热旋压机工件夹紧结构

摘要

热旋压机的工件夹紧结构，该热旋压机具有主轴及其前后支承轴承、装在主轴输出端的卡盘、固定在机床床身上的夹紧油缸、介于夹紧油缸和卡盘之间的管状拉杆，该管状拉杆套在主轴内，并与主轴轴向滑动配合，卡盘具有T形滑块和卡爪，拉杆的尾端联接夹紧油缸，首端联接T形滑块，拉杆与夹紧油缸的联接结构是：在拉杆的尾部套有推环，该推环的前后分别有圆螺母、螺纹套将推环固定在拉杆上，夹紧油缸的活塞与推环固定连接，在拉杆与夹紧油缸的联接部位还设有夹紧状态锁定装置，该锁定装置包括锁定驱动电机和齿轮传动副，所述齿轮传动副的主动轮是小齿轮，装在电机输出轴上，从动轮是齿轮螺母，其外圈为齿轮，内圈为螺纹，齿轮螺母通过螺纹连接在拉杆上。

权利要求

1.热旋压机的工件夹紧结构，该热旋压机具有主轴及其前后主轴轴承、装在主轴输出端的卡盘、固定在机床床身上的夹紧油缸、介于夹紧油缸和卡盘之间的管状拉杆，该管状拉杆套在主轴内，并与主轴轴向滑动配合，所述卡盘具有T形滑块和卡爪，所述拉杆的尾端联接夹紧油缸，首端联接T形滑块，夹紧油缸的活塞伸缩，经拉杆传动，带动T形滑块滑动，使卡爪径向收缩或张开，实现对工件的夹紧或释放，其特征在于，所述拉杆与夹紧油缸的联接结构是：在拉杆的尾部套有推环，该推环的前后分别有圆螺母、螺纹套，将推环固定在拉杆上，所述夹紧油缸的活塞与推环固定连接，活塞伸缩，通过推环带动拉杆向前或向后移动；

在拉杆与夹紧油缸的联接部位还设有夹紧状态锁定装置，该锁定装置包括锁定驱动电机和齿轮传动副，所述齿轮传动副的主动轮是小齿轮，装在锁定驱动电机输出轴上，从动轮是齿轮螺母，其外圈为齿轮，内圈为螺纹，齿轮螺母通过螺纹连接在拉杆上；当工件被夹紧后，锁定驱动电机启动，经小齿轮减速传动，使齿轮螺母向主轴的尾端面挤进，使拉杆和主轴背紧，将工件夹紧状态保持，再退出夹紧油缸，然后才启动主轴电机进行旋压加工，这样，夹紧工件所用的夹紧力为主轴和拉杆之间的内力，主轴轴承不受轴向拉力；所述夹紧状态锁定装置配有齿轮离合器，该齿轮离合器由锁定电机滑座和离合油缸组成，当工件夹紧状态被保持后，离合油缸启动，驱动锁定电机滑座滑动，小齿轮与齿轮螺母退出啮合，当再次装夹工件时，离合油缸反向启动，齿轮传动副恢复啮合。

2.如权利要求1所述的热旋压机的工件夹紧结构，其特征在于，所述夹紧状态锁定装置还配有自控器，该自控器根据锁定所需力矩对应的电流值设定预设值，控制锁定驱动电机自动停机。

3.如权利要求1所述的热旋压机的工件夹紧结构，其特征在于，所述主轴轴承的后轴承为四点角接触球轴承。

说明书

热旋压机工件夹紧结构

技术领域

[0001] 本发明涉及热旋压机，尤其涉及该热旋压机的工件夹紧结构，属于机械设备领域。

背景技术

[0002] 钢瓶例如氧气瓶、氮气瓶等是高压容器，须是整体结构，其加工工艺是，采用厚壁钢管，将其端口部位加热，在熔融状态下，通过旋压拟合，形成整体空腹结构，[0003] 热旋压机是专门用于加工钢瓶的机床设备。在加工成型钢瓶时，需要对钢瓶坯(钢管)夹紧，以使钢瓶坯随主轴旋转的同时沿轴向作给进运动。图1为现有旋压机夹紧结构，夹紧原理为斜楔夹紧原理，使用的夹紧驱动装置为双夹紧油缸1后夹紧方式，两个夹紧油缸1布置在设备的后端，与夹紧轴承座3相连接。钢管胚从卡盘7及夹紧轴承座3中穿过，需要夹紧时两个夹紧油缸1向后收缩移动，带动夹紧轴承座3移动，通过夹紧轴承座3中的双列圆锥滚柱轴承2带动拉杆4向后移动，从而带动设备前端的卡盘7中的T型滑块移动，夹爪收缩产生径向夹紧力，夹紧钢管胚。然后主轴电机通过皮带轮5传动，带动整个卡盘7及钢管胚旋转。旋压结束后夹紧油缸1向前推出，使夹爪松开，取出钢瓶。

[0004] 由于整个旋压过程中两个夹紧油缸必须始终保持向后收缩状态，受力链条是开式的外力，不是闭合的内力，工件在夹紧后，主轴6旋转时，轴承不仅要承受径向力，还要承受轴向拉力，由此带来三个不利后果：

[0005] 1、能耗高，因为轴承受力大，主轴电机功率必须增大，才能带动整个主轴及钢管胚旋转。

[0006] 2、转速低，因为轴承受力大，且要承受轴向力，所以必须采用柱轴承，而柱轴承的允许转速比球轴承低，使得主轴转速受到限制。

[0007] 3、主轴轴承寿命低。

[0008] 目前，为了节约钢瓶材料，向薄壁的缠绕瓶方向发展，生产薄壁瓶的旋压工艺需要更高的转速，主轴转速要求达到每分钟350转，目前该结构受夹紧方式限制，主轴转速最大可以达到每分钟220转。因此，采用此种夹紧结构，无法满足薄壁瓶制造工艺的需要。

发明内容

[0009] 本发明目的在于：针对上述现有技术存在的弊端，提供一种热旋压机夹紧结构，夹紧力变为主轴和拉杆之间的内力，主轴轴承不再受轴向力。

[0010] 本发明采用的技术方案是这样的：

[0011] 热旋压机的工件夹紧结构，该热旋压机具有主轴及其前后支承轴承、装在主轴输出端的卡盘、固定在机床床身上的夹紧油缸、介于夹紧油缸和卡盘之间的管状拉杆，该管状拉杆套在主轴内，并与主轴轴向滑动配合，所述卡盘具有T形滑块和卡爪，所述拉杆的尾端联接夹紧油缸，首端联接T形滑块，夹紧油缸的活塞伸缩，经拉杆传动，带动T形滑块滑动，使卡爪径向收缩或张开，实现对工件的夹紧或释放，其特征在于，所述拉杆与夹紧油缸的联接结构是：在拉杆的尾部套有推环，该推环的前后分别有圆螺母、螺纹套将推环固定在拉杆上，所述夹紧油缸的活塞与推环固定连接，活塞伸缩，通过推环带动拉杆向前或向后移动；在拉杆与夹紧油缸的联接部位还设有夹紧状态锁定装置，该锁定装置包括锁定驱动电机和齿轮传动副，所述齿轮传动副的主动轮是小齿轮，装在电机输出轴上，从动轮是齿轮螺母，其外圈为齿轮，内圈为螺纹，齿轮螺母通过螺纹连接在拉杆上；当工件被夹紧后，锁定驱动电机启动，经小齿轮减速传动，使齿轮螺母向主轴的尾端面挤进，使拉杆和主轴背紧，将工件夹紧状态保持，再退出夹紧油缸，然后才启动主轴电机，进行旋压加工，这样，在尚未旋压工件的状态下，夹紧工件所用的夹紧力为主轴和拉杆之间的内力，主轴轴承不受轴向拉力；
所述夹紧状态锁定装置配有齿轮离合器，该齿轮离合器由锁定电机滑座和离合油缸组成，当工件夹紧状态被保持后，离合油缸启动，驱动锁定电机滑座滑动，小齿轮与齿轮螺母退出啮合，当再次装夹工件时，离合油缸反向启动，齿轮传动副恢复啮合。

[0012] 进一步的，所述夹紧状态锁定装置还配有自控器，该自控器根据锁定所需力矩对应的电流值设定预设值，控制锁定驱动电机自动停机。

[0013] 所述主轴轴承的后轴承优选四点角接触球轴承。

[0014] 上述技术方案的有益效果是：

[0015] 由于夹紧工件所用的夹紧力为主轴和拉杆之间的内力，主轴轴承不受轴向力，即可采用四点角接触球轴承，主轴转速可以达到350转/每分钟。而电机功率只有200千瓦，从实际使用情况来看，完全能够满足用户的要求，轴承受力降低，延长了轴承寿命2倍以上。使用此夹紧装置的设备不但能旋压厚壁钢管，也能够旋压薄壁钢管，拓展了设备的工艺范围。

[0016] 用推环替换原夹紧轴承及轴承座，简化了机床结构，降低了制造成本。

附图说明

[0017] 图1是现有热旋压机夹紧结构图。

[0018] 图2是本热旋压机夹紧结构图。

[0019] 图3是本结构中的齿轮离合器结构图。

[0020] 图中标记：1为夹紧油缸，2为双列圆锥滚柱轴承，3为夹紧轴承座，4为拉杆，5为皮带轮，6为主轴，7为卡盘，8为螺纹套，9为推环，10为圆螺母，11为齿轮螺母，12为四点角接触球轴承，13为圆柱滚子轴承，14为锁定电机，15为小齿轮,16为离合油缸。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图，对本发明作详细的说明。

[0022] 如图2、图3所示：本热旋压机的工件夹紧结构，该热旋压机具有主轴6及其支承轴承12(四点角接触球轴承)、13(圆柱滚子轴承)，装在主轴输出端的卡盘7，固定在机床床身上的夹紧油缸1，介于夹紧油缸1和卡盘7之间的管状拉杆4，该管状拉杆套在主轴6内，并与主轴6轴向滑动配合，所述卡盘7具有T形滑块和卡爪，所述拉杆4的尾端联接夹紧油缸1，首端联接T形滑块，夹紧油缸1的活塞伸缩，经拉杆4传动，带动T形滑块滑动，使卡爪径向收缩或张开，实现对工件的夹紧或释放，本结构的特点是：

[0023] 拉杆4与夹紧油缸的联接结构，在拉杆的尾部套有推环9，该推环9的前后分别有圆螺母10、螺纹套8将推环固定在拉杆4上，所述夹紧油缸1的活塞与推环9固定连接，活塞伸缩，通过推环9带动拉杆4向前或向后移动；在拉杆4与夹紧油缸1的联接部位还设有夹紧状态锁定装置，该锁定装置包括锁定驱动电机14和齿轮传动副，所述齿轮传动副的主动轮是小齿轮15，装在锁定电机输出轴上，从动轮是齿轮螺母11，其外圈为齿轮，内圈为螺纹，齿轮螺母11通过螺纹连接在拉杆4上；当工件被夹紧后，锁定驱动电机启动，经小齿轮15减速传动，使齿轮螺母11向主轴6的尾端面挤进，将拉杆4和主轴6背紧，使工件保持在夹紧状态，此时工件、主轴6、拉杆4已经连为一体，形成一个受力闭环，再退出夹紧油缸1，然后才启动主轴电机，经皮带轮5带动主轴6旋转，进行旋压加工，此时，夹紧工件所用的夹紧力为主轴和拉杆之间的内力，主轴轴承不受轴向拉力。

[0024] 进一步的，所述夹紧状态锁定装置配有齿轮离合器，该齿轮离合器由锁定电机滑座和离合油缸16组成，当工件夹紧状态被保持后，离合油缸16启动，驱动锁定电机滑座滑动，小齿轮15与齿轮螺母11退出啮合，当再次装夹工件时，离合油缸16反向启动，齿轮传动副恢复啮合。

[0025] 再进一步的，所述夹紧状态锁定装置还配有自控器，该自控器根据锁定所需力矩对应的电流值设定预设值，控制锁定驱动电机自动停机。

[0026] 所述主轴轴承的后轴承优选四点角接触球轴承12，转速从原来的220转/每分钟，提高到350转/每分钟，电机功率从原来的250千瓦降低到200千瓦，轴承受力降低，延长了轴承寿命2倍以上，同时降低了能耗。

[0027] 本结构的工作过程：

[0028] 将钢管坯从卡盘7穿进主轴6，启动夹紧油缸1，其活塞向后收缩，收缩行程约100mm，通过推环9、拉杆4传动，使卡盘7中的T形滑块滑动，带动卡爪径向收缩，将钢管坯卡紧，两个平行的夹紧油缸1总共可以产生最大75吨的拉紧力，可满足最大规格的钢瓶夹紧。再启动锁定电机14，小齿轮15带动齿轮螺母11旋转，向前移动靠近主轴6的尾端面，与主轴6背紧，齿轮螺母11的最大预紧力约为5000N，设计预紧力算式如下：

[0029] ①计算需要的拧紧力矩T(N.m)

[0030]

[0031] F＇＝5000N ρv＝6°35′ μ＝0.16 Dw＝840

[0032] d0＝742 d2＝d-0.6495P＝730-0.6495×6＝726.103

[0033] 齿轮螺母11圆周力Ft(N)

[0034] Ft＝2000T/d2＝1083N

[0035] 齿轮螺母11齿轮分度圆直径d2＝1000

[0036] 小齿轮扭矩T1(N.m) T1＝Ft×d1/2000＝138.6N.m

[0037] 小齿轮分度圆直径d1＝256

[0038] ②计算锁定电机功率

[0039] 电机功率P(Kw)

[0040] P＝T1×n/9549＝1.73Kw

[0041] 根据电机样本和实际情况选P＝4Kw 119r/min 320N.m

[0042] 小齿轮度转速n＝119r/min

[0043] ③夹紧油缸1最大拉力37.7x2＝75.4(吨)

[0044] 当齿轮螺母11的预紧力矩达到所对应的电流设定值时，锁定电机14自动停机，离合油缸启动，驱动锁定电机滑座滑动，小齿轮15与齿轮螺母11退出啮合，此时，工件、主轴6、拉杆4已经连为一体，形成一个受力闭环，夹紧工件所用的夹紧力为主轴和拉杆之间的内力，夹紧工序即告结束，然后启动主轴电机，即可进行旋压加工。

[0045] 旋压工作完成后，卡爪松开工件的顺序为：启动夹紧油缸1拉紧拉杆4，同时拉杆4向后移动，此时锁紧机构已没有紧固作用，拉杆4和主轴6不再连为一体，所受的力为夹紧油缸1施加的外力，然后，夹紧油缸1向前推100mm到达前端极限位置，松开钢瓶，即完成一个工作循环。