CN110355394B - 一种高精度气动卡盘结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度气动卡盘结构，安装于机床的法兰盘上，包括与法兰盘固定连接的转轴、设置在转轴前部的气动组件、设置在气动组件上的卡盘组件以及设置在转轴后部的通气轴承，通气轴承采用空气静压轴承，在转轴内设置通气槽，通气槽连通气动组件与空气静压轴承；空气静压轴承通入的空气一部分在空气静压轴承内形成气膜，另一部分通过通气槽进入气动组件实现对卡盘组件的驱动。由于气体薄膜的均化效应，可以进一步提高回转精度，而且大幅降低了机械轴承的形状误差对卡盘的回转精度和转动平稳性的影响；同时在空气静压轴承中，由于采用气膜将卡盘回转部分与静止部分隔开，避免了机械部件的直接接触，有效减小了运行中的摩擦力。

Description

一种高精度气动卡盘结构

技术领域

本发明涉及机床卡盘生产制造技术领域，尤其是涉及一种高精度气动卡盘结构。

背景技术

气动卡盘是一种利用均布在卡盘上的活动卡爪的径向移动实现夹紧工件的机械装置，常被安装在车床、内圆磨床与外圆磨床上使用。随着超精密加工制造技术的发展，许多高科技产品对超精密加工机床加工精度的要求越来越高，气动卡盘因其夹装效率高、夹持精度高，卡盘结构简单等优点，被广泛用于高精度的车削和磨削加工中。

卡盘的转动是通过法兰盘与工件主轴连接带动的，外部压缩气源通过气道连接器部分进入卡盘的气室，气道连接器是静止的部分，气道连接器通过采用轴承技术减少卡盘转动部分与静止部分之间的摩擦。作为与主轴直接相连的卡盘，其回转精度在很大程度上决定了工件端在高转速下的回转误差。除了卡盘的本身机械加工精度外，气道连接器部分采用的轴承技术也很大程度上决定了卡盘的回转精度。

传统接触式滚动轴承，被广泛用于气动卡盘上以减少其静止部分和转动部分的摩擦，由于自身结构的原因，传统接触式轴承很难达到极高的加工精度，从而在转动过程中产生振动从而降低了卡盘的回转精度。在低速运转会出现爬行现象，而在长时间的高速转动过程中，轴承的摩擦生热导致卡盘部分的热变形也会降低工件端的回转精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度气动卡盘结构，它实现卡盘的高精度回转同时振动较小，在低速时不会出现爬行现象，而在高速时也不会产生摩擦生热现象。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种高精度气动卡盘结构，安装于机床的法兰盘上，包括与法兰盘固定连接的转轴、设置在转轴前部的气动组件、设置在气动组件上的卡盘组件以及设置在转轴后部的通气轴承，所述的通气轴承采用空气静压轴承，在所述的转轴内设置通气槽，所述的通气槽连通气动组件与空气静压轴承；所述的空气静压轴承通入的空气一部分在空气静压轴承内形成气膜，另一部分通过通气槽进入气动组件实现对卡盘组件的驱动。

进一步具体的，所述的空气静压轴承包括气浮导轨以及与气浮导轨同轴设置的气浮轴承，在所述的气浮轴承上设置轴向止推及径向支撑作用的若干节流孔。

进一步具体的，所述的气动组件包括以转轴为中心的气动外壳、设置在气动外壳内并套设在转轴上的气动活塞、设置于气动外壳上的前盖、设置于前盖与气动活塞之间的复位弹簧，所述的气动外壳与气动活塞之间形成气室，所述的通气槽连通气室。

进一步具体的，所述的节流孔包括若干径向设置的径向节流孔、连通若干径向节流孔的轴向节流孔以及连通若干径向节流孔的环形供气槽，在所述的环形供气槽上设置进气孔。

进一步具体的，所述的环形供气槽为设置在气浮轴承柱面上的环形槽，并在该环形槽上设置密封圈。

进一步具体的，所述的前盖内侧设置凹槽，所述的复位弹簧位于凹槽内。

进一步具体的，所述的转轴、气浮导轨以及气动外壳为一体成型。

进一步具体的，所述的卡盘组件包括设置在前盖上并可滑动的动力楔块、设置于动力楔块上的卡爪以及设置在气动活塞上并与动力楔块配合的凸楔，所述的凸楔向远离转轴的方向倾斜伸出。

本发明的有益效果是：采用了上述结构之后，由于气体薄膜的均化效应，本发明与利用传统机械接触式轴承的气动卡盘相比不仅可以进一步提高回转精度，而且大幅降低了机械轴承中滚珠或滚柱的形状误差对卡盘的回转精度和转动平稳性的影响；同时在空气静压轴承中，由于采用气膜将卡盘回转部分与静止部分隔开，避免了机械部件的直接接触，有效减小了运行中的摩擦力，不会出现爬行现象。

附图说明

图1是本发明的剖视结构示意图；

图2是图1的A部分的放大结构示意图。

图中：1、法兰盘；2、转轴；3、通气槽；4、气浮导轨；5、气浮轴承；6、气动外壳；7、气动活塞；8、前盖；9、复位弹簧；10、气室；11、动力楔块；12、卡爪；13、凸楔；51、径向节流孔；52、轴向节流孔；53、环形供气槽；54、进气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示一种高精度气动卡盘结构，安装于机床的法兰盘1上，包括与法兰盘1固定连接的转轴2、设置在转轴2前部的气动组件、设置在气动组件上的卡盘组件以及设置在转轴2后部的通气轴承，所述的通气轴承采用空气静压轴承，在所述的转轴2内设置通气槽3，所述的通气槽3连通气动组件与空气静压轴承；所述的空气静压轴承通入的空气一部分在空气静压轴承内形成气膜，另一部分通过通气槽3进入气动组件实现对卡盘组件的驱动；通过向空气静压轴承通气，实现对卡盘组件的调整以及形气膜，提高回转精度。

如图2所示其中空气静压轴承包括气浮导轨4以及与气浮导轨4同轴设置的气浮轴承5，气浮导轨4固定在法兰盘1上随着法兰盘1一起转动，在所述的气浮轴承5上设置轴向止推及径向支撑作用的若干节流孔，在轴向方向上围绕气浮轴承5的轴芯均匀开设若干轴向节流孔52，在本案中轴向节流孔52设置为8组，每组有1个，该轴向节流孔52为贯穿孔，其两侧开口分别一一对应于法兰盘1及气动组件位置；在气浮轴承5的径向方向上设置若干径向节流孔51，在本案中设置8组，每组有3个，且均匀分布，在同一径向平面内，径向节流孔51与轴向节流孔52连通；同时，为了保证所有的径向节流孔51与轴向节流孔52之间连通，在气浮轴承5上开设环形供气槽53，环形供气槽53将各个径向平面内的一个径向节流孔51连通，而在环形供气槽53上开设至少一个进气孔54，实现进气；而为了方便加工，将环形供气槽53设置在气浮轴承5的柱面上形成环形槽，并在环形槽上安装密封圈，实现环形供气槽53的功能；径向节流孔51加工为一通孔，该通孔位于气浮轴承5柱面上一侧密封住即可，这种方式清理起来也比较方便；从进气孔54进入的气体通过径向节流孔51后在气浮轴承5与气浮导轨4之间形成气膜，通入的气体通过轴向节流孔52后在气浮轴承5与法兰盘1之间、气浮轴承5与气动组件之间形成气膜。

气动组件包括以转轴2为中心的气动外壳6、设置在气动外壳6内并套设在转轴2上的气动活塞7、设置于气动外壳6上的前盖8、设置于前盖8与气动活塞7之间的复位弹簧9，所述的气动外壳6与气动活塞7之间形成气室10，所述的通气槽3连通气室10，该气室10设置在靠近法兰盘1的一侧，气室10为一环状的空间，通气槽3设置3条均连通至气室10内；为了方便定位复位弹簧9，故在前盖8上设置3个凹槽，复位弹簧9为3个一一对应固定在凹槽内；工作时，空气静压轴承通气，气体顺着节流孔进入通气槽3内，通气槽3将气体通入至气室10内，气室10内的气压增大使得气动活塞7向远离法兰盘1一侧运动并对复位弹簧9进行压缩，此时实现对卡盘组件夹紧的操作；不工作时，停止通气，气室10内的气压减小，复位弹簧9使得气动活塞7恢复至初始位置，此时实现对卡盘组件的放松操作。

卡盘组件包括设置在前盖8上并可滑动的动力楔块11、设置于动力楔块11上的卡爪12以及设置在气动活塞7上并与动力楔块11配合的凸楔13，所述的凸楔13向远离转轴2的方向倾斜伸出；卡盘组件设置3组，且围绕转轴均匀分布在前盖8上；当气动活塞7带动凸楔13靠近动力楔块11时，凸楔13使得动力楔块11向转轴2中心运动，动力楔块11带动卡爪12向转轴2中心运动，实现对工件的夹紧；当气动活塞7带动凸楔13远离动力楔块11时，凸楔13使得动力楔块11以及卡爪12远离转轴2中心，松开工件。

基于上述结构，为了方便安装，将转轴2、气浮导轨4以及气动外壳6一体成型，安装时，只需安装相应部件即可，提高安装效率。

综上所述，针对现有气动卡盘，本案采用空气静压轴承替代现有的机械接触式轴承，由于气膜的均化误差效应，较传统机械接触式轴承振动小，回转精度高，在低转速工况下，不会出现爬行现象，在高速工况下，也不会产生摩擦生热现象，大大增加了回转精度，提高加工精度。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种高精度气动卡盘结构，安装于机床的法兰盘(1)上，包括与法兰盘(1)固定连接的转轴(2)、设置在转轴(2)前部的气动组件、设置在气动组件上的卡盘组件以及设置在转轴(2)后部的通气轴承，其特征在于，所述的通气轴承采用空气静压轴承，在所述的转轴(2)内设置通气槽(3)，所述的通气槽(3)连通气动组件与空气静压轴承；所述的空气静压轴承通入的空气一部分在空气静压轴承内形成气膜，另一部分通过通气槽(3)进入气动组件实现对卡盘组件的驱动；

所述的气动组件包括以转轴(2)为中心的气动外壳(6)、设置在气动外壳(6)内并套设在转轴(2)上的气动活塞(7)、设置于气动外壳(6)上的前盖(8)、设置于前盖(8)与气动活塞(7)之间的复位弹簧(9)，所述的气动外壳(6)与气动活塞(7)之间形成气室(10)，所述的通气槽(3)连通气室(10)；所述的前盖(8)内侧设置凹槽，所述的复位弹簧(9)位于凹槽内；

所述的卡盘组件包括设置在前盖(8)上并可滑动的动力楔块(11)、设置于动力楔块(11)上的卡爪(12)以及设置在气动活塞(7)上并与动力楔块(11)配合的凸楔(13)，所述的凸楔(13)向远离转轴(2)的方向倾斜伸出。

2.根据权利要求1所述的高精度气动卡盘结构，其特征在于，所述的空气静压轴承包括气浮导轨(4)以及与气浮导轨(4)同轴设置的气浮轴承(5)，在所述的气浮轴承(5)上设置轴向止推及径向支撑作用的若干节流孔。

3.根据权利要求1所述的高精度气动卡盘结构，其特征在于，所述的空气静压轴承包括气浮导轨(4)以及与气浮导轨(4)同轴设置的气浮轴承(5)，在所述的气浮轴承(5)上设置轴向止推及径向支撑作用的若干节流孔。

4.根据权利要求2或3所述的高精度气动卡盘结构，其特征在于，所述的节流孔包括若干径向设置的径向节流孔(51)、连通若干径向节流孔(51)的轴向节流孔(52)以及连通若干径向节流孔(51)的环形供气槽(53)，在所述的环形供气槽(53)上设置进气孔(54)。

5.根据权利要求4所述的高精度气动卡盘结构，其特征在于，所述的环形供气槽(53)为设置在气浮轴承(5)柱面上的环形槽，并在该环形槽上设置密封圈。

6.根据权利要求4所述的高精度气动卡盘结构，其特征在于，所述的转轴(2)、气浮导轨(4)以及气动外壳(6)为一体成型。