气动装夹式普通车床的制作方法

本发明属于机械加工技术领域，尤其涉及一种普通车床。

背景技术：

在金属切削加工中车床占有举足轻重的地位，常用的车床按其自动化程度分类，主要有两种，一种是采用伺服系统控制的数控车床，另一种是普通车床，无论是数控车床还是普通车床，都设有如图1所示的主轴箱a、卡盘S1、机床导轨b、设有顶尖系统c的尾座1，通常车床上的床头设有上述卡盘S1，床尾设有尾座1，尾座1上设有顶尖系统c，该顶尖系统c中的顶尖c1与机床的导轨b相平行设置，顶尖与尾座1之间螺纹联接或者是直接采用丝杠并将其端部加工成圆锥尖端作为顶尖c1，丝杠的尾端设有手轮，加工时一般将工件e放在卡盘S1和顶尖c1之间，工件一端用与车床主轴同轴的卡盘S1夹紧，再手动摇动手轮使丝杠进给，将顶尖c1顶在工件e的另一端，以便车削。由于工件形状尺寸和材料各异，所需的顶紧力也不相同，手工摇动手轮来调节顶尖c1的进给量，无法把握其顶紧力，容易将零件顶变形，或者是顶紧力不够而导致切削过程中工件的顶尖一端发生晃动，导致装夹不稳，从而使工件加工误差变大，这种情况尤其发生在回转类零件，例如常见的轴类零件中。另一方面，由于顶尖c1露在加工环节下，容易沾染铁屑粉尘、杂质，现有顶尖采用丝杠传动进给时，容易把铁屑粉尘带入底座内的螺纹孔内，造成卡滞或者丝杠偏移，从而使顶尖与卡盘轴线不在同一直线上，工件受力不稳，造成加工误差超差。目前的机械加工零件的误差控制，大多从刀具质量、卡盘的装夹或者切削工序上寻找原因来提高加工精度，对于顶尖c1的影响除了容易被忽视之外，缺少可采用的合适的顶尖也是原因之一。

此外，上述三爪卡盘(卡盘S1)夹紧工件，尤其是夹紧轴类工件；目前对于三爪卡盘的夹紧、释放通常采用如图2所示的十字形扳手，使扳手的扳手头S202插入卡盘1的方形的扳手孔S102内，然后人手握住扳手的握杆S201后转动，带动三爪卡盘内的螺纹机构使卡爪S101夹紧或者释放。这种装调节卡盘松紧度的方式已经沿用了几十年，然而，在使用过程中，一方面，由于采取人工扳动，费时费力，效率低下；另一方面，也是此处最大的缺陷，就是人工无法掌握扳动卡盘S1的力度，从而导致工件e被过度夹紧而变形，或 者装夹的轴线发生偏移，由此产生巨大的加工精度误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种气动装夹式普通车床，该车床可快速实现卡盘对工件的夹紧、释放，并且有效地控制工件的夹紧力度，提高工件的装夹定位精度；同时调节顶尖对工件的顶紧力，且提高顶尖与车床主轴的同轴度，使工件受力更为均匀、平稳。

本发明的技术方案如下：

一种气动装夹式普通车床，包括主轴箱和与主轴箱内的主轴相连的卡盘，位于机床导轨上的设有顶尖的尾座；所述卡盘上设有扳手孔；还包括气动系统，所述气动系统包括气缸，气缸的压缩气体输出口通过控制阀与三通阀门相连，在所述控制阀和三通阀门之间的管道上设有精密气体压力表，所述三通阀门的两个出气口分别与用于调节卡盘夹紧、释放的气动扳手和用于顶紧工件的气动顶紧装置相连；

所述气动扳手包括气动枪钻，在气动枪钻的手柄末端设有圆环，所述气动枪钻通过该圆环挂在主轴箱壳体外侧的挂钩上；所述气动枪钻的钻头被替换成圆柱状的第一连杆，所述第一连杆与第二连杆相连，所述第二连杆为一段直径大于第一连杆的圆柱轴，第二连杆可伸入与卡盘上的扳手孔相配合的扳手头内，扳手头上的该伸入孔为圆柱盲孔；

在所述第二连杆的伸入端的端面上设有一段凸出的以第二连杆的轴线为轴的圆弧片体，所述圆弧片体的弧度小于π，在所述伸入孔的底部设有凹陷的弧度为π的圆弧状凹槽，且在所述圆弧状凹槽的其中一个圆弧端设有弹簧，所述弹簧的轴线沿圆弧状凹槽的圆周方向延伸设置；

当第二连杆伸入扳手头内并转动到合适位置时，所述弹簧被压缩，且所述圆弧片体的圆弧端与圆弧状凹槽设有弹簧的一端的端面紧密相接，与扳手头的内壁连为一体，从而带动所述扳手头转动。

所述气动顶紧装置包括所述尾座，在尾座的内部紧密地嵌有与车床主轴同轴的套筒，在所述套筒内壁的右端面设有密封圈，所述密封圈一端伸出所述套筒；在气缸的输出轴末端同轴地设有所述顶尖，所述顶尖与输出轴直径相同且与输出轴一体成型，所述输出轴伸入套筒后穿过所述密封圈，并可在套筒内伸缩移动；所述套筒内壁设有用于排屑消气的螺旋凹槽，以尾座靠近工件的一端为右端，则所述螺旋凹槽从套筒的右端向左逐步延伸并扩大，最后穿出套筒和尾座的左端侧壁，以便输出轴在套筒内伸缩移动时排出其自身所带入的铁屑粉尘和气流；所述输出轴的表面设有若干圈凹槽，每圈凹槽的槽口边缘与输出轴外 圆面之间、槽壁和槽底之间均圆滑过渡，所述槽底为向内凹陷的圆弧底面。

进一步地，所述弹簧的一端伸入并固定在所述伸入孔的内壁内，另一端位于所述圆弧状凹槽上且固定连有一块与弹簧外径相同的圆形平板。

进一步地，所述弹簧伸入所述伸入孔内壁的孔口处设有一段圆弧挡板，紧贴所述圆弧状凹槽内壁设置并与所述内壁连为一体，相应地，在所述圆弧片体的圆弧端设有可罩在圆弧挡板上的弧形缺口。

进一步地，所述圆弧片体的弧度为1/2π，所述弹簧位于所述圆弧状凹槽上的弧度为1/4π。

进一步地，所述螺旋凹槽的槽口边缘与套筒内壁之间、槽壁和槽底之间均圆滑过渡，所述槽底为向内凹陷的圆弧底面。

进一步地，所述顶尖与输出轴之间圆滑过渡相接。

进一步地，所述密封圈横截面呈等腰梯形。

进一步地，所述顶尖的尖端内部设有硬质合金制成的滚珠，所述滚珠与顶尖同轴。

进一步地，所述螺旋凹槽设有多条，每条螺旋凹槽之间间隔距离等于所述输出轴的直径。

进一步地，所述螺旋凹槽沿套筒内壁轴线延伸所形成的圆锥状结构的锥角不大于10度。所述螺旋凹槽的螺旋角为35度到45度。所述气缸与检测气缸压强的压力传感器相连，所述传感器与控制蜂鸣器的PLC相连。

本发明的有益效果：本发明将现有的气动手枪钻进行改进，将原手枪钻的钻头替换为本发明的第一连杆，并将第一连杆与大于其直径的第二连杆相连，第一连杆采用较小的轴来与枪钻连接，较大的第二连杆用于与扳手头配合；在第二连杆和扳手头之间采用凸出的圆弧状的圆弧片体和凹陷的圆弧状凹槽承插配合实现连接，传递扭矩，并在其二者相接的圆弧端面之间设有弹簧，来起到缓冲减震的作用，因为在用气动枪钻时，连杆是突然加速转动的，会对三爪卡盘造成冲击，损坏三爪卡盘内部的螺纹调节机构，同时突然施加的巨大夹紧力也会对工件产生损坏。因此，弹簧在启动扳手启动时，有效地起到了缓冲减震的作用，使扭力逐步传递至三爪卡盘的螺纹调节机构，并使工件在较短的时间内能被逐步、平稳地夹紧，减少刚性冲击损坏。

本发明还采用气缸推动顶尖来代替传统的摇动手轮来推动顶尖，将凭人的感觉顶紧工件变成靠设定气缸推力来定力顶紧工件，使工件的顶紧受力更为直观可控，可根据不同工件需求调节最优顶紧力；还可根据加工时气缸气压值的微小变化来判定工件是否装夹不 牢，因为一旦工件松动必然造成气缸内气压值的突然变化。为保证顶尖能够与车床主轴同轴，避免顶尖移动时因卡滞而变形或者发生偏摆，充分发挥上述气动顶紧的优势，特在尾座内设置了带螺旋凹槽的套筒，又在套筒右端设置伸出端面的密封圈，这是由于顶尖工作完回退时，输出轴要向左缩回套筒内，因此，相应地，本发明特将螺旋凹槽从套筒的右端(顶尖所临近的一端)向左逐步延伸并扩大，最后穿出套筒和尾座的左端侧壁，以便与排屑与消气，保证输出轴可平稳伸缩运动；在提升套筒本身排屑消气作用的同时，本发明还将输出轴做成表面具有若干圈凹槽的结构，进一步与螺旋凹槽相配合，实现排屑消气，保证输出轴和顶尖一起运动时一直与车床主轴同轴，配合主轴上的法兰盘将工件完美地顶紧装夹，为精确地加工工件奠定坚实的基础。

附图说明

图1为现有普通车床结构示意图。

图2为现有的十字形扳手结构示意图。

图3为气动扳手的结构示意图。

图4为第二连杆的伸入端端面示意图。

图5为扳手头俯视图。

图6为图5中的I处放大视图。

图7为图6中的A—A剖视图。

图8为图6中的B—B剖视图。

图9为图8中的C—C剖视图。

图10为设有缺口的第二连杆的伸入端端面示意图。

图11为气动顶紧装置的结构示意图。

图12为密封圈安装结构放大视图。

图13为螺旋凹槽路径示意图。

图14为设有凹槽的输出轴的结构示意图。

图15为螺旋凹槽各边缘圆滑过渡示意图。

图16为设有多条螺旋凹槽时的气动顶紧装置的局部外观示意图。

图17为设有多条螺旋凹槽时的气动顶紧装置局部外观示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图3所示，一种气动装夹式普通车床，包括主轴箱a和与主轴箱a内的主轴相连的卡盘S1，位于机床导轨b上的设有顶尖的尾座1；所述卡盘S1上设有扳手孔S10。与现有普通车床所不同的是；还包括气动系统13，所述气动系统13包括气缸，气缸的压缩气体输出口14通过控制阀15与三通阀门17相连，在所述控制阀15和三通阀门17之间的管道上设有精密气体压力表16，所述三通阀门17的两个出气口分别与用于调节卡盘S1夹紧、释放的气动扳手18和用于顶紧工件e的气动顶紧装置f相连，用于向气动扳手18和气动顶紧装置f输入驱动压缩气体，其中三通阀门17通过第一管道19与气动扳手18的快换接头相连，通过第二管道20与气动顶紧装置的快换接头相连，第二管道20沿机床轨道b敷设的部分宜设置在机壳内，第一管道19宜采用较软的高压塑料管，并在气动扳手18的手柄尾部设置一个圆环，以便挂在车床主轴箱a的正面外壳的挂钩上，便于取用。

如图4—9所示，所述气动扳手包括气动枪钻S5，所述气动枪钻S5的钻头被替换成圆柱状的第一连杆S3，所述第一连杆S3与第二连杆S4相连，所述第二连杆S4为一段直径大于第一连杆S3的圆柱轴；第一连杆S3可在原钻头结构基础上将钻头钻孔的端部加工成与第二连杆S4相连承插连接的相应结构，如钻头端部为正方形或三角形，相应地，第二连杆S4也设置正方形或三角形的孔。第二连杆S4可伸入与卡盘上的扳手孔S102相配合的扳手头S202内，扳手头S202上的该伸入孔为圆柱孔。在所述第二连杆S4的伸入端端面上设有一段凸出的以第二连杆S4的轴线为轴的圆弧片体S401，所述圆弧片体S401的弧度小于π，在所述伸入孔的底部设有凹陷的弧度为π的圆弧状凹槽S20201，二者弧度之和小于2π，以便第二连杆S4能更顺利地插入到手头S202内，并使圆弧状凹槽S20201和圆弧片体S401承插咬合。此外，还在所述圆弧状凹槽S20201的其中一个圆弧端设有弹簧S6，所述弹簧S6的轴线沿圆弧状凹槽S20201的圆周方向延伸设置。当第二连杆S4伸入扳手头S202内并转动到合适位置时，所述弹簧S6被压缩，且所述圆弧片体S401的圆弧端与圆弧状凹槽S20201设有弹簧S6的一端的端面紧密相接，与扳手头S202的内壁连为一体，从而带动所述扳手头S202转动。

如图12所示，所述气动顶紧装置，包括尾座1和顶尖2，除了上述设置的气动系统13，本发明也可在所述尾座1的左端设置单独的可调节输出压强的气缸3，气缸3与气动球阀相连，气缸3与另一个精密气体压力表相连，用于检测气缸3推动输出轴6的压强，使气动顶紧装置f与气动扳手18的动力源可以彼此分离。在尾座1的内部紧密地嵌有与车床主轴同轴的套筒4，在所述套筒4内壁的右端面设有密封圈5，所述密封圈5一端伸出所述套筒4，如图13所示，其伸出距离D根据需要设定。在气缸3的输出轴6的末端同 轴地设有所述顶尖2，所述顶尖2与输出轴6直径相同且与输出轴一体成型，在制作时可直接在输出轴6的末端加工出顶尖2的圆锥结构。所述输出轴6伸入套筒4后穿过所述密封圈5，并可在套筒4内伸缩移动，以便输出轴6与顶尖2在收缩移动时将外界的铁屑粉尘杂质于密封圈5处除去，这也是密封圈5一端伸出所述套筒4的原因，主要是为了在套筒4的内孔端面之外将铁屑粉尘除去，避免带入孔内。所述套筒4内壁设有用于排屑消气的螺旋凹槽7，以尾座靠近工件的一端为右端(即此处的左右端与图12中所示的左端和右端相反，图12中的左端(设气缸3的一端)实际上是安装在机床上时的右端)，则所述螺旋凹槽7从套筒4的右端向左逐步延伸并扩大，其螺旋路径如图14所示，即从左端看去，螺旋凹槽7的左视图呈“蚊香形状”，且“蚊香”的螺旋条板(类似于此处的凹槽)逐步变大。螺旋凹槽7末端最后穿出套筒4和尾座1的左端的侧壁，其排屑孔为701，以便输出轴6在套筒4内伸缩移动时排出其自身所带入的铁屑粉尘和气流。如图15所示，所述输出轴6的表面设有若干圈凹槽8，每圈凹槽8的槽口边缘与输出轴外圆面之间、槽壁和槽底之间均圆滑过渡，所述槽底为向内凹陷的圆弧底面。

进一步地，所述弹簧S6的一端伸入并固定在所述伸入孔的内壁内，另一端位于所述圆弧状凹槽S20201上且固定连有一块与弹簧S6外径相同的圆形平板S7。以便固定好弹簧S6，避免弹簧S6在被压缩时固定端不稳，晃动过大。

进一步地，如图7、9—11所示，所述弹簧S6伸入所述伸入孔内壁的孔口处设有一段高度值为弹簧S6外半径的圆弧挡板S20202，紧贴所述圆弧状凹槽S20201内壁设置并与所述内壁连为一体，相应地，在所述圆弧片体S401的圆弧端设有可罩在圆弧挡板S20202上的弧形缺口S40101，使圆弧挡板S20202与圆弧状凹槽S20201又形成了一个小台阶，相当于设置了一个弹簧S6的导向槽，更好地对弹簧S6起到限制导向作用，防止弹簧S6跑偏；而圆弧挡板S20202的高度为弹簧S6外半径是因为圆弧挡板S20202的高度过高，弧形缺口S40101罩在圆弧挡板S20202后不能与所述伸入孔的孔底面贴合，影响传力效果。

进一步地，所述圆弧片体S401的弧度为1/2π，所述弹簧S6位于所述圆弧状凹槽S20201上的弧度为1/4π，如此，弹簧S6的可压缩弧度可以最大达到1/4π，即弹簧S6可伸出扳手头S202的弧度为1/4π，其压缩量适中，避免待压缩量过长导致的弹簧S6弯曲甩出圆弧状凹槽S20201，或者过短时不能起到充分的缓冲减振作用。

进一步地，如图16所示，所述螺旋凹槽7的槽口边缘与套筒4内壁之间、槽壁和槽底之间均圆滑过渡，所述槽底为向内凹陷的圆弧底面，以便消除螺旋凹槽7的内应力，防止螺旋凹槽7开裂，同时当输出轴6缩回套筒4时，输出轴6上的铁屑粉尘进入套筒4中的螺旋凹槽7内，在各个圆滑过渡的螺旋凹槽7处排渣排气更为顺畅。

进一步地，在上述槽口边缘与套筒4内壁之间圆滑过渡的基础上，所述顶尖2与输出轴6之间圆滑过渡相接，可防止顶尖2与输出轴6之间的交界边缘与螺旋凹槽7的槽口边缘出现干涉，便于输出轴6顺利伸缩运动。

进一步地，所述密封圈5的横截面呈等腰梯形，其伸出套筒4右端的一侧腰有效地将输出轴6上的铁屑粉尘挡在套筒4之外。

进一步地，所述顶尖2的尖端内部设有硬质合金制成的滚珠9，所述滚珠9与顶尖2同轴，以免直接采用现有的圆锥状顶尖的尖端去顶紧工件时发生崩尖，导致装夹顶紧受影响。

进一步地，如图17所示，所述螺旋凹槽7设有多条，并相应地设有多个排屑孔701，每条螺旋凹槽7之间间隔距离等于所述输出轴6的直径，将螺旋凹槽7设置为间隔的多条而非一整条是由于整条螺旋凹槽7由于延伸长度过长，容易导致铁屑粉尘中途某处挤压而阻断，尤其对于较小的顶尖2(输出轴6)；而螺旋凹槽7的分级排屑，则可以尽量避免这一缺陷，对于稍小的顶尖2和切削铁屑粉尘较少的工件时比较实用，而且分多条螺旋凹槽7布置，由于每条螺旋凹槽7的轴向长度较短，其凹槽扩大量也相应较小，正好适应少量铁屑粉尘的排除。

进一步地，如图14所示，所述螺旋凹槽7沿套筒4内壁轴线延伸所形成的圆锥状轮廓结构的锥角不大于β＝10度，以防止螺旋凹槽7的槽口随着延伸开得过大而影响强度，且在0到10度之间时，铁屑传送效果较好。所述螺旋凹槽7的螺旋角为35度到45度，该螺旋角直接关系到螺旋凹槽7的排渣性能，结合上述圆锥状结构的锥角不大于10度的参数设计该螺旋角的此范围，可将螺旋凹槽7的排屑消气作用发挥得更好。所述气缸3与检测气缸3压强的压力传感器10相连，所述压力传感器10与控制蜂鸣器12的PLC11相连，在压力传感器10检测到工作过程中压力变化时，蜂鸣器12报警提示工人检查装夹情况。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。