[0001] 本发明涉及全自动六杆活塞浮动卡盘及采用这种浮动卡盘的工件装卡机构，属机械技术领域。

[0002] 现有磨床的头架和尾架多采用卡盘进行工件装夹，通过夹紧工件使其与工作台相连，并通过机床的动力使工件旋转，以便进行切磨削等机加工。现有卡盘有多种形式，从卡盘爪数上可以分为两爪卡盘、三爪卡盘、四爪卡盘、六爪卡盘和特殊卡盘；从使用动力上可以分为手动卡盘、气动卡盘、液压卡盘、电动卡盘和机械卡盘；从结构上可以分为中空卡盘和中实卡盘。例如，中国专利文献CN111673617A公开了一种磨床浮动爪卡盘，包括第一卡盘、第二卡盘、滑槽、第一滑块、卡爪、转动杆、弹簧、第一活动块、第一转盘、固定轴、转动块、端面齿轮、齿轮圈、第二转盘、第二活动块、第二滑块、固定块、连接杆、固定杆、延伸轴、螺杆、螺母、套轴和限位杆，通过转动杆的设计在进行工件夹紧时转动杆先接触工件，继续进行夹紧时，通过转动杆的转动推动工件发生轴向移动，通过工件的浮动提高工件夹持的稳定性，避免加工时造成工件偏移的问题；通过第二卡盘的设计方便对管状工件的内壁进行支撑，解决了管状工件夹紧时因用力过大而导致工件发生变形的问题，也避免了夹紧力度较小而导致工件发生移动的问题。中国专利文献CN115723044A公开了一种外圆磨床浮动卡盘，采用气缸带动棘爪并驱动棘轮转动，单向滚针轴承限制浮动盘反向转动，定位轴固定在浮动盘上；通过棘轮及储能器带动三个卡爪沿各自定位轴双向旋转，卡爪爪部为偏心弧；浮动盘内孔及两侧与安装座间留有间隙，通过分离式机构驱动三个卡爪反向转动，内置储能器驱动三个卡爪正向转动，卡爪爪部为偏心弧，实现卡爪张口扩大及缩小，浮动盘控制各卡爪爪部与转轴有效接触，进而实现转轴的自动夹紧及松开，通过气动驱动的一种浮动卡盘，实现转轴磨削过程的自动夹紧与松开，工作时驱动机构与卡盘分离，同时夹具占位长度短，为实现转轴磨削自动化提供必要条件。中国专利文献CN107225445A公开了一种数控精密外圆磨床用高精度液压卡盘，包括卡盘本体、弹簧、弹簧螺栓、夹紧滑动套、卡爪、油缸顶销、活塞和油缸盖，所述卡盘本体内一侧设有往复运动的活塞，所述活塞外侧设有油缸盖，所述活塞内侧分别通过油缸顶销活动连接有多个往复运动的夹紧滑动套，所述夹紧滑动套内安装有叠型弹簧以及固定所述叠型弹簧的叠型弹簧螺栓，其设计独特，体积小，夹持力大，调整方便，重复性和再显性好，动作响应快，一组不对称圆弧卡爪对工件无压痕，使用寿命长。中国专利文献CN113878495A公开了一种磨床浮动爪卡盘，包括底座，所述底座上开设有安装槽，所述安装槽为“凸”型结构，所述安装槽内设置有卡爪，所述卡爪可以独立调节，相邻所述卡爪的侧面之间活动安装有万向联轴器，通过设置多个可以独立调节的卡爪以及卡爪内的调心机构，可以针对工件表面的形状以及偏心度独立的调节卡爪的位置和状态，更好的对工件进行直接夹持，使得工件不偏离加工中心，而不需要再加装别的辅助机构；通过设置可伸缩式的万向联轴器，不会对独立调节每个卡爪的位置产生限制，同时也可以使得在调节其中一个偏心卡轮的角度时，其余偏心卡轮的角度也会同步改变，便于工件的加装。这些现有技术各有特色，分别适用于各自适应的场合。但依然存在一定的局限性，特别是随着现代机械加工行业对生产效率的不断提高，越来越多的客户需求高效率的端面外圆磨床，要求在全自动生产线上，配合机械手自动上下料，同时还要求一台端面外圆磨床经一次装卡就能够完成磨削工件的两端端面及外圆部位，上述现有技术在如何避免对机械手上下料的妨碍、如何避免对工件端面磨削的妨碍、如何避免对工件中心跳动的妨碍及如何避免划伤工件表面等方面依然有待进一步改进，以能够较好地适应于机车车轴等工件的端面外圆加工。

[0003] 本发明的目的是提供一种能够更好地适应于机车车轴等工件端面外圆加工全自动六杆活塞浮动卡盘及工件装卡机构。

[0004] 本发明的技术方案是：全自动六杆活塞浮动卡盘，设有油缸，所述油缸设有回转缸体(简称缸体)及与回转缸体(缸体内空腔)适形的环形活塞(简称活塞)，所述回转缸体固定安装在主轴上，所述环形活塞上设有多个活塞杆，油缸的前侧设有中空(设有中央通孔)的转盘，各活塞杆的前端均与转盘柔性连接，转盘的内圆面上设有若干偏心槽，所述偏心槽内设有滚珠和位于滚珠周向后侧(夹紧方向的反向侧，也就是，夹紧过程中滚珠在偏心槽内的相对移动方向的反向侧)的推力弹簧，所述推力弹簧的前端连接/抵压在滚珠上(滚珠的后侧)，位于滚珠活动范围内的偏心槽槽底深度(槽底至转盘内圆面的径向距离，或称槽深)由后至前(夹紧方向上由后至前)逐渐减小。

[0005] 所述活塞杆的数量优选为6个，依据实际需要也可以设置其他数量的活塞杆。

[0006] 通常情形下，各活塞杆可以等间距(等角距)分布在同一圆周上，也可以采用其他规则分布方式，例如，非等间距的镜像对称分布。

[0007] 所述偏心槽的数量优选与活塞杆的数量一致(例如，6个)，分别与各活塞杆对应。

[0008] 所述油缸的两个油路接口(有杆腔接口和无杆腔接口，可分别称为油缸的第一接口和第二接口)分别通过各自的回转接头连接液压控制系统的两个油路接口(相应的，可分别称为液压控制系统的第一接口和第二接口)，由此形成油缸液压油的供回油回路(回路的具体形式依据液压控制系统的设置)。

[0009] 进一步地，所述回转接头旋转安装在缸体的外侧。

[0010] 进一步地，所述液压控制系统中设有具有自锁功能的单向阀(包括单向阀组)，所述具有自锁功能的单向阀可采用液控单向阀。

[0011] 优选地，所述活塞杆的外端设有垂直于活塞杆(垂直于活塞杆的中心轴线)的销轴，所述转盘上设有分别与各销轴对应的转盘销轴孔，所述销轴插接在转盘销轴孔上，两者之间(销轴和转盘销轴孔之间)设有柔性隔套，由此实现活塞杆的前端与转盘的柔性连接。

[0012] 例如，所述转盘的外缘设有分别与各活塞杆对应的开口朝外的U形安装结构，所述转盘销轴孔设置在U形安装结构的两侧，所述活塞杆的外端设有的活塞杆销轴孔，所述销轴穿过对应活塞的活塞杆销轴孔，两端分别插接在位于相应U形安装结构两侧的转盘销轴孔上。

[0013] 优选地，所述活塞杆上(活塞杆外端)设置的活塞杆销轴孔(销轴孔的轴线)垂直于活塞杆(活塞杆的轴线)且垂直于过销轴孔中心的径向(与缸体中心轴线/轴线延长线垂直相交的直线方向)，所述U形安装结构上的转盘销轴孔的轴线(或称中心轴线)与相应活塞杆上的活塞杆销轴孔的轴线重叠(位于同一直线上)。

[0014] 优选地，所述销轴与相应活塞杆上的活塞杆销轴孔轴向(销轴或销轴孔的中心轴线方向)滑动配合。

[0015] 优选地，所述偏心槽为等宽槽，两侧槽壁的主体部分呈相互平行的平面状，其宽度与滚珠大小相适应，通常可以略大于滚珠直径，以允许滚珠两侧槽壁的限定下在槽中前后(周向上的前后)滚动且不左右(转盘轴向)晃动。

[0016] 优选地，所述偏心槽的槽口两侧的槽壁上设有缩口阶台(能够形成缩口的阶台结构)，由此使得槽口宽度小于槽(主体部分)的宽度，且允许滚珠中的一部分从槽口露出但不允许滚珠全部脱出(也就是，槽口宽度小于滚珠直径)，从而允许滚珠从槽口露出与工件接触。

[0017] 优选地，所述滚珠采用弹性滚珠(或称柔性滚珠)。

[0018] 工件装卡机构，可用于磨床等机加工设备的头架和尾架，包括浮动卡盘和顶尖，所述浮动卡盘采用本发明公开的任一种全自动六杆活塞浮动卡盘，所述顶尖为活顶尖，从浮动卡盘的中空穿过。

[0019] 本发明的有益效果是：由于卡盘采用中空结构，能够与顶尖协同组成工件装卡机构，协同实施对工件的装夹，回转油缸可直接安装在头架、尾架的回转主轴上，适应于头架和尾架交替驱动工件的作业方式；由于不设卡爪，而是采用滚珠夹紧，同时滚珠材料由金属改为聚氨酯或POM，具有柔性夹紧和不划伤工件的特点，还可以自动适应工件的形状，避免过定位；由于设置滚珠，可通过弹性滚珠在偏心圆滚道上滚动，实现夹紧工件和自锁功能；由于设置了具有自锁功能的液控单向阀，实现了相关状态下的自锁；实现了全自动功能，装卡时无需人工或采用其他辅助设置将工件轴向移动，也无需对卡爪进行手动调整以校准工件的中心。

[0020] 本发明的浮动卡盘能够有效地避免对机械手上下料的妨碍，有效地避免对工件端面磨削的妨碍，有效地避免对工件中心跳动的妨碍，有效地避免划伤工件表面，更好地适应于机车车轴等工件的端面外圆加工。附图说明

[0021] 图1是本发明浮动卡盘的主视示意图(X‑X剖视图，夹紧状态)；

[0022] 图2是本发明浮动卡盘的俯视示意图(Y‑Y剖视图，松开状态)；

[0023] 图3是本发明浮动卡盘的侧视示意图(Z向视图)；

[0024] 图4是本发明涉及的浮动卡盘快速维护和调整机构的构造示意图；

[0025] 图5是本发明浮动卡盘的运动简图；

[0026] 图6是本发明浮动卡盘的液压控制系统的原理示意图；

[0027] 图7是本发明浮动卡盘协同机械手上下料的状态示意图；

[0028] 图8是本发明涉及的六杆活塞中空回转油缸的构造示意图，其中左图显示活塞和活塞杆的主视图，右图显示回转油缸缸体及活塞杆分布的侧视图；

[0029] 图9是本发明涉及的柔性夹紧机构的构造示意图；

[0030] 图10是本发明涉及的浮动连接机构的构造示意图，其中左图为相关部位的主视图，右图为侧视图；

[0031] 图11是本发明涉及的磨床布局图；

[0032] 图12是本发明涉及的浮动连接和柔性卡紧的局部放大图，其中左图为相关部位的主视图，右图为侧视图。

[0033] 一、浮动卡盘的组成

[0034] 参见图1‑图3，本发明的全自动六杆活塞浮动卡盘(简称浮动卡盘)主要包括以下几部分：A.中空油缸及回转接头；B.六活塞杆中空活塞；C.浮动连接机构；D.柔性夹紧机构。

[0035] 中空油缸及回转接头(A部)包括：油缸端盖A1、密封圈A2、油缸缸体A3、密封圈A4、回转接头A5、轴承A6、轴承隔套A7、回转接头A8、密封圈A9、密封圈A10、A11螺钉、螺钉A12和螺钉A13。

[0036] 六活塞杆中空活塞(B部)包括：活塞B1、活塞杆B2(6个)、螺母B3、密封圈B4和密封圈B5。

[0037] 浮动连接机构(C部)包括：销轴C1、橡胶隔套C2和卡簧C3。

[0038] 柔性夹紧机构(或称柔性夹紧执行机构，D部)包括：滚珠(特别是，柔性滚珠)D1、弹簧D2、转盘D3、螺钉D4和端盖D5。

[0039] 另外，工作过程中还涉及其他相关件：工件E1(例如，机车车轴)、活顶尖E2、头架主轴E3和砂轮E4。

[0040] 图1和图2分别示出了浮动卡盘的夹紧状态和松开状态。在松开状态下，油缸带动转盘D3缩回后，远离了工件E1和砂轮E4，为工件端面磨削和机械手上下料留出了运动空间，避免干涉/妨碍。

[0041] 回转油缸的缸体A3呈环形(横截面为环形)的中空结构，中央为用于设置活顶尖的孔道(或称中空，通常为圆柱形孔道，与顶尖的外形相适应，允许活顶尖穿过以执行相应功能)。可以依据常规的油缸设计设置油缸端盖A1及各处的密封圈，依据加工和装配便利在整个缸体上划分油缸缸体(主体部分)和端盖的区域范围/分界面。活塞B1的形状与油缸的环形内腔形状相适应，六个活塞杆在同一圆周上均匀分布，穿过油缸端盖A1上各自对应的通孔，其右端(位于缸体内)通过螺纹连接方式(可设置紧固螺母)固定安装在活塞上，其左端(位于缸体外)设有活塞杆销轴孔。转盘D3的外侧延伸出用于连接销轴的安装板组，与转盘(主体部分)一同构成U形安装结构，每个安装板组包括两个相互平行的安装板(或者安装耳)，两安装板分别位于相应销轴周向上的两侧，安装板上设置与销轴对应的转盘销轴孔。销轴C1穿设在对应的活塞杆销轴孔和转盘销轴孔上，两端分别从相应安装板上的转盘销轴孔外端露出，且用卡簧C3轴向固定(限位)。橡胶隔套C2设置(填充)在销轴和转盘销轴孔之间，处于一定的受压状态，通过橡胶隔套的变形，允许销轴相对于转盘销轴孔做一定的轴向和径向移动，由此实现销轴与转盘之间的柔性连接。销轴和活塞杆销轴孔之间可以留有微小间隙或不留间隙，以允许销轴相对于活塞杆销轴孔有一定的轴向滑动。活塞杆销轴孔的中心位置位于同一个圆周(或者说圆)上，该圆周(所在平面)垂直于浮动卡盘/油缸的中心轴线(或称轴线)，活塞杆销轴孔的中心轴线位于该圆周圆形在活塞杆销轴孔的中心的切线上，转盘销轴孔的轴线(中心轴线)与对应的(穿设同一销轴的)活塞杆销轴孔的轴线(中心轴线)重叠(位于同一直线上)，且垂直于所在安装板的两侧平面(两大面)。

[0042] 转盘D3的内圆(径向上的内表面，或称内圆柱面，或内圆面)上开设有若干用作滚珠的偏心圆滚道的偏心槽(例如，6个，对应于6个活塞杆)。所述偏心槽的前后侧(轴向两侧)槽壁可以为平面，垂直于浮动卡盘/油缸的中心轴线，槽底为偏心曲面，通常采用平行于浮动卡盘/油缸中心轴线的柱面形，槽内设有滚珠D1以及位于滚珠一侧(周向一侧)的推力弹簧，滚珠侧的(滚珠活动范围内的)槽深(槽底至转盘内圆的径向尺寸)逐渐减小(自近推力弹簧侧至远离推力弹簧侧逐渐减小)，大致呈其中心轴线与转盘中心轴线有一段偏心距离的圆柱面，该圆柱面的半径优选大于转盘内圆的半径，偏心槽的宽度与滚珠直径相仿(可略大)，以允许滚珠在偏心槽内滚动，槽口(偏心槽的槽口)两侧的槽壁上设有缩口阶台(用于形成缩口结构的阶台)，使槽口宽度小于槽(主体部分)的宽度，且允许滚珠中的一部分从槽口露出但不允许滚珠全部脱出(也就是，槽口宽度小于滚珠直径)。可以设置适宜的槽底形状、槽深以及缩口阶台等，使滚珠能够在偏心槽内移动，滚珠从槽口露出部分的大小由相应部位的槽深限定，使得滚珠滚动到不同位置时(例如，滚珠活动范围的两端)能够分别卡紧和松开(释放)工件。

[0043] 基于偏心槽加工上的便利，可以将转盘分为转盘主体(转盘的主体部分)和端盖D5(或称转盘盖板)两部分。转盘盖板位于转盘主体前侧，与转盘主体固定连接(例如，螺纹连接/螺栓紧固)为一体。在转盘主体上加工出偏心槽的主要部分(主体上的偏心槽结构)，端盖D5的大小至少应盖住转盘主体上的偏心槽结构，形成偏心槽的前侧槽壁，槽口两侧槽壁上的缩口阶台分别设置在转盘主体和转盘盖板上的相应部位。

[0044] 端盖D5的数量可以为若干个，分别设置于(盖在)各自对应的偏心槽前侧；也可以采用一个大的端盖D5，同时盖在各偏心槽的前侧。这种大的端盖的面积(其大面的面积)可以与转盘(转盘主体部分)相同，使端盖的内圆面和外圆面(径向上的外表面，或称外圆柱面，或外圆)与转盘主体部分上的内圆面和外圆面完全对齐，形成等径的圆柱面。

[0045] 可以依据实际需要通过焊接和螺纹连接(例如，螺钉、螺栓和螺母等连接件的紧固连接)等方式实现各相关部分的固定连接，可以依据实际需要设置活动连接的配合方式及配合间隙(设有时)，可以通过设置密封圈等方式实现油路的连接和密封，可以依据实际需要在相互连接的件之间设有企口或阶台状的连接/配合面。

[0046] 二、浮动卡盘的工作原理

[0047] 油缸缸体A3用4个螺钉A12固定在头架(或尾架)主轴E3或头架(或尾架)回转拨盘上，通过回转接头A5向回转油缸泵入液压油(亦可采用压力空气替代液压油，在此情形下，所称油缸可视为/等效替换为气缸)，推动活塞B1向左运动，固定在活塞B1上的6个活塞杆B2做伸出(向左，依图1所示方向)运动，6组固定在活塞杆B2上的销轴C1通过各自的橡胶隔套C2同步柔性带动转盘D3向左运动，套入工件E1(此时，转盘D3中的6组弹簧D2压出的滚珠D1，被工件E1顶回到偏心圆滚道上)，伸出动作完成。

[0048] 头架主轴E3顺时针旋转(依图3所示方向)，6个活塞杆B2通过橡胶隔套C2柔性拨动转盘D3和其内部的6个滚珠D1旋转，6个滚珠D1夹在工件E1和转盘D3偏心圆滚道之间作顺时针滚动，从6个方向夹紧工件E1，夹紧动作完成。

[0049] 在夹紧过程中，同步进行浮动连接。一方面是转盘D3依靠12个橡胶隔套C2浮动：轴向上，通过12个橡胶隔套C2的弹性变形浮动；径向上，通过12个橡胶隔套C2的弹性变形。另一方面是6个销轴C1可分别在6个活塞杆B2上滑动，实现浮动。

[0050] 6个滚珠D1可采用聚氨酯或POM等具有适宜弹性的材料。在夹紧工件E1过程中可弹性变形，实现柔性夹紧。

[0051] 在卡盘夹持和夹紧工件E1的过程中，工件E1已经被2个活顶尖E2定心，通过上述浮动连接和柔性夹紧，避免了夹紧过程中浮动卡盘对工件E1中心的影响(过定位)。

[0052] 三、六杆活塞的布局结构

[0053] 6组活塞杆B2、销轴C1、滚珠D1和弹簧D2均布在360°圆周范围内(周向均布)。另外，6组(每组两个)橡胶隔套C2等零件也为周向均布。

[0054] 由于销轴C1安装时，需要没有阻碍的插入转盘D3的孔中，相应占据着一部分空间。为了避免干涉，各组销轴C1、滚珠D1、橡胶隔套C2被安置为间隔60°的角度，同组各件之间也依据实际需要设有一定的距离或角度间隔。同理，为了避免干涉，螺钉A12和回转接头A8的油路接口可间隔15°的角度。

[0055] 根据端面外圆磨床型谱的标准，还要避免与砂轮之间的干涉，因此浮动卡盘的径向空间受到限制，因需要配置活顶尖E2，卡盘形状必须为中空。另外，活顶尖E2的长度受到限制(过长会降低支撑定位的刚度)，造成浮动卡盘的轴向空间受到限制。在有限的空间里，容纳下诸如浮动连接、柔性夹紧、中空油缸、回转接头、六杆活塞、偏心圆滚道等众多机构，上述交错(间隔一定的角度)安置的布局是必须的方式，有效地避免了这些干涉。

[0056] 四、涉及浮动卡盘的快速调整机构

[0057] 参见图4，由于浮动卡盘应用在自动生产线上，在更换工件时应能够快速调整，满足夹具更换夹持范围的功能要求，本发明的浮动卡盘构造很好地满足了这种要求。例如，通过拆卸6组螺钉D4和端盖D5，可以快速更换易损件滚珠D1和弹簧D2；通过拆卸6组卡簧C3和销轴C1，可以快速更换易损件橡胶隔套C2。

[0058] 针对工件E1直径尺寸变化，通过拆卸6组卡簧C3，可以快速更换转盘D3(其中空的孔径和偏心圆轨道的形状相应缩放)。

[0059] 五、六杆活塞浮动卡盘的运动模式

[0060] 参见图5，浮动卡盘有6组复合滑块机构，可实现轴向大行程移动、径向小行程移动(浮动)，通过转盘D3的移动和转动保证在夹紧工件E1时具有浮动功能。

[0061] 六、浮动卡盘的液压控制系统

[0062] 参见图6，液压控制系统包括：油泵F1、减压阀F2、压力表F3、电磁换向阀F4、液控单向阀F5和油缸F6。

[0063] 液压控制原理：浮动卡盘的活塞杆伸出缩回动作通过电磁换向阀F4切换而实现，浮动卡盘的基础支承刚度通过调节减压阀F2(可观察压力表F3)实现。磨削加工过程中，如果外圆磨床遇到突然断电、或者油泵F1损坏造成压力不足等故障时，液控单向阀F5会锁住油缸F6停止运动，避免产生安全隐患。

[0064] 七、浮动卡盘配合机械手上下料的工作方式

[0065] 参见图7，涉及浮动卡盘配合机械手工作的相关部分包括：头架G1、浮动卡盘G2、尾架G3、机械手G4。

[0066] 浮动卡盘配合机械手上下料的工作方式：随着现代机械加工行业对生产效率的不断提高，对高效率的端面外圆磨床的需求越来越多，要求在全自动生产线上，配合机械手自动上下料。并且，一台端面外圆磨床，一次装卡后，磨削工件的两端端面及外圆部位。由此产生了对本发明浮动卡盘相应功能的需求。相对于常见技术，可以取消在工件E1两端安装驱动卡箍，直接由浮动卡盘G2夹紧工件E1的两端后驱动，且不对夹持部位造成划伤。机械手G4上下料时，浮动卡盘G2处于松开位置，不与机械手G4干涉。

[0067] 由于这种头架和尾架的浮动卡盘不会妨碍机械手作业，所述机械手可以采用任意适宜的现有技术，依据现有作业方式实施上下料作业。

[0068] 八、浮动卡盘的构造及相关特点

[0069] 1、六杆中空活塞(参见图8)

[0070] 1)与常见只有1个活塞和1个活塞杆的标准油缸相比，本发明的油缸采用呈中空结构且设有6个活塞杆的活塞(可称为六杆中空活塞)。由于在用6个标准油缸分别驱动6个活塞杆运动的情形下，无法保证各活塞杆达到相同的速度和同步性，需要设置同步机构和调速机构。而采用本发明这种六杆中空活塞(依据实际需要，亦可设置其他数量的活塞杆)，从根本上保证了六个活塞杆的同步，无需设置同步机构和调速机构。

[0071] 2)相对标准油缸的封闭(中实)结构，本发明的油缸端盖A1和油缸缸体A3均采用环形结构，形成整体上的中空结构，活顶尖E2可以从油缸端盖A1中间穿过，这样保证了外圆磨床要求的活顶尖E2对工件E1的定心。

[0072] 3)从加工工艺角度考虑，为了满足6个活塞杆B2运行顺畅，可以在油缸端盖A1和活塞B1同时加工出其上用于装配6个活塞杆B2的6个通孔，保证通孔相对零件中心的位置度。

[0073] 2、柔性夹紧机构(参见图9和图12)

[0074] 1)6个滚珠D1从6个方向夹紧工件E1，滚珠材料为聚氨酯或POM，具有弹性，其硬度(邵氏50～80HA)低于工件硬度(HRC40～60)，不会造成划伤。由于涉及已经磨削过的工件表面，如采用现有技术下双V形块卡盘或三凸轮卡盘的金属硬爪，夹紧过程中和工件相互滑动，则易于产生划痕。

[0075] 2)滚珠D1的运动方式为滚动，有利于夹紧和保护工件表面；同时可以自动适应工件的形状，避免过定位。

[0076] 3)滚珠为弹性材料，夹紧工件后，接触部位局部变形为贴近工件的圆弧形，接触面积大，容易把持夹紧工件。同时，由压力产生的摩擦力使卡爪和工件不易相对滑动。

[0077] 4)6个滚珠D1的摆动基座/基础为转盘D3，在夹紧过程中，彼此联动，可以更好自适应，夹紧工件E1。

[0078] 5)因为端面外圆磨床加工的工件由其两端顶尖定心，且外圆表面的跳动和尺寸公差都达到磨前工序的加工要求(例如，0.04mm)。经浮动卡盘的浮动夹紧动作，6个柔性滚珠D1产生弹性变形，夹紧工件。磨削过程中，持续通过液压油保持足够的夹紧力，所配置的液控单向阀能够实现液压锁紧，防止机床突然断电时出现夹具故障。

[0079] 3、浮动连接机构(参见图10和图12)

[0080] 1)涉及的件：销轴C1、橡胶隔套C2、卡簧C3、转盘D3、弹簧D2和滚珠D1；

[0081] 2)伸出过程：工件E1被2个活顶尖E2顶紧后，其中心已经对正。转盘D3伸出时，弹簧D2压出的滚珠D1沿着工件E1端部的倒角(2×45°)套入工件E1，此时滚珠D1随着弹簧D2浮动，最终贴住工件E1外圆表面。

[0082] 3)夹紧过程：转盘D3顺时针转动，偏心圆滚道与滚珠D1的接触点不断缩小，滚珠D1在三个外力(分别由弹簧、偏心圆滚道、工件表面发出的作用力)的作用下浮动，最终夹紧工件E1。

[0083] 4)拨动过程：夹紧后，转盘D3和工件E1已经固定为一体，6个活塞杆B2通过12个橡胶隔套C2拨动转盘D3和工件E1，随着橡胶隔套C2的弹性变形实现浮动。

[0084] 5)浮动连接包含两处：

[0085] i)活塞杆B2和转盘D3之间是通过弹性体橡胶隔套C2进行浮动连接。伸出动作时转盘D3浮动，以利于D1滚珠进入工件E1，且在两者接触时起到缓冲的作用。在夹紧动作以及随后工件E1被连续拨动时，避免活塞杆B2对工件E1造成过定位，影响加工精度。

[0086] ii)D1滚珠和转盘D3之间是通过弹簧D2进行浮动连接。伸出动作时，D1滚珠在转盘D3和端盖D5形成的空间中滚动，最终夹紧工件E1。这种浮动连接利于D1滚珠快速贴近工件E1外圆表面，并且对其形状自适应。

[0087] 4、回转接头

[0088] 采用回转接头实现油缸的油路连接，以油缸缸体A3的外圆为基础，由2个轴承A6支撑回转接头A5和回转接头A8做回转运动，两端由2个密封圈A4密封，在主轴旋转时所连接的油管不随着扭转。

[0089] 5、防止划伤和不影响跳动的相关构造

[0090] 1)在机械手自动上下料的时候，转盘D3能够快速远离工件，以方便机械手上下料，避免发生干涉和碰撞事故；当机械手离开时，还能够快速完成夹紧动作，减少了人工装卸卡箍的动作，降低了劳动强度，提供了加工效率。

[0091] 2)更换工件时，为适应工件外圆直径改变，可调整卡爪的夹持范围(例如，从φ100到φ150)，快速实现夹具调整，提高加工效率。

[0092] 3)6个滚珠D1夹紧工件，相对于现有双V形块卡盘和三凸轮卡盘，在浮动卡盘类型中，容易调整卡爪，且不会对工件表面造成损伤。

[0093] 4)滚珠D1在夹紧时，因滚珠硬度低且采用滚动夹紧，能够避免划伤工件已磨削表面。在偏心圆滚道上形成自锁，在突然液压或气压的压力下降时，能够继续拨动工件E1。因为橡胶隔套C2具有弹性变形的能力，在拨动过程中，不会影响工件的跳动(类似于挠性联轴节)。

[0094] 九、装卡机构(或称装夹机构)及磨床

[0095] 参见图11，本发明的浮动卡盘可与活顶尖配合组成机床的工件装卡机构，用于磨床头架和尾架。这种装卡机构的磨床适应于机车车轴等大工件的外圆端面磨削，能够在一次装夹后磨削工件的两端端面及外圆部位。

[0096] 磨床的相关组成：头架G1、尾架G3、左砂轮架G5、右砂轮架G6、左滑台G7和右滑台G8，头架G1、尾架G3均设有浮动卡盘G2和活顶尖E2。能够一次装夹完成车轴的两端端面和外圆的磨削工序。

[0097] 本发明能够满足下列功能需求：

[0098] 1)允许数控端面外圆磨床的头架和尾架交替驱动工件；

[0099] 2)在机械手上下料时，卡盘退出上下料区域，避免干涉；

[0100] 3)在砂轮磨削工件两端时，卡盘退出磨削区域，避免干涉且外径够小；

[0101] 4)卡盘中空且孔径够大，允许配活顶尖，适应于车轴等大重量工件；

[0102] 5)采用柔性滚珠夹持工件，在工件表面已经磨削过的情形下不会划伤工件表面；

[0103] 6)卡盘中设置有效、可靠的浮动连接，驱动工件时不影响工件的中心跳动。

[0104] 本说明书中所有方向性指示(例如左、右等)仅用于解释在某一特定姿态或实施方式下各相关部件在相应方向上的相对位置关系或在多个方向上的相对位置关系，不构成对实际使用方向的限定，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外还可以理解的是，至少部分方向(例如，周向)上相对位置的调换，不妨碍技术方案的实施。

[0105] 本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定时，均可以任意组合，形成若干不同的具体实施方式。