一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103978235 A (43)申请公布日 2014.08.13 CN 103978235 A (21)申请号 201410200987.1 (22)申请日 2014.05.13 B23B 19/02(2006.01) B23P 11/02(2006.01) B23P 15/00(2006.01) (71)申请人 陕西秦川机械发展股份有限公司 地址 721009 陕西省宝鸡市姜谭路 22 号 (72)发明人 肖剑 田沙 郭宝安 杨晓斐 慕域 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 徐文权 (54) 发明名称 一种紧凑型环式径向高精度定。

2、位夹紧机构及 其制造方法 (57) 摘要 本发明公开了一种紧凑型环式径向高精度定 位夹紧机构及其制造方法， 夹紧机构由基体、 涨紧 套以及回转轴组成， 涨紧套过盈配合在基体零件 的内孔或外圆上， 并可由螺钉端面固定， 回转轴可 由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动， 回转 轴定位停止在任意位置时， 可将介质油(气)从进 油口压入密封油腔， 油(气)压迫使涨紧套在径向 方向上均匀变形， 并将径向力均匀地作用于回转 轴的圆周表面， 从而产生摩擦扭矩对回转轴进行 角度定位夹紧， 回转轴在定位夹紧发生时， 既不会 产生轴向推动， 也不会产生扭曲， 因此可实现高精 度定位夹紧。 (51)Int.Cl. 。

3、权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103978235 A CN 103978235 A 1/1 页 2 1. 一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构， 其特征在于 ： 该定位夹紧机构包括基体 (5)、 涨紧套 (4) 以及回转轴 (7)， 所述涨紧套 (4) 的外圆与基体 (5) 的内孔过盈配合， 回转 轴设置于涨紧套的内孔内， 或者所述涨紧套(4)的内孔与基体(5)的外圆过盈配合， 回转轴 设置于涨紧套的外圆上， 所述涨紧套 (4) 的外圆或内孔上开设有第。

4、一环槽， 第一环槽通过 所述过盈配合封闭形成密封油腔 (15)， 基体 (5) 上开设有与密封油腔 (15) 相连通的油路。 2. 根据权利要求 1 所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构， 其特征在于 ： 所述 涨紧套 (4) 的端部通过螺钉固定于基体 (5) 的端面上。 3. 根据权利要求 1 所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构， 其特征在于 ： 所述 基体 (5) 的内孔或外圆上开设有第二环槽， 第二环槽通过所述过盈配合封闭， 且所述第二 环槽与第一环槽的开口相对。 4. 根据权利要求 1 所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构， 其特征在于 ： 所述 回转轴 (7) 由动力元。

5、器件直接驱动或经传动机构驱动， 回转轴定位停止在任意角度位置 时， 将介质油或介质气从油路压入密封油腔 (15)， 介质油的油压或介质气的气压使涨紧套 (4) 的薄壁部分在径向方向上均匀变形， 并将径向力均匀地作用于回转轴 (7) 的圆周表面， 从而产生摩擦扭矩对回转轴 (7) 进行角度定位夹紧， 当油压或气压卸荷后， 涨紧套的薄壁 部分恢复为变形前的最初状态， 回转轴即可释放运动。 5. 根据权利要求 4 所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构， 其特征在于 ： 所述 涨紧套 (4) 的薄壁部分的壁厚根据涨紧套的材料、 制动扭矩和刚性、 压力介质以及系统压 力而定。 6. 根据权利要求 4。

6、 所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构， 其特征在于 ： 所述 涨紧套 (4) 的薄壁部分的壁厚为 0.3-3mm。 7. 一种如权利要求 1 所述紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构的制造方法， 其特征在 于 ： 包括以下步骤 ： 1) 在涨紧套 (4) 的外圆或内孔上开设第一环槽， 在基体 (5) 上分别开设油路以及与油 路相连通的第二环槽 ； 2)经过步骤1)后， 在基体的内孔或外圆上涂敷过盈涂层(17)， 然后依据热胀冷缩的原 理对所述涨紧套 (4) 和基体 (5) 进行过盈装配， 使第一环槽以及第二环槽封闭形成密封油 腔， 且保证第一环槽与第二环槽的开口相对 ； 3) 经过步骤 2)。

7、 后， 对涨紧套 (4) 的内孔或外圆进行精加工， 精加工后将回转轴 (7) 装 入涨紧套的内孔内或将回转轴 (7) 装于涨紧套的外圆上。 8. 根据权利要求 7 所述一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构的制造方法， 其特征 在于 ： 所述过盈涂层 (17) 的材料为润滑脂或密封胶。 权 利 要 求 书 CN 103978235 A 2 1/4 页 3 一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法 技术领域 0001 本发明应用于具有任意角度回转定位夹紧功能要求的机床、 夹具、 工程机械等自 动化设备中， 具体涉及一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构及其制造方法。 背景技术 0002 回转。

8、轴中定位夹紧机构的应用， 不但能够为回转轴指定角度加工提供较高的定位 精度， 还能够分散传动机构定位加工时的受力， 将力直接传递给箱体， 使驱动系统和传动机 构得到释放， 从而保证回转轴具有较高的传动精度和寿命， 因此， 合理设计定位夹紧机构对 于具有回转定位夹紧功能要求的设备而言是一项关键共性技术。 0003 在实际的产品开发中所采用的定位夹紧机构形式和布置千差万别， 传统的定位夹 紧机构具有加工制造成本高、 结构复杂且占用空间、 制动扭矩小、 可靠性低、 定位夹紧精度 低、 夹紧放松响应慢等不足之处， 因而在应用过程中效果不甚理想。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种紧凑型环式径。

9、向高精度定位夹紧机构及其制造方法， 本发明所述夹紧机构具有结构简单紧凑、 制动扭矩大、 响应速度快、 定位夹紧精度高的特 点。 0005 为达到上述目的， 本发明采用了以下技术方案。 0006 一种紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构， 该定位夹紧机构包括基体、 涨紧套以 及回转轴， 所述涨紧套的外圆与基体的内孔过盈配合， 回转轴设置于涨紧套的内孔内， 或者 所述涨紧套的内孔与基体的外圆过盈配合， 回转轴设置于涨紧套的外圆上， 所述涨紧套的 外圆或内孔上开设有第一环槽， 第一环槽通过所述过盈配合封闭形成密封油腔， 基体上开 设有与密封油腔相连通的油路， 进油路和出油路为同一油路。 0007 所述涨。

10、紧套的端部通过螺钉固定于基体的端面上。 0008 所述基体的内孔或外圆上开设有第二环槽， 第二环槽通过所述过盈配合封闭， 且 所述第二环槽与第一环槽的开口相对 ( 两个环槽的开口部分至少部分重合或者全部重 合 )。 0009 所述回转轴由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动， 回转轴定位停止在任意角 度位置时， 将介质油或介质气从油路压入密封油腔， 介质油的油压或介质气的气压使涨紧 套的薄壁部分在径向方向上均匀变形， 并将径向力均匀地作用于回转轴的圆周表面， 从而 产生摩擦扭矩对回转轴进行角度定位夹紧， 当油压或气压卸荷后， 涨紧套的薄壁部分恢复 为变形前的最初状态， 回转轴即可释放运动， 所述。

11、涨紧套的薄壁部分位于所述第一环槽处。 0010 所述涨紧套的薄壁部分的壁厚根据涨紧套的材料、 制动扭矩和刚性、 压力介质以 及系统压力而定。 0011 所述涨紧套的薄壁部分的壁厚为 0.3-3mm。 0012 上述紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构的制造方法， 包括以下步骤 ： 说 明 书 CN 103978235 A 3 2/4 页 4 0013 1) 在涨紧套的外圆或内孔上开设第一环槽， 在基体上分别开设油路以及与油路相 连通的第二环槽 ； 0014 2) 经过步骤 1) 后， 在基体的内孔或外圆上涂敷过盈涂层， 然后依据热胀冷缩的原 理对所述涨紧套和基体进行过盈装配， 使第一环槽以及第二环。

12、槽封闭形成密封油腔， 且保 证第一环槽与第二环槽的开口相对 ( 两个环槽的开口部分至少部分重合或者全部重合 ) ； 0015 3) 经过步骤 2) 后， 对涨紧套的内孔或外圆进行组合后精加工， 易保证与回转轴配 合部分的圆轴度和表面粗糙度， 精加工后将回转轴装入涨紧套的内孔内 ( 对应于涨紧套的 外圆与基体的内孔过盈配合的情况)或将回转轴装于涨紧套的外圆上(对应于涨紧套的内 孔与基体的外圆过盈配合的情况 )。 0016 所述过盈涂层采用触变性好且具有一定粘度的材料。 0017 所述过盈涂层的材料为润滑脂或密封胶。 0018 本发明与现有技术相比具有以下优点 ： 0019 本发明所述定位夹紧机构。

13、零件少且结构简单紧凑， 占用空间小， 适用范围广。 0020 本发明制造工艺简单 ( 无需进行焊接或安装密封零件 )， 成本低廉。 0021 本发明采用了油压或气压进行均匀的径向夹紧， 制动扭矩大、 响应速度快、 定位夹 紧精度高， 可靠性高。 附图说明 0022 图 1 为本发明的结构示意图之一 ( 内涨夹紧形式 ) ； 图中， a、 b 表示配合段的基本 尺寸 ； 0023 图 2 为本发明的结构示意图之二 ( 外涨夹紧形式 ) ； 图中， a、 b 表示配合段的基本 尺寸 ； 0024 图 3 为内涨夹紧形式在数控磨齿机齿轮螺旋角调整轴上的应用示意图 ； 0025 图 4(a) 为外涨夹。

14、紧形式在蜗杆砂轮磨齿机上金刚滚轮压力角自动调整轴上的应 用示意图之一 ； 0026 图 4(b) 为外涨夹紧形式在蜗杆砂轮磨齿机上金刚滚轮压力角自动调整轴上的应 用示意图之二 ； 0027 图中 ： 伺服电机1、 联轴节2、 摆线减速机3、 涨紧套4、 基体5、 台面轴承6、 回转轴7、 滚针轴承 8、 双导程蜗杆 9、 端面轴承 10、 滚针轴承 11、 端面轴承 12、 蜗轮 13、 交叉滚针轴承 14、 密封油腔 15、 进油口 16、 过盈涂层 17。 具体实施方式 0028 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。 0029 本发明所述紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构包括基体 5、 。

15、涨紧套 4 以及回转 轴 7， 所述涨紧套 4 的外圆与基体 5 的内孔过盈配合， 回转轴设置于涨紧套的内孔内 ( 参见 图 1)， 或者所述涨紧套 4 的内孔与基体 5 的外圆过盈配合， 回转轴设置于涨紧套的外圆上 (参见图2) ； 所述涨紧套4的端部通过螺钉固定于基体5的端面上(通过螺钉固定可以增大 锁紧刚性 )， 所述涨紧套 4 的外圆或内孔上开设有第一环槽， 所述基体 5 的内孔或外圆上开 设有第二环槽， 且所述第二环槽与第一环槽的开口相对 ( 两个环槽的开口部分至少部分重 说 明 书 CN 103978235 A 4 3/4 页 5 合或者全部重合 )， 第一环槽以及第二环槽通过所述。

16、过盈配合封闭形成密封油腔 15， 基体 5 上开设有与密封油腔 15 相连通的油路， 进油路和出油路为同一油路。 0030 所述回转轴 7 由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动， 回转轴定位停止在任意 角度位置时， 将介质油或介质气从油路压入密封油腔 15， 介质油的油压或介质气的气压使 涨紧套 4 的薄壁部分在径向方向上均匀变形， 并将径向力均匀地作用于回转轴 7 的圆周表 面， 从而产生摩擦扭矩对回转轴 7 进行角度定位夹紧， 当油压或气压卸荷后， 涨紧套的薄壁 部分恢复为变形前的最初状态， 回转轴即可释放运动， 所述涨紧套的薄壁部分位于所述第 一环槽处 ； 所述涨紧套 4 的薄壁部分的壁。

17、厚根据涨紧套的材料、 制动扭矩和刚性、 压力介质 以及系统压力而定 ； 所述涨紧套 4 的薄壁部分的壁厚为 0.3-3mm。 0031 上述紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构的制造方法， 包括以下步骤 ： 0032 1) 在涨紧套 4 的外圆或内孔上开设第一环槽， 在基体 5 上分别开设油路以及与 油路相连通的第二环槽 ； 2) 经过步骤 1) 后， 在基体的内孔或外圆上涂敷过盈涂层 17， 然后 依据热胀冷缩的原理对所述涨紧套 4 和基体 5 进行过盈装配， 使第一环槽以及第二环槽封 闭形成密封油腔， 且保证第一环槽与第二环槽的开口相对 ； 所述过盈涂层 17 采用触变性好 且具有一定粘度的材。

18、料， 例如， 所述过盈涂层 17 的材料为润滑脂或密封胶 ； 3) 经过步骤 2) 后， 对涨紧套4的内孔或外圆进行组合后精加工， 易保证与回转轴配合部分的几何精度(圆 轴度、 表面粗糙度等 )， 精加工后将回转轴 7 装入涨紧套的内孔内 ( 对应于涨紧套的外圆与 基体的内孔过盈配合的情况， 第一环槽开设于涨紧套的外圆上， 第二环槽开设于基体的内 孔上 ) 或将回转轴 7 装于涨紧套的外圆上 ( 对应于涨紧套的内孔与基体的外圆过盈配合的 情况， 第一环槽开设于涨紧套的内孔上， 第二环槽开设于基体的外圆上 )。 0033 实施例 0034 一种液压(气压)紧凑型环式径向高精度定位夹紧机构， 夹紧。

19、机构主要由基体、 涨 紧套和回转轴组成， 涨紧套过盈配合在基体的内孔或外圆上， 并可由螺钉端面固定， 涨紧套 的外圆或内孔上以及基体的内孔或外圆上开设有环槽， 环槽通过所述过盈配合封闭形成密 封油腔， 基体上开设有与密封油腔相连通的油路， 将介质油(气)从基体上的油路压入密封 油腔， 油 ( 气 ) 压迫使涨紧套的薄壁部分 ( 所述涨紧套的薄壁部分位于环槽处 ) 在径向方 向上均匀变形， 并将径向力均匀地作用于设置于涨紧套内孔内或外圆上的回转轴的圆周表 面， 从而产生摩擦扭矩对回转轴进行角度定位夹紧。 0035 第一方面 ： 在结构上， 为了实现定位夹紧的目的， 设计了一个涨紧套完成此功能。 。

20、在尺寸上， 为了便于装配和拆卸， 只需满足 ： 尺寸 a- 尺寸 b 过盈量 ( 直径方向 )， 密 封油腔两端的过盈长度相等 ( 轴向方向 )。此外， 根据高压介质 ( 气体或液体 ) 和系统压强 的不同， 涨紧套的材质和变形部分壁厚也根据实际需求而定， 如高压介质选择液压油 ( 系 统压力 6MPa)， 涨紧套材质选用弹簧钢 (65Mn 或 60Si2MnA)， 涨紧套变形部分的适宜壁厚为 3mm 左右。 0036 第二方面 ： 在制造工艺上， 为了预防由于零件自身的加工精度 ( 圆度、 圆柱度和粗 糙度 ) 缺陷引起的渗油漏气现象， 在过盈部分进行涂层处理， 涂层 ( 即过盈涂层 ) 材。

21、料根据 需要可选用触变性好且具有一定粘度的材料 ( 如润滑脂、 密封胶等 )， 通过使用涂层， 在一 定程度上降低了零件的加工精度要求 ； 为了实现高精度大扭矩定位夹紧， 制动扭矩和扭转 刚性受过盈量的影响， 过盈量可根据实际需求而定， 由于是过盈装配， 常采用热胀冷缩的工 说 明 书 CN 103978235 A 5 4/4 页 6 艺方法， 因此组装后会引起涨紧套的形变， 为了实现对回转轴的高精度定位夹紧， 可对组合 后的涨紧套 ( 内孔或外圆 ) 进行精加工。 0037 回转轴可由动力元器件直接驱动或经传动机构驱动， 回转轴定位停止在任意位置 时， 可将介质油 ( 气 ) 从油路压入密封。

22、油腔， 油 ( 气 ) 压迫使涨紧套的薄壁部分在径向方向 上均匀变形， 并将径向力均匀地作用于回转轴的圆周表面， 从而产生摩擦扭矩对回转轴进 行角度定位夹紧， 回转轴在定位夹紧发生时， 既不会产生轴向推动， 也不会产生扭曲， 因此 可实现高精度定位夹紧， 当油 ( 气 ) 压完全卸荷， 涨紧套变形部分立即弹回最初状态， 回转 轴即可释放运动。 0038 下面参照图3描述本发明的内涨夹紧形式， 主要零件包括伺服电机1、 联轴节2、 摆 线减速机 3、 涨紧套 4、 基体 5、 台面轴承 6 和螺旋角调整回转轴 7。工作过程是 ： 伺服电机 1 经过联轴节 2 带动摆线减速机 3 回转， 摆线减速。

23、机 3 带动与基体 5 经台面轴承联结的螺旋 角调整回转轴 7 旋转以适应齿轮的螺旋角， 螺旋角调整回转轴 7 旋转到位后， 由基体 5 上的 进油口 ( 油路的进口 ) 打入高压油， 使涨紧套 4 的薄壁沿径向内涨锁紧螺旋角调整回转轴 7， 从而实现了齿轮螺旋角的高精度回转定位夹紧， 同时伺服电机 1 和传动元件摆线减速机 3 得到释放 ； 当需要重新调整齿轮螺旋角时， 液压卸荷， 伺服电机可带动相关元器件自由回 转。 0039 下面参照图 4(a) 和图 4(b) 描述本发明的外涨夹紧形式， 主要零件包括伺服电机 1、 联轴节 2、 滚针轴承 8、 11、 双导程蜗杆 9、 端面轴承 10。

24、、 12、 蜗轮 13、 金刚滚轮压力角调整 回转轴 7、 交叉滚针轴承 14、 基体 5 和涨紧套 4。工作过程是 ： 伺服电机 1 经过联轴节 2 带 动双导程蜗杆 9 回转， 双导程蜗杆 9 带动蜗轮 13 回转， 由于蜗轮 13 和金刚滚轮压力角调整 回转轴 7 用螺钉紧固， 且金刚滚轮压力角调整回转轴通过交叉滚针轴承 14 与基体 5 联结， 因此金刚滚轮压力角调整回转轴可由伺服电机 1 经蜗轮副传动而任意回转， 金刚滚轮压力 角调整回转轴的回转可使金刚滚轮修整时的压力角改变， 当修整压力角调整好时， 由基体 5 上的进油口 ( 油路的进口 ) 打入高压油， 使涨紧套 4 的薄壁沿径向外涨锁紧金刚滚轮压力 角调整回转轴， 从而实现修整压力角的高精度回转定位夹紧， 同时伺服电机 1、 双导程蜗杆 9 和蜗轮 13 的传动环节得到释放 ； 当需要重新调整修整压力角时， 液压卸荷， 伺服电机可带 动相关元器件自由回转。 说 明 书 CN 103978235 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103978235 A 7 2/3 页 8 图 3 图 4(a) 说 明 书 附 图 CN 103978235 A 8 3/3 页 9 图 4(b) 说 明 书 附 图 CN 103978235 A 9 。