一种适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘

1.本发明属于管材加工相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘。


背景技术：

2.目前的精密薄壁管加工通常是以激光切割的方式完成，市场上需要加工的管材截面形状多样，如圆管、矩形管、椭圆管等，为保证激光束焦点与管材的加工点重合，需要用一种能够适应不同形状截面的精准定位夹具来夹持管材，并在加工时控制管材的进给。
3.中国专利cn107984157a中公开了一种用气缸驱动的四爪卡盘，该卡盘的四个卡爪分分别采用四个气缸通过铰链连接，相对卡爪之间通过盘体上的同步转动圆环实现同步运动，卡爪是长l形卡爪，卡爪的爪头装有较长的平口，可以夹持截面形状较为复杂的管材。中国专利cn109604658a公开了一种卡盘的自动定心装置，该卡盘的卡爪也是由四个气缸通过铰链分别连接的，但是其同步装置采用的是齿轮传动机构，该卡盘包含两组啮合齿轮，分别控制两对爪的同步定心运动。在齿轮盘转动时，对向卡爪的气缸的伞形齿轮的运动下按一定的姿态伸长，通过铰链与连杆驱动卡爪运动，该盘的卡爪爪头为单个小轴承。美国专利us6220608b1公开了一种四爪卡盘，该卡盘的对爪同步运动方案采用的是阿基米德螺线盘，电机通过齿轮驱动阿基米德盘旋转，从而带动卡爪在盘面结构的约束下做直线向心运动，该卡盘采用的卡爪为普通卡爪。
4.在前两种卡盘的结构中，均采用了四个气缸分别驱动各个卡爪，这样的结构会让整个卡盘的尺寸较大，在小直径的精密薄壁管加工机床上占据了太多空间；同时第一种卡盘的爪头的平口很薄，对管材表面可能会产生压痕和损伤；第二种卡盘的同步运动靠齿轮啮合传动实现，对齿的加工精度要求很高，否则齿厚误差等因素会造成同步精度的下降，另外，其卡爪采用单轴承，宽度太小，在夹持尺寸稍大的管材时会产生偏转误差，造成整个卡盘夹持定心性能的下降；第三种卡盘的阿基米德盘驱动为外啮合驱动，这种方式需要在控制电机时对盘体和阿基米德盘的转动做测量与控制，且两电机控制并不解耦，因此控制也较为复杂，另外其卡爪采用普通的硬爪，对不同截面形状的管材夹持适应能力较差。除了上述三种卡盘外，根据实际的应用场景，目前市场上已有很多不同的激光加工卡盘产品，他们的四爪卡盘大多采用的是两对二爪联动的卡爪，需要两组同步机构进行驱传动，在夹持过程中由于一对爪总是先于另一对爪夹住管材，因此先夹住的卡爪产生的摩擦力可能会导致后夹的卡爪无法让管材定心，影响定心精度。因此，亟需设计一种适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘，通过伸缩气缸的伸缩带动阿基米德盘的转动进而带动第一滑动底座和第二滑动底座的上移和下移，实现第一钳口卡爪和第二钳口卡爪的同步开启和关闭，同时
通过压板实现待夹持件的夹持姿态确定，对管材形状适应性好，定位精准。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘，包括：主轴；固定于所述主轴端部的主盘，沿所述主盘的直径方向且贯通所述主盘前后表面的槽体；第一滑动底座和第二滑动底座，所述第一滑动底座和第二滑动底座均设有凸轴；相互啮合的第一钳口卡爪和第二钳口卡爪，所述第一钳口卡爪固定于所述第一滑动底座，所述第二钳口卡爪固定于所述第二滑动底座；所述第一钳口卡爪和第二钳口卡爪基体的后部均设有凹槽，所述凹槽内均设有弹簧压板，所述弹簧压板包括弹簧和压板，所述压板用于与管件接触，所述压板的端部与管件垂直方向的截面为圆弧形；活动套设于所述主轴外表面并设于所述主盘背部的阿基米德盘，所述阿基米德盘包括两条中心对称的阿基米德螺线槽、避让槽以及一圆孔，两所述凸轴分别穿过所述槽体设于所述阿基米德螺线槽内；设于所述阿基米德盘背部的伸缩气缸，所述伸缩气缸的两端部分别转动连接销轴的一端，所述销轴的另一端固定于所述圆孔，所述销轴穿过所述避让槽固定于所述主盘。
7.优选地，所述阿基米德盘的外沿与内沿设有凸槽，所述凸槽与所述主盘接触。
8.优选地，所述凹槽被限位孔分为第一槽体和第二槽体，所述弹簧完全收纳于所述第一槽体内，所述压板与弹簧接触的端部设有靠肩，所述靠肩与弹簧连接并被所述限位孔限制在所述第一槽体内，所述压板设于所述第二槽体。
9.优选地，未工作时，所述第一钳口卡爪和第二钳口卡爪内的压板之间的距离小于或等于所述第一钳口卡爪和第二钳口卡爪之间的距离。
10.优选地，所述主盘的前表面还包括t形凹槽，所述第一滑动底座和第二滑动底座设于所述t形凹槽内，以实现对所述第一滑动底座和第二滑动底座的限位导向。
11.优选地，所述第一钳口卡爪和第二钳口卡爪为v型槽钳口，所述压板圆弧面端部的母线与v型钳口夹角的平分线相互垂直。
12.优选地，所述二爪卡盘还包括与所述主轴固定连接的齿轮，所述主轴在所述齿轮的带动下转动。
13.优选地，所述二爪卡盘还包括圆柱滚子轴承和主架，所述圆柱滚子轴承包括与所述齿轮固定连接的内圈以及与所述主架固定连接的外圈。
14.优选地，所述二爪卡盘还包括气配环，气配环包括内圈和外圈，其中内圈与所述主轴及所述伸缩气缸的气路连接，外圈与主架和外部气路连接。
15.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘具有如下有益效果：
16.1.通过伸缩气缸的伸缩带动阿基米德盘的转动进而带动第一滑动底座和第二滑动底座的移动，实现第一钳口卡爪和第二钳口卡爪的同步开启和关闭，通过v型钳口所具有的特点，在沿卡爪运动方向和其正交方向同时对管件的位置进行定心，避免了两个卡爪运动不同步，和四爪夹持方案所导致的摩擦和定位偏差；
17.2.通过弹簧和压板使得可以实现待夹持件的姿态顺应调整，避免了夹持过程由于待夹持件姿态不确定可能出现的硬性扭转，对待夹持件的形状适应性好；
18.3.限位孔一方面可以限制压板的行程另一方面又可以实现对压板的导向作用，使得压板始终沿主盘的径向运动保证了压板的运动方向进而精确实现对待夹持件的柔性定
位；
19.4.t形凹槽对第一滑动底座和第二滑动底座进行导向定位保证了其上卡爪的移动路径的精确性；
20.5.配置气配环避免了气缸直接用气管连接时卡盘旋转导致气管缠绕或拉断。
附图说明
21.图1示意性示出了本实施例的适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘结构示意图；
22.图2示意性示出了本实施例的适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘爆炸结构示意图；
23.图3示意性示出了本实施例的主盘的结构示意图；
24.图4示意性示出了本实施例的第一滑动底座的结构示意图；
25.图5示意性示出了本实施例的第一滑动底座与第一钳口卡爪的结构示意图；
26.图6示意性示出了本实施例的第二滑动底座与第二钳口卡爪的结构示意图；
27.图7示意性示出了本实施例的第一钳口卡爪的结构示意图；
28.图8示意性示出了本实施例的阿基米德盘的结构示意图；
29.图9示意性示出了本实施例的阿基米德盘与伸缩气缸的结构示意图；
30.图10示意性示出了本实施例的第一钳口卡爪与第二钳口卡爪闭合时的示意图；
31.图11示意性示出了本实施例的第一钳口卡爪与第二钳口卡爪开启时的示意图；
32.图12a示意性示出了本实施例中将矩形管以随意姿态放入第一钳口卡爪与第二钳口卡爪时的示意图；
33.图12b示意性示出了本实施例中将矩形管的姿态校正后的示意图；
34.图13a示意性示出了本实施例中将椭圆管以随意姿态放入第一钳口卡爪与第二钳口卡爪时的示意图；
35.图13b示意性示出了本实施例中将椭圆管的姿态校正后的示意图；
36.图14示意性示出了本实施例中主轴与主架的安装示意图。
37.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
38.10
‑
主轴；
39.20
‑
主盘；
40.21
‑
槽体；22
‑
挡条；23
‑
固定部；
41.30
‑
第一钳口卡爪；
42.31
‑
凹槽；32
‑
第一槽体；33
‑
第二槽体；34
‑
限位孔；35
‑
第一滑动底座；36
‑
调整螺栓固定块；37
‑
调整螺栓；38
‑
凸轴；39
‑
轴承；
43.40
‑
第二钳口卡爪；
44.45
‑
第二滑动底座；46
‑
调整螺栓固定块；47
‑
调整螺栓；
45.50
‑
压板；51
‑
靠肩；52
‑
弹簧；
46.60
‑
阿基米德盘；
47.61
‑
阿基米德螺线槽；62
‑
避让槽；63
‑
圆孔；64
‑
凸槽；
48.70
‑
伸缩气缸；
49.71，74
‑
单耳安装底座；75，72
‑
销轴；73，76
‑
挡圈；
50.80
‑
圆柱滚子轴承；90
‑
齿轮；100
‑
气配环；110
‑
主架。
具体实施方式
51.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
52.请参阅图1及图2，本发明提供了一种适用于薄壁管件激光切割设备的二爪卡盘，该二爪卡盘包括主轴10、主盘20、第一滑动底座35、第二滑动底座45、第一钳口卡爪30、第二钳口卡爪40、弹簧压板50、阿基米德盘60以及气缸70等。
53.其中，主轴10为中空的管件。
54.主盘20设于主轴10的端部，本实施例中，主轴10的前端有沿圆周分布的螺纹孔分布于主轴10前端法兰面上，主盘20通过螺纹连接安装在主轴10的前端法兰面上。
55.如图3所示，所述主盘20设有贯通主盘20前后表面的沿直径方向槽体21，该槽体21相对于主盘20的中心对称。
56.如图4所示，所述主盘20的前表面沿中心对称设有第一滑动底座35和第二滑动底座45，所述第一滑动底座35和第二滑动底座45的后表面均设有凸轴38，凸轴38的端部设有限位的轴承39。
57.第一滑动底座35上设有第一钳口卡爪30，第二滑动底座45上设有第二钳口卡爪40。所述第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40为v型钳口。本实施例中，如图5所示，第一钳口卡爪30优选为单齿v形爪头，第二钳口卡爪40在结构上又单齿改为双齿，第一钳口卡爪30与第二钳口卡爪40相互配合，爪头与基体之间有大圆角过渡，减少应力集中，基体上部设有螺栓沉头孔，顶面设有螺纹孔。如图5所示，调整螺栓固定块36设于底座35上，调整螺栓37设于调整螺栓固定块36内，螺纹端旋入基体顶面螺纹孔中，通过转动调整螺栓37，使卡爪基体相对第一滑动底座35微量移动，进而调整与对向卡爪的相对位置，保证对心夹持精度。同理，如图6所示，调整螺栓47设于调整螺栓固定块46内，螺纹端旋入基体顶面螺纹孔中，通过转动调整螺栓47，使卡爪基体相对第二滑动底座45微量移动，通过基体顶面螺纹孔调整第二钳口卡爪40与第二滑动底座45之间的相对位置。
58.如图7所示，所述第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40基体的后部均设有凹槽31，所述凹槽31内均设有弹簧压板，所述弹簧压板包括压板50、弹簧52与压板50连接处设有靠肩51，所述靠肩51的端部与弹簧52连接，压板50的端部与管件垂直方向的截面为圆弧形。
59.所述凹槽被限位孔34分为第一槽体32和第二槽体33，所述弹簧52与所述靠肩51完全收纳于所述第一槽体32内，靠肩51与限位孔34共同作用限制压板50的最大行程，限位孔34对压板50起一定的导向作用，靠肩51与第一槽体32侧壁不接触，避免运动阻力过大。所述压板50设于所述第二槽体33。
60.主盘20的前表面沿所述槽体21方向还设有t形凹槽，所述第一滑动底座35和第二滑动底座45设于所述t形凹槽内，以实现对所述第一滑动底座35和第二滑动底座45的限位导向。t形凹槽包括固定部23和挡条22，固定部23通过销钉或螺钉固定载主盘20表面。固定
部23靠近槽体21的表面设有l形槽，挡条22固定于该l形槽内并突出于l形槽，使得槽体21两侧的固定部23和档条22形成t形槽。
61.如图8所示，活动套设于所述主轴10外表面并设于所述主盘20背部的阿基米德盘60，所述阿基米德盘60包括两条中心对称的阿基米德螺线槽61、避让槽62以及一圆孔63，两所述凸轴38分别穿过所述槽体21设于所述阿基米德螺线槽61内。设于所述阿基米德盘60背部的伸缩气缸70，所述伸缩气缸70的两端部分别转动连接销轴75，72的一端，所述销轴75的另一端固定于所述圆孔63，所述销轴72穿过所述避让槽62固定于所述主盘20。避让槽62为圆弧线槽，使阿基米德盘60在运动时避让销轴72。除图8所述实施方式外，阿基米德盘60上除两条阿基米德螺线槽61、避让槽62、圆孔63外以及内外圈台阶外，其余区域可以挖槽或孔来减少阿基米德盘60的质量。
62.本实施例中，如图9所示，伸缩气缸70的下端单耳安装底座71与主盘20之间通过销轴72连接，并用挡圈73限制其轴向窜动的自由度，销轴72与主盘20过盈配合，销轴72与单耳安装底座71为间隙配合，该底座71可以绕销轴72转动。上端单耳连接件74通过销轴75与阿基米德盘60连接，销轴75与阿基米德盘60上的圆孔64为过盈配合，销轴75与气缸79的上端单耳连接件74为间隙配合，连接件74可以绕销轴75转动，并用挡圈76限制其轴向窜动的自由度。伸缩气缸70的活塞在伸长时，会推动阿基米德盘60绕主轴10转动，同时单耳安装底座71或绕销轴72转动，单耳连接件74会绕销轴75转动，以此来配合伸缩气缸70活塞的伸长和阿基米德盘60的转动。
63.所述阿基米德盘60的外沿与内沿设有凸槽64，所述主盘20半径优选为大于所述阿基米德盘60半径，阿基米德盘60外围有卡盘罩与主盘20相连，所述凸槽64与所述主盘20接触。
64.所述二爪卡盘还包括气配环100，气配环100安装于主轴10的后端，气配环100包括内圈和外圈，其中内圈与所述主轴10及所述伸缩气缸70的气路连接，外圈与主架固连，与外部气路连接，用于为所述伸缩气缸70提供气体，避免伸缩气缸70直接用气管连接后，卡盘旋转导致气管缠绕或拉断。
65.所述二爪卡盘还包括与所述主轴10固定连接的齿轮90，所述主轴10在所述齿轮90的带动下转动。
66.如图14所示，所述二爪卡盘还包括圆柱滚子轴承80和主架110，所述圆柱滚子轴承80包括与所述齿轮固定连接的内圈以及与所述主架110固定连接的外圈。本实施例中，齿轮90与主轴10之间用螺栓连接，齿轮90在受到外部齿轮驱动后，带动主轴10转动，从而带动整个卡盘转动。圆柱滚子轴承80内圈与齿轮90配合，同步转动，外圈与主架110上的孔配合，使整个卡盘得以安装在主架110上。
67.该二爪卡盘尤其适用于管材激光加工中对管材进行夹持固定以及旋转，并与送料装置进行配合，实现管材的连续送料进给。
68.工作时：当需要夹紧时，伸缩气缸70活塞的直线运动驱动阿基米德盘60相对于主盘20旋转。当压板50接触到管材时，压板50在弹簧52的压力下伸出凹槽31至最大行程处，当阿基米德盘60逆时针旋转时，由于压板50比第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40距离管材更近，所以压板50会先接触到管材，当压板50先压紧管材之后，压紧力由弹簧52提供，压板50不再随第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40向心运动且保持静止，阿基米德盘60继续逆时针
旋转，阿基米德螺线槽61带动第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40继续做同步向心直线运动，弹簧52继续被压缩，直至第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40夹紧管材，错齿结构避免了夹持小管径管材时的卡爪干涉问题，阿基米德盘60在卡爪的反作用力下停止转动，整个卡盘完成管材的夹持，如图10所示。
69.当需要放松时，阿基米德盘60顺时针旋转时，第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40做同步离心直线运动，弹簧52伸长，压板50保持静止，当靠肩51与限位孔34接触后，压板50在限位孔34的带动下做离心直线运动，弹簧52长度不再伸长，此时卡盘松开对管材的夹持，如图11所示。
70.如图12a所示，将矩形管以随意的姿态放入第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40之间时，两卡爪的对心运动过程中，压板50会先接触到管材，此时可以近似为点面接触，接触力沿接触面法线方向，因此两靠肩51与矩形管的接触力形成一个力矩，矩形管在此力矩的作用下转动调整姿态，同时第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40继续向心运动，弹簧52对压板50施加压力，使其与矩形管的点面接触变为线面接触，调整力矩的大小变为0，此时矩形管的姿态调整完毕，压板50不再随第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40继续向心运动，而弹簧52继续被压缩；第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40的v型钳口一侧先接触到矩形管后，通过继续的向心运动将矩形管的中心推至卡盘中心，此过程中压板50会通过弹簧52来顺应管材的位置，从而完成矩形管的定心定位，如图12b所示，至此矩形管的定心与定姿态夹持完成。
71.如图13a所示，将椭圆管以随意的姿态放入第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40之间，两卡爪的对心运动过程中，压板50会先接触到管材，此时可以近似为点面接触，接触力沿接触面法线方向，因此两压板50与椭圆管的接触力形成一个力矩，椭圆管在此力矩的作用下转动调整姿态，同时第一钳口卡爪30和第二钳口卡爪40继续向心运动，弹簧52对压板50施加压力，直至椭圆管与两靠肩51的接触点连线与弹簧压板50运动方向平行，弹簧压板50对椭圆管的调整力矩大小为0，此时椭圆管的姿态调整完毕，如图13b所示，后定心过程与矩形管夹持类似。
72.综上所述，本申请通过伸缩气缸的伸缩带动阿基米德盘的转动进而带动第一滑动底座和第二滑动底座的上移和下移，实现第一钳口卡爪和第二钳口卡爪的同步开启和关闭，对管材进行定心夹持，同时通过压板实现待夹持件的姿态调整，对管材形状适应性好，定位精准。
73.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。