CN103962984B - 板类工件的多点定位夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种板类工件的多点定位夹具,包括具有正面和背面的立板;设置于立板正面的支撑柱和定位销;设置于立板背面的导向组件,该导向组件包括竖直固定的导轨,沿着导轨滑动的滑块,与滑块固定连接的滑槽板,滑槽板上开有至少三个斜槽,滑槽板的下方设有始终处于压缩状态的弹簧;分别沿着对应斜槽水平运动的至少三个夹爪组件,每个夹爪组件包括设置在立板背面的连接装置,与连接装置的一端相连并且与斜槽配合的滚动轴承,与连接装置的另一端相连并且延伸到立板正面以压紧工件的压板。本发明的板类工件的多点定位夹具,适用于结构复杂、形状不规则的板类工件,减少了与工件的接触面积,降低了工件应力,避免了工件损坏,提高了产品合格率。

Description

板类工件的多点定位夹具
技术领域
本发明涉及一种夹具,具体涉及一种板类工件的多点定位夹具。
背景技术
针对不同的应用,人们研发了各种各样的夹持机构。例如,公告号为CN202922286U的中国专利公开了一种能够快速装夹盘形零件的车床夹具,该夹具能够快速装夹、自动定心,适用于加工盘类零件。公告号为CN 202367291 U的中国专利公开了一种夹持直径范围可调式组合夹具,包括底座和固定设置在底座上的顶尖座,顶尖座上设置有顶尖孔,顶尖孔内固定设置下顶尖,还包括用于抱死固定待加工件的夹头,所述顶尖座上表面设置T型槽,T型槽内以可沿T型槽往复滑动的方式设置有拨杆,拨杆与夹头固定连接,从而实现适应不同大小直径轴类零件或装夹在心轴上的盘类零件的加工。
然而,对于广泛应用于汽车电子产品的PCB板(印刷电路板)目前主要采用手动夹持操作。随着汽车电子产品的广泛应用和技术的不断发展,汽车电子产品的结构也变得复杂化和多元化,在结构复杂、形状不规则的PCB板上面往往安装有很多精密的电子元件,在对这些汽车电子产品进行自动化装配和测试过程需要在不碰擦电子元件的情况下实现对产品可靠定位夹紧,随着产品小型化和集成度的提高,PCB板上留出的空余空间越来越小,而现有夹具通常与产品的接触面较大,容易对产品上的电子元件造成刮伤,手动夹持的夹持力难以控制,可能造成PCB板应力过大而损坏,因此无法实现对几乎贴满了电子元件的板类工件的可靠夹持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种板类工件的多点定位夹具,适用于结构复杂、形状不规则的板类工件,减少与工件的接触面积,降低工件应力,避免工件损坏,提高产品合格率。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种板类工件的多点定位夹具,包括:具有正面和背面的立板;设置于所述立板的正面上的支承柱和定位销,所述支承柱支承在所述工件的底部,所述定位销插入所述工件的定位孔;设置于所述立板的背面上的导向组件,所述导向组件包括竖直固定的导轨,沿着所述导轨滑动的滑块,与所述滑块固定连接的滑槽板,所述滑槽板上开有至少三个斜槽,所述滑槽板的下方设有始终处于压缩状态的弹簧;分别沿着对应的所述斜槽水平运动的至少三个夹爪组件,每个夹爪组件包括设置在所述立板的背面上的连接装置,与所述连接装置的一端相连并且与所述斜槽配合的滚动轴承,与所述连接装置的另一端相连并且延伸到所述立板的正面以压紧所述工件的压板。
所述板类工件的多点定位夹具进一步包括用于限定所述滑槽板的上极限位置的上限位块,以及用于限定所述滑槽板的下极限位置的下限位块,当所述滑槽板在所述上极限位置和所述下极限位置之间运动时,所述弹簧始终处于压缩状态。
所述下限位块设置在所述滑槽板的下方并且开有竖直延伸的弹簧导向孔,所述弹簧容纳于所述弹簧导向孔中并且所述弹簧的上端与所述滑槽板的下端保持接触。
所述连接装置包括开有水平延伸的连杆导向孔的连杆导向座,分别设置在所述连杆导向孔两端的滑动轴承,贯穿所述连杆导向孔并且与所述滑动轴承配合的夹紧连杆,所述夹紧连杆的一端与所述滚动轴承固定相连,所述夹紧连杆的另一端与所述压板固定相连。
所述夹紧连杆的一端通过轴承安装杆与所述滚动轴承固定相连。
所述夹紧连杆的另一端通过螺栓与所述压板固定相连。
所述板类工件的多点定位夹具进一步包括设置于所述立板的背面上的夹紧器,所述夹紧器包括彼此相连的把手和顶杆,当所述把手驱动所述顶杆向下运动时,所述顶杆的下端与所述滑槽板的上端接触。
所述压板包括用于与所述工件接触的端面,所述端面为斜面。
所述立板上开有与所述夹爪组件对应的让位孔。
所述板类工件的多点定位夹具进一步包括用于固定所述立板的底座。
本发明的板类工件的多点定位夹具,通过设置于立板正面的支承柱和定位销对工件进行支撑和定位,通过设置于立板背面的导向组件带动夹爪组件水平运动从而实现对工件的夹紧和释放,其中支承柱、定位销、夹爪组件的位置和数量都可以根据工件结构、形状进行设置,减少了与工件的接触面积,通过调整弹簧的预紧力和选用不同刚度的弹簧可实现机构的锁定和夹持力的保持,降低了工件应力,避免了工件损坏,提高了产品合格率。
附图说明
图1为本发明的板类工件的多点定位夹具的主视图;
图2为本发明的板类工件的多点定位夹具的后视图;
图3为本发明的板类工件的多点定位夹具的导向组件的分解示意图;
图4为本发明的板类工件的多点定位夹具的夹爪组件的分解示意图;
图5(a)-图5(c)为本发明的板类工件的多点定位夹具的受力示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的特点。
图1-图4示出本发明的板类工件的多点定位夹具,其包括底座1、立板2、支承柱3,定位销4、夹紧器5、导向组件6、第一夹爪组件7、第二夹爪组件8、第三夹爪组件9、上限位块10,下限位块11。
其中,立板2垂直于底座1并通过螺栓固定连接在底座1上,让位孔21贯穿立板2的正面201和背面202以供夹爪组件7、8、9从其中穿过,让位孔21与夹爪组件7、8、9的位置和数量可根据被夹持工件的结构、形状进行设置。
立板2的正面201上设有支承柱3和定位销4,分别通过螺钉进行固定。支承柱3支撑在工件的底部的没有电子元件的地方以承受压紧力,定位销4间隙配合在工件的定位孔中以实现对工件的自由度限制。支承柱3和定位销4的位置和数量可根据工件的结构、形状进行设置。
立板2的背面202上设有夹紧器5,导向组件6,上限位块10,下限位块11。导向组件6包括滑槽板61、滑块62、导轨63、弹簧64。导轨63竖直固定在立板2的背面202上,其上配合有沿着导轨63滑动的滑块62。滑槽板61通过螺栓固定在滑块62上并随滑块62一起竖直运动,上限位块10用于限定滑槽板61的上极限位置,下限位块11用于限定滑槽板61的下极限位置。下限位块11设置在滑槽板61的下方并且开有竖直延伸的弹簧导向孔,弹簧64容纳于弹簧导向孔中并且弹簧64的上端与滑槽板61的下端保持接触,即该弹簧始终处于压缩状态。夹紧器5通过螺钉固定在导向组件6的上方并且包括彼此相连的把手51和顶杆52,当把手51驱动顶杆52向下运动时,顶杆52的下端与滑槽板61的上端接触以带动滑槽板61运动。
滑槽板61上开有与夹爪组件配合的斜槽,夹爪组件沿着对应的斜槽水平运动以实现对工件的夹紧和释放,斜槽和夹爪组件的数量和位置可根据工件的结构、形状进行设置,通常为三个以上,且优选使夹持力均匀分布。在图2所示的实施例中,滑槽板61上开有三个斜槽(即第一斜槽611、第二斜槽612、第三斜槽613),分别与其配合的三个夹爪组件(即第一夹爪组件7、第二夹爪组件8、第三夹爪组件9)具有完全相同的结构。以第一夹爪组件7为例,其包括设置在立板2的背面202上的连接装置,与连接装置的一端相连并且与第一斜槽611配合的滚动轴承71,与连接装置的另一端相连并且通过让位孔21延伸到立板2的正面201以压紧工件的压板76。压板76的端面761优选为斜面,以便在夹紧时与工件形成线接触而减少接触面积,避免刮伤工件上的电子元件。具体来说,连接装置包括开有水平延伸的连杆导向孔751的连杆导向座75,分别设置在连杆导向孔751两端的滑动轴承74,贯穿连杆导向孔751并且与滑动轴承74配合的夹紧连杆73。夹紧连杆73的一端通过轴承安装杆72与滚动轴承71固定相连,轴承安装杆72的一端紧配在夹紧连杆73的安装孔中,另一端与滚动轴承71的内圈紧配;夹紧连杆73的另一端通过螺栓与压板76固定相连。
作业时,首先,将夹紧器5的把手51扳下,则夹紧器5的顶杆52伸出,与滑槽板61的上端接触后,带着滑槽板61和滑块62在导轨63的导向下向下运动。此时,在滑槽板61上的斜槽611、612、613的作用下,夹爪组件7、8、9的夹紧连杆73分别在各自连杆导向座75的导向下水平向外运动,带动三个压板76向两侧张开。当滑槽板61的下端接触到下限位块11时运动停止,此时滑槽板61下滑到下极限位置,弹簧64处于最大压缩状态,三个夹紧连杆73运动到外侧极限位置,三个压板76处于完全张开状态,为夹持工件做准备。
然后,将工件放置在立板2的正面201,通过多个支承柱3的上端面和两个定位销4的圆柱面实现一面两销的定位,对工件形成完全约束。
接下来,将夹紧器5的把手扳起来,则其顶杆52上滑并逐渐与滑槽板61分离,滑槽板61在弹簧64的弹力作用下带着滑块62沿导轨63一起向上运动。此时,在滑槽板61上的斜槽611、612、613的作用下,夹爪组件7、8、9的夹紧连杆73分别在各自连杆导向座75的导向下水平向内运动,带动三个压板76向内收缩。当滑槽板61的下端凸台接触到上限位块10时运动停止,此时滑槽板61上滑到上极限位置,弹簧64仍处于压缩状态,三个夹紧连杆73运动到内侧极限位置,三个压板76完全收缩,三个压板的斜面761一起作用以将工件压紧在支承柱3上,从而实现对工件的可靠夹持。由于夹紧工件时弹簧64仍处于压缩状态,对滑槽板61有向上的弹簧力作用,使得夹爪组件7、8、9在受到向外的力时,不会促使滑槽板61竖直向下运动,从而实现了机构的锁定和夹持力的保持。
通过调整弹簧64的预紧力和选用不同刚度的弹簧64的方式,可调整夹持力的大小,从而保证既能可靠压紧又不至于产生大应力的夹持效果。在对弹簧64进行选择时应当注意,必须保证当滑槽板61在上极限位置和下极限位置之间运动时,弹簧64始终处于压缩状态,具体可通过如下方法对滑槽板61处于夹紧工件时的弹簧力进行计算。假设斜槽611、612、613与水平方向的夹角为α,滑槽板61受到导轨63的限制,只在竖直方向上下移动,忽略其竖直方向的摩擦力,对其竖直方向上的力进行分析计算,如图5(a)-图5(c)所示。将滑槽板61和与斜槽611、612、613相滑配的三个滚动轴承71孤立为一系统,设滑槽板61的重力为G,下端受到弹簧64向上的弹簧力M,夹持工件时,该系统在三个滚动轴承处71处分别受到第一夹爪组件7、第二夹爪组件8、第三夹爪组件9的向外的拉力F1、F2、F3,方向如图5(a)所示。由于三个斜槽611、612、613处滚动轴承与斜槽的相互作用力情况相似,现对斜槽611处滚动轴承与斜槽进行受力分析,抽象出力学模型如图5(b)、图5(c)。首先对滚动轴承71进行受力分析,如图5(b)所示,将F1沿斜面方向和垂直于斜面的方向进行分解,分解为Q1和N1,则
Q1=F1 cosα,N1=F1 sinα (1)
再对斜槽611进行受力分析,如图5(c)所示,由于滚动轴承71在斜槽611中纯滚动,所以轴承与斜槽的摩擦可以忽略,这样根据力的传递可得,斜槽受到轴承的作用力为M1,大小与N1相等,方向与N1相同即垂直于斜面,将M1沿竖直和水平方向分解,在此只考虑竖直方向上的力,则M1在竖直方向上的力为P1=M1 cosα,方向向下。将(1)式代入,则F1在竖直方向上产生的力为F1 sinαcosα,方向向下。同理,F2、F3分别在斜槽612、斜槽613处产生的力分别为F2 sinαcosα、F3 sinαcosα,方向均向下。再对滑槽板61进行竖直方向受力分析,F=M-G-F1 sinαcosα-F2 sinαcosα-F3 sinαcosα,若要保证夹持工件时机构能够锁定,则必须保证F>0,即M>G+(F1+F2+F3)sinαcosα,其中(F1+F2+F3)可由实验数据测得,G已知,则M就可由α求得,从而根据设定的α可选出满足要求的弹簧64。
本发明的板类工件的多点定位夹具,通过设置于立板正面的支承柱和定位销对工件进行支撑和定位,通过设置于立板背面的导向组件带动夹爪组件水平运动从而实现对工件的夹紧和释放,其中支承柱、定位销、夹爪组件的位置和数量都可以根据工件结构、形状进行设置,减少了与工件的接触面积,通过调整弹簧的预紧力和选用不同刚度的弹簧可实现机构的锁定和夹持力的保持,降低了工件应力,避免了工件损坏,提高了产品合格率。
前面提供了对较佳实施例的描述,以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对该较佳实施例,本领域内的技术人员在不脱离本发明原理的基础上,可以作出各种修改或者变换。应当理解,这些修改或者变换都不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种板类工件的多点定位夹具,其特征在于,包括:
具有正面和背面的立板;
设置于所述立板的正面上的支承柱和定位销,所述支承柱支承在所述工件的底部,所述定位销插入所述工件的定位孔;
设置于所述立板的背面上的导向组件,所述导向组件包括竖直固定的导轨,沿着所述导轨滑动的滑块,与所述滑块固定连接的滑槽板,所述滑槽板上开有至少三个斜槽,所述滑槽板的下方设有始终处于压缩状态的弹簧;
分别沿着对应的所述斜槽水平运动的至少三个夹爪组件,每个夹爪组件包括设置在所述立板的背面上的连接装置,与所述连接装置的一端相连并且与所述斜槽配合的滚动轴承,与所述连接装置的另一端相连并且延伸到所述立板的正面以压紧所述工件的压板;以及
用于限定所述滑槽板的上极限位置的上限位块,以及用于限定所述滑槽板的下极限位置的下限位块,当所述滑槽板在所述上极限位置和所述下极限位置之间运动时,所述弹簧始终处于压缩状态。
2.如权利要求1所述的板类工件的多点定位夹具,其特征在于,所述下限位块设置在所述滑槽板的下方并且开有竖直延伸的弹簧导向孔,所述弹簧容纳于所述弹簧导向孔中并且所述弹簧的上端与所述滑槽板的下端保持接触。
3.如权利要求1所述的板类工件的多点定位夹具,其特征在于,所述连接装置包括开有水平延伸的连杆导向孔的连杆导向座,分别设置在所述连杆导向孔两端的滑动轴承,贯穿所述连杆导向孔并且与所述滑动轴承配合的夹紧连杆,所述夹紧连杆的一端与所述滚动轴承固定相连,所述夹紧连杆的另一端与所述压板固定相连。
4.如权利要求3所述的板类工件的多点定位夹具,其特征在于,所述夹紧连杆的一端通过轴承安装杆与所述滚动轴承固定相连。
5.如权利要求3所述的板类工件的多点定位夹具,其特征在于,所述夹紧连杆的另一端通过螺栓与所述压板固定相连。
6.如权利要求1所述的板类工件的多点定位夹具,其特征在于,进一步包括设置于所述立板的背面上的夹紧器,所述夹紧器包括彼此相连的把手和顶杆,当所述把手驱动所述顶杆向下运动时,所述顶杆的下端与所述滑槽板的上端接触。
7.如权利要求1所述的板类工件的多点定位夹具,其特征在于,所述压板包括用于与所述工件接触的端面,所述端面为斜面。
8.如权利要求1所述的板类工件的多点定位夹具,其特征在于,所述立板上开有与所述夹爪组件对应的让位孔。
9.如权利要求1所述的板类工件的多点定位夹具,其特征在于,进一步包括用于固定所述立板的底座。
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