一种自由浮动卡盘
阅读说明：本技术 一种自由浮动卡盘 (Free floating chuck ) 是由 张国文 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自由浮动卡盘,安装于普通重型卧式车床上,包括外层卡盘、内层卡盘、挠性联轴节、浮动卡爪、液压缸、复位弹簧以及卡盘挡圈,外层卡盘安装在重型卧式车床的主轴上。采用本发明自由浮动卡盘加工时,内层卡盘夹持工件,内层卡盘在外层卡盘中自由浮动,且内层卡盘可同车床主轴一起转动,使工件的回转精度不受车床主轴精度的影响,大大降低了对机床的要求,在精度不高的重型卧式车床上就能实现轴颈超高精度加工。而且,利用该自由浮动卡盘的方式研磨加工工件轴颈有效的避免了原加工方式的工序浪费和材料浪费。(The invention discloses a free floating chuck which is arranged on a common heavy horizontal lathe and comprises an outer layer chuck, an inner layer chuck, a flexible coupling, a floating jaw, a hydraulic cylinder, a return spring and a chuck check ring, wherein the outer layer chuck is arranged on a main shaft of the heavy horizontal lathe. When the free floating chuck is used for processing, the inner chuck clamps a workpiece, the inner chuck floats freely in the outer chuck, and the inner chuck can rotate together with a lathe spindle, so that the rotation precision of the workpiece is not influenced by the precision of the lathe spindle, the requirement on a machine tool is greatly reduced, and the ultrahigh-precision processing of the shaft neck can be realized on a heavy horizontal lathe with low precision. Moreover, the workpiece shaft neck is ground and processed by utilizing the free floating chuck, so that the process waste and the material waste of the original processing mode are effectively avoided.)
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，更具体的说，涉及一种自由浮动卡盘。
背景技术
重型卧式车床加工转子类工件的精度受到车床精度的制约，粗加工机床只能用来粗加工，精加工机床也只能用来精加工，而且机床的精度也不是恒定不变的，需要定期检查和调整，卧式车床需要从床头主轴、尾座主轴以及刀架部分进行调整精度，这很大程度上制约了生产，花费的人力、物力和时间都影响着生产效率。
现用转子类工件轴颈超高精度的一种加工方法中，是在工件的端面上钻孔攻丝，将万向联轴结的一侧把合在工件的该端面上，万向联轴结的另一侧与重型卧式车床的主轴卡盘连接在一起，工件上架上两组托架，托架对轴颈研磨加工，这种加工方式需要在工件一端进行工艺留量，在端面进行钻孔、攻丝后把合万向联轴结，最后再将工件一端工艺留量的部分加工掉。但这种加工方式存在工序浪费和材料浪费的问题。因此，如何有效的解决这一技术问题，便成为了本领域技术人员的一个研究方向。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种自由浮动卡盘，大大降低了对机床的要求，可以在精度不高的重型卧式车床上实现轴径的超高精度加工，其具体技术方案如下：
一种自由浮动卡盘，安装于普通重型卧式车床上，包括外层卡盘、内层卡盘、挠性联轴节、浮动卡爪、液压缸、复位弹簧以及卡盘挡圈，所述外层卡盘安装在重型卧式车床的主轴上，所述内层卡盘用以夹持工件；所述内层卡盘嵌装于所述外层卡盘内部，并通过所述挠性联轴节与所述外层卡盘相连接，所述内层卡盘借助所述挠性联轴节实现与所述外层卡盘一起随车床主轴转动，并且还能够在所述外层卡盘内部自由浮动；所述挠性联轴节包括万向节底座、万向块、万向键、销轴，所述万向节底座固定于所述外层卡盘内部的底面上；所述万向块设于所述万向节底座的上方，并通过两侧的所述销轴与所述万向节底座转动连接；所述万向键的顶端与所述内层卡盘的底面相固定，下部与所述万向块上垂直于所述销轴的两侧相固定；所述外层卡盘顶端的外圈环面台阶上均匀开设有数对T型槽，每对所述T型槽成180°对称分布；所述T型槽内配套设有所述液压缸，所述液压缸包括液压缸缸体以及设于所述液压缸缸体内的液压缸活塞杆，所述液压缸中装有无压力时使所述液压缸活塞杆能够自动复位的复位弹簧；所述液压缸活塞杆的杆端与所述浮动卡爪固定，所述浮动卡爪能够在所述T型槽内移动，并且能够抵紧所述内层卡盘的外圆；相对称的两个所述液压缸的内腔间压力互通；所述卡盘挡圈固定于所述外层卡盘顶端的外圈环面台阶上，且不遮盖位于所述外层卡盘内部的所述内层卡盘。
通过采用上述技术方案，本发明一种自由浮动卡盘采用两层卡盘结构，外层卡盘安装在重型卧式车床的主轴上，内层卡盘用来夹持工件。外层卡盘T型槽中的浮动卡爪在液压缸的推动下夹持内层卡盘，浮动卡爪设有数组，每组的两个浮动卡爪成180°对称分布，其液压缸的内腔互通，根据工件的质量不同，选择通入不同压力的液压油。外层卡盘和内层卡盘之间通过挠性联轴节连接在一起，外层卡盘和内层卡盘能够一起旋转，且内层卡盘能够在外层卡盘中自由浮动。加工时，自由浮动卡盘夹持工件一起旋转。
本发明内层卡盘在同组卡爪间自由浮动，压力通过液压油进行传导，浮动卡爪的夹紧力可由液压油的压力进行控制，工作时内层卡盘在外层卡盘中自由浮动，如果一侧受力大将通过压力油将压力传导到对侧，如此可保证内层卡盘始终处于夹紧状态。
采用本发明自由浮动卡盘加工时，内层卡盘夹持工件，内层卡盘在外层卡盘中自由浮动，且内层卡盘可同车床主轴一起转动，使工件的回转精度不受车床主轴精度的影响，大大降低了对机床的要求，在精度不高的重型卧式车床上就能实现轴颈超高精度加工。而且，利用该自由浮动卡盘的方式研磨加工工件轴颈有效的避免了原加工方式的工序浪费和材料浪费。
优选的，所述万向节底座与所述外层卡盘通过螺栓和锥销相连接；所述万向键与所述内层卡盘通过键连接。
优选的，所述液压缸通过管路附件以及对应的单向阀充入高压液压油。
优选的，所述液压缸上安装有显示对应的所述浮动卡爪压力的耐震压力表，以此来控制高压液压油的压力，进而控制浮动卡爪的夹紧力。
优选的，所述浮动卡爪上设有通孔，所述浮动卡爪通过所述通孔安装于所述液压缸活塞杆的杆端上，并由圆螺母旋紧固定。
优选的，所述内层卡盘上设有用以夹持工件的卡体。
优选的，所述外层卡盘顶端的外圈环面台阶上均布有八个T型槽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种自由浮动卡盘的外部结构示意图。
图2为本发明一种自由浮动卡盘的整体截面图。
图3为挠性联轴节的整体结构示意图。
图4为挠性联轴节部分的截面示意图。
图5为外层卡盘的整体结构示意图。
图6-7为内层卡盘的整体结构示意图。
图8为液压缸与浮动卡爪的整体结构示意图。
图9为卡盘挡圈的整体结构示意图。
图10-11为本发明结构的受力分析图。
图中：1-外层卡盘，2-内层卡盘，3-挠性联轴节，4-浮动卡爪，5-复位弹簧，6-T型槽，7-液压缸缸体，8-液压缸活塞杆，9-卡盘挡圈，10-万向节底座，11-万向块，12-万向键，13-销轴，14-圆螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1-图9所示，本发明一种自由浮动卡盘，是一种普通重型卧式车床可更换的卡盘。在普通重型卧式车床上安装该自由浮动卡盘后能够使工件的回转精度不受车床主轴精度的影响，能够实现转子类工件的超高精度加工。
具体的，
如图1、图2所示，该自由浮动卡盘包括外层卡盘1、内层卡盘2、挠性联轴节3、浮动卡爪4、液压缸、复位弹簧5以及卡盘挡圈9，外层卡盘1安装在重型卧式车床的主轴上，内层卡盘2用以夹持工件。
进一步的，外层卡盘1安装在重型卧式车床主轴上，连接定位与普通车床相同，一般是采用经典的轴颈与内孔过盈装配，法兰螺栓配合锥销的连接方式。
如图6、图7所示，内层卡盘2上设有用以夹持工件的卡体(图中未示出)。更具体的，内卡盘卡体结构为苏联经典的C61660卧式车床主轴卡盘卡体结构，其卡盘上有用以安装卡体的T型槽，卡体主要零件有：卡爪座体、卡爪、丝杠、插板、机械式增力机构等，此为现有技术，故在此便不再进行详述。
内层卡盘2嵌装于外层卡盘1内部，并通过挠性联轴节3与外层卡盘1相连接，内层卡盘2借助挠性联轴节3实现与外层卡盘1一起随车床主轴转动，并且还能够在外层卡盘1内部自由浮动。
本发明两层卡盘间的动力传输采用挠性联轴节3结构，如图3、图4所示，该挠性联轴节3的结构类似于万向联轴节结构，其包括万向节底座10、万向块11、万向键12、销轴13，万向节底座10固定于外层卡盘1内部的底面上；万向块11设于万向节底座10的上方，并通过两侧的销轴13与万向节底座10转动连接；万向键12的顶端与内层卡盘2的底面相固定，下部与万向块11上垂直于销轴13的两侧相固定。具体的，万向节底座10与外层卡盘1通过螺栓和锥销相连接；万向键12与内层卡盘2通过键连接。
挠性联轴节3保证了内层卡盘2能够跟随外层卡盘1一起旋转，同时内层卡盘2可以浮动调心，由夹持内层卡盘2外圆的数个液压缸控制内层卡盘2的浮动。
如图5所示，外层卡盘1顶端的外圈环面台阶上均匀开设有数对T型槽6，优选为四对共八个T型槽6，每对T型槽6成180°对称分布；T型槽6内配套设有液压缸，如图2、图8所示，液压缸包括液压缸缸体7以及设于液压缸缸体7内的液压缸活塞杆8，液压缸中装有无压力时使液压缸活塞杆8能够自动复位的复位弹簧5；液压缸活塞杆8的杆端与浮动卡爪4固定，浮动卡爪4能够在T型槽6内移动，并且能够抵紧内层卡盘2的外圆；相对称的两个液压缸的内腔间压力互通。液压缸通过管路附件以及对应的单向阀充入高压液压油。
本发明中，外层卡盘1夹持内层卡盘2，外层卡盘1的T型槽6中的浮动卡爪4在液压缸的推动下夹持内层卡盘2，八个浮动卡爪4分为四组，每组的两个浮动卡爪4成180°对称分布，其液压缸的内腔互通，根据工件的质量不同，选择通入不同压力的液压油，液压缸上安装有显示对应的浮动卡爪4压力的耐震压力表(图中未示出)，以此来控制高压液压油的压力，进而控制浮动卡爪4的夹紧力。
内层卡盘2在同组卡爪间自由浮动，压力通过液压油进行传导，浮动卡爪4的夹紧力可由液压油的压力进行控制，工作时内层卡盘2在外层卡盘1中自由浮动，如果一侧受力大即将通过压力油将压力传导到对侧，如此可保证内层卡盘2始终处于夹紧状态。
进一步的，浮动卡爪4上设有通孔，浮动卡爪4通过通孔安装于液压缸活塞杆8的杆端上，并由圆螺母14旋紧固定。
卡盘挡圈9用以遮盖浮动卡爪4、液压缸以及复位弹簧5，如图1、图2、图9所示，卡盘挡圈9固定于外层卡盘1顶端的外圈环面台阶上，且不遮盖位于外层卡盘1内部的内层卡盘2。
采用本发明自由浮动卡盘加工时，内层卡盘2夹持工件，内层卡盘2在外层卡盘1中自由浮动，且内层卡盘2可同车床主轴一起转动，使工件的回转精度可不受车床主轴精度的影响，大大降低了对机床的要求，在精度不高的重型卧式车床上就能实现轴颈超高精度加工。而且，利用该自由浮动卡盘的方式研磨加工工件轴颈避免了原加工方式的工序浪费和材料浪费。
另外，在安装本自由浮动卡盘的卧式车床上换上通用型托架可以进行车削加工，车削加工时的冲击和震动经过自由浮动卡盘时被吸收，也改善了卧式车床主轴的受力情况，保护了车床主轴结构，节约了主轴修理的各项成本。
若浮动卡爪液压缸内径D＝150mm，额定工作压力P＝40MPa，正常工作时夹紧力按工件自重的1.5倍进行受力分析，如图10、图11所示，
F1＝F2＝F3＝PA＝4×107×3.14×0.0752＝7.07×105N，
F合＝F1+F2cos45°+F3cos45°＝1.71×106N，
工件自重：
故本自由浮动卡盘最大可装夹114吨自重的工件进行加工，完全能够满足大多数转子轴颈的精加工要求。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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