一种薄壁网筒夹具的制作方法

1.本发明涉及一种薄壁网筒夹具，属于激光加工技术领域。


背景技术：

2.现有的激光加工工艺中，采用激光对其表面进行刻蚀和打孔的薄壁网筒，通常其轴向长度达到1米，直径达到400－500毫米，壁厚在微米级别。现有的激光加工过程中，存在以下3个问题：
3.1、在重力作用下容易出现沿径向的局部塌陷，使得薄壁网筒表面脱离激光焦点；
4.2、在机床带动薄壁网筒旋转时，薄壁网筒因自身壁厚薄、刚度差，出现轴向扭曲的问题；
5.3、在打孔工艺中，激光是否打穿薄壁网筒筒壁以及打孔效果缺乏较好的在线观测手段。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于提供一种薄壁网筒夹具。
7.为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种薄壁网筒夹具，包括主动夹具单元和从动夹具单元，
9.主动夹具单元和从动夹具单元分别套接在薄壁网筒的两侧，带动薄壁网筒转动，
10.主动夹具单元包括主动充气单元，主动充气单元位于主动夹具单元的最左侧，并且通过主动充气单元向主动夹具单元注入气体，
11.从动夹具单元包括从动充气单元，通过从动充气单元向向外部排出气体。
12.其中较优地，主动充气单元包括比例压力阀和流量阀，
13.比例压力阀的一端与流量阀连接，另一端用于注入气体；
14.流量阀的一端与比例压力阀连接，另一端与主动夹具单元连接，用于控制注入气体的流量。
15.其中较优地，主动夹具单元包括主动密封腔、主动通气孔及第一气嘴，
16.主动密封腔包括内凹腔,内凹腔内注入气体；
17.第一气嘴固定于主动密封腔上，一端与内凹腔连通，另一端与流量阀连接；
18.主动通气孔位于主动端盘的朝向薄壁网筒的一面上，并且与主动密封腔连通。
19.其中较优地，从动充气单元包括压力传感器和流量阀，压力传感器和流量阀，分别与从动夹具单元的第二气嘴相连接。
20.其中较优地，从动夹具单元包括从动内凹腔和从动通气孔，
21.从动内凹腔位于从动夹具单元内部，
22.从动通气孔位于从动夹具单元的朝向薄壁网筒的一面上，并且与从动内凹腔连通。
23.其中较优地，主动夹具单元包括圆盘状主动端盘，从动夹具单元包括盘状从动端
盘，
24.主动端盘和从动端盘分别套接在薄壁网筒的两侧，并且主动端盘的圆心、从动端盘的圆心和薄壁网筒的中心轴位于同一轴线上，并且主动端盘和从动端盘与薄壁网筒同步转动。
25.其中较优地，主动端盘上安装有旋转测量元件，旋转测量元件随主动端盘一起转动；
26.主动密封腔上固定有读数头，
27.旋转测量元件与读数头配合计主动端盘的转数。
28.其中较优地，主动端盘内还设有环形的第一发光件。
29.其中较优地，从动端盘内还设有第二发光件。
30.其中较优地，第一发光件和第二发光件为柔性led灯带。
31.本发明具有以下技术效果：相比于现有技术，本发明的薄壁网筒夹具，使得薄壁网筒在生产过程中不会被重力作用下容易出现沿径向的局部塌陷；使得在机床带动薄壁网筒旋转时，不会出现轴向扭曲的问题；并且使得在打孔工艺中，容易检测出激光是否打穿薄壁网筒筒壁以及打孔效果。
附图说明
32.图1为本发明一种薄壁网筒夹具夹住薄壁网筒的立体结构示意图；
33.图2为本发明一种薄壁网筒夹具的主动夹具单元的立体结构示意图；
34.图3为图2中的主动端盘的结构示意图；
35.图4为图3中的主动端盘1的径向截面图；
36.图5为图3中的主动端盘1的另一结构示意图；
37.图6为图5中的主动端盘1的径向截面图；
38.图7为从动夹具单元的结构示意图；
39.图8为图7中去掉尾座和从动底板的结构示意图；
40.图9为图7中的从动夹具单元的径向截面图；
41.图10为本发明的薄壁网筒夹具夹住薄壁网筒的径向剖面图。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
43.如图1所示，本发明的薄壁网筒夹具，包括主动夹具单元100和从动夹具单元200，用于夹持在薄壁网筒300的两侧以带动其转动。另外，主动夹具单元100包括主动充气单元101，主动充气单元101位于主动夹具单元100的最左侧，并且通过所述主动充气单元向所述主动夹具单元100注入气体；从动夹具单元200包括从动充气单元(未图示)，通过所述从动充气单元向外部排出气体。
44.主动夹具单元100包括固定机架、驱动装置20、固定连接部件及主动端盘1。本实施例中固定连接部件选卡盘21进行说明。具体的，如图2所示，主动夹具单元100包括固定机架、驱动装置20、卡盘21、主动端盘1。固定机架包括基座18、气环固定座支架16及第一限位支架17。基座18上安装有气环固定座支架16及第一限位支架17，气环固定座支架16与第一
限位支架17的第一夹臂17a连接。气环固定座11(请参照图5)通过挡边11－1(下面将详细说明)固定在气环固定座支架16上，防止气环固定座11转动。驱动装置20安装于基座18上，并且与第一限位支架17固定连接。第一限位支架17通过第一夹臂17a，以及位于第一夹臂17a上的第一卡爪19a、19b与驱动装置20的一侧固定连接；第一限位支架17通过第二夹臂17b，以及位于第二夹臂17b上的第二卡爪19c、19d与驱动装置20的另一侧固定连接(图2中未示出19－c、19－d)。。卡盘21的一端与驱动装置20连接，另一端设有卡爪21－1，该卡爪21－1可沿径向开合。主动端盘1为圆盘形状，其一侧设有向卡爪21
‑
1方向突出的主动定心部1－1(请参照图4)。该卡盘21的卡爪21－1能够夹住主动端盘1的主动定心面1－1，使得主动端盘1套接于卡盘21内。主动端盘1被卡盘21夹住并定心安装在一起，气环固定座11(请参照图5)通过挡边11－1，固定在气环固定座支架16上，固定方式优选为螺钉固定。
45.另外，基座18上还固定有阀门支架22。该阀门支架22上设置有比例压力阀23和流量阀24。比例压力阀23，一面与工厂压缩空气起源连接，另一面通过流量阀24，连接至主动密封腔8上的第一气嘴12(主动密封腔8和第一气嘴12请参见图4－图6)。
46.如图3
‑
图6所示，主动端盘1是盘状部件，包括主动圆盘、主动密封腔8、主动密封腔座7、主动旋转测量部及主动定心部1
‑
1。为了有助于理解，下面将与薄壁网筒连接的一侧称为主动端盘的右侧，反之为左侧。
47.主动圆盘位于主动端盘1的最右侧，包括主动网筒挡边1－2、主动网筒定心面1－3、主动网筒导向面1－4及密封槽1－5a、1
‑
5b。具体的，主动网筒导向面1－4位于主动圆盘圆形外周边的最右侧，用于引导薄壁网筒300套在主动圆盘上。主动网筒定心面1－3也位于主动圆盘圆形外周边上，并与主动网筒导向面1
‑
4相邻。薄壁网筒300通过主动网筒导向面1
‑
4套在主动圆盘上时，薄壁网筒300的边缘的内表面紧贴于该主动网筒定心面1
‑
3上，使薄壁网筒300紧紧套设于主动圆盘上。主动网筒档边1－2位于主动圆盘圆形外周的最左侧，与主动网筒定心面1
‑
3相邻，并且与主动网筒定心面1－3相比略微凸起，抵挡薄壁网筒300的圆形边缘，起到抵顶薄壁网筒300，使薄壁网筒300的边缘不超过主动圆盘最左侧的作用。密封槽1－5包括外密封槽1－5a和内密封槽1－5b。外密封槽1－5a和内密封槽1－5b为圆周形凹槽。内密封槽1－5b可以根据需求选择是否设置。在外密封槽1－5a和内1－5b之间设有对称均布、数量为偶数个的主动通气孔1－6，保证主动端盘1的动平衡。当仅有外密封槽1－5a时，主动通气孔1－6在直径方向上位于外密封槽1－5a之内。
48.主动密封腔座7安装在主动圆盘的左侧面上，用于安装主动密封腔8。
49.主动密封腔8安装于主动密封腔座7上。主动密封腔8包括内凹腔8－1、环形的第一密封件9a、9b以及环形的第一发光件10。具体的，第一密封件9a、9b分别与上述的外密封槽1－5a和内1－5b匹配，起到防止主动密封腔8内的气体向外泄漏的作用。第一密封件9a、9b优选为毛刷或者密封橡胶环。在第一密封件9a、9b中，主密封件9a必须设置，而辅助用密封件9b可以根据实际需求决定是否设置。第一发光件10位于内凹腔8
‑
1内，优选为柔性led灯带。
50.主动旋转测量部设置在主动圆盘的左侧面上，包括旋转测量固定座2、旋转测量原件3和轴承5。具体的，该旋转测量固定座2呈圆环状，设置在主动圆盘的左侧面上，并且能够随主动圆盘转动。旋转测量固定座2上固定有旋转测量元件3和轴承5。轴承5优选为带有油封的、免维护滚动轴承。旋转测量元件3优选环形光栅。轴承5通过圆环状的挡圈4固定在旋
转测量固定座2上，通过圆环状的挡板6固定在主动密封腔座7上，固定在主动密封腔座7和旋转测量固定座2之间。
51.如图5、图6所示，主动密封腔8上还固定有气环固定座11和第一气嘴12。气环固定座11上设有读数头座13，读数头座13上固定有读数头14。读数头14与旋转测量元件3配合使用，当旋转测量元件3为环形光栅尺时，读数头14即为光栅尺读数头。
52.主动密封腔8上还设有第一穿线套15，作用是能够引出第一发光件10的线缆，且不破坏主动密封腔8的密封性。气环固定座11还具有挡边11－1。
53.在实际加工工艺中，主动夹具单元100通过驱动装置20、卡盘21带动主动端盘1转动。由于气环固定座11的一面固定在限位支架16上，而另一面固定在主动密封腔8上，因此能够保证主动密封腔8不会随主动圆盘转动而旋转。并且，由于主动密封腔8固定在主动密封腔座7上，因此主动密封腔座7也保持静止。另外，主动密封腔座7与旋转测量固定座2之间设有轴承5，因此主动密封腔座7、主动密封腔8及气环固定座11的静止，不会影响主动圆盘和旋转测量固定座2的转动。
54.另外，第一气嘴12、读数头座13、读数头14因固定在气环固定座11上，因此读数头14保持静止。而旋转测量固定座2上固定有旋转测量元件3，且旋转测量固定座2能随主动端盘1转动，因此旋转测量元件3也能随主动端盘1转动。故读数头14与旋转测量元件3之间存在相对转动，并且该相对转动即为驱动装置20驱动主动端盘1的旋转速度，因此读数头14能够实时测量主动端盘1的旋转速度。该读数头14读出的旋转速度将会发送给从动夹具单元200，使从动夹具单元200的从动端盘28的转速与主动端盘1的转速保持一致。
55.如图7所示，从动夹具单元200包括从动基座、第二限位支架、第三限位支架43、从动端盘28、传动齿轮组、从动电机41、锥柄法兰盘25(插设于尾座50内部)及尾座50。为了有助于理解，下面将与薄壁网筒连接的一侧称为从夹具单元200的左侧，反之为右侧。
56.具体的，该从动基座包括从动底板60和从动侧板39，从动底板水平放置于平面上。
57.从动底板60是能够沿平行于驱动装置20轴线方向移动的进给装置，可以采用丝杆动力或手动，具体结构属于机床领域公知常识，与本专利核心内容无关，在此不再赘述。在从动侧板39的右侧安装有锥柄法兰盘25、从动电机41及第二限位支架，左侧安装有从动端盘28和第三限位支架。在从动基座上安装有尾座50，并且锥柄法兰盘25插设于该尾座50上(图7中锥柄法兰盘25插设于尾座50内)。第二限位支架的第二夹臂48a、48b，其上分别固定有第二夹爪49a、49b、49c、49d，上述的尾座50是通过第二夹爪49a、49b、49c、49d从四个角抱住。第二夹臂48a、48b上有第二长孔48－1，用于调整第二夹爪49a、49b、49c、49d的位置。
58.如图7、图8、图9所示，锥柄法兰盘25包括回转部25－2和定位锥面25－1。回转部25－2穿过从动侧板39，定位锥面25－1沿右侧方向延伸，上述的该定位锥面25－1插设于尾座50上。回转部25－2能绕定位锥面25－1的轴线自如转动。锥柄法兰盘25是机床用标准件，带有莫氏斜度。
59.从动端盘28包括从动圆盘和从动端盘轴26。从动圆盘位于主动端盘28的最左侧，包括从动网筒挡边28－1、从动网筒定心面28－2、从动网筒导向面28－3，内凹腔室28－4以及从动通气孔28－5。具体的，从动网筒导向面28－3位于从动圆盘圆形外周边的最左侧，用于引导薄壁网筒300套在从动圆盘上。从动网筒定心面28
‑
2也位于从动圆盘圆形外周边上，并与从动网筒导向面28
‑
3相邻。薄壁网筒300通过从动网筒导向面28
‑
3套在从动圆盘上时，
薄壁网筒300的边缘的内表面紧贴于该从动网筒定心面28
‑
2上，使薄壁网筒300紧紧套设于从动圆盘上。从动网筒挡边28
‑
1位于从动圆盘形外周的最右侧，与从动网筒定心面28
‑
2相邻，并且与从动网筒定心面28
‑
2相比略微凸起，抵挡薄壁网筒300的圆形边缘，起到抵顶薄壁网筒300，使薄壁网筒300的边缘不超过从动圆盘最右侧的作用。在从动圆盘上设置有对称均布、数量为偶数个的从动通气孔28－5，保证从动端盘28的动平衡。
60.从动端盘轴26位于从动圆盘的中心，沿水平方向向右侧延伸，并且穿过从动侧板39与锥柄法兰盘25连接上。
61.从动端盘28的右侧还设有从动滑环轴29、内挡板31、第二轴承32a、32b、密封片30、外挡板33、内套筒34和外套筒35及从动密封板36。具体的，第二轴承32a、32b分别固定在从动滑环轴29和内挡板31上。在第二轴承32a、32b外侧，还固定有密封片30、外挡板33、内套筒34和外套筒35。在外套筒35上，固定有从动密封板36。位于内凹腔室28－4内的从动密封板36上的固定有环形的第二发光件37，第二发光件37优选为柔性led软灯带。在从动密封板36上，有环形的第二密封件38，第二密封件38优选为毛刷或者橡胶环。另外，从动密封板36上还设第二气嘴44a、44b，第二穿线套45。第二穿线套45用于将第二发光件38的导线引至从动密封板36外侧，且不破坏从动密封板36的气密性。
62.从动端盘与从动侧板39是通过第三限位支架43固定连接。具体的，从动圆盘上的从动密封板36通过第三限位支架43a、43b与从动侧板39连接。第三限位支架43a上还固定有压力传感器46和流量阀47。该压力传感器46和流量阀47，分别与第二气嘴44a和44b相连接。
63.传动齿轮组包括电机齿轮42和传动齿轮27。传动齿轮27安装在从动端盘轴26上，电机齿轮42安装在从动电机41上，并且该电机齿轮42与传动齿轮27相啮合。
64.从动夹具单元200的关键在于，进一步地，尾座端盘轴26、从动齿轮27和从动端盘28也能随锥柄法兰盘25的回转体25－2一起转动。因电机齿轮42与传动齿轮27相啮合，因此从动电机41能够带动尾座端盘轴26、和从动端盘28旋转。
65.气环固定座支架16能够通过第一限位支架17、第一卡爪19a、19b固定在驱动装置20上，构成主动夹具单元100的止转基座；从动侧版39能够通过第二限位支架、第三限位支架43固定在尾座50上，构成从动夹具单元200的止转基座。基于上述结构与功能，能够实现的有益效果是：当不加工薄壁版时，可以拆除气环固定座支架16、第一限位支架17、第一卡爪19a、19b及主动夹具单元100，不影响卡盘21夹持新工件；可以拆除从动侧版39、第二限位支架、第三限位支架43等部件及从动夹具单元200，不影响尾座50的锥孔中固定其他顶尖。
66.上面详细说明了本发明的主动夹具单元100和从动夹具单元200的具体结构。在实际工艺中，上述的主动端盘1和从动端盘28分别套接在薄壁网筒300的左右两侧，并且主动端盘1、从动端盘28和薄壁网筒的中心轴位于同一条线上，主动端盘1和从动端盘28与薄壁网筒以相同的转速一同转动。在这里，薄壁网筒300的内直径，与主动端盘1的网筒定心面1－3、从动端盘28的从动网筒定心面28－2为过度配合或轻微过盈配合。本发明的薄壁网筒夹具通过主动夹具单元100和从动夹具单元200以相同的转速同轴旋转，克服了现有技术中，在机床带动薄壁网筒旋转时，薄壁网筒因自身壁厚薄、刚度差，出现轴向扭曲的问题。
67.下面详细说明本发明的薄壁网筒夹具，在实际生产线中夹着薄壁网筒300旋转的整个过程。
68.如图10所示，驱动装置20通过卡盘21带动主动端盘1转动，能够带动薄壁网筒300
转动。在此过程中，读数头14能够对旋转测量元件3的转动速度进行测量，从动电机41根据该信号，以及传动齿轮27和电机齿轮42的传动比，控制从动端盘28以和主动端盘1相同的转速转动，从而防止薄壁网筒300出现轴向扭转变形。
69.另一方面，压缩空气经过比例压力阀23、流量阀24的压力调节和设定后，通过第一气嘴12进入主动端盘1与主动密封腔8之间的凹腔8－1内，由于第一气环密封件9－a、9－b的作用，使得压缩空气除少部分从主动端盘1与主动密封腔8、第一气环密封件9的间隙逸出外，多数通过主动端盘1的通气孔1－6进入薄壁网筒300的内部，形成内部压力52。
70.压缩空气又经从动端盘28的从动通气孔28－5，进入从动端盘28的内凹腔室28－4。因从动密封板36和第二密封件38的存在，使得进入薄壁网筒300的压缩空气，除少部分从动密封板36、第二密封件38间的间隙逸出外，多数从位于从动密封板36的第二气嘴44b流经流量阀47排出至大气，因此流量阀47能够控制压缩空气从薄壁网筒300流出的速度。
71.在机床工作期间，主动端盘1在驱动装置20(图10中未画出)的作用下转动，而主动密封腔8在气环固定座11、限位支架16、第一夹具17、第一夹爪19的作用下静止。但在因主动通气孔1－6在主动端盘1上周向均布，因此主动端盘1相对主动密封腔8的相对转动，不会影响压缩空气进入薄壁网筒300的内部。同理，从动端盘28上周向均布的主动通气孔28－5的存在，也使得从动端盘28相对于从动密封板36的相对转动，不会影响压缩空气从薄壁网筒300的内部排出。另一方面，第一发光件10和第二发光件37发出的光线，也能分别通过主动端盘1的主动通气孔1－6，和从动端盘28的从动通气孔28－5，照亮薄壁网筒300的内部空间。
72.比例压力阀23用于控制压缩空气进入薄壁网筒300的压力，流量阀24用于控制压缩空气进入薄壁网筒300的速度。压力传感器46通过第二气嘴44a，能够测量从动端盘28的内凹腔室28－4内的空气压力。由于流量阀24和流量阀47的作用，使得压缩空气在从第一气嘴12进入薄壁网筒300内部，再经第二气嘴44b流出的过程中流速较低，因此内凹腔室28－4内的空气压力与内部压力52基本相同，即压力传感器46能够感知内部压力52的数值。
73.比例压力阀23、流量阀24、压力传感器46构成对压缩空气的反馈闭环控制回路，使得薄壁网筒300的内部压力52稳定在预先设定的基准值。所述的内部压力52，略高于大气压力53。当加工用激光仅对薄壁网筒300表面进行刻蚀加工(即不打穿薄壁网筒300)，内部压力52在加工过程中基本恒定，仅受主动端盘1与主动密封腔8、第一气环密封件9的间隙，以及从动密封板36、第二密封件38间的间隙影响；当薄壁网筒300进行打孔加工，出现网孔51－2时，内部压力52将产生额外下降。压力传感器46感知到内部压力52的压力变化后，将信号传递给比例压力阀23，使得比例压力阀23调整阀门开合角度，使得薄壁网筒300的内部压力52保持在设定值。
74.流量阀47的作用是限制和控制薄壁网筒300内部压缩空气排出。当主动端盘1与主动密封腔8、第一气环密封件9的间隙，以及从动密封板36、第二密封件38间的间隙在部件长期运行磨损而扩大时，通过调节流量阀47，能够降低所述间隙扩大的不利影响。
75.当薄壁网筒300表面存在重力导致的局部塌陷51－1时，因薄壁网筒300内部为压缩空气，使得薄壁网筒300的内部压力52高于外部的大气压力53，故可将局部塌陷51－1顶起并消除。上述过程还可得到非接触式测量传感器54的协助。当所述的非接触式测距传感器54能够沿薄壁网筒300的轴线方向进行周期往复移动，结合薄壁网筒300的周向转动，使
得非接触式测距传感器54能够对薄壁网筒300的表面进行持续探测。所述的非接触式测距传感器54通过测量其到薄壁网筒300表面的距离，既能够感知是否出现局部塌陷51－1，也有助于调整内部压力52，防止内部压力52超过大气压力53太多，使得薄壁网筒300鼓起和膨胀。
76.视觉传感器55是带有遮光罩的、能够拍摄物体形状的传感器，用于检测薄壁网筒300的网孔51－2的加工质量。因视觉传感器55遮光罩遮蔽环境光线，以及第一发光件10、第二发光件37照亮薄壁网筒300的内部，因此视觉传感器55能够获知网孔51－2是否打穿，以及网孔51－2的边缘质量。
77.本发明提供的薄壁网筒夹具用于制作丝网印刷滚筒。
78.综上所述，相比于现有技术，本发明的薄壁网筒夹具，使得薄壁网筒在生产过程中不会被重力作用下容易出现沿径向的局部塌陷；使得在机床带动薄壁网筒旋转时，不会出现轴向扭曲的问题；并且使得在打孔工艺中，容易检测出激光是否打穿薄壁网筒筒壁以及打孔效果。
79.上面对本发明进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。