自定心卡盘及管切割用固定工装的制作方法

1.本实用新型涉及切割加工技术领域，特别涉及一种自定心卡盘及管切割用固定工装。


背景技术：

2.在进行工件的切割作业时，通常采用卡盘对待切割的工件进行夹持，卡盘上的卡爪沿着卡盘的径向移动使工件自动定心。
3.然而，发明人发现：传统自定心卡盘，采用外夹式的方式对工件进行逐个固定、切割产出的作业形式，不能满足对不同标准规格、不同管径工件的成批量切割作业与供货需求；这是影响工程质量、困扰工程进度、影响生产劳动力成本的重要因数之一。


技术实现要素：

4.本实用新型实施方式的目的在于提供一种自定心卡盘及管切割用固定工装，使得在进行工件的切割作业时，可以有效适应不同标准规格、不同管径工件的批量生产。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种自定心卡盘，包括：卡爪底盘，所述卡爪底盘的端面上凸设多个卡爪，每个所述卡爪上设置有向远离所述卡爪底盘的方向凸起的多个夹持部，每个所述卡爪上的各个所述夹持部与所述卡爪底盘的中心轴线之间的距离互不相同，与所述卡爪底盘的中心轴线之间的距离相等的各所述卡爪上的所述夹持部环绕在所述卡爪底盘的中心轴线的外围、以从待夹持的空心工件的内侧固持待夹持的空心工件，所述夹持部用于对待夹持的空心工件的内壁进行支撑固定。
6.本实用新型的实施方式还提供了一种管切割用固定工装，包括：上述的自定心卡盘，所述卡爪底盘远离所述卡爪的一端设置有夹持件，所述夹持件用于对该工装进行夹持。
7.本实用新型实施方式相对于现有技术而言，在卡爪上设置向远离卡爪底盘的方向凸起的多个夹持部，同时每个卡爪上的各个夹持部与卡爪底盘的中心轴线之间的距离互不相同，与卡爪底盘的中心轴线之间的距离相等的各卡爪上的夹持部环绕在卡爪底盘的中心轴线的外围，这样在夹持待切割工件时，工件可以直接套装在卡爪的夹持部上，以便从工件的内壁对工件进行支撑固定。并且利用卡爪上的不同的夹持部，可以将具有不同管径的工件装夹在卡爪的不同夹持部上，以适应对具有不同管径的工件的装夹，无需为不同管径的工件更换不同尺寸的卡爪，从而利用与不同工件的管径相匹配的夹持部有效降低对具有不同管径的工件进行装夹定心的时间，在装夹工件时，工件只需依据自身的管径装夹在具有对应尺寸的夹持部上即可，解决了传统的自定心卡盘在每次装夹工件时只能逐渐调整至与工件相匹配的尺寸来进行固定定心的缺陷。
8.另外，每个所述卡爪上的多个所述夹持部自所述卡爪底盘的边缘朝远离所述卡爪底盘、且靠近所述卡爪底盘的中心轴线的方向依次排列，所述夹持部远离所述卡爪底盘一侧的端面与所述卡爪底盘之间的距离随着该夹持部与所述卡爪底盘的中心轴线之间的距离的增大而减小。这样设置的夹持部可以避免切割头在移动过程中与卡爪上的夹持部之间
出现干涉。
9.另外，所述夹持部远离所述卡爪底盘的一侧设置有倒角。倒角的设置能够方便工件的插装和拆卸。
10.另外，所述夹持部靠近所述卡爪底盘的一侧设置有过渡槽。这样，通过过渡槽可以减少由工件的零点就位偏差而导致产品的切割长度误差。
11.另外，所述卡爪底盘上设置有与所述卡爪一一对应连接的滑块，每个所述滑块可沿所述卡爪底盘的径向移动，且所述滑块与所述卡爪底盘之间设置有自动复位的弹性机构。所述弹性机构包括弹簧座、第一弹簧和定位螺栓，所述滑块上设置有沿所述卡爪底盘的径向延伸的通孔，所述弹簧座穿过所述通孔且所述弹簧座的一端与所述卡爪底盘连接，所述第一弹簧设置在所述通孔内，所述定位螺栓与所述滑块连接且所述定位螺栓的一端伸入所述通孔并穿过所述第一弹性件，所述第一弹簧的一端压持在所述弹簧座上、另一端抵接在所述定位螺栓上。弹性机构的设置可以实现卡爪对工件夹持时的自动调节，即在装夹工件前，利用第一弹簧的弹力撑起卡爪，在工件的装夹完成后，工件会挤压卡爪，进而利用第一弹簧的弹力继续撑起卡爪，实现对工件的固定。
附图说明
12.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
13.图1是本实用新型第一实施方式所提供的自定心卡盘的立体结构示意图；
14.图2是本实用新型第一实施方式所提供的自定心卡盘的剖视结构示意图；
15.图3是图2中a处的放大结构示意图；
16.图4是图1中卡爪与滑块连接的立体结构示意图；
17.图5是本实用新型第二实施方式所提供的管切割用固定工装的立体结构示意图；
18.图6是本实用新型第二实施方式所提供的管切割用固定工装的剖视结构示意图；
19.图7是图6中b处的放大结构示意图；
20.图8是本实用新型第二实施方式所提供的管切割用固定工装在切割工件时的结构示意图。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本实用新型的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
22.本实用新型的第一实施方式涉及一种自定心卡盘，如图1所示，包括卡爪底盘1，卡爪底盘1的端面上凸设多个卡爪2，此处的卡爪底盘1为卡爪2的固定基础，卡爪2可在卡爪底盘1上沿卡爪底盘1的径向移动，以对待夹持的空心工件23(图8所示)进行定心装夹。每个卡
爪2上设置有向远离卡爪底盘1的方向凸起的多个夹持部2a，每个卡爪2上的各个夹持部2a与卡爪底盘1的中心轴线o(图6所示)之间的距离互不相同，与卡爪底盘1的中心轴线o之间的距离相等的各卡爪2上的夹持部2a环绕在卡爪底盘1的中心轴线o的外围、以从待夹持的空心工件23的内侧固持待夹持的空心工件23，夹持部2a用于对待夹持的空心工件23的内壁进行支撑固定。
23.与现有技术相比，本实用新型第一实施方式所提供的自定心卡盘中，在卡爪2上设置向远离卡爪底盘1的方向凸起的多个夹持部2a，且与卡爪底盘1的中心轴线o之间的距离相等的各卡爪2上的夹持部2a环绕在卡爪底盘1的中心轴线o的外围，不同管径的待夹持的空心工件23可以装夹到这些不同的夹持部2a上，待夹持的空心工件23的内壁会与夹持部2a上环绕卡爪底盘1的中心轴线o的外表面紧密贴合，可以依据所需加工的待夹持的空心工件23的直径规格1至6寸(inch)，相应地将这些夹持部2a上环绕卡爪底盘1的中心轴线o的外表面与卡爪底盘1的中心轴线o之间的距离设置为1至6寸的一半。这样，在进行待夹持的空心工件23的切割加工时，可以将具有不同直径的待夹持的空心工件23装夹在不同的夹持部2a上，从而适应对具有不同直径的待夹持的空心工件23的切割加工。由于类似短接管等待夹持的空心工件23在应用时采用相应的标准规格，因此，只需对每个卡爪2上的多个夹持部2a进行特定尺寸设置，即可适应对不同规格标准、不同管径的短接管的切割加工，进一步还可通过更换卡爪2扩展适用于更大尺寸管径、多边形异形短接管等待夹持的空心工件23的成批量切割作业。
24.优选的，为了避免切割头24(图8所示)在移动作业过程中与卡爪2上的夹持部2a之间发生干涉，对每个卡爪2上的多个夹持部2a进行一定形式地布置，使每个卡爪2上的多个夹持部2a自卡爪底盘1的边缘朝远离卡爪底盘1、且靠近卡爪底盘1的中心轴线o的方向依次排列，夹持部2a远离卡爪底盘1一侧的端面与卡爪底盘1之间的距离随着该夹持部2a与卡爪底盘1的中心轴线o之间的距离的增大而减小。这样，在卡爪2上，就形成了一种阶梯型结构，每个夹持部2a处于该阶梯型结构的不同台阶上，特别是与卡爪底盘1的中心轴线o之间的距离最小的夹持部2a位于该阶梯型结构的最底端，与卡爪底盘1的中心轴线o之间的距离最大的夹持部2a位于该阶梯型结构的最顶端。由此，可有效避免由切割口端到后座的外围形状为椎体状的切割头24在相对夹持后的空心工件23移动时，与卡爪2上的夹持部2a之间产生干涉。此处需要说明的是，在不影响切割头24移动时，可以对每个卡爪2上的多个夹持部2a进行其他形式地布置，例如在待夹持的空心工件23的尺寸规格变化较大的情况下，可以将不同的夹持部2a设置在位于卡爪底盘1的中心轴线o的同一段上，这样可以避免由阶梯型结构布置的卡爪2形成过大的长度尺寸。
25.同时，每个卡爪2上的夹持部2a的数量可以依据所需加工的待夹持的空心工件23具有的管径尺寸规格的数量所定，优选的，本实施例中卡爪2数量为3个。
26.另外，待夹持的空心工件23在装夹过程中，由于需要移动卡爪2，使夹持部2a与卡爪底盘1的中心轴线o之间的距离减小至小于待夹持的空心工件23的管径，因此为了利于实现待夹持的空心工件23的快速装夹，在夹持部2a远离卡爪底盘1的一侧设置有倒角2b，该倒角2b的角度可任意设置。在待夹持的空心工件23插装和拆卸的过程中，由于倒角2b可以起到导向的作用，因此能够方便将工件23插装到卡爪2的夹持部2a上以及将工件23从卡爪2的夹持部2a上卸下。
27.同时，为了减少待夹持的空心工件23在装夹后，由于夹持后的空心工件23的端面没有紧贴夹持部2a的基准面a(即图2和图3中所示的卡爪2上与夹持部2a靠近卡爪底盘1的一侧相邻的侧面)而出现的零点就位偏差，在夹持部2a靠近卡爪底盘1的一侧设置有过渡槽2c，该过渡槽2c可以使得待夹持的空心工件23在装夹时能够紧贴夹持部2a的基准面a，从而减少待夹持的空心工件23因装夹时的零点就位偏差而导致的切割长度误差。
28.上述的自定心卡盘，在进行待夹持的空心工件23的装夹时，由于预先在卡爪2上设置了可以与不同管径的待夹持的空心工件23的规格相匹配的多个夹持部2a。因此，在进行待夹持的空心工件23的装夹时，只需选择相匹配的夹持部2a，对卡爪2进行细微的调节即可实现对待夹持的空心工件23的定心。因此，在此基础上，如图1和图4所示，本实用新型第一实施方式中所提供的自定心卡盘，在卡爪底盘1上设置有与卡爪2一一对应连接的滑块3，每个滑块3可沿卡爪底盘1的径向移动，且滑块3与卡爪底盘1之间设置有自动复位的弹性机构。
29.具体地，如图2所示，上述弹性机构包括弹簧座4、第一弹簧5和定位螺栓6。如图3所示，滑块3上设置有沿卡爪底盘1的径向延伸的通孔31，弹簧座4穿过滑块3上的通孔31后，将弹簧座4的一端(即图2中具有螺纹的一端)与卡爪底盘1连接，即将弹簧座4旋接在卡爪底盘1上。第一弹簧5设置在通孔31内，将定位螺栓6与滑块3旋接后，定位螺栓6的一端(即远离头部的一端)伸入通孔31并穿过第一弹簧5，使第一弹簧5的一端压持在弹簧座4上，另一端抵接在定位螺栓6上。这样，利用第一弹簧5的弹力撑起滑块3和卡爪2，在夹持部2a上装夹待夹持的空心工件23时，待夹持的空心工件23会挤压卡爪2，进而带动滑块3沿卡爪底盘1的径向移动，从而压缩第一弹簧5。在待夹持的空心工件23装夹到位时，即待夹持的空心工件23装夹完成后，处于压缩状态的第一弹簧5会继续对滑块3形成作用力，即撑起滑块3，从而使卡爪2对待夹持的空心工件23形成支撑固定。
30.其中，为了使第一弹簧5靠近弹簧座4的一端更加稳定，在弹簧座4头部的端面上开设有内凹的盲孔，第一弹簧5的一端可以放置在弹簧座4上的盲孔内，从而为第一弹簧5提供了导向作用，使第一弹簧5在形变过程中更加稳定。
31.具体地，本实施方式中的自定心卡盘在进行装配时，会在卡爪底盘1的中心轴的轴向处设置异形孔，该异形孔与一个异性中心套7(图2所示)进行同轴装配。在卡爪底盘1的径向平面上开设有三条由中心孔向圆周径向辐射通透的滑槽，滑槽的端面呈负(中空)的h型，这里所说的h型滑槽即在滑槽的两个相对侧壁上设置有向相互靠近的一侧延伸的凸起型结构，相邻的两个滑槽之间间隔120
°
，在异性中心套7上开设有三个沿异性中心套7的径向分布的螺纹孔，相邻的两个螺纹孔之间间隔120
°
。在卡爪底盘1的端面上凸设三个滑块3，每个滑块3上的通孔31与异性中心套7上的其中一个螺纹孔保持对应，上述弹簧座4的一端(即图2中具有螺纹的一端)旋接在异性中心套7的螺纹孔内。滑块3为矩形状条块，横向端面呈正(实体)h型，与卡爪底盘1上的负h型滑槽滑动嵌配。进而在滑块3上装配第一弹簧5和定位螺栓6，在定位螺栓6装配完成后，在滑块3的通孔31内装配锁紧螺母8，锁紧螺母8的一端与定位螺栓6的头部端面贴合，锁定定位螺栓6。其中，卡爪2靠近卡爪底盘1的端面上凸设台阶，滑块3上与卡爪2连接配合的端面上凹设安装槽，该安装槽与卡爪2端面上的台阶精准镶嵌配合。卡爪2两侧的平行面与卡爪底盘1上的滑槽侧面滑动贴合。
32.与现有技术相比，由于在待夹持的空心工件23的装夹过程中只需对卡爪2进行细
微的调节，通过第一弹簧5的弹力可以较好地适应对卡爪2的调节，实现一种有档无级的调节效果，即在卡爪2上设置了具有不同尺寸规格的夹持部2a，同时通过第一弹簧5可以对卡爪2上的不同夹持部2a的夹持尺寸进行细微调节。在装夹时，只需使第一弹簧5压缩，便可将待夹持的空心工件23插接在卡爪2的夹持部2a上，同时利用压缩后的第一弹簧5对滑块3的作用力，会撑起滑块3，使卡爪2对待夹持的空心工件23形成稳固的支撑作用，将待夹持的空心工件23固定在卡爪2上，从而方便对待夹持的空心工件23进行插接和拆卸。
33.优选的，在本实施方式中，卡爪2采用自润滑合金材料制作而成，避免对所接触的待夹持的空心工件23的光洁内壁表面造成损伤、铁离子污染。
34.本实用新型第二实施方式涉及一种管切割用固定工装，如图5所示，第二实施方式与第一实施方式大致相同，与第一实施方式不同的是，在卡爪底盘1远离卡爪2的一端设置有夹持件13，该夹持件13用于对该工装进行夹持，图8为该工装在夹持待夹持的空心工件23后通过切割头24进行切割作业时的结构示意图。
35.与现有技术相比，本实用新型第二实施方式所提供的管切割用固定工装中，在卡爪底盘1远离卡爪2的一端设置有可装夹至机床上的夹持件13，可以通过夹持件13，将该工装装夹到现有的数控切管设备中，从而实现了原有数字化激光切管设备的适用功能的扩展。
36.其中，该工装在从夹持部2a上拆卸夹持后的空心工件23时，由于卡爪2受到的挤压作用会消失，第一弹簧5的弹力作用会突然撑起滑块3。因此，为了在拆卸夹持后的空心工件23时，对滑块3起到一个缓冲的作用，在夹持件13与滑块3之间设置有缓冲机构。
37.具体地，如图6和图7所示，该缓冲机构包括第二弹簧9、调节螺钉10和锁紧螺钉11，滑块3上设置有沿卡爪底盘1的径向延伸的导向孔32(图4所示)，第二弹簧9设置在导向孔32内，将调节螺钉10的一端(即具有螺纹的一端)穿过第二弹簧9并与滑块3连接，将锁紧螺钉11与夹持件13连接并且使锁紧螺钉11的一端(即具有螺纹的一端)旋接在调节螺钉10的头部螺纹孔内，使第二弹簧9的一端压持在导向孔32的底部，另一端抵接在调节螺钉10的头部端面上。这样，利用第二弹簧9的弹力，可以对滑块3形成指向卡爪底盘1的中心轴线o的作用力，该作用力可以抵消一部分第一弹簧5形成的作用力，从而在卸下夹持后的空心工件23时，对滑块3起到一个缓冲作用。
38.优选的，该缓冲机构的数量与上述第一实施方式中弹性机构的数量相对应，即滑块3上的导向孔32与通孔31为一一对应的关系。对应的导向孔32和通孔31的轴线位于滑块3的同一径向平面上，从而使对应的第二弹簧9和第一弹簧5的作用力同样位于滑块3的同一径向平面上，以保证滑块3在沿卡爪底盘1的径向移动时的稳定性。
39.优选的，为了在切割作业过程中实现对工装上所夹持的件23的冷却，在卡爪底盘1的中心轴的轴向方向上设置有穿过夹持件13以及卡盘的液体管道12。如图6所示，该液体管道12远离卡爪2的一端设置有进水口12a，液体管道12的另一端(即靠近卡爪2的一端)设置有出水孔12b。进水口12a可以连接机床上的冷却液出口，而从出水孔12b喷出的冷却液可以到达夹持后的空心工件23的内表面，从而对夹持后的空心工件23起到冷却作用，以保护夹持后的空心工件23的内表面免因切割飞溅而遭受损伤。
40.其中，为了对液体管道12上的出水孔12b的位置进行调节，该液体管道12采用长度可调式结构实现，具体包括进水管121、螺纹接头122、活塞123和出水管124，进水口12a设置
在进水管121的一端，进水管121远离进水口12a的一端套接在螺纹接头122的一端，活塞123设置在螺纹接头122内且活塞123的外壁与螺纹接头122的内壁滑动配合，出水管124的一端穿过螺纹接头122的另一端并插接在活塞123内，出水孔12b设置在出水管124的另一端。这样，通过活塞123与螺纹接头122之间的滑动配合，出水管124可以伸缩或拉出一段距离，就使得在切割具有不同管径的待夹持的空心工件23时，可以调整出水管124上的出水孔12b对夹持后的空心工件23的冷却位置，即使出水孔12b的位置对正夹持后的空心工件23的切割位置，从而对夹持后的空心工件23实现冷却及内表面的保护。
41.具体地，本实施方式中的夹持件13可以采用一根圆管构成，具体结构如图5和图6所示，在卡爪底盘1远离卡爪2的一端连接第一法兰14，卡爪底盘1与第一法兰14之间可通过螺栓进行连接，同时，卡爪底盘1的端面与第一法兰14的端面之间可通过止口结构进行轴向定位。将该圆管的一端与第一法兰14进行焊接固定，同时，圆管与第一法兰14的端面之间也可以采用止口结构进行轴向定位。通过圆管，将该工装装夹到现有的切管机床上进行使用，从而实现该工装与切管设备的接合，在与数字化管切割设备配套使用时，不仅确保了产品质量、提高了作业效率，而且还拓展了数字化切割设备或常规设备作用的通用性。其中，上述缓冲机构中的锁紧螺钉11沿第一法兰14的径向旋接在第一法兰14上，从而实现滑块3与夹持件13(即本实施例中的圆管)之间的缓冲。
42.上述管切割用固定工装在装配液体管道12时，会在圆管的另一端焊接固定第二法兰15，进而在第二法兰15上连接内法兰16，在内法兰16上同心镶配衬套17，进水管121同心穿过衬套17，进水管121上进水口12a处的外圆与衬套17的内孔同心配合，进水管121远离进水口12a一端的内孔与螺纹接头122一端的凸缘同轴连接，螺纹接头122另一端的内孔装有密封衬圈18，同时螺纹接头122的外螺纹与异性中心套7一端的内螺纹旋合连接，密封衬圈18的端面与异性中心套7一端的内螺纹孔端面贴合密封。活塞123同心插入螺纹接头122内，活塞123的外表面上设置有三圈同轴第一环槽，分别装入o形密封圈19，做活塞123的外壁与螺纹接头122的内壁之间的滑动密封，活塞123的外表面上还设置有一圈第二环槽，套装滑动衬圈20，做活塞123的外壁与螺纹接头122的内壁之间的滑动支承。出水管124远离出水孔12b的一端穿过密封衬圈18，伸入螺纹接头122内孔与活塞123的一端同轴连接。异性中心套7靠近卡爪2一侧的端面处同轴装配有滑动衬套21，出水管124设置有出水孔12b的一端穿过滑动衬套21并伸出卡爪底盘1，滑动衬套21用于支撑出水管124与活塞123的同轴滑动。
43.优选的，在出水管124设置有出水孔12b的一端还设置有拉杆22，而在拉杆22的外表面上进行滚丝，供推拉伸缩出水管124，调节出水孔12b到达最佳作业出水位置。
44.优选的，在出水管124的一端设置有三组出水孔12b，以适应夹持后的空心工件23在切割时所需的冷却长度。
45.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。