CN111842952B - 一种浮动膨胀芯轴 - Google Patents

Abstract

本发明的浮动膨胀芯轴通过互相垂直的径向传动销和轴向传动销相互配合、锥面相抵，将机床卡爪对径向传动销施加的径向力转化为轴向传动销的轴向力，实现传动力方向改变。所述轴向传动销与球面垫片通过点接触连接，达到能够自由活动的目的。所述球面垫片与球面拉杆通过球面连接实现自由转动，涨紧件实现涨开功能。本发明的浮动膨胀芯轴由于多处能够自由活动，无需人工调节便能实现自动涨紧功能，且能够消除机构/夹具制造误差。

Description

一种浮动膨胀芯轴

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种浮动膨胀芯轴。

背景技术

在机械设计加工方面，为了提高零部件强度，通常将辅助结构与主体结构设计成一体，无形当中给机械加工增加困难。在批量生产时，为了节省原材料，待加工工件毛坯余量少，外圆无法供机床夹持，亦或待加工工件壁厚较薄，夹持外圆容易造成工件变形。若采用传统的V型装夹方式，将大大降低加工效率；若采用膨胀芯轴装夹方式，可能导致由于定位基准不准确而造成产品质量问题，另外，夹具本身存在的制造误差也会影响产品质量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种浮动膨胀芯轴，该浮动膨胀芯轴能消除夹具制造误差，解决零件加工时定位基准问题，还能适应于异形零件和壁厚较薄的零件。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种浮动膨胀芯轴，包括定位基座、阶梯中心轴，所述定位基座为沿中心轴线方向具有阶梯中心轴孔的圆柱体，其结构特点是，所述阶梯中心轴位于所述阶梯中心轴孔内，并与所述阶梯中心轴孔的小直径孔段相配合；

所述阶梯中心轴的一端为球面拉杆，所述球面拉杆依次通过球面垫片、轴向传动销、径向传动销与所述定位基座相连接；

所述阶梯中心轴的另一端通过涨紧件与所述定位基座相连接；

所述定位基座在平行于中心轴线方向具有用于插设所述轴向传动销的轴向传动销引导孔、在垂直于中心轴线方向具有用于插设所述径向传动销的径向传动销引导孔，且所述径向传动销引导孔与所述轴向传动销引导孔相通；

所述径向传动销与所述轴向传动销的连接处为两个锥形面抵接连接；

所述轴向传动销与所述球面垫片点连接；

所述球面垫片与所述球面拉杆球面连接。

本发明的浮动膨胀芯轴通过互相垂直的径向传动销和轴向传动销相互配合、锥面相抵，将机床卡爪对径向传动销施加的径向力转化为轴向传动销的轴向力，实现传动力方向改变。所述轴向传动销与所述球面垫片通过点接触连接，达到能够自由活动的目的。所述球面垫片与所述球面拉杆通过球面连接实现自由转动。涨紧件实现涨开功能。本发明的浮动膨胀芯轴由于多处能够自由活动，无需人工调节便能实现自动涨紧功能，且能够消除机构/夹具制造误差。

进一步的，所述轴向传动销与所述球面垫片连接的一端为球面，所述球面垫片朝向所述轴向传动销的一端面为平面，所述球面与所述平面相抵，即通过点接触实现自由转动。

进一步的，所述球面拉杆朝向所述球面垫片的一端为外凸球面，所述球面垫片与所述球面拉杆连接的一端为内凹球面，所述内凹球面与所述外凸球面相抵，此时即使球面垫片转动了也能与球面拉杆很好地贴紧，消除制造误差。

进一步的，所述径向传动销引导孔有3个，且沿所述定位基座的圆周呈均匀分布；所述轴向传动销引导孔有3个，且分别与3个所述径向传动销引导孔相连通。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

所述定位基座靠近所述涨紧件处的外圆周设有第一定位凸台，所述定位基座靠近所述径向传动销引导孔处的外圆周设有第二定位凸台。2个定位凸台的端面均根据工件需求设置平面度及与夹具轴线的垂直度，使第一定位凸台朝向所述涨紧件的端面与零件端面贴紧，保证夹具与零件的同轴度，如此可以减少找正时间，提高装夹工件效率。使第二定位凸台背离所述径向传动销引导孔的端面与机床法兰盘的端面贴紧，进一步保证机床与浮动膨胀芯轴夹具的同轴度，减少装夹误差，提高制造精度。另外，由于夹具与机床法兰盘贴紧，位置确定，零件端面与第一定位凸台的端面贴紧，如此在数控加工时仅需要将加工原点设置在第一定位凸台的端面上即可，保证每次加工零件都在同一位置，减少加工原点的确定时间，提高加工效率。

进一步的，为了提高所述径向传动销稳定性，其长度不宜过长，故靠近所述径向传动销引导孔处的所述定位凸台上设有与所述径向传动销引导孔位置相对应的凹槽，便于机床卡爪接触所述径向传动销，且在平行于中心轴线方向上设有多处螺钉孔。螺钉孔的位置与机床法兰盘上螺钉孔的位置相对应，用于穿螺钉将整个浮动膨胀芯轴夹具固定于机床法兰盘上。

进一步的，所述涨紧件包括锥形开口套、压板、紧固件，所述锥形开口套设有中心轴孔，并通过所述中心轴孔套设在所述阶梯中心轴上，所述锥形开口套的锥形面与所述定位基座的端面倒角抵接连接；

所述压板具有轴孔，并通过所述轴孔套设在所述阶梯中心轴上，所述压板与所述锥形开口套背向所述定位基座的一侧端面相抵；

所述紧固件与所述阶梯中心轴上的螺纹相配合，并抵于所述压板背向所述锥形开口套的一侧端面。

球面拉杆带动紧固件运动，并推动所述压板挤压锥形开口套，锥形开口套向定位基座方向运动的同时，由于定位基座的端面倒角与锥形开口套相抵，使得锥形开口套外径变大，实现涨紧功能。

进一步的，所述锥形开口套朝向所述定位基座的端面上设有细槽，所述细槽贯穿于所述锥形开口套的径向方向。

在其中一个优选的实施例中，所述阶梯中心轴孔靠近所述涨紧件的一端为大直径孔，所述大直径孔内设有弹簧。弹簧的收缩能够使夹具在不使用的状态下恢复至自由状态。

进一步的，所述径向传动销和/或所述轴向传动销为圆柱体，且所述圆柱体的外圆表面设有螺旋槽；所述球面拉杆的外圆表面设有螺旋槽；所述阶梯中心轴位于所述阶梯中心轴孔的小直径孔段的外圆表面设有螺旋槽。轴孔配合的区域均设有螺旋槽，能够起到储油润滑作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的浮动膨胀芯轴能实现传动力方向的改变，且多处能够自由活动，无需人工调节便能实现自动涨紧功能，同时消除机构/夹具制造误差。

2)本发明的2个定位凸台的端面均根据工件需求设置平面度及与夹具轴线的垂直度，故此浮动膨胀芯轴不仅可以很好地消除夹具制造误差及多点式浮动功能，还能够解决零件加工时定位基准问题。

3)对于待加工工件两端均存在工件不同心外形的情形时，机床三爪卡盘将无法夹持，但由于工件内孔与整个零件轴线同心，本发明的浮动膨胀芯轴可采用内孔定位，适应于异形零件的装夹。

4)本发明的浮动膨胀芯轴在涨紧时与整个工件内壁为面接触，避免了三爪机床卡盘直接夹持工件外圆的三点接触导致的工件夹持变形，能适应于壁厚较薄的工件加工。

附图说明

图1是待加工工件示意图；

图2是本发明的主剖视图；

图3是图2的A—A剖视图；

图4是本发明的使用示意图；

图5是本发明的结构示意图。

在图中

1-定位基座；2-阶梯中心轴；3-球面垫片；4-轴向传动销；5-径向传动销；6-涨紧件；7-第一定位凸台；8-第二定位凸台；9-弹簧；

21-球面拉杆；22-轴向传动销引导孔；23-径向传动销引导孔；

61-锥形开口套；62-压板；63-紧固件；

81-凹槽；82-螺钉孔；

101-待加工工件；102-机床卡爪；103-机床法兰盘体；104-液压顶尖。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种浮动膨胀芯轴，如图2所示，包括定位基座1、阶梯中心轴2，所述定位基座1为沿中心轴线方向具有阶梯中心轴孔的圆柱体，所述阶梯中心轴2位于所述阶梯中心轴孔内，并与所述阶梯中心轴孔的小直径孔段相配合；所述阶梯中心轴2的一端为球面拉杆21，所述球面拉杆21依次通过球面垫片3、轴向传动销4、径向传动销5与所述定位基座1相连接；所述阶梯中心轴2的另一端通过涨紧件6与所述定位基座1相连接。

所述定位基座1在平行于中心轴线方向具有用于插设所述轴向传动销4的轴向传动销引导孔22、在垂直于中心轴线方向具有用于插设所述径向传动销5的径向传动销引导孔23，且所述径向传动销引导孔23与所述轴向传动销引导孔22相通；所述径向传动销5与所述轴向传动销4的连接处为两个锥形面抵接连接；所述轴向传动销4与所述球面垫片3点连接；所述球面垫片3与所述球面拉杆21球面连接。

所述径向传动销引导孔23有3个，且沿所述定位基座1的圆周呈均匀分布；所述轴向传动销引导孔22有3个，且分别与3个所述径向传动销引导孔23相连通。

优选的，所述轴向传动销4与所述球面垫片3连接的一端为球面，所述球面垫片3朝向所述轴向传动销4的一端面为平面，所述球面与所述平面相抵。

优选的，所述球面拉杆21朝向所述球面垫片3的一端为外凸球面，所述球面垫片3与所述球面拉杆21连接的一端为内凹球面，所述内凹球面与所述外凸球面相抵。

结合图2和图4，说明本发明的工作原理：机床卡爪101夹持本发明的径向传动销处，机床卡爪101收缩，对径向传动销5施加压力，此时径向传动销5向机构中心收缩，并通过斜面推动轴向传动销4向球面垫片3一侧移动，由于机构制造误差，三组传动销不一定同时运动，或同时与球面垫片3相抵，但当轴向传动销4的球面一侧与球面垫片3的平面一侧相抵时为点接触，可实现自由转动，即在轴向传动销4的推动下，球面垫片3可实现自由旋转。同理球面垫片3在轴向传动销4的推力下将移向球面拉杆21，当球面垫片3的内凹球面与球面拉杆21的外凸球面接触时，此时为内凹球面与外凸球面相抵，即使球面垫片3转动了也能与球面拉杆21很好地贴紧。而现有技术中，一般靠人工调节，没有实现自动涨紧的功能，而且不具有消除机构制造误差的功能。本发明的浮动膨胀芯轴很好地解决了此种情况。

优选的，所述定位基座1靠近所述涨紧件6处的外圆周设有第一定位凸台7，所述定位基座1靠近所述径向传动销引导孔23处的外圆周设有第二定位凸台8。

使第一定位凸台7朝向所述涨紧件6的端面与待加工工件101的端面贴紧，保证浮动膨胀芯轴夹具与待加工工件101的同轴度，如此可以减少找正时间，提高装夹工件效率。使第二定位凸台8背离所述径向传动销引导孔23的端面与机床法兰盘体103的端面贴紧，进一步保证机床与浮动膨胀芯轴夹具的同轴度，减少装夹误差，提高制造精度。

另外，由于浮动膨胀芯轴夹具与机床法兰盘体103贴紧，位置确定，待加工工件101的端面与第一定位凸台7的端面贴紧，如此在数控加工时仅需要将加工原点设置在第一定位凸台7的端面上即可，保证每次加工零件都在同一位置，减少加工原点的确定时间，提高加工效率。

结合图3，所述第二定位凸台8上设有与所述径向传动销引导孔23位置相对应的凹槽81，且在平行于中心轴线方向上设有多处螺钉孔82。螺钉孔的位置与机床法兰盘体103上螺钉孔的位置相对应，用于穿螺钉将整个浮动膨胀芯轴夹具固定于机床法兰盘体103上。

进一步的，所述涨紧件6包括锥形开口套61、压板62、紧固件63，所述锥形开口套61设有中心轴孔，并通过所述中心轴孔套设在所述阶梯中心轴2上，所述锥形开口套61的锥形面与所述定位基座1的端面倒角抵接连接；所述压板62具有轴孔，并通过所述轴孔套设在所述阶梯中心轴2上，所述压板62与所述锥形开口套61背向所述定位基座1的一侧端面相抵；所述紧固件63与所述阶梯中心轴2上的螺纹相配合，并抵于所述压板62背向所述锥形开口套61的一侧端面。球面拉杆带动紧固件运动，并推动所述压板挤压锥形开口套，锥形开口套向定位基座方向运动的同时，由于定位基座的端面倒角与锥形开口套相抵，使得锥形开口套外径变大，实现涨紧功能。

进一步的，所述锥形开口套61朝向所述定位基座1的端面上设有细槽，所述细槽贯穿于所述锥形开口套61的径向方向。

进一步的，所述阶梯中心轴孔靠近所述涨紧件6的一端为大直径孔，所述大直径孔内设有弹簧9。弹簧9的收缩能够使夹具在不使用的状态下恢复至自由状态。

进一步的，所述径向传动销5和/或所述轴向传动销4为圆柱体，且所述圆柱体的外圆表面设有螺旋槽；所述球面拉杆21的外圆表面设有螺旋槽；所述阶梯中心轴2位于所述阶梯中心轴孔的小直径孔段的外圆表面设有螺旋槽。本发明中的轴孔配合的区域均设有螺旋槽，能够起到储油润滑作用。

本发明的浮动膨胀芯轴的安装顺序为：先将径向传动销5、轴向传动销4依次***定位基座1的径向传动销引导孔23及轴向传动销引导孔22，再将球面垫片3套在靠近球面拉杆21处的直径外圆上，再将球面拉杆21***定位基座1轴向小直径段孔内，将弹簧9放入定位基座1轴向大直径段孔内，再将锥形开口套61锥面凹槽与定位基座1锥面倒角相抵，压板62相抵于锥形开口套61一侧，再将紧固件63与阶梯中心轴2螺纹连接并拧紧，此时保证锥形开口套61不产生变形涨开。

本发明的浮动膨胀芯轴在使用时的装配要求：先将组装好的浮动膨胀芯轴安装在机床上，安装须将定位基座1上第二定位凸台8的凹槽81与机床卡爪102位置相对，保证机床卡爪102能够抓住径向传动销5，然后利用紧固螺钉将浮动膨胀芯轴固定在机床法兰盘体103上，此时定位基座1上的第二定位凸台8端面与机床法兰盘体103端面贴紧，保证浮动膨胀芯轴端面与机床中心垂直。

本发明的浮动膨胀芯轴通过互相垂直的径向传动销和轴向传动销相互配合、锥面相抵，将机床卡爪对径向传动销施加的径向力转化为轴向传动销的轴向力，实现传动力方向改变。所述轴向传动销与所述球面垫片通过点接触连接，达到能够自由活动的目的。所述球面垫片与所述球面拉杆通过球面连接实现自由转动，涨紧件实现涨开功能。本发明的浮动膨胀芯轴由于多处能够自由活动，无需人工调节便能实现自动涨紧功能，且能够消除机构/夹具制造误差。

本浮动膨胀芯轴夹具还可用于异性零件和壁厚较薄的零件的装夹。

对于异形零件，由于机床三爪卡盘三个卡爪具有定心功能，若待加工工件两端均存在工件不同心外形，机床三爪卡盘将无法夹持。如图1所示的工件左侧外圆上存在凸台，右侧外圆上存在与工件中心线有一定角度的叉轴，但工件内孔与整个零件轴线同心，且内孔为光孔，不存在异形情况，此时即可采用内孔定位，实现待加工工件的装夹。

对于壁厚较薄的零件，因为浮动膨胀芯轴在涨紧时，与整个待加工工件的内壁都有接触，而若采用三爪机床卡盘直接夹持工件外圆，由于是三点接触、工件壁厚较薄，夹持外圆容易造成工件变形。因此采用本发明的浮动膨胀芯轴夹具能避免夹具造成工件变形，能适用于壁厚较薄的零件。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种浮动膨胀芯轴，包括定位基座(1)、阶梯中心轴(2)，所述定位基座(1)为沿中心轴线方向具有阶梯中心轴孔的圆柱体，其特征在于，所述阶梯中心轴(2)位于所述阶梯中心轴孔内，并与所述阶梯中心轴(2)孔的小直径孔段相配合；

所述阶梯中心轴(2)的一端为球面拉杆(21)，所述球面拉杆(21)依次通过球面垫片(3)、轴向传动销(4)、径向传动销(5)与所述定位基座(1)相连接；

所述阶梯中心轴(2)的另一端通过涨紧件(6)与所述定位基座(1)相连接；

所述定位基座(1)在平行于中心轴线方向具有用于插设所述轴向传动销(4)的轴向传动销引导孔(22)、在垂直于中心轴线方向具有用于插设所述径向传动销(5)的径向传动销引导孔(23)，且所述径向传动销引导孔(23)与所述轴向传动销引导孔(22)相通；

所述径向传动销(5)与所述轴向传动销(4)的连接处为两个锥形面抵接连接；

所述轴向传动销(4)与所述球面垫片(3)点连接；

所述球面垫片(3)与所述球面拉杆(21)球面连接。

2.根据权利要求1所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述轴向传动销(4)与所述球面垫片(3)连接的一端为球面，所述球面垫片(3)朝向所述轴向传动销(4)的一端面为平面，所述球面与所述平面相抵。

3.根据权利要求1所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述球面拉杆(21)朝向所述球面垫片(3)的一端为外凸球面，所述球面垫片(3)与所述球面拉杆(21)连接的一端为内凹球面，所述内凹球面与所述外凸球面相抵。

4.根据权利要求1所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述径向传动销引导孔(23)有3个，且沿所述定位基座(1)的圆周呈均匀分布；所述轴向传动销引导孔(22)有3个，且分别与3个所述径向传动销引导孔(23)相连通。

5.根据权利要求1所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述定位基座(1)靠近所述涨紧件(6)处的外圆周设有第一定位凸台(7)，所述定位基座(1)靠近所述径向传动销引导孔(23)处的外圆周设有第二定位凸台(8)。

6.根据权利要求5所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述第二定位凸台(8)上设有与所述径向传动销引导孔(23)位置相对应的凹槽(81)，且在平行于中心轴线方向上设有多处螺钉孔(82)。

7.根据权利要求1所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述涨紧件(6)包括锥形开口套(61)、压板(62)、紧固件(63)，所述锥形开口套(61)设有中心轴孔，并通过所述中心轴孔套设在所述定位基座(1)上，所述锥形开口套(61)的锥形面与所述定位基座(1)的端面倒角抵接连接；

所述压板(62)具有轴孔，并通过所述轴孔套设在所述阶梯中心轴(2)上，所述压板(62)与所述锥形开口套(61)背向所述定位基座(1)的一侧端面相抵；

所述紧固件(63)与所述阶梯中心轴(2)上的螺纹相配合，并抵于所述压板(62)背向所述锥形开口套(61)的一侧端面。

8.根据权利要求7所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述锥形开口套(61)朝向所述定位基座(1)的端面上设有细槽，所述细槽贯穿于所述锥形开口套(61)的径向方向。

9.根据权利要求1～8之一所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述阶梯中心轴孔靠近所述涨紧件(6)的一端为大直径孔，所述大直径孔内设有弹簧(9)。

10.根据权利要求1～8之一所述的浮动膨胀芯轴，其特征在于，所述径向传动销(5)和/或所述轴向传动销(4)为圆柱体，且所述圆柱体的外圆表面设有螺旋槽；所述球面拉杆(21)的外圆表面设有螺旋槽；所述阶梯中心轴(2)位于所述阶梯中心轴孔的小直径孔段的外圆表面设有螺旋槽。

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