一种车床用自适应检测夹紧力卡盘

摘要

一种车床用自适应检测夹紧力卡盘，包括反馈装置、高爪、卡盘盘体、控制装置，所述反馈装置安装在所述高爪上，反馈装置包括第一安装区、受力区和第二安装区；所述卡盘控制装置包括伺服电机、齿轮泵、油箱、过滤器和油缸。本发明采用传感器与高爪固定为一整体，未改变高爪外形，并且采用无线传输的方式，不会影响卡盘的正常使用，并能实时检测卡盘在工作状态下的夹紧力，检测数据经无线发射装置发送，由无线接收装置接收后，将数据传给控制器，控制器通过控制伺服电机调节齿轮泵转速，改变系统流量和压力，进而达到调节夹紧力的作用，保证加工过程中工件不会因为夹紧力过小而脱离卡盘，也不会因夹紧力过大导致工件变形，保证生产的正常进行。

权利要求

1.一种车床用自适应检测夹紧力卡盘，其特征在于，包括反馈装置（1）、高爪（2）、卡盘盘体（3）和控制装置（4），所述反馈装置（1）固定在所述高爪（2）正行程的闭合端，高爪（2）滑动设置在所述卡盘盘体（3）上，所述控制装置（4）用于接收所述反馈装置（1）的信号并控制所述卡盘盘体（3）的转速，所述卡盘盘体（3）进行转动的过程中，反馈装置（1）可随卡盘盘体（3）一同转动，并检测高爪（2）因离心力作用，减少的工件夹紧压力大小；

所述高爪（2）正行程闭合端开设有方形槽（5），反馈装置（1）嵌入所述方形槽（5）中，且利用螺钉固定；所述方形槽（5）包括第一安装面（501）、受力面（502）、第二安装面（503），所述第一安装面(501)与所述第二安装面(503)以所述受力面(502)为对称轴对称设置，且第一安装面(501)与第二安装面(503)与受力面(502)之间均设有夹角；

所述反馈装置（1）包括第一安装区(101)、受力区(102)和第二安装区(103)，所述受力区(102)设置在所述第一安装区(101)和所述第二安装区（103）之间，第一安装区（101）内设置有供电模块（104），受力区（102）上设置有感应元件（105），第二安装区（103）上设置有信号处理模块（106）和无线发射装置（107），所述信号处理模块（106）和所述无线发射装置（107）分别设置在第二安装区（103）上开设的第一凹槽（1031）和第二凹槽（1032）内。

2.如权利要求1所述的一种车床用自适应检测夹紧力卡盘，其特征在于：所述高爪（2）在静止夹紧状态下，反馈装置（1）检测的静态夹紧力记为F1，反馈装置（1）检测的动态夹紧力记为α；

所述卡盘盘体（3）在转动的过程中，当F1‑α>1/3F1，所述控制装置（4）提高所述卡盘盘体（3）转速；当α>F1，所述控制装置（4）降低所述卡盘盘体（3）转速，并使α的值趋近于F1。

3.如权利要求1所述的一种车床用自适应检测夹紧力卡盘，其特征在于：所述反馈装置（1）至少为一个，当反馈装置（1）数量为一个时，F1值取检测的固定值，α值取检测值；反馈装置（1）为多个时，F1值和α值取检测后的平均数。

4.如权利要求1所述的一种车床用自适应检测夹紧力卡盘，其特征在于：所述控制装置（4）包括伺服电机（401）、齿轮泵（402）、油箱（403）、过滤器（404）、油缸（405）和控制器（406），所述控制器（406）控制伺服电机（401）改变齿轮泵（402）转速，将液压油从油箱（403）经过滤器（404）输送到油缸（405）中并调节系统中流量和压力，达到调节夹紧力大小的目的。

说明书

一种车床用自适应检测夹紧力卡盘

[0001] 本发明涉及机床夹持技术领域，具体涉及一种车床用自适应检测夹紧力卡盘。

背景技术

[0002] 当卡盘夹紧工件作高速旋转运动时，由于卡爪受到离心力的作用，会有部分夹紧力抵消离心力，使得夹紧力减小，当卡盘夹紧力减小到不足以夹紧工件时，工件就会飞出造
成安全事故，夹紧力损失是制约卡盘转速提高和造成安全威胁的主要原因，对卡盘夹紧力
进行实时检测，并根据检测结果调节卡盘夹紧力的大小，就能保证加工过程中工件不会因
为夹紧力过小而脱离卡盘，也不会因为夹紧力过大而导致工件变形，以达到安全生产的目
的。

发明内容

[0003] 本发明目的在于提供一种车床用自适应检测夹紧力卡盘，并能根据检测结果自动调节夹紧力，以解决现有技术仅能在卡盘空转工况下，检测夹紧力的问题。

[0004] 本发明通过以下技术方案来实现：一种车床用自适应检测夹紧力卡盘，包括反馈装置、高爪、卡盘盘体和控制装置，所述反馈装置固定在所述高爪正行程的闭合端，高爪滑
动设置在所述卡盘盘体上，所述控制装置用于接收所述反馈装置的信号并控制所述卡盘盘
体的转速，所述卡盘盘体进行转动的过程中，反馈装置可随卡盘盘体一同转动，检测高爪因
离心力作用，减少的工件夹紧压力大小。

[0005] 进一步优化，所述高爪在静止夹紧状态下，反馈装置检测的静态夹紧力记为F1，反馈装置检测的动态夹紧力记为α。

[0006] 所述卡盘盘体在转动的过程中，当F1‑α>1/3F1，所述控制装置提高所述卡盘盘体转速；当α>F1，所述控制装置降低所述卡盘盘体转速，并使α的值趋近于F1。

[0007] 进一步优化，所述反馈装置至少为一个，当反馈装置数量为一个时，F1值取检测的固定值，α值取检测值；反馈装置为多个时，F1值和α值取检测后的平均数。

[0008] 进一步优化，所述高爪正行程闭合端开设有方形槽，反馈装置嵌入所述方形槽中，且利用螺钉固定。

[0009] 进一步优化，所述方形槽包括第一安装面、受力面、第二安装面，所述第一安装面与所述第二安装面以所述受力面为对称轴对称设置，且第一安装面与第二安装面与受力面
之间均设有夹角。

[0010] 进一步优化，所述反馈装置包括第一安装区、受力区和第二安装区，所述受力区设置在所述第一安装区和所述第二安装区之间，第一安装区内设置有供电模块，受力区上设
置有感应元件，第二安装区上设置有信号处理模块和无线发射装置，所述信号处理模块和
所述无线发射装置分别设置在第二安装区上开设的第一凹槽和第二凹槽内。

[0011] 进一步优化，所述控制装置包括伺服电机、齿轮泵、油箱、过滤器、油缸和控制器，所述控制器控制伺服电机改变齿轮泵转速，将液压油从油箱经过滤器输送到油缸中并调节
系统中流量和压力，达到调节夹紧力大小的目的。

[0012] 本发明的有益效果在于：

[0013] 本发明采用反馈装置与高爪固定为一整体，未改变高爪外形，并且采用无线传输的方式，不会影响卡盘的正常使用，并能实时检测卡盘在工作状态下的夹紧力，检测数据经
无线发送装置发送，由无线接收装置接收后，将数据传给控制器，控制器通过控制伺服电机
调节齿轮泵转速，改变系统流量和压力，进而达到调节夹紧力的作用，保证加工过程中工件
不会因为夹紧力过小而脱离卡盘，也不会因夹紧力过大导致工件变形，保证生产的正常进
行。

附图说明

[0014] 图1为本发明的结构示意图；

[0015] 图2为本发明的高爪的结构示意图；

[0016] 图3为本发明的反馈装置的结构示意图；

[0017] 图4为本发明的电源安装示意图；

[0018] 图5为本发明的无线发送装置示意图；

[0019] 图6为本发明的卡盘控制装置示意图；

[0020] 图7为本发明的工作机制流程图；

[0021] 附图标记：1、反馈装置；101、第一安装区；102、受力区；103、第二安装区；1031、第一凹槽；1032、第二凹槽；104、供电模块；1041、凸台；105、感应元件；106、信号处理模块；
107、无线发射装置；108、USB标准接口；109、通孔；2、高爪；3、卡盘盘体；4、控制装置；401、伺
服电机；402、齿轮泵；403、油箱；404、过滤器；405、油缸；406、控制器；407、换向阀；408、调速
阀；409、无线接收装置；5、方形槽；501、第一安装面；502、受力面；503、第二安装面；6、螺纹
孔。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图，通过具体的实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及创新点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。

[0024] 如图1、2所示，一种车床用自适应检测夹紧力卡盘，包括反馈装置1、高爪2、卡盘盘体3、卡盘控制装置4，反馈装置1上有电阻应变片R，通过应变片R的阻值变化来测量压力值
大小，反馈装置1安装在高爪2上，如图3所示，且与卡盘盘体3一同转动，高爪正行程闭合端
开设有方形槽5，方形槽5包括第一安装面501、受力面502、第二安装面503，第一安装面501
与第二安装面503以受力面502为对称轴对称设置，且所述第一安装面501与所述第二安装
面503与受力面502之间均设有夹角。

[0025] 方形槽5上设有螺纹孔6，反馈装置1通过螺钉固定在高爪2上，反馈装置1呈拱桥形，如图4所示，材质为45#钢或者低碳钢，反馈装置1包括第一安装区 101、受力区102和第
二安装区103，所述受力区102设置在所述第一安装区101和所述第二安装区103之间，第一
安装区101上设置有供电模块104和凸台1041，受力区102上设置有反馈装置感应元件105，
第二安装区103上设置有信号处理模块106和无线发射装置107。

[0026] 如图5所示，所述供电模块104通过设置在供电模块104两侧的定位凸装安装在凸台1041内，所述供电模块104上设有电源变换器，以保证一个电源要满足多种电压要求，供
电模块104为聚合物锂电池，通孔109开设在反馈装置1和高爪2上，通孔109的作用在于使聚
合物锂电池的导线穿过，为信号处理模块106和无线发射装置107供电，信号处理模块106的
单片机上接有USB标准接口108，以便为聚合物锂电池充电；所述感应元件采用金属箔式应
变片R，在弹性范围内，其应变值ε与夹紧力成正比。

[0027] 信号处理模块106和所述无线发射装置107分别设置在第二安装区103上的第一凹槽1031和第二凹槽1032内，为保证固定可靠，安装时在接触面涂上胶水，信号处理模块106
包括低通滤波器、前置放大器，第一安装区 101和第二安装区103的尾端各开设有两个螺纹
孔6，通过螺纹连接反馈装置1和高爪且安装配合为一整体。

[0028] 如图6所示，测量电路采用半桥电路，电阻应变片将压力的物理信号转化为电信号，通过低通滤波器去噪声，前置放大器将信号放大处理，传入单片机A/D转化模块，再经过
信号处理，将数据传给无线发送装置10，电桥电路通过导线连入信号处理模块106。

[0029] 如图7所示，卡盘控制装置4包括伺服电机401、齿轮泵402、油箱403、过滤器404、油缸405、三位四通的电磁换向阀407和调速阀408，伺服电机401连接控制器406，控制器406控
制伺服电机401改变齿轮泵402转速，将液压油从油箱403经过滤器404输送到油缸405中并
调节油缸405压力，达到调节夹紧力大小的目的，当夹紧力损失过大时，增大卡爪夹紧力确
保安全，当夹紧力过大时，减小夹紧力避免工件变形，电磁换向阀407处于左、右位控制卡爪
夹紧或者松开，调速阀408起到消除负载变化对流量影响的作用。

[0030] 静止状态下，高爪2夹紧工件，反馈装置1检测此时的初始静态夹紧力记为F1，无线发射装置107将检测数据传送给与之对应的无线接收装置409。当卡盘盘体3处于工作旋转
状态时，由于受到离心力的作用，夹紧力随着转速的不同而改变，因此十分有必要检测卡盘
盘体3动态夹紧力。卡盘盘体3工作状态下，反馈装置1检测实时动态夹紧力记为a，当控制器
406检测到F1‑a>1/3F时，控制器406控制伺服电机401进而控制齿轮泵402转速提高，使高爪
2夹紧力持续增大，直到夹紧力在安全范围之内。当卡盘盘体3转速降低时，反馈装置1检测
到的动态夹紧力大于初始静态夹紧力，即控制器406检测到a>F1时，控制器406控制齿轮泵
402转速降低，降低系统中流量和压力，减小夹紧力，避免因夹紧力过大使得工件变形。

[0031] 还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间
存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵
盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。

[0032] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0033] 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。