CN103640042B - 水刀的夹持及致动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水刀的夹持及致动机构，包括基体、动力装置、夹持装置及联接动力装置与夹持装置的联接装置；其中夹持装置包括能够张开与闭合的夹头，动力装置为单一轴向动力装置，该动力装置通过联接装置驱动夹持装置的轴向运动与夹头的张开与闭合，夹头在夹持装置的轴向运动过程中始终保持闭合。与现有水刀的夹持及致动机构相比，该夹持及致动机构只需单一轴向动力装置，并且结构简单，适合小型化，特别适用于小型化水刀中。

Description

水刀的夹持及致动机构

技术领域

本发明涉及一种切割设备的部件，特别是涉及一种水刀的夹持及致动机构。

背景技术

水刀是一种利用高压水射流进行切割材料的设备，利用加压技术把普通水加压至所需压力，然后通过小内径的喷嘴形成高速射流，从而切割材料，随着技术的发展，许多应用领域需要小型化水刀。

小型化水刀因受使用条件与环境的限制，要求具有比较小的尺寸。小型化水刀的加压技术是利用两个夹持及致动机构分别驱动两个活塞在两个活塞腔中交替运行，保证二者腔内溶液体积之和为常量，并通过与四个单向阀的配合完成对普通水的加压。该夹持及致动机构包括夹持装置、动力装置及联接夹持装置与动力装置的联接装置；动力装置通过联接装置驱动夹持装置抓取活塞杆，并通过该夹持装置为活塞提供所需动力及轴向的往复运动；该夹持及致动机构在抓取活塞杆时提供夹持装置的张开与闭合所需的动作，活塞往复运动时所需轴向的拉力与推力，抓取活塞杆后能可靠防脱，并且能够提供快速的往复运动。

现有水刀的夹持及致动机构至少需要两个动力源，一个提供轴向的运动与力，另一个提供夹持装置的张开与闭合所需动力，结构复杂，不适合小型化。

如果可以提供一种只需单一轴向动力源就可以实现夹持装置的张开与闭合，提供足够的轴向推力与拉力，并且夹持牢固的水刀夹持及致动机构，则提供了夹持及致动机构适合小型化的基本条件，可以设计出适用于现有小型化水刀的夹持及致动机构。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种只需单一轴向动力装置就可实现夹持装置抓取与释放活塞杆，并在抓取活塞杆之后可快速进行往复轴向运动的水刀的夹持及致动机构。

为了实现上述主要目的，本发明提供的水刀的夹持及致动机构包括基体、动力装置、夹持装置及联接上述动力装置与夹持装置的联接装置；其中该水刀的夹持及致动机构的基体的内腔的前端设有第一内肩台；动力装置为一直线致动器，该直线致动器的固定端与基体相连接；联接装置为一推杆，该推杆的后端与直线致动器的动作端相连接，推杆的前端为一横截面尺寸沿轴向逐渐减小的顶端，推杆的前部设有一长轴在轴向的径向腰圆孔，推杆的后部设有第一外凸台；夹持装置包括夹头与限制轴套；夹头的内腔的前端为一与推杆的顶端匹配的受压端面，夹头的内腔与推杆间隙配合，夹头的前端为一突起结构，该突起结构沿径向分割为至少两份，该分割至少延伸至受压端面的根部；限制轴套的内腔与突起结构间隙配合，限制轴套的内腔的前端设有第二内肩台，该第二内肩台构成突起结构轴向移动的限位，即该突起结构向后移动时，抵靠于第二内肩台的一侧，阻止突起结构相对第二内肩台的轴向运动，限制轴套的后部设有第二外凸台，基体的第一内肩台构成该第二外凸台轴向移动的限位，即该第二外凸台向前轴向移动时，抵靠于第一内肩台的一侧，阻止限制轴套相对基体的向前轴向运动；紧固装置，该紧固装置包括穿过推杆的腰圆孔及夹头的后端的轴销，该轴销与推杆的腰圆孔间隙配合，限制轴套的后端构成该紧固装置轴向移动的限位，即该紧固装置向前轴向移动时，抵靠于限制轴套的后端，阻止紧固装置相对限制轴套的轴向运动；第二外凸台与第一外凸台间压有第一弹簧；紧固装置与第一外凸台间压有第二弹簧。

由以上方案可见，通过动力装置与夹持装置的配合，使得该水刀的夹持及致动机构只需单一的轴向动力装置及单一的联接装置就可以实现对夹持装置的轴向往复运动及夹持装置的张开与闭合的驱动，与现有技术相比，其省略了横向动力装置，使结构变得简单，容易小型化，更适合用于小型化水刀；由于夹持装置作往复轴向运动时，驱动装置不会驱动夹持装置张开，保证了水刀工作的稳定性；由于夹持装置在轴向运动过程中，夹头的突起结构始终位于限制轴套的内腔中，分割的突起结构始终保持闭合，在夹持装置抓取水刀的活塞杆的夹持端之后，保证了活塞杆在往复轴向运动过程中始终被牢固地夹持，为带动活塞进行的快速移动提供了保证。

一个具体的方案为，其中紧固装置为一轴销，即当该长度足够长，保证在轴向运动过程中不移动进限制轴套的内腔。

由以上方案可见，由于该紧固装置只是一个轴销，既可以对限制轴套与夹头之间的相对运动进行限位，而且可以对第二弹簧进行限位，结构简单，成本低。

另一个具体的方案为，其中紧固装置包括一轴销及一夹头座；该夹头座的前端与限制轴套的内腔间隙配合，该限制轴套的后端构成夹头座的后端轴向移动的限位，即夹头座的前端可在限制轴套内腔中移动，而后端阻止整个夹头座进入限制轴套的内腔中；轴销穿过推杆的腰圆孔并将夹头座与夹头的后端固定连接。

由以上方案可见，由于该紧固装置包括一轴销及一夹头，而且夹头的前端与限制轴套的内腔间隙配合，通过二者的间隙配合，为夹头在限制轴套内的移动提供导轨作用，后端为第二弹簧进行限位，使夹头座的前端可以一直位于限制轴套的内腔内。

另一个具体的方案为，其中第一外凸台包括设于推杆上的第一外肩台及置于该第一外肩台一侧的弹簧挡圈，其中第一弹簧与第二弹簧的一端与该弹簧挡圈相接触。

由以上方案可见，由于第一外凸台由设于推杆上的第一外肩台及置于该第一外肩台一侧的弹簧挡圈构成，其中第一外肩台的尺寸可以加工得比较小，与直接在推杆上加工相比，可以更容易地在弹簧挡圈上加工出第一弹簧与第二弹簧的安装座。

另一个具体的方案为，直线致动器可以选自直线电机及气缸等，本方案优选的直线致动器包括电机及丝杠，该丝杆与电机的转子轴相连接；其中动作端为一与丝杆相配合的丝杆螺母；推杆的后端或丝杠螺母的外侧上固定有一轴承；基体的后部腔体沿推杆运动的方向上设有与该轴承相匹配的长条滑槽。

由以上方案可见，本直线驱动器的技术更成熟，成本低。

另一个更具体的方案为，其中突起结构与轴销穿过夹头的位置间部分为颈缩部；对突起结构的分割可延伸至该颈缩部靠近轴销的根部。

由以上方案可见，由于在突起结构与夹头的后端之间部分为颈缩部，使顶端顶开夹头所需的挤压力更小，更容易实现夹持装置的张开；对突起结构的分割延伸至该颈缩部靠近轴销的根部，当夹持装置张开时，其变形分布整个颈缩部上，局部变形小，提高夹头的使用次数，更容易实现张开，降低顶端所需的挤压力，即推杆的推力。

再一个具体的方案为，其中突起结构被均匀地分割为至少两份。

由以上方案可见，由于突起结构被均匀地分割为至少两份，使得顶端在挤压夹头的受压端面时，各分割部分受力均匀，夹持装置张开之后，更容易对目标物进行对准与抓取。

一个更具体的方案为，其中限制轴套的外侧与内腔的横截面，夹头的外侧与内腔的横截面，及推杆的外侧与内腔的横截面均为圆形。

由以上方案可见，由于限制轴套的外侧与内腔的横截面，夹头的外侧与内腔的横截面，及推杆的外侧与内腔的横截面为圆形，使得结构更加地紧凑，制造与装配更加地容易。

另一个更具体的方案为，该水刀的夹持及致动机构还包括探测装置，该探测装置包括第一位置传感器、第二位置传感器及第三位置传感器；当夹头刚好完全收缩进基体的内腔内时，第一位置传感器被触发；当限制轴套的第二外凸台抵靠基体的第一内肩台时，第二位置传感器被触发；当夹头的突起结构完全张开时，第三位置传感器被触发。

由以上方案可见，由于该水刀的夹持及致动机构只需包括三个位置传感器的探测装置就可对夹持装置的状态进行检测，并根据检测反馈的信号对动力装置进行控制，所以该夹持及致动机构具有状态的检测与控制简单的特性，所以检测与控制系统适合小型化，更适合用于小型化水刀中。

附图说明

图1是本发明实施例的剖视图；

图2是图1中基体的剖视图；

图3是图1中限制轴套的剖视图；

图4是图1中夹头座的剖视图；

图5是图1中夹头的正视图；

图6是图1中夹头的剖视图；

图7是图1中轴销的结构图；

图8是图1中推杆的剖视图；

图9是图1中弹簧挡圈的剖视图；

图10是图1中电机安装板的结构图；

图11是图1中直线致动器的结构图；

图12是本发明实施例处于A状态各组件位置分布图；

图13是本发明实施例处于B状态各组件位置分布图；

图14是本发明实施例处于C状态各组件位置分布图；

图15是本发明实施例处于D状态各组件位置分布图；

图16是应用了本发明实施例的水刀示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本例是一个并排布置的双联夹持与致动机构，以下仅对其中一个夹持与致动机构进行说明，限制轴套2可移动地置于基体1的前部内腔中；夹头座3的前部可移动地置于限制轴套2的内腔中；夹头4的后端穿过夹头座3的内腔，并通过轴销5与夹头座3固定连接；推杆6的前部可移动地置于夹头4的内腔中，轴销5还穿过推杆6前部的径向腰圆孔；推杆6的后部设有第一外肩台，用于对弹簧挡圈7的后端限位；弹簧挡圈7与限制轴套2间压有第一弹簧101，弹簧挡圈7与夹头座3间压有第二弹簧102；基体1的后端与电机安装板8固定连接；直线致动器9上的丝杆螺母与推杆6的后端固定连接，直线致动器9上的电机与电机安装板8固定连接；轴承10的内圈固定于推杆6的后端，外圈置于基体1后部腔体一侧的长条滑槽中。

参见图2，基体1的前部内腔11的前端内侧设有第一内肩台12，后部内腔13的腔体一侧上设有与轴承10相匹配的长条滑槽14。

参见图3，限制轴套2的内腔21的前端设有第二内肩台22，在限制轴套2的后端外侧设有与基体1的前端内腔11间隙配合的第二外凸台23；第二外凸台23的前端与基体1的第一内肩台12配合，构成限制轴套2的前移限位。

参见图4，夹头座3上设有用于容纳夹头4后部的内腔31，前端外侧设有与限制轴套2的内腔21间隙配合的凸环32，中部设有贯穿夹头座3的轴销孔33，后端设有直径大于限制轴套2的内腔21的直径的凸环34，凸环34的前端与限制轴套2的后端面配合，构成限制轴套2的后移限位，同时，也构成夹头座3的前移限位。

参见图5及图6，夹头4的前端为一与限制轴套2的内腔间隙配合的突起结构41，突起结构41在径向被均匀的分割成花瓣型结构，每一片花瓣型结构形成勾型爪411，突起结构41的后端412与限制轴套2的第二内肩台22配合，构成对夹头4的后移限位，夹头4的后端与夹头座3的内腔31间隙配合并设有与夹头座3的轴销孔33对应的轴销孔42，突起结构41与轴销孔42间为颈缩部44，突起结构41与颈缩部44结合处内腔的前端为用于挤压的锥台型受压端面43，其中突起结构41被均匀地分割成花瓣型结构可分割至颈缩部44靠近轴销孔42的根部。

参见图7，轴销5为一杆状结构，长度小于限制轴套2的内腔21的直径。

参见图8，推杆6的前端为一与夹头4内腔前端的受压端面43相匹配的锥台型顶端64；前部设有一个与轴销5相间隙配合的腰圆孔62；后部外侧设有第一外肩台63。

参见图9，弹簧挡圈7的后端与推杆6的第一外肩台63配合，构成对弹簧挡圈7的后移限位；弹簧挡圈7上设有肩台71及内肩台72，肩台71与限制轴套2的第二外凸台23的后端一起对弹簧101进行轴向限位，内肩台72与夹头座3的凸环34的后端一起对弹簧102进行轴向限位。

参见图10，电机安装板8为一板状结构，用于连接基体1、直线致动器9。

参见图11，直线致动器9由电机91、丝杆92及丝杆螺母93构成，丝杆92与电机91的转子轴连接，丝杆螺母93的前端与推杆6的后端固定连接，用于向推杆6提供轴向驱动力。

参见图12，图12中示出了夹头4及限制轴套2刚好完全缩进基体1的前部内腔11中的状态，为A状态，在A状态下轴承10所处的位置设有第一行程开关，此时，轴承10触发第一行程开关。

参见图13，在电机91的作用下，限制轴套2向前轴向运动直至限制轴套2的第二外凸台23的前端抵靠基体1的第一内肩台12，为B状态，在B状态中轴承10所处的位置设有第二行程开关，此时，轴承10触发第二行程开关。

参见图14，在电机91的作用下，夹头座3继续向前轴向运动直至夹头座3的凸环34的前端抵靠限制轴套2的后端，为C状态。

参见图15，在电机91的作用下，推杆6向前轴向运动直至使突起结构41张开，能够容纳下与突起结构41的内腔相配合的水刀活塞杆的受夹持部位，为D状态，在D状态中轴承10所处的位置设有第三行程开关，此时，轴承10触发第三行程开关。

其中第一行程开关、第二行程开关及第三行程开关可为光电耦等位置传感器，它们可以布置于夹持及致动机构的其他位置上。

以下对本发明的工作原理及结构特点进行说明。参见图1至图15，整个工作过程可以分为六个行程：

行程一：初始状态各个组件的位置关系如图12所示，夹持及致动机构处于A状态，由于弹簧101与弹簧102的作用，弹簧挡圈7的后端抵靠推杆6的第一外肩台63，轴销5位于夹头4的腰圆孔的前部；当控制电机91转动时，直线制动器9的电机91的转动通过丝杆92、丝杆螺母93及轴承10的配合转化成丝杆螺母93的轴向运动，推动推杆6的轴向运动，通过弹簧挡圈7推动弹簧101及弹簧102的轴向运动，弹簧101及弹簧102的弹力推动限制轴套2、夹头4、夹头座3及轴销5一起向前轴向运动，直至限制轴套2的第二外凸台23的前端抵靠基体1的第一内肩台12，触发第二行程开关并向控制系统发送位置检测信息，夹持及致动机构处于B状态；

行程二：当电机91继续转动，推动推杆6继续向前轴向运动，带动弹簧挡圈7对弹簧101及弹簧102施加轴向压力，弹簧101的恢复力使限制轴套2牢牢的抵靠于基体1的第一内肩台12上，弹簧102的恢复力推动夹头座3、轴销5及夹头4继续向前轴向运动，直至夹头座3的凸环34的前端抵靠限制轴套2的后端，此时，各个组件的位置关系如图14所示，夹持及致动机构处于C状态；

行程三：由于夹头座3的限位凸环34的前端抵靠限制轴套2的后端，使轴销5、夹头座3及夹头4停止向前轴向运动，轴销5位于推杆6的腰圆孔62的前部；电机91继续转动，推动推杆6继续向前轴向运动，推杆6的顶端64对夹头4的受压端面43产生挤压作用，由于夹头4的突起结构41已经伸出限制轴套2的内腔，不再受其径向约束，分割成花瓣状的突起结构41由于自身与颈缩部44连接处或颈缩部44的弹性与锥台端64的挤压力作用，突起结构41张开，直至触发第三行程开关并向控制系统发送位置检测信息，此时轴销5位于推杆6的腰圆孔62的后部，夹持及致动机构处于D状态；

行程四：电机91反向旋转，带动丝杆螺母93向后轴向运动，拉动推杆6开始向后轴向运动，由于弹簧101及弹簧102恢复力的作用，限制轴套2、轴销5、夹头座3及夹头4仍处于原来位置，突起结构41完全闭合，此时各个组件的状态如图14所示，夹持及致动机构处于C状态；

行程五：电机91继续反向转动，拉动推杆6继续向后轴向运动，由于推杆6的腰圆孔62的前端与轴销5的作用，拉动夹头4及夹头座2向后轴向运动，直至夹头4的凸环41的后端412抵靠限制轴套的第二内肩台22，触发第二行程开关并向控制系统发送控制信息，此时，各个组件的位置关系如图13所示，夹持及致动机构处于B状态；

行程六：电机91继续反向旋转，拉动推杆6继续向后轴向运动，通过轴销5及夹头4的凸环41的后端412的作用，拉动轴销5、夹头4、夹头座3及限制轴套2向后轴向运动，直至夹头4的前端缩回基体1的内腔内，触发第一行程开关并向控制系统发送位置检测信息，此时状态如图12所示，夹持及致动机构处于A状态。

在上述六个行程中，当夹持装置处于行程三与行程四过程中，夹头相对基体在轴向的位置不变，只是张开与闭合花瓣状突起结构41，可以保证容易及稳定的抓起活塞杆，此外，其张开过程通过受压端面的被挤压完成，由于夹头的前端可分割至收缩杆状结构的根部，减小所需挤压力，而闭合过程为自身弹性完成，使张开与闭合过程更容易完成，更容易实现整个夹持及致动机构的小型化；行程一和行程六的交替运行构成工作行程的往复运动，在行程一及行程六过程中，闭合突起结构41始终处于限制轴套2的内腔中，限制突起结构41沿径向的运动，为其提供径向约束力，使夹持装置在抓取活塞杆之后，运动过程中能够牢牢地夹持住活塞杆；由于六个行程中都由单一轴向动力源直线致动器9提供动力，为其小型化提供有力的支持。

以下对本发明应用于水刀中的工作过程及特点进行说明，参见图16，夹头103联接至活塞杆201，夹头4联接至活塞杆301，夹头的轴向运动带动连接于活塞杆上的活塞在活塞腔中作轴向移位运动；夹头103对活塞20的作用与夹头4对活塞30的作用是交替进行，即二者在腔体内溶液体积之和保持为常量；通过第一单向阀202、第二单向阀203、第三单向阀302及第四单向阀203的配合，使溶液从进口204流入，并稳定地以一定的压力从出口205流出；在行程二至行程五中完成夹头与活塞杆的联接；重复地进行行程一与行程二过程，完成供液工作；在工作过程中，本发明的夹头径向约束可以保证夹头牢固地联接于活塞杆上，此外，本发明结构简单，单一动力源，适合于水刀的小型化；通过第一行程开关、第二行程开关及第三行程开关的位置检测信息可以对夹持装置的工作行程进行检测与控制，使对位置的检测与控制更加地容易。

本发明的主要构思是通过对水刀的夹持及致动机构的联接装置与夹持装置间的配合，设计出一种只需单一轴向动力装置就可以实现夹持装置的张开与闭合，并提供轴向的力与运动，且适用于小型化水刀的夹持及致动机构；根据本构思，直线致动器，夹头的前端形状与分隔深度，夹头、夹头座与轴销间的配合有多种显而易见的变化。

Claims (9)

1.水刀的夹持及致动机构，包括基体、动力装置、夹持装置及联接所述动力装置与所述夹持装置的联接装置；

其特征在于：

所述基体的内腔的前端设有第一内肩台；

所述动力装置为一直线致动器，所述直线致动器的固定端与所述基体相连接；

所述联接装置为一推杆，所述推杆的后端与所述直线致动器的动作端相连接，所述推杆的前端为一横截面尺寸沿轴向逐渐减小的顶端，所述推杆的前部设有一长轴在轴向的径向腰圆孔，所述推杆的后部设有第一外凸台；

所述夹持装置包括夹头与限制轴套；

所述夹头的内腔的前端为一与所述顶端匹配的受压端面，所述夹头的内腔与所述推杆间隙配合，所述夹头的前端为一突起结构，所述突起结构沿径向分割为至少两份，分割至少延伸至所述受压端面的根部；

所述限制轴套的内腔与所述突起结构间隙配合，所述限制轴套的内腔的前端设有第二内肩台，所述第二内肩台构成所述突起结构轴向移动的限位，所述限制轴套的后部设有第二外凸台，所述第一内肩台构成所述第二外凸台轴向移动的限位；

紧固装置，所述紧固装置包括穿过所述腰圆孔及所述夹头的后端的轴销，所述轴销与所述腰圆孔间隙配合，所述限制轴套的后端构成所述紧固装置轴向移动的限位；

所述第二外凸台与所述第一外凸台间压有第一弹簧；

所述紧固装置与所述第一外凸台间压有第二弹簧。

2.根据权利要求1所述水刀的夹持及致动机构，其特征在于：

所述紧固装置为一轴销。

3.根据权利要求1所述水刀的夹持及致动机构，其特征在于：

所述紧固装置包括一轴销及一夹头座；

所述夹头座的前端与所述限制轴套的内腔间隙配合，所述限制轴套的后端构成所述夹头座的后端轴向移动的限位；

所述轴销穿过所述腰圆孔并将所述夹头座与所述夹头的后端固定连接。

4.根据权利要求1所述水刀的夹持及致动机构，其特征在于：

所述第一外凸台包括设于所述推杆上的第一外肩台及置于所述第一外肩台一侧的弹簧挡圈，所述第一弹簧与所述第二弹簧的一端与所述弹簧挡圈相接触。

5.根据权利要求1所述水刀的夹持及致动机构，其特征在于：

所述直线致动器包括电机及丝杆，所述丝杆与所述电机的转子轴相连接；

所述动作端为一与所述丝杆相配合的丝杆螺母；

所述推杆的后端或所述丝杆螺母的径向外侧固定有一轴承；

所述基体的后部腔体沿所述推杆运动的方向上设有与所述轴承相匹配的长条滑槽。

6.根据权利要求1所述水刀的夹持及致动机构，其特征在于：

所述突起结构与所述轴销穿过所述夹头的位置间为颈缩部；

所述突起结构的分割可延伸至所述颈缩部靠近所述轴销的根部。

7.根据权利要求1所述水刀的夹持及致动机构，其特征在于：

所述突起结构被均匀地分割为至少两份。

8.根据权利要求1至7任一所述水刀的夹持及致动机构，其特征在于：

所述限制轴套的外侧与内腔的横截面，所述夹头的外侧与内腔的横截面，及所述推杆的外侧与内腔的横截面均为圆形。

9.根据权利要求1至7任一所述水刀的夹持及致动机构，其特征在于：

还包括探测装置，所述探测装置包括第一位置传感器、第二位置传感器及第三位置传感器；

当所述夹头刚好完全收缩进所述基体的内腔时，所述第一位置传感器被触发；

当所述第二外凸台抵靠所述第一内肩台时，所述第二位置传感器被触发；

当所述突起结构完全张开时，所述第三位置传感器被触发。