曲面自定心夹具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种曲面自定心夹具，尤其涉及一种数控4轴机床中针对曲面轴类零件的双端同步曲面自定心夹具。
【背景技术】
[0002]在机械加工中首先要对零件进行可靠的装夹，通常数控4轴机床的加工对象是“长径比”较大的轴类零件，数控4轴机床除X、Y、Z三根直线运动轴外还有一根旋转轴A，数控编程坐标系应该设置在旋转轴的轴线上，目前旋转轴上通常安装有三爪自定心卡盘，采用一端夹紧另一端加顶针的安装方式，对于圆形规则零件找准旋转中心很方便，但对于表面为复杂曲面的轴类零件特别是曲面管材零件，既不能采用三爪自定心卡盘，也不能采用顶针(管材零件中部是空心的)，从而导致复杂曲面轴类零件的装夹难度成倍增加。目前迫切需要一种能适应复杂曲面轴类零件装夹的自定心夹具，要求通过轴向直线运动在轴向实现夹具的刚性定位，同时在轴类零件两端能够实现径向自定心同步夹紧，夹具夹紧后还要能做无级旋转运动，夹具的旋转运动与轴向直线运动相互独立。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种曲面自定心夹具，可以在轴类零件两端实现径向自定心同步夹紧，并能实现连续的数控旋转运动。装夹原理是通过结构设计使得夹具的轴向直线运动和旋转运动相互独立，并将轴向直线运动转换成夹具径向的夹紧运动，在夹紧过程以滚动摩擦为主，夹具加工方便使用寿命长，定位精度高。
[0004]为实现上述目的，本发明提供的曲面自定心夹具，包括数控分度头，径向定位座，分度头端主轴，主轴弹簧，径向夹紧轴，径向夹紧轴座、径向夹紧轴座复位弹簧，径向夹紧轴复位弹簧，斜向滚道钢珠，斜向滚道钢珠限位套，直线移动端主轴，移动端固定座，直线滚道固定座，直线滚道移动座，直线滚道钢珠，滚动轴承，气缸，气缸支座，基座。数控分度头夹紧分度头端主轴，主轴弹簧一端面与分度头端主轴上的台阶接触，另一端与径向定位座端面相接触，径向定位座与分度头端主轴为间隙配合，沿轴向可以有相对直线运动，在圆周方向的相对旋转运动受到限制。径向夹紧轴座上有粗定位凹槽，粗定位凹槽的外侧轮廓由轴类曲面零件外表面向外偏置获得，同样的径向夹紧轴座的外侧轮廓也由轴类曲面零件外表面向外偏置获得，在径向夹紧轴座上分布有若干相等直径的孔，其轴线指向轴类零件外表面的法向。径向夹紧轴与径向夹紧轴座上的孔为滑动配合，可以作直线运动。在分度头端主轴侧的径向夹紧轴座与分度头端主轴、在直线移动端主轴侧的径向夹紧轴座与直线移动端主轴都是滑动配合，且在圆周方向没有相对旋转运动。径向夹紧轴座复位弹簧的一端与径向定位座底面接触，另一端与径向夹紧轴座的端面接触。
[0005]进一步地，径向夹紧轴上端设计有斜向球形滚道，径向夹紧轴座上也有与之对应的斜向球形滚道，斜向球形滚道的斜角一般在10-30度之间，斜向球形滚道的轴线与分度头端主轴的轴线共面，斜向滚道钢珠与斜向滚道接触处于滚动摩擦状态。
[0006]进一步地，斜向滚道钢珠限位套固定在径向夹紧轴上，可以限制斜向滚道钢珠的位置，径向夹紧轴复位弹簧上端与斜向滚道钢珠限位套端面接触，下端与径向夹紧轴座接触。
[0007]进一步地，轴类曲面零件端面与径向夹紧轴座的粗定位凹槽底部平面接触，在夹紧状态下曲面轴类零件的侧面与若干径向夹紧轴端面接触。
[0008]进一步地，气缸通过螺栓固定在气缸支座上，气缸轴的前端固定在直线移动端主轴上，可以沿直线来回移动。气缸支座通过螺栓固定在基座上。
[0009]滚动轴承内圈固定在直线移动端主轴上，直线滚道移动座固定在滚动轴承外圈上，直线滚道固定座固定在移动端固定座上，直线滚道钢珠与直线滚道移动座、直线滚道固定座上各自的直线滚道保持接触，移动端固定座通过螺栓固定在基座上。
[0010]本发明与现有技术相比有如下优点:将轴向运动转化为斜向运动和径向运动，从而完成零件的夹紧动作，轴向刚性定位，径向弹性夹紧，轴向运动和斜向运动过程中是滚动摩擦，运动阻力小，夹具寿命长故障率低。
【附图说明】
[0011]图1为曲面自定心夹具整体外观图。
[0012]图2为曲面自定心夹具直线与旋转结构放大图。
[0013]图3为曲面自定心夹具局部放大图。
[0014]其中:包括I数控分度头，2径向定位座，3分度头端主轴，4主轴弹簧，5径向夹紧轴，6径向夹紧轴座、7径向夹紧轴座复位弹簧，8径向夹紧轴复位弹簧，9斜向滚道钢珠，10斜向滚道钢珠限位套，11直线移动端主轴，12移动端固定座，13直线滚道固定座，14直线滚道移动座，15直线滚道钢珠，16滚动轴承，17气缸，18气缸支座，19基座，20轴类曲面零件。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0016]本发明提供的曲面自定心夹具，包括数控分度头I，径向定位座2，分度头端主轴3，主轴弹簧4，径向夹紧轴5，径向夹紧轴座6、径向夹紧轴座复位弹簧7，径向夹紧轴复位弹簧8，斜向滚道钢珠9，斜向滚道钢珠限位套10，直线移动端主轴11，移动端固定座12，直线滚道固定座13，直线滚道移动座14，直线滚道钢珠15，滚动轴承16，气缸17，气缸支座18，基座19，轴类曲面零件20。如图1图2图3，数控分度头I夹紧分度头端主轴3，可以根据数控程序的指令要求进行连续的旋转运动;气缸17通过气缸支座18固定在基座19上，气缸轴17-1与直线移动端主轴11连接，可以作往复直线运动。
[0017]如图1图2图3所示，当要夹紧轴类曲面零件20时，气缸轴17-1带动直线移动端主轴11向数控分度头I方向作直线运动，固定在直线移动端主轴11上的滚动轴承16带动直线滚道移动座14向前移动。直线滚道钢珠15与直线滚道移动座14上的动直线滚道14-1及直线滚道固定座13上的静直线滚道13-1接触，使得直线运动以滚动摩擦为主。
[0018]夹紧过程中，气缸轴17-1推动直线移动端主轴11向数控分度头I端运动，固定在直线移动端主轴11上的径向定位座2通过径向夹紧轴座复位弹簧7推动径向夹紧轴座6的粗定位凹槽6-1底面与轴类曲面零件20的端面接触，推动轴类曲面零件20继续运动，直到其端面与在数控分度头I端的另一个径向夹紧轴座6的粗定位凹槽6-1的底面接触。
[0019]气缸轴17的轴向推力迫使直线移动端主轴11一侧的径向定位座2克服径向夹紧轴座复位弹簧7的阻力继续运动，通过定位座斜向球形滚道2-1、斜向滚道钢珠9和夹紧轴斜向球形滚道5-1将轴向运动转化为径向夹紧轴5的向心夹紧运动，这一运动过程中的摩擦主要为滚动摩擦，夹紧力取决于气缸17和定位座斜向球形滚道2-1的斜度。
[0020]气缸17的轴向推力通过轴类曲面零件20作用于数控分度头I端的径向夹紧轴座6的粗定位凹槽6-1底面上，然后传递到径向定位座2上，径向定位座2克服主轴弹簧4的阻力向前运动，直到其端面与分度头端主轴3上的台阶接触，通过定位座斜向球形滚道2-1和斜向滚道钢珠10将轴向运动转化为径向夹紧轴5上向心夹紧运动，这一运动过程中的摩擦为滚动摩擦。夹紧力取决于主轴弹簧4和定位座斜向球形滚道2-1的斜度。
[0021]完成径向夹紧后，在数控程序指令下，数控分度头I可带动轴类曲面零件20作无级旋转运动，实现数控4轴加工，滚动轴承16的存在使得旋转运动以滚动摩擦为主。
[0022]当要松开轴类曲面零件20时，气缸轴17-1带动直线移动端主轴11向气缸17方向作直线运动，在径向夹紧轴座复位弹簧7和径向夹紧轴复位弹簧8作用下，曲面自定心夹具恢复到初始状态。
【主权项】
1.一种曲面自定心夹具，包括径向定位座(2)，径向夹紧轴(5)，径向夹紧轴座(6)、斜向滚道钢珠(9)，其特征在于，所述径向定位座(2)有定位座斜向球形滚道(2-1)，斜度与径向夹紧轴(5)上的夹紧轴斜向球形滚道(5-1)—致，所述斜向滚道钢珠(9)与定位座斜向球形滚道(2-1)和夹紧轴斜向球形滚道(5-1)同时保持接触，所述径向夹紧轴(5)的轴线方向垂直于轴类曲面零件(20)外表面，所述径向夹紧轴座(6)沿分度头端主轴(3)的轴向作直线运动。2.如权利要求1所述的曲面自定心夹具，其特征在于，所述径向定位座(2)与分度头端主轴(3)为间隙配合，沿轴向有相对直线运动，在圆周方向无相对旋转运动，主轴弹簧(4)的一端面与分度头端主轴(3)上的台阶接触，另一端面与径向定位座(2)端面相接触。3.如权利要求1所述的曲面自定心夹具，其特征在于，所述径向夹紧轴座(6)上分布有若干相等直径的孔，其轴线指向轴类曲面零件(20)外表面的法向，与径向夹紧轴(5)为滑动配合，径向夹紧轴座(6)与分度头端主轴(3)为间隙配合，沿轴向有相对直线运动，在圆周方向无相对旋转运动，径向夹紧轴座复位弹簧(7)—端与径向定位座(2)的底面接触，另一端与径向夹紧轴座(6)的端面接触。4.如权利要求1所述的曲面自定心夹具，其特征在于，所述径向夹紧轴座(6)上的粗定位凹槽(6-1)的外侧轮廓由轴类曲面零件(20)外表面向外偏置获得，径向夹紧轴座(6)的外侧轮廓(6-2)由轴类曲面零件(20)外表面向外偏置获得。5.如权利要求1所述的曲面自定心夹具，其特征在于，所述斜向滚道钢珠限位套(10)固定在径向夹紧轴(5)上，径向夹紧轴复位弹簧(8)上端与斜向滚道钢珠限位套(10)端面接触，下端与径向夹紧轴座(6)接触。6.如权利要求1所述的曲面自定心夹具，其特征在于，所述轴类曲面零件(20)的端面与径向夹紧轴座(6)上的粗定位凹槽(6-1)的底部平面接触，在夹紧状态下轴类曲面零件(20)的侧面与径向夹紧轴(5)的端面接触。7.如权利要求1所述的曲面自定心夹具，其特征在于，所述气缸(17)固定在气缸支座(18)上，气缸轴(17-1)固定在直线移动端主轴(11)上，气缸支座(18)固定在基座(19)上。8.如权利要求1所述的曲面自定心夹具，其特征在于，所述滚动轴承(16)内圈固定在直线移动端主轴(11)上，直线滚道移动座(14)固定在滚动轴承(16)的外圈上，直线滚道固定座(13)固定在移动端固定座(12)上，直线滚道钢珠(15)与直线滚道移动座(14)上的动直线滚道(14-1)及直线滚道固定座(13)上的静直线滚道(13-1)接触，移动端固定座(12)通过螺栓固定在基座(19)上。
【专利摘要】本发明提供一种曲面自定心夹具，包括数控分度头，径向定位座，分度头端主轴，主轴夹紧弹簧，径向夹紧轴，径向夹紧轴座、径向夹紧轴座复位弹簧，径向夹紧轴复位弹簧，斜向滚道钢珠，斜向滚道钢珠限位套，直线移动端主轴，移动端固定座，直线滚道固定座，直线滚道移动座，直线滚道钢珠，轴承，气缸，气缸支座，基座等，可以在轴类零件两端实现径向自定心同步夹紧，并能实现连续的数控旋转运动，装夹原理是通过结构设计使得夹具的轴向直线运动和旋转运动相互独立，并将轴向直线运动转换成夹具径向的夹紧运动，在夹紧过程以滚动摩擦为主，夹具加工方便使用寿命长，定位精度高。
【IPC分类】B23Q3/00
【公开号】CN105619114
【申请号】CN201610116673
【发明人】赵东宏, 刘伯玉, 赵利民, 王洋洋
【申请人】扬州工业职业技术学院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年2月22日