电机37；

参见图2，所述旋转卡盘20设置于固定座1的前侧，旋转卡盘20的后部可旋转地嵌套在卡盘轴承11内；

参见图2，所述卡盘旋转套31设置于固定座1的后侧，卡盘旋转套31的前部与旋转卡盘20的后部固定连接；

参见图2，所述旋转卡盘20的后部设有空心的卡盘内轴套201，卡盘内轴套201上嵌设有锁紧盘轴承203；

参见图2，所述卡爪锁紧盘21设置于旋转卡盘20的后侧，卡爪锁紧盘21的圆心处设有锁紧盘安装孔211，卡爪锁紧盘21通过锁紧盘安装孔211可旋转地嵌套在锁紧盘轴承203上；

参见图2，所述电机安装盘30固定在卡盘旋转套31的后侧，电机安装盘30的圆心处设有空心轴套301，空心轴套301的前部设有内齿轮轴承352；

参见图2，所述外大齿轮32固定在电机安装盘30的后侧，外大齿轮32的圆心处设有外齿轮通孔321；

参见图2，所述内大齿轮35设置在卡盘旋转套31内部，内大齿轮35的前部与卡爪锁紧盘21的后部固定在一起；内大齿轮35的圆心处设有内齿轮通孔，内大齿轮35通过内齿轮通孔可旋转地嵌套在内齿轮轴承352上；

参见图2，所述内盘伺服电机37设置在电机安装盘30的后侧，内盘伺服电机37的电机轴向前伸出到电机安装盘30的前侧，内小齿轮36设置在内盘伺服电机37的电机轴前端并与内大齿轮35啮合；

参见图2，所述固定座1后侧设有电机座13，外盘伺服电机34设置在电机座13上，外盘伺服电机34的电机轴向前伸出到电机座13的前侧，外小齿轮33设置在内盘伺服电机37的电机轴前端并与外大齿轮32啮合；

参见图2、图8，所述旋转卡盘20内设有3个或3个以上的径向孔204，径向孔204的开口均匀分布在旋转卡盘20的圆周上，径向孔204内设有可在径向孔204内自由滑动的活动杆23；旋转卡盘20的前侧和后侧在与径向孔204对应的位置设有与径向孔204连通的滑槽205，活动杆23的杆身侧面上设有供卡爪22穿过的横孔231，活动杆23的顶端设有与横孔231连通的卡爪固定孔232，卡爪22垂直地穿过活动杆23的横孔231并可滑动地设置在滑槽205中，卡爪固定孔232内设有将卡爪22锁紧的卡爪锁紧螺丝233；卡爪22上设有与该卡爪锁紧螺丝233匹配的卡爪螺纹孔221；

参见图2，所述卡爪锁紧盘21的前侧表面设有渐开线螺旋凸纹212，卡爪22前端设有与该渐开线螺旋凸纹212匹配啮合的啮合齿223，卡爪22的末端设有夹具固定螺纹孔222，工件夹紧头24通过紧固螺丝和固定螺纹孔固定在卡爪22的末端。每组工件夹紧头24通过紧固螺丝固定在卡爪22的末端即可形成多爪卡盘。

由上可知，驱动机构3分两路驱动来驱动夹紧机构2工作，一路主要由外盘伺服电机34、外小直齿轮、外大齿轮32、电机安装盘30、卡盘旋转套31组成驱动旋转卡盘20旋转的卡盘旋转驱动器；另一路主要由内盘伺服电机37、内小齿轮36、内大齿轮35组成驱动卡爪锁紧盘21旋转的锁紧盘旋转驱动器。

参见图3~图4，优选地，为了方便在电机安装盘30时内盘伺服电机37能保持与电源及信号电性连接，前述空心轴套301的后部设有导电滑环38，导电滑环38上设有与固定座1连接的滑环支架381，内盘伺服电机37与导电滑环38电性连接。

其中，优选地，卡盘轴承11、锁紧盘轴承203、内齿轮轴承352均为深沟球轴承。

工作过程如下：（1）管材的夹紧过程，管材安装好后，启动内盘伺服电机37即可通过内小齿轮36、内大齿轮35的传动来驱动卡爪锁紧盘21旋转，在活动杆23和径向孔204的限位下，卡爪22无法跟着旋转，卡爪锁紧盘21的渐开线螺旋凸纹212的旋转运动通过卡爪22的啮合齿223推动卡爪22作向内直线滑动，带动工件夹紧头24向内运动将管材夹紧；同理，内盘伺服电机37反转即可松开管材。（2）管材的旋转，管材夹紧后，外盘伺服电机34启动，卡盘旋转驱动器驱动旋转卡盘20旋转，内盘伺服电机37随电机安装盘30一起旋转，此时，卡爪锁紧盘21保持锁紧状态，卡爪22不会松开，管材也随旋转卡盘20一起旋转。此时，启动激光切割机或激光焊接机的工作端即可对管材进行切割加工和焊接加工。

作为另一种实施方式，在前面实施方式的基础上，参见图2、图7，优选地，前述固定座1的前侧在卡盘安装孔5边缘设有安装卡盘轴承11的环形缺口槽16，卡盘轴承11嵌套在该环形缺口槽16内，固定座1的前侧设有将卡盘轴承11压紧在环形缺口槽16内的轴承压板12，轴承压板12中间设有供旋转卡盘20穿过的压板孔15。

参见图9~图12，优选地，前述卡爪锁紧盘21在锁紧盘安装孔211的后侧设有锁紧盘安装套213，卡爪锁紧盘21通过锁紧盘安装套213嵌套在锁紧盘轴承203上；卡爪22的末端面设有若干道防止安装工件夹紧头24的防滑条纹224。

参见图17~图18，优选地，前述内大齿轮35在内齿轮通孔的前侧设有内齿轮安装套353，内大齿轮35通过内齿轮安装套353嵌套在内齿轮轴承352上；内齿轮安装套353与锁紧盘安装套213固定在一起；所述电机安装盘30的外径大于卡盘旋转套31的外径，外大齿轮32的外径大于电机安装盘30的外径，内大齿轮35的外径小于卡盘旋转套31的外径；内大齿轮35的齿数为210齿，内小齿轮36的齿数为21齿；外大齿轮32的齿数为240齿，外小齿轮33的齿数为24齿。

参见图2、图8，优选地，前述旋转卡盘20的后部边缘处设有与卡盘内轴套201同心的卡盘外轴套202，卡盘外轴套202的外径大于卡盘内轴套201的外径且小于旋转卡盘20的外径；旋转卡盘20通过卡盘外轴套202嵌套在卡盘轴承11内。

参见图19~图20，优选地，前述卡盘旋转套31的圆心处设有卡盘套旋转孔311，卡盘套旋转孔311的后侧设有容纳内大齿轮35的卡内齿轮旋转槽313；卡盘套旋转孔311的前侧设有卡盘套轴套312，卡盘套轴套312紧配合地套在卡盘外轴套202内。

作为另一种实施方式，在前面实施方式的基础上，参见图3，为了确保电机安装盘旋转30时的稳定性，优选地，前述内盘伺服电机37和内小齿轮36组成内齿轮驱动器，内齿轮驱动器为2组，均匀分布在电机安装盘30上。

作为另一种实施方式，在前面实施方式的基础上，为了确保电机安装盘旋转30时的稳定性，参见图5，优选地，前述外盘伺服电机34和外小齿轮33组成外齿轮驱动器，外齿轮驱动器为两组，分别对称地设置在固定座1上；固定座1后侧设有罩住驱动机构的保护盖14。

作为另一种实施方式，在前面实施方式的基础上，为了确保电机安装盘旋转30时的稳定性，参见图3，优选地，前述电机安装盘30上设有2块重量与内盘伺服电机37和内小齿轮36总重量相等的动平衡配重块39。

根据上述说明书及具体实施例并不对本发明构成任何限制，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变形，也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。