CN101386136B - 一种自锁夹紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自锁夹紧装置，包括温控微量位移驱动装置、面积效应行程放大装置以及双边单作用铰杆增力自锁夹紧装置，所述温控微量位移驱动装置包括一中空薄壁管，其内设有半导体快速制热/制冷元件；所述面积效应行程放大装置包括一主动活塞输入缸体，主动活塞一端设有绝热垫并与中空薄壁管固定连接，另一端设有液体介质，通过管路分别连接左、右输出活塞结构；双边单作用铰杆的铰接点位于左、右输出活塞结构之间，其上设有滚轮，一端固定连接有力输出元件。本发明通过温控微量位移驱动装置，经面积效应行程放大装置驱动双边单作用铰杆进行自锁夹紧，提高了能源的利用效率，稳定性好，无污染并且自锁性能优良。

Description

一种自锁夹紧装置

技术领域

本发明涉及一种夹紧装置，具体涉及一种采用铰杆增力自锁机构的夹紧装置。

背景技术

无论是传统机械制造业，还是现代机械制造业，机床夹具的作用都是十分重要的。而机床夹具的核心，则是夹紧装置。

目前在生产中广泛使用的机动夹紧装置，大多采用气动或者液压传动，并配合以适当的夹紧机构。中国实用新型专利CN2855645Y中公开了一种气动夹紧装置，主要由气缸、本体、滑块、连杆、传动轴、压杆以及压板等组成，利用气动原理，当气缸杆在气压作用下伸出时，便通过接头带动滑块向上运动，连杆又迫使摇杆带动传动轴及压杆围绕固定点转动从而实现对工件的压紧。利用液压驱动的夹紧装置如中国实用新型专利CN201015851Y中公开的一种液压夹紧装置，包括液压缸和第一夹紧件以及第二夹紧件，液压缸包括缸筒和活塞杆，第一夹紧件与缸筒连接，第二夹紧件与活塞杆相连接，当液压缸中通入压力油后，活塞杆和缸筒之间产生相对运动，从而使分别与它们相连接的第一夹紧件和第二夹紧件产生相对运动，将待夹物夹紧。

然而，在实际的使用中，液压与气动夹紧装置存在着下列不足。①夹紧力所需要的机械能，要经过很多能量形式转换环节，造成能量损耗大，能源利用率低。②存在高速旋转的机械传动装置，噪声污染比较严重。③液压传动夹具在很多环节上无法避免油液泄漏，并由此造成比较严重的地面及空气污染。④许多液压传动夹具在切削加工过程中，为保持持续夹紧力而无谓地消耗能源，对能源是一种浪费。

可见，设计一种能源利用率高、稳定性好、无污染且自锁性能优良的夹紧装置，对于提高夹具技术水平，实现节能降耗有着重要的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种具有能源利用率高、稳定性好、无污染并且自锁性能优良的夹紧装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自锁夹紧装置，包括驱动装置和双边单作用铰杆增力自锁夹紧装置，所述驱动装置由温控微量位移驱动装置和面积效应行程放大装置构成，所述温控微量位移驱动装置包括一端固定的中空薄壁管，所述中空薄壁管内设有半导体快速制热/制冷元件；

所述面积效应行程放大装置包括一内设有主动活塞的主动活塞输入缸体，所述主动活塞一端经绝热垫与中空薄壁管的自由端固定连接，另一侧设有液体介质，通过管路分别驱动左、右输出活塞结构，所述管路上分别设有可控开关阀；

所述双边单作用铰杆增力自锁夹紧装置包括双边单作用铰杆，所述双边单作用铰杆的铰接点位于左、右输出活塞结构之间，铰接点上设有滚轮，所述双边单作用铰杆一端铰接有力输出元件。

上述技术方案中，所述输出活塞结构包括输出缸体，所述输出缸体内设有输出活塞，所述输出活塞与缸体之间构成液压腔，所述输出活塞输出侧与缸体之间设有复位弹簧，所述右输出活塞结构右侧贯穿缸体设有一调节限位螺钉，所述调节限位螺钉位于缸体内一端与输出活塞连接。

所述温控微量位移驱动装置中设有温度控制器和温度传感器，温度控制器和温度传感器分别与计算机控制中心电连接。

所述输出活塞结构的液压腔与压强传感器连接，压强传感器的信号输出端与计算机控制中心电连接。

上文中，所述温控微量位移驱动装置主要由中空薄壁管和半导体快速制热/制冷元件组成。所述半导体快速制热/制冷元件为现有技术，包括P型半导体元件、N型半导体元件、热电偶、热端换热器以及冷端换热器。其工作原理是基于帕尔帖效应，把P型半导体元件和N型半导体元件连接成热电偶，并接上直流电源后，由帕尔贴效应可知，在两个接头处就会产生温差，其中一个接头处吸热，温度降低，即为冷端；另一个接头处放热，温度升高，即为热端。若干个这样的电偶对在电路上串联起来，就构成一个常见的制热/制冷组件，即热电堆。借助于热交换器等各种传热措施，将热端放出的热量加以利用，即为制热；将冷端置于一定的环境中去吸热，即为制冷。只要改变电流方向，就可以将冷热端方向相互转换。

上述技术方案中，所述面积效应行程放大装置利用帕斯卡原理，当一个装置以密闭的流体为传动介质，使直径小的活塞推动直径大的活塞运动时，是一个力放大装置，但同时也是一个行程缩小装置；反之，用直径大的活塞来推动直径小的活塞运动，则是一个行程放大装置，同时是一个力缩小装置。主动活塞输入缸体、液体管路、输出缸体组成一个封闭的装置，液体介质为传动介质，大直径的主动活塞推动小直径的输出活塞运动，形成一个行程放大装置。主动活塞通过管路与输出活塞连接在一起，并通过封闭在缸体和管路内的液体介质将主动活塞接受的微量位移进行放大，输出活塞通过控制电磁开关阀的开合实现左、右两方向的运动。

作为过中心线临界点实现一次力放大自锁夹紧的双边单作用铰杆位于左、右两输出活塞之间，并通过铰链与力输出元件固定连接。铰杆通过角度效应实现一次力的放大。右边活塞的缸体右端配有一调节限位螺钉，用以控制活塞的位移量，进而控制双边单作用铰杆的自锁角度。

使用时，利用半导体快速制热/制冷元件对中空薄壁管进行快速加热和冷却，使得中空薄壁管随着温度的升高而线性递增，保证了温控微量位移驱动装置的准确微位移输出。利用面积效应行程放大作用，将温控微量位移驱动装置产生的微量位移进行有效的放大，能够实现高精度的位移输出。中空薄壁管与主动活塞固定连接，输出活塞分为左输出活塞和右输出活塞，主动活塞与输出活塞之间，是一定体积的密封液体，并通过左、右两个可控开关阀，来控制密封液体到左、右两个输出活塞液压腔的通断。左输出活塞驱动双边单作用向右运动，进而通过铰杆的角度增力作用，使得力输出元件夹紧工件。左输出活塞继续推动铰杆向右运动，铰杆杆件将会产生弹性变形，越过中心线1～3°后，在调节限位螺钉的制约下停止。铰杆因其杆件中积蓄的弹性变形势能实现夹紧装置的自锁功能，使力输出元件始终保持对工件的夹紧力。右输出活塞驱动双边单作用铰杆通过中心线临界点实现工件的松开操作。

进一步的技术方案，所述温控微量位移驱动装置与温度控制器以及温度传感器相连接，其信号经由网路与计算机控制中心相链接。所述温度控制器以及温度传感器的设置，并且与计算机控制中心相连接，可以准确的对温度进行监控，根据需要进行调整。

进一步的技术方案，所述输出活塞结构与压强传感器连接，其信号经由网路与计算机控制中心相连接。所述压强传感器对压力信号进行采集，并将信号计算机控制中心，进而对压力进行监控。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.由于本发明通过半导体制热/制冷元件对中空薄壁管进行加热或冷却，使得中空薄壁管的尺寸随着温度的升高而递增，通过主动活塞将尺寸的伸长量传递给液体介质，液体介质产生压强并驱动输出活塞进行夹紧操作，较之以往的装置，本发明能源利用率高，稳定性好；

2.本发明的整个装置中，没有高速运动的机械构件，基本不会产生噪音污染；主动活塞与输出活塞之间的液体介质是密闭的，泄漏问题容易解决，不会产生一般液压系统因油液挥发泄漏而造成的地面及空气污染；

3.本发明中，输出活塞推动铰杆向右运动，铰杆将产生弹性变形，越过中心线1～3°后，在调节限位螺钉的限制下停止，铰杆因弹性变形势能实现自锁，使力输出元件始终保持对工件的夹紧，自锁性能优良；

4.本发明结构简单，并且成本低廉，适合在生产中推广使用。

附图说明

附图1为本发明实施例一中非工作状态时结构示意图；

附图2为本发明实施例一中进行夹紧工作时结构示意图；

附图3为本发明实施例一中自锁夹紧时结构示意图；

附图4为本发明实施例一中夹紧松开时结构示意图；

附图5为本发明实施例一中夹紧松开后结构示意图；

附图6为本发明实施例一中右输出活塞回位时夹紧装置示意图；

附图7为本发明实施例一中半导体快速制热/制冷元件原理示意图；

附图8为本发明实施例一中面积行程放大装置原理示意图。

其中：1、中空薄壁管；2、半导体快速制热/制冷元件；3、主动活塞输入缸体；4、主动活塞；5、绝热垫；6、液体介质；7、可控开关阀；8、双边单作用铰杆；9、滚轮；10、力输出元件；11、输出缸体；12、输出活塞；13、复位弹簧；14、调节限位螺钉；15、温度控制器；16、温度传感器；17、计算机控制中心；18、压强传感器；19、P型半导体元件；20、N型半导体元件；21、热电偶；22、热端换热器；23、冷端换热器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见附图1至附图6所示，一种自锁夹紧装置，包括驱动装置和双边单作用铰杆增力自锁夹紧装置，所述驱动装置由温控微量位移驱动装置和面积效应行程放大装置构成，所述温控微量位移驱动装置包括一端固定的中空薄壁管1，所述中空薄壁管内设有半导体快速制热/制冷元件2；所述面积效应行程放大装置包括一内设有主动活塞4的主动活塞输入缸体3，所述主动活塞一端经绝热垫5与中空薄壁管1的自由端固定连接，另一侧设有液体介质6，通过管路分别驱动左、右输出活塞结构，所述管路上分别设有可控开关阀7；所述双边单作用铰杆增力自锁夹紧装置包括双边单作用铰杆8，所述双边单作用铰杆的铰接点位于左、右输出活塞结构之间，铰接点上设有滚轮9，所述双边单作用铰杆一端铰接有力输出元件10。

所述输出活塞结构包括输出缸体11，所述输出缸体内设有输出活塞12，所述输出活塞与缸体之间构成液压腔，所述输出活塞输出侧与缸体之间设有复位弹簧13，所述右输出活塞结构右侧贯穿缸体设有一调节限位螺钉14，所述调节限位螺钉位于缸体内一端与输出活塞连接

如图7所示的一种半导体快速制热/制冷元件，包括P型半导体元件19、N型半导体元件20、热电偶21、热端换热器22以及冷端换热器23。

如图8所示的面积效应行程放大装置，包括主动活塞输出缸体、主动活塞、液体介质、液体管路、输出缸体11以及输出活塞12。

参见图1所示，非工作状态下，计算机控制中心没有发出任何通电指令，半导体快速制热/制冷元件、左可控开关阀以及右可控开关阀都处于断电状态，此时，双边单作用铰杆处于最左端，力输出元件处于最上端位置。

图2所示为进行夹紧工作中，该过程中，计算机控制中心发出通正向电流指令给半导体快速制热/制冷元件，进行制热，温度升高使得中空薄壁管纵向身长。该伸长量通过主动活塞而使液体介质产生压强，并通过左可控开关阀传递到左输出活塞，进行行程放大后，液体介质作用在左输出活塞左端面，推动左输出活塞向右运动，左输出活塞右端面推动双边单作用铰杆向右运动，并驱动力输出元件将工件夹紧。此后，双边单作用铰杆继续向右运动，铰杆将产生弹性变形，通过中心线1～3°后，在调节限位螺钉的制约下停止，铰杆因弹性变形势能实现夹紧装置的自锁功能，使力输出元件始终保持对工件的夹紧。

在图3所示的自锁夹紧状态下，计算机控制中心发出指令给半导体快速制热/制冷元件通以反向电流，使其转换为制冷状态，在此状态下，中空薄壁管受冷而产生纵向收缩。左输出活塞在复位弹簧提供的弹簧力的作用下，向左运动回复到初始状态。工件加工完成后，计算机控制中心发出指令给左、右可控开关阀使它们同时通电，开始进行松开操作，如图4所示。此时，让半导体快速制热/制冷再次通正向电流，中空薄壁管又产生纵向微量伸长，并通过主动活塞、液体介质与右可控开关阀，传递到右输出活塞，使右输出活塞向左运动，继而推动双边单作用铰杆向左运动并通过中心线临界点后，力输出元件松开工件，整个松开操作完成，如图5所示。

再次通过计算机控制中心发指令给半导体快速制热/制冷元件通以反向电流，使其转换为制冷状态，中空薄壁管受冷产生纵向收缩。右输出活塞在复位弹簧提供的弹簧力作用下，向右运动回复到初始状态，如图6所示。

最后，计算机控制中心给左、右可控开关阀发出断电指令，使得整个夹紧装置回复非工作状态，如图1所示。至此，一个工作循环完成。

Claims (3)

1.一种自锁夹紧装置，包括驱动装置和双边单作用铰杆增力自锁夹紧装置，其特征在于：所述驱动装置由温控微量位移驱动装置和面积效应行程放大装置构成，所述温控微量位移驱动装置包括一端固定的中空薄壁管(1)，所述中空薄壁管内设有半导体快速制热/制冷元件(2)；

所述面积效应行程放大装置包括一内设有主动活塞(4)的主动活塞输入缸体(3)，所述主动活塞一端经绝热垫(5)与中空薄壁管(1)的自由端固定连接，另一侧设有液体介质(6)，通过管路分别驱动左、右输出活塞结构，所述管路上分别设有可控开关阀(7)；

所述双边单作用铰杆增力自锁夹紧装置包括双边单作用铰杆(8)，所述双边单作用铰杆的铰接点位于左、右输出活塞结构之间，铰接点上设有滚轮(9)，所述双边单作用铰杆一端铰接有力输出元件(10)；

所述左、右输出活塞结构分别包括输出缸体(11)，所述输出缸体内设有输出活塞(12)，所述输出活塞与输出缸体之间构成液压腔，所述输出活塞输出侧与输出缸体之间设有复位弹簧(13)，所述右输出活塞结构右侧贯穿其输出缸体设有一调节限位螺钉(14)，所述调节限位螺钉位于该输出缸体内一端与输出活塞连接。

2.根据权利要求1所述的一种自锁夹紧装置，其特征在于：所述温控微量位移驱动装置中设有温度控制器(15)和温度传感器(16)，温度控制器(15)和温度传感器(16)分别与计算机控制中心(17)电连接。

3.根据权利要求1所述的一种自锁夹紧装置，其特征在于：所述左、右输出活塞结构的液压腔与压强传感器(18)连接，压强传感器(18)的信号输出端与计算机控制中心(17)电连接。

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