一种用于环形构件夹持力可控的单驱三联动卡盘的制作方法

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种用于环形构件夹持力可控的单驱三联动卡盘，特别适用于薄壁环形构件。

背景技术：

回转型构件广泛应用于航空、航天等领域，多采用三爪卡盘对回转型构件进行装夹。薄壁环形构件属于典型的回转型构件，其主要特点是壁薄易变形，采用传统三爪卡盘进行装夹时，由于装夹力不可控，装夹力过大时极易造成构件变形，而装夹力小时又会影响构件的夹持效果。为防止薄壁环形构件在装夹过程中由于装夹力过大而产生变形，现在多采用制作专用工装进行内环支撑的方式，针对不同直径、尺寸的薄壁环形构件往往要设计制造不同形式的支撑工装进行适配，需要额外耗费人力和物力。另外，夹持力并没有量化的标准，对于夹持力精度要求高的薄壁环形构件，很难实现精准装夹。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于环形构件夹持力可控的单驱三联动卡盘，在对薄壁环形构件的装夹过程中实时测量并反馈夹持力的大小，通过控制驱动电机保持正确的夹持力，避免夹持力过大时或夹持力小造成的不利影响。

本发明的技术解决方案是：一种用于环形构件夹持力可控的单驱三联动卡盘，该卡盘包括卡盘基座、驱动电机、左旋螺杆、第一右旋螺杆、第二右旋螺杆、齿轮传动机构、第一卡爪、第二卡爪、第三卡爪；

卡盘基座上设有中心槽和三个结构相同的矩形槽，三个矩形槽记为第一矩形槽、第二矩形槽、第三矩形槽，三个矩形槽的一端均与中心槽连通，另一端发散，相邻两个矩形槽两两之间呈120°夹角分布；

所述齿轮传动机构位于中心槽内，包括输入轴、第一输出轴和第二输出轴，输入轴带动第一输出轴、第二输出轴同步旋转；

左旋螺杆安装在卡盘基座的第一矩形槽内，一端与驱动电机连接，另一端与齿轮传动机构的输入轴相连；第一右旋螺杆安装在卡盘基座的第二矩形槽内，一端通过轴承与第二矩形槽内的带孔定位块形成转动副，另一端与齿轮传动机构的第一输出轴相连；第二右旋螺杆安装在卡盘基座的第三矩形槽内，一端通过轴承与第三矩形槽内的带孔定位块形成转动副，另一端与齿轮传动机构的第二输出轴相连；

第一卡爪镶嵌在卡盘基座第一矩形槽内，与左旋螺杆构成丝杠结构；第二卡爪镶嵌在卡盘基座第二矩形槽内，与第一右旋螺杆构成丝杠结构；第三卡爪镶嵌在卡盘基座第三矩形槽内，与第二右旋螺杆构成丝杠结构；

驱动电机直接驱动左旋螺杆旋转，通过齿轮传动机构驱动第一右旋螺杆、第二右旋螺杆旋转，左旋螺杆、第一右旋螺杆、第二右旋螺杆分别带动第一卡爪、第二卡爪、第三卡爪实现同步、同方向运动，对环形构件实施夹持；

所述第一卡爪、第二卡爪、第三卡爪上均设有力传感器，装夹运动过程中，当第一卡爪、第二卡爪、第三卡爪与环形构件接触时，第一卡爪、第二卡爪、第三卡爪上的力传感器用于实时检测夹持力的大小，并将数值反馈给驱动电机，通过驱动电机的运动调整夹持力处于合理的区间，避免夹持力过大时或夹持力小造成的不利影响。

所述齿轮传动机构包括输入轴、第一输出轴、第二输出轴、大驱动齿轮、小驱动齿轮、大从动齿轮、小从动齿轮；

大驱动齿轮、小驱动齿轮同轴安装在输入轴上，小从动齿轮安装在第一输出轴上、大从动齿轮安装在第二输出轴上；

输入轴、第一输出轴、第二输出轴三者轴线呈°均匀布置。大驱动齿轮、小驱动齿轮、大从动齿轮、小从动齿轮均为°锥齿轮；其中，大驱动齿轮和大从动齿轮齿数、模数相同，传动比为：；小驱动齿轮和小从动齿轮齿数、模数相同，传动比为：；

输入轴旋转带动大驱动齿轮、小驱动齿轮旋转，同时分别带动大从动齿轮、小从动齿轮旋转，最终带动第一输出轴、第二输出轴同步旋转。

所述第一卡爪、第二卡爪和第三卡爪结构相同，包括t型滑块和力传感器；

其中：t型滑块和第一力传感器，t型滑块镶嵌在卡盘基座相应的矩形槽内，t型滑块上设有螺纹孔，左旋螺杆穿过螺纹孔，通过螺纹孔驱动t型滑块在矩形槽内进行直线运动，力传感器与待装夹构件接触位置，用于监测夹持力的大小。

所述t型滑块与卡盘基座相应的矩形槽紧密接触形成滑动副。

所述卡盘基座和三个卡爪的t型滑块均采用聚四氟乙烯材料制成。

所述卡盘基座(1)和三个卡爪的t型滑块表面的摩擦系数0.02～0.04。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明具有力反馈功能，可在对薄壁环形构件的装夹过程中实时测量并反馈夹持力的大小，通过控制驱动电机保持正确的夹持力，避免夹持力过大时或夹持力小造成的不利影响。

(2)本发明利用电机作为驱动源，并通过巧妙的齿轮传动设计，实现三个卡爪同步、同方向的装夹动作。

附图说明

图1为本发明一种用于薄壁环形构件夹持力可控的单驱三联动卡盘主体结构图；

图2为本发明齿轮传动机构图；

图3为本发明卡爪结构图；

图4为本发明卡爪与卡盘基座装配截面图；

图5为本发明薄壁环形构件装夹示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

如图1所示为本发明一种用于薄壁环形构件夹持力可控的单驱三联动卡盘主体结构图。该单驱三联动卡盘包括卡盘基座1、驱动电机2、左旋螺杆3、第一右旋螺杆4、第二右旋螺杆5、齿轮传动机构10、第一卡爪11、第二卡爪12、第三卡爪13、第一联轴器6、第二联轴器7、第三联轴器8、第四联轴器9、防尘折叠布14和齿轮箱盖板15。

卡盘基座1上设有中心槽和三个结构相同的矩形槽，三个矩形槽记为第一矩形槽、第二矩形槽、第三矩形槽，三个矩形槽的一端均与中心槽连通，另一端发散，相邻两个矩形槽两两之间呈120°夹角分布；

所述齿轮传动机构10位于中心槽内，包括输入轴101、第一输出轴102和第二输出轴103，输入轴101带动第一输出轴102、第二输出轴103同步旋转；

左旋螺杆3安装在卡盘基座1的第一矩形槽内，一端通过第一传动联轴器6与驱动电机2连接，另一端通过第二联轴器7与齿轮传动机构10的输入轴101相连；第一右旋螺杆4安装在卡盘基座1的第二矩形槽内，一端通过轴承与第二矩形槽内的带孔定位块形成转动副，另一端通过第三联轴器8与齿轮传动机构10的第一输出轴102相连；第二右旋螺杆5安装在卡盘基座1的第三矩形槽内，一端通过轴承与第三矩形槽内的带孔定位块形成转动副，另一端通过第四联轴器9与齿轮传动机构10的第二输出轴103相连；

第一卡爪11镶嵌在卡盘基座1第一矩形槽内，与左旋螺杆3构成丝杠结构；第二卡爪镶嵌在卡盘基座1第二矩形槽内，与第一右旋螺杆4构成丝杠结构；第三卡爪镶嵌在卡盘基座1第三矩形槽内，与第二右旋螺杆5构成丝杠结构；

驱动电机3直接驱动左旋螺杆3旋转，通过齿轮传动机构10驱动第一右旋螺杆4、第二右旋螺杆5旋转，左旋螺杆3、第一右旋螺杆4、第二右旋螺杆5分别带动第一卡爪11、第二卡爪12、第三卡爪13实现同步、同方向运动，对环形构件实施夹持；

所述第一卡爪11、第二卡爪12、第三卡爪13上均设有力传感器，装夹运动过程中，当第一卡爪11、第二卡爪12、第三卡爪13与环形构件16接触时，第一卡爪11、第二卡爪12、第三卡爪13上的力传感器用于实时检测夹持力的大小，并将数值反馈给驱动电机2，通过驱动电机2的运动调整夹持力处于合理的区间，避免夹持力过大时或夹持力小造成的不利影响。

如图2所示为本发明齿轮传动机构图。所述齿轮传动机构10包括输入轴101、第一输出轴102、第二输出轴103、大驱动齿轮104、小驱动齿轮105、大从动齿轮107、小从动齿轮106；

大驱动齿轮104、小驱动齿轮105同轴安装在输入轴101上，小从动齿轮106安装在第一输出轴102上、大从动齿轮107安装在第二输出轴103上；

输入轴101、第一输出轴102、第二输出轴103三者轴线呈120°均匀布置，大驱动齿轮104、小驱动齿轮105、大从动齿轮107、小从动齿轮106均为30°锥齿轮；其中，大驱动齿轮104和大从动齿轮107齿数、模数相同，传动比为1：1；小驱动齿轮105和小从动齿轮106齿数、模数相同，传动比为1：1；

输入轴101旋转带动大驱动齿轮104、小驱动齿轮105旋转，同时分别带动大从动齿轮107、小从动齿轮106旋转，最终带动第一输出轴102、第二输出轴103同步旋转。

如图3所示为本发明卡爪结构图；如图4所示为本发明卡爪与卡盘基座装配截面图。其特征在于：第一卡爪11包括t型滑块111、力传感器112。t型滑块111镶嵌在卡盘基座1相应矩形槽内，左旋螺杆3通过螺纹孔113驱动t型滑块111在矩形槽内进行直线运动。

力传感器112安装t型滑块111与待装夹构件接触位置，用于监测夹持力的大小。

第二卡爪12、第三卡爪13与第一卡爪11的组成和功能相同。

所述t型滑块与卡盘基座1相应的矩形槽紧密接触形成滑动副。

所述卡盘基座1和三个卡爪的t型滑块均采用聚四氟乙烯材料制成。

所述卡盘基座1和三个卡爪的t型滑块表面的摩擦系数0.02～0.04。可保证顺滑、高精度传动。

防尘折叠布14安装在卡盘基座1矩形槽上，齿轮箱盖板15安装在齿轮传动机构10上方，二者均起到防尘保护功能。

第一卡爪11包括t型滑块111、第一力传感器112。t型滑块111镶嵌在卡盘基座1相应矩形槽内，左旋螺杆3通过螺纹孔113驱动t型滑块111在矩形槽内进行直线运动。第一力传感器112安装t型滑块111与待装夹构件接触位置，用于监测夹持力的大小。

如图5所示为本发明薄壁环形构件装夹示意图。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。