CN101947757B - 一种柔顺夹持机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔顺夹持机构，用于精密装配技术中零件的夹持和装配。包括弹性夹钳、夹钳固定筒和导向轴。弹性夹钳是一个双悬臂结构，通过夹钳固定筒安装在导向轴的凹槽内，弹性夹钳的厚度小于导向轴的凹槽的缝宽；弹性夹钳的工作区域由顶端，夹持作用区域和受挤压区域组成；弹性夹钳的两个悬臂的夹持作用区域高出导向轴上端面的距离值与被装配零件的厚度相同；弹性夹钳的受挤压区域的宽度大于夹持作用区域的宽度，顶端的宽度大于夹持作用区域的宽度，受挤压区域进入装配孔后受到孔壁限制产生收缩，收缩后的顶端的宽度小于被装配零件的内径。柔顺夹持机构可在水平面内实现柔顺，而Z方向上实现刚性定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔顺夹持结构，属于精密装配技术领域，用于精密装配技术中零件的夹持和装配。
背景技术
精密装配是通过准确地操纵、定位等方法将多个微零件组装装配成复杂系统的技术。随着工业生产和科学研究中对该类装配需求的快速增长，研发自动化、半自动化的装配系统将操作者从强度大、枯燥繁琐的微作业中解脱出来成为一个重要的研究领域。同时还可以提高装配精度、装配效率和产品稳定性，降低人为因素影响。
零件的精密装配要求夹持机构结构紧凑，外形尺寸小，能够输出足够的夹持力。由于被装配零件实际尺寸和几何精度的不同以及装配设备的定位误差，需要该装置能够适应被操作的零件，具有一定的容错性。由于精密装配中的零件通常较小，Z方向的尺寸及其变化不大，因此夹持机构具有X和Y方向的柔顺性就可以实现容错。
Diatest公司的小型测量台架通过浮动夹头(SH-T)与测头配合。浮动夹头采用两自由度的回转关节将两瓣式的侧头夹紧在测量台架上，使其在水平面内有一个微小的浮动量，浮动范围从0-1.5mm连续可调，使测头在进入孔时可以很容易找到正确的轴线。另一种基于柔性铰链变形原理的压电驱动的两自由度柔顺机构微动精密定位平台，为双层嵌套式结构，内层(y方向)工作台嵌套在外层(x方向)工作台内，分别用两个压电陶瓷驱动器驱动，以实现两个自由度上的运动。两个自由度上的平台都采用双柔性平行四连杆对称结构，从而克服了单柔性平行四连杆结构存在的交叉耦合位移。通过四个对称设计的柔性铰链，将平台与固定基座相连。【基于柔顺机构的两自由度微动精密定位平台的分析与设计，田俊，张宪民，机械设计与制造，2009(5)，205-207】另一种采用压电致动的微夹钳采用一种基于双边和单边直圆柔性铰链的柔顺机构实现微位移传递/放大功能，同时保证微夹钳夹持臂平行移动。微夹钳的单片柔顺机构利用微放电加工技术加工，压电叠堆执行器伸长，推动单片柔顺机构的杠杆机构，进而带动平行四边形机构变形使夹爪闭合；当压电叠堆执行器恢复原状时，在柔性铰链弹力作用下两夹爪张开以释放物体。【一种压电致动微夹钳及其开环位移特性，王代华，杨群，纳米技术与精密工程，2010(1)，47-53】
综上所述，已有的柔顺夹持机构结构较复杂，夹持功能通常由多个组件构成，且结构尺寸较大而夹持结构的工作距离较小。而精密装配通常需要夹持机构结构紧凑，不容易在装配作业时产生干涉，因此已有方法不适应于自动化的精密装配。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有柔顺性的夹持机构，用于在装配孔中进行的精密装配作业。
本发明的技术方案如下：
该柔顺夹持结构包括弹性夹钳、夹钳固定筒和导向轴。弹性夹钳是一个双悬臂结构，通过夹钳固定筒安装在导向轴的凹槽内，弹性夹钳的厚度小于导向轴的凹槽的缝宽0.05-0.2mm；弹性夹钳的工作区域由顶端，夹持作用区域和受挤压区域组成；弹性夹钳的两个悬臂的夹持作用区域高出导向轴上端面的距离值与被装配零件的厚度相同；弹性夹钳的受挤压区域的宽度大于夹持作用区域的宽度，顶端的宽度大于夹持作用区域的宽度0.2-0.8mm，受挤压区域进入装配孔后受到孔壁限制产生收缩，由于悬臂结构较长而实际收缩距离较短，所以可以认为顶端也收缩该距离，收缩后的顶端的宽度要小于被装配零件的内径。
工作时，首先挤压受挤压区域，将被装配零件套在弹性夹钳上，夹持作用区域与被装配零件的内壁接触，受悬臂的弹性反作用力被顶紧，实现水平方向的定位，弹性夹钳的顶端限制了被装配零件的顶面位置，被装配零件的底面与导向轴的上端面接触，实现Z方向的定位；夹紧被装配零件的弹性夹钳在进入装配孔时，会受力自动变形收缩，实现水平面内X个方向上的柔顺，凹槽缝宽与弹性夹钳厚度的差实现水平面内Y方向的柔顺。装配时，弹性夹钳接触装配孔孔壁后向中心压缩一距离，夹持作用区域和顶端也收缩该距离，此时顶端的宽度要小于被装配零件的内径。被装配零件与弹性夹钳末端脱离夹持，仅由零件的底面与导向轴的上端面接触，实现圆环片被装配零件在Z方向的定位与运动。
本发明的效果和益处是提供了一种可以在水平面内实现柔顺，而Z方向上实现刚性定位的柔性夹持机构。该夹持机构结构简单、紧凑，工作距离大，可以在狭小的装配作业空间内工作，且不易发生干涉；利用该柔性夹持机构进行装配作业，其在水平面内具有一定的容错性，可适当降低对装配系统导轨运动精度的要求，提高装配经济性；在Z方向上可以实现刚性加载及精确定位，提高了装配柔性和精度。
附图说明
图1是本发明的柔顺夹持机构结构剖面图。
图2是本发明的弹性夹钳结构示意图。
图3是本发明的柔顺夹持机构的俯视图。
图4是本发明的柔顺机构夹持零件示意图。
图中：1是弹性夹钳，2是夹钳固定筒，3是导向轴，4是导向轴轴承；
A是顶端，B是夹持作用区域，C是受挤压区域，D是安装固定部。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明专利的具体实施例。
针对外径是5.2mm，内径是4mm，厚度是0.2mm的圆环片零件5设计柔性夹持机构。该夹持机构由弹性夹钳1、夹钳固定筒2、导向轴3组成。弹性夹钳1是一个双悬臂结构，通过夹钳固定筒2安装在导向轴3的凹槽内，凹槽的宽度为1.2mm。弹性夹钳1的厚度为1.0mm，在凹槽内弹性夹钳1两侧各有0.1mm的定位间隙。悬臂的夹持作用区域B末端高于导向轴上端面0.2mm，与圆环片零件5厚度相同。弹性夹钳1的顶端A宽度是5.4mm，夹持作用区域B宽度是5mm，受挤压区域C的宽度是7mm，两悬臂之间的距离为4mm。首先挤压受挤压区域C，将圆环片零件5套在弹性夹钳1的悬臂末端，夹持作用区域B与圆环片零件5的内壁接触，受悬臂的弹性反作用力被顶紧，实现水平方向的定位，弹性夹钳1的顶端A限制了圆环片零件5的顶面位置，圆环片零件5的底面与导向轴3的上端面接触，实现Z方向的定位。导向轴3通过导向轴轴承4固定在轴承固定筒6内，轴承固定筒6及导向轴3固定在固定底座7上。导向轴3的外径是5mm，安装在固定底座7上后，其上端面高出轴承固定筒6上端面50mm，故该夹持机构的实际工作距离可达50mm。装配作业时，该夹持机构带动圆环片零件5伸入孔类装配区域，将圆环片零件5装入内孔孔径为5.2mm的装配孔内。圆环片零件5与装配孔孔壁接触，即将进入装配孔内部时，若圆环片零件5位置与装配孔位置在水平方向上存在偏差，夹紧圆环片零件5的弹性夹钳1会受力自动变形收缩，实现水平面内一个方向上的柔顺，与其垂直方向上的柔顺由弹性夹钳厚度与凹槽的定位间隙0.1mm实现，因此圆环片零件5可实现水平面内X和Y方向的柔顺。当圆环片零件5进入装配孔后，弹性夹钳1的两悬臂的受挤压区域C首先接触孔壁，压缩向中间收缩2.8mm，圆环片零件5内壁与弹性夹钳1末端脱离夹持，仅由圆环片零件5的底面与导向轴3的上端面接触，实现圆环片零件5在Z方向的运动，继续装配作业，因此圆环片零件5在水平面内不受夹持机构约束，在Z方向上则实现刚性定位，可被精确移动至预设高度位置。装配作业结束，弹性夹钳1退出装配孔时，由于此时弹性夹钳1与圆环片零件5无夹持，故退出时，夹持机构不会对已装配好的圆环片零件5产生干涉、破坏。
Claims (1)
1.一种柔顺夹持结构，包括弹性夹钳(1)、夹钳固定筒(2)和导向轴(3)；其特征在于：弹性夹钳(1)是一个双悬臂结构，通过夹钳固定筒(2)安装在导向轴(3)的凹槽内，弹性夹钳(1)的厚度小于导向轴(3)的凹槽的缝宽0.05-0.2mm；弹性夹钳(1)的工作区域由顶端(A)，夹持作用区域(B)和受挤压区域(C)组成；弹性夹钳(1)的两个悬臂的夹持作用区域(B)高出导向轴上端面的距离值与被装配零件的厚度相同；弹性夹钳(1)的受挤压区域(C)的宽度大于夹持作用区域(B)的宽度，顶端(A)的宽度大于夹持作用区域(B)的宽度0.2-0.8mm，受挤压区域(C)进入装配孔后受到孔壁限制产生收缩，收缩后的顶端(A)的宽度小于被装配零件的内径。
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