中空机电夹紧装置的制作方法

本发明属于机械技术领域，涉及中空机电夹紧装置。

背景技术：

内拉式弹簧夹头是一种用来夹持待加工工件的夹具，内拉式弹簧夹头的典型结构是带有外锥面的头部沿轴向开有长槽，形成可以向心收缩的夹爪，夹爪中间形成与被夹持工件形状相适应的内孔。内拉式弹簧夹头沿轴向运动，夹爪形变使内孔变小或者增大，实现对工件的夹紧和松开。内拉式弹簧夹头可以配备于数控车床或专用机床上使用，现有技术中，内拉式弹簧夹头的轴向运动通常采用气动、液压驱动或者气动和液压双驱动。

例如，中国专利【申请号201420820059.0；授权公告号CN 204339405U】公开的一种主轴的浮动打刀机构包括弹性装置、动力缸组件和拉杆行程调节装置，弹性装置包括碟簧安装座、碟形弹簧、压板、挡圈和压盖，碟簧安装座内自前向后依次安装有套设在拉杆外周的碟形弹簧、压板和压盖，动力缸组件包括动力缸体前端盖、前活塞、动力缸体、后活塞和动力缸体后端盖，动力缸体前端盖和动力缸体后端盖分别安装在动力缸体的前后两侧，前活塞内侧套设在碟簧安装座外周且前活塞部分伸出动力缸体前端盖端面，拉杆行程调节装置包括安装板、调节螺母和螺纹套。

上述主轴的浮动打刀机构实际上也是一种夹紧装置，通过将气缸或者液压缸集成于主轴箱内，带动拉杆运动，从而控制弹簧夹头夹紧或松开工件。该装置存在的问题是：1、将气缸或液压缸集成于主轴箱内，主轴箱的结构复杂、对密封性的要求高，拆装和维修不方便，并且容易发生泄漏影响车间环境；2、需要增加气源或者液压油循环系统，气路和油路的结构复杂，增加了运行成本和故障率；3、主轴高速转动时容易产生振动，影响加工精度。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了中空机电夹紧装置，本发明解决的技术问题是替代传统气动、液压驱动或者同时采用气动和液压驱动的夹紧装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：中空机电夹紧装置，机床包括主轴箱和内部中空的主轴，本夹紧装置包括弹簧夹头和拉管，所述拉管穿设在主轴内，所述弹簧夹头与拉管的一端螺纹连接，其特征在于，所述拉管为中空结构并与弹簧夹头的内孔连通，所述拉管伸出主轴的另一端上设置有碟簧组总成，所述碟簧组总成固定在主轴上，所述碟簧组总成包括设置在碟簧组总成内部安装腔内的碟簧组，所述安装腔内设置有碟簧压盖，所述碟簧压盖一端抵靠在碟簧组上，另一端伸出安装腔并与拉管轴向定位，所述碟簧组的弹性力作用在碟簧压盖上使拉管带动弹簧夹头夹紧；本夹紧装置还包括电机，所述电机通过丝杆传动机构将电机的输出轴的转动转化为直线运动并通过杠杆传动机构带动碟簧压盖轴向运动克服碟簧组的弹性力使拉管轴向运动带动弹簧夹头松开。

本中空机电夹紧装置采用电机通过丝杆传动机构和杠杆传动机构带动碟簧压盖运动，加上碟簧组总成内的碟簧组的弹性力作用，使拉管轴向运动带动弹簧夹头夹紧或松开工件，实现了用电机驱动的方式替代传统气动、液压驱动或者气动和液压驱动双驱动的方式。采用电机作为动力源，无需单独设置供气系统或供油系统，更为节能环保，降低了成本。

在上述的中空机电夹紧装置中，所述丝杆传动机构包括内部具有安装孔的底座，所述电机固定在底座上，所述安装孔内设置有联轴器、丝杆和球头轴，所述电机的输出轴伸入安装孔内并通过联轴器和丝杆的一端相连，所述丝杆的另一端与球头轴通过螺纹传动配合，所述球头轴还通过底座上的导向块周向定位。电机输出轴通过联轴器带动丝杆转动，导向块限制了球头轴的周向运动，使球头轴做直线运动，实现了将电机输出轴的转动转化为球头轴的直线运动。

作为优选，在上述的中空机电夹紧装置中，所述安装孔内设置有轴承一，所述丝杆上通过螺纹连接有一锁紧螺母，所述锁紧螺母抵靠在轴承一的端面上。锁紧螺母对丝杆起到轴向限位作用，使得丝杆的转动更为平稳。

在上述的中空机电夹紧装置中，所述杠杆传动机构包括拨叉，所述碟簧压盖伸出安装腔的部分套设有轴承二，所述碟簧压盖内端具有供轴承二抵靠的抵靠部，所述轴承二的外圈套设有拨动环，所述拨动环与轴承二的外圈紧配合，所述底座上具有拨叉支架，所述拨叉的中部铰接在上述拨叉支架上形成拨叉转动的支点，所述拨叉的一端通过球头连接结构与球头轴相连，另一端铰接在拨动环上。拨叉通过拨动环带动轴承二轴向运动，轴承的内圈与碟簧压盖端面接触带动碟簧压盖运动，此时碟簧压盖随着主轴转动会带动轴承的内圈相对于外圈转动，而使拨动环和拨叉保持静止；拨叉复位后，轴承的内圈不与碟簧压盖的端面接触，碟簧压盖与拨叉之间没有力和振动的传递，使得主轴的转动和拉管的拉紧、松开的动作互不干涉，提高了夹紧动作的稳定性和切削加工的精度。

在上述的中空机电夹紧装置中，所述拨叉与拨动环铰接的一端为半环形的连接部一，所述拨动环上具有外圆沟槽，所述连接部一的两侧分别通过紧定螺钉圆柱与拨动环上的外圆沟槽配合，且所述连接部一能绕紧定螺钉圆柱转动，所述拨叉与球头轴相连接的一端为呈杆状的连接部二，所述连接部二靠近球头轴的端部具有球形的连接槽，所述球头轴的端部为球头，所述球头位于连接槽内，且球头的球面紧贴在连接槽的内壁上。拨叉和拨动环通过外圆沟槽和紧定螺钉圆柱的配合，允许拨叉和拨动环的连接处在周向上相对运动，避免出现卡死的情况损坏零部件，使得夹紧装置的工作更稳定。

作为另一种方案，在上述的中空机电夹紧装置中，所述杠杆传动机构包括拨叉，所述底座上具有拨叉支架，所述拨叉的中部铰接在上述拨叉支架上形成支点，所述拨叉的一端通过球头连接结构与球头轴相连，另一端设置有滚轮，所述滚轮能抵靠在碟簧压盖伸出安装腔的端面上。拨叉通过滚轮对碟簧压盖施加作用力，带动碟簧压盖运动；当弹簧夹头夹紧工件时，滚轮不与碟簧压盖接触，碟簧压盖与拨叉之间没有力和振动的传递。

在上述的中空机电夹紧装置中，所述拉管上螺纹连接有调节螺母，所述调节螺母与碟簧压盖固定连接。通过转动调节螺母能够调整碟簧压盖和拉管的相对位置，改变碟簧组的压缩量，从而起到调整夹紧力的作用。

在上述的中空机电夹紧装置中，所述碟簧组总成还包括碟簧组外壳、外壳法兰盘、碟簧组导管，所述外壳法兰盘固定在主轴上，所述碟簧组导管套设在拉管外并与外壳法兰盘固定，所述碟簧组外壳固定在外壳法兰盘上并与碟簧组导管形成所述安装腔，所述碟簧组外壳端部具有供碟簧压盖伸出安装腔的开口，所述碟簧压盖上具有能抵靠在开口内端面的挡沿。碟簧组设置在碟簧组总成的安装腔内，通过碟簧组导管支撑，避免碟簧组与拉管之间的摩擦，碟簧组以同心方式传递的弹性力能够更好的作用在碟簧压盖上，通过设置挡沿能避免碟簧压盖脱离碟簧组总成；此外，碟簧组还具有尺寸小、承载能力强、所需安装空间小、使用寿命长和工作温度区间广等优点。

在上述的中空机电夹紧装置中，所述碟簧组外壳上具有沿周向设置的平衡槽，所述平衡槽的横截面呈燕尾形，通过在平衡槽内嵌设至少一个平衡块能调整主轴的重心，每个所述平衡块包括单元块一和单元块二，单元块一和单元块二拼合之后能使平衡块卡在平衡槽内并通过固定螺钉锁紧。通过设置调整平衡块，能够快速调整主轴的动平衡，特别是针对高速主轴机床，能够显著提高加工性能；平衡槽采用燕尾形结构，当单元块一和单元块二安装到位后，平衡块就无法脱离平衡槽，再安装固定螺钉，平衡块在主轴高速转动时不会被甩出或者发生位移。

在上述的中空机电夹紧装置中，所述电机为三相微型减速电机。三相微型减速电机具有体积小、功率低的优点，与机床本身的动力源相一致，无需单独设置供气系统或供油系统，更为节能环保，工作更稳定，运转成本和维护成本更低，三相微型减速电机相应时间更短，能够在最短1秒钟时间内实现夹紧和松开。

在上述的中空机电夹紧装置中，所述工件夹紧装置还包括接近开关、开关座、接触器和继电器。接近开关、开关座设置在底座上，接触器和继电器等电器元件均设置在机床的控制箱内，用于实现对夹紧装置的控制。

与现有技术相比，本中空机电夹紧装置的优点在于，采用电机驱动替代传统气动、液压驱动或者同时采用气动和液压驱动，通过丝杆传动机构将电机输出轴的转动转化为直线运动，再通过杠杆传动机构带动碟簧压盖运动，使拉管随着碟簧压盖运动控制弹簧夹头夹紧或松开工件，结构简单、维护方便、工作稳定性好、响应速度快。运转过程中，拉管也能够周向运动带动弹簧夹头夹紧或松开，实现不停机装夹和卸料，提高生产效率。

附图说明

图1是本中空机电夹紧装置的装配结构立体示意图。

图2是图1中第Ⅰ处的局部放大图。

图3是实施例一中本中空机电夹紧装置的装配结构左视示意图。

图4是图3中A-A方向的剖视结构示意图。

图5是实施例二中本中空机电夹紧装置的装配结构左视示意图。

图中，1、主轴箱；2、主轴；3、弹簧夹头；4、拉管；5、碟簧组总成；51、安装腔；52、碟簧组外壳；521、平衡槽；53、外壳法兰盘；54、碟簧组导管；6、碟簧组；7、碟簧压盖；8、电机；81、输出轴；9、底座；91、安装孔；10、联轴器；11、丝杆；12、球头轴；121、球头；13、轴承一；14、锁紧螺母；15、拨叉；151、连接部一；152、连接部二；16、轴承二；17、拨动环；171、外圆沟槽；18、拨叉支架；19、紧定螺钉圆柱；20、调节螺母；21、平衡块；211、单元块一；212、单元块二；22、固定螺钉；23、滚轮；24、锁紧螺钉；25、锁紧弹簧；26、弹簧座；27、导向块。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：

机床包括主轴箱1和主轴2，本中空机电夹紧装置包括弹簧夹头3、拉管4、碟簧组总成5、碟簧组6、碟簧压盖7、电机8、丝杆传动机构和杠杆传动机构。

具体来说，如图1、图3和图4所示，机床的主轴2为中空结构，主轴2设置在主轴箱1内。拉管4穿设在主轴2内，弹簧夹头3与拉管4的一端螺纹连接，拉管4的另一端伸出主轴2，碟簧组总成5套设于该端上。主轴2端部具有一内锥面，弹簧夹头3的外锥面抵靠在内锥面上，当拉管4拉动弹簧夹头3向后运动时，内锥面挤压弹簧夹头3的外锥面，使弹簧夹头3夹紧。本实施例中，碟簧组总成5包括碟簧组外壳52、外壳法兰盘53、碟簧组导管54，外壳法兰盘53套设在主轴2上并与主轴2尾端固定，碟簧组导管54套设在拉管4外并与外壳法兰盘53固定，碟簧组外壳52固定在外壳法兰盘53上并与碟簧组导管54形成安装腔51。若干个碟形弹簧组合而成的碟簧组6设置在安装腔51内，并通过碟簧组导管54支撑，碟簧组总成5随着主轴2一起转动。

如图4所示，拉管4为中空结构并与弹簧夹头3的内孔连通，长棒料可以从弹簧夹头3伸入穿过中空的拉管4并从拉管4后端穿出，使得机床能够加工棒料等较长的工件。

如图3和图4所示，碟簧压盖7设置在安装腔51内，碟簧压盖7一端抵靠在碟簧组6上，碟簧组外壳52端部具有供碟簧压盖7伸出安装腔51的开口，碟簧压盖7的另一端伸出安装腔51并与拉管4轴向定位，碟簧组6的弹性力作用在碟簧压盖7上使拉管4带动弹簧夹头3夹紧。碟簧压盖7上具有能抵靠在开口内端面的挡沿，防止碟簧压盖7脱离安装腔51。本实施例中，拉管4上螺纹连接有调节螺母20，调节螺母20与碟簧压盖7固定连接。

作为优选方案，如图2和图4所示，碟簧组外壳52上具有沿周向设置的平衡槽521，平衡槽521的横截面呈燕尾形，通过在平衡槽521内嵌设至少一个平衡块21能调整主轴2的重心。每个平衡块21包括单元块一211和单元块二212，单元块一211和单元块二212拼合之后能使平衡块21卡在平衡槽521内，单元块一211和单元块二212对应位置处有骑缝螺纹孔，拧入固定螺钉22将平衡块21锁紧在平衡槽521内。

如图1所示，丝杆传动机构包括固定在主轴箱1上的底座9，电机8安装在底座9上并通过底座9与主轴箱1固定，底座9内部具有安装孔91。本实施例中，电机8为三相微型减速电机，如图3和图4所示，安装孔91内设置有联轴器10、丝杆11和球头轴12，电机8的输出轴81通过联轴器10和丝杆11的一端相连，丝杆11的另一端与球头轴12通过螺纹传动配合。

作为优选方案，安装孔91内设置有至少一个轴承一13，丝杆11上通过螺纹连接有一锁紧螺母14，锁紧螺母14抵靠在轴承一13的端面上。球头轴12还可以通过底座9上的导向块27周向定位。

丝杆传动机构将电机8的输出轴81的转动转化为直线运动，并通过杠杆传动机构带动碟簧压盖7轴向运动克服碟簧组6的弹性力使拉管4轴向运动带动弹簧夹头3松开。本实施例中，如图1和图2所示，杠杆传动机构包括拨叉15，碟簧压盖7伸出安装腔51的部分套设有轴承二16，碟簧压盖7内端具有供轴承二16抵靠的抵靠部，轴承二16的外圈套设有拨动环17，拨动环17与轴承二16的外圈紧配合，底座9上具有拨叉支架18，拨叉15的中部铰接在拨叉支架18上形成拨叉15转动的支点，拨叉15的一端通过球头连接结构与球头轴12相连，另一端铰接在拨动环17上。

如图3所示，拨叉15与拨动环17铰接的一端为半环形的连接部一151，拨动环17上具有外圆沟槽171，连接部一151的两侧分别通过紧定螺钉圆柱19与拨动环17上的外圆沟槽171配合，且连接部一151能绕紧定螺钉圆柱19转动，拨叉15与球头轴12相连接的一端为呈杆状的连接部二152，连接部二152靠近球头轴12的端部具有球形的连接槽，球头轴12的端部为球头121，球头121位于连接槽内。连接部二152与连接槽相对的一侧具有连通连接槽的锁紧孔，锁紧孔内设置有锁紧螺钉24，锁紧孔的内径大于锁紧螺钉24的直径。锁紧螺钉24穿过锁紧孔固定在球头121上，锁紧螺钉24上还设置有锁紧弹簧25，锁紧弹簧25一端抵靠在锁紧孔内的台阶上，另一端通过弹簧座26抵靠在锁紧螺钉24的头部，使球头121的球面始终紧贴连接槽的内壁。

工件夹紧装置还包括接近开关、开关座、接触器和继电器。接近开关、开关座设置在底座9上，接触器和继电器等电器元件均设置在机床的控制箱内，用于实现对夹紧装置的控制。

本中空机电夹紧装置的工作过程是：加工准备阶段，电机8正转时，球头轴12伸出使拨叉15绕支点转动一定的角度，拨叉15的另一端作用在拨动环17使拨动环17沿轴向向内运动，轴承二16随着拨叉15向内运动并通过挤压抵靠部带动碟簧压盖7也向内运动，拉管4随着碟簧压盖7运动并使弹簧夹头3处于松开状态，可将工件装入弹簧夹头3内。

工件装入后，电机8反转，球头轴12带动拨叉15复位，使拨动环17和轴承二16一起复位位并与碟簧压盖7脱离接触，在拨动环17和轴承二16复位的同时，碟簧压盖7也在碟簧组6的弹性力作用下向外运动，直至工件被夹紧，碟簧组6对碟簧压盖7施加的弹性力使得拉管4保持拉紧状态，弹簧夹头3保持对工件的夹紧。在主轴2转动过程中，拉管4也能够周向运动带动弹簧夹头3夹紧或松开，转轴转动过程中，也能够装夹和取下工件。

实施例二：

本实施例中的技术方案与实施例一中的技术方案基本相同，不同之处在于，如图5所示，本实施例中的杠杆传动机构没有设置拨动环17和轴承二16，而通过在拨叉15靠近碟簧压盖7的一端设置滚轮23，且滚轮23能抵靠在碟簧压盖7伸出安装腔51的端面上。

杠杆传动机构的工作原理是：当电机8正转时，拨叉15上的滚轮23向内运动抵靠在碟簧压盖7的端面上，并通过推力带动碟簧压盖7也向内运动；当电机8反转时，球头轴12带动拨叉15复位，碟簧压盖7也在碟簧组6的弹性力作用下向外运动，工件被夹紧后碟簧压盖7无法继续运动，拨叉15复位后，滚轮23脱离碟簧压盖7的端面。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。